CN110581439A - 具有缺陷阻隔层的激光二极管 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有缺陷阻隔层的激光二极管，其结构至少包括：一GaAs基板；一主动区层；以及至少一层的缺陷阻隔层，设在GaAs基板与主动区层之间，使得在GaAs基板上形成磊晶层时能够避免或减少GaAs基板的晶体缺陷向上传递至主动区层，并且能够提高主动区层的结晶性，从而提高激光二极管的可靠度及光电特性。

Description

具有缺陷阻隔层的激光二极管
技术领域
本发明涉及一种激光二极管，特别是在结构中设置有缺陷阻隔层的面射型或边射型激光二极管。
背景技术
一般激光二极管，以如图1所示的面射型激光二极管为例，其制程包含：以GaAs芯片作为基板，利用有机金属化学气相沉积(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition，简称：MOCVD)或者分子束磊晶(Molecular Beam Epitaxy，简称：MBE)设备在基板上磊晶成长依序形成缓冲层(Buffer)、下分布式布拉格反射器(Distributed Bragg Reflector，简称：DBR)层、下分隔(Spacer)层、主动区(量子井)层、上Spacer层、上DBR层以及奥姆接触层。激光二极管除了基板之外，其他的结构基本上是通过磊晶所完成。
磊晶必须要在严格的条件下进行，例如必须使用单晶芯片作为基板，才能使磊晶的气体原子对齐基板的原子晶格而进行排列，逐渐沉积长成磊晶层。然而，在实际的应用上，使用的基板并不是完美的单晶结构，其中存在的晶体缺陷，例如腐蚀坑密度(Etch-PitDensity，简称：EPD)、差排缺陷(Dislocation)、点缺陷(Point Defect)，或因掺杂原子或应力造成的缺陷在磊晶的成长过程中会逐渐向上传递，使激光二极管的主动区层在磊晶时同样产生缺陷，此缺陷将会影响主动区层的激光发光。于是激光二极管产生了可靠度无法满足需求的疑虑。
现有技术中，为了降低基板的晶体缺陷对主动区层的影响，主要是通过改善基板的制程条件来提高单晶的比例并且使掺杂浓度均匀以降低晶体缺陷。然而，单晶的生长过程难以形成毫无缺陷且掺杂完全均匀的完美单晶，现有技术中也并未针对此技术问题进行改善，于是激光二极管的可靠度便无法进一步提升。此外，具有晶体缺陷的基板还会因为单晶的规格要求而形成晶圆合格率损失，使得成本难以降低。
发明内容
鉴于上述现有技术的技术问题，本发明的主要目的在于提供一种具有缺陷阻隔层的激光二极管，缺陷阻隔层能够阻隔或减少基板的晶体缺陷向主动区层传递，以解决磊晶成长主动区层的过程中产生晶体缺陷的问题，提高主动区层的结晶性，从而提高激光二极管整体的可靠度及光电特性。
本发明的另一目的在于提供一种具有缺陷阻隔层的激光二极管，通过缺陷阻隔层以阻隔或减少基板的晶体缺陷向主动区层传递，能够降低基板对于单晶的规格要求，相对地提升了晶圆合格率，从而更能降低成本。
为了实现上述目的，本发明提供一种具有缺陷阻隔层的面射型激光二极管，其结构至少包括：GaAs基板；主动区层；以及至少一层的缺陷阻隔层，设在GaAs基板与主动区层之间，并且直接或间接设在GaAs基板上，以阻隔或减少GaAs基板的缺陷向主动区层传递，其中，缺陷阻隔层的材料为碳掺杂InGaAsP、碳掺杂InGaP、碳掺杂InAlGaP、碳掺杂InAlAsP、碳掺杂InAlGaAsP、碳掺杂GaAs、碳掺杂AlGaAs、碳掺杂AlGaAsP、氧掺杂AlGaAs、氧掺杂AlGaAsP、氧掺杂InAlGaP、氧掺杂InAlAsP、氧掺杂InAlGaAsP、硅掺杂InGaAsP、硅掺杂InGaP、硅掺杂InAlGaP、硅掺杂InAlAsP、硅掺杂InAlGaAsP、锡掺杂InGaAsP、锡掺杂InGaP、锡掺杂InAlGaP、锡掺杂InAlAsP、锡掺杂InAlGaAsP、碲掺杂InGaAsP、碲掺杂InGaP、碲掺杂InAlGaP、碲掺杂InAlAsP、碲掺杂InAlGaAsP、硒掺杂InGaAsP、硒掺杂InGaP、硒掺杂InAlGaP、硒掺杂InAlAsP、硒掺杂InAlGaAsP、未掺杂的InGaAsP、未掺杂的InGaP、未掺杂的InAlGaP、未掺杂InAlAsP或未掺杂InAlGaAsP。
在本发明的一实施例中，主动区层包含至少一层的量子井层结构。
在本发明的一实施例中，缺陷阻隔层为两层以上，且这些缺陷阻隔层之间为直接堆栈或间接堆栈关系。
在本发明的一实施例中，缺陷阻隔层的厚度为1nm～10000nm。
在本发明的一实施例中，GaAs基板为n型、p型或半绝缘型(Semi-Insulating)基板。
在本发明的一实施例中，GaAs基板为n型基板，且设在该GaAs基板上的该缺陷阻隔层的材料为硅掺杂InGaAsP、硅掺杂InGaP、硅掺杂InAlGaP、硅掺杂InAlAsP、硅掺杂InAlGaAsP、锡掺杂InGaAsP、锡掺杂InGaP、锡掺杂InAlGaP、锡掺杂InAlAsP、锡掺杂InAlGaAsP、碲掺杂InGaAsP、碲掺杂InGaP、碲掺杂InAlGaP、碲掺杂InAlAsP、碲掺杂InAlGaAsP、硒掺杂InGaAsP、硒掺杂InGaP、硒掺杂InAlGaP、硒掺杂InAlAsP、硒掺杂InAlGaAsP、未掺杂的InGaAsP、未掺杂的InGaP、未掺杂的InAlGaP、未掺杂InAlAsP或未掺杂InAlGaAsP。
在本发明的一实施例中，GaAs基板为p型基板，且设在该GaAs基板上的该缺陷阻隔层的材料为碳掺杂InAlGaP、碳掺杂InAlAsP、碳掺杂InAlGaAsP、碳掺杂GaAs、碳掺杂AlGaAs或碳掺杂AlGaAsP。
在本发明的一实施例中，进一步将GaAs基板移除的情况下，缺陷阻隔层的材料为碳掺杂InGaAsP、碳掺杂InGaP、碳掺杂InAlGaP、碳掺杂InAlAsP、碳掺杂InAlGaAsP、碳掺杂GaAs、碳掺杂AlGaAs、碳掺杂AlGaAsP、氧掺杂AlGaAs、氧掺杂AlGaAsP、氧掺杂InAlGaP、氧掺杂InAlAsP、氧掺杂InAlGaAsP、硅掺杂InGaAsP、硅掺杂InGaP、硅掺杂InAlGaP、硅掺杂InAlAsP、硅掺杂InAlGaAsP、锡掺杂InGaAsP、锡掺杂InGaP、锡掺杂InAlGaP、锡掺杂InAlAsP、锡掺杂InAlGaAsP、碲掺杂InGaAsP、碲掺杂InGaP、碲掺杂InAlGaP、碲掺杂InAlAsP、碲掺杂InAlGaAsP、硒掺杂InGaAsP、硒掺杂InGaP、硒掺杂InAlGaP、硒掺杂InAlAsP、硒掺杂InAlGaAsP、未掺杂的InGaAsP、未掺杂的InGaP、未掺杂的InAlGaP、未掺杂InAlAsP或未掺杂InAlGaAsP。
本发明再提供一种具有缺陷阻隔层的边射型激光二极管，其结构至少包括：GaAs基板；主动区层；以及至少一层的缺陷阻隔层，设在GaAs基板与主动区层之间，并且直接或间接设在GaAs基板上，以阻隔或减少GaAs基板的缺陷向主动区层传递，其中，缺陷阻隔层的材料为碳掺杂InGaAsP、碳掺杂InGaP、碳掺杂InAlGaP、碳掺杂InAlAsP、碳掺杂InAlGaAsP、碳掺杂GaAs、碳掺杂AlGaAs、碳掺杂AlGaAsP、氧掺杂AlGaAs、氧掺杂AlGaAsP、氧掺杂InAlGaP、氧掺杂InAlAsP、氧掺杂InAlGaAsP、硅掺杂InGaAsP、硅掺杂InGaP、硅掺杂InAlGaP、硅掺杂InAlAsP、硅掺杂InAlGaAsP、锡掺杂InGaAsP、锡掺杂InGaP、锡掺杂InAlGaP、锡掺杂InAlAsP、锡掺杂InAlGaAsP、碲掺杂InGaAsP、碲掺杂InGaP、碲掺杂InAlGaP、碲掺杂InAlAsP、碲掺杂InAlGaAsP、硒掺杂InGaAsP、硒掺杂InGaP、硒掺杂InAlGaP、硒掺杂InAlAsP、硒掺杂InAlGaAsP、未掺杂的InGaAsP、未掺杂的InGaP、未掺杂的InAlGaP、未掺杂InAlAsP或未掺杂InAlGaAsP。
在本发明的另一实施例中，主动区层包含至少一层的量子井层结构。
在本发明的另一实施例中，缺陷阻隔层为两层以上，且这些缺陷阻隔层之间为直接堆栈或间接堆栈关系。
在本发明的另一实施例中，缺陷阻隔层的厚度为1nm～10000nm。
在本发明的另一实施例中，GaAs基板为n型、p型或半绝缘型基板。
在本发明的另一实施例中，GaAs基板为n型基板，且设在该GaAs基板上的该缺陷阻隔层的材料为硅掺杂InGaAsP、硅掺杂InGaP、硅掺杂InAlGaP、硅掺杂InAlAsP、硅掺杂InAlGaAsP、锡掺杂InGaAsP、锡掺杂InGaP、锡掺杂InAlGaP、锡掺杂InAlAsP、锡掺杂InAlGaAsP、碲掺杂InGaAsP、碲掺杂InGaP、碲掺杂InAlGaP、碲掺杂InAlAsP、碲掺杂InAlGaAsP、硒掺杂InGaAsP、硒掺杂InGaP、硒掺杂InAlGaP、硒掺杂InAlAsP、硒掺杂InAlGaAsP、未掺杂的InGaAsP、未掺杂的InGaP、未掺杂的InAlGaP、未掺杂InAlAsP或未掺杂InAlGaAsP。
在本发明的另一实施例中，GaAs基板为p型基板，且缺陷阻隔层的材料为碳掺杂InAlGaP、碳掺杂InAlAsP、碳掺杂InAlGaAsP、碳掺杂GaAs、碳掺杂AlGaAs或碳掺杂AlGaAsP。
在本发明的一另实施例中，进一步将GaAs基板移除的情况下，缺陷阻隔层的材料为碳掺杂InGaAsP、碳掺杂InGaP、碳掺杂InAlGaP、碳掺杂InAlAsP、碳掺杂InAlGaAsP、碳掺杂GaAs、碳掺杂AlGaAs、碳掺杂AlGaAsP、氧掺杂AlGaAs、氧掺杂AlGaAsP、氧掺杂InAlGaP、氧掺杂InAlAsP、氧掺杂InAlGaAsP、硅掺杂InGaAsP、硅掺杂InGaP、硅掺杂InAlGaP、硅掺杂InAlAsP、硅掺杂InAlGaAsP、锡掺杂InGaAsP、锡掺杂InGaP、锡掺杂InAlGaP、锡掺杂InAlAsP、锡掺杂InAlGaAsP、碲掺杂InGaAsP、碲掺杂InGaP、碲掺杂InAlGaP、碲掺杂InAlAsP、碲掺杂InAlGaAsP、硒掺杂InGaAsP、硒掺杂InGaP、硒掺杂InAlGaP、硒掺杂InAlAsP、硒掺杂InAlGaAsP、未掺杂的InGaAsP、未掺杂的InGaP、未掺杂的InAlGaP、未掺杂InAlAsP或未掺杂InAlGaAsP。
附图说明
图1为现有技术中面射型激光二极管的结构示意图；
图2为本发明一实施例中具有单层缺陷阻隔层的面射型激光二极管的结构示意图；
图3为本发明一实施例中具有多层缺陷阻隔层直接堆栈的面射型激光二极管的结构示意图；
图4为本发明一实施例中具有多层缺陷阻隔层间接堆栈的面射型激光二极管的结构示意图；
图5为本发明一实施例中移除基板的面射型激光二极管的结构示意图；
图6为本发明另一实施例中具有单层缺陷阻隔层的边射型激光二极管的结构示意图；
图7为本发明一实施例中具有多层缺陷阻隔层直接堆栈的边射型激光二极管的结构示意图；
图8为本发明一实施例中具有多层缺陷阻隔层间接堆栈的边射型激光二极管的结构示意图；
图9为本发明另一实施例中移除基板的边射型激光二极管的结构示意图；
图10为图2所示的单层缺陷阻隔层的面射型激光二极管的光电特性图。
附图标记说明：
10-GaAs基板，20-缓冲层，30-下DBR层，30’-上DBR层，40-下Cladding层，40’-上Cladding层，50-下Spacer层，50’-上Spacer层，60-量子井层，70-奥姆接触层，80-缺陷阻隔层，81-第一缺陷阻隔层，83-第二缺陷阻隔层，100-激光二极管，200-面射型激光二极管，200’-激光二极管，300-边射型激光二极管，300’-激光二极管。
具体实施方式
以下配合图式及附图标记对本发明的实施方式做更详细的说明，从而使熟悉该项技艺的人在研读本说明书后能据以实施。
参考图1，图1为现有技术中习知的激光二极管100结构，由下而上依序包括：GaAs基板10、缓冲层20、下DBR层30、下Spacer层50、量子井层60(作为主动区层)、上Spacer层50’、上DBR层30’以及奥姆接触层70，其中量子井层60可为至少一层的量子井层结构所组成。GaAs基板10是通过水平式布氏(Horizontal Bridgman，简称：HB)法或垂直梯度冷却(Vertical Gradient Freezing，简称：VGF)法或液相封盖柴氏(Liquid EncapsulatedCzochralski，简称：LEC)法拉晶再加工所得到的单晶晶圆，而缓冲层20、下DBR层30、下Spacer层50、量子井层60、上Spacer层50’、上DBR层30’以及奥姆接触层70则是使用习知的半导体材料，并且通过磊晶的方式而形成，在此半导体材料则不赘述。虽然GaAs基板10基本上是呈单晶型态，但实际上还存在着晶体缺陷的问题，因此在GaAs基板10上进行磊晶时，GaAs基板10的缺陷会向上传递，导致在磊晶形成量子井层60时同样会产生缺陷，此缺陷将会影响量子井层60的激光发光，导致激光二极管100的可靠度及光电特性下降。
因此，如图2所示，在本发明的一实例中提出一种能够避免或减少基板缺陷传递至量子井层60的面射型激光二极管200，其结构由下而上依序包括：GaAs基板10、缺陷阻隔层80、缓冲层20、下DBR层30、下Spacer层50、量子井层60、上Spacer层50’、上DBR层30’以及奥姆接触层70。然而，GaAs基板10与量子井层60之间的结构并不局限于只有缓冲层20、下DBR层30以及下Spacer层50，还可以根据需要设置其他的结构：例如，在缓冲层20中、下DBR层30中或者缓冲层20与下DBR层30之间设有另一未图示的奥姆接触层，使面射型激光的p型及n型的奥姆接触都能做在晶圆正面上，更进一步地，还可以将缓冲层20或者下DBR层30直接当作奥姆接触层。其中，图2表示缺陷阻隔层80是设置在GaAs基板10与缓冲层20之间，即，直接设置在GaAs基板10上，以避免或减少GaAs基板10的缺陷向缓冲层20以上的结构层传递，从而在形成量子井层60时减少晶体缺陷的产生。
较佳地，在未图示的实施例中，缺陷阻隔层80还可以设置在GaAs基板10与量子井层60之间，且间接设置在GaAs基板10上，间接设置的方式举例但不限于在缓冲层20之中、在缓冲层20与下DBR层30之间、在下DBR层30之中、在下DBR层30与下Spacer层50之间、在下Spacer层50之中或在下Spacer层50与该量子井层60之间，同样能够在形成量子井层60时减少晶体缺陷的产生。
较佳地，缺陷阻隔层80可为单层结构或多层结构，缺陷阻隔层80的材料是碳掺杂InGaAsP、碳掺杂InGaP、碳掺杂InAlGaP、碳掺杂InAlAsP、碳掺杂InAlGaAsP、碳掺杂GaAs、碳掺杂AlGaAs、碳掺杂AlGaAsP、氧掺杂AlGaAs、氧掺杂AlGaAsP、氧掺杂InAlGaP、氧掺杂InAlAsP、氧掺杂InAlGaAsP、硅掺杂InGaAsP、硅掺杂InGaP、硅掺杂InAlGaP、硅掺杂InAlAsP、硅掺杂InAlGaAsP、锡掺杂InGaAsP、锡掺杂InGaP、锡掺杂InAlGaP、锡掺杂InAlAsP、锡掺杂InAlGaAsP、碲掺杂InGaAsP、碲掺杂InGaP、碲掺杂InAlGaP、碲掺杂InAlAsP、碲掺杂InAlGaAsP、硒掺杂InGaAsP、硒掺杂InGaP、硒掺杂InAlGaP、硒掺杂InAlAsP、硒掺杂InAlGaAsP、未掺杂的InGaAsP、未掺杂的InGaP、未掺杂的InAlGaP、未掺杂InAlAsP或未掺杂InAlGaAsP。当缺陷阻隔层为多层结构时，例如可为图3所示，由第一缺陷阻隔层81与第二缺陷阻隔层83直接堆栈形成缺陷阻隔层80。
较佳地，缺陷阻隔层80中掺杂碳时，掺杂的浓度可为1×1018cm-3以上，更佳可为1×1019cm-3以上；掺杂氧时，掺杂的浓度可为1×1018cm-3以上，更佳可为1×1019cm-3以上；掺杂硅、锡、碲或硒其中的任一种时，掺杂的浓度可为5×1017cm-3以上，更佳可为5×1018cm-3以上。较高的掺杂浓度一般表现出较佳的阻隔特性。此外，针对缺陷阻隔层80为同一材料的情况下，掺杂硅、锡、碲或硒，相较于未掺杂时会有较佳的阻隔特性，但又以掺杂碳或氧时表现出最佳的阻隔特性。
较佳地，缺陷阻隔层80的总厚度可为1nm～10000nm，或者，第一缺陷阻隔层81以及第二缺陷阻隔层83分别可为1nm～10000nm。
较佳地，该GaAs基板10根据需要，可为n型、p型或半绝缘型基板。
较佳地，当GaAs基板10为n型基板时，设置在GaAs基板10上的缺陷阻隔层80可为单层结构或多层结构，缺陷阻隔层80的材料是硅掺杂InGaAsP、硅掺杂InGaP、硅掺杂InAlGaP、硅掺杂InAlAsP、硅掺杂InAlGaAsP、锡掺杂InGaAsP、锡掺杂InGaP、锡掺杂InAlGaP、锡掺杂InAlAsP、锡掺杂InAlGaAsP、碲掺杂InGaAsP、碲掺杂InGaP、碲掺杂InAlGaP、碲掺杂InAlAsP、碲掺杂InAlGaAsP、硒掺杂InGaAsP、硒掺杂InGaP、硒掺杂InAlGaP、硒掺杂InAlAsP、硒掺杂InAlGaAsP、未掺杂的InGaAsP、未掺杂的InGaP、未掺杂的InAlGaP、未掺杂InAlAsP或未掺杂InAlGaAsP，使得n型的GaAs基板10与缺陷阻隔层80在材料上有更佳的兼容性，并且能阻隔或减少晶体缺陷由GaAs基板10向量子井层60传递，从而提高面射型激光二极管200的可靠度及光电特性。
较佳地，当GaAs基板10为p型基板时，设置在GaAs基板10上的缺陷阻隔层80可为单层结构或多层结构，缺陷阻隔层80的材料是碳掺杂InAlGaP、碳掺杂InAlAsP、碳掺杂InAlGaAsP、碳掺杂GaAs、碳掺杂AlGaAs或碳掺杂AlGaAsP，使得p型的GaAs基板10与缺陷阻隔层80在材料上有更佳的兼容性，并且能阻隔或减少晶体缺陷由GaAs基板10向量子井层60传递，从而提高面射型激光二极管200的可靠度及光电特性。
较佳地，当GaAs基板10为半绝缘型基板时，设置在GaAs基板10上的缺陷阻隔层80可为单层结构或多层结构，缺陷阻隔层80的材料是碳掺杂InGaAsP、碳掺杂InGaP、碳掺杂InAlGaP、碳掺杂InAlAsP、碳掺杂InAlGaAsP、碳掺杂GaAs、碳掺杂AlGaAs、碳掺杂AlGaAsP、氧掺杂AlGaAs、氧掺杂AlGaAsP、氧掺杂InAlGaP、氧掺杂InAlAsP、氧掺杂InAlGaAsP、硅掺杂InGaAsP、硅掺杂InGaP、硅掺杂InAlGaP、硅掺杂InAlAsP、硅掺杂InAlGaAsP、锡掺杂InGaAsP、锡掺杂InGaP、锡掺杂InAlGaP、锡掺杂InAlAsP、锡掺杂InAlGaAsP、碲掺杂InGaAsP、碲掺杂InGaP、碲掺杂InAlGaP、碲掺杂InAlAsP、碲掺杂InAlGaAsP、硒掺杂InGaAsP、硒掺杂InGaP、硒掺杂InAlGaP、硒掺杂InAlAsP、硒掺杂InAlGaAsP、未掺杂的InGaAsP、未掺杂的InGaP、未掺杂的InAlGaP、未掺杂InAlAsP或未掺杂InAlGaAsP，使得半绝缘型的GaAs基板10与缺陷阻隔层80在材料上有更佳的兼容性，并且能阻隔或减少晶体缺陷由GaAs基板10向量子井层60传递，从而提高面射型激光二极管200的可靠度及光电特性。
如图4所示，面射型激光二极管200中的多层缺陷阻隔层还可为彼此不相邻的间接堆栈配置，例如第一缺陷阻隔层81可设置在缓冲层20与下DBR层30之间(间接设置在GaAs基板10上)，而第二缺陷阻隔层83可设置在下DBR层30与下Spacer层50之间(间接设置在GaAs基板10上)。
较佳地，当面射型激光二极管200包括两层以上的缺陷阻隔层时，这些缺陷阻隔层可分别设置在GaAs基板10与缓冲层20之间、缓冲层20之中、缓冲层20与下DBR层30之间、下DBR层30之中、下DBR层30与下Spacer层50之间、下Spacer层50之中或下Spacer层50与量子井层60之间的两个以上的位置。
此外，在本发明的一实施例中，还可以根据需要在制作完成面射型激光二极管200之后将GaAs基板10移除。例如将图2的面射型激光二极管200的GaAs基板10移除，以得到图5所示的激光二极管200’。此时，缺陷阻隔层80可为单层结构或多层结构，缺陷阻隔层80的材料是碳掺杂InGaAsP、碳掺杂InGaP、碳掺杂InAlGaP、碳掺杂InAlAsP、碳掺杂InAlGaAsP、碳掺杂GaAs、碳掺杂AlGaAs、碳掺杂AlGaAsP、氧掺杂AlGaAs、氧掺杂AlGaAsP、氧掺杂InAlGaP、氧掺杂InAlAsP、氧掺杂InAlGaAsP、硅掺杂InGaAsP、硅掺杂InGaP、硅掺杂InAlGaP、硅掺杂InAlAsP、硅掺杂InAlGaAsP、锡掺杂InGaAsP、锡掺杂InGaP、锡掺杂InAlGaP、锡掺杂InAlAsP、锡掺杂InAlGaAsP、碲掺杂InGaAsP、碲掺杂InGaP、碲掺杂InAlGaP、碲掺杂InAlAsP、碲掺杂InAlGaAsP、硒掺杂InGaAsP、硒掺杂InGaP、硒掺杂InAlGaP、硒掺杂InAlAsP、硒掺杂InAlGaAsP、未掺杂的InGaAsP、未掺杂的InGaP、未掺杂的InAlGaP、未掺杂InAlAsP或未掺杂InAlGaAsP。
通过上述实施例的说明，本发明的面射型激光二极管只要在作为主动区层的量子井层的下方设置至少一层的缺陷阻隔层，该缺陷阻隔层能够阻隔或减少GaAs基板的晶体缺陷向上传递，从而避免在量子井层中产生晶体缺陷，使得激光二极管的可靠性及光电特性提升。此外，通过缺陷阻隔层还能够降低基板对于单晶的规格要求，相对地提升了晶圆合格率，从而更能降低成本。
再者，如图6所示，在本发明的另一实例中再提出一种能够避免基板晶体缺陷传递至量子井层60的边射型激光二极管300，其结构由下而上依序包括：GaAs基板10、缺陷阻隔层80、缓冲层20、下披覆(Cladding)层40、下Spacer层50、量子井层60、上Spacer层50’、上Cladding层40’以及奥姆接触层70。下Cladding层40以及上Cladding层40’也是使用习知的半导体材料，并且通过磊晶的方式而形成，在此半导体材料则不赘述。然而，GaAs基板10与量子井层60之间的结构并不局限于只有缓冲层20、下Cladding层40以及下Spacer层50，还可以根据需要设置其他的结构：例如，在缓冲层20中、下Cladding层40中、缓冲层20与下Cladding层40之间设有另一未图式的奥姆接触层，使边射型激光二极管300的p、n型奥姆接触都能做在晶圆正面上，更进一步地，还可以将缓冲层20或者下Cladding层40直接当作奥姆接触层。其中，图6表示缺陷阻隔层80设置在GaAs基板10与缓冲层20之间，以避免或减少GaAs基板10的缺陷向缓冲层20以上的结构层传递，即，直接设置在GaAs基板10上，从而在形成量子井层60时减少晶体缺陷的产生。
较佳地，在未图示的实施例中，缺陷阻隔层80还可以设置在GaAs基板10与量子井层60之间，且间接设置在GaAs基板10上，间接设置的方式举例但不限于在缓冲层20之中、缓冲层20与下Cladding层40之间、下Cladding层40之中、下Cladding层40与下Spacer层50之间、下Spacer层50之中或下Spacer层50与该量子井层60之间，同样能够在形成量子井层60时减少晶体缺陷的产生。
较佳地，缺陷阻隔层80的结构可为单层结构或多层结构组合而成，缺陷阻隔层80的材料是碳掺杂InGaAsP、碳掺杂InGaP、碳掺杂InAlGaP、碳掺杂InAlAsP、碳掺杂InAlGaAsP、碳掺杂GaAs、碳掺杂AlGaAs、碳掺杂AlGaAsP、氧掺杂AlGaAs、氧掺杂AlGaAsP、氧掺杂InAlGaP、氧掺杂InAlAsP、氧掺杂InAlGaAsP、硅掺杂InGaAsP、硅掺杂InGaP、硅掺杂InAlGaP、硅掺杂InAlAsP、硅掺杂InAlGaAsP、锡掺杂InGaAsP、锡掺杂InGaP、锡掺杂InAlGaP、锡掺杂InAlAsP、锡掺杂InAlGaAsP、碲掺杂InGaAsP、碲掺杂InGaP、碲掺杂InAlGaP、碲掺杂InAlAsP、碲掺杂InAlGaAsP、硒掺杂InGaAsP、硒掺杂InGaP、硒掺杂InAlGaP、硒掺杂InAlAsP、硒掺杂InAlGaAsP、未掺杂的InGaAsP、未掺杂的InGaP、未掺杂的InAlGaP、未掺杂InAlAsP或未掺杂InAlGaAsP。当缺陷阻隔层为多层结构时，例如可为图7所示，由第一缺陷阻隔层81与第二缺陷阻隔层83直接堆栈形成缺陷阻隔层80。
较佳地，缺陷阻隔层80中掺杂碳时，掺杂的浓度可为1×1018cm-3以上，更佳可为1×1019cm-3以上；掺杂氧时，掺杂的浓度可为1×1018cm-3以上，更加可为1×1019cm-3以上；掺杂硅、锡、碲或硒其中的任一种时，掺杂的浓度可为5×1017cm-3以上，更佳可为5×1018cm-3以上。较高的掺杂浓度一般表现出较佳的阻隔特性。此外，针对缺陷阻隔层80为同一材料的情况下，掺杂硅、锡、碲或硒，相较于未掺杂时会有较佳的阻隔特性，但又以掺杂碳或氧时表现出最佳的阻隔特性。
较佳地，缺陷阻隔层80的总厚度可为1nm～10000nm，或者，第一缺陷阻隔层81、第二缺陷阻隔层83分别可为1nm～10000nm。
较佳地，该GaAs基板10根据需要，可为n型、p型或半绝缘型基板。
较佳地，当GaAs基板10为n型基板时，设置在GaAs基板10上的缺陷阻隔层80可为单层结构或多层结构，缺陷阻隔层80的材料是硅掺杂InGaAsP、硅掺杂InGaP、硅掺杂InAlGaP、硅掺杂InAlAsP、硅掺杂InAlGaAsP、锡掺杂InGaAsP、锡掺杂InGaP、锡掺杂InAlGaP、锡掺杂InAlAsP、锡掺杂InAlGaAsP、碲掺杂InGaAsP、碲掺杂InGaP、碲掺杂InAlGaP、碲掺杂InAlAsP、碲掺杂InAlGaAsP、硒掺杂InGaAsP、硒掺杂InGaP、硒掺杂InAlGaP、硒掺杂InAlAsP、硒掺杂InAlGaAsP、未掺杂的InGaAsP、未掺杂的InGaP、未掺杂的InAlGaP、未掺杂InAlAsP或未掺杂InAlGaAsP，使得n型的GaAs基板10与缺陷阻隔层80在材料上有更佳的兼容性，并且能阻隔或减少晶体缺陷由GaAs基板10向量子井层60传递，从而提高边射型激光二极管300的可靠度及光电特性。
较佳地，当GaAs基板10为p型基板时，设置在GaAs基板10上的缺陷阻隔层80可为单层结构或多层结构，缺陷阻隔层80的材料是碳掺杂InAlGaP、碳掺杂InAlAsP、碳掺杂InAlGaAsP、碳掺杂GaAs、碳掺杂AlGaAs或碳掺杂AlGaAsP，使得p型的GaAs基板10与缺陷阻隔层80在材料上有更佳的兼容性，并且能阻隔或减少晶体缺陷由GaAs基板10向量子井层60传递，从而提高边射型激光二极管300的可靠度及光电特性。
较佳地，当GaAs基板10为半绝缘型基板10时，设置在GaAs基板10上的缺陷阻隔层80可为单层结构或多层结构，缺陷阻隔层80的材料是碳掺杂InGaAsP、碳掺杂InGaP、碳掺杂InAlGaP、碳掺杂InAlAsP、碳掺杂InAlGaAsP、碳掺杂GaAs、碳掺杂AlGaAs、碳掺杂AlGaAsP、氧掺杂AlGaAs、氧掺杂AlGaAsP、氧掺杂InAlGaP、氧掺杂InAlAsP、氧掺杂InAlGaAsP、硅掺杂InGaAsP、硅掺杂InGaP、硅掺杂InAlGaP、硅掺杂InAlAsP、硅掺杂InAlGaAsP、锡掺杂InGaAsP、锡掺杂InGaP、锡掺杂InAlGaP、锡掺杂InAlAsP、锡掺杂InAlGaAsP、碲掺杂InGaAsP、碲掺杂InGaP、碲掺杂InAlGaP、碲掺杂InAlAsP、碲掺杂InAlGaAsP、硒掺杂InGaAsP、硒掺杂InGaP、硒掺杂InAlGaP、硒掺杂InAlAsP、硒掺杂InAlGaAsP、未掺杂的InGaAsP、未掺杂的InGaP、未掺杂的InAlGaP、未掺杂InAlAsP或未掺杂InAlGaAsP，使得半绝缘型的GaAs基板10与缺陷阻隔层80在材料上有更好的兼容性，并且更能阻隔或减少晶体缺陷由GaAs基板10向量子井层60传递，从而提高边射型激光二极管300的可靠度及光电特性。
如图8所示，边射型激光二极管300中的多层缺陷阻隔层还可为彼此不相邻的间接堆栈配置，例如第一缺陷阻隔层81可设置在缓冲层20与下Cladding层40之间(间接设置在GaAs基板10上)，而第二缺陷阻隔层83可设置在下Cladding层40与下Spacer层50之间(间接设置在GaAs基板10上)。
较佳地，当边射型激光二极管300包括两层以上的缺陷阻隔层时，这些缺陷阻隔层可分别设置在GaAs基板10与缓冲层20之间、在缓冲层20之中、缓冲层20与下Cladding层40之间、下Cladding层40之中、下Cladding层40与下Spacer层50之间、下Spacer层50之中或下Spacer层50与该量子井层60之间的两个以上的位置。
此外，在本发明的一实施例中，还可以根据需要在制作完成边射型激光二极管300之后将GaAs基板10移除，以得到图9所示的激光二极管300’。此时，缺陷阻隔层80可为单层结构或多层结构，缺陷阻隔层80的材料是碳掺杂InGaAsP、碳掺杂InGaP、碳掺杂InAlGaP、碳掺杂InAlAsP、碳掺杂InAlGaAsP、碳掺杂GaAs、碳掺杂AlGaAs、碳掺杂AlGaAsP、氧掺杂AlGaAs、氧掺杂AlGaAsP、氧掺杂InAlGaP、氧掺杂InAlAsP、氧掺杂InAlGaAsP、硅掺杂InGaAsP、硅掺杂InGaP、硅掺杂InAlGaP、硅掺杂InAlAsP、硅掺杂InAlGaAsP、锡掺杂InGaAsP、锡掺杂InGaP、锡掺杂InAlGaP、锡掺杂InAlAsP、锡掺杂InAlGaAsP、碲掺杂InGaAsP、碲掺杂InGaP、碲掺杂InAlGaP、碲掺杂InAlAsP、碲掺杂InAlGaAsP、硒掺杂InGaAsP、硒掺杂InGaP、硒掺杂InAlGaP、硒掺杂InAlAsP、硒掺杂InAlGaAsP、未掺杂的InGaAsP、未掺杂的InGaP、未掺杂的InAlGaP、未掺杂InAlAsP或未掺杂InAlGaAsP。
通过上述实施例的说明，本发明的边射型激光二极管只要在作为主动区层的量子井层的下方设置至少一层缺陷阻隔层，该缺陷阻隔层能够阻隔或减少GaAs基板的晶体缺陷向上传递，从而避免在量子井层中产生晶体缺陷，使得激光二极管的可靠性及光电特性提升。此外，通过缺陷阻隔层还能够降低基板对于单晶的规格要求，相对地提升了晶圆合格率，从而更能降低成本。
图10为图2所示的单层缺陷阻隔层的面射型激光二极管的光电特性图，所述电性图显示激光二极管的输入电流与发光输出功率之间的关系。其中面射型激光二极管200的缺陷阻隔层80是由厚度为144.5nm、且掺杂浓度为2×1018cm-3的硅掺杂InGaP而形成。
图10的光电特性图还显示当输入电流大于激光二极管的阙电流时，可得出近似直线的输入电流与光输出功率的关系曲线，接着算出所述直线的斜率，此斜率值则称为斜率效率(Slope Efficiency,SE)，是用来评估激光二极管发光效率的参数。
将本发明实施例中具有InGaP缺陷阻隔层的面射型激光二极管与现有技术中不具有InGaP缺陷阻隔层的激光二极管进行比较。当现有技术的激光二极管的SE值算出为1.00W/A时，则本发明的面射型激光二极管的SE值算出为1.06W/A，即代表本发明的面射型激光二极管在相同输入电流的情况下可有更佳的发光效率。当本发明的缺陷阻隔层设置为多层或者选用上述其他的掺杂半体体的情况下，同样也可得到SE值上升的结果。
此外，在本发明的边射型激光二极管中，只要配置与上述面射型激光二极管相同的缺陷阻隔层，则也可以得到SE值提升的结果。
以上所述的仅为用以解释本发明的较佳实施例，并非企图据以对本发明做任何形式上的限制，因此，凡有在相同的发明精神下所作有关本发明的任何修饰或变更，皆仍应包括在本发明意图保护的范畴。

Claims (16)

1.一种具有缺陷阻隔层的面射型激光二极管，其特征在于，其结构至少包括：
一GaAs基板；
一主动区层；以及
至少一层的缺陷阻隔层，设在该GaAs基板与该主动区层之间，并且直接或间接设在该GaAs基板上，以阻隔或减少该GaAs基板的缺陷向该主动区层传递；
其中，形成该缺陷阻隔层的材料为碳掺杂InGaAsP、碳掺杂InGaP、碳掺杂InAlGaP、碳掺杂InAlAsP、碳掺杂InAlGaAsP、碳掺杂GaAs、碳掺杂AlGaAs、碳掺杂AlGaAsP、氧掺杂AlGaAs、氧掺杂AlGaAsP、氧掺杂InAlGaP、氧掺杂InAlAsP、氧掺杂InAlGaAsP、硅掺杂InGaAsP、硅掺杂InGaP、硅掺杂InAlGaP、硅掺杂InAlAsP、硅掺杂InAlGaAsP、锡掺杂InGaAsP、锡掺杂InGaP、锡掺杂InAlGaP、锡掺杂InAlAsP、锡掺杂InAlGaAsP、碲掺杂InGaAsP、碲掺杂InGaP、碲掺杂InAlGaP、碲掺杂InAlAsP、碲掺杂InAlGaAsP、硒掺杂InGaAsP、硒掺杂InGaP、硒掺杂InAlGaP、硒掺杂InAlAsP、硒掺杂InAlGaAsP、未掺杂的InGaAsP、未掺杂的InGaP、未掺杂的InAlGaP、未掺杂InAlAsP或未掺杂InAlGaAsP。
2.根据权利要求1所述的具有缺陷阻隔层的面射型激光二极管，其特征在于，该主动区层为包含至少一层的量子井层结构。
3.根据权利要求1所述的具有缺陷阻隔层的面射型激光二极管，其特征在于，该缺陷阻隔层为两层以上，且这些缺陷阻隔层之间为直接堆栈或间接堆栈关系。
4.根据权利要求1所述的具有缺陷阻隔层的面射型激光二极管，其特征在于，该缺陷阻隔层的厚度为1nm～10000nm。
5.根据权利要求1所述的具有缺陷阻隔层的面射型激光二极管，其特征在于，该GaAs基板为n型、p型或半绝缘型基板。
6.根据权利要求5所述的具有缺陷阻隔层的面射型激光二极管，其特征在于，该GaAs基板为n型基板，且设在该GaAs基板上的该缺陷阻隔层的材料为硅掺杂InGaAsP、硅掺杂InGaP、硅掺杂InAlGaP、硅掺杂InAlAsP、硅掺杂InAlGaAsP、锡掺杂InGaAsP、锡掺杂InGaP、锡掺杂InAlGaP、锡掺杂InAlAsP、锡掺杂InAlGaAsP、碲掺杂InGaAsP、碲掺杂InGaP、碲掺杂InAlGaP、碲掺杂InAlAsP、碲掺杂InAlGaAsP、硒掺杂InGaAsP、硒掺杂InGaP、硒掺杂InAlGaP、硒掺杂InAlAsP、硒掺杂InAlGaAsP、未掺杂的InGaAsP、未掺杂的InGaP、未掺杂的InAlGaP、未掺杂InAlAsP或未掺杂InAlGaAsP。
7.根据权利要求5所述的具有缺陷阻隔层的面射型激光二极管，其特征在于，该GaAs基板为p型基板，且设在该GaAs基板上的该缺陷阻隔层的材料为碳掺杂InAlGaP、碳掺杂InAlAsP、碳掺杂InAlGaAsP、碳掺杂GaAs、碳掺杂AlGaAs或碳掺杂AlGaAsP。
8.根据权利要求1所述的具有缺陷阻隔层的面射型激光二极管，其特征在于，进一步将该GaAs基板移除的情况下，形成该缺陷阻隔层的材料为碳掺杂InGaAsP、碳掺杂InGaP、碳掺杂InAlGaP、碳掺杂InAlAsP、碳掺杂InAlGaAsP、碳掺杂GaAs、碳掺杂AlGaAs、碳掺杂AlGaAsP、氧掺杂AlGaAs、氧掺杂AlGaAsP、氧掺杂InAlGaP、氧掺杂InAlAsP、氧掺杂InAlGaAsP、硅掺杂InGaAsP、硅掺杂InGaP、硅掺杂InAlGaP、硅掺杂InAlAsP、硅掺杂InAlGaAsP、锡掺杂InGaAsP、锡掺杂InGaP、锡掺杂InAlGaP、锡掺杂InAlAsP、锡掺杂InAlGaAsP、碲掺杂InGaAsP、碲掺杂InGaP、碲掺杂InAlGaP、碲掺杂InAlAsP、碲掺杂InAlGaAsP、硒掺杂InGaAsP、硒掺杂InGaP、硒掺杂InAlGaP、硒掺杂InAlAsP、硒掺杂InAlGaAsP、未掺杂的InGaAsP、未掺杂的InGaP、未掺杂的InAlGaP、未掺杂InAlAsP或未掺杂InAlGaAsP。
9.一种具有缺陷阻隔层的边射型激光二极管，其特征在于，其结构至少包括：
一GaAs基板；
一主动区层；以及
至少一层的缺陷阻隔层，设在该GaAs基板与该主动区层之间，并且直接或间接设在该GaAs基板上，以阻隔或减少该GaAs基板的缺陷向该主动区层传递；
其中，形成该缺陷阻隔层的材料为碳掺杂InGaAsP、碳掺杂InGaP、碳掺杂InAlGaP、碳掺杂InAlAsP、碳掺杂InAlGaAsP、碳掺杂GaAs、碳掺杂AlGaAs、碳掺杂AlGaAsP、氧掺杂AlGaAs、氧掺杂AlGaAsP、氧掺杂InAlGaP、氧掺杂InAlAsP、氧掺杂InAlGaAsP、硅掺杂InGaAsP、硅掺杂InGaP、硅掺杂InAlGaP、硅掺杂InAlAsP、硅掺杂InAlGaAsP、锡掺杂InGaAsP、锡掺杂InGaP、锡掺杂InAlGaP、锡掺杂InAlAsP、锡掺杂InAlGaAsP、碲掺杂InGaAsP、碲掺杂InGaP、碲掺杂InAlGaP、碲掺杂InAlAsP、碲掺杂InAlGaAsP、硒掺杂InGaAsP、硒掺杂InGaP、硒掺杂InAlGaP、硒掺杂InAlAsP、硒掺杂InAlGaAsP、未掺杂的InGaAsP、未掺杂的InGaP、未掺杂的InAlGaP、未掺杂InAlAsP或未掺杂InAlGaAsP。
10.根据权利要求9所述的具有缺陷阻隔层的边射型激光二极管，其特征在于，该主动区层为包含至少一层的量子井层结构。
11.根据权利要求9所述的具有缺陷阻隔层的边射型激光二极管，其特征在于，该缺陷阻隔层为两层以上，且这些缺陷阻隔层之间为直接堆栈或间接堆栈关系。
12.根据权利要求9所述的具有缺陷阻隔层的边射型激光二极管，其特征在于，该缺陷阻隔层的厚度为1nm～10000nm。
13.根据权利要求9所述的具有缺陷阻隔层的边射型激光二极管，其特征在于，该GaAs基板为n型、p型或半绝缘型基板。
14.根据权利要求13所述的具有缺陷阻隔层的边射型激光二极管，其特征在于，该GaAs基板为n型基板，且设在该GaAs基板上的该缺陷阻隔层的材料为硅掺杂InGaAsP、硅掺杂InGaP、硅掺杂InAlGaP、硅掺杂InAlAsP、硅掺杂InAlGaAsP、锡掺杂InGaAsP、锡掺杂InGaP、锡掺杂InAlGaP、锡掺杂InAlAsP、锡掺杂InAlGaAsP、碲掺杂InGaAsP、碲掺杂InGaP、碲掺杂InAlGaP、碲掺杂InAlAsP、碲掺杂InAlGaAsP、硒掺杂InGaAsP、硒掺杂InGaP、硒掺杂InAlGaP、硒掺杂InAlAsP、硒掺杂InAlGaAsP、未掺杂的InGaAsP、未掺杂的InGaP、未掺杂的InAlGaP、未掺杂InAlAsP或未掺杂InAlGaAsP。
15.根据权利要求13所述的具有缺陷阻隔层的边射型激光二极管，其特征在于，该GaAs基板为p型基板，且设在该GaAs基板上的该缺陷阻隔层的材料为碳掺杂InAlGaP、碳掺杂InAlAsP、碳掺杂InAlGaAsP、碳掺杂GaAs、碳掺杂AlGaAs或碳掺杂AlGaAsP。
16.根据权利要求9所述的具有缺陷阻隔层的边射型激光二极管，其特征在于，进一步将该GaAs基板移除的情况下，形成该缺陷阻隔层的材料为碳掺杂InGaAsP、碳掺杂InGaP、碳掺杂InAlGaP、碳掺杂InAlAsP、碳掺杂InAlGaAsP、碳掺杂GaAs、碳掺杂AlGaAs、碳掺杂AlGaAsP、氧掺杂AlGaAs、氧掺杂AlGaAsP、氧掺杂InAlGaP、氧掺杂InAlAsP、氧掺杂InAlGaAsP、硅掺杂InGaAsP、硅掺杂InGaP、硅掺杂InAlGaP、硅掺杂InAlAsP、硅掺杂InAlGaAsP、锡掺杂InGaAsP、锡掺杂InGaP、锡掺杂InAlGaP、锡掺杂InAlAsP、锡掺杂InAlGaAsP、碲掺杂InGaAsP、碲掺杂InGaP、碲掺杂InAlGaP、碲掺杂InAlAsP、碲掺杂InAlGaAsP、硒掺杂InGaAsP、硒掺杂InGaP、硒掺杂InAlGaP、硒掺杂InAlAsP、硒掺杂InAlGaAsP、未掺杂的InGaAsP、未掺杂的InGaP、未掺杂的InAlGaP、未掺杂InAlAsP或未掺杂InAlGaAsP。
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