CN112072467A - 半导体雷射二极管 - Google Patents

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Abstract

一种半导体雷射二极管，为解决现有技术中所运用材料虽能降低应力但选择材料较有限且载子局限能力不佳，因此在雷射组件中提供含磷的半导体层，一方面能更有效的降低雷射组件的主动区或雷射组件的应力总和，另一方面提高主动区对载子的局限能力，其中含磷的半导体层在适当条件下能有效降低应力总和或显著增进载子局限性，在一些情形下并兼具以上两种效果；含磷的半导体层适用于具有一或多主动层的主动区、为量子井结构或量子点结构的主动层，尤其在具有多主动层的主动区内设置含磷的半导体层后，高温特性获得显著的改善或增进。

Description

半导体雷射二极管
技术领域
一种半导体雷射二极管，尤其是一种雷射波长至少超过700nm或800nm的半导体雷射二极管。
背景技术
半导体雷射二极管例如垂直共振腔表面放射雷射二极管(Vertical CavitySurface Emitting Laser Diode,VCSEL)或边射型雷射二极管(Edge Emitting LaserDiode,EEL)可以用来做为3D感测、LiDAR或光通讯的光源之一。
VCSEL通常包括一对高反射率的膜层，现有技术为分布式布拉格反射器层(Distributed Bragg Reflector Layer,DBR Layer)。在一对DBR层之间会具有共振腔，共振腔通常包括间隔层(Spacer Layer)及主动层(Active Layer)，主动层通常包含量子井结构或量子点结构，其中量子井结构主要是由障壁层(Barrier Layer)及井层(Well Layer)构成。DBR层通常是由两种或两种以上不同折射率的材料经重复堆栈并准确控制厚度以达到高反射率的效果。EEL则是在组件的相对的两外侧镀上一对不同反射率的膜层来形成共振腔，主动层通常包含量子井结构或量子点结构，EEL的量子井结构跟VCSEL一样也是主要由障壁层及井层构成，主动层之上与之下通常形成上光电局限层与下光电局限层。
半导体雷射二极管的主动层若是量子井结构时，井层通常是由较低能隙的半导体材料形成，且障壁层是由能隙比井层更大的材料组成，因此藉由障壁层及井层之间的能带差距会形成量子井。当雷射二极管受到顺向偏压时，电子及电洞则会注入并局限于量子井结构中，而被注入的电子及电洞等载子会在量子井内产生复合而发射特定波长的光，且光在共振腔内产生建设性干涉，进而发出雷射光。根据雷射光发出的方向，雷射二极管可区分为面射型雷射二极管(VCSEL)及边射型雷射二极管(EEL)，而面射型雷射二极管也可根据雷射光发出的方向进一步区分为正面出光型雷射二极管(Top Emitting VCSEL)及背面出光型雷射二极管(Bottom Emitting VCSEL)。
VCSEL具备下列优点：(1)窄线宽、圆锥形激光束易与光纤耦合；(2)在低电流准位可具有快速调变功能，适用于高速传输的应用领域；(3)可单模输出；(4)低驱动电流(threshold current)，功耗小；(5)高输出功率；(6)正面或背面发光的特性可设计1D或2D矩阵；(7)芯片在封装前即可进行测试，可大幅降低成本。
发明内容
在基板上进行磊晶成长而形成雷射二极管结构，若所成长的磊晶层材料与基板的晶格有不匹配时就会在磊晶层产生应力(Stress)，磊晶层累积过大的应力总和将可能导致雷射二极管结构中的磊晶层产生缺陷(Defect)或差排(Dislocation)，进而影响雷射组件的可靠度(Reliability)或功率转换效率(Power Conversion Efficiency,PCE)。雷射二极管的主动层若为量子井结构，井层常使用的材料例如有InGaAs或InAlGaAs，选用上述材料的主要目的在于提升雷射二极管的发光效率(optical gain)、提升操作带宽(frequencyresponse)或用于达到发出特定的雷射波长，然而InGaAs或InAlGaAs磊晶层材料与GaAs基板的晶格不匹配偏大，因而导致主动层产生较大的压缩应力并于雷射二极管的磊晶层产生压缩应力累积。
井层的材料与基板的材料晶格不匹配时会在主动层产生应力累积，且导致雷射二极管结构中磊晶层的应力总和快速累积，导致可靠度不佳。另一方面，高温操作时主动层载子局限不佳也是必须克服的问题。
在半导体雷射组件引入本说明书所提出的含磷的半导体层时，能减少多层结构的缺陷或差排,或提高主动层的载子局限能力，甚至在一些情形下兼具以上两种功效。
本说明书的第一实施例是关于一种半导体雷射二极管，该半导体雷射二极管包含一GaAs基板与在该GaAs基板之上之一多层结构；该多层结构包含一主动区与一第一半导体层；该主动区包含一或多个主动层，该或所述主动层的至少一者包含至少一井层，该至少一井层是包含选自由InGaAs、InAlGaAs、GaAsSb、GaAs、AlGaAs、AlGaAsSb、GaAsP及InGaAsP所组成的群组；该第一半导体层设于该主动区之内或之外，其中该第一半导体层包含选自由AlGaAsP、AlGaAsPN、AlGaAsPSb、AlGaAsPBi、InAlGaP、InAlGaPN、InAlGaPSb、InAlGaPBi、InGaAsP、InGaAsPN、InGaAsPSb、InGaAsPBi、InGaP、InGaPN、InGaPSb、InGaPBi及InAlGaAsP所组成的群组。
本说明书的第二实施例是关于一种半导体雷射二极管，该半导体雷射二极管包含一GaAs基板与在该GaAs基板之上的一多层结构；该多层结构包含一主动区、一第二半导体层与一中间层；该主动区包含一或多个主动层，该或所述主动层的至少一者包含至少一障壁层与至少一井层，该至少一井层是包含选自由InGaAs、InAlGaAs、GaAsSb、GaAs、AlGaAs、AlGaAsSb、GaAsP及InGaAsP所组成的群组；该第二半导体层设置于该至少一障壁层之中，其中该第二半导体层是GaAsP；该中间层设置于该至少一障壁层之中及/或该至少一障壁层及该至少一井层之间，该中间层选自由AlGaAsP、AlGaAsPN、AlGaAsPSb、AlGaAsPBi、InAlGaP、InAlGaPN、InAlGaPSb、InAlGaPBi、InGaAsP、InGaAsPN、InGaAsPSb、InGaAsPBi、InGaP、InGaPN、InGaPSb、InGaPBi、InAlGaAsP、GaAs及AlGaAs所组成的群组，其中，该至少一井层的能隙是小于该至少一障壁层与该中间层的能隙。
本说明书的第三实施例是关于一种半导体雷射二极管，该半导体雷射二极管包含一GaAs基板与在该GaAs基板之上的一多层结构；该多层结构包含一下磊晶区、一主动区、一上磊晶区与至少一载子局限层；该下磊晶区位于该GaAs基板之上，该主动区位于该下磊晶区之上，该上磊晶区位于该主动区之上；该至少一载子局限层是位于该主动区、该下磊晶区或该上磊晶区之中，该至少一载子局限层包含选自由AlGaAsP、AlGaAsPN、AlGaAsPSb、AlGaAsPBi、InAlGaP、InAlGaPN、InAlGaPSb、InAlGaPBi、InGaAsP、InGaAsPN、InGaAsPSb、InGaAsPBi、InGaP、InGaPN、InGaPSb、InGaPBi及InAlGaAsP所组成的群组。
本说明书的第四实施例是关于一种半导体雷射二极管，该半导体雷射二极管包含一GaAs基板与在该GaAs基板之上的一多层结构；该多层结构包含一主动区，该主动区包含一或多个量子点结构，该或所述量子点结构的至少一者包含一量子点、一浸润层及一覆盖层；其中，该量子点或该浸润层是包含选自由InGaAs、InAlGaAs、GaAsSb、GaAs、AlGaAs、AlGaAsSb、GaAsP及InGaAsP所组成的群组；该覆盖层是包含选自由AlGaAsP、AlGaAsPN、AlGaAsPSb、AlGaAsPBi、InAlGaP、InAlGaPN、InAlGaPSb、InAlGaPBi、InGaAsP、InGaAsPN、InGaAsPSb、InGaAsPBi、InGaP、InGaPN、InGaPSb、InGaPBi及InAlGaAsP所组成的群组。
本说明书的第五实施例是关于一种半导体雷射二极管，该半导体雷射二极管包含一InP基板与在该InP基板之上的一多层结构；该多层结构包含一下磊晶区、一主动区、一上磊晶区与至少一载子局限层；该下磊晶区位于该InP基板之上，该主动区位于该下磊晶区之上，其中该主动区包含一主动层或多个主动层，该上磊晶区位于该主动区之上；该至少一载子局限层是位于该主动区、该下磊晶区或该上磊晶区之中，该至少一载子局限层选自由InGaP、InAlGaP、InP、InAlAsP、AlAsSb、AlAsBi、AlGaAsSb、AlGaAsBi、AlPSb、AlPBi、InGaAsP所组成的群组。
附图说明
图1a～1c是显示含磷的半导体层设置于主动区内的一些代表性实施例的简单示意图。
图1d～1g是显示含磷的半导体层设置于主动区外的一些代表性实施例的简单示意图。
图2是显示一种现有VCSEL的示意图。
图3a是显示图2的主动层为量子井结构的一实施例示意图。
图3b是显示图3a的障壁层与井层的能带关系示意图。
图4a是显示障壁层的一部分或障壁层的全部是第一半导体层的示意图。
图4b是显示各障壁层皆形成第一半导体层的一实施例示意图。
图5a是显示障壁层跟井层之间具有中间层的一实施例的示意图。
图5b是显示图5a的障壁层、中间层与井层的能带关系示意图。
图6a是显示障壁层中插入GaAsP中间层的一实施例的示意图。
图6b是显示图6a的障壁层、中间层与井层的能带关系示意图。
图7a是显示障壁层中插入AlGaAsP中间层的一实施例的示意图。
图7b是显示图7a的障壁层、中间层与井层的能带关系示意图。
图8a为显示以第二半导体层作为障壁层，中间层是位于第二半导体层与井层之间的一实施例示意图。
图8b为显示以第二半导体层作为障壁层，中间层插入于障壁层之中的一实施例示意图。
图9为显示具有多主动层的主动区的VCSEL的一实施例示意图。
图10a是同时显示第一半导体层形成于主动层之上及之下的一实施例的示意图。
图10b显示第一半导体层形成于主动层与下间隔层之间的一实施例的示意图。
图11a是显示载子局限层在主动区内的一实施例示意图。
图11b是显示载子局限层在主动区内的另一实施例示意图。
图11c是显示载子局限层在主动区外的一实施例示意图。
图11d是显示载子局限层在主动区外的另一实施例示意图。
图12a是显示载子局限层设置在下间隔层的一部份的一实施例的示意图。
图12b是显示载子局限层设置在上间隔层的全部的一实施例的示意图。
图12c是显示主动层的各障壁层均设置一载子局限层的示意图。
图13是显示主动层之下及之上均设置一载子局限层的一实施例的示意图。
图14a～图14c是显示当主动区包含二主动层，载子局限层设置于两主动层之间的一些代表性实施例的简单示意图。
图14d是显示当主动区包含二主动层，两载子局限层设置于两主动层之间的磊晶区中的一实施例的简单示意图。
图14e～图14h是显示当主动区包含二主动层，载子局限层设置于主动区外的一些代表性实施例的简单示意图。
图15是显示两主动层间设置一载子局限层的一较佳实施例示意图。
图16是显示两主动层间设置一载子局限层的另一较佳实施例示意图。
图17a是显示两主动层之间设置两载子局限层的一实施例示意图。
图17b是显示主动区之上与之下皆设置一载子局限层的一实施例示意图。
图17c是显示每一主动层之上及之下皆设置一载子局限层的一实施例示意图。
图18是显示现有EEL的一种多层结构的示意图。
图19a是显示EEL的主动层之上与之下皆设有第一半导体层的一实施例的示意图。
图19b是显示EEL的主动层之上与之下皆设有载子局限层的一实施例的示意图。
图20a为比较例1的XRT显像示意图。
图20b为实施例20的XRT显像示意图。
图20c为实施例21的XRT显像示意图。
图21是实施例21、22与比较例2在不同温度下最大功率转换效率的比较图。
图22是实施例23与比较例3在不同温度下最大功率转换效率的比较图。
图23是实施例24与比较例4在室温下测得的L-I-V曲线图。
图24是实施例24与比较例4在高温下测得的L-I-V曲线图。
其中，附图标记说明如下：
1’:半导体雷射组件
10’:基板
20’、21’:主动层
30’:下磊晶区
40’:上磊晶区
100’:多层结构
A’:主动区
S1’:半导体层
CF’:载子局限层
J1:第一面
J2:第二面
J3:第三面
J4:第四面
CF’:载子局限层
1:VCSEL
10:基板、GaAs基板
100:多层结构
101:缓冲层
102:下DBR层
103:下间隔层
20、21:主动层
104:上间隔层
105:上DBR层
106:奥姆接触层
201:井层
203:障壁层
205:中间层
24:氧化层
25:穿隧接面层
261、262、263:间隔层
S1:第一半导体层
CF：载子局限层
3:EEL
300:多层结构
301:下披覆层
302:下光电局限层
303:上光电局限层
304:披覆层
305:奥姆接触层
CF1、CF2：载子局限层
具体实施方式
以下配合图式及组件符号对本发明的实施方式作更详细的说明，使熟悉本领域的技术人员在研读本说明书后能据以实施。图式中各膜层之间的厚度比例也非实际比例，应根据实际需要而调整各膜层的厚度。
以下描述具体的组件及其排列的例子以简化本发明。当然这些仅是例子且不该以此限定本发明的范围。例如，在描述中提及一层于另一层之上时，其可能包括该层与该另一层层直接接触的实施例，也可能包括两者之间有其他组件或磊晶层形成而没有直接接触的实施例。此外，在不同实施例中可能使用重复的标号及/或符号，这些重复仅为了简单清楚地叙述一些实施例，不代表所讨论的不同实施例及/或结构之间有特定关联。
此外，其中可能用到与空间相关的用词，像是“在...下方”、“下方”、“较低的”、“上方”、“较高的”及类似的用词，这些关词为了便于描述图式中一个(些)组件或特征与另一个(些)组件或特征之间的关系。这些空间关系词包括使用中或操作中的装置的不同方位，以及图式中所描述的方位。
本发明说明书提供不同的实施例来说明不同实施方式的技术特征。举例而言，全文说明书中所指的“一些实施例”意味着在实施例中描述到的特定特征、结构、或特色至少包含在一实施例中。因此，全文说明书不同地方所出现的词组“在一些实施例中”所指不一定为相同的实施例。
此外，特定的特征、结构、或特色可在一或多个的实施例中透过任何合适的方法结合。进一步地，对于在此所使用的用语“包括”、“具有”、“有”、“其中”或前述的变换，这些语意类似于用语“包括”来包含相应的特征。
此外，”层”可以是单一层或者包含是多层；而一磊晶层的”一部分”可能是该磊晶层的一层或互为相邻的多个层。
现有技术中，雷射二极管可依据实际需求而选择性的设置缓冲层，且在一些实例中，缓冲层与基板在材质可以是相同的。且缓冲层设置与否，跟以下实施例所欲讲述的技术特点与所欲提供的效果并无实质相关，因此为了简要示例说明，以下实施例仅以具有缓冲层的雷射二极管来做为说明用的示例，而不另赘述没有设置缓冲层的雷射二极管，也就是以下实施例如置换无缓冲层的雷射二极管也能一体适用。
半导体雷射组件主要包含基板与多层结构，多层结构是形成于基板之上，众所周知的是，应用目的或工作原理不同的半导体雷射组件，所使用的多层结构甚至基板材料也会有所不同；本说明书所提出的含磷的半导体层，应用在半导体雷射组件时，能减少多层结构的缺陷、差排或提高载子局限能力，甚至在一些情形下兼具以上两种功效。本说明书的半导体雷射组件是涉及VCSEL或EEL等其他适当雷射组件，但排除发光波长未达700nm的雷射二极管。
参阅图1a，本说明书的半导体雷射组件1’主要包含基板10’与多层结构100’，多层结构100’是形成于基板10’之上，多层结构100’包含主动区A’与含磷的半导体层S1’。参阅图1a及图1b～1c所示，含磷的半导体层S1’能位于主动区A’之内的不同位置；或者，如图1d～1e所示，半导体层S1’是位于主动区之上或之下，且半导体层S1’与主动区A’直接接触；或者，如图1f～1g所示，半导体层S1’也是位于主动区A’之上或之下，但半导体层S1’是间接接触于主动区A’，也就是半导体层S1’与主动区A’之间还具有磊晶层；具体的实施方式说明如下。
[实施例1]
参考图2～图4a～图4b，图2是显示一种现有VCSEL的示意图。图3a是显示图2的主动层为量子井结构的一实施例示意图；图3b是显示图3a的障壁层与井层的能阶(energyband level)示意图；图4a是显示障壁层的一部分或障壁层的全部是第一半导体层的示意图，图4b则是显示各障壁层皆形成第一半导体层的一实施例示意图。
图1a至1b的含磷的半导体层S1’在实施例1中称为第一半导体层S1。图2～图3a、图3b是关于现有VCESL的结构，以及主动层为量子井结构；而关于第一半导体层应用于VCSEL的具体实施例，则请参阅图4a、图4b及其相关内容。
图2所示的半导体雷射组件是VCSEL1，如图2所示，VCSEL1包含GaAs基板10与多层结构100，多层结构100的主动区A包含一主动层20(多主动层的实施例参后文)，多层结构100由下而上依序包括缓冲层101、下DBR层102、下间隔层103、主动层20、上间隔层104、上DBR层105以及奥姆接触层106，主动层20是位于下间隔层103与上间隔层104之间。
缓冲层101、下DBR层102、下间隔层103、上间隔层104、上DBR层105以及奥姆接触层106，这些磊晶层的材料可以是习知常用的半导体材料；根据实际需要，在下DBR层102及/或上DBR层105中能选择性的设置一或一些磊晶层，例如氧化层、奥姆接触层、间隔层或其他适当的磊晶层。
如图3a所示，主动层20的一实施例中包含二层井层201与三层障壁层203，二层井层201与三层障壁层203是相互交错堆栈，但其结构不限于此。亦即，主动层20可以包含n层井层201与n+1层障壁层203，如主动层20是此种配置方式，则主动层20的最上层与最下层皆为障壁层203。在一些实施例中，在主动层20的最上层与最下层的障壁层20可充当下间隔层103或上间隔层104。
在未图示的一实施例中，主动层20也可以包含n层井层201与n-1层障壁层203，如主动层20是此种配置方式，则主动层20的最上层或最下层的其中一是井层201，或者主动层20的最上层与最下层都是井层201。较佳地，n为1至5的整数(即，主动层20至少包含一层井层)，更佳地，n为2至5的整数，可提升VCSEL的发光效率(optical gain)或高温特性(hightemperture performance)。
当主动层20的最上层或最下层均为井层201时，与该井层201邻接的下间隔层103或上间隔层104充当障壁层。当主动层20的最上层与最下层皆为井层201时，与该些井层201邻接的下间隔层103及上间隔层104皆充当障壁层。
又，如图3b的能带示意图所示，障壁层203为导电带能阶(Ec)较高的半导体材料，且井层201为导电带能阶较低的半导体材料，于是会产生导电带不连续(ΔEc)而形成所谓的量子井。类似地，在价电带能阶(Ev)也会产生价电带不连续(ΔEv)。当VCSEL1受到顺向偏压时，电子及电洞则会注入并局限于量子井中，而被注入的电子及电洞等载子会在量子井内复合而发光。
在本文的大多数实施例中，井层201的优选材料是InGaAs、InAlGaAs、GaAsSb、GaAs、AlGaAs、AlGaAsSb、GaAsP、InGaAsP或以上材料的配合，经由改变井层201的成分或厚度能够调整VCSEL1的雷射波长，因此半导体雷射组件的雷射波长容易达到700nm或800nm以上。
然而，作为井层201的一些材料晶格并不匹配于GaAs基板10，尤其，InGaAs、InAlGaAs、GaAsSb、AlGaAs与AlGaAsSb这些材料的晶格常数大于GaAs基板，因此井层在磊晶成长后，井层是产生压缩应力(Compressive Strain)，且即使改变这些材料的成份，晶格常数仍然还是会大于GaAs基板；而晶格常数小于GaAs基板则有GaAsP，因此井层在进行磊晶成长后，井层是产生拉伸应力，同样的，即使透过改变GaAsP的材料成分，GaAsP的晶格常数还是会小于GaAs基板；若主动层中的一些井层或各井层产生压缩应力或拉伸应力，则主动层20或VCSEL1中累积的应力就会变大，一旦VCSEL中累积的应力过大，会致使VCSEL的磊晶层产生缺陷或差排。
因此，在多层结构中提供含磷的第一半导体层S1，作为第一半导体层的较佳材料有17种如表1所示，作为第一半导体层S1的优选材料包含表1的17种材料的至少一材料或至少二材料以上的组合。
【表1】
Figure BDA0002534091290000111
以上列举的材料的晶格常数能被改变，比如透过调整材料中的成份多寡而决定晶格常数是要匹配于、小于或大于GaAs基板，因此第一半导体层可以根据井层的应力而决定是产生拉伸应力、产生压缩应力或甚至不产生明显应力，如此井层的应力能被第一半导体层有效补偿，而使得主动层所累积的应力变小，从而降低VCSEL的磊晶层的缺陷或差排发生机率，因而提高VCSEL的可靠度。
应力总和的计算方式为：先将每一层的应力值乘以其厚度而得到乘积值，接着将所有拉伸应力的乘积值减去所有压缩应力的乘积值而得到应力总和(为绝对值)。
若只考虑主动层本身的应力，原则上只要主动层本身应力总和变小即可；一般而言，主动层本身应力总和变小，VCSEL的应力总和也会降低；不过，若主动层外的磊晶层会提供相当的应力，则可透过适当选择井层及/或第一半导体层的材料、材料成分比例、层数与其厚度，使主动层产生适当的应力与应力大小，如此主动层也能适度补偿主动层外的磊晶层的应力。
以表1的InGaP而言，假设莫耳数比在In:Ga＝51:49的情形下，InGaP会刚好晶格匹配于GaAs基板；若要使InGaP的晶格常数大于GaAs基板，则须把In的含量再提高(Ga含量变少)，如此第一半导体层就能产生压缩应力；若要使InGaP的晶格常数小于GaAs基板，则须把Ga的含量再提高(In含量变少)，如此第一半导体层就能产生拉伸应力。
原则上障壁层203的一部分或全部设置第一半导体层S1。例如，在图4a中显示了两种设置第一半导体层S1于障壁层中的方式，一种是在障壁层203内的一部分形成第一半导体层S1，如图4a中相邻于上间隔层104的障壁层203；另一种是在障壁层203的全部形成第一半导体层S1，如图4a中相邻于下间隔层103的障壁层203；以上提到的第一半导体层部分形成或整体形成于障壁层的方式能择一运用于一障壁层或多个障壁层中，比如一些的障壁层是以其一部分形成第一半导体层，其他的障壁层是以其整体作为第一半导体层；也可如图4b所示，在各障壁层皆设置第一半导体层；要注意的是，第一半导体层的设置数目、设置方式与设置处视井层应力的产生位置与应力大小而定，不限于本实施例所述的数目与位置。
在此实施例中，藉由在障壁层203中插入含磷的第一半导体层S1，障壁层203可对井层201进行应力补偿，例如井层201是产生压缩应力时，则使障壁层203中的第一半导体S1产生拉伸应力(Tensile Strain)，如此主动层20所累积的应力总和变小；此外，障壁层203因插入含磷的第一半导体层S1，能进一步扩大对井层的能带差距，从而增加主动层的载子局限性(Carrier Confinement)，当在高温操作时，也能将具有较高能量的载子局限在量子井中，因此在高温操作时，VCSEL的发光效率变得更好。
要注意的是，井层会产生压缩应力或拉伸应力是由井层材料、井层材料成份或基板材料决定，也就是若井层产生的是拉伸应力情形中，第一半导体层则应产生压缩应力；同样的，若井层产生的是压缩应力，则第一半导体层则须提供拉伸应力；若第一半导体层的能隙较大，还能增进VCSEL的载子局限能力。
在一些实施例中，井层的厚度可为1nm～30nm，较佳可为2nm～15nm或3nm～10nm，其中井层的厚度可根据井层材料、井层材料成份或井层所需波长而调整。
如上所述，障壁层203不仅能对井层201做应力补偿，而且障壁层203对井层201做应力补偿的程度还能被调整，具体而言，当障壁层203的材料、材料成份或厚度被改变时，井层201被障壁层203应力补偿的程度也会改变；其中障壁层203的厚度可为1nm～30nm，较佳可为2nm～15nm或3nm～10nm，以减少或消除主动层20的应力。
[实施例2]
图5a是显示障壁层跟井层之间具有中间层的一实施例的示意图，图5b是显示图5a的障壁层、中间层与井层的能带关示意图；图6a是显示障壁层中插入GaAsP中间层的一实施例的示意图，图6b是显示图6a的障壁层、中间层与井层的能带关示意图；图7a是显示障壁层中插入AlGaAsP中间层的一实施例的示意图，图7b是显示图7a的障壁层、中间层与井层的能带关系示意图。
相较于图3a，图5a是在井层201与障壁层203之间更插入中间层205，障壁层203不会与井层201直接接触。或者图6a所示，在主动层20的障壁层203中设置中间层205，换言之，就是依序形成障壁层203、中间层205与障壁层203的层状结构；其中，中间层205的优选材料参表2共计20种，当作中间层的材料是表2所列的至少一种材料或两种以上材料的适当配合。较佳的，实施例2能与实施例1结合运用，也就是中间层包含表2的至少一种材料，且障壁层则是表1的至少1种材料。
【表2】
Figure BDA0002534091290000131
表2逐一列举的材料的晶格常数能被改变成小于、大于或等于GaAs的晶格常数，因此中间层可以被决定是产生拉伸应力、压缩应力或甚至不产生应力。
在一些实施例中，障壁层203及中间层205的材料可为相同或者不同，两者的材料较佳为不同。即使障壁层203及中间层205的材料为相同的情况下，则两者材料的成份比例亦不同，例如障壁层203及中间层205的材料为AlGaAsP时，则在铝、镓、砷或磷的成份比例为不同。
虽然图5a显示了主动层20的最上层与最下层为障壁层203的实施方式，但主动层20的最上层及/或最下层也可以是井层201；主动层20的最上层或最下层是井层201时，该井层201可以实质接触于下间隔层103或上间隔层104；当主动层20的最上层与最下层皆为井层201时，井层201可以实质接触于下间隔层103及上间隔层104。
在一实施例中，如图5b所示，中间层205为GaAsP时，中间层205的导电带能阶是位于井层201与障壁层203的导电带能阶之间。中间层因不含铝故不易氧化，且能补偿井层的应力；例如，井层是具有压缩应力时，则令中间层具有拉伸应力，以降低在主动层的应力总和。
在一些实施例中，如图6a、图7a所示，当中间层205的材料分别是GaAsP或AlGaAsP，则对应图6a、7a的能带示意图分别显示于图6b、图7b所示；中间层205不限于是提供拉伸应力的材料，还可根据量子井的能带差距及应力补偿程度等而使用提供压缩应力或无明显应力的材料。
中间层205的厚度可为1nm～30nm，较佳可为2nm～15nm或3nm～10nm，且在两相邻的井层51之间的中间层205与障壁层203的厚度总和可介于1nm～30nm，较佳介于2nm～15nm或介于3nm～10nm。
原则上，主动层的井层、障壁层与中间层经应力补偿后的应力总和会低于未补偿时的应力总和即可，因此中间层能根据井层与障壁层的应力种类与大小来决定是要产生压缩应力或拉伸应力或不产生应力。应力总和可根据障壁层、中间层、井层等的材料、材料成份比例、层数或厚度而有改变，故在此不作限制。
实施例2虽是以中间层设置在单一主动层(VCSEL)内来作为示例，而在多主动层的实施例中，实施例2亦能使用于多主动层(VCSEL)中一层、一些主动层或各主动层之中。
[实施例3]
参阅图8a，图8a为显示以第二半导体层作为障壁层，中间层是位于第二半导体层与井层之间的一实施例示意图，参阅图8b，图8b为显示以第二半导体层作为障壁层，中间层插入于障壁层之中的一实施例示意图。
在实施例3中，是以VCSEL为例，实施例3在结构方面，能比照实施例1～2于多层结构100与主动层20的量子井结构的各实施例。
材料方面，实施例3的第二半导体层S2与中间层205则有别于实施例1的第一半导体层S1与中间层；具体而言，第二半导体层S2的含磷材料是仅限定于GaAsP一种，第二半导体层S2是障壁层203的至少一部分或全部；中间层205的材料则是表3所列的19种材料的至少一种材料或两种材料以上的配合。井层201则与实施例1的优选材料相同，当作井层的优选材料是InGaAs、InAlGaAs、GaAsSb、GaAs、AlGaAs、AlGaAsSb、GaAsP、InGaAsP或以上材料的配合。
【表3】
Figure BDA0002534091290000151
上表3所列举的材料中，除了AlGaAs只能产生压缩应力与GaAs不产生应力之外，其余的材料的晶格常数能被改变成小于、大于或甚至等于GaAs基板的晶格常数，因此中间层可以被决定是产生拉伸应力、压缩应力或甚至不产生应力。
在一些实施例，井层201是选用InGaAs或InAlGaAs时，能更进一步增进VCSEL的发光效率或带宽。且藉由在障壁层203插入GaAsP层(第二半导体层)，且基板是GaAs基板，晶格常数小于GaAs基板的GaAsP层则会产生拉伸应力，藉以对井层201进行应力补偿，从而减少或消除主动层20中的应力总和，而提升雷射二极管的可靠度。
在一实施例中，当中间层205的导电带能阶高于材质是GaAsP的障壁层203的导电带能阶，中间层205与井层201的能带差距则会大于GaAsP障壁层203与井层201之间的能带差距，如此能提高量子井局限载子的能力，增进半导体雷射二极管的高温特性或可靠度。
实施例3虽是以单一主动层中的井层、障壁层与中间层作为示例，而在多主动层的实施例中，实施例3亦能使用于多主动层中的一主动层、一些主动层或各主动层之中。
[实施例4]
井层、中间层与障壁层是InGaAs、AlGaAs与GaAsP，且AlGaAs中间层设置于GaAsP障壁层之中；GaAsP能提供拉伸应力，减少主动层及半导体雷射中的应力总和，并且减少半导体雷射中磊晶层的差排或者缺陷。AlGaAs则能提高与井层之间的能带差距，藉此提高量子井局限载子的能力以增进半导体雷射二极管的高温特性。
[实施例5]
井层与障壁层是InGaAs与AlGaAsP(无设置中间层)；AlGaAsP障壁层能提供拉伸应力，减少主动层或半导体雷射二极管中的应力总和，能减少半导体雷射二极管中磊晶层的缺陷或差排。AlGaAsP障壁层则能提高与InGaAs井层之间的能带差距，藉此提高量子井局限载子的能力以增进半导体雷射二极管的高温特性。或者，当不需再把与量子井的能带差距调大时，AlGaAsP障壁层中铝的含量可被适当调低，半导体雷射二极管的主动层被氧化的机率则也变低，进而增进半导体雷射二极管的可靠度。
[实施例6]
参阅图9，图9为显示具有多主动层主动区的VCSEL(多接面VCSEL)的的一实施例示意图。
如图9所示，主动区A包含主动层20、21，其中，各主动层20及/或21本身能套用实施例1的关于第一半导体层S1的各实施例、实施例2的关于中间层的各实施例及实施例3的关于第二半导体层S2的各实施例的至少其中之一，相关内容请参前文所述；要注意的是，在多主动层(多接面)的实施例中，如表4所示，第一半导体层的材料除了表1所列的17种材料之外更包含GaAsP
【表4】
Figure BDA0002534091290000161
多主动层的设置数目不限于两层，也能在三层、四层或五层以上，其中在两相邻的主动层或每两相邻的主动层之间具有磊晶区；在一些实施例中，磊晶区中至少设置穿隧接面层25；多主动层有助于提高发光功率及功率转换效率(power conversion efficiency)，但主动层的设置数目越多，应力也越容易累积，而透过适当决定井层、第一半导体层S1或第二半导体层S2的材料、材料成分比例、层数或厚度，能降低主动层或VCSEL的应力总和。
虽然图9还显示了磊晶区中更设置氧化层24与间隔层261～263，但氧化层24或间隔层261～263是根据实际需求而选择性的配置，比如间隔层261～263通常是用来调整光的相位(optical phase)或当作光的局限层或载子的局限层；图9是显示氧化层24与间隔层261～263的较佳实施例，其中，间隔层261、262、263能分别插入主动层20与氧化层24之间、氧化层24与穿隧接面层25之间、穿隧接面层25与主动层21之间之间。在三层以上的主动层的情形下，任两相邻的主动层之间也能选择性或进一步形成氧化层及/或间隔层，氧化层及/或间隔层的具体实施方式除可参照前述，也能根据实据需求做改变。
在一些实施例中，在与主动层20及/或主动层21相邻的间隔层261、263中设置第一半导体层；或者在主动层中也设置第一半导体层，第一半导体层的具体实施方式参照实施例1或2或3所述。
现有技术中，障壁层的常用材料是AlGaAs、GaAsP、GaAs。相较于GaAsP、GaAs，因AlGaAs与井层的能带差距较大，较能增加载子局限性(Carrier Confinement)，因而在高温操作时，AlGaAs障壁层也较能将载子局限在量子井中，从而使VCSEL的光特性变得更好。但障壁层是AlGaAs时却会具有压缩应力，若井层也具有压缩应力，于是在主动层中会累积过大的压缩应力，导致VCSEL的磊晶层容易产生缺陷或差排，如此导致VCSEL的可靠度变差，当缺陷或差排过多时会导致VCSEL的光特性变差。提高障壁层中铝的含量时虽能更扩大能带差距以提升量子井的载子局限性，但随着铝含量的增加，主动层被氧化的机率也易随的提高。主动层中铝发生氧化后会使主动层中产生缺陷，进而易使VCSEL的光特性或可靠度下降。
当障壁层是AlGaAsP(表1所列的一材料)时，相较于障壁层是AlGaAs，当AlGaAsP障壁层与AlGaAs障壁层的铝含量相同，且井层材料也相同时，AlGaAsP障壁层对井层的能带差距会较大，载子局限性也随的增加。
当障壁层是AlGaAs时，只能透过提高AlGaAs的铝含量来扩大其对井层的能带差距，但铝含量越高则障壁层也越容易被氧化；而在障壁层设置含磷的第一半导体层S1后，在铝含量相同的情况下，含磷的障壁层的氧化速率会比未含磷的障壁层来得慢；此外，在铝含量相同的情况，AlGaAsP对井层的能带差距比AlGaAs与井层的能带差距还要大，因此AlGaAsP的铝的含量不需跟AlGaAs的铝含量一样多，此外AlGaAsP还能透过提高含磷量来扩大对井层的能带差距，如此又能进一步减少铝含量，因此能进一步降低VCSEL1的主动层20被氧化的机率，减少主动层或VCSEL的缺陷发生机率，降低VCSEL于磊晶层的缺陷有助于增进VCSEL1的可靠度。磷以及铝的使用量可根据量子井的能带差距及应力补偿程度等考虑而有所调整，故在此不作限制。
同样地，当形成于障壁层203的第一半导体层是使用表1所列的其他任一的含磷材料，也具有增加VCSEL1的可靠度的效果。
[实施例7]
图10a是同时显示第一半导体层形成于主动层之上及之下的一实施例的示意图。图10b显示第一半导体层形成于主动层与下间隔层之间的一实施例的示意图。
图10a与图10b是以VCSEL为例。如图10a所示，于主动区之上及之下都设置第一半导体层S1；在主动区之上及/或之下的第一半导体层的材料为表5所列的20种材料的至少一种材料或至少两种材料以上的配合；表5所列的20种材料是包含表1的17种材料以及GaAsP、AlGaAs及GaAs。
【表5】
AlGaAsP AlGaAsPN AlGaAsPSb AlGaAsPBi
AlGaInP AlGaInPN AlGaInPSb AlGaInPBi
InGaAsP InGaAsPN InGaAsPSb InGaAsPBi
InGaP InGaPN InGaPSb InGaPBi
InAlGaAsP GaAsP AlGaAs GaAs
在一些实施例中，如图10a所示，上间隔层104的全部为第一半导体层S1，第一半导体层S1的一面并实质接触于主动层20；或者，下间隔层103的其中一部分是第一半导体层S1，第一半导体层S1可以非实质接触于主动层20，也就是第一半导体层S1与主动层20之间是下间隔层103的一部分。下间隔层103或上间隔层104是直接或间接接触于主动层20是根据实施需要而定。当第一半导体层S1在下间隔层103或上间隔层104中时，第一半导体层S1是直接或间接接触于主动层20是根据实施需要而定。
在一些实施例中，“上间隔层跟第一半导体层”或“下间隔层跟第一半导体层”的材料可为相同或者不同；即使“上间隔层跟第一半导体层”或“下间隔层跟第一半导体层”的材料为相同的情况下，则两者材料的成份比例亦可不同。
在一些实施例中，如图10b所示，第一半导体层S1是形成于下间隔层103与主动层20之间，但并不限于此，第一半导体层S1也能形成于上间隔层104与主动层20之间(图未示)。
在第一半导体层S1与主动层为间接接触的情形下；虽然原则上，第一半导体层S1越接近于主动层20，提高主动层20的载子局限能力或应力补偿的效果越明显，不过并不限定第一半导体层S1必须设置在接触于或相邻于主动层的磊晶层中如上述的上间隔层或下间隔层。因为上间隔层或下间隔层若较薄或第一半导体层能提供足够的应力，即使第一半导体层与主动层之间还相隔有磊晶层，第一半导体层还是能对主动层提供一定的载子局限能力或对降低主动层或VCSEL的应力总和。
值得说明的是，当第一半导体层S1是设置于主动层20之外，主动层的障壁层或中间层可以使用习知的材料，或于主动层之中设置另一第一半导体层，另一第一半导体层的具体实施方式参实施例1～3的第一半导体层。
当井层或雷射组件的磊晶层会产生相当的应力时，透过在雷射组件中应用以上的任一实施例或一些实施例的结合，将主动层或雷射组件的应力总和控制在一定的范围中；在上述的实施例，比如表1的一些材料在适当条件下会有明显的载子局限效应，前文虽有提到关于载子局限的一些内容，不过分散于前文不同处，因此后文会以一些载子局限的较佳实施例进行详细说明。
[实施例8]
图11a是显示载子局限层在主动区内的一实施例示意图，图11b是显示载子局限层在主动区内的另一实施例示意图，图11c是显示载子局限层在主动区外的一实施例示意图，图11d是显示载子局限层在主动区外的另一实施例示意图。
图11a～11d与图1b至1e大致相同，其中，含磷的半导体层S1’在实施例8与图11a～11d中一律称为载子局限层CF’，并且图11a～11d的主动区A’是包含一主动层；多主动层的实施例请参后文的实施例12～15。
如图11a～11d所示，多层结构包含主动区A’、下磊晶区30’与上磊晶区40’，下磊晶区30’与上磊晶区40’位于主动区A’之下及之上；主动区A’的面向于下磊晶区30’的一面定义为第一面J1，主动区A’的面向于上磊晶区40’的一面定义为第二面J2，而后文中若单独称“主动层的一面”，则代表为第一面及/或第二面；在多主动层的实施例，则还会包含第三面、第四面至第N面，则“主动层的一面”亦是代表第一面至第N面的一者、二者或多者。
当载子局限层CF’是设置于主动区A’之中，在此设置方式，载子局限层CF’不论是实质接触于或靠近于下磊晶区30’或上磊晶区40’，载子局限层CF’会有载子局限效果；在一些实施例，载子局限层CF’甚至能设置于主动层的每一或一些障壁层中。
当载子局限层CF’是设置于下磊晶区30’或上磊晶区40’之中，在此设置方式，原则上载子局限层CF’离主动区A’越近，则载子局限效果较明显。在一些实施例，载子局限层的一面可被视为第一面J1或第二面J2，也就是载子局限层是构成为下磊晶区的最上侧部分或构成为上磊晶区的最下侧部分；或者，载子局限层是构成主动区最下侧或最上侧的部分，换言之，载子局限层是设置于下磊晶区与主动区之间或设置于于主动区与上磊晶区之间。
在一些实施例，载子局限层与第一面J1之间或载子局限层与第二面J2之间还具有一磊晶层的一部分、一磊晶层或一些磊晶层；较佳的，载子局限层CF’是表6的17种材料的至少一材料或二材料以上的配合。
【表6】
Figure BDA0002534091290000211
[实施例9]
图11a～图11d属于原则性的实施例示意图，而具体应用于VCSEL的实施例请参考图12a～12c。图12a是显示载子局限层设置在下间隔层的一部份的一实施例的示意图，图12b是显示载子局限层设置在上间隔层的全部的一实施例的示意图，图12c是显示主动层的各障壁层均设置一载子局限层的示意图。
参考图12a并请配合图11d所示，图12a的下间隔层103可视为在图11d的下磊晶区30’中；如图12a所示，载子局限层CF为形成于下间隔层103的一部分，其中载子局限层CF与第一面J1须处于能将载子局限于主动层中的一有效距离中，因此不一定要形成实质接触；在一些实施例中，上间隔层104的全部形成载子局限层CF，如图12b所示；而虽图12c显示载子局限层CF设置在各障壁层203的其中一部分，但并不限于此，载子局限层CF亦能设置于一些障壁层的全部或各障壁层的全部。
综上所述，实施例9是在主动层的一面的附近形成载子局限层，且当载子局限层是表6中的至少一材料时，载子局限层对井层的导电带不连续或价电带不连续变大，因此当电洞或电子注入主动层内，尤其在高温操作时，电洞或电子会受到载子局限层的局限，载子局限能力变好则VCSEL的光特性也会变好。
[实施例10]
在实施例10中，主动层的一面的附近形成载子局限层CF，载子局限层CF能选自表7或表8所列出的至少一材料或至少二材料的配合，其中表7的材料对电洞的位障(barrierheight)大，因此对电洞的局限效果佳，表8的材料对电子的位障(barrier height)大，因此对电子的局限效果佳。
【表7】
Figure BDA0002534091290000221
【表8】
Figure BDA0002534091290000222
以图12a为例，在电洞是经上DBR层105及第二面J2而注入于主动层20的情形，当靠近第一面J1的载子局限层CF是使用表7的任一材料，由于载子局限层CF对电洞的位障大，因此电洞继续往GaAs基板方向移动时，电洞就会受到载子局限层CF的局限，因而提升主动层的电洞局限性；值得一提的是，在上述情形中，当靠近第一面J1的载子局限层是选用表7的InGaP或AlGaInP，且相邻于载子局限层的磊晶层是选用AlGaAs或其他适当材料，由于InGaP与AlGaAs间或AlGaInP与AlGaAs间的接口的电子位障相对小或几乎没有位障，因此电子能较不受阻的注入于主动层中，因此雷射组件中的电阻不容易变大。在此情形中，上DBR层105主要是P型，下DBR层102主要是N型。
同样也以图12a为例，在电子是经上DBR层105及第二面J2而注入于主动层20的情形，当靠近第一面J1的载子局限层CF是使用表8的任一材料，由于载子局限层CF对电子的位障大，因此电子继续往GaAs基板方向移动时，电子会受到载子局限层CF的局限，因而提升主动层的电子局限性。值得一提的是，在上述情形中，当靠近第一面J1的载子局限层是选用表8的AlGaAsP，且相邻于载子局限层的磊晶层是选用AlGaAs或其他适当材料，对电洞而言，由于AlGaAsP与AlGaAs的接口的电洞位障相对小，因此电洞能较不受阻的注入于主动层中，因此雷射组件中的电阻不容易变大。在此情形中，上DBR层105主要是N型，下DBR层102主要是P型。
[实施例11]
如图13所示，实施例11包含两载子局限层CF1、CF2，两载子局限层CF1、CF2分别形成于靠近主动层20的第一面J1与第二面J2处。在电洞与电子是分别从第二面J2与第一面J1注入主动层的情形下，当载子局限层CF1与载子局限层CF2是选用表7与表8的至少一材料，如此载子局限层CF1对电洞的位障与载子局限层CF2对电子的位障均能提高，则电洞与电子的局限性均得到提升，而能增进雷射组件的特性。
同理，在电洞与电子是分别自第一面J1与第二面J2注入主动层的情形，当载子局限层CF1、载子局限层CF2是选用表8与表7中的至少一材料，如此载子局限层CF1对电子的位障(barrier height)与载子局限层CF2对电洞的位障(barrier height)均能提高，则电洞与电子的局限性均得到提升，而能增进雷射组件的特性。
在一较佳实施例中，当表7选用InGaP或AlGaInP且表8是选用AlGaAsP，且相邻于载子局限层CF1与CF2的磊晶层是选用AlGaAs或其他适当的材料，不仅电洞与电子的局限性都得到明显提升以外，而且能使电洞与电子较不受阻的注入于主动层中。
当选用表6、表7或表8所列的至少一种材料做为载子局限层，并将载子局限层设置在适当位置上，可表现出载子局限效果，尤其能在高温操作表现出载子局限效果。在此情形下，主动层中的障壁层可以使用不会产生应力的材料，或者也可应用第一半导体层在主动层之上、之下或之中，以产生适当的应力而为应力补偿，具体实施方式请参第一半导体层的相关实施例。
[实施例12]
图14a～图14c是显示当主动区包含二主动层，载子局限层设置于两主动层之间的一些代表性实施例的简单示意图。如图14a所示，主动区A’包含二主动层20’、21’，当载子局限层CF’是位于主动区A’内时，载子局限层CF’可位于第二面J2与第三面J3之间，载子局限层CF’可与第二面J2或第三面J3相隔在能将载子局限于主动层中的有效距离中；在三层主动层以上的情形，可以仅设置一或二载子局限层于为相邻的两主动层之间，或者在任两相邻的主动层之间均可设置一或二载子局限层。在其他一些实施例如图14b、14c所示，载子局限层CF’直接接触第二面J2或第三面J3。
必须再次说明，图14a、14b、14c虽显示载子局限层CF’在两主动层20’、21’之间，但不限于此；在替代的实施例中，载子局限层CF’能设置于主动层中，若以图14a而言，载子局限层CF’是靠近于第二面J2或第三面J3。
若在三层主动层以上的情形，载子局限层能形成于每两相邻的主动层之间，或者能在一主动层、一些主动层之中分别设置载子局限层，或者视情形应用以上两者于具有多主动层的主动区中。
当半导体雷射组件是在两主动层中设置载子局限层时，载子局限层原则上是使用表6所列的至少一种材料。
[实施例13]
图14d是显示当主动区包含二主动层，两载子局限层设置于两主动层之间的磊晶区中的一实施例的简单示意图。在实施例13，两载子局限层之一选自表7的至少一材料而另一是选自表8的至少一材料。
[实施例14]
图14e～图14h是显示当主动区包含二主动层，载子局限层设置于主动区外的一些代表性实施例的简单示意图。实施例14以实施例9为基础，因此实施例14的实施方式请参照实施例9的各相关实施例；此外，在主动区A’之上与之下侧能分别设置载子局限层，两载子局限层之一是选自表7的至少一材料而另一是选自表8的至少一材料。
[实施例15]
图14a属于原则性的实施例示意图，而具体应用于VCSEL的实施例请参考图15，图15是显示一载子局限层设置于两主动层间的一较佳实施例示意图。如图15所示，VCSEL包含两主动层20、21，两主动层之间20、21具有磊晶区，磊晶区是介于第二面J2与第三面J3之间；两主动层20、21间的磊晶区的一种较佳结构如图9所示，即包含穿隧接面层、氧化层与间隔层；其中，载子局限层CF是设置于间隔层263的一部分且与第三面J3之间还设置有间隔层263，但不限于此，比如载子局限层CF的一侧也可做为跟主动层21相接触的一面。图16是显示载子局限层CF也可设置在第二面J2附近的间隔层261中，且载子局限层CF是在间隔层261的中间部分。
图14d的一种可能实施例请参图17a，在两主动层20、21之间设置载子局限层CF1、CF2，虽然图17a是显示载子局限层CF1、CF2仅占间隔层261及间隔层263的一部分，但亦能为间隔层261及间隔层263的全部；在一实施例如图17b所示，于主动区A之上与之下分别设置载子局限层CF1、CF2，虽然图17b是显示载子局限层CF1、CF2仅占下间隔层103及上间隔层104的一部分，但亦能为下间隔层103及上间隔层104的全部。在一些实施例，任一主动层之上及/或之下也能形成载子局限层与载子局限层。
在一些实施例中，如图17c所示，在两相邻的主动层20、21之间设置载子局限层CF2、CF3，与在主动区A之上与之下设置载子局限层CF1、CF4；当电洞是经上间隔层104注入于第四面J4且电子是自第一面J1注入于主动层20，则载子局限层CF1与载子局限层CF3为表7中的至少一材料，载子局限层CF2与载子局限层CF4为选自表8的至少一材料。
而电子若是经上间隔层104而注入于第四面J4且电洞则自第一面J1注入于主动层20，则载子局限层CF1与载子局限层CF3选自表8中的至少一材料，则载子局限层CF2与载子局限层CF4为选自表7与的至少一材料。
[实施例16]
参考图18，图18是显示现有EEL的一种多层结构的示意图，参考图19a，图19a是显示EEL的主动层之上与之下皆设有第一半导体层的一实施例的示意图，参考图19b，图19b是显示EEL的主动层之上与之下皆设有载子局限层的一实施例的示意图。图18所示的半导体雷射组件是EEL3，如图18所示，EEL3包含GaAs基板10与多层结构300；多层结构300由下而上依序更包括下披覆层(lower cladding layer)301、下光电局限层302(lower SeparatedConfinement Hetero-Structure)、主动层20、上光电局限层303(lower SeparatedConfinement Hetero-Structure)、上披覆层(lower cladding layer)304与奥姆接触层305，其中主动层20是介于下光电局限层302与上光电局限层303之间。
当EEL3与VCSEL1的主动层是量子井结构时，由于两者的量子井结构相同，因此第一半导体层的实施于VCSEL的各实施例，亦能直接实施在EEL3中；比如EEL3的障壁层的一部分或全部设置第一半导体层，此外井层的优选材料亦相同，第一半导体层的设置原则与示范性的一些实施例在实施例1有详尽的说明，请参照；或者，EEL3的障壁层的一部分或全部设置第二半导体层，且井层与中间层的优选材料亦相同于实施例3的井层与中间层，第二半导体层的设置原则与示范性的一些实施例在实施例3有详尽的说明，请参照；或者，EEL3的主动层中更设置中间层，中间层的设置原则与示范性的一些实施例在实施例2有详尽的说明，请参照；或者，EEL3的相邻的两主动层之间设置第一(二)半导体层，第一(二)半导体层于多主动层的设置原则与示范性的一些实施例在实施例6有详尽的说明；或者，在具有多主动层的EEL，除了在两主动层之间设置穿隧接面层之外，亦能进一步形成间隔层，两主动层之间的磊晶区的较佳实施例在实施例6有详尽的说明，请参照。实施例1～6中的一些实施例亦能一起应用于EEL的主动层中，虽实施例1～6是以应力补偿为主要目的，但亦可能具有载子局限效果。与VCSEL相同，EEL的雷射波长是在700nm或800nm以上。
如应力补偿为主要考虑，且第一半导体层是设置于主动层之外时；在VCSEL方面，第一半导体层较佳的是设置于VCSEL的下间隔层或上间隔层，或者下间隔层与上间隔层均设置第一半导体层；在EEL方面，第一半导体层较佳的则是设置于EEL的下光电局限层或上光电局限层，或者下光电局限层与上光电局限层均设置第一半导体层如图19a所示；第一半导体层能直接或间接的接触主动层。根据应力种类及补偿程度，第一半导体层的优选材料能选自表1或表4中的一材料，而所选材料的能隙较大且第一半导体层形成在适当位置，也可能会有明显的载子局限效果。
如载子局限为主要考虑，且载子局限层是设置于主动层之外时；在VCSEL方面，载子局限层较佳的是设置于VCSEL的下间隔层或上间隔层，或者下间隔层与上间隔层均设置载子局限层；而在EEL方面，载子局限层较佳的则是设置于EEL的下光电局限层或上光电局限层，或者下光电局限层与上光电局限层均设置载子局限层如图19b所示，载子局限层能直接或间接的接触主动层。载子局限层的优选材料选自表6的至少一材料，若选择的材料的晶格常数可被改变，甚至能对主动层或VCSEL的磊晶层提供适当的应力补偿。或者，在具有多主动层的EEL，在主动区之外、在两主动层之间或在任两主动层之间能设置一或二载子局限层，具体的实施方式请参照实施例11～15。
在一些实施例，下光电局限层或上光电局限层的厚度若够薄，则载子局限层亦可设置于下披覆层或上披覆层。
在一些实施例，配合图19b所示，EEL中包含两载子局限层CF1、CF2，下光电局限层302的一部分是设置载子局限层CF1，上光电局限层303的一部分是设置载子局限层CF2；图19b中虽显示两载子局限层，但亦可只在下光电局限层或上光电局限层的一部分或全部设置一载子局限层，载子局限层也能直接接触于主动层。
[实施例17]
VCSEL与EEL的主动区除量子井结构之外，另外也有量子点结构(图未示)，量子点结构的一实施例是主要包含量子点(Quantum dot)、浸润层(Wetting layer)以及覆盖层(cap layer)；在量子点结构，量子点或浸润层的优选材料是InGaAs、InAlGaAs、GaAsSb、GaAs、AlGaAs、AlGaAsSb、GaAsP、InGaAsP或以上材料的任意配合。
以VCSEL而言，在一些实施例中，VCSEL的量子点结构之上或之下会设置间隔层，而在多个量子点结构的实施例，两量子点结构之间也能设置间隔层；其中第一半导体层(即表1的17种材料之一)或载子局限层(即表6的17种材料之一)能形成于覆盖层、间隔层或上述两者；覆盖层、间隔层或上述两者的一部分或全部设置第一半导体层或载子局限层。
在一些实施例中，VCSEL的量子点结构与之上或之下均设置间隔层。
以EEL而言，在一些实施例中，EEL的量子点结构之下会设置下光电局限层，或在EEL的量子点结构之上设置上光电局限层，而在多个量子点结构的实施例，两量子点结构之间设置下光电局限层及/或上光电局限层，其中覆盖层、下光电局限层或上光电局限层的一部分或全部设置第一半导体层或载子局限层。
在一些实施例中，EEL的量子点结构之下及之上会设置下光电局限层及上光电局限层；或者，覆盖层、下光电局限层与上光电局限层之中皆设置于第一半导体层或载子局限层。
[实施例18]
半导体雷射组件如VCSEL与EEL，其基板材料也可以是InP，相较于GaAs基板，当半导体雷射组件的基板是InP基板时，基板上的各磊晶层的材料选择较多，比如井层可以是含铝或不含铝的材料，不过适合作为磊晶层的材料的能隙都比较小，因此必需进一步增进高温特性。比如在主动层(区)中，在主动层的一障壁层、一些障壁层或各障壁层设置载子局限层，或者在上磊晶区及/或下磊晶区中也能设置一或多个载子局限层，载子局限层的设置原则与较佳实施例在实施例11～15有详尽叙述，请参照。要特别注意的是，因基板的材料为InP，载子局限层的优选材料可以是InGaP、InAlGaP、InP、InAlAsP、AlAsSb、AlAsBi、AlGaAsSb、AlGaAsBi、AlPSb、AlPBi、InGaAsP或以上材料的任意配合，其中InGaAsP的PL峰值波长(peak wavelength)不超过900nm。
以上材料中的InGaP、InAlGaP、InP、InGaAsP对电洞的局限效果佳；而InAlAsP、AlAsSb、AlAsBi、AlGaAsSb、AlGaAsBi、AlPSb、AlPBi则对电子的局限效果佳。
载子局限层跟主动层之间的距离通常不超过120nm，载子局限层的厚度大于2nm。
[实施例19、20]
在本说明书，VCSEL磊晶层中的缺陷或差排是以XRT显像(X-ray topography)呈现比较例1、实施例19、20各自的差排，以呈现差排的改善，其中，比较例1、实施例19、20都是以VCSEL磊晶圆的中心区域来做XRT显像。
主动层中各层所使用的材料及厚度请参照表9所示，藉此将本说明书的实施例与现有技术(比较例1)作比较。比较例1中为InGaAs井层与6nm的AlGaAs障壁层。实施例19中则为有一层4nm的AlGaAs中间层设置于厚度为2nm的GaAsP障壁层之中，因此在AlGaAs中间层两侧、并且与井层相邻的二层GaAsP障壁层厚度分别为1nm(合计为2nm)。比较例1、实施例19及实施例20中的AlGaAs及AlGaAsP的Al含量均为20％。
[表9]
Figure BDA0002534091290000281
Figure BDA0002534091290000291
图20a至图20c显示根据比较例1与本说明书的实施例19、20的XRT显像。图20a为比较例1的XRT显像图，图20b及图20c分别为实施例19及实施例20的XRT显像图。藉由比较例1的XRT显像，可观察到比较例1出现多条明显的暗线即明显的差排(dislocation)。相对地，根据实施例19的XRT显像，实施例19虽隐约能出现一些暗线但相对于比较例1并不明显，而根据实施例20的XRT显像，实施例20几乎无法观察到暗线(差排)，故相较于比较例1，实施例19与20能减少VCSEL的磊晶层的差排。
比较例1的是以InGaAs与AlGaAs作为井层与障壁层，当基板为GaAs时，InGaAs与AlGaAs都会产生压缩应力，过大的压缩应力导致在VCSEL的磊晶层产生较多的差排或缺陷，如图20a的XRT显像的明显可见的多条暗线。实施例19中透过以含磷材料如GaAsP做为障壁层及以AlGaAs做为中间层，而在障壁层提供拉伸应力，减少主动层的应力总和，因而减少VCSEL的磊晶层的差排或者缺陷，且能增进载子局限能力。实施例20也是以含磷材料如AlGaAsP作为障壁层，而在障壁层提供拉伸应力，故相较于比较例1，能减少VCSEL的磊晶层的缺陷或差排。
透过实施例19、20的XRT显像展现了使用含磷材料(表1的17种材料之一)于半导体雷射二极管中，确实能够有效地减少半导体雷射二极管的差排或者缺陷。
[实施例21、22与比较例2]
图21是实施例21、22与比较例2在不同温度下最大功率转换效率(maximum powerconversion efficiency,PCE MAX)的比较图，在比较例2的VCSEL，其中两主动层之间未设置用以局限电洞的载子局限层；而实施例21的VCSEL则是在两主动层之间设置用以局限电洞的n型AlGaInP载子局限层，而实施例22的VCSEL则是在两主动层之间设置用以局限电洞的n型InGaP载子局限层，载子局限层的设置位置请参照图15，根据实施例21、22，电洞是经由第四面J4注入于主动层21，而电子是经由第一面J1注入于主动层20；如图21所示，在室温下，比较例2跟实施例21、22的最大功率转换效率无明显差距，但在高温时，实施例21、22的最大功率转换效率明显高于比较例2的最大功率转换效率，且温度越高最大功率转换效率能进一步提升。
[实施例23与比较例3]
图22是实施例23与比较例3在不同温度下最大功率转换效率的比较图，比较例3的VCSEL是包含五主动层且未设置用以局限电洞的载子局限层，而实施例23的VCSEL也是包含五主动层，且在每两相邻的主动层之间设置用以局限电洞的n型InGaP载子局限层；根据实施例21、22，电洞是经由第四面J4注入于主动层21，而电子是经由第一面J1注入于主动层20；如图22所示，在室温下，比较例3跟实施例23的最大功率转换效率亦无明显差距，但在高温时，实施例23的最大功率转换效率明显高于比较例2的最大功率转换效率，且温度越高最大功率转换效率能进一步提升。。
由此可知，在三或四或更多主动层设置载子局限层，亦有增进高温特性的效果。一般而言，跟电子相比，电洞比较不活跃，在VCSEL只具有一主动层的情形，单一主动层的出光功率密度并不会使主动区温度或接面温度显著提升，因此电洞相对下比较容易局限于主动层中，而较不需对电洞加以局限；然而在具有多主动层的VCSEL中，VCSEL的出光功率密度会大幅增加，因此主动区温度或接面温度也会大幅升高，电洞将因而变得比较活跃，因此必须对电洞加以局限，若无法将电洞局限于主动层中，VCSEL光特性就会容易受限或难以进一步增进。除此之外，具有多主动层的VCSEL是透过载子再利用(CARRIER RECYCLING)机制来实现高出光功率(high optical output power)或高功率转换效率(仅有单一主动层的VCSEL并无载子再利用机制)，当两主动层之间局限电洞的能力不佳时，则载子再利用效果会变差，具有多主动层的VCSEL的特性也会因而劣化。实施例22与实施例23因设置用于局限电洞的InGaP载子局限层，因此在高温时，具有两主动层的VCSEL与具有五主动层的VCSEL的最大功率转换效率确实得到明显增进；同样的，实施例21也因设置用于局限电洞的AlInGaP载子局限层，因此在高温时，具有两主动层的VCSEL的最大功率转换效率得到明显增进。
[实施例24与比较例4]
图23是实施例24与比较例4在室温下测得的L-I-V曲线图，图24是实施例24与比较例4在高温下测得的L-I-V曲线图，其中室温大约是25℃，高温大约是65℃；实施例24是包含用以局限电洞的载子局限层的EEL，而比较例4则是不包含用以局限电洞的载子局限层的EEL，实施例24与比较例4都是使用InP基板；用以局限电洞的载子局限层的材料是n型InP(后称InP载子局限层)，n型InP载子局限层设置于主动层与下光电局限层之间，且n型InP载子局限层的一侧并实质接触于主动层，亦即主动层是直接形成于InP载子局限层之上，其中主动层是含铝材料，下光电局限层之实质接触于InP载子局限层的一侧也是含铝材料；如图23与图24所示，相较于未设置用以局限电洞的载子局限层的比较例4，实施例24在室温跟高温下因载子局限能力皆有所提升，所以光功率与斜效率(Slope efficiency,SE)亦有所提升，其中斜效率SE为光功率与电流的斜率(W/A)。在实施例24中，雷射二极管的放光波长为1310nm。
承上段，以含铝材料作为主动层中的障壁层与井层时，其导电带不连续相对较高，价电带不连续相对较小，因此含铝材料的主动层的电子位障高度通常较高，但电洞位障高度较低，因此主动层的电洞局限性通常较差。而透过在主动层之上或之下设置含磷的载子局限层，由于含磷的载子局限层与含铝的主动层能形成较大的价电带不连续，所以电洞位障高度得以提升，而增进主动层的电洞局限性；实施例24是在含铝的主动层与含铝的下光电局限层之间设置n型InP载子局限层，如此能把原本较低的价电带不连续明显提高以提高电洞位障高度，如此主动层的电洞局限性得以增进，同时含磷的载子局限层与含铝的主动层及含铝的下光电局限层之间所形成的导电带不连续又不会太大，因此电子能较不受阻的从下光电局限层注入于主动层，所以电阻也不容易变大，有助于增进半导体雷射二极管的特性。。
以上所述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 (52)

1.一种半导体雷射二极管，其特征在于，包含：
一GaAs基板；以及
一多层结构，在该GaAs基板之上，该多层结构包含：
一主动区，包含一或多个主动层，该或所述主动层的至少一者包含至少一井层，该至少一井层是包含选自由InGaAs、InAlGaAs、GaAsSb、GaAs、AlGaAs、AlGaAsSb、GaAsP及InGaAsP所组成的群组；以及
一第一半导体层，在该主动区之内或之外，其中该第一半导体层包含选自由AlGaAsP、AlGaAsPN、AlGaAsPSb、AlGaAsPBi、InAlGaP、InAlGaPN、InAlGaPSb、InAlGaPBi、InGaAsP、InGaAsPN、InGaAsPSb、InGaAsPBi、InGaP、InGaPN、InGaPSb、InGaPBi及InAlGaAsP所组成的群组。
2.如权利要求1所述的半导体雷射二极管，其特征在于，该第一半导体层是在该主动区之内，该或所述主动层的至少一者更包含一至少一障壁层，该第一半导体层是该至少一障壁层的至少一部份或全部，该至少一障壁层的能隙大于该至少一井层的能隙。
3.如权利要求1所述的半导体雷射二极管，其特征在于，该第一半导体层是在该主动区之外，位于该主动区之外的该第一半导体层的材料群组中更包含GaAsP、AlGaAs及GaAs。
4.如权利要求1所述的半导体雷射二极管，其特征在于，该或所述主动层的至少一者包括一中间层，该中间层设置于该至少一井层之上或之下，该中间层选自由GaAs、AlGaAs、AlGaAsP、AlGaAsPN、AlGaAsPSb、AlGaAsPBi、InAlGaP、InAlGaPN、InAlGaPSb、InAlGaPBi、InGaAsP、InGaAsPN、InGaAsPBi、InGaAsPSb、InGaP、InGaPN、InGaPSb、InGaPBi、InAlGaAsP、GaAsP所组成的群组。
5.如权利要求4所述的半导体雷射二极管，其特征在于，该或所述主动层的至少一者更包含一至少一障壁层，该至少一障壁层的一部份及/或该至少一障壁层与该至少一井层之间设置该中间层。
6.如权利要求2所述的半导体雷射二极管，其特征在于，该或所述主动层的至少一者包括一中间层，该至少一障壁层的中及/或该至少一障壁层与该至少一井层之间设置于该中间层，该中间层选自由GaAs、AlGaAs、AlGaAsP、AlGaAsPN、AlGaAsPSb、AlGaAsPBi、InAlGaP、InAlGaPN、InAlGaPSb、InAlGaPBi、InGaAsP、InGaAsPN、InGaAsPSb、InGaAsPBi、InGaP、InGaPN、InGaPSb、InGaPBi、InAlGaAsP及GaAsP所组成的群组。
7.如权利要求1所述的半导体雷射二极管，其特征在于，所述主动层的设置数目至少为二或二以上，该第一半导体层是设置于该主动区内。
8.如权利要求7所述的半导体雷射二极管，其特征在于，更包含一磊晶区，该磊晶区位于所述主动层的二主动层之间，该磊晶区更包含一穿隧接面层。
9.如权利要求8所述的半导体雷射二极管，其特征在于，该磊晶区更包含一或多个间隔层，该穿隧接面层之上及/或之下设置该间隔层。
10.如权利要求9所述的半导体雷射二极管，其特征在于，该磊晶区更包含至少一氧化层；该穿隧接面层与该氧化层之间、该穿隧接面层与相邻于该穿隧接面层的主动层之间或该氧化层与相邻于该氧化层的主动层之间设置该间隔层。
11.如权利要求8所述的半导体雷射二极管，其特征在于，该第一半导体层是设置于该磊晶区中且邻近于或实质接触于一主动层。
12.如权利要求11所述的半导体雷射二极管，其特征在于，该多层结构更包含另一第一半导体层，该另一第一半导体层设置于该主动层或所述主动层之一，该主动层或所述主动层之一更包含一至少一障壁层，该另一第一半导体层是该至少一障壁层的至少一部份或全部，该另一第一半导体层是选自由GaAs、AlGaAs、AlGaAsP、AlGaAsPN、AlGaAsPSb、AlGaAsPBi、InAlGaP、InAlGaPN、InAlGaPSb、InAlGaPBi、InGaAsP、InGaAsPN、InGaAsPSb、InGaAsPBi、InGaP、InGaPN、InGaPSb、InGaPBi、InAlGaAsP及GaAsP所组成的群组。
13.如权利要求7所述的半导体雷射二极管，其特征在于该主动层或所述主动层的至少一者包括一中间层，该中间层设置于该至少一井层之上或之下，该中间层选自由GaAs、AlGaAs、AlGaAsP、AlGaAsPN、AlGaAsPSb、AlGaAsPBi、InAlGaP、InAlGaPN、InAlGaPSb、InAlGaPBi、InGaAsP、InGaAsPN、InGaAsPSb、InGaAsPBi、InGaP、InGaPN、InGaPSb、InGaPBi、InAlGaAsP及GaAsP所组成的群组。
14.如权利要求13所述的半导体雷射二极管，其特征在于，该主动层或所述主动层的至少一者更包含一至少一障壁层，该至少一障壁层的一部份及/或该至少一障壁层与该至少一井层之间设置该中间层，该至少一障壁层的能隙大于该至少一井层的能隙。
15.如权利要求14所述的半导体雷射二极管，其特征在于，该第一半导体层设置于该至少一障壁层内，该第一半导体层的能隙大于该至少一井层的能隙。
16.如权利要求1所述的半导体雷射二极管，其特征在于，该半导体雷射二极管是VCSEL或EEL。
17.一种半导体雷射二极管，其特征在于，包含：
一GaAs基板；以及
一多层结构，在该GaAs基板之上，该多层结构包含：
一主动区，包含一或多个主动层，该或所述主动层的至少一者包含至少一障壁层与至少一井层，该至少一井层是包含选自于InGaAs、InAlGaAs、GaAsSb、GaAs、AlGaAs、AlGaAsSb、GaAsP及InGaAsP所组成的群组；
一第二半导体层，设置于该至少一障壁层之中，其中该第二半导体层是GaAsP；以及
一中间层，该至少一障壁层之中及/或该至少一障壁层及该至少一井层之间设置该中间层，该中间层选自由AlGaAsP、AlGaAsPN、AlGaAsPSb、AlGaAsPBi、InAlGaP、InAlGaPN、InAlGaPSb、InAlGaPBi、InGaAsP、InGaAsPN、InGaAsPSb、InGaAsPBi、InGaP、InGaPN、InGaPSb、InGaPBi、InAlGaAsP、GaAs及AlGaAs所组成的群组；
其中，该至少一井层的能隙是小于该至少一障壁层与该中间层的能隙。
18.如权利要求17所述的半导体雷射二极管，其特征在于，更包含至少一间隔层，该主动区之上及/或之下设置该至少一间隔层，该至少一间隔层选自由GaAs、AlGaAs、AlGaAsP、AlGaAsPN、AlGaAsPSb、AlGaAsPBi、InAlGaP、InAlGaPN、InAlGaPSb、InAlGaPBi、InGaAsP、InGaAsPN、InGaAsPSb、InGaAsPBi、
InGaP、InGaPN、InGaPSb、InGaPBi、InAlGaAsP及GaAsP所组成的群组。
19.如权利要求17所述的半导体雷射二极管，其特征在于，更包含一磊晶区，该磊晶区设置于两主动层之间，该磊晶区更包含一穿隧接面层。
20.如权利要求19所述的半导体雷射二极管，其特征在于，该磊晶区更包含一或多个间隔层，该穿隧接面层之上及/或之下设置该间隔层。
21.如权利要求20所述的半导体雷射二极管，其特征在于，该磊晶区更包含一氧化层；该穿隧接面层与该氧化层之间、该穿隧接面层与相邻于该穿隧接面层的主动层之间或该氧化层与相邻于该氧化层的主动层之间设置该间隔层。
22.如权利要求19所述的半导体雷射二极管，其特征在于，该磊晶区更包含另一第二半导体层，该另一第二半导体层是设置于该磊晶区中且靠近于或实质接触于一主动层，该另一第二半导体层是选自于AlGaAsP、AlGaAsPN、AlGaAsPSb、AlGaAsPBi、InAlGaP、InAlGaPN、InAlGaPSb、InAlGaPBi、InGaAsP、InGaAsPN、InGaAsPSb、InGaAsPBi、InGaP、InGaPN、InGaPSb、InGaPBi、InAlGaAsP、GaAsP、GaAs及AlGaAs所组成的群组。
23.如权利要求17所述的半导体雷射二极管，其特征在于，该半导体雷射二极管是VCSEL或EEL。
24.一种半导体雷射二极管，其特征在于，包含：
一GaAs基板；以及
一多层结构，在该GaAs基板之上，该多层结构包含：
一下磊晶区，位于该GaAs基板之上；
一主动区，位于该下磊晶区之上；
一上磊晶区，位于该主动区之上；以及
至少一载子局限层，位于该主动区、该下磊晶区或该上磊晶区之中，该至少一载子局限层选自由AlGaAsP、AlGaAsPN、AlGaAsPSb、AlGaAsPBi、InAlGaP、InAlGaPN、InAlGaPSb、InAlGaPBi、InGaAsP、InGaAsPN、InGaAsPSb、InGaAsPBi、InGaP、InGaPN、InGaPSb、InGaPBi及InAlGaAsP所组成的群组。
25.如权利要求24所述的半导体雷射二极管，其特征在于，该至少一载子局限层位于该主动区中并靠近于或实质接触于该上磊晶区或该下磊晶区。
26.如权利要求24所述的半导体雷射二极管，其特征在于，该至少一载子局限层位于该上磊晶区中或该下磊晶区中并靠近于或实质接触于该主动区。
27.如权利要求26所述的半导体雷射二极管，其特征在于，该上磊晶区更包含一上间隔层或该下磊晶区更包含一下间隔层，该上间隔层或该下间隔层的一部分或全部设置该至少一载子局限层；或者，该上磊晶区更包含一上间隔层及该下磊晶区之中更包含一下间隔层，该上间隔层及该下间隔层的一部分或全部均设置该至少一载子局限层。
28.如权利要求26所述的一种半导体雷射二极管，其特征在于，该上磊晶区更包含一上光电局限层或该下磊晶区更包含一下光电局限层，该上光电局限层或该下光电局限层的一部分或全部设置该至少一载子局限层；或者，该上磊晶区更包含一上光电局限层及该下磊晶区更包含一下光电局限层，该上光电局限层及该下光电局限层的一部分或全部均设置该至少一载子局限层。
29.如权利要求24所述的一种半导体雷射二极管，其特征在于，该主动区还包含一第一面、一第二面与另一载子局限层，该第一面为该主动区的面向该下磊晶区的一面，该第二面为该主动区的面向该上磊晶区的一面；该至少一载子局限层是设置于该第一面与该第二面之一的之上或之下，该另一载子局限层是设置于该第一面与该第二面的另一的之上或之下。
30.如权利要求29所述的一种半导体雷射二极管，其特征在于，该至少一载子局限层或该另一载子局限层的一面是该第一面或该第二面。
31.如权利要求29所述的一种半导体雷射二极管，其特征在于，该至少一载子局限层与该另一载子局限层之一选自InAlGaP、InAlGaPN、InAlGaPSb、InAlGaPBi、InGaAsP、InGaAsPN、InGaAsPSb、InGaAsPBi、InGaP、InGaPN、InGaPSb、InGaPBi及InAlGaAsP所组成的群组；该至少一载子局限层与该另一载子局限层的另一选自AlGaAsP、AlGaAsPN、AlGaAsPSb、AlGaAsPBi、InAlGaP、InAlGaPN、InAlGaPSb、InAlGaPBi及InAlGaAsP所组成的群组。
32.如权利要求24所述的一种半导体雷射二极管，其特征在于，该主动区包含多个主动层，所述主动层的二主动层之间具有一磊晶区，该至少一载子局限层位于该磊晶区之中。
33.如权利要求32所述的一种半导体雷射二极管，其特征在于，该磊晶区更包含一穿隧接面层。
34.如权利要求33所述的一种半导体雷射二极管，其特征在于，该磊晶区更包含一或多个间隔层，该穿隧接面层之上及/或之下设置该间隔层。
35.如权利要求34所述的一种半导体雷射二极管，其特征在于，该磊晶区更包含一氧化层；在该穿隧接面层与该氧化层之间、在该穿隧接面层与相邻于该穿隧接面层的主动层之间或在该氧化层与相邻于该氧化层的主动层之间设置该间隔层。
36.如权利要求24所述的一种半导体雷射二极管，其特征在于，该主动区包含多个主动层，所述主动层的任二主动层之间的磊晶区均设置该至少一载子局限层。
37.如权利要求24所述的一种半导体雷射二极管，其特征在于，该半导体雷射二极管是VCSEL或EEL。
38.一种半导体雷射二极管，其特征在于，包含：
一GaAs基板；以及
一多层结构，在该GaAs基板之上，该多层结构包含：
一主动区，包含一或多个量子点结构，该或所述量子点结构的至少一者包含一量子点、一浸润层及一覆盖层；其中，该量子点或该浸润层之一是包含选自由InGaAs、InAlGaAs、GaAsSb、GaAs、AlGaAs、AlGaAsSb、GaAsP及InGaAsP所组成的群组；
该覆盖层是包含选自由AlGaAsP、AlGaAsPN、AlGaAsPSb、AlGaAsPBi、InAlGaP、InAlGaPN、InAlGaPSb、InAlGaPBi、InGaAsP、InGaAsPN、InGaAsPSb、InGaAsPBi、InGaP、InGaPN、InGaPSb、InGaPBi及InAlGaAsP所组成的群组。
39.如权利要求38所述的半导体雷射二极管，其特征在于，更包含至少一间隔层，该至少一间隔层位于该量子点结构之上或之下或在所述量子点结构的两量子点结构之间，该至少一间隔层包含选自由AlGaAsP、AlGaAsPN、AlGaAsPSb、AlGaAsPBi、InAlGaP、InAlGaPN、InAlGaPSb、InAlGaPBi、InGaAsP、InGaAsPN、InGaAsPSb、InGaAsPBi、InGaP、InGaPN、InGaPSb、InGaPBi及
InAlGaAsP所组成的群组。
40.如权利要求38所述的半导体雷射二极管，其特征在于，该半导体雷射二极管是VCSEL或EEL。
41.一种半导体雷射二极管，其特征在于，包含：
一InP基板；以及
一多层结构，在该InP基板之上，该多层结构包含：
一下磊晶区，位于该InP基板之上；
一主动区，位于该下磊晶区之上，包含一主动层或多个主动层；
一上磊晶区，位于该主动区之上；以及
至少一一载子局限层，位于该主动区、该下磊晶区或该上磊晶区之中，该至少一载子局限层系选自由InGaP、InAlGaP、InP、InAlAsP、AlAsSb、AlAsBi、AlGaAsSb、AlGaAsBi、AlPSb、AlPBi及InGaAsP所组成的群组。
42.如权利要求41所述的半导体雷射二极管，其特征在于，InGaAsP的PL峰值波长不超过900nm。
43.如权利要求41所述的半导体雷射二极管，其特征在于，该至少一载子局限层位于该主动区中并靠近于或实质接触于该上磊晶区或该下磊晶区。
44.如权利要求41所述的半导体雷射二极管，其特征在于，该至少一载子局限层位于该上磊晶区中或该下磊晶区中并靠近于或实质接触于该主动区。
45.如权利要求41所述的半导体雷射二极管，其特征在于，该主动区还包含一第一面、一第二面与另一载子局限层，该第一面为该主动区的面向该下磊晶区的一面，该第二面为该主动区的面向该上磊晶区的一面；该至少一载子局限层是设置于该第一面与该第二面之一的之上或之下，该另一载子局限层是设置于该第一面与该第二面的另一的之上或之下。
46.如权利要求45所述的半导体雷射二极管，其特征在于，该至少一载子局限层或该另一载子局限层的一面是该第一面或该第二面。
47.如权利要求45所述的半导体雷射二极管，其特征在于，该至少一载子局限层与该另一载子局限层之一选自由InGaP、InAlGaP、InP及InGaAsP所组成的群组，其中InGaAsP的PL峰值波长不超过900nm；该至少一载子局限层与该另一载子局限层的另一选自InAlAsP、AlAsSb、AlAsBi、AlGaAsSb、AlGaAsBi、AlPSb及AlPBi所组成的群组。
48.如权利要求41所述的半导体雷射二极管，其特征在于，更包含一磊晶区，该磊晶区位于所述主动层的二主动层之间具有一磊晶区，该至少一载子局限层位于该磊晶区之中。
49.如权利要求48所述的半导体雷射二极管，其特征在于，该磊晶区更包含一穿隧接面层。
50.如权利要求49所述的半导体雷射二极管，其特征在于，该磊晶区更包含一或多个间隔层，该间隔层介于该穿隧接面层与相邻于该穿隧接面层的主动层之间。
51.如权利要求41所述的半导体雷射二极管，其特征在于，所述主动层的任二主动层之间的磊晶区中均设置该至少一载子局限层。
52.如权利要求41所述的半导体雷射二极管，其特征在于，该半导体雷射二极管是VCSEL或EEL。
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