TW480795B

TW480795B - Semiconductor laser light emitting device

Info

Publication number: TW480795B
Application number: TW090106948A
Authority: TW
Inventors: Hiroshi Yoshida; Misuzu Abe; Maho Ohara; Takashi Yamaguchi; Hiroshi Nakajima
Original assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-03-24
Filing date: 2001-03-23
Publication date: 2002-03-21
Also published as: US6865203B2; US20020003823A1; US20050147144A1; US7003008B2; JP2001274514A; KR20010090558A; KR100890162B1; JP4543488B2

Description

480795 A7 B7

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（1 發明背景本晷月關矣半導體雷射光發射裝置，較特別的是一半導體雷射光發射裝置包括一堆疊之爪族氮化物半導體膜。一包括III族氮化物半導體膜堆疊且各含有至少一選自鋁、鎵、錮、及硼之類型之半導體雷射光發射裝置（文後稱爲 ΠΙΙΙ族氮化物半導體雷射光發射裝置，，）目前已提出做爲多種系統之有用組件，且可取得一使用此一半導體雷射光發射裝置做爲光源之系統。 III族氮化物半導體雷射光發射裝置係較劣於包括其他材料半導體膜堆疊之半導體雷射光發射裝置，例如用於小型碟片（CDs)與迷你碟片（MDs)之鋁鎵砷質半導體雷射光發射裝置，以及用於數位式多功能碟片（DVDs)與橫向模式控制條碼讀取機之鋁鎵銦磷質半導體雷射光發射裝置。橫向模式係一半導體膜所在平面方向中之光波導模式，且已建立一控制半導體雷射光發射裝置中之橫向模式之方法。參閱圖13，其揭示一堆疊狀半導體膜3 n，現在假設堆疊狀半導體膜3 11之堆疊方向做爲一垂直方向；一在堆叠狀半導體膜3 11平面内且垂直於一包括堆疊狀半導體膜3丨i做爲主要組件之共振器長度方向之方向則做爲一水平方向；及共振器長度方向做爲一縱向，上述橫向模式即成爲水平方向中之一光波導模式。在半導體雷射光發射裝置中產生一水平方向光波導模式之機構大致上分類爲二機構。其中一光波導機構係由圖14 A所示之結構取得，其中在 -4 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐裝--------訂---I I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) J. A7 五、發明說明（2 垂直万向之一半導體膜320之結構係在一電流注一電流非注入部322之間製成—致，在此—人郅⑵與 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 入部321之-折射指㈣電流非注入部32;之：折：ΐ注二^一内建式差異折射指數^爲零以㈣)，®::: :开^入時，即發生圖14Β所示水平方向中之折射指數分仿 Z 而發生圖14C所示之載體分佈情形，結果即可產生俗稱增益導向波導機構之光波導機構。了他光波導機構係由圖丨5A所示之結構取得，其中在垂 f方向之一半導體膜330之結構係在一電流注入部、331與一，沭非注入部332之間製成不同，在此一結構中，電流^入邵321之一折射指數“與電流非注入部322之一折射指^數μ •^間〈一内建式差異折射指數Δη爲零（Δη=η1_η2* 〇)，因此在電流注入時，即發生圖15Β所示水平方向中之折射指數刀佈h形，且因而發生圖丨5C所示之載體分佈情形，結果即可產生一俗稱指標‘導向波導機構之光波導機構。經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣大上，扣標導向波導機構係進一步分類爲二機構，在若差異折射指數之一實數部分大於零時[(△ n-實數）〉〇]發生光波導之一機構係稱爲一後指標導向型，而在若差異折射指數之一虛數部分小於零時[(△ n_虛數）< 〇]發生光波導 4 一機構則稱爲一損失指標導向型。爲了在較高輸出時可穩定地保持橫向模式，損失指標導向型半導體雷射光發射裝置係優於增益導向型半導體雷射光發射裝置，由操作電流觀點來看’實數指標導向型半導體雷射光發射裝置係優於損失指標導向型半導體雷射光發射裝置。 -5- I X 297公釐）經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 480795 A7 ---------— B7__ 五、發明說明（3 ) 光波導機構可再細分如下：亦即在取得增益導向型之一値與取得指標導向型之一値間之値時發生自身脈衝，而以弱△ η値取彳于之此一機構係稱爲一弱指標型自身脈衝波導機構。 . 般可得之半導體雷射光發射裝置，例如用於CDs與mds 足鋁鎵砷質半導體雷射光發射裝置及用於DVDs與條碼讀取機之鋁鎵銦磷質半導體雷射光發射裝置，係各採用一橫白模式其藉由受化膜結構而依用途改變，較特別的是，在諸可得之半導體雷射光發射裝置中，Δη値可隨意改變。例如爲了以低功率驅動而優先地降低雷射雜訊，增益導向型即選做爲橫向模式波導機構，而爲了最優先地降低雷射雜訊，脈衝型選做爲橫向模式波導機構。另方面，.爲了以高功率驅、動而優先地穩定一雷射光束之輻射角[(遠場圖土（FFP)]及政光，或爲了優先地降低一驅動電流，指標導向型即選做爲橫、向模式波導機構。由上述説明中可知ΙΠ族氮化物半導體雷射光發射裝置之橫向模式需加以控制，亦即依據相同於一般半導體雷射光發射裝置，例如用於（：1^與MDs之鋁鎵砷質半導體雷射光發射裝置及用於DVDs與條碼讀取機之鋁鎵銦磷質半導體雷射光發射裝置’其採用之方式而依用途變化。惟，使用一隱埋突脊結構之ΙΠ族氮化物半導體雷射光發射裝置係難以依相同於一般半導體雷射光發射裝置採用之方式而控制橫向模式，其理由如下： (1)在III族氮化物半導體雷射光發射裝置中，一隱埋層之 _ 6 - 本紙張尺度適用中關家標準（CNS)A:規格（21G χ 297 J---V*-------裝----I---訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（4 ) 細師並不清楚。 ⑽丄空制橫向模式，必須檢查膜堆疊方向中之一電流注入區之有效折射指數膜堆疊方向中之— 入之有效折射指數n2之間之一差昱折瓦非^ 〇Π 二晉：：指數“之ΠΙ族氮化物半導體雷'射光發射未揭露。據此’由控制橫向模式之觀點來看，其並未"…十及產生一 111族氮化物半導體雷射光發射裝置。 (3)例如11 _214788號曰本先前公告案型半導體雷射光發射裝置，並中一絕塗滕:路 /、T 絶緣腠或一半導體膜係採用爲-隱埋層。惟，在此文件中並未説明—主動層厚度 d2及-電流非注入區，厚度们爲決定差異折射指數△ η之— 重要結構變數，據此，除非厚度d2明確，否則無法決定差井=射指數Λη。上述文件u_214788號日本先前公告案中 «由採用||指標型波導機構而達成自身脈衝；惟，由於厚度d2不明確，[異折射指數△ n無法決定，因此，其即無法產生一自身脈衝型半導體雷射光發射裝置。 ⑷即使是上述文件以外之先前技藝發明中，差異折射指數△ η與検向模式之間關係亦尚不明確，且橫向模式僅由— 材料成分或一長條寬度指定。此原因係假設因爲一直接接觸於一金屬膜或一絕緣膜之哭脊結構已採用於ΠΙ族氮化物半導體雷射光發射裝置之研 ^中之故。在直接接觸於一金屬膜之突脊結構中，由於經常發生漏洩失效，厚度d2無法正面地變小，因此差異折射扣數△ η即不明確，結果橫向模式即無法在差異折射指數△ -J ------------------^---------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

χ 297公釐）經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 480795 五、發明說明（5 ) 、杖且此一穴脊結構造成另一問題，即突脊結構外之-漏電流變大，因此一操作電流亦變大。在in族氮化物半導體雷射光發射裝置中，增加之驅動功 =以成，加〈產熱，‘在最惡劣之情況下，會使其難以執行田=振盈，增加艾驅動電壓亦使其難以指定一電流注入區《％泥汪入寬度Wst，因而易衰退橫向模式之穩定性，此難以檢查橫向模式之因素之一。 ' (5) 另方面，在使用一絕緣膜以埋入—功率拘限區内之結構中，即使厚度d2變薄亦無漏戌發生，因此差異折射指數 ^可以相當大。惟，在此結構中，由於黏合度及膜品質在 -突脊長條之：側上並不均勾，故橫向模式不穩定，因而未能檢查橫向模式。此外，由於功率拘限區之折射指數固定於-指定値且不改變，因此差異折射指數△讀藉由斤制 2度d2而調整；惟，厚度们之此—控制可施加—效應於漏電流士，結果即難以獨立地調整一電流與光之分佈。據此，由貫務觀點來看，利用一絕緣膜之隱埋狀突脊結構之點即不足。 ° < (6) 欲解決利用—金屬或絕緣膜之隱埋狀突脊結構上述多項問題，較佳爲使用一半導體膜之隱埋狀突脊結構。惟，即使是在具有使用一半導體膜隱埋結構之半導體雷射光發射裝置中，由於差異折射指數△ n與橫向模式之5 =互關係並不明確，故無法依據裝置之用途而選出橫向結構。發明概述 ϋ 本發明之一目的在提供一種半導體雷射光發射裝置，其 8- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -J 5 ---------訂---------^91 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 480795 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（6 具有使用-半導體膜之隱埋結構，其中—橫向結構可藉由達成i兴折射指數△ n與一橫向模式之間相互關係，以依據裝置之用途而選出。欲達成上述目的，‘依本發明之一内容所示係提供一第一半導體雷射光發射裝置，包含：—堆疊膜，係由ΠΙ族氣化物半導體膜堆疊組成且各含有至少一選自銘、鎵、銦、及硼4類型；其中堆疊膜之_頂部係製成一突脊狀長條，以構成％流/主入區，一電流非注入區，製成於突脊狀長條之二側上；及至少一部分電流非注入區係一由化學式鋁X鎵 1-χ氮（0 S xs 1·〇)表示之材料製成。第一半導體雷射光發射裝置之特徵在於，鋁成分比” χ，，係指定於〇3gxS 1〇範圍内之一値’因此半導體雷射光發射裝置建構成爲一指標導向型半導體雷射光發射裝置。較佳爲電流注入區之一電流注入寬度Wst係指定於丨微米 S Wst S 3微米範圍内之一値；存在於一主動層與該電流非注入區之間之該電流非注入區下方一部分之該堆疊膜至少包括一膜，其係一由化學式鋁X鎵h氮（0.3gxg 1〇)表示之材料製成’且具有〇·2微米以下之厚度；及在膜堆疊方向中之該電流注入區之一有效折射指數n丨與在膜堆疊方向中之該電流非注入區之一有效折射指數n2之間之一差異Δ η係在 0.007S Δη =(ηι_η2) $ 〇·〇ΐ2範圍内。在第一半導體雷射光發射裝置中，由於鋁成分比”χ”係指定於0 · 3 S X g 1 · 〇範圍内之一値，一負的相互關係存在於水平方向中一遠場圖型（FFP)之一半最大値時之全寬（Fwhm) -9- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） —r---*---------裝-------丨訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) /^5

五、發明說明（7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 τ —^-----— 裝-----.—訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) θ I與垂直方向中FFP之一FWHM0丄之間，且θ II隨著電流注入寬度Wst變窄而變大，結果裝置之光波導機構即在鋁成刀比πX’’位於上述範圍内時變成一指標導向波導機構。再者 ’由於電流注入寬度Wst係在1微米^ wst S 3微米範圍内，故一驅動電流可降低，因而致能低電流驅動。若Wst>3〇微米，光波導機構即變弱，水平方向中之光拘限變得不穩足，且光波導機構對於所有”x”値而成爲一增益導向波導機構。再者，由於存在於一主動層與該電流非注入區之間之該電流非注入區下方一部分之該堆疊膜至少包括一膜，其係由化學式铭ι·ο)表示之材料製成，且具有〇·2微米以下之厚度，因此可抑制漏電流，若上述由鋁X 嫁^氮（〇·3^Χ^ 1.0)製成之膜厚度大於〇.2微米，漏電流即變大，因而減損半導體雷射光發射装置之性能。依本發明之另一内容所示係提供一第二半導體雷射光發射軋置，包含：堆疊膜，係由III族氮化物半導體膜堆疊組成且各含有至少一選自鋁、鎵、銦、及硼之類型；其中堆®膜之一頂部係製成一突脊狀長條，以構成一電流注入區；一電流非注入區，製成於突脊狀長條之二側上；及至少一部分電流非注入區係一由化學式鋁\鎵h氮（0 g x S 1.0)表示之材料製成。第二半導體雷射光發射裝置之特徵在於，銘成分比"X，，係指定於0·15<χ<0·30範園内之一値，因此该半導體雷射光發射裝置建構成爲一弱指標型脈衝半導體雷射光發射裝置。較佳爲電流注入區之一電流注入寬度Wst係指定於丨微米

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（8) § Wst S 3微米範圍内之一値；存在於一主動層與該電流非注入區之間之該電流非注入區下方一部分之該堆疊膜至少包括一膜，其係一由化學式鋁\鎵^氮（〇.15 < χ< 〇·30)表示之材料製成’且具有‘〇·2微米以下之厚度；及在膜堆疊方向中之該電流注入區之一有效折射指數η 1與在膜堆疊方向中之該電流非注入區之一有效折射指數η2之間之一差異△ η 係在 0 < △ n =(nl-n2) <0.007範圍内。在第一半導體雷射光發射裝置中，由於銘成分比”χΠ係指定於0· 15 < X < 0.30範圍内之一値，差異折射指數△ η太小而無法取得一指標導向型波導機構，據此，裝置之光波導機構即變成一弱指標型波導機構。再者，由於電流注入寬度 Wst係在丨微米^ Wst $ 3微米範圍内，故一驅動電流可降2 ’因而致能低電流驅動。若Wst> 3G微米，光波導機構即變弱，水平方向中之光拘限變得不穩定，且光波導機構對於所有，，X”値而成爲一增益導向波導機構。再者，由於存在於一王動層與該電流非注入區之間之該電流非注入區下方 :邵分之該堆疊膜至少包括—膜，其係_由化學式 t(〇.3gXS 表示之材料製成，且具有〇·2微米以下之厚X -’因此可抑制漏電流，若上述由鋁、鎵Η氮 =膜厚度大於〇·2微米，_即變大，因而減損半導月豆辑射光發射裝置之性能。射=發！ΐ又一内，所示係提供-第三半導體雷射光發組成且久=I.堆®艇’係由m族氮化物半導體膜堆疊 3有至少—選自鋁、鎵、銦、及硼之類型；其中 -11 - 本紙張尺度翻巾公爱）. J---τ-------裝--------"訂 ---------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 一 ·. B7 五、發明說明（9 ) <請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 堆疊膜之-頂部係製成-突脊狀長條，以構成—電流注入區；一電流非注入區，製成於突脊狀長條之二側上；及至少一部分電流非注入區係一由化學式鋁χ鎵^氮（〇 g χ § 1.0)表示之材料製成.。第三半導體雷射光發射裝置之特徵在於，鋁成分比"X”係指定於0gxg〇15範圍内之一値，因此該半導體雷射光發射裝置建構成爲一增益導向型半導體雷射光發射裝置。較佳爲電流注入區之一電流注入寬度Wst係指定於1微米 gWst S3微米範圍内之一値；存在於一主動層與該電流非注入區之間之該電流非注入區下方一部分之該堆疊膜至少包括一膜，其係一由化學式鋁χ.ΐχ氮（(^^^(^丨”表示之材料製成，且具有0.2微米以下之厚度；及在膜堆疊方向中之该電流注入區之一有效折射指數η 1與在膜堆疊方向中之該電流非注入區之一有效折射指數η2之間之一差異△ 在〇< Δη 二（nl-n2)< 0.007範圍内。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製在弟三半導體雷射光發射裝置中’由於銘成分比” χ，，係指定於〇 S X $ 〇 · 1 5範圍内之一値，裝置之光波導機構即變成一增益導引型波導機構，而適合以低雷射雜訊驅動。再者，由於電流注入寬度Wst係在1微米S Wst $ 3微米範圍内，故一驅動電流可降低，因而致能低電流驅動。若Wst > 3.0 微米，光波導機構即變弱，水平方向中之光拘限變得不穩定，且光波導機構對於所有”x"値而成爲一增益導向波導機構。再者，由於存在於一主動層與該電流非注入區之間之該電流非注入區下方一部分之該堆疊膜至少包括一膜，其 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 480795 A7 B7 五、發明說明（1〇) 係一由化學式鋁χ·ΐ χ氮（〇SXg〇 l5)表示之材料製成，且具有〇;2微米以下之厚度，因此可抑制漏電流，若上述由气鎵Nx氮（〇=xs〇.15)製成〈膜厚度大於〇·2微米，漏電流即變大，因而減損半導體雷射光發射裝置之性能。圖式簡單説明圖1係一截面簡示圖，揭示一半導體雷射光發射結構；、圖2係一圖表，揭示針對各不同差異折射指數"χ,，之水平方向中一 FFP(遠場圖型）之FWHM(一半最大値時之全寬）θ丨丨與一電流注入寬度Wst之間關係；圖3係一圖表，揭示針對各不同電流注入寬度㈣之垂直方向中FFP之FWHMe|與一請腹㊀丄之間之典型關係；圖4A、4B係圖表，揭示一鋁成分比"χ”與一差異折射指數△ η之間關係；圖5係一圖表，揭示FWHMe|丄之間關係；圖6係一圖表，揭示針對各不同鋁成分比πχ”之電流注入寬度Wst與一閾電流値之間關係；圖7係一圖表，揭示針對各不同紹成分比，，χπ之雷射光輸出與一散光差之間關係；固係圖表，揭示針對各不同链成分比，，X ”之雷射光輸出與FWHM θ I之間關係； ❿圖9係一視圖，揭示當一電流注入寬度大於）微米（〜对〉3 微米）時，水平万向中之 — nfp(近場圖型）影像及其輪廓；圖1〇係-圖表’揭示來自一主動層與一電流非注入區之 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝i—-----訂----- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -13 480795 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（11 ) 厚度d2與一调電流値Ith之間關係；圖U係一圖表，揭示計算厚度们與差關係所得結果·，圖12係一圖表，揭示FWHM θ έ 点1曰▲ 丨丨T异、、、口果與電流注入寬度Wst測量値之間關係；圖13係一視圖，說明一半導體议干守a旦田射先發射裝置之垂直方向、水平方向及縱向之定義；圖14A係一截面圖，揭示一增 α 曰奴導引型+導體雷射光發射裝置4結構；圖14B# — Β1矣扭-1 一、保圖表，揭不折射指數在圖14Α所示裝置中之分佈情形；及圖1 4 C^ _ 圑i4c係一圖表，揭示載體在圖 14A所示裝置中之分佈情形；及圖1 5 A係一截面圖，描+ 一與栖谐揭不‘標導引型半導體雷射光發射裝置之結構；圖1 5B係一圖矣，姐-> , 你圖表，揭不折射指數在圖14A所不裝置中之分佈情形；及圖15Γ在次£1 15C係一圖表，揭示載體在圖 14Α所示裝置中之分佈情形。較佳實施例詳細説明本發明較佳實施例將參考圖式詳述於後。圖1係-截面簡示圖，揭示應用本發明之—半導體雷射光發射裝置1之基本結帛’如此圖所示，半導體雷射光發射裝置1係建構使得III族氮化物半導體膜依序堆衫一藍寶石基材11上’渚半導體膜係一由氮化鎵製成之緩衝膜12( 厚度· 3 5毫微米）；一由去故;*/：£；、t ^ 田禾捧4<虱化鎵製成之低溫層13 ( 厚度：500毫微米）；一由撿並访、尸/t 田捧雜矽又氮化鎵製成之接觸層14( 厚度：8微米）；一由採雜石々；丨谬冰矽又η型鋁。。8鎵。92氮製成之n型覆 τ---*-----------------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -14 480795 A7 Β7 五、發明說明（12 ) 層15(厚度：1·2微米）；一由摻雜矽之n型氮化鎵製成之光學導向層16(厚度：12〇毫微米）；一主動層17且具有一由銦〇14 鎵Q.^氮製成之井層四量子井結構（每層厚度：3.5毫微米）及由銦〇·。2鎵。.98氮製成之障壁層（每層厚度：7毫微米）；一由摻雜鐵之p型氮化鎵製成之擴散防護層18 (厚度：2〇毫微米， •，一由摻雜鎂之p型氮化鎵製成之光學導向層19(厚度·· 90 毫微米）；一由摻雜鎂之p型鋁。。8鎵。％氮製成之載體溢流抑制層2〇(厚度·· 50毫微米）；一由摻雜鎂之P型鋁。。，鎵。94氮製成之P型覆層21(厚度：560毫微米）；及一由摻雜鎂之p型氮化鎵製成之p型接觸層22(厚度：100毫微米）。諸堆疊之膜 12至22稱爲一堆疊膜23。 P型覆層21之一頂部係製成一突脊狀長條24,長條24成爲一電流注入區3 1，而電流注入區3 1之一電流注入寬度Wst 係指定於1微米S Wst g 3微米範圍内之一値。另方面’用於電流拘限之一摻雜矽之鋁X鎵Μ氮層25係製成於長條24之二侧上，而成爲一電流非注入區32。電流非主入區32之厚度係藉由在鋁X鎵&氮層25(電流非注入區32) 製成之前，依序去除p型接觸層22及p型覆層21至一深度，使得一自主動層17至電流非注入區32之膜厚度们成爲一特定値。此橫向之電流拘限結構亦構成一橫向之光波導模式控制結構。最後，欲連接至P型接觸層22之一 p型電極41係製成於1) 土接觸層2 2上，且欲連接至n型接觸層14之一 n型電極4 2係製成於η型接觸層14上。 -15- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

- I---I--訂---I 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ί Ζ X U 1 Μ ^ / 0 Τ X \ 一 A7 B7 、發明說明（13) 依本發明之第一實 ^ w ^ >貫她例所不，圖1之半導體雷射光發射衣·置1係建構做爲一指_壤Α舟1，. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 中兩、、六非、、X广。铋導向型半導體雷射光發射裝置，其〒％流非）王入區32係由叙锆 ^ „ 田銘X鎵i-x氮層25製成，其中鋁之成分 ^ X係指定於〇 · 3 S X g 1 〇締囹士、、<π/ν_ , — ·〇乾圍内心一値，該裝置在文後稱馬弟一半導體雷射光發射裝置，，。弟半導體雷射光發I罢、、7、 ^射衣置又進一步特徵如下： (1)製成突脊狀長條之雷、、声、、士、广化私说/王入區31之電流注入寬度Wst 係指足於1微米gWsts 3微米範圍内之一値。 ⑺存在於主動層17與電流非注人區32之間之電流非注入區3 2下方之一音p分堆最胳、，择且月吴’亦即由擴散防護層1 8、先學導向層19、載體溢流抑制層2〇、 1利續』、及覆層21組成之膜包括至 ^ 一月吴’係由化學式叙4古 /f / A 0 飞、.呂^豕^虱㈧」g XS 1·〇)表示之材料製成’且具有0.2微米以下之厚度。 (3)膜堆疊層中之電流注入區31之一有效折射指數以與膜堆疊方向中之電.流非注人區32之_有效折射指數W之間差異折射指數Δη係指定於〇·⑽7g △咖响以⑴ 範圍内。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製依本發明之第二實施例所示，圖工之半導體雷射光發射裝置1係建構做爲一弱指標導向型半導體雷射光發射裝置，其中電流非 >王入區32係由鋁χ.ΐχ氮層25製成，其中鋁之成分比"X”係指定於0.15 <x< 〇.30範圍内之_値，該裝置在文後稱爲”弟一半導體雷射光發射裝置π。第二半導體雷射光發射裝置之進一步特徵如下· (1)製成哭脊狀長條之電流注入區3 1之電流注入寬度Wst -16- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 480795

五、發明說明（μ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製係指疋於i微米S Wsts 3微米範園内之一値。 (。2)存在於王動層17與電流非注入區32之間之電流非注入區32下方之一部分堆疊膜，亦即由擴散防護層18、光學導向層9、載體〉益流抑制層2〇、及覆層21組成之膜包括至二膜，係一由化學式鋁<鎵^氮（〇·15 < χ<0·30)表示之材料製成，且具有〇·2微米以下之厚度。 ⑶膜堆疊層中之電流注人區31之—有效折射指數以血膜料方向中之電流非注人區32之_有效折射指數^之間心一差異折射措數Δη係指定於0< Αηαΐαχο 〇〇7範圍内、依本發明之第三實施例所示，圖i之半導體雷射光發射裝置1係建構做爲一增益導向型半導體雷射光發射裝置，其中電流非注入區32係由鋁χ.ΐχ氮層25製成，其中鋁之成为; 比，=，係指定於0各XS0.15範圍内之一値，該裝置在文後稱爲”第三半導體雷射光發射裝置"。第二半導體雷射光發射裝置之進一步特徵如下： (1) 製成突脊狀長條之電流注入區3丨之電流注入寬度Wst 係指定於1微米s Wst S 3微米範圍内之一値。 (2) 存在於主動層1 7與電流非注入區32之間之電流非注入區32下方之一部分堆疊膜，亦即由擴散防護層18、光學導向層19、載體溢流抑制層20、及覆層21組成之膜包括至少一膜，係一由化學式鋁，家“氮㈧^^^^”表示之材料製成，且具有0.2微米以下之厚度。 (3) 膜堆疊層中之電流注入區31之一有效折射指數“與 -17- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -^----«--------裝·---1---訂----丨-丨丨- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

A7 B7 尤明（15 ) 膜堆疊：向中之電流非注入區32之一有效折射指數心之間 <差兴折射扣數△ n係指定於△ η⑷_切< 〇〇〇7範圍内。又後將况明一種評估本發明半導體雷射光發射裝置丨之麵成刀比、,x、電况〉王人區31之電流注人寬度（或長條寬度 )_ st及差異折射指數△ n之方法，例如製備各具有圖1所丁、、口構之不同土里突脊型半導體雷射光發射裝置，在諸樣品中，鋁X鎵^氮之鋁成分比”x ”改變，且電流注入寬度（或長條寬度）Wst係針對各鋁成分比” χ，，而改變。較特別的疋’用於樣品製造之變數f，x，，、，，们,，、及n 係分別設定爲0.15 ^U、〇」微米g d2^〇2微米、及2·2 微米^冒3*^3.5微米範圍内之値。首先，在水平方向針對各樣品（χ =0.^、〇.3〇、及〇.4〇) 測量一 FFP(遠場圖型）iFWHM(一半最大値時之全寬）θ丨丨所得結果係揭示於圖2中，在此圖式中，縱座標表示fwhm Θ丨丨而橫座標表示長條寬度Wst。爲了比較，用於具有突脊、、’口構且覆上一 P型金屬層之一般ΠΙ族氮化物半導體雷射光發射裝置係由圖2中之一長菱形開孔樣記表示，此外，厚度 d2設定爲0.15微米。在FFP之測量中，一雷射振堡器係藉二施加一例如具有1毫秒周期且5微秒寬度之脈衝電流而驅動，以盡量避免因爲雷射振盪器自身生熱所致之效應。由圖2之資料即可明瞭以下特性（1)及（2)。 (1) 在不含0.15之”x”値處，Θ丨|與Wst之間呈負的相互關係。

(2) 在所有Wst値處，Θ ||値滿足於㊀| χ。i >㊀I -18- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） —--__ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 = 0.40 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 480795 A7 _B7_ 五、發明說明（16 ) ㊀« 關係。其次，針對各不同長條寬度Wst之FWHM θ I與一 FWHM Θ丄（FFP在垂直方向之FWHM)之間之典型關係揭示於圖3 中，在此圖式中，橫座標表示FWHM Θ I而縱座標表示長條寬度FWHM Θ丄。在增益導向型半導體雷射光發射裝置中，隨著長條寬度Wst變窄，水平方向中之損失變大，因此水平方向中之一光波平面之曲率變強烈，結果FWHM Θ I 變大。此時，即使在垂直方向中損失亦變大，因此垂直方向中之光波平面之曲率變大，結果FWHM Θ丄變大。依此，如圖3所示，FWHM Θ I與Θ丄之間有正的相互關係，此外，隨著長條寬度Wst變窄，FWHM Θ ||與Θ丄二者皆變大。另方面，在指標導向型半導體雷射光發射裝置中，如圖3 所示，F WHM θ |丨與Θ丄之間有負的相互關係，其原因在於一 ΤΕ模式並未垂直於一 ΤΜ模式，這些現象甚至在一鋁鎵砷質半導體雷射光發射裝置中或一鋁鎵銦磷質半導體雷射光發射裝置中亦獲認定。據此，以下特性（3)及（4)即很明顯。· (3) 在指標導向型半導體雷射光發射裝置中，FWHM θ I 與Θ丄之間有負的相互關係，此外，隨著長條寬度Wst變窄，FWHM Θ I 變大。 (4) 在增益導向型半導體雷射光發射裝置中，FWHM Θ I 與Θ丄之間有正的相互關係，此外，隨著長條寬度Wst變窄，FWHM Θ || 變大。針對指標導向型半導體雷射光發射裝置之鋁成分比"X” -19- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝·--------訂---- Φ A7 B7 五、發明說明（17) 及差異折射指數△ n之間關係將參考圖4八、4B説明之，在

(請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁M 這些圖式中，橫座標表示鋁成分比"χ，，而縱座標表示差異折射指數△ η。如圖4Α所示，、隨著鋁成分比”χ，，變大，鋁χ鎵^氮層之折射指數變小，如圖4B所示，此意指當厚度心固定時，則隨著鋁成分比"X”變大，垂直方向中之長條内、外側區域之有效折射指數nl、n2間之差異，亦即差異折射指數Λη變大。據此，以下特性（5)及（6)即很明顯。 (5) 在指標導向型半導體雷射光發射裝置中，當厚度“固定時，FWHM Θ ||與鋁成分比”χ”之間有正的相互關係。 (6) 由於厚度d2與長條寬度Wst固定，指標導向型半導體雷射光發射裝置之FWHM Θ丨丨即大於增益導向型半導體雷射光發射裝置之FWHM Θ I ，此爲眾所周知，且係因爲一光波平面之曲率發生在增益導向型半導體雷射光發射裝置中之故。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 F WHM Θ丨丨與Θ丄間之關係揭示於圖5，其中橫座標表示 FWHM Θ ||而縱座標表示長條寬度FWHM心丄，如圖5所示 ’其測量點係相同於圖2者。針對指標導向型半導體雷射光發射裝置之FWHM Θ I與Θ丄間之關係不同於增益導向型半導體雷射光發射裝置者。由參考圖2至5之特性（1)至（6)可得到以下結論。 (a)針對所有鋁成分比”x”（〇.i5 S xS 0.40)，若Wst> 3微米，則半導體雷射光發射裝置可做爲增益導向型半導體雷射光發射裝置。 -20 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐）

480795 五、發明說明（18) (b)若WsK 3微米’增益導向型半導體雷射光發射裝置即在0.15至G.3G之間之”x”値時變成指標導、型半導體雷射光發射裝置。 ⑷若WstS3微米，則半導體雷射光發射裝置可在〇3〇至 0.40之間之X値時做爲指標導向型半導體雷射光發射裝置。亦即差異折射指數△ n在鋁成分比”χ，，（ = 〇·3〇)時相當大，因此半導體雷射光發射裝置成爲指標導向型半導體雷射光發射裝置。據此，欲取得一需以較低驅動電流驅動之雷射振盛器及一較高之光輸出，鋁成分比”χ，，應設定爲〇3〇。此外，在鋁成分比5)時，由於光波導機構成爲增益導向型，若長條寬度Wst變寬，光即波動而未集聚於中央。此光偏折現象造成光集聚於偏折位置之現象，結果長條寬度Wst即不固定。如上所述，本發明之半導體雷射光發射裝置在鋁之成分比在0 · 3 0 S X g 1範‘圍内時，即成爲指標導向型半導體雷射光發射裝置，鋁之成分比在〇·15 < x< 〇.3〇範圍内時則成爲弱指標脈衝型半導體雷射光發射裝置，及鋁之成分比在〇 $χ$0·15範圍内時成爲增益導向型半導體雷射光發射裝置。圖6揭示在每一鋁成分比”x”之長條寬度Wst(橫座標）與一閾電流値（縱座標）間之關係；圖7揭示在每一鋁成分比，，χ” 之雷射光輸出（橫座標）與一散光差（縱座標）間之關係；及圖 8揭示在每一鋁成分比”χ”之雷射光輸出（橫座標）與fwhm Θ I (縱座標）間之關係。 -21 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） —J—-----裝·-------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 480795 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（19) 如圖6所示，比較同一長條寬度之結果，增益導向型之閾電流値較高而指標導向型之閾電流値較低。如圖7所示，自一低功率區至一高功率區之範圍内，每一鋁成分比 πχπ( = 0·3 0及0.40)之散光差變化係低於铭成分比”χ”( = 〇15) ’此相容於已知之事實，即指標導向型之散光差低於增益導向型者。由圖6、7、8之結果可知，如上所述，增益導向型係在鋁成分比"χπ( = 〇·30)時特定地變成指標導向型，且其鋁成分比 ’’X’’指定於0.30之半導體雷射光發射裝置呈現一穩定且較高之雷射光輸出，而其鋁成分比”χ，，指定於〇 4〇之裝置則適合以一較低驅動功率及一較高輸出做驅動。此外，若Wst > 3.5 微米’其特徵即衰退，因爲橫向模式變得不穩定，容後詳述0 如上所述，若链成分比，，Χ ”指定於10 $ X ^ 0 30範圍内，光波導機構變成適合以一較低驅動電流及一較高輸出做驅動之指標導向型，亦即本發明之第一半導體雷射光發射裝置係藉由指定鋁成分比”Χ”於1〇^χ$〇 ·3〇範圍内，而具有才曰標導向型波導機構。易言之，藉由指定鋁成分比” χ "於1 . 〇 ^ 0.3 0範圍内，即可製成指標導向型⑴族氮化物半導體雷射光發射裝置。若銘成分比’’X”指定於1·〇i 〇 4〇範圍内，散光變小至1 微米以下，小散光値意指一光束亦即雷射光收縮時在一焦點位置之光點尺寸極小。據此，其鋁成分比”χ"指定於i .〇 ^ X S 〇·4〇内之第一半導體雷射光發射裝置係適用於一使 -22- 本紙張尺度適用中關家標準（CNS)A4規格（21Q χ 297 ) ^---1 I-----裝--------訂-------I-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 480795 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（20) 用雷射光收縮之系統，例如一高密度光碟系統。此一裝置亦有優異之功率穩定性，因而適用於一使用較高雷射光輸出之系統’例如一 RAM系統。另方面，若铭成分比”x”指定於0$ 〇·15範圍内，光波導機構變成適合以一低雷射雜訊驅動之增益導向型，在一般增益導向型半導體雷射光發射裝置中，例如鋁鎵绅質或銘鎵銦磷質半導體光發射裝置，内建之Δη設定爲〇 ;惟，即使内建之差異折射指數△ η不設定爲0，亦可取得一增益導向型半導體雷射光發射裝置，因爲若差異折射指數△万小，則波導機構即由依據折射指數分佈之載體分佈控制。如上所述，由圖2、5之結果可知，若鋁成分比”χ，，指定於 0 $ X S 0· 1 5範圍内，光波導機構可充分做爲增益導向型波導機構。在上述結果之基礎上，本發明之第三半導體雷射光發射裝置即可完成，且因此可藉由指定鋁成分比”χ，，於〇 ^ χ s 〇· 15範圍内而具有增益導向型波導機構。藉此，在ΙΠ族氮化物半導體雷射光發射裝置中，製成一突脊結構以外用於黾/’0>拘限之任思裝置目前並未建立，據此，增益導向型半導體雷射光發射裝置需以内建之弱化差異折射指數製造。另方面，厚度d2需較小，以利控制電流漏至突脊結構之外側，基於此原因，覆蓋突脊結構外側之一材料之折射指數需接近於氮化鎵者。藉由此觀點，即使電流拘限部係由空氣或相關技藝III族氮化物半導體雷射光發射裝置中之氧化秒（Si〇2)、氮化矽（SiN)、或氧化鋁（a12〇3)等絕緣膜製成， -23 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱 ^----I------裝--------訂---------- (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

五、發明說明（21) $仍難以取得―増益導向型m族氮化物半導射爲:取得一增益導向简氮化物半= 心射衣置，極重要的是使用鋁^鎵“氮（〇^χ§ο·15)做爲本發明〈第二半導體雷射光發射裝置中之隱埋材料。田此外田鋁成分比πχπ指定於〇·15 < Χ< 〇·3〇範圍内時，差斤射扣數△ η太小而無法取得指標導向型波導機構。以 Υ·15 < Χ < 〇·30範圍Θ之銘成分比f，x"取得之波導機構係等 j於鋁鎵坤質半導體雷射光發射裝置或鋁鎵銦磷質半導體雷射光發射裝置之弱指標導向型波導機構，產生一自身二衝型III族氮化物半導體雷射光發射裝置所需之弱指標波導機構係以銘成分比”X”在〇· i 5〈 χ < 〇 3 〇範圍内而取得。其於此暸解、，本發明之第二半導體雷射光發射裝置即可完成。、由上述説明可知，在本發明之第一、第二、及第三半導體雷射光發射裝置，裝置之波導機構係依據做爲隱埋層之鋁，·“氮層之鋁成分比” χ，，而選定如下：在第一半導體雷射光發射裝置中，取得指標導向機構所需之紹成分*，，χ"係指定於〇.3^xS i 〇範圍内，較佳爲〇4 S X S 1 ·0 〇在罘二半導體雷射光發射裝置中，取得弱指標型自身脈衝機構所需之鋁成分比”x，，係指定於〇15<乂<〇.3〇範圍内。在第二半導體雷射光發射裝置中，取得增益導向機構所舄之銘成分比X係指定於〇 S X S 5範圍内。以下將说明長條寬度Wst大於3.0微米之效應，大體上當長條寬度Wst變大時，波導機構變弱，因此拘限於水平方向 -24- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 480795 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（22 ) 中之光即變得不穩定。如圖2、5所示，若w s t > 3 · 0微米，波導機構易針對所有鋁成分比，，x”而做爲增益導向機構，依此’若Wst > 3 ·0微米，由於光拘限未充分產生，因此族氮化物半導體雷射光發射裝置做爲一增益導向型裝置（或顯現增益導向型之型式）。此外，如圖9之水平方向中NFP( 近場圖型）所示，若Wst> 3·〇微米，雷射光即偏折至突脊結構之邊緣，此顯示橫向模式並不穩定。本發明不僅欲分類波導機構，其亦在於減低一驅動電流，若》乂產生增益導向型（或一顯現增益導向型之型式）之III 族氮化物半導體雷射光發射裝置，而不檢查驅動電流減低 ’則長條寬度Wst可設定於Wst> 3.0微米之範圍内。惟，隨著長條寬度Wst變大，驅動電流及閾電流變大。甚至在適用於低雷射雜訊驅動之增益導向型半導體雷射光發射裝置中由貫知觀點來看，易於瞭解的是一低驅動電流及一低閾電流係有其必要。據此，在本發明之第一、第二、及第三半導體雷射光發射裝置各者中，鋁成分比” χ，，在指定範圍内時，長條寬度

Wst可能應越小越好，以利滿足出族氮化物半導體雷射光發射裝置之使用者需求，基於此原因，由實施觀點來看本赉明之半導體雷射光發射裝置可藉由改變上述指定範圍内之銘成刀比x ’同時抑制長條寬度Wst於Wst $ 3微米範圍内心一値，以改變成指標導向型、增益導向型、或弱指標自身脈衝型。據此’在第一半導體雷射光發射裝置中，長條寬度Wst -25- 本紙張尺度適用中國國豕標準（CNS)A4規格（21〇 χ 297公釐） l丨丨i丨丨丨丨丨丨•丨丨丨i丨丨-丨丨丨丨丨丨丨- (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 480795 A7 B7

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（23 ) 係指定於1微米s WstS 3微米範圍内，而鋁成分比” X 在 0.3 g X $ 1 · 0範圍内，此爲取得指標導向機構所需。在第二半導體雷射光發射裝置中，長條寬度Wst係指定於 1微米$WstS3微米範圍内，而铭成分比友〇 ^ ^ X ^ 0.15 範圍内，此爲取得增益導向機構所需。在第三半導體雷射光發射裝置中，長條寬度wst係指定於 1微米$WstS3微米範圍内，而链成分比"X”在^ 0·3 0範圍内，此爲取得弱指標型自身脈衝機構所需。厚度d2之效應將説明如下。如上所述，針對突脊型半導體雷射光發射裝置’厚度d2係一結構變數，其施力p —气靡、於漏至突脊結構外側之電流量，其亦爲一用以控制差里^ 射指數An之變數。 & ^ 圖10揭示厚度d2 (橫座標）與閾電流値Ith(縱座標）間之關係，應該注意的是在用於測量圖1 〇所示關係之裝置中，一氧化矽層係做爲突，脊型隱埋層，以替代圖i所示之銘嫁氮層。長條寬度Wst固定於2.5微米，且共振長度設定於微米，如後所述，在圖示之厚度们範圍中，由於厚度“對方；差兴折射4曰數△ η之依存性弱，閾値i〖h中之變化即因漏電流而造成，依此，即使在ΠΙ族氮化物半導體雷射光發射裝置中，厚度d2仍爲施加一效應於漏電流量之變數。" 差異折射指數△ η與厚度d2之間關係將利用某一型式之波導模擬器檢查之，該模擬係以一有效指數法執行。首先，波導模擬器之一計算結果係比較於FFp之一側量値，以確足模擬咨計其結果之有效性。 -----r-------裝---^------"i 訂----------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -26-

/yj 五、發明說明（24 針對具有圖1所示結構之半導左X =0 4卩i1 等每射光發射裝置1，Θ丄 ΐ 23.1" " " ^24 *1 ° ^ ^ ^ ^ 2 515 ，、純板③模擬之結果，-有效折射指數爲數爲1〇'級。依此，模擬器之計算値明能相當足夠。 …、、用万:本發明之波導模擬器性圖叫示計算厚度们與差異折射指數“之間關係之結果，在此計算中，長條寬度Wst並未列入考量。，分比"X”指定於0·15時之樣品測量爾，#厚度d2 爲、5時I異折射指數△ n變得太小而未能取得指標導向 1波導機構。此時’内建式差異折射指數△ η變成剛，、、口果在鋁成分比”x”（=〇15)，最大之厚度d2係限於當差異折射私數A η爲0.005時之一値，亦即由於模擬之故，針對做爲埋層之鋁^鎵h氮層中之指定範圍内鋁成分比，，X”，其需差異折射指數△‘n指定於△ 〇〇〇5範圍内。此一模擬結果明顯順服於上述測量結果，因此可確定利用模擬器之^ 算結果具有一有效性。據此’在第一半導體雷射光發射裝置中，當鋁成分比Πχπ 在取得指標導向機構所需之〇·3 i xg ι·〇範圍内時，厚度们係指定於d2s 0.2微米範圍内，且較佳爲長條寬度Wst指定於1微米SWstS3.0微米範圍内。在弟一半導體雷射光發射装置中，當銘成分比”x”在取得增益導向機構所需之〇 ^ 〇·15範圍内時，厚度d2係指定於d2 S 0 ·2微米範圍内，且較佳爲長條寬度wst指定於1微米 -27- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） J, r--------· ---- ---I ^i!------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 ^«U795 五、發明說明（25) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製各Wst S 3·0微米範圍内。在第三半導體雷射光發射裝置中，當鋁成分比"χ"在取得弱指標導向型自身脈衝機構所需之〇.15<χ<〇3範圍内時，厚度d2係指定於d2S 0.2微米範圍内，且較佳爲長條寬度 Wst指定於1微米$WstS3.0微米範圍内。圖12揭示Θ »之一計算値與θ||之一測量値之間關係，由，12、11中之結果可知，θ II之計算値明顯順服於θ ||之測 I値’據此可確定模擬器之性能已足。由圖2及5至8中之結果可知，爲了取得指標導向型ιπ族氮化物半導體雷射光發射裝置，其需鋁成分比,,χΠ設定於〇.3 及厚度d2設定於0.17微米，且由圖u中之結果可知，爲了取得指標導向型III族氮化物半導體雷射光發射裝置，其亦需差異折射指數A η在△ n $ 〇〇〇7範圍内，且由散光與功率穩定性之觀點來看，較佳在△ η > 〇 · 〇 1範圍内。 Α易言之，在Αη< 0·007範圍内之差異折射指數△ η太小而無法取得指標導向型半導體雷射先發射裝置，在△ 〇·〇(Π範圍内之差異折射指數“通常取得弱指標波導機構、增益導向機構、及弱指標型自身脈衝機構，此外，其係因爲主動層體積是否發生自身脈衝所致。據此，在第一半導體雷射光發射裝置中，當鋁成分比，，χπ 在取得指標導向機構所需之〇3SxS 1〇範圍内時，差異折射指數△!!係指定於〇.〇07Sxg〇〇12範圍内，且較佳爲長條寬度Wst指定於1微米S Wstg 3微米範圍内，及厚度们指定於d2 S 0.2微米範圍内。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 一裝---- n ϋ^OJa n ·1 n 1 n n n 1 · -28 48U795 A7 B7 五、發明說明（26) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製，在第二半導體雷射光發射裝置中，當鋁成分比"χ"在取得增益導向機構所需之。戶015範圍内時，差異 J △ η係指定於0<以0.007範㈣，且較佳爲長條寬度曰㈣指足於1微米SWst$3微米範圍内，及厚度们指定於们客 0.2微米範圍内。、— 在第二半導體雷射光發射裝置中，當鋁成分比”x”在取得弱指標導向型自身脈衝機構所需之〇·15 < χ< 〇·3範圍内時 ’差異折射指數△ η係指定於〇 < χ< 〇〇〇7範圍内，且較佳爲長條寬度Wst指定於1微米^ Wst S 3微米範圍内，及厚度 d2指定於d2s 0.2微米範圍内。又依上述實施例所示，各結構變數之範圍設定係由具有圖」所示結構之半導體雷射光發射裝置實例而執行；惟，由於光波導機構係在光-場原理基礎上利用差異折射指數△ η決足，因此本發明之諸結構變數可應用於圖i所示者以外之半導體雷射光發射裝置，此半導體雷射光發射裝置包括由ιπ 族氮化物半導體膜堆疊組成之堆疊膜，其各包含至少一選自鋁、鎵、銦、及硼者；其中堆疊膜之一頂部係製成一突脊狀長條；及至少部分之電流非注入區係一由化學式鋁鎵！·χ氮1·0)表示之材料製成。依上述實施例所示，單一鋁^鎵^氮層使用做爲隱埋層；惟’複數铭；(鎵1^氮層之堆疊亦可使用做爲隱埋層，在此例子中，若鋁<鎵1}{氮層之鋁成分比”χ，，之平均値係在本發明單一铭X鎵！·χ氮層指定之範圍内，則包括複數鋁 <鎵1?^氮層之半導體雷射光發射裝置在結構上係等效於包括實施例中所述 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) * n n · 一裝—丨 tr----------^^1 · -29- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 B7 五、發明說明（27 讀單—鋁，鎵^氮層之半導體雷射光發射裝置，及若複數鋁氮層之差異折射指數“等於單—K氮層者，則包X 、子夂數銘声，.x氮層〈裝置即極爲等效於包括實施例中所述單一鋁，鎵“氮層之裝置。據此，本發明顯然適用於一導體雷射光發射裝置，其中隱埋層係由複數气錄氮成，且鋁A—x氮層之一鋁平均成分比"χ”等於實施例x中；述 +導體雷射光發射裝置之單鎵μ氮層之銘成分比"χ" .°應孩注意的是’銘之平均成分比係定義爲[2 i{(折射指數〇x(膜厚度i)x(光比i)}]/[2 iU膜厚度i)x (光比i)}]=鋁鎵ι·(χ·3ν〇氮，此處之；Σ i表示構成堆疊式隱埋層之各膜總和，各膜數係以"i"表示，及當突脊結構外之光-場分佈呈標準化時光比可爲一由層”i”佔用之區域。在上述實施例中使用藍寶石基材，惟，由於在垂直方向中之光拘限係足夠且光因此不會到達基材位置，藍寶石基材以外之基材，例如一由化合物半導體製成之基材，、例ς 氮化鎵，亦可使用。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製在上述實施例中，單一鋁'.Η氮層使用做爲隱娌層；惟，銦可進一步包含於隱埋層中，例如在圖丄所示之結構中，一銦，鎵一氮^- 0·16)層可在隱埋層由鋁χ氮層製成 <前，先製成於突脊結構側表面上達到例如1〇毫微米厚度。藉由此結構，一光吸收層係嵌入於突脊結構之側表面上: 在設有上述光吸收層之例子中，水平方向中之光波導基本模式接收極微之光吸收層效果，但是第一級之較高模^ 或水平万向中之較多光波導可接收光吸收層之光分佈。較 -30- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 480795 A7 ------------B7 __ 五、發明說明（28) f別的是，在較高模式❹卜吸收損失會變大，此意指基 ^式與較⑤模式之間之閾値差異會變大，據此，將波導棱式自基本模式切換成較高模式之光輸出可較高，此時，其間之切換有如L-I特徵之绞纏。、據此’光吸收層之製成係在較高輸出之橫向模式穩定中所必要者，本發明係應用於利用一銘平均成分比定義爲[ 乏小折射指數^⑽厚度…代比⑽^⑽厚度^^ “ ·）}]紹卜…鎵氮，以製成光吸收層做爲部分隱埋層之例子中，此由波導之觀點來看即很清楚。 =外，指定於本發明中之差異折射指數△ n可應用於一由一氧化碎或氣化石夕製成之介電質膜。如上所述，本發明包括m族氮化物半導體膜堆疊且各含. 有至少一選自鋁、鎵、銦、硼類型之本發明第一、第二、及第三半導體雷射光發射裝置各者之優點如下： (1) 取得一 III族氮化物半導體雷射光發射裝置，其適合以一低驅動功率及一較高輸出驅動； (2) 取得一 III族氮化物半導體雷射光發射裝置，其可減低反光效應；及 (3) 可供一具有波導機構結構等效於本發明裝置者之半導體雷射光發射裝置易於發展出來，因爲鋁成分比、差異折射指數Δη、厚度d2、及長條寬度Wst皆一致於波導機構，因此可提昇III族氮化物半導體雷射光發射裝置之實務使用。雖然本發明較佳實施例已利用特定事項説明於前，但是 -31 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公愛） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝·------訂--- I I----· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 480795 A7 _B7 五、發明說明（29 ) 此説明只爲闡述，可以瞭解的是在不脱離以下申請專利範圍之精神或範疇下，其仍可達成變更及變化。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -32- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims

AS B8 C8 -s 六、申請專利範圍 1. 一種半導體雷射光發射裝置，包含：堆®月莫，係由m族氮化物半導體膜堆疊組成且各含至夕選自铭、鎵、銦、及爛之類型；其中該堆疊膜之一頂部係製成一突脊狀長條，以構成一電流注入區；一非注入區，製成於該突脊狀長條之二側上；及至少—部分該電流非注入區係一由化學式鋁X鎵h氮（〇 s 1·0)表示之材料製成；其改良處在於、鋁成分比’’X”係指定於〇·3 s xs 1〇範圍内之一値，因此咸半導to田射光發射裝置建構成爲一指標導向型丰導體雷射光發射裝置。 2·如申請專利範圍第！項之半導體雷射光發射裝置，其中該私心/主入區之一電流注入寬度Wst係指定於i微米$ S 3微米範圍内之一値。 3·如申請專利範圍第1項之半導體雷射光發射裝置，其中存在於一王動層與孩電流非注入區之間之該電流非注入區下方一部分之該堆疊膜至少包括一膜，其係一由化學式鋁<鎵^氮（0·3$ xs 1.0)表示之材料製成，且具有〇·2微米以下之厚度。 4·如申請專利範圍第2項之半導體雷射光發射裝置，其中存在於一主動層與泫電流非注入區之間之該電流非注入區下方#刀之違堆叠膜至少包括一膜，其係一由化學式鋁，鎵“氮（0·3$χ$ L〇)表不之材料製成，且具有〇.2微米 -33 - 本紙張尺度適用國^標準（CNS)A4規格⑽χ 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂——II----. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 480795

申請專利範圍以下之厚度。 5·如申請專利範圍第1 _ .. 、<+導組雷射光發射裝置，其中在 ^ ^ ^ ^ t ^ It t ^ ^ A ^ ^ ^ ^ ^ # # ^ nl =堆璺万向中之該.電流非注入區之一有效折射指數似曰k -差異△ η係在〇·007 s △ n，部〇〇12範圍内。 6·如申^專利範圍第2项之半導體雷射光發射裝置，其中在膜隹邊方向中電流注入區之一有效折射指數Μ與在膜堆叠方向中之該電流非注人區之-有效折射指數n2之間之差異△ n係在0 〇〇7 g △ n $ 〇.〇12範圍内。 7·如申請專利範圍第3項之半導體雷射光發射裝置，其中在膜堆疊方向中之該電流注入區之一有效折射指數η丨與在膜堆疊方向中之該電流非注入區之一有效折射指數η2之間之差異△ η係在0.007 S △ n =(nl-n2) S 0.012範圍内。 8·如申請專利範圍第4項之半導體雷射光發射裝置，其中在膜堆$方向中之该電流注入區之一有效折射指數η 1與在膜堆叠方向中之該電流非注入區之一有效折射指數心之間之一差異△ η係在0.007 S △ n =(nl_n2)s 0·012範圍内。 9· 一種半導體雷射光發射裝置，包含：一堆疊膜，係由III族氮化物半導體膜堆疊組成且各含有至少一選自鋁、鎵、銦、及硼之類型；其中該堆疊膜之一頂部係製成一突脊狀長條，以構成一電流注入區；一電流非注入區，製成於該突脊狀長條之二側上；及至少一部分該電流非注入區係一由化學式銘鎵氮（〇 -34- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） i.---·1!---— — _裝·1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---1.1 I 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 480795 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製六、申請專利範圍 s 1·0)表示之材料製成；其改良處在於銘成分比"X"係指定於〇·15<χ<〇3〇範圍内之一値，因此該半導體雷射光.發射Μ建構成爲—弱㈣型脈衝半導體雷射光發射裝置。 10. 如申請專利範圍第9項之半導體雷射光發射裝置，其中該電流注入區之一電流注入寬度WSt係指定於！微米SWst S 3微米範圍内之一値。 11. 如申請專利範圍第9項之半·導體雷射光發射裝置，其中存在於一主動層與該電流非注入區之間之該電流非注入區下万一1分I該堆疊膜至少包括一膜，其係一由化學式鋁丸—氮⑼；^ x< 〇.30)表示之材料製成，且具有〇 2微米以下之厚度。 12·如申請專利範圍第1〇項之半導體雷射光發射裝置，其中存在於一主動層與該電流非注入區之間之該電流非注入區卞方一部分之該堆疊膜至少包括一膜，其係一由化學式鋁X鎵h氮（〇·15<χ<0·3〇)表示之材料製成，且具有〇2 微米以下之厚度。 13·如申請專利範圍第9項之半導體雷射光發射裝置，其中在膜堆疊方向中之該電流注入區之一有效折射指數η1與在膜堆疊方向中之該電流非注入區之一有效折射指數n 2之間之一差異△ η係在0 <厶n =(nl-n2) < 0.007範圍内。 14·如申請專利範圍第1〇項之半導體雷射光發射裝置，其中在膜堆疊方向中之該電流注入區之一有效折射指數nl與 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝---------訂---------線J 35- 4807% te8 _ 六、申請專利範圍在膜堆疊方向中之該電湳非、、，pa > _ M w h王入區之一有效折射指數n2 心間心一差異An係在〇< A ( 义 Λ η =(η1_η2)< 0·007範圍内。 15·如申請專利範圍第11項夕屯、普1 图弟負導體雷射光發射裝置，其中在膜堆疊方向中乏該電流、、古 /王入區 < 一有效折射指數n j盥在膜堆疊方向中之該電流非注入區之-有效折射指數n2 d 一差異△ n係在0 < △ η =(nl-n2) < 0.007範圍内。 16.如申請專利範圍第12項之半導體雷射光發射裝置，其中在膜堆疊万向中之該電流注人區之—有效折射指數^與在膜堆疊方向中（孩電流非注人區之_有效折射指數n2 之間之一差異△ n係在0 < △ n =(ni n2)< 〇〇〇7範圍内。 17·—種半導體雷射光發射裝置，包含：堆疊膜，係由III族氮化物半導體膜堆疊組成且各含有至少一選自銘、鎵、銦、及侧之類型；其中孩堆疊膜之一頂部係製成一突脊狀長條，以構成一電流注入區；一電流非注入區，製成於該突脊狀長條之二侧上；及至少一部分該電流非注入區係一由化學式鋁X鎵k氮（〇 SxS 1·0)表示之材料製成；其改良處在於鋁成分比nxf’係指定於〇 S 〇·15範圍内之一値，因此該半導體雷射光發射裝置建構成爲一增益導向型半導體雷射光發射裝置。 18.如申請專利範圍第17項之半導體雷射光發射裝置，其中該電流注入區之一電流注入寬度Wst係指定於1微米S -36- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝--- tr--------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

480795 A8 B8 C8 D8 ------〜___ 申請專利範圍 Wst S 3微米範圍内之一値。 19·如申請專利範圍第17項之半導體雷射光發射裝置，其中存在於一主動層與該電流非注入區之間之該電流非注入區下方一邵分之該.堆疊膜至少包括一膜，其係一由化學式銘χ.!·χ氮（0$Χ$0·15)表示之材料製成，且具有0.2微米以下之厚度。 20·如申請專利範圍第1 8項之半導體雷射先發射裝置，其中存在於一主動層與該電流非注入區之間之該電流非注入區下方一部分之該堆疊膜至少包括一膜，其係一由化學式銘X鎵1·Χ氮（〇各XS0.15)表示之材料製成，且具有0.2微米以下之厚度。 21.如申請專利範圍第17項之半導體雷射光發射裝置，其中在膜堆疊方向中之該電流注入區之一有效折射指數“與在膜堆疊方向中之該電流非注入區之一有效折射指數η2 之間之一差異△ η係在0 < △ n =(nl-n2) < 0.007範圍内。 22·如申請專利範圍第1 8項之半導體雷射光發射裝置，其中在膜堆疊方向中之該電流注入區之一有效折射指數η丨與在膜堆疊方向中之該電流非注入區之一有效折射指數η2 之間之一差異△ η係在0 < △ n =(nl-n2) < 0.007範圍内。 23·如申請專利範圍第19項之半導體雷射光發射裝置，其中在膜堆叠方向中之該電流注入區之一有效折射指數η 1與在膜堆疊方向中之該電流非注入區之一有效折射指數η2 之間之一差異△ η係在0 < △ n =(nl-n2) < 0.007範圍内。 24.如申請專利範圍第2 0項之平導體雷射光發射裝置，其中 -37- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫.本頁)

480795 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍在膜堆疊方向中之該電流注入區之一有效折射指數nl與在膜堆疊方向中之該電流非注入區之一有效折射指數n2 之間之一差異△ η係在0 < △ n =(nl-n2) < 0·007範圍内。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· ！ · 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -38- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）