CN112385100A - 低电流、高功率激光二极管条 - Google Patents

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Abstract

一种激光二极管条包括：半导体基板，该半导体基板包括第一导电类型的第一半导体层；第一激光二极管堆叠体，在所述半导体层的上侧上；第二激光二极管堆叠体，在所述半导体层的上侧上，所述第二激光二极管堆叠体与所述第一激光二极管堆叠体串联地电连接，其中所述第一导电类型的第一半导体层的电导率高于所述第一激光二极管堆叠体和第二激光二极管堆叠体的每个半导体层的电导率；以及第一电极层，在所述第一激光二极管堆叠体上，其中所述第一电极层将所述第一激光二极管堆叠体电连接到在所述第一激光二极管堆叠体与所述第二激光二极管堆叠体之间的所述第一导电类型的第一半导体层的部分。

Description

低电流、高功率激光二极管条
相关申请的交叉引用
本公开涉及并要求2018年5月14日提交的题为“低电流、高功率激光二极管条”的美国临时专利申请No.62/671,169的优先权，其全部内容通过引用并入本公开中。
背景技术
激光二极管条是用于提供激光输出的装置，其中该装置至少包括单独半导体激光二极管的一维阵列。用于大功率应用的典型激光二极管条可以包括例如10-50个激光二极管，每个激光二极管具有在例如40-500微米之间的发射器宽度，以及在例如500-10000微米之间的谐振器长度。单独大功率激光二极管条的功率要求达到1000W以上。这样高的功率可能需要1000A或更高的驱动电流。考虑到焦耳热随二极管电流成二次比例缩放，激光二极管会经受相当大的热耗散，这可能实质上降低装置的性能和效率。
发明内容
本公开涉及低电流、高功率激光二极管条及其制造方法。
总体上，在一些方面，本公开的主题实施为一种高功率激光二极管条，该高功率激光二极管条包括：半导体基板，该半导体基板包括第一导电类型的第一半导体层；在半导体层的正面上的第一激光二极管堆叠体；在半导体层的正面上的第二激光二极管堆叠体，第二激光二极管堆叠体与第一激光二极管堆叠体串联地电连接，其中第一激光二极管堆叠体和第二激光二极管堆叠体中的每一个包括第一导电类型的一个或多个半导体包覆层，并且其中第一导电类型的第一半导体层的电导率高于第一导电类型的每个半导体包覆层的电导率；以及第一激光二极管堆叠体上的第一电极层，其中第一电极层将第一激光二极管堆叠体电连接到在第一激光二极管堆叠体与第二激光二极管堆叠体之间的第一导电类型的第一半导体层的部分。
高功率激光二极管条的实现方式可以包括以下特征中的一个或多个。例如，在一些实现方式中，激光二极管条包括：在第一激光二极管堆叠体与第二激光二极管堆叠体之间的沟槽；在第一激光二极管堆叠体和第二激光二极管堆叠体二者上的介电层，介电层延伸到沟槽中，其中，第一电极层穿过介电层中的第一开口电连接到第一激光二极管堆叠体，并且穿过介电层中的第二开口电连接到第一导电类型的第一半导体层。沟槽可以延伸到第一导电类型的第一半导体层中。基板可以包括在第一导电类型的第一半导体层下方的半绝缘的半导体区域，并且沟槽延伸到半绝缘的区域中。
在一些实现方式中，第一电极层包括与第一激光二极管堆叠体的欧姆接触以及与第一导电类型的第一半导体层的欧姆接触。
在一些实现方式中，第一导电类型的第一半导体层以及每个半导体包覆区域内的每一层都掺杂有第一掺杂剂类型，并且在第一半导体层中第一掺杂剂类型的浓度大于每个半导体包覆区域的每一层中的第一掺杂剂类型的浓度。第一半导体层中的第一掺杂剂类型的浓度可以大于1*1018cm-3。
在一些实现方式中，第一半导体层的电阻小于10毫欧。
在一些实现方式中，第一电极层将第一激光二极管堆叠体的阳极电连接到第二激光二极管堆叠体的阴极。
在一些实现方式中，每个激光二极管堆叠体包括：第二导电类型的第二包覆层；以及用于生成光子的半导体有源区域，其中半导体有源区域在第一导电类型的第一包覆层与第二导电类型的第二包覆层之间，并且其中第一电极层在第一激光二极管堆叠体中的第二包覆层上且电连接到第一激光二极管堆叠体中的第二包覆层。
在一些实现方式中，高功率激光二极管包括在第一导电类型的第一半导体层的背面上且直接在第一激光二极管堆叠体的底下的分流电极层。激光二极管条可以包括在半导体基板中的第一凹部，其中分流电极层在第一凹部内。第一凹部可以从半导体基板的背面延伸到第一半导体层的背面。激光二极管条可以包括与第一导电类型的第一半导体层的正面直接物理和电接触的第二电极层，其中，分流电极层的至少部分直接在第二电极层下方。激光二极管条可以包括在第一激光二极管堆叠体的侧壁之上延伸的介电层，其中，介电层在第一激光二极管堆叠体与第二电极层之间。第二电极层可以提供与第一导电类型的第一半导体层的正面的欧姆接触。
总体上，在一些方面，本公开的主题可以实施在一种制造激光二极管条的方法中，其中，该方法包括：提供半导体基板；在半导体基板上形成第一导电类型的第一半导体层；在第一半导体层的正面上形成半导体堆叠体，其中半导体堆叠体在第一半导体层上包括第一导电类型的至少一个第一半导体包覆层，并且第一半导体层的电导率大于每个第一半导体包覆层的电导率；在半导体堆叠体中形成向下到第一半导体层的沟槽，以将半导体堆叠体划分成第一激光二极管堆叠体和第二激光二极管堆叠体；并且在第一激光二极管堆叠体上以及在沟槽中在第一半导体层上形成第一电极层，以在第一激光二极管堆叠体与第二激光二极管堆叠体之间建立串联连接。
方法的实现方式可以包括以下特征中的一个或多个。例如，在一些实现方式中，第一导电类型的第一半导体层以及每个半导体包覆区域内的每一层都掺杂有第一掺杂剂类型，其中在第一半导体层中第一掺杂剂类型的浓度大于每个半导体包覆区域的每一层中的第一掺杂剂类型的浓度。第一半导体层中的第一掺杂剂类型的浓度可以大于1*1018cm-3。第一半导体层的电阻可以小于10毫欧。
在一些实现方式中，方法可以包括：在形成第一电极层之前，在第一激光二极管堆叠体上以及在沟槽中在第一半导体层上形成介电层；和在介电层中形成第一开口以暴露第一激光二极管堆叠体；并且在介电层中形成第二开口以暴露沟槽中的第一半导体层，其中，形成电极层包括在第一开口中和第二开口中形成电极层。
在一些实现方式中，沟槽延伸到半导体基板中。
在一些实现方式中，半导体堆叠体包括：用于在至少一个第一半导体包覆层上生成光子的半导体有源区域；以及在半导体有源区域上第二导电类型的至少一个第二半导体包覆层。
在一些实现方式中，该方法包括在半导体基板中形成背面凹部，其中背面凹部延伸到第一半导体层且直接在第一激光二极管堆叠体下方。该方法可以包括在凹部中且直接地在第一激光二极管堆叠体的下方形成第二电极层。该方法可以包括形成与第一导电类型的第一半导体层的正面直接物理和电接触的第三电极层，其中第二电极层的至少部分直接在第三电极层下方。
总体上，在一些方面，本公开的主题实施在一种激光二极管条中，该激光二极管条包括：半导体基板，该半导体基板包括掺杂有第一导电类型的第一半导体层；在第一半导体层的前表面上的多个附加半导体层，多个附加半导体层包括掺杂有第一导电类型的第一包覆层、用于生成光子的有源区域、以及掺杂有第二导电类型的第二包覆层；多个沟槽，该多个沟槽在附加半导体层中且将附加半导体层分割到多个激光二极管堆叠体中，其中第一半导体层是每个激光二极管堆叠体的公共阴极接触体；多个电绝缘势垒，其中每个电绝缘势垒定位在激光二极管堆叠体的不同对之间的第一半导体层中，并且其中多个激光二极管堆叠体串联地电连接。在一些实现方式中，每个沟槽可以包括从附加半导体层的上表面延伸到第一半导体层的上表面的第一深度以及从附加半导体层的上表面延伸到半导体基板中的第二深度。在一些实现方式中，激光二极管条还包括：多个介电层，每个介电层布置在对应的激光二极管堆叠体的上表面上；在每个介电层中的接触开口；以及多个激光二极管阳极接触体，其中每个阳极接触体定位于对应的接触开口中。
实现方式可以具有以下优点中的一个或多个。例如，在一些实现方式中，大功率激光二极管条的激光二极管串联连接，因此将激光二极管条的最大电流限制为不大于单独激光二极管的驱动电流，这可以有助于降低电流需求以及焦耳热。在一些实现方式中，激光二极管堆叠体下方的高电导率半导体层的存在减少串联电阻，并且因此进一步减少焦耳热。在一些实现方式中，在激光二极管堆叠体下方的高电导率半导体层的背面上存在分流电极可以进一步减少激光二极管的电阻。此外，可以将分流电极定位在有助于减少相邻激光二极管之间的漏电流的后侧凹部内。在一些实现方式中，分流电极的部分可以直接地位于阴极接触体的部分的下方，这通过减少横向电流路径来进一步减少串联电阻。
在附图和以下描述中阐述本发明的一个或多个实施例的细节。通过描述、附图和权利要求书，本发明的其它特征和优点将显而易见。
附图说明
图1A是包括串联地电连接的多个激光二极管的半导体激光二极管条的示例的示意图。
图1B是图示激光二极管堆叠体的示例的侧视图的示意图。
图2A至图2H图示用于制造包括多个串联地电连接的激光二极管的激光二极管条的过程的示例的示意图。
具体实施方式
用于大功率激光二极管条的不断增加的驱动电流至少部分地归因于它们的配置，在该配置中激光二极管条内的单独激光二极管彼此并联地电连接。考虑到总激光二极管条驱动电流对应于每个单独二极管上的驱动电流的和，条内单独二极管的不断增加的数目则添加至总电流。相似地，当单独二极管的电流驱动能力增加时，激光二极管条的最大总电流也会升高。
本公开针对通过串联地连接单独激光二极管而有助于总电流的减少的激光二极管条配置。在串联配置中，整个激光二极管条的驱动电流受到条内具有最小电流驱动能力的激光二极管限制。因此，实现激光二极管条所需的最大电流的实质性降低可以是可能的。此外，在某些实现方式中，根据本公开的激光二极管条配置能够减少与每个单独的激光二极管相关联的串联电阻，导致焦耳热的进一步减少和改进的器件性能。
图1A是根据本公开的半导体激光二极管条100的示例的示意图。激光二极管条100包括彼此串联地电连接的第一半导体激光二极管102和第二半导体激光二极管104。图1A中图示的激光二极管条100的视图对应于沿着延伸穿过每个单独激光二极管的宽度的平面(即，沿着Y轴)的横截面。每个单独激光二极管的长度和光轴沿Z轴定义，该Z轴延伸进入和离开图1A的页面，然而每个单独激光二极管的高度沿X轴延伸。尽管在图1A中仅示出两个激光二极管，但是可以包括附加的激光二极管。例如，激光二极管条可以包括但不限于10、20、30、40、50或100个激光二极管。
激光二极管条100还包括半导体基板106。半导体基板106可以包括但不限于半绝缘的半导体基板，诸如本征(非有意地)掺杂的半导体晶片的部分。例如，基板106可以包括本征单晶GaAs晶片。还可以使用其他基板材料。半绝缘的基板106的电阻率可以在例如约107Ω*cm至约109Ω*cm之间。基板106的厚度可以在约100微米至约750微米的范围中。
半导体基板106包括第一半导体层108。第一半导体层108是高度掺杂的半导体层，其为每个激光二极管提供低电阻、高电导率的电流路径。例如，第一半导体层108可以包括掺杂有诸如硅、锗、锡、碲或硫的N型掺杂剂的N+或N++型的GaAs层。替代地，第一半导体层108可以包括例如掺杂有诸如铍、锌或碳的P型掺杂剂的P+或P++型GaAs层。其他材料和掺杂剂也是可能的。第一半导体层108可以通过掺杂半导体基板106(例如，通过离子注入)或作为分离沉积的层(例如，通过外延生长)形成。第一半导体层的厚度可以在例如约100nm至约10微米的范围内，包括在约100nm至约1000nm之间，或者在约100nm至约500nm之间。
第一激光二极管102包括在第一半导体层108的正面或顶表面上形成的第一激光二极管堆叠体110a。相似地，第二激光二极管104包括同样在第一半导体层108的正面或顶表面上形成的第二激光二极管堆叠体110b。第二激光二极管堆叠体110通过沟槽101与第一激光二极管堆叠体110a间隔开。激光二极管堆叠体110a和110b包括配置为提供激光二极管的半导体材料的多个层，每个激光二极管包括有源区域，在该有源区域中生成光子且由波导/包覆区域引导光子。
图1B是图示可以用于堆叠体110a、110b的激光二极管堆叠体110的示例的侧视图的示意图。如图1B所示，堆叠体110包括：第一导电类型的第一半导体包覆区域140；在第一半导体包覆区域140上的第一半导体波导区域150；用于在第一波导区域150上生成光子的半导体有源区域160；在半导体有源区域160上的第二波导区域170；以及在第二波导区域170上的第二导电类型的第二半导体包覆区域180。
图1B中所示的激光二极管堆叠体结构110可以被称为分别限制异质结构(SCH)。在SCH中，生成光子的中央半导体有源区域160侧置具有较低折射率的上层和下层。因为中央半导体有源区域160具有比其围绕层更高的折射率，因此光主要被限制于有源区域160或结构的“核心”，在那里产生光学增益。该布置沿着有源区域核心引导光学模式，创建从结构的分面发射的激光束(例如，沿着Z轴方向进入或离开图1A和1B中的页面)。
半导体有源区域160包括单个量子阱或多个堆叠的量子阱，但是其他有源区域结构也是可能的。半导体有源区域160可以由各种不同的材料形成，例如InGaAs、InGaAsP、AlGaAs、AlGaInP或InGaN及其它。
第一包覆区域140和第一波导区域150由第一导电类型的半导体材料(例如，P型半导体或N型半导体)形成，然而第二波导区域170和第二包覆区域180由第二导电类型的半导体材料形成，该第二导电类型不同于第一包覆区域140和第一波导区域150的第一导电类型。例如，第一包覆区域140和第一波导区域150可以是掺杂的N型，然而第二波导区域170和第二包覆区域180可以是掺杂的P型。可以形成第一包覆区域和第二包覆区域140、180以及第一光波导区域和第二光波导区域150、170的材料的示例包括AlGaAs、GaN、InP或SiC及其它。在GaAs的情况中，N型掺杂剂的示例包括Si，然而P型掺杂剂的示例包括C。除GaAs以外的用于波导/包覆材料的掺杂剂包括例如硅(用于GaN的N型)、镁(用于GaN的P型)、氮(用于SiC的N型)、铝(用于SiC的P型)。在一些实现方式中，在波导区域150、170内和/或在包覆区域140、180内的一个或多个层是本征的(非有意掺杂)。总体上，包覆层和波导区域的掺杂浓度(并且因此的电导率)从较远离半导体有源区域160的较高值朝向较靠近半导体有源区域160的较低值延伸。
在第一半导体层108的顶表面或上表面上直接地形成第一半导体包覆区域140。第一半导体包覆区域140和第一半导体层108两者具有相同的导电类型。例如，如果第一半导体层108是N型层，则第一半导体包覆区域140也为N型。在一些实现方式中，第一包覆区域和第二包覆区域140、180中的每一个包括多于一个半导体层。
再次参考图1A，激光二极管102和激光二极管104中的每一个包括在激光二极管堆叠体上形成的对应的上电极层。例如，激光二极管102包括在激光二极管堆叠体110a的顶表面或上表面上形成的第一上电极层116a。第一上电极层116a提供到激光二极管102的阳极的电连接。相似地，第二激光二极管104包括在第二激光二极管堆叠体110b上形成的第二上电极层116b。第二上电极层116b提供到激光二极管104的阳极的电连接。
如图1A所示，第一上电极层116a从激光二极管堆叠体110a的顶表面延伸到第一激光二极管102与第二激光二极管104之间的沟槽区域101中，其中第一上电极层116a与第一半导体层108接触(例如，直接物理接触)。第一上电极层116a因此提供从第一二极管102的阳极到第一半导体层108的电连接。上电极层116a的与第一半导体层108接触的部分114b可以理解为第二激光二极管104的阴极接触体，而上电极层116a的与第一激光二极管堆叠体110a接触的部分可以理解为第一激光二极管102的阳极接触体。因此，第一上电极层116a可以提供从第一激光二极管102的阳极到第二激光二极管104的阴极的电连接(例如，串联电连接)。在实现方式中，当金属用于上电极层116a时，金属选择为提供用于阳极和阴极接触体两者的欧姆接触。例如，如果第一半导体层108是GaAs，则上电极层116a的金属可以选择为包括Au、Pt、Ti、Al或TiW中的一个或多个。
为了防止第一上电极层116a在激光二极管堆叠体110a的层上发生短路，在堆叠体110a与第一上电极层116a之间的激光二极管堆叠体110a的侧壁上形成第一上介电层112a。第一上介电层112a使激光二极管堆叠体110a与第一上电极层116a电绝缘。第一上介电层112a可以包括诸如硅氧化物或硅氮化物的材料。第一上介电层112a的厚度可以在例如约50nm至约500nm的范围中。在一些实现方式中，在第一上介电层112a内形成窗口或接触开口，以允许第一上电极层116a与激光二极管堆叠体110a电接触。
与第一激光二极管102相似地，第二激光二极管104还包括诸如第二电极层116b的上电极。在图1A中，第二上电极层116b从第二激光二极管堆叠体110b的顶表面延伸到的堆叠体110b的右侧的另一沟槽区域103。在一些实现方式中，沟槽103用于将第二激光二极管堆叠体110b与形成为激光二极管条100的一部分的第三激光二极管的激光二极管堆叠体间隔开。在第二沟槽区域103中，第二上电极层116b与第一半导体层108直接接触，并且在一些实现方式中，形成第三激光二极管的阴极接触体114c。因此，第二上电极层116b可以提供从第二激光二极管104的阳极到第三激光二极管的阴极的电连接(例如，串联电连接)。在当金属用于上电极层116b时的实现方式中，金属选择为提供用于阳极和阴极接触体两者的欧姆接触。例如，如果第一半导体层108是GaAs，则上电极层116b的金属可以选择为包括Au、Pt、Ti、Al或TiW中的一个或多个。
为了防止第二上电极层116b在激光二极管堆叠体110b的层上发生短路，在堆叠体110b与第二上电极层116b之间的激光二极管堆叠体110b的侧壁上形成第二上介电层112b。第二上介电层112b使激光二极管堆叠体110b与第二上电极层116b电绝缘。第二上介电层112b可以包括诸如硅氧化物或硅氮化物的材料。第二上介电层112b的厚度可以在例如约50nm至约500nm的范围中。在一些实现方式中，在第二上介电层112b内形成窗口以允许第二上电极层116b与激光二极管堆叠体110b电接触。
如图1A所示，在第一半导体层108的顶表面或上表面上且在激光二极管堆叠体110a的左侧形成用于第一激光二极管102的阴极接触体114a。与阴极接触体114b和114c相似地，可以在将第一激光二极管102的激光二极管堆叠体与直接相邻的激光二极管的激光二极管堆叠体分离的沟槽中形成阴极接触体114a。在一些实现方式中，可以由在堆叠体110a的侧壁上形成的上介电层112a的部分来使阴极接触体114a与激光二极管堆叠体110a分离，避免直接物理接触。相似地，可以由在堆叠体110b的侧壁上形成的第二上介电层112b的部分来使阴极接触体114b与激光二极管堆叠体110b分离，避免直接物理接触。
在激光二极管条100的操作期间，每个激光二极管102、104经受正向偏置，使得光子在它们相应的激光二极管堆叠体的有源区域160内生成且通过受激发射而光学放大。虚线箭头130指示在激光二极管102、104的正向偏置操作下的电流(例如，电子流)方向的示例。在图1A的示例中，箭头130示出电流a)从第一激光二极管102的阴极接触体114a穿过高导电的第一半导体层108，b)从高导电的第一半导体层108穿过激光二极管堆叠体110a到第一上电极层116a，c)从第一上电极层116a回到高导电的第一半导体层108(在阴极接触体114b处)，并且d)从高导电的第一半导体层108穿过激光二极管堆叠体110b到第二激光二极管104的第二上电极层116b流动。如电流路径130所图示，第一激光二极管102和第二激光二极管104串联地电连接。与具有并联连接的单独二极管的高功率激光二极管条相比，串联连接因此将条100的最大总电流消耗限制到具有最低驱动电流的激光二极管。通过减少条100消耗的电流，也可以实质上减弱与电流平方成比例的焦耳热。
通过降低与穿过串联二极管的电流路径相关联的串联电阻，可以进一步减少焦耳热。第一半导体层108可以被重度掺杂以在阴极接触与每个激光二极管的激光二极管堆叠体之间提供低电阻率路径。例如，由GaAs形成的第一半导体层108可以是掺杂有Si的N型，其掺杂密度在约0.8*1018/cm3至约5.0*1019/cm3之间。在一些实现方式中，第一半导体层108中的掺杂剂的浓度大于激光二极管条100内的每个激光二极管堆叠体110的第一半导体包覆区域140和/或波导区域150中的每一层中的掺杂剂的浓度。重度掺杂可以提供具有例如约10-3Ω*cm至约10-5Ω*cm之间的电阻率的第一半导体层108。在一些实现方式中，第一半导体层108的电导率大于激光二极管条100内的每个激光二极管堆叠体110的第一半导体包覆区域140和/或波导区域150的每一层的电导率。替代地或附加地，第一半导体层108可以重度掺杂为使得其展示的沿着穿过第一半导体层的电流路径的串联电阻例如不大于约0.5mΩ，不大于约1mΩ，不大于约5mΩ，不大于约10mΩ，不大于约20mΩ，不大于约50mΩ或不大于约100mΩ。在一些实现方式中，诸如对于大功率激光二极管应用，沿着穿过第一半导体层108的电流路径的串联电阻应该远小于例如电信应用中所使用的激光二极管所需的电阻(例如50Ω或75Ω)，该应用中阻抗匹配非常重要。在本文所描述的结构的情况下，第一半导体层108因此可以用作激光二极管条100的每个激光二极管的公共阴极接触体。例如，对于第一激光二极管102，部分114a和第一半导体层108两者都可以充当阴极接触体。相似地，对于激光二极管104，部分114b和第一半导体层108两者都可以充当阴极接触体。
为了防止电流在第一激光二极管102与第二激光二极管104之间的第一半导体层108上泄漏，激光二极管堆叠体之间的沟槽(例如，沟槽101和103)可以延伸到第一半导体层108中。附加地，在一些实现方式中，沟槽甚至可以延伸到第一半导体层108下方的基板106中。例如，如图1A所示，沟槽101的部分118a延伸到第一半导体层108中且延伸到基板106中。因此，沟槽部分118a的深度可以大于仅延伸到第一半导体层108的上表面的沟槽101的部分的深度。在一些情况下，部分118a包括或填充有充当电绝缘体的介电材料120a，以防止电流从在第一激光二极管堆叠体110a下方的第一半导体层108的区域泄漏到在第二激光二极管堆叠体110b下方的第一半导体层108的区域中。介电材料120a还可以为上覆的上电极层116a提供结构支撑。相似地，沟槽103的部分118b延伸到第一半导体层108中并且延伸到激光二极管堆叠体110b的右侧的基板106中。部分118b可以包括介电材料120b，以防止来自第二激光二极管堆叠体110b下方的第一半导体层108的电流泄漏到第一半导体层108的区域中，在该第一半导体层的区域上可以形成另一激光二极管堆叠体。总体上，在部分118a、118b内形成的电介质可以与形成层112a、112b的电介质相同。例如，电介质可以包括硅氧化物或硅氮化物。
在一些实现方式中，可以对激光二极管条做出附加的修改以减少串联电阻。例如，在每个激光二极管下方的第一半导体层108的底部或背面可以可选地包括分流电极层。作为示例，图1A示出了布置在第一半导体层108的背面上并且直接地在第一激光二极管堆叠体110a下方的第一分流电极124a。图1A还示出了布置在第一半导体层108的背面上且直接在第二激光二极管堆叠体110b下方的第二分流电极124b。分流电极124a和124b彼此不会直接物理接触。分流电极124a、124b中的每一个可以包括例如与第一半导体层108欧姆接触的低电阻率金属。例如，如果第一半导体层108是掺杂GaAs的N型，则分流电极124a、124b可以包括Au、Pt、Ti、Al或TiW层中的一个或多个。在激光二极管条100的操作期间，分流电极124a、124b可以用于提供甚至更低的串联电阻路径以使电流流动。例如，随着电子电流从阴极114a进入，电子优先地流过第一半导体层108的厚度到达分流电极124a，其中多数电流行进直到再次跨越第一半导体层108的厚度到达激光二极管堆叠体110a。与高度掺杂的第一半导体层108相比较，分流电极124a可以提供较低的电阻率/较高的电导率电流路径。相似地，与单独的第一半导体层108相比较，分流电极124b提供从阴极114b到第二激光二极管堆叠体110b的更低的电阻率/更高的电导率电流路径。
在一些实现方式中，分流电极相对于阴极接触体布置以进一步减少串联电阻。例如，如图1A所示，分流电极124a的至少部分直接地在形成阴极接触体114a的电极层的部分的下方，使得这些部分彼此重叠(例如，当沿X轴方向观看时)。相似地，分流电极124b的至少部分直接地在形成阴极接触体114b的电极层的部分的下方，使得这些部分彼此重叠。通过直接地在阴极接触体的下方形成分流电极，在阴极接触体与分流电极之间的电阻主要由在阴极接触体与分流电极之间的第一半导体层108的厚度和电导率限定。即，可以减少在阴极接触体与分流电极之间的电流的横向迁移。
在一些实现方式中，激光二极管条100可以可选地包括在半导体基板106内的凹部，其中分流电极布置在凹部内。例如，如图1A所示，基板106包括第一凹部122a和第二凹部122b。第一分流电极124a定位在直接地在第一激光二极管堆叠体110a的下方的第一凹部122a内。第二分流电极124b定位在直接地在第二激光二极管堆叠体110b的下方的第二凹部122b内。在一些实现方式中，凹部122a、122b从半导体基板106的背面延伸到第一半导体层108的背面。通过形成凹部122a、122b，进一步减少激光二极管条100内漏电流的发生可以是可能的。特别地，因为移除多数基板106，所以减少用于使电流流动的替代路径(除期望的路径130以外)。
图2A至图2H为图示用于制造包括多个串联地电连接的激光二极管的激光二极管条的过程的示例的示意图。为了便于说明，在图2A-2H中仅示出单个二极管，但是对于激光二极管条上的每个激光二极管，该过程可以是相同的。
在图2A所示的制造过程的第一步骤中，提供半导体基板106。如本文所解释的，半导体106基板可以包括例如半绝缘的基板，诸如本征(未掺杂或非有意掺杂的)GaAs晶片。在其他实现方式中，基板106可以包括但不限于SiC或InP。第一半导体层108形成在半导体基板106上或作为半导体基板106的一部分。例如，在一些实现方式中，半导体基板106的上层掺杂有掺杂剂，使得该上层具有选择的导电类型(例如，N型)。替代地，在一些实现方式中，使用例如外延过程在基板106上生长或沉积第一半导体层。在一些实现方式中，确保第一半导体层108与基板106晶格匹配以减少器件内可能不利地影响器件性能的应力是有用的。
然后，在第一半导体层108的顶上，提供激光二极管堆叠体110。在此参照图1B描述激光二极管堆叠体110。如关于该示例所解释的，激光二极管堆叠体110可以包括第一包覆区域和第二包覆区域、第一光波导区域和第二光波导区域、以及用于当激光二极管处于正向偏置下生成光子的有源区域。包覆区域、光波导区域和有源区域中的每一个可以包括一个或多个半导体层。可以通过例如外延过程来生长或沉积激光二极管堆叠体的层。激光二极管堆叠体内的层的总数目以及激光二极管堆叠体内的每一层的特定厚度可以取决于激光二极管的期望设计而变化。
在沉积激光二极管堆叠体之后，然后如图2B所示蚀刻激光二极管堆叠体以形成多个沟槽，例如沟槽101、103。沟槽可以将两个相邻的激光二极管堆叠体彼此分离。可以使用湿法或干法蚀刻技术来形成沟槽。例如，可以首先在激光二极管堆叠体110的上表面上形成抗蚀剂层。然后将抗蚀剂层的选择的部分暴露于使暴露的部分改变其化学结构的光。然后将抗蚀剂经受显影剂以移除抗蚀剂的暴露的部分或未暴露的部分，并且取决于抗蚀剂类型提供图案化的抗蚀剂。然后将图案化的抗蚀剂经受湿法或干法蚀刻，使得第一半导体层的暴露的部分被蚀刻掉，而保护第一半导体层的由剩余的抗蚀剂覆盖的部分。在一些实现方式中，形成第一半导体层的材料与形成激光二极管堆叠体的一个或多个层的材料相同。因此，使用基于材料的差异而停止的选择性蚀刻是不可能的。而是，蚀刻可以是定时蚀刻，其中总蚀刻时间基于蚀刻剂的蚀刻速率以及激光二极管堆叠体的已知厚度来确定。在一些情况下，蚀刻过程不是各向异性的，使得沟槽保留有带角度的侧壁，诸如侧壁302。
在形成沟槽以形成分离的激光二极管堆叠体之后，可以将沟槽延伸到第一半导体层中，如图2C所示。这可能需要简单地将上述蚀刻过程继续预先确定的时间长度，以确保蚀刻剂到达第一半导体层108中。替代地，可以执行第二光刻过程以提供限定第一半导体层108的不同区域的图案化的抗蚀剂，其中将延伸沟槽。在第二光刻过程之后，可以再次执行湿法或干法蚀刻以创建延伸的沟槽区域，诸如图2C中所示的延伸的沟槽区域105、107。再次，蚀刻过程不必是各向异性的，在这种情况下，延伸的沟槽可以具有带角度的侧壁，诸如侧壁304。
在形成沟槽之后，在激光二极管堆叠体的表面以及第一半导体层和/或基板的暴露部分上形成上介电层。例如，如图2D所示，在激光二极管堆叠体110之上形成介电层112。介电层可以包括诸如硅氧化物或硅氮化物的绝缘材料。介电层112的厚度的范围可以在从约50nm到约500nm的范围。其他厚度也是可能的。可以使用诸如等离子增强化学气相沉积的化学气相沉积过程来沉积介电层112。物理气相沉积过程或其他沉积过程也是可能的。介电层112可以被图案化以形成窗口或接触开口，稍后可以穿过该窗口或接触开口沉积上电极层。例如，介电层112可以被图案化以在激光二极管堆叠体110上形成第一窗口(例如，阳极窗口)306。介电层112还可以被图案化以在第一半导体层108上形成第二窗口(例如，阴极窗口)308。图案化介电层112的过程可以包括沉积和图案化抗蚀剂层，然后穿过介电层112进行湿法或干法蚀刻。
在沉积和图案化介电层112之后，如图2E-2F所示形成电极层。在一些实现方式中，电极层由金属形成。在这样的情况下，选择金属使得与下面的半导体材料形成欧姆接触是有用的。选择的特定金属可以取决于下面的半导体材料的导电类型。例如，如图2E所示，第一半导体层108可以是第一导电类型(例如，N型)的GaAs层，然而激光二极管堆叠体的上层可以是第二导电类型的GaAs层(例如，N型)。因此，在窗口区域308中形成以电连接到第一半导体层308的金属310可以不同于在窗口区域306中形成以电连接到激光二极管堆叠体的金属312。作为示例，对于N型GaAs层，欧姆接触可以包括AuGe、Al或TiW层。对于P型GaAs层，欧姆接触可以包括Au、Pt、Ti、Al或TiW层。用于N型和P型半导体材料的其他欧姆接触也是可能的。欧姆接触层的厚度可以在约1nm至约100nm或更多的范围中。
如图2F所示，然后在介电层112的表面之上沉积和图案化上电极层116。上电极层116可以由诸如金的金属形成。使用抗蚀剂层和蚀刻剂(例如，湿法蚀刻剂)的光刻术来图案化上电极层116，以在区域314处分离电极层116。这种分离确保不存在在激光二极管条中的每个激光二极管的上表面上延伸的短路。尽管在图2F中未示出，但是电极层116可以延伸到由本文公开的相同过程形成的基板上的邻近激光二极管的阴极。上电极层116的厚度可以在约100nm至约1000nm或更多的范围中。可以使用诸如热蒸发或电子束蒸发的物理气相沉积技术来沉积用于上电极层116的金属，但是替代地可以使用其他技术。
图2G-2H示出了可选的背面凹部和分流电极的形成。在执行背面蚀刻之前，可以使用光致抗蚀剂或其他防止污染正面电路的自旋施加的聚合物涂层来保护正面激光二极管。在施加正面保护之后，基板的背面可以被涂覆为具有仅暴露基板要蚀刻的那些部分的图案化的抗蚀剂或硬掩模。例如，如图2G所示，蚀刻的区域122直接地在激光二极管堆叠体110的下方。在基板是半导体晶片的实现方式中，考虑到这样的干法蚀刻可以更容易且有效地移除厚的半导体材料，使用深反应离子蚀刻(DRIE)可以是有用的。蚀刻的深度可以设定为使得其到达第一半导体层108的背面。例如，蚀刻深度可以是400微米或更大、500微米或更大、600微米或更大或700微米或更大。
在形成背面凹部122之后，然后在凹部122内形成分流电极124，如图2H所示。例如，在一些实现方式中，诸如金的金属层沉积在凹部122内。可以使用本文所描述的物理气相沉积技术将金属层沉积到约1nm至100nm或更大的厚度。然后可以图案化金属层以形成分流电极124。该图案化过程可能需要例如形成和图案化抗蚀剂层，然后对金属层的暴露的部分进行湿法蚀刻。
已经描述了若干实现方式。然而，应该理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行各种修改。例如，尽管图1A示出了仅具有两个激光二极管的激光二极管条，但是可以在激光二极管条中形成附加的激光二极管，包括，例如10个激光二极管、50个激光二极管、100个激光二极管或更多，其中使用本文公开的技术将激光二极管串联地连接。此外，尽管示出使用SCH设计构造的激光二极管堆叠体，但是其他激光二极管配置也是可能的。此外，本公开的激光二极管的材料和层尤其不限于本文指定的厚度和/或本文指定的材料和/或导电类型。其它实施例在以下权利要求的范围内。

Claims (29)

1.一种高功率激光二极管条，包括：
半导体基板，包括第一导电类型的第一半导体层；
第一激光二极管堆叠体，在所述半导体层的正面上；
第二激光二极管堆叠体，在所述半导体层的正面上，所述第二激光二极管堆叠体与所述第一激光二极管堆叠体串联地电连接，
其中，所述第一激光二极管堆叠体和所述第二激光二极管堆叠体中的每一个包括所述第一导电类型的一个或多个半导体包覆层，并且
其中，所述第一导电类型的第一半导体层的电导率高于所述第一导电类型的每个半导体包覆层的电导率；以及
所述第一电极层，在所述第一激光二极管堆叠体上，其中，所述第一电极层将所述第一激光二极管堆叠体电连接到在所述第一激光二极管堆叠体与所述第二激光二极管堆叠体之间的所述第一导电类型的第一半导体层的部分。
2.根据权利要求1所述的激光二极管，包括：
沟槽，在所述第一激光二极管堆叠体与所述第二激光二极管堆叠体之间；
介电层，在所述第一激光二极管堆叠体和所述第二激光二极管堆叠体二者上，所述介电层延伸到所述沟槽中，
其中，所述第一电极层穿过所述介电层中的第一开口电连接到所述第一激光二极管堆叠体，并且穿过所述介电层中的第二开口电连接到所述第一导电类型的第一半导体层。
3.根据权利要求2所述的激光二极管条，其中，所述沟槽延伸到所述第一导电类型的第一半导体层中。
4.根据权利要求3所述的激光二极管条，其中，所述基板包括在所述第一导电类型的所述第一半导体层下方的半绝缘的半导体区域，并且所述沟槽延伸到所述半绝缘的区域中。
5.根据权利要求1所述的激光二极管条，其中，所述第一电极层包括与所述第一激光二极管堆叠体的欧姆接触以及与所述第一导电类型的所述第一半导体层的欧姆接触。
6.根据权利要求1所述的激光二极管条，其中，所述第一导电类型的第一半导体层以及每个半导体包覆区域内的每一层都掺杂有第一掺杂剂类型，并且其中，所述第一半导体层中的第一掺杂剂类型的浓度大于在每个半导体包覆区域的每一层中的第一掺杂剂类型的浓度。
7.根据权利要求6所述的激光二极管条，其中，所述第一半导体层中的所述第一掺杂剂类型的浓度大于1*1018cm-3。
8.根据权利要求1所述的激光二极管条，其中，所述第一半导体层的电阻小于10毫欧。
9.根据权利要求1所述的激光二极管条，其中，所述第一电极层将所述第一激光二极管堆叠体的阳极电连接到所述第二激光二极管堆叠体的阴极。
10.根据权利要求1所述的激光二极管条，其中，每个激光二极管堆叠体包括：
第二导电类型的第二包覆层；以及
用于生成光子的半导体有源区域，其中，所述半导体有源区域在所述第一导电类型的第一包覆层与所述第二导电类型的第二包覆层之间，并且
其中，所述第一电极层在所述第一激光二极管堆叠体中的所述第二包覆层上且电连接到所述第一激光二极管堆叠体中的所述第二包覆层。
11.根据权利要求1所述的高功率激光二极管条，包括在所述第一导电类型的所述第一半导体层的背面上且直接在所述第一激光二极管堆叠体的底下的分流电极层。
12.根据权利要求11所述的激光二极管条，包括在所述半导体基板中的第一凹部，其中，所述分流电极层在所述第一凹部内。
13.根据权利要求12所述的激光二极管条，其中，所述第一凹部从所述半导体基板的背面延伸到所述第一半导体层的背面。
14.根据权利要求11所述的激光二极管条，包括与所述第一导电类型的第一半导体层的正面直接物理和电接触的第二电极层，其中，所述分流电极层的至少部分直接在所述第二电极层下方。
15.根据权利要求14所述的激光二极管条，包括在所述第一激光二极管堆叠体的侧壁之上延伸的介电层，其中，所述介电层在所述第一激光二极管堆叠体与所述第二电极层之间。
16.根据权利要求14所述的激光二极管条，其中，所述第二电极层提供与所述第一导电类型的所述第一半导体层的正面的欧姆接触。
17.一种制造激光二极管条的方法，所述方法包括：
提供半导体基板；
在所述半导体基板上形成第一导电类型的第一半导体层；
在所述第一半导体层的正面上形成半导体堆叠体，
其中，所述半导体堆叠体在所述第一半导体层上包括所述第一导电类型的至少一个第一半导体包覆层，并且
其中，所述第一半导体层的电导率大于每个第一半导体包覆层的电导率；
在所述半导体堆叠体中形成向下到所述第一半导体层的沟槽，以将所述半导体堆叠体划分成第一激光二极管堆叠体和第二激光二极管堆叠体；并且
在所述第一激光二极管堆叠体上以及在所述沟槽中在所述第一半导体层上形成第一电极层，以在所述第一激光二极管堆叠体与所述第二激光二极管堆叠体之间建立串联连接。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述第一导电类型的第一半导体层以及每个半导体包覆区域内的每一层都掺杂有第一掺杂剂类型，并且其中，所述第一半导体层中的第一掺杂剂类型的浓度大于在每个半导体包覆区域的每一层中的第一掺杂剂类型的浓度。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述第一半导体层中的所述第一掺杂剂类型的浓度大于1*1018cm-3。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，所述第一半导体层的电阻小于10毫欧。
21.根据权利要求17所述的方法，包括：
在形成所述第一电极层之前，在所述第一激光二极管堆叠体上以及在所述沟槽中在所述第一半导体层上形成介电层；和
在所述介电层中形成第一开口以暴露所述第一激光二极管堆叠体；并且
在所述介电层中形成第二开口以暴露所述沟槽中的所述第一半导体层，
其中，形成所述电极层包括在所述第一开口中和所述第二开口中形成所述电极层。
22.根据权利要求17所述的方法，其中，所述沟槽延伸到所述半导体基板中。
23.根据权利要求17所述的方法，其中，所述半导体堆叠体包括：
用于在所述至少一个第一半导体包覆层上生成光子的半导体有源区域；以及
在所述半导体有源区域上第二导电类型的至少一个第二半导体包覆层。
24.根据权利要求17所述的方法，包括在所述半导体基板中形成背面凹部，其中，所述背面凹部延伸到所述第一半导体层且直接在所述第一激光二极管堆叠体下方。
25.根据权利要求24所述的方法，包括在所述凹部中且直接地在所述第一激光二极管堆叠体下方形成第二电极层。
26.根据权利要求25所述的方法，包括形成与所述第一导电类型的第一半导体层的正面直接物理和电接触的第三电极层，其中，所述第二电极层的至少部分直接在所述第三电极层下方。
27.一种激光二极管条，包括：
半导体基板，包括：
掺杂有第一导电类型的第一半导体层；
多个附加的半导体层，在所述第一半导体层的上表面上，多个半导体层包括掺杂有所述第一导电类型的第一包覆层、用于生成光子的有源区域、以及掺杂有第二导电类型的第二包覆层；
多个沟槽，在所述多个附加的半导体层中且将所述多个附加的半导体层分离到多个激光二极管堆叠体中，其中，所述第一半导体层是用于每个激光二极管堆叠体的公共阴极接触体；
多个电绝缘势垒，其中，将每个电绝缘势垒定位在激光二极管堆叠体的不同对之间的第一半导体层中，其中，多个激光二极管堆叠体串联地电连接。
28.根据权利要求27所述的激光二极管条，其中，每个沟槽包括从所述多个附加半导体层的上表面延伸到所述第一半导体层的上表面的第一深度以及从所述多个附加半导体层的上表面延伸到所述半导体基板中的第二深度。
29.根据权利要求27所述的激光二极管条，还包括多个介电层，每个介电层布置在对应的激光二极管堆叠体的上表面上；
在每个介电层中的接触开口；以及
多个激光二极管阳极接触体，其中，每个阳极接触体定位在对应的接触开口中。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113454857A (zh) * 2019-02-26 2021-09-28 新唐科技日本株式会社 半导体激光装置以及半导体激光元件
CN116918199A (zh) * 2021-02-26 2023-10-20 京瓷株式会社 半导体器件的制造方法、半导体器件以及半导体装置
GB2615782A (en) 2022-02-17 2023-08-23 Exalos Ag Monolithic edge-emitting semicon-ductor diode arrays

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1316782A (zh) * 2000-04-05 2001-10-10 中国科学院半导体研究所 一种氮化物半导体器件
US20020018499A1 (en) * 2000-04-06 2002-02-14 Toshiaki Kuniyasu Semiconductor laser element and semiconductor laser
CN2847534Y (zh) * 2005-10-15 2006-12-13 深圳飞通光电子技术有限公司 一种ⅲ－ⅴ族化合物半导体p型欧姆电极
JP2007158008A (ja) * 2005-12-05 2007-06-21 Sony Corp 半導体発光素子
CN201178942Y (zh) * 2008-02-20 2009-01-14 苏欣捷 一种ptc电恒温容器
CN103918143A (zh) * 2011-11-11 2014-07-09 索尼公司 具有色散补偿外腔的锁模半导体激光二极管
CN107567671A (zh) * 2015-04-09 2018-01-09 迪拉斯二极管有限公司 单片式二极管激光器布置结构

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4546480A (en) * 1983-08-19 1985-10-08 Xerox Corporation Injection lasers with quantum size effect transparent waveguiding
JP2910914B2 (ja) 1995-12-14 1999-06-23 日本電気株式会社 半導体レーザアレイ
GB9713365D0 (en) 1997-06-25 1997-08-27 Secr Defence A laser device and transistor
KR100345452B1 (ko) * 2000-12-14 2002-07-26 한국전자통신연구원 상부거울층 양단부에 확산영역을 구비하는 장파장표면방출 레이저 소자 및 그 제조 방법
US7285801B2 (en) * 2004-04-02 2007-10-23 Lumination, Llc LED with series-connected monolithically integrated mesas
WO2010059180A2 (en) * 2008-11-07 2010-05-27 President And Fellows Of Harvard College Methods and apparatus for single-mode selection in quantum cascade lasers
JP5510899B2 (ja) * 2009-09-18 2014-06-04 株式会社リコー 面発光レーザ素子、面発光レーザアレイ、光走査装置、及び画像形成装置
GB201005696D0 (en) 2010-04-06 2010-05-19 Oclaro Technology Plc Semiconductor laser diodes
US9048170B2 (en) 2010-11-09 2015-06-02 Soraa Laser Diode, Inc. Method of fabricating optical devices using laser treatment
TWI572054B (zh) 2012-03-16 2017-02-21 晶元光電股份有限公司 高亮度發光二極體結構與其製造方法
DE102012106364B4 (de) 2012-07-16 2021-09-09 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Optoelektronischer Halbleiterchip und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips
US9246305B1 (en) * 2014-03-20 2016-01-26 The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Light-emitting devices with integrated diamond
US9991677B2 (en) * 2014-05-13 2018-06-05 California Institute Of Technology Index-coupled distributed-feedback semiconductor quantum cascade lasers fabricated without epitaxial regrowth
CN204167680U (zh) 2014-08-11 2015-02-18 武汉锐科光纤激光器技术有限责任公司 一种新型阵列式芯片封装结构
JP6888338B2 (ja) * 2017-03-09 2021-06-16 住友電気工業株式会社 半導体レーザ
US10199794B1 (en) * 2017-09-20 2019-02-05 Lumentum Operations Llc Electrically isolating adjacent vertical-emitting devices

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1316782A (zh) * 2000-04-05 2001-10-10 中国科学院半导体研究所 一种氮化物半导体器件
US20020018499A1 (en) * 2000-04-06 2002-02-14 Toshiaki Kuniyasu Semiconductor laser element and semiconductor laser
CN2847534Y (zh) * 2005-10-15 2006-12-13 深圳飞通光电子技术有限公司 一种ⅲ－ⅴ族化合物半导体p型欧姆电极
JP2007158008A (ja) * 2005-12-05 2007-06-21 Sony Corp 半導体発光素子
CN201178942Y (zh) * 2008-02-20 2009-01-14 苏欣捷 一种ptc电恒温容器
CN103918143A (zh) * 2011-11-11 2014-07-09 索尼公司 具有色散补偿外腔的锁模半导体激光二极管
CN107567671A (zh) * 2015-04-09 2018-01-09 迪拉斯二极管有限公司 单片式二极管激光器布置结构

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