CN113366716B - 用于激光二极管的横向地定制电流注入 - Google Patents

用于激光二极管的横向地定制电流注入 Download PDF

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Abstract

一种半导体激光二极管包括沿着第一方向堆叠的多个层，其中，多个层包括：第一多个半导体层；在第一多个半导体层上的光波导，其中，光波导包括用于生成激光的半导体有源区域，并且其中，光波导限定具有光轴的谐振腔；以及在光波导区域上的第二多个半导体层，其中，多个层中的至少一个层的电阻率分布沿着正交于第一方向延伸的第二方向在最大电阻率与最小电阻率之间逐渐变化，其中，最大电阻率与最小电阻率之间的距离大于至少约2微米。

Description

用于激光二极管的横向地定制电流注入
背景技术
高功率半导体激光二极管在各种领域中具有用途，其中包括航空航天、国防、工业焊接和切割、医疗和材料加工。相关的激光二极管参数包括亮度、每发射面积的光输出功率和发射角。发射面积和发射角决定了光束质量，其通常作为光束参数乘积(BPP)给出。亮度将激光二极管的输出功率与激光二极管的特定尺寸的发射面积的光束发射量关联。较高的亮度对应于特定发散角的较大激光输出功率。增加发射面积的横向宽度导致更高的功率和潜在地更小的发散角，然而，由于增加的发射面积，亮度不一定在所有情况下都增加。此外，在成像比约为一的光学系统的情况下，横向尺寸的增加导致较大的光斑尺寸，这对于光纤耦合或直接应用(例如，切割和焊接)是不利的。
发明内容
本公开涉及定制用于激光二极管的电流注入。根据本公开的定制电流注入可以包括制造激光二极管，使得在操作期间，载流子注入的逐渐变化以及因此的电流流动在横向方向(例如，发射器宽度)上和/或沿着纵向方向(例如，发射器长度)发生。渐变分布的平均宽度和形状可以沿着激光腔的纵向方向变化。该变化可以被设计为使得最大载流子注入发生在发射器的中心附近，并且远离中心逐渐减小，从而导致更稳定的光子分布、成丝现象的减轻以及光束发散的减小。
一般地，在一些方面中，本公开的主题包括一种半导体激光二极管，半导体激光二极管包括沿着第一方向堆叠的多个层，其中，多个层包括：第一多个半导体层；在第一多个半导体层上的光波导，其中，光波导包括用于生成激光的半导体有源区域，并且其中，光波导限定具有光轴的谐振腔；以及在光波导区域上的第二多个半导体层，其中，多个层中的至少一个层的电阻率分布沿着正交于第一方向延伸的第二方向在最大电阻率与最小电阻率之间逐渐变化，其中，最大电阻率与最小电阻率之间的距离大于至少约2微米。
半导体激光二极管的实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。例如，在一些实施方式中，最小电阻率沿着第二方向居中，并且沿着第二方向朝向在半导体激光二极管的边缘附近的最大电阻率逐渐增加。至少一个层的电阻率可以关于第一方向对称。
在一些实施方式中，第二方向正交于光轴。
在一些实施方式中，第二方向沿着光轴延伸。
在一些实施方式中，第一多个半导体层包括在第一接触层上的第一半导体帽盖层，以及在第一半导体帽盖层上的第一半导体包覆区域，并且第二多个半导体层包括在光波导区域上的第二半导体包覆区域，以及在第二半导体包覆区域上的第二半导体帽盖层。来自第一多个半导体层和/或来自第二多个半导体层的至少一个半导体层呈现电阻率分布。
在一些实施方式中，具有电阻率分布的至少一个层在第一多个半导体层中，其中，第二多个半导体层中的至少一个层呈现附加电阻率分布，附加电阻率分布沿着第二方向在最大电阻率与最小电阻率之间逐渐变化，并且其中，附加电阻率分布的最大电阻率与附加电阻率分布的最小电阻率之间的距离大于至少约2微米。第一多个半导体层中的至少一个层的电阻率分布从第一接触层延伸不超过10微米。
在一些实施方式中，最大电阻率与最小电阻率之间的距离从半导体激光二极管的第一面处的第一值逐渐减小到半导体激光二极管的第二面处的较低第二值，第二面位于半导体激光二极管的与第一面相对的端部处。
在一些实施方式中，有源区域包括至少一个量子阱。
在一些实施方式中，第一多个半导体层和第二多个半导体层包括III-V族半导体化合物。
在一些实施方式中，第一多个半导体层和第二多个半导体层包括II-VI族半导体化合物。
在一些实施方式中，最大电阻率与最小电阻率之间的差为最小电阻率的至少1％。
一般地，在其他方面中，本公开的主题可以体现在制造半导体激光二极管的方法中，其中，该方法包括：形成沿着第一方向堆叠的多个激光二极管层，多个激光二极管层包括第一多个半导体层、在第一多个半导体层上的光波导、以及在光波导上的第二多个半导体层，光波导限定具有光轴的谐振腔，并且光波导包括用于生成激光的半导体有源区域。形成多个激光二极管层包括将多个激光二极管层中的第一半导体层修改为具有电阻率分布，电阻率分布沿着正交于第一方向延伸的第二方向在最大电阻率与最小电阻率之间逐渐变化，其中，最大电阻率与最小电阻率之间的距离大于至少约2微米。
方法的实施方式可以具有以下特征中的一个或多个。例如，在一些实施方式中，修改第一半导体层包括沿着第二方向用变化浓度的掺杂剂注入第一半导体层，以提供呈现电阻率分布的掺杂的第一半导体层。用变化浓度的掺杂剂注入第一半导体层可以包括将激光辐射施加到第一半导体层。施加激光辐射可以包括使用激光直接写入工艺。施加激光辐射可以包括用激光辐射在第一半导体层的表面之上执行光栅扫描。执行光栅扫描可以包括沿着多个平行轨迹照射第一半导体层的表面。用掺杂剂注入第一半导体层可以替代地包括在第一半导体层上执行离子注入。修改第一半导体层还可以包括：在执行离子注入之前，在第一半导体层的表面上形成逐渐变化的灰度级掩模层；以及通过灰度级掩模层执行离子注入，其中，灰度级掩模层的厚度或密度控制第一半导体层内的局部掺杂水平。灰度级掩模层包括图案化光致抗蚀剂层。形成灰度级掩模层可以包括：在第一半导体层上形成光致抗蚀剂层；通过灰度级光刻掩模将光致抗蚀剂层暴露于辐射，灰度级光刻掩模局部地限定光致抗蚀剂的曝光水平；以及将显影剂施加到曝光的光致抗蚀剂层以形成灰度级掩模层。形成灰度级掩模层可以包括：在第一半导体层上形成光致抗蚀剂层；以及将激光辐射施加到光致抗蚀剂层以限定灰度级掩模层。
在一些实施方式中，修改第一半导体层包括：用掺杂剂注入第一半导体层，使得第一半导体层的预定义区域内的导电性从第一导电性类型改变为第二导电性类型，其中，由于第一半导体层的预定义区域与其他区域之间的导电性类型的差异，在第一半导体层内建立电场。电场沿着横向方向的分布沿着第二方向逐渐变化，使得在激光二极管器件的操作期间，第一半导体层呈现电阻率分布。用掺杂剂注入第一半导体层可以包括在第一半导体层上执行离子注入。执行离子注入可以包括：在执行离子注入之前，在第一半导体层的表面上形成灰度级掩模层以阻挡离子；以及通过灰度级掩模层执行离子注入，其中，灰度级掩模层的厚度或密度控制第一半导体层内的局部掺杂水平。
在一些实施方式中，修改第一半导体层包括：在第一半导体层上执行离子注入以提供呈现电阻率分布的钝化区域。执行离子注入可以包括用氢或氦离子轰击第一半导体层。
在附图和下文的说明书中阐述了本发明的一个或多个实施例的细节。本发明的其他特征、目的和优点将从说明书和附图以及权利要求书中显而易见。
附图说明
图1是示出了激光二极管的示例的透视图的示意图。
图2A是激光二极管的示例的顶视图。
图2B是示出了图2A中的激光二极管通过线A-A的横向截面图的示意图。
图2C是示出了图2B的激光二极管的示例性电流密度的曲线图。
图2D是示出了示例性光强度的曲线图。
图3A是示出了在激光二极管的宽度上横向地定制的电流密度的示例的曲线图。
图3B是示出了示例性光强度的曲线图。
图4A是示出了具有横向地定制的掺杂分布的激光二极管的截面图的示意图。
图4B是示出了图4A的激光二极管的示例性电阻率的曲线图。
图5A是示出了具有横向地定制的p-n结分布的激光二极管的截面图的示意图。
图5B是示出了图5A的激光二极管的示例性电阻率的曲线图。
图6是描绘了用于具有横向地定制的掺杂分布的激光二极管的制造工艺的流程图。
图7A是示出了激光二极管的示例和激光路径的示例的顶视图的示意图。
图7B是示出了由激光掺杂引起的在激光二极管上的掺杂浓度的示例的曲线图。
图7C是示出了在制造激光二极管期间的示例性激光二极管的截面图的示意图。
图8是描绘了用于具有横向地定制的掺杂分布的激光二极管的制造工艺的流程图。
图9是示出了在制造激光二极管期间的示例性激光二极管的截面图的示意图。
图10是示出了具有纵向定制的掺杂分布的示例性激光二极管的顶视图的示意图。
具体实施方式
图1是示出了半导体激光器件10的示例的透视图的示意图。特别地，半导体激光器件10是边缘发射高功率半导体激光二极管的示例。激光器件10包括衬底12，多个半导体层形成在衬底12上。图1中描绘的层是用于示出激光二极管10的一般结构的示例，并且不是按比例绘制的。多个半导体层可以划分为激光器件10的不同区段。例如，多个半导体层可以划分为帽盖区域60、第一包覆区域20、第二包覆区域30和光波导区域40。帽盖区域60和第一包覆区域20两者都包括第一类型(例如，p型导电性或n型导电性)的半导体材料的一个或多个层。第一包覆区域20还可以包括本征(例如，未掺杂)半导体材料的一个或多个层。第二包覆区域30包括与第一掺杂类型相对的第二类型的半导体材料的一个或多个层。也就是说，如果第一掺杂类型为p型，则第二掺杂类型为n型，反之亦然。第二包覆区域30可以包括本征半导体材料的一个或多个层。
光波导区域40还包括半导体材料的一个或多个层。光波导区域40包括半导体增益区域，也被称为有源区域，其被设计为例如由于粒子数反转而发射激光。光波导区域可以包括n掺杂或p掺杂的半导体材料层。半导体增益区域可以包括例如一个或多个量子阱，或者可以是包括量子点的区域。光波导区域40包括附加的半导体层，例如阻挡层和约束层。光波导区域40限定谐振腔，谐振腔具有沿着激光二极管的纵向方向(例如，图1中的z方向)延伸的光轴。包覆区域20、30中包括的材料具有比光波导区域的折射率更低的折射率，使得包覆区域和波导区域一起形成约束光并且限定垂直腔的波导。结构10还可以包括电接触层。例如，金属层50可以在帽盖区域60的顶部上形成接触层。衬底的底表面上的另一金属层70可以形成第二接触层。另外，尽管仅示出了帽盖区域60，但是可以在底部金属接触部70与第二包覆区域30之间(例如，在底部金属接触部70与衬底12之间，或代替衬底12)形成第二帽盖区域。
光学有源区域40、包覆区域20、30和帽盖层60可以由半导体材料形成，例如II-VI族或III-V族半导体化合物，包括例如GaAs、AlGaAs、InGaAs、InGaAsP、InP、GaN、ZnSe、ZnTe、CdSe、InGaN、AlGaInP和GaInAsSb等。有源区域40、包覆区域20、30和帽盖层60内的各个层可以具有变化的厚度。例如，各个层的厚度可以在几纳米(例如，对于有源区域40中的量子阱层)到几千纳米(例如，对于包覆层)之间变化。根据所选择的层的材料和厚度，器件10可以发射各种不同波段的光，例如，可见波段、红外波段或紫外波段。
可以使用标准半导体沉积工艺(例如，分子束外延(MBE)和/或金属有机物化学气相沉积(MOCVD))在衬底12上形成光波导区域40、包覆区域20、30和帽盖层10的半导体层。图1中所示的结构1以及本文所公开的其他激光结构旨在作为激光器件的代表性示例，而不限制可以使用本文所公开的工艺形成的激光器件的类型。例如，激光器件可以具有不同数量的包覆层、不同数量的阻挡层和约束层，每个具有不同的成分和/或厚度。类似地，可以使用本文所公开的工艺形成的器件的类型不限于量子阱二极管激光器或侧发射二极管激光器，并且可以采用其他激光器结构，例如量子阱级联激光器、量子点激光器、分布式布拉格反射器和分布式反馈激光器等。
为了提高激光二极管(例如，图1中所示的激光二极管10)的亮度，人们可以寻求通过横向地限定注入到激光二极管的电流来减小激光二极管的光束发散，从而形成增益引导激光器。图2A-图2B是示出了被配置为横向地限定电流注入的激光二极管器件100的示例的示意图。图2A是激光二极管100的顶视图，而图2B是图2A中的激光二极管100通过线A-A的横向截面图。如图2A中所示，二极管100包括正面102和高度反射的背面104，来自有源区域的激光从正面102发射。具有宽度116的窗口区域106对应于顶部金属层150与帽盖层的下方半导体层直接物理接触的区域，并且限定注入激光二极管100的电流的横向范围(例如，发射器宽度)。区域108对应于窗口区域106任一侧上的边界，其中，顶部金属层150与半导体包覆区域电绝缘。二极管100的纵向方向沿着轴Z延伸，其中，二极管100具有总长度112(例如，发射器长度)。二极管100的横向方向沿着轴Y延伸，其中，二极管100的总宽度114大于宽度116。图2A-图2B中所示的结构可以包括其他几何特征，例如，在接触开口106的每一侧上的蚀刻沟槽，其也用于形成用于附加折射率引导的脊形波导激光器。
参考图2B，示出了激光二极管100通过线A-A的截面图。如结构1中那样，激光二极管100包括在衬底180的顶部上在垂直方向上堆叠的多个半导体层。出于本公开的目的，垂直方向对应于垂直于二极管波导结(例如，沿着X方向)延伸的方向。此外，出于本公开的目的，“横向”或“横向地”指平行于二极管波导结的方向，并且一般地可以参考激光二极管的宽度(例如，沿着Y方向)使用。类似地，“纵向”或“纵向地”可以一般地指平行于二极管波导结并且正交于横向方向的方向，并且一般地可以参考激光二极管的长度(例如，沿着Z方向)使用。为了便于说明，示出了一般区域而不是每个单独的半导体层。特别地，激光二极管100包括帽盖层110、第一导电性类型的第一包覆区域120和第二导电性类型的第二包覆区域130。第一包覆区域和第二包覆区域中的每一个可以包括一个或多个本征半导体层。激光二极管100还包括光波导区域140，光波导区域140限定具有沿着纵向方向(例如，进入页面的Z轴)延伸的光轴的谐振腔，其中，光波导区域包括半导体增益区域170(也被称为有源区域)，其中，通过粒子数反转而生成激光。注入激光二极管100的电流受到结构化窗口区域106的横向地限制，结构化窗口区域106也被称为接触开口106。图案化绝缘层160形成在包覆区域120的顶表面上并且包括开口，通过开口允许金属层150直接接触半导体帽盖层110。帽盖层110可以形成为相对于二极管100内的其他层具有高电导率(低电阻率)。图2A-图2B中所示的结构通过直接金属-半导体接触在窗口区域106中提供了低电阻率区域，并且由于绝缘层160的存在而在区域108中提供了高电阻率。结果，激光二极管100的操作期间的电流注入主要发生在由窗口106限定的横向区域中，并且限制输出激光光束的发散。
图2C是示出了在器件100的操作期间通过在图2B中标识的帽盖层110的垂直平均(沿着X方向)电流密度200的示例的曲线图。电流密度200以任意单位(a.u.)表示，并且呈现“礼帽”或台阶状分布，其中，电流密度在区域106外部的区域中最小，但是在区域106内达到平峰。忽略接触开口处的边缘效应，由于顶部接触部150与帽盖层110之间的低电阻率，最大电流密度值在整个区域106中基本上是恒定的。区域106外部的区域中的最小电流密度是由于帽盖层110与金属层150之间存在绝缘层160而导致的高电阻率。过渡区域202可以对应于电阻率(例如，垂直平均电阻率)从最小值增加到最大值的区域。过渡区域可以被限制为小于例如1-10nm的横向宽度。尽管图2C中所示的电流密度分布仅针对帽盖层110，但是器件100可以在波导区域的部分和包覆区域内呈现类似的电流密度分布。
图2C中所示的电流密度分布的缺点在于，它可能在电流密度中(例如，成丝)和在接触开口106边缘处导致局部峰。这种电流密度峰可能在器件局部温度升高的地方产生热点，并且高于期望的光束发散和去偏振，其中每一种情况都可能最终限制激光二极管可实现的亮度和可靠性。作为示例，图2D是示出了用于图2B中所示结构的任意单位的示例性光强度对远场角θ(度)的曲线图。如从图2D可见，光强度具有在约12度的范围内延伸的相对宽的发散度，并且在该相同范围内呈现相对不稳定的近场和远场光子分布。
为了减小载流子累积和伴随的缺点，例如光束发散、去偏振和成丝，可以修改激光二极管(例如，激光二极管10)，使得它在发射区域上(例如，在发射区域宽度和/或长度上)呈现逐渐变化的电流注入，而不是图2C中呈现的台阶状或礼帽分布。此外，在一些实施方式中，电流注入的逐渐变化而不是陡峭台阶状分布，可以抑制更高阶的横模。这种激光二极管在操作时的电流密度分布将从位于发射器一端附近的最小值朝向最大值(其可以沿着发射器宽度和/或长度居中)逐渐增加，并且然后再次朝向位于发射器相对端附近的另一最小值逐渐减小。
例如，图3A是示出了在激光二极管发射器宽度上的垂直平均电流密度分布的示例的示意图。电流密度分布是沿着垂直于有源区域内的激光二极管结的平面的方向的平均值。图3A中所示的电流密度分布在圆形峰的任一侧逐渐减小。与图2C中所示的电流密度分布相比，过渡区域302在最大值与最小值之间宽度宽得多，这样允许抑制更高阶的横模，并且减小诸如光束发散、去偏振和成丝的影响。例如，每个过渡区域302可以具有2微米或更大的宽度，包括例如3微米或更大的宽度、5微米或更大的宽度、10微米或更大的宽度、15微米或更大的宽度、20微米或更大的宽度、25微米或更大的宽度、30微米或更大的宽度、35微米或更大的宽度、40微米或更大的宽度、45微米或更大的宽度、或50微米或更大的宽度等。过渡区域302的最大宽度可以被设置为发射区域的宽度的一半(等于用于标准器件的接触开口宽度)。例如，如果发射区域的宽度为100-200微米，则过渡区域的宽度可以不超过50-100微米。
图3B是展现了用于利用图3A中所示的横向电流密度分布操作的激光二极管的任意单位的示例性模拟光强度对远场角θ(度)的曲线图。如从图3B所看到的，所得的光强度分布具有比图2D中所示的光强度分布小得多的发散度，其中远场发散(全)角在4度而不是12度之上延伸。此外，光束中的光子分布更加稳定，具有减少的峰值(细丝)数量，或者如对于仅具有以0度为中心的单个峰的最佳情况所示出的。
可以在使用不同激光二极管结构的激光二极管中实施横向电流密度的逐渐变化，例如，图3A中所示的平均电流密度分布。例如，在一些实施方式中，通过在激光二极管的p侧上和/或n侧上的区域内引入电阻率的逐渐变化，可以获得在发射器宽度和/或长度上的电流密度的逐渐变化。逐渐的电阻率变化被引入的区域可以包括激光二极管的帽盖、包覆和/或波导区域的一个或多个层。电阻率可以沿着堆叠半导体层的方向垂直地平均。电阻率的逐渐变化可以沿着与堆叠半导体层所沿着的方向正交的平面发生(例如，与光轴正交的横向方向和/或与光轴平行的纵向方向)。例如，在过渡区域302对应于最大平均电阻与最小平均电阻之间的距离的情况下，帽盖层内的电阻率可以从发射区域的边缘附近的最大电阻率值朝向发射区域的中心附近的最小电阻率值逐渐减小。
过渡区域302内最大电阻值与最小电阻值之间的差的量值可以根据器件设计而变化。例如，最大电阻率与最小电阻率之间的差可以是最小电阻率的至少1％、最小电阻率的至少2％、最小电阻率的至少5％、最小电阻率的至少10％、最小电阻率的至少25％、最小电阻率的至少50％，或最小电阻率的至少75％等。作为其他示例，最大电阻率可以是最小电阻率的两倍、四倍、五倍、十倍、二十五倍、五十倍或一百倍或更多。最小电阻率与最大电阻率之间的差可以基于用于改变半导体层内的电阻率的技术而被限制在高端。例如，可以通过将掺杂剂引入到半导体层中来修改半导体层的电阻率。因此，层的最大电阻率可能受到半导体材料的自然未掺杂电阻率的限制。
图3A中所示的电流密度分布不是可以使用的唯一的逐渐变化的分布形状。例如，在一些实施方式中，电流密度分布(例如，垂直平均的电流密度分布)可以在过渡区域302内从最小电流密度值单调增加到最大电流密度值。在一些实施方式中，过渡区域302内的最小电流密度值与最大电流密度值之间的变化是线性的。在一些实施方式中，过渡区域302内的最小电流密度值与最大电流密度值之间的变化遵循指数曲线。在一些实施方式中，最小电流密度与最大电流密度之间的电流密度分布具有S状形状，其中，电流密度平台在最小电流密度与最大电流密度之间的中间值处平稳。其他分布形状也是可能的。
图4A是示出了激光二极管400的截面图的示意图，激光二极管400并入了横向地在二极管的宽度上的电阻率的逐渐变化。激光二极管400包括在半导体衬底480上在垂直方向(沿着X轴)上堆叠的多个半导体层。为了便于说明，示出了一般区域而不是每个单独的半导体层。区域包括：第一导电性类型(例如，掺杂p型)的第一包覆区域420和第二导电性类型(例如，掺杂n型)的第二包覆区域430。第一包覆区域和第二包覆区域中的每一个可以包括一个或多个本征(例如，未掺杂)半导体层。激光二极管400还包括第一包覆区域420与第二包覆区域430之间的光波导区域440，其中，光波导区域限定具有沿着纵向方向(进入页面的Z轴)延伸的光轴的谐振腔。光波导区域440包括半导体增益区域470(也被称为有源区域)，其中，例如在p型与n型半导体材料之间的结处生成激光。形成接触层的金属层可以布置在衬底480的底表面上。
激光二极管400还包括帽盖层410。帽盖层410是第一导电性类型(例如，掺杂p型)的半导体层，并且可以被指定为第一包覆区域420的部分或者与第一包覆区域420分离。帽盖层410由对应于顶部激光二极管接触部的金属层450覆盖。金属层形成为与帽盖层410的上表面直接物理接触。半导体帽盖层410内以及潜在地包覆层内的p型掺杂剂的浓度逐渐横向地变化，使得帽盖层420内的电阻率也沿着激光二极管400的宽度(沿着图4A中的Y轴的横向方向)逐渐变化。在示例中，帽盖层410可以被掺杂，使得沿着帽盖层420的宽度所得的电阻率从激光二极管400的任一端部处的最大值逐渐减小到沿着横向方向居中的最小值。
图4B中示出了帽盖层410内的示例性电阻率分布402。电阻率分布402表示横向地在器件400的所示截面图上的帽盖层410内的垂直平均电阻率。在激光二极管400的操作期间，当在顶部二极管接触部(层450)和底部接触部(未示出)上施加正向偏置电势时，注入到二极管中的电流量取决于在帽盖层410中遇到的对应电阻率。也就是说，电流密度分布将与电流行进通过的帽盖层410的电导率成正比。因此，对于帽盖层410，横向电流密度分布将与图4B中所示的横向电阻率分布402近似成反比。这是因为，在帽盖层410的电阻率较高的区域中(例如，沿着Y轴朝向器件的左端部和右端部)，非常小的电流流动，而朝向器件的中心，电阻率低得多且电流密度较大。
激光二极管发射区域的“有效宽度”可以通过掺杂帽盖层410来限定，使得预定义宽度404外部的电阻率很高，以致在器件的操作期间，很少或没有明显的电流流经那些区域。然而，对于宽度404内的帽盖层410的部分，帽盖层410可以被掺杂使得电流在器件400的中心附近沿着横向Y轴流动。在一些实施方式中，有效宽度404可以确定为电阻率分布402的最大电阻率值之间的距离。有效宽度可以例如大于约4微米，大于约10微米，大于约20微米，大于约50微米，大于约100微米，大于约150微米，大于约200微米。其他有效宽度也是可能的。图4B中所示的电阻率分布的有效宽度对应于与激光二极管器件400的纵向方向正交的特定平面。该有效宽度沿着纵向方向可以是均匀的(例如，它沿着Z方向从器件的正面到背面不改变)，或者它可以随着从器件的正面移动到背面而改变尺寸。横向地定制激光二极管器件的帽盖层410内或其他半导体层内的掺杂的优点在于，不需要在包覆区域的表面上形成独立的结构化绝缘层(例如，图2A-图2B中所示的绝缘层160)以限定激光二极管发射器窗口。相反，半导体帽盖层410本身可以用于限定高电导率中心发射器窗口以及邻接发射器窗口的低电导率绝缘区域。
电阻率分布402可以与对应于最大电阻率与最小电阻率之间的距离的过渡区域406相关联。例如，每个过渡区域406可以具有2微米或更大的宽度，包括例如3微米或更大的宽度、5微米或更大的宽度、10微米或更大的宽度、15微米或更大的宽度、20微米或更大的宽度、25微米或更大的宽度、30微米或更大的宽度、35微米或更大的宽度、40微米或更大的宽度、45微米或更大的宽度、或50微米或更大的宽度等。过渡区域406的最大宽度可以被设置为发射区域的宽度的一半(其中，发射区域的宽度等于例如使用在帽盖层上具有接触开口的绝缘层形成的常规器件的接触开口宽度)。例如，如果发射区域的宽度为100-200微米，则过渡区域的宽度可以不超过50-100微米。过渡区域406内的最大电阻值与最小电阻值之间的差的量值可以根据器件设计而变化，如上文关于过渡区域302所述。
如本文解释的，在一些实施方式中，可以将逐渐变化的掺杂分布引入到除了仅帽盖层410之外的层中。例如，在一些实施方式中，第一包覆区域420内的半导体层中的一个或多个或者甚至波导层440也被掺杂，以具有在激光二极管器件的宽度上的逐渐变化的掺杂分布，例如，图4B中所示的分布402。因此，在一些情况下，具有图4B中所示的形状的垂直平均电阻分布可以对应于例如在器件400的所示截面图中的帽盖层410、包覆区域420和波导区域440全部上的平均电阻率。
在一些实施方式中，在第二包覆区域430中或衬底480中引入逐渐变化的掺杂分布。例如，第二包覆区域430的一个或多个半导体层可以被掺杂以具有类似于分布402的横向电阻率分布，其中，电阻率在沿着激光二极管400的宽度(沿Y方向)的中心位置处最低，并且朝向器件400的边缘逐渐增加到最大值。
如本文解释的，电阻率的定制的逐渐变化可以通过在器件的宽度和/或长度(例如，在Y和/或Z方向上)上逐渐改变掺杂浓度来实现。替代地，在一些实施方式中，电阻率的横向地定制的逐渐变化可以通过钝化先前掺杂的半导体层来实现。例如，对于掺杂第一导电性类型的帽盖层，离子注入(例如，用氢或氦离子)可以用于通过沿着激光二极管的宽度创建局部无序区域来钝化帽盖层的掺杂区域，从而导致掺杂分布以及因此的在发射器宽度上变化的电阻率。
在一些实施方式中，横向电流密度的逐渐变化可以通过在激光二极管的宽度上引入电场梯度的横向逐渐变化来实施。例如，可以通过在激光二极管的宽度上形成定制的p-n结来引入电场的横向逐渐变化。
图5A是示出了具有横向地定制的p-n结分布的激光二极管500的截面图的示意图。激光二极管500包括在半导体衬底580上在垂直方向上(沿着X轴)堆叠的多个半导体层。为了便于说明，示出了一般区域而不是每个单独的半导体层。区域包括：第一包覆区域520和第二导电性类型(例如，n型)的第二包覆区域530。激光二极管500还包括第一包覆区域520与第二包覆区域530之间的光波导区域540，其中，光波导区域限定具有沿着纵向方向(进入页面的Z轴)延伸的光轴的谐振腔。光波导区域540包括半导体增益区域570(也被称为有源区域)，其中，通过粒子数反转来生成激光。形成接触层的金属层可以布置在衬底580的底表面上。顶部金属层550形成顶部接触部。
激光二极管500还包括最接近顶部金属层550的上包覆层560。与被掺杂为第一导电性类型(例如，p型)、第二导电性类型(例如，n型)或半绝缘(例如，没有显著掺杂的本征或i型半导体)的其他半导体层相比，层560被掺杂，使得其呈现在激光二极管500的宽度(沿着Y轴)上延伸的p-n结590(虚线)。例如，层560在结590(在正X方向上)上方的区域被掺杂，以提供第一导电性类型，而层560在结590(在负X方向上)下方的区域被掺杂，以提供第二导电性类型。p-n结的存在引起了内建电势，内建与激光二极管500的操作期间在顶部和底部金属接触部上施加的正向偏置电势相反。内建电势的量值取决于层560的n侧上的n型掺杂剂的浓度和层560的p侧上的p型掺杂剂的浓度。可以修改掺杂分布，使得结590的(沿着X轴)垂直位置和内建电势在激光二极管500的宽度(例如，沿着Y轴)之上逐渐变化。在一些实施方式中，层560被掺杂，使得在器件的边缘附近完全消除结590。例如，层560可以被掺杂，使得朝向激光二极管500的左右边缘，层560完全为n型。层560也可以被掺杂，使得在中心轴510附近，层560完全为p型，同时远离中心轴510在层560内逐渐引入p-n结。
通过在层560中引入相反类型的掺杂剂而创建的内建电势引起层560内的电阻率的对应变化。也就是说，内建电势导致空间上变化的阻挡接触区域。图5B中示出了通过在层560内引入相反类型的掺杂剂而创建的电阻率分布502的示例。电阻率分布502(其可以包括例如层560内沿着X方向平均的电阻率)从层560的左侧和右侧处的最大值逐渐减小到沿着横向方向居中的最小值(例如，在中心轴510处)。在一些实施方式中，最小值可以对应于半导体层560中没有形成反向偏置内建电势的部分。
在激光二极管500的操作期间，当在顶部二极管接触部(层550)和底部接触部(未示出)上施加正向偏置电势时，注入到二极管中的电流量取决于层560中的内建反向偏置电势的量值。也就是说，电流密度分布将与所得的总电阻率分布502成反比。这是因为，在层560的内建反向偏置电势相对于所施加的电场较高的区域中(例如，沿着Y轴朝向器件的左端部和右端部)，非常小的电流流动，而朝向器件的中心，内建反向偏置电势低得多和/或不存在，并且电流可以更自由地流经层560。
激光二极管发射区域的“有效宽度”可以通过掺杂层560来限定，使得预定义宽度504外部的内建电势很高，以致在器件的操作期间，没有明显的电流流经那些区域。然而，对于宽度504内的层560的部分，层560可以被掺杂，使得内建电势更低，并且电流更容易在器件500的中心510附近流动。在一些实施方式中，有效宽度可以基于电阻率分布502的最大电阻率值之间的距离来确定。有效宽度可以例如大于约4微米，大于约10微米，大于约20微米，大于约50微米，大于约100微米，大于约150微米，大于约200微米。其他有效宽度也是可能的。图5B中所示的电阻率分布的有效宽度对应于与激光二极管器件500的纵向方向正交的特定平面。该有效宽度沿着纵向方向可以是均匀的(例如，它沿着Z方向从器件的正面到背面不改变)，或者它可以随着从器件的正面移动到背面而改变尺寸。在任一种情况下，与图2A-图2B中所示的结构相比，在包覆区域的表面上不需要独立的结构化绝缘层来限定激光二极管发射器窗口。
电阻率分布502可以与对应于最大电阻率与最小电阻率之间的距离的一个或多个过渡区域506相关联。例如，每个过渡区域506可以具有2微米或更大的宽度，包括例如3微米或更大的宽度、5微米或更大的宽度、10微米或更大的宽度、15微米或更大的宽度、20微米或更大的宽度、25微米或更大的宽度、30微米或更大的宽度、35微米或更大的宽度、40微米或更大的宽度、45微米或更大的宽度、或50微米或更大的宽度等。过渡区域506的最大宽度可以设置为发射区域的宽度的一半(其中，发射区域的宽度等于例如使用在帽盖层上具有接触开口的绝缘层形成的常规器件的接触开口宽度)。例如，如果发射区域的宽度为100-200微米，则过渡区域的宽度可以不超过50-100微米。过渡区域506内的最大电阻值与最小电阻值之间的差的量值可以根据器件设计而变化，如上文关于过渡区域302所述。
在一些实施方式中，可以将逐渐变化的p-n结引入到除了仅层560之外的层中。例如，在一些实施方式中，第一包覆区域520内的一个或多个半导体层被掺杂以具有横向地变化的p-n结分布，从而引起梯度内建反向偏置电势。
在一些实施方式中，在第二包覆区域530中引入逐渐变化的掺杂p-n结分布。例如，第二包覆区域530的一个或多个半导体层可以被掺杂以引入具有类似于分布502的电阻率分布的内建反向偏置电势，其中，电阻率在沿着激光二极管500的宽度的中心位置(例如，中心轴510)处最低，并且从中心位置向外朝向器件500的边缘逐渐横向地增加到最大电阻率。尽管本文将内建反向偏置电势和对应的电阻率分布描述为沿着Y轴横向地延伸，但可以替代地或附加地在器件内纵向地(例如，沿着Z轴)引入这样的分布。
图6是描绘了用于例如关于图4A-图4B公开的具有横向地定制的掺杂分布的激光二极管的示例性制造工艺600的流程图。在该工艺中形成的层可以使用标准半导体沉积工艺制造，例如分子束外延(MBE)或金属有机化学气相沉积(MOCVD)。工艺600包括首先提供(602)第二导电性类型的半导体衬底，例如，n型掺杂(例如，使用Si作为掺杂剂材料)的GaAs晶片。然后在衬底的上表面上制造(604)第二导电性类型的包覆区域。包覆区域可以包括n型掺杂半导体层的一个或多个层，例如AlGaAs。包覆区域还可以包括由与掺杂的包覆层相同或不同的材料形成的一个或多个本征(例如，未掺杂)半导体层。在一些实施方式中，掺杂剂的浓度在最接近衬底的最下方包覆层中最高，并且掺杂剂的浓度在最上方包覆层中最低。
然后在先前制造的包覆区域的最上方表面上形成(606)光波导区域。光波导区域可以包括本征约束层和/或阻挡层，以及有源层，例如，InGaAs量子阱。然后在光波导区域的最上方表面上制造(608)第一导电性类型的包覆区域。该包覆区域可以包括一个或多个p型掺杂半导体层，例如，AlGaAs(例如，使用C作为掺杂剂)。第一导电性类型的包覆区域还可以包括由与掺杂的包覆层相同或不同的材料形成的一个或多个本征半导体层。在一些实施方式中，掺杂剂的浓度在最接近光波导区域的最下方包覆中最低，并且掺杂剂的浓度在最远离光波导区域的最上方包覆中最高。
然后在第一导电性类型的包覆区域的最上方表面上形成(610)帽盖半导体层。替代地，在一些实施方式中，在步骤(608)中，将帽盖层形成为第一导电性类型的包覆区域的部分。在任一种情况下，帽盖层形成为本征(非故意掺杂掺杂)层。然后在帽盖层中形成(612)横向地定制的掺杂区域。为了获得如本文公开的掺杂分布的逐渐横向变化，可以使用各种技术。
例如，在一些实施方式中，掺杂分布的逐渐横向变化可以通过在帽盖层的暴露上表面上执行激光掺杂来获得。激光掺杂是一种已建立的工艺，通过这种工艺，可以执行固相掺杂，以获得欧姆接触和/或p-n结，而无需执行抗蚀剂或其他掩模的光刻和显影。可以使用直接写入工艺来执行激光掺杂，在直接写入工艺期间，在存在包含掺杂剂材料的气体的情况下，激光照射半导体的表面。在激光照射加热半导体时，来自气体的掺杂剂分子累积，并且可能吸附在半导体的表面上或以其他方式与半导体的表面粘附。掺杂剂分子然后从表面扩散到半导体材料中。直接写入工艺可以包括以脉冲方式(例如，其中，脉冲周期可以在1fs到1μs的范围中)施加激光照射，以及平移激光入射在半导体表面之上的半导体上的位置。例如，关于激光掺杂的进一步信息可以在以下文献中找到：Krautle等，“Laser-InducedDoping of GaAs,”Applied Physics A,Vol.38,pp.49-56(1985)以及Pokhmurska等，“Laser Doping in Si,InP and GaAs,”Applied Surface Science,Vol.154-155,pp.712-715(2000)，其每一个都通过引用整体并入本文。
图7A中示出了激光直接写入工艺的示例。图7A是示出激光二极管的示例和激光二极管的表面之上的激光路径700的示例的顶视图的示意图。特别地，图7A中所示的顶视图示出了在制造激光二极管期间帽盖层的暴露表面。如本文解释的，帽盖层可以形成为本征(例如，未掺杂)半导体层。在激光直接写入工艺期间，激光束以稳定速率沿着路径700扫过。首先，光束沿着Z轴朝向激光二极管的第一端部纵向地扫过。在扫过期间，光束的照射导致来自环境气体的掺杂剂分子吸收并且扩散到帽盖层中。一旦光束到达端部，光束就可以沿着Y轴横向地平移到新位置，在该位置，光束再次朝向激光二极管的与第一端部相对的第二端部纵向地扫过。该第二轨迹可以平行于第一轨迹伸展。在第二次扫过结束时，光束可以再次沿着Y轴横向地平移到新位置，以开始另一次纵向的扫过。在一些实施方式中，在横向平移期间可以关闭光束。该工艺可以根据需要重复多次，直到激光已经覆盖对应于期望的发射器宽度704的预定义宽度。在一些实施方式中，平移光束，使得束斑与帽盖层的先前照射的区域重叠。未被激光照射的区域702保持未掺杂。
除了路径700之外的激光光束路径可以用于限定帽盖层内的掺杂剂分布。例如，在一些实施方式中，激光光束可以沿着第一轨迹从预定义发射器窗口区域的一个端部横向地(沿着Y轴)平移到预定义发射器窗口区域的另一相对端部，并且然后纵向地移位以开始新的横向轨迹。
图7B是示出了可以由激光直接写入工艺产生的沿着激光二极管的宽度(Y轴)的掺杂浓度的示例的曲线图。每个条表示沿着纵向地照射的轨迹的帽盖层内获得的掺杂浓度的量值。也就是说，帽盖层内的掺杂浓度沿着纵向方向(图7A中的Z轴)是均匀的，但是在横向方向(沿着Y轴)上变化。如曲线图中所示，掺杂浓度朝向激光二极管的中心逐渐增加。通过在照射期间改变气体内的掺杂剂的浓度、通过改变激光脉冲持续时间和/或通过改变激光光束强度，可以获得每个轨迹之间的掺杂浓度改变。尽管上文将掺杂浓度描述为沿着纵向方向(Z轴)是恒定，但是也可以沿着该方向引入掺杂剂浓度的变化。
在照射期间，激光可以具有至少2微米并且小于发射器窗口的预定义宽度的束斑直径。例如，激光可以具有至少3微米、至少4微米、至少5微米、至少6微米、至少8微米或至少10微米的束斑直径。
在一些实施方式中，可以通过使用灰度级掩模在帽盖层上执行离子注入来获得掺杂分布的逐渐横向变化。例如，可以在帽盖层的上表面上形成抗蚀剂掩模，其中，抗蚀剂掩模具有逐渐变化的厚度。在抗蚀剂掩模的厚度最薄或不存在的区域中，掺杂剂离子可以穿透到半导体中，使得注入导致帽盖层内的高浓度。在抗蚀剂掩模较厚的区域中，掩模用于阻挡掺杂剂分子的一些或全部的注入，使得较少的掺杂剂分子被引入到帽盖层中。
图7C是示出了使用灰度级掩模790制造激光二极管期间的示例性激光二极管750的截面图的示意图。如图7C中所示，在半导体帽盖层760的上表面上形成抗蚀剂掩模790。半导体帽盖层760是形成在第一包覆区域720的上表面或一部分上的本征半导体层。如在本文所公开的其他示例中，激光二极管750包括具有增益层770的光波导区域740、第二包覆区域730和衬底780。
通过经由第二类型的光刻灰度级掩模暴露抗蚀剂，抗蚀剂层790被曝光于具有在横向方向和/或纵向方向上变化的强度的入射光。光刻灰度级掩模可以由激光光刻系统创建。在吸收入射光之后，抗蚀剂层790被显影，留下其中抗蚀剂材料已被去除的一个或多个区域712。在图7C中所示的示例中，部分地去除抗蚀剂以留下凹陷区域712。在固化抗蚀剂之后，执行离子注入掺杂710。在抗蚀剂被充分地减薄或完全去除的区域中，掺杂剂进入到帽盖层760中。随着抗蚀剂变厚，更少的掺杂剂分子进入帽盖层，导致掺杂浓度的横向变化，并且因此导致激光二极管的操作期间电阻率和电流密度的横向变化。尽管上文将抗蚀剂描述为仅具有厚度的横向变化，但沿着纵轴(Z轴)的厚度变化也是可能的。
在一些实施方式中，可以使用激光辐射从初始均匀沉积的光致抗蚀剂层直接烧蚀抗蚀剂，以形成具有期望厚度分布的抗蚀剂。
在一些实施方式中，可以使用离子束或电子束光刻来创建光刻灰度级掩模，其中，光束的强度作为位置的函数而变化，从而导致抗蚀剂内的不同曝光深度。
再次参考图6，在完成帽盖层的掺杂之后，在帽盖层上沉积(614)顶部接触层。在一些情况下，此时也形成底部接触层。
图8是描绘了示例性制造工艺800的流程图，示例性制造工艺800用于具有横向地定制的内建反向偏置电势的激光二极管，例如关于图5A-图5B公开的，或用于具有使用通过离子注入的钝化获得的横向地定制的电阻率分布的激光二极管。
工艺步骤802-808类似于步骤602-608，在此不再重复。横向地变化的特征被引入(810)到最上方半导体层(例如，帽盖层或包覆区域)中。该最上方半导体层可以包括重掺杂(例如，大于6x1019cm-3)的第一导电性类型(例如，p型)的半导体层。
通过将相反导电性类型的掺杂剂分子引入到半导体层中来实现半导体层内的p-n结的创建。例如，如果半导体层是掺杂碳的p型GaAs半导体层，则可以以基本足够的浓度将n型掺杂剂分子(例如，硅)引入到半导体层中，以创建n型区域。
例如，可以使用离子注入或直接激光写入来引入掺杂剂分子。在离子注入的情况下，可以使用灰度级掩模来限定包覆层内的掺杂物分布的定制。图9是示出了其中使用灰度级掩模的制造期间的示例性激光二极管950的截面图的示意图。激光二极管950包括第一导电性类型的第一区域920的最上方半导体层960、具有增益层970的光波导区域940、以及衬底980上的第二导电性类型的第二区域930。首先，在最上方半导体层960的上表面上形成抗蚀剂层。抗蚀剂然后被曝光并且与具有横向地和/或纵向地变化的强度的光反应，之后，抗蚀剂被显影和固化，留下图案化抗蚀剂层990。
在图9中所示的示例中，图案化抗蚀剂层990具有厚度朝向其中部增加的近似半圆形的分布。因此，在离子注入工艺910期间，掺杂剂分子更容易在不存在抗蚀剂或抗蚀剂相对较薄的区域中并入到最上方半导体层960中。随着抗蚀剂厚度的增加，更少的掺杂剂分子能够穿透抗蚀剂并且进入最上方半导体层，导致横向地渐变的掺杂剂分布，以及具有横向地渐变的本征电场的对应p-n结。
在替代地执行离子注入钝化的情况下，第二导电性类型的掺杂剂分子被在高掺杂最上方半导体层960内创建局部无序区域的分子(例如，氢或氦)代替。这里，再次，图案化抗蚀剂层990可以用于在某些区域中禁止钝化分子进入最上方半导体层960，在其他区域中允许钝化分子进入到最上面的半导体层960中。尽管上文描述的制造工艺涉及在最上方半导体层内形成逐渐变化的电阻率分布，但是相同的工艺和技术可以用于在激光二极管器件的其他层中形成逐渐变化的电阻率分布和内建反向偏置电势。
如本文解释的，逐渐变化的电阻率分布也可以沿着纵向方向变化。例如，电阻率变化可以沿着与激光二极管器件的光轴平行的方向发生。图10是示出了激光二极管器件1000的示例的顶视图的示意图。包括包覆区域、波导区域和帽盖层的器件1000的结构与图4A中所示的相同，并且在此未示出。纵轴1010沿着Z方向延伸，并且与激光二极管器件1000的光轴平行。电阻率分布的灰度级表示覆盖激光二极管器件的顶表面，其中，增加的暗区域表示较高的电阻率，并且较亮的区域表示较低电阻率。因此，器件1000中的最小电阻率沿着轴1010定位。
发射区域的有效宽度1030可以对应于沿着横向方向(例如，图10中的Y轴)有明显的电流流过的距离，电流流过使得激光由器件1000生成和发射。在图10中所示的示例中，有效宽度由边界1020之间的距离表示。在一些实施方式中，有效宽度可以由沿着横向方向的最大电阻率之间的距离限定。如图10中所示，发射区域的有效宽度1030从激光二极管器件1000的第一面1040处的第一距离逐渐变化到激光二极管器件1000的第二相对面1050处的第二距离，其中，第二距离(约100微米)小于第一距离(越100微米)。有效宽度的逐渐变化可以在器件的整个长度之上发生，或者可以在某个更小的长度之上发生。例如，有效宽度之间的逐渐变化可以在5微米、10微米、50微米、100微米、500微米、1000微米、2500微米或5000微米以及其他距离之上。
尽管图10中所示的示例示出了有效宽度沿着纵向方向的大致线性改变，但是发射区域的有效宽度的改变可以非线性地变化，包括，例如有效宽度的抛物线、指数或任何其他单调变化。在一些情况下，电阻率分布沿着纵向方向的变化具有类似于上文关于图4A和4B以及图5A和5B所述的分布。
其他实施例
应当理解，尽管已经结合本发明的具体实施方式对本发明进行了描述，但是前面的描述旨在说明而不是限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求的范围限定。例如，在一些实施方式中，电阻率分布的逐渐变化可以通过逐渐改变激光二极管器件的半导体层与接触层之间的绝缘层的厚度来实现。例如，使用本文描述的灰度掩模层(例如，图7C中的掩模层790)，可以蚀刻位于半导体层的顶表面上的绝缘层，使得其呈现逐渐变化的厚度分布，其中，绝缘层的厚度从激光二极管器件中心附近的零朝向器件的边缘(例如，沿着横向方向)变化为某个非零厚度。然后金属接触层可以形成在逐渐变化的绝缘层上，使得其在绝缘层厚度为零的区域中与下方的半导体层直接接触，并且防止在绝缘层厚度为非零的区域中与半导体接触。由于绝缘层厚度的逐渐变化，电阻率分布以及因此在操作时通过器件的电流密度将呈现如图3A中所示的类似变化。与用于器件的电阻率分布相关联的参数(例如，发射区域的有效宽度以及最大电阻率和最小电阻率)可以如关于本文所公开的其他示例描述的那样变化。
在一些实施方式中，激光二极管的更高阶模可以通过将如本文所述的渐变导电性分布与常规折射率引导组合来抑制，常规折射率引导例如其上的折射率脊或沟槽，折射率脊或沟槽可以通过蚀刻或通过制造多层交替折射率材料来形成。
在一些实施方式中，本文描述的和本公开所包括的激光器件可以并入到激光器阵列中。例如，多个激光二极管器件可以彼此横向地相邻地形成为激光器阵列的一部分，其中每个激光二极管器件呈现如本文描述的逐渐变化的电阻率分布。
其他方面、优点和修改在以下权利要求的范围内。

Claims (28)

1.一种半导体激光二极管，所述半导体激光二极管包括沿着第一方向堆叠的多个层，其中，所述多个层包括：
第一多个半导体层；
在所述第一多个半导体层上的光波导，其中，所述光波导包括用于生成激光的半导体有源区域，并且其中，所述光波导限定具有光轴的谐振腔；以及
在所述光波导区域上的第二多个半导体层，
其中，所述多个层中的至少一个层的电阻率分布沿着正交于所述第一方向延伸的第二方向在最大电阻率与最小电阻率之间逐渐变化，其中，所述最大电阻率与所述最小电阻率之间的距离大于至少2微米，
其中，所述最大电阻率与所述最小电阻率之间的所述距离从所述半导体激光二极管的第一面处的第一值逐渐减小到所述半导体激光二极管的第二面处的较低第二值，所述第二面位于所述半导体激光二极管的与所述第一面相对的端部处。
2.根据权利要求1所述的半导体激光二极管，其中，所述最小电阻率沿着所述第二方向居中，并且沿着所述第二方向朝向在所述半导体激光二极管的边缘附近的所述最大电阻率逐渐增加。
3.根据权利要求2所述的半导体激光二极管，其中，所述至少一个层的所述电阻率关于所述第一方向对称。
4.根据权利要求1所述的半导体激光二极管，其中，所述第二方向正交于所述光轴。
5.根据权利要求1所述的半导体激光二极管，其中，所述第二方向沿着所述光轴延伸。
6.根据权利要求1所述的半导体激光二极管，其中，所述第一多个半导体层包括：
在第一接触层上的第一半导体帽盖层；以及
在所述第一半导体帽盖层上的第一半导体包覆区域，
其中，所述第二多个半导体层包括：
在所述光波导区域上的第二半导体包覆区域；以及
在所述第二半导体包覆区域上的第二半导体帽盖层，并且
其中，来自所述第一多个半导体层和/或来自所述第二多个半导体层的所述至少一个半导体层呈现所述电阻率分布。
7.根据权利要求6所述的半导体激光二极管，其中，具有所述电阻率分布的所述至少一个层在所述第一多个半导体层中，
其中，所述第二多个半导体层中的至少一个层呈现附加电阻率分布，所述附加电阻率分布沿着所述第二方向在最大电阻率与最小电阻率之间逐渐变化，并且
其中，所述附加电阻率分布的所述最大电阻率与所述附加电阻率分布的所述最小电阻率之间的距离大于至少2微米。
8.根据权利要求7所述的半导体激光二极管，其中，所述第一多个半导体层中的所述至少一个层的所述电阻率分布从所述第一接触层延伸不超过10微米。
9.根据权利要求1所述的半导体激光二极管，其中，所述有源区域包括至少一个量子阱。
10.根据权利要求1所述的半导体激光二极管，其中，所述第一多个半导体层和所述第二多个半导体层包括III-V族半导体化合物。
11.根据权利要求1所述的半导体激光二极管，其中，所述第一多个半导体层和所述第二多个半导体层包括II-VI族半导体化合物。
12.根据权利要求1所述的半导体激光二极管，其中，所述最大电阻率与所述最小电阻率之间的差为所述最小电阻率的至少1％。
13.一种制造半导体激光二极管的方法，所述方法包括：
形成沿着第一方向堆叠的多个激光二极管层，所述多个激光二极管层包括第一多个半导体层、在所述第一多个半导体层上的光波导、以及在所述光波导上的第二多个半导体层，所述光波导限定具有光轴的谐振腔，并且所述光波导包括用于生成激光的半导体有源区域，
其中，形成所述多个激光二极管层包括将所述多个激光二极管层中的第一半导体层修改为具有电阻率分布，所述电阻率分布沿着正交于所述第一方向延伸的第二方向在最大电阻率与最小电阻率之间逐渐变化，其中，所述最大电阻率与所述最小电阻率之间的距离大于至少2微米，
其中，所述最大电阻率与所述最小电阻率之间的所述距离从所述半导体激光二极管的第一面处的第一值逐渐减小到所述半导体激光二极管的第二面处的较低第二值，所述第二面位于所述半导体激光二极管的与所述第一面相对的端部处。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，修改所述第一半导体层包括沿着所述第二方向用变化浓度的掺杂剂注入所述第一半导体层，以提供呈现所述电阻率分布的掺杂的第一半导体层。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，用所述变化浓度的掺杂剂注入所述第一半导体层包括将激光辐射施加到所述第一半导体层。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，施加激光辐射包括使用激光直接写入工艺。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，施加激光辐射包括用所述激光辐射在所述第一半导体层的表面之上执行光栅扫描。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，执行所述光栅扫描包括沿着多个平行轨迹照射所述第一半导体层的所述表面。
19.根据权利要求14所述的方法，其中，用掺杂剂注入所述第一半导体层包括在所述第一半导体层上执行离子注入。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，修改所述第一半导体层还包括：
在执行离子注入之前，在所述第一半导体层的表面上形成逐渐变化的灰度级掩模层；以及
通过所述灰度级掩模层执行离子注入，其中，所述灰度级掩模层的厚度或密度控制所述第一半导体层内的局部掺杂水平。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述灰度级掩模层包括图案化光致抗蚀剂层。
22.根据权利要求20所述的方法，其中，形成所述灰度级掩模层包括：
在所述第一半导体层上形成光致抗蚀剂层；
通过灰度级光刻掩模将所述光致抗蚀剂层暴露于辐射，所述灰度级光刻掩模局部地限定所述光致抗蚀剂的曝光水平；以及
将显影剂施加到曝光的所述光致抗蚀剂层以形成所述灰度级掩模层。
23.根据权利要求20所述的方法，其中，形成所述灰度级掩模层包括：
在所述第一半导体层上形成光致抗蚀剂层；以及
将激光辐射施加到所述光致抗蚀剂层以限定所述灰度级掩模层。
24.根据权利要求13所述的方法，其中，修改所述第一半导体层包括：
用掺杂剂注入所述第一半导体层，使得所述第一半导体层的预定义区域内的导电性从第一导电性类型改变为第二导电性类型，
其中，由于所述第一半导体层的所述预定义区域与其他区域之间的导电性类型的差异，在所述第一半导体层内建立电场，
其中，所述电场沿着横向方向的分布沿着所述第二方向逐渐变化，使得在所述半导体激光二极管的操作期间，所述第一半导体层呈现所述电阻率分布。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，用掺杂剂注入所述第一半导体层包括在所述第一半导体层上执行离子注入。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，执行离子注入包括：
在执行离子注入之前，在所述第一半导体层的表面上形成灰度级掩模层以阻挡离子；以及
通过所述灰度级掩模层执行所述离子注入，其中，所述灰度级掩模层的厚度或密度控制所述第一半导体层内的局部掺杂水平。
27.根据权利要求13所述的方法，其中，修改所述第一半导体层包括：
在所述第一半导体层上执行离子注入以提供呈现所述电阻率分布的钝化区域。
28.根据权利要求27所述的方法，其中，执行离子注入包括用氢或氦离子轰击所述第一半导体层。
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