TWI290401B - Laser diode device - Google Patents

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1290401 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種雷射二極體裝置’其包括由氮化物 ΠΙ-ν族化合物半導體製成之半導體層，該半導體層包含3B 族元素中之銘（A1)、鎵（Ga)及銦（In)中的至少一者及5B族元 素中之氮（N)(下文稱為"AlGalnN化合物半導體"），且能夠在 藍色波長區域中提供200 mW或200 mW以上的高輸出。 【先前技術】 吾人認為一 AlGalnN化合物半導體幾乎為能夠在350 nm 至600 nm範圍内提供發射及尤其能夠在藍色波長範圍内 (400 nm至500 nm)實現高品質之雷射二極體的唯一材料。 一窄條型高密度光碟雷射已在實際應用中，其藉由使用該 AlGalnN材料實現單橫向模式，且已顯示高可靠性（例如， 參看日本未審查專利申請公開案第2002-299765號）。 【發明内容】 然而，應更加寬該發光區域的寬度及應加長該共振器長 度以獲得高輸出之準則在當使用傳統的AlGaAs材料及傳統 的A IGalnP材料時為有效的，而當試圖實現一所謂的寬區域 型雷射時（其中該發光區域的寬度被加寬以藉由該AlGalnN 材料獲得更高的輸出）’該準則並非有效。舉例而言’為將 具有1瓦特位準之雷射二極體投入實際應用，經常利用一結 構，其中該發光區域的寬度為約5 0 μιη且該共振器長度為約 1000 μηι。然而，當將此結構應用於AlGalnN材料時，該等 特性顯著降低且很難獲得所要之高輸出。 105130.doc 1290401 因此’在過去’-直使用—種藉由排列具有相對較窄寬 度之發光區域的複數個雷射以獲得高輸出之方法。雖然該 方法為有效的’但存在一缺點’即：由於製造步驟的複雜、 過程良率的降低、在安裝及類似過程中使用一微透鏡陣列 或其類似物進行精確對準的必要性，所以該方法不易利用。

具有高輸出之藍色雷射二極體在諸如微製造、顯示器及 健康護理之領域中非f有前途。已強烈渴望實現與傳統之 紅外線雷射二極體或紅色雷射二極體一樣穩定的高輪出藍 =雷射。然而’在過会，—直未建立有效之用於獲得具: 高輸出的藍色雷射二極體（即具有寬區域之藍色二極體）之 準則。 鑒於此等缺點，在本發明中，需要提供一種雷射二極體 裝置，其藉由將AlGalnN化合物半導體用作材料而能夠獲得 同輸出及兩光效率。 根據本發明之一實施例，提供了一雷射二極體裝置，其 包括一半導體層，該半導體層具有一作用層且由氮化物 ΠΙ-ν族化合物半導體製成，該氮化物ΠΙ_ν族化合物半導體 包含3Β族元素中之鋁（Α1)、鎵（Ga)及銦（In)中的至少一者及 5B知元素中之氮（N)，其中該作用層具有一條形發光區域， "亥區域的旯度貿為自5 μιη至30 μιη，長度L為自300 μιη至800 μΠ1 ’且來自該作用層的雷射光之輸出為200 mW或200 mW 以上。此處，，，寬度，，意謂一在垂直於該半導體層的共振器 方向及該疊層方向兩者之方向上的尺寸。”長度"表示一在 該共振器方向上之尺寸。 105130.doc 1290401 雷射光之輸出根據上述發光區域的W與L之可行範圍 (W，L)而有所不同，如下。 a.該發光區域（W，L)在由（5 μηι，300 μιη)、（5 μπι，800 μηι)、（15 μηι，400 μπι)及（15 μηι，3 00 μηι)4個點包圍之區域中，且輸出 為自200 mW至3 00 mW以下； b·該發光區域（W，L)在由（5 μπι，300 μιη)、（5 μηι，800 μηι)、（ 1 〇 μπι，800 μπι)、（20 μιη，400 μιη)及（20 μιη，3 00 μπι)5個點包圍之 區域中，且輸出為自300 mW至400 mW以下； c·該發光區域（W，L)在由（5 μιη，600 μπι)、（5 μπι，800 μιη)、（ 1 〇 μηι，800 μιη)、（30 μηι，400 μηι)、（20 μιη，300 μηι)及（10 μηι，4〇〇 μιη)6個點包圍之區域中，且輸出為自400 mW至500 mW以 下； d·該發光區域(W，L)在由（10 μπι，500 μηι)、（10 μιη，800 μπι)、 (30 μπι，400 μηι)及（20 μιη，400 μπι)4個點包圍之區域中，且 輸出為自500 mW至700 mW以下； e.該發光區域（W，L)在由（20 μηι，400 μιη)、（20 μπι，550 μπι)及 (30 μιη，400 μιη)3個點包圍之區域中，且輸出為自700 mW至 900 mW以下；及 f·該發光區域（W，L)在由（20 μπι，400 μηι)、（20 μηι，500 μιη)及 (3 0 μηι，400 μπι)3個點包圍之區域中，且輸出為自900 mW至 900 mW以上。 根據本發明之實施例之雷射二極體裝置，該發光區域的 寬度及長度設定為最佳範圍内的值。因此，可獲得高光效 率，且可改良輸出。因此，藉由使用該單個雷射二極體裝 105130.doc 1290401 • 置可獲得最大接近於iw的高輸出，且可製造一小於在相關 . 技術的裝置中之高輸出藍色雷射。進一步，若加以排列， 則可獲得超過10 w的輸出。更進一步，若加以堆疊，則可 獲得100 W或100 w以上的輸出。此外，可改良效率及可靠 性’對降低驅動電流為有效的，且預期減少製造成本。當 如在上述a至f中根據具有所要功率之輸出自上述最佳範圍 中選擇發光區域之更適當的寬度及長度時，可獲得更高的 效果。 • 本發明之其它及進一步之目標、特徵及優點將自以下描 述中更充分呈現。 【實施方式】 將參看圖式詳細描述本發明之一實施例。 圖1展示了將本發明應用於其之雷射二極體裝置之一實 例的橫截面結構。圖2展示了該雷射二極體裝置之能帶隙結 構的價電帶端之能級的模型。在雷射二極體裝置1〇中，舉 例而s，在基板11上，按順序疊層·· n側接觸層丨2、n型覆 _ 盍層13、第一導引層14、作用層15、第二導引層16、載子 阻擋層17、第三導引層18、ρ型覆蓋層19&ρ側接觸層2〇。 在岫述中，該ρ型覆蓋層19及該ρ側接觸層2〇組成一條形（在 -圖1中，該條形在垂直於紙平面的方向上延伸）隆脊21。該 • 隆脊21限制該作用層15之發光區域15Α。作用層15之對應於 隆脊21的部分為條形發光區域BA。 該基板11由（例如）藍寶石製成，該藍寶石在疊層方向之厚 度為80 μπι(下文僅稱為厚度）。該11側接觸層12及其類似物 105130.doc 1290401 形成於該基板1丨的面C上。

該η側接觸層12厚度為（例如）約從4 pm至5 μιη，且由GaN 製成。該η型覆蓋層13厚度為（例如）13 μιη，且由一摻雜了 作為η型雜質之矽的η型AU.wGaNo.93混合晶體製成。該第一 ^引層14厚度為（例如）50 nm，且由摻雜了作為n型雜質之石夕 的η型GaN製成。 5亥作用層15具有（例如）多量子井結構，在該多量子井結構 中交替疊層一由GaN製成之障壁層及一由Ga〇 9In〇混合 晶體製成之井層。其之振盪波長為在從4〇〇 nm至500 nms 圍内。進一步，在該作用層15中，較佳為每一井層之厚度 為約2 nm至3.5 nm，且該等井層的數目為2或3。當井層數 目大時’臨限值增加而輸出及效率減少。當井層數目小時， 作為一薄膜的電阻特性變差。特定言之，該作用層15厚度 為30 nm，並具有一多量子井結構，在該多量子井結構中疊 層中二對由GaN製成之7 nm厚的障壁層及由Ga〇.9In()混 合晶體製成之3 nm厚的井層。 該第二導引層16亦具有一降低晶體應變之功能。該第二 V引層16厚度為（例如）5〇 nm，且由inGaN混合晶體製成。 該載子阻擋層17抑制電子溢流。該載子阻擋層17厚度為（例 如）10nm，且由AlmGaNo·83混合晶體製成。該第三導引層 18厚度為（例如）5〇nm，且由GaN製成。該p型覆蓋層19具有 一超晶格結構，在該超晶格結構中交替疊層中（例如）1〇〇對 由摻雜了作為p型雜質之鎂之Alo uGaNo μ混合晶體製成的 2.5 nm厚之AlGaN混合晶體層及由摻雜了作為p型雜質之鎂 105130.doc 1290401 之GaN製成的2.5nm厚之GaN層。該p側接觸層20厚度為（例 如）100 nm ’且由摻雜了作為p型雜質之鎂的p型GaN製成。 提供一 p側電極41於該p側接觸層2〇上。該p側電極41具有 一結構’在該結構中按順序疊層（例如）：鈀（pd)、鉑（pt)及 至（Au)自该p側接觸層2〇。同時，在該側接觸層12的表面 上’形成一 η側電極42。該η側電極42具有一結構，在該結 構中按順序疊層（例如）：鈦（Ti)、鉑（pt)及金（At)。除了該ρ 側電極41與該ρ側接觸層2〇接觸之區域之外的區域覆蓋有 一由二氧化石夕或其類似物製成之絕緣薄膜22。 進一步，在雷射二極體中，具有不同反射率以及Rr之反 射薄膜（未圖示）分別形成於一對在隆脊2丨之縱向方向上彼 此相對的侧面上，且進而組成共振器端面。進而，產生於 該作用層15中之光在該等相對的反射器薄膜之間行進、被 放大、且作為一雷射束自具有低反射率之反射器薄膜發射。 已描述了本發明應用於其之雷射二極體的基本結構。在 本發明中，該作用層15中之發光區域15A的尺寸（寬度冒及 長度L)設定為最佳值以獲得具有高輸出之藍色振盪。特定 言之，發光區域15A的寬度貿設定為自5 μιη至3〇 μιη之範 圍，且其之長度L設定為自300 μπι至800 μιη，且進而可獲得 200 mW或200 mW以上的高輸出。進一步，藉由基於以下模 擬結果詳細設定W及L的範圍而特定地判定輸出值。下文將 詳細描述該等結果。 圖3A至圖8C展示了在該發光區域之寬度w改變為2 5 μπι、10 μιη、20 μπι、40 μηι及80 μη^情況下來自一主要發 105130.doc -10 - 1290401 射側端面之光輸出Pf、光效率Kf及裝置溫度Tc的模擬結 果。L為 600 μιη。 該模擬係假設典型安裝結構而執行，在該典型安裝結構 中如圖9Α及圖9Β所示排列前述雷射二極體裝置10及一散 熱片30使其間具有一焊料層3 1，且該模擬藉由以下特徵計 算方法使用表1中所示之參數值而執行。隨後，安裝該雷射 二極體裝置10，其中該Ρ側接觸層20側相對於該散熱片 3 0(接面向下安裝）。熱阻Rt為在20 deg C/W至30 deg C/W範 圍内。進一步，該ρ型覆蓋層19具有一超晶格結構，在該超 晶格結構交替疊層一由摻雜了作為P型雜質之鎂的 Al0.12GaN〇.8p^合晶體製成之AlGaN混合晶體層及一由掺雜 了作為ρ型雜質之鎂的GaN製成之GaN層。其之總厚度為500 nm以下，且串聯電阻Rs為在1歐姆至2歐姆範圍内。如表1 中所示，AlGalnN藍色雷射的主要特徵為一清除電流密度Jo 係顯著高的，且一電壓上升分量V g係大的，其達到若干伏 特。 表1 作用層厚度d 9 nm 内部裝置效率ηί 0.8 光限制係數Γ 0.023 增益因子β lxlO·2 cmpm/A 波導損耗叫 10 cm'1 主要發射側端面反射率Rf 10% 後端面反射率Rr 95% 清除電流密度JQ 2xl04 A/cm2 無效電流密度h 5xl02A/cm2 光發射波長λ 410nm 105130.doc -11 - 1290401

特徵溫度τ。 150 K 周圍溫度Ts 20 deg C 差異效率溫度係數Kt 6xl0"5 deg C2 作用層之能帶隙Vj 2.76 V 電壓上升分量vg 1.2V 自發發射概率 0.8 再吸收概率Tib 0.5 P型覆蓋層厚度dc 0.5 μπι 串聯電阻Rs 1-2歐姆 散熱片熱阻RhS 10 deg C/W 熱阻Rt 20-30 deg C/W 早位晶片熱阻rth 120 deg C/W

光輸出Pf、光效率Kf及裝置溫度Tc之計算執行如下： (1) 一臨限電流Ith由數學公式1及數學公式2計算而得。内部 量子效率ηί由數學公式3至5計算而得。 (2) —驅動電流lop由Iop=Ith+M(M為自由選擇的）獲得。Η 由數學公式6計算而得。 (3) 溫度上升分量由AT=Rt · Η計算而得，且獲得裝置溫度 Tc=AT+Ts 〇

(4) Ith(T)及ηίχΤ)由數學公式7及數學公式8獲得。數學公式7 及8展示了對溫度及差異效率之臨限值的影響。 (5) Pf由數學公式9獲得。 (6) Kf由數學公式10獲得。 數學公式1 卜卜普％ 數學公式2

Ith = Jth * L · ff 105130.doc -12- 1290401 數學公式3 1.24t? i/ ara 數學公式4 去1〇(点) 數學公式5 77 f = 7? dl

1+

Rf/ 1-Rr Rr\ 1-Rf 數學公式6 H = Vg.Iop-f Rs· + (1 - T7j)(I 卯-I^Vj + Tijblth.Vj 數學公式7 h⑺=Ith(Tc)exp，兮1

數學公式8 v f (T) = 77 f (0°〇- kt Τ2 數學公式9

Pfd^MTHwT)} 數學公式ίο -13- 105130.doc 1290401 κ.= 1〇Ρ^ο, ：VJ+Vg + I〇p.Rs 串聯電阻值RS藉由使用數學公式丨丨評估而得。熱阻藉由 使用數學公式12評估而得。數學公式u&12為經驗公式。

Rs = 0· 8 數學公式11 3 • 數學公式12

Rt = Rhs ^ —-th X _ V loo 八 i〇 y 在數學公式12中，Rhs表示散熱片30之熱阻，且rth表示每 W=10 μιη，L=100 μηι及dc=l μηι之單位晶片熱阻。 政熱片30之熱阻Rhs為一由該散熱片3〇之材料判定的值。 如藉由圖3 A至圖8C所證明，在一具有w=2 μηΐ2所謂窄 春 條#置的铋況下’該輸出最大為200 mW。然而，當w增加 至5 μιη、10 μηι時，該最大輸出相應地增加至35〇瓜冒、5卯 mW。然而，當W自2〇μπι加倍至4〇|1111時，該最大輸出之增 長變仟遲鈍，而用於提供該最大輸出之驅動電流lop則迅速 增加，且效率降低至8%或8%以下。此效率降低在A1GaAs 紅外線雷射（約50%)及AlGaInp紅色雷射（約2〇%)中未展 示，且可為該藍色雷射的特定問題。進一步，裝置溫度隨 後為超過80 degC，其意即可能很難獲得高度可靠之操作。 105130.doc .14- 1290401 意即，發現藉由將微定為自5陶至3〇μιη之範圍内可獲得 光輸出、效率及裝置溫度的良好特徵。 圖10Α至13C展示了在長度L改變為3〇〇μιη、6〇〇μιη、9〇〇 μπι及mo _的情況下在與圖从至似目似之條件下光輸出 Pf、效率Kf及裝置溫度Tc的模擬結果。w為l0μm。如藉由 圖10A至13C所證明，當L加長時，該輸出未較大增加，但 4效率迅速降低。藍色雷射在此方面再次不同於紅外線雷 射及紅色雷射（其中當L加長時，該輸出按比例增加）。 圖Μ展示了基於圖i〇A至圖13C在於4〇〇 下驅動時l與 裝置溫度的關係曲線。在傳統的紅色雷射或其類似物中，L 愈長，則裝置溫度迅速降低得愈多。然而，在藍色雷射中， 如藉由圖14所證明，當L加長時，裝置溫度降低少許，且隨 後再次增高。 忍即’發現藉由將L設定為自300 μηι至800 μηι之範圍内可 獲得光輸出、效率及裝置溫度的良好特徵。 如上，AlGalnN藍色雷射具有清除電流密度J〇為高的且電 壓上升分量Vg為大的（參看表1)之特徵。此等特徵造成與傳 統的AlGaAs紅外線雷射及傳統的A1GaInP紅色雷射之不 同。因此’增加该作用層15的體積會導致增加臨限值。結 果，很難僅藉由增加W及L(此為一傳統的慣例）來應用該設 计指導方針以獲得南輸出，且藉由平衡複數個因子（諸如光 輸出及效率）而發現（W，L)之適當值為重要的。因此，下文 將給出對（W，L)之適當值之更詳細的設定範圍的描述。 圖15A展示了以圖3A至14之結果為基礎的l與一可獲得 105130.doc -15- 1290401 之最大輸出pmax的關係曲線，且圖15B展示了在最大輸出 Pmax處L與效率的關係曲線。w被用作此等圖之一參數。如 圖15 A中所示，當L增加時，可獲得之最大輸出趨於減 >、，且W愈寬，則此趨勢變得愈強烈。進一步，在相同的[ 之情況下，當W超過2〇4111時，最大輸出pmax降落，而當w 為在20 μηχ或20 μηι&下之範圍内時，w愈寬，則最大輸出 Pmax變得愈大。然而，考慮到效率，如藉由圖i5B所證明， W及L愈小，則效率愈好。因此，將w設定為約“ 以獲 得高效率及高輸出並非總是較佳的。 分別而言，圖16A展示了 L與一可獲得之最大效率尺瓜狀 的關係曲線，且圖16B展示了用於獲得最大輸出pmax之相 對於W的L之最佳值。如藉由圖16A及圖16B所證明，通常在 低於最大輸出Pmax下之效率的輸出下獲得最大效率 Kmax，且其之值高了約若干個百分點。進一步，如圖16B 中所示，關於用於獲得最大輸出Pmax之（1山）的適當值，存 在一趨勢，即W愈寬，則L愈短。進—步，發現與^的^ 謂寬區域型雷射二極體相比較，L為相當短的。 圖17A至21C展示了在藉由將|用作一參數而輸出為 mW、300 mW、50〇mW、700 mW&1〇〇〇mW之情況下：與 驅動電流lop、效率及裝置溫度的關係曲線。如圖以八至]^ 中所示，當L增加時，I〇p二次泛函地增加。此可由增加之 波導損耗線性泛函地升高該臨限值且差異效率降低:事^ 的乘數效應引起。W愈寬或該輸出愈大，則增加比率愈古、 進一步’與该處相應地’ lop愈高，則效率變得愈低。° ^ 如圖 105130.doc -16 - 1290401 • 以至湖中所示，W及L變得愈大，則效率變得愈低。因此， .若僅希望增加效率，則在實踐範圍内盡可能地減少（W，L)為 有利的。進一步，對於裝置溫度而言，當在低輸出中㈣ 狹窄的且L為較長時，獲得低的溫度。然而，藉由在高輸出 中略微加寬W可獲得良好的裝置溫度。由於該裝置溫度受 熱產生及排氣熱的影響报大，所以很難僅藉由一為多低或 效率來判定裝置溫度。 圖22展示了等高線中相對於（W，L)之最大輸出ρ_。圖^ _ 二維地展示了圖22。在 W=5 μιη、1〇 陣、2〇 μπι、3〇 μιη、 40 μιη、50μιη及70μπι的情況下圖22之橫截面對應於前述圖 15Α。如藉由圖22及圖23所證明，若忽略效率，則在冒=約 自20 μπι至30 μηι且L=約自35〇 0111至45〇卜瓜之情況下獲得最 大輸出Pmax。在此情況下，Pmax為約1;l w。同時，如上 文所描述，由於當W及L兩者較小時效率較高，因此在座標 之左下侧中該效率為更良好的。因此，在右上側超過圖23 之界線A的區域幾乎無意義。進一步，當考慮裝置溫度時， 鲁 該裝置溫度愈高，則可靠性變得降低得愈大。因此，低於 L-3 00 μιη(界線B)之區域並非為較佳的。自上述内容，發現 通常當（W，L)在左下側界線Α以下之區域中及在右上側超過 - 界線B之區域中時，可改良最大輸出pmax及效率。 圖24至圖29分別展示了在輸出為自2〇〇 mW至300 mW以 下、自300 mW至400 mW以下、自400 mW至500 mW以下、 自500 mW至700 mW以下、自700 mW至900 mW以下及900 mW或900 mW以上之情況下W及L之可行範圍（W，L)。（W，L) 105130.doc -17- 1290401 較佳在圖23中滿足Pmax>P0+200 mW的區域中，其中將需要 自雷射二極體裝置10獲得之光輸出為p〇。 進一步，（W，L)更佳滿足以下條件A及B : A ·· L在其中圖17A至21C中相對於W之最小溫度的溫度差異 在5 deg C内的範圍中。 B :效率為15%或15%以上。 W愈寬，則前述計算結果中未展示之COD(災難性光學損 害）水平愈高且愈良好。因此，考慮到COD水平，可選擇不 滿足A或B的（W，L)。 特定言之，如圖24中所示，在輸出為自200 mW至300 mW 以下之情況下，（W，L)在由（5 μιη，300 μπι)、（5 μηι，800 μηι)、 (15 μιη，400 μιη)及（15 μιη，3 00 μιη)4個點包圍之區域中。 如圖25中所示，在輸出為自300 mW至400 mW以下之情 況下，（W，L)在由（5 μιη，300 μιη)、（5 μπι，800 μιη)、（10 μηι，800 μιη)、（20 μπι，400 μηι)及（20 μιη，300 μιη)5個點包圍之區域中。 如圖26中所示，在輸出為自400 mW至500 mW以下之情 況下，（W，L)在由（5 μιη，600 μπι)、（5 μιη，800 μιη)、（10 μιη，800 μιη)、（30 μηι，400 μιη)、（20 μιη，300 μπι)及（10 μιη，400 μηι)6 個點包圍之區域中。 如圖27中所示，在輸出為自500 mW至700 mW以下之情 況下，（W，L)在由（10 μιη，500 μιη)、（10 μιη，800 μιη)、（30 μιη，400 μπι)及（20 μιη，400 μηι)4個點包圍之區域中。 如圖28中所示，在輸出為自700 mW至900 mW以下之情 況下，（W,L)在由（20 μιη，400 μιη)、（20 μηι，550 μπι)及（30 105130.doc -18- 1290401 μηι，400 μηι)3個點包圍之區域中。 如圖29中所示，在輸出為900 mW或900 mW以上之情況 下 ’（W，L)在由（2〇 _，4〇〇 _、（2〇 μιη 5〇〇 陣）及（3〇 叫，4〇〇 μηι)3個點包圍之區域中。 舉例而s，可如下製造雷射二極體： 首先，舉例而言，製備由藍寶石製成之約4〇〇 μηι厚的基 板11。舉例而吕’在基板u的面c上，舉例而言，藉由el〇(磊 晶杈向生長過度）方法，形成由前述材料製成之具有前述厚 度的η側接觸層12。 下一步’在該η側接觸層12上，舉例而言，藉由m〇cvD(金 屬有機化學氣相沉積）方法，按順序生長η型覆蓋層丨3、第 一導引層14、作用層15、第二導引層16、載子阻擋層17、 第三導引層18、p型覆蓋層19及p側接觸層2〇。 隨後’在該p側接觸層20上形成一未圖示之光罩。藉由利 用該光罩’ p側接觸層20及p型覆蓋層19之部分藉由（例 如）RIE(反應式離子姓刻）而得以選擇性地餘刻以將p型覆蓋 層19及P側接觸層20之上部分形成為條形隆脊21。然後，判 定隆脊21之寬度使得根據基於輸出與作用層15之發光區域 15A的尺寸之間的關係之所要輸出而使該發光區域15A之 寬度W變為在自5 μηι至3 0 μηχ之範圍内。進一步，當對應於 具有在由ELO形成之η側接觸層12中之低位錯密度的區域 而形成隆脊21，且發光區域1 5 Α形成於此區域中時，可改良 雷射二極體裝置10之裝置特徵。 其後，按順序蝕刻p側接觸層20、p型導引層19、第三導 105130.doc -19· 1290401 引層18、載子阻擋層i7、第二導引層μ、作用層15、第一 導引層14、n型覆蓋層13及n側接觸層12之部分以將^側接觸 層12曝露於該表面上。可在生長ρ侧接觸層2〇後，將^側接 觸層12曝露於該表面上且然後形成隆脊21。 在將η側接觸層12曝露於該表面上之後，絕緣薄膜22藉由 (例如）氣相沉積方法而形成於該個曝露面上。其後，舉例而 言，藉由RIE方法，對應地在絕緣層22中提供一孔徑至卩侧 接觸層20。然後，舉例而言，按順序沉積鈀、鉑及金以形 成Ρ側電極41。進一步，對應地在絕緣薄膜22中提供一孔徑 至η側接觸層12。然後，舉例而言，按順序沉積鈦、始及金 以形成η侧電極42。 在形成Ρ側電極41及η側電極42之後，基板11之背面被接 地使得厚度變為（例如）約80 μηι。在該基板丨丨被接地之後， 根據所要輸出將發光區域15之長度L調整至一給定大小使 得L在自300 μιη至800 μηΐ2範圍内。下一步，在隆脊21之縱 向方向上將該等反射器薄膜形成於共振器端面上。進而， 完成圖1中所示之雷射二極體。 在該雷射二極體中，當將一給定電壓施加於η側電極42 與Ρ側電極41之間時，一電流被注入作用層丨5之發光區域 15A中，且藉由電子電洞重組而產生發光。該光被共振器端 面上之反射器薄膜反射、在其之間行進、產生雷射振盪、 並作為一雷射束發射至外部。此處，如上文所述，藉由將 發光區域15A之寬度w及長度l設定為在最佳範圍内之值， 獲得高輸出及高光效率。 105130.doc -20 - 1290401 • 如上，在此實施例中，藉由將發光區域15 A之寬度W及長 • 度L没定為最佳範圍内之值，可獲得高光效率且可實現具有 鬲輸出之藍色振盪。因此，可藉由單個雷射二極體裝置1〇 獲得最大接近於1 W之輸出，且可製造一小於傳統裝置中之 高輸出藍色雷射。進一步，若加以堆疊，則可獲得1〇 w以 上之輸出。此外，若加以堆疊，則可獲得1〇〇冒或1〇()冒以 上之輸出。此外，可改良效率及可靠性，其對於降低驅動 電流為有效的，並可預期減少製造成本。進一步，藉由更 鲁 詳細地設定發光區域15A之寬度w及長度L，可獲得具有所 要功率之輸出。 上文已給出了對關於該實施例之本發明的描述。然而， 本發明並不侷限於前述實施例，且可作出不同修改。舉例 而έ，在前述實施例中，已描述了該情況，其中在由藍寶 石製成之基板11上，藉由ELO方法形成η側接觸層12，在該 η側接觸層12上形成η型覆蓋層13及其類似物。然而，可使 用由GaN製成之基板u。由GaN製成之基板u幾乎不具有缺 籲 點，且其之晶體品質為良好的。此外，在使用由GaN製成 之基板11的情況中，可不使用EL〇方法而直接形成雷射二 極體裝置ίο。因此，其不受以下事實的約束：發光區域15A 之覓度W5：到由ELO形成之η側接觸層12之位錯密度分佈的 - 限制。因此’使用由GaN製成之基板11可有利於將寬度界加 兔至如本發明中自5 μπι至30 μιη的範圍。 此外，舉例而言，在前述實施例中，已藉由特定實例（參 看表1)描述了用於模擬之參數值。然而，即使該等參數值 105130.doc -21 - 1290401 稍稍不同於表1中之值，仍可保持本發明之（W，L)的適當範 圍與輸出之間的關係。

進步’並不限制前述實施例中所描述之個別層的材 料、厚度、沉積方法、沉積條件及其類似物，而是也可使 用其匕材料、其它厚度、其它沉積方法及其它沉積條件。 牛例而"，在4述實施例中，已藉由特定實例描述了自n側 接觸層12至ρ側接觸層2〇之層的材料。然而，此等層可由其 它氮化物m_v族化合物半導體製成，該化合物半導體包ς 元素中之鋁（Α1)、鎵（Ga)及銦（Ιη)中之至少一者及化族 元素t之氮（Ν)。 、 進—步，舉例而言，在前述實施例中，已描述了該情況， ’、中精由MOCVD方法形成自n側接觸層12至?側接觸層之 ^然而二可藉由諸如Μ〇νρΕ方法之其它有機金屬氣相沉 、《藉由MBE(分子束蟲晶法）方法及其類似物形成該 已藉由特定實例描 不必提供所有層， 此外，舉例而言，在前述實施例中 述了雷射二極體裝置1〇之結構。然而 或可進一步提供其它層。 热習此項技術者應瞭解 可鉻視设汁要求及其它因素而定 發生各種修改、组人、 申古主真"子、、且合及替代，只要其在附加 申-專利乾圍或其均等物之範疇内。 【圖式簡單說明】 了根據本發明之一實施例之雷射 圖1係一橫截面，其展示 一極體裝置的結構； 105130.doc -22- 1290401 圖2係一視圖’其展示了圖1中所示之雷射二極體裝置之 能帶隙結構的價電帶端之能級的模型； 圖3A、圖3B及圖3C係特徵圖，其展示了在圖1所示之雷 射二極體裝置之發光區域的寬度W為2 μηι之情況下的模擬 結果； 圖4Α、圖4Β及圖4C係特徵圖，其展示了在w為5 μιη之情 況下的模擬結果； 圖5Α、圖5Β及圖5C係特徵圖，其展示了在w為1〇 μπι之 情況下的模擬結果； 圖6Α、圖6Β及圖6C係特徵圖，其展示了在w為20 μιη之 情況下的模擬結果； 圖7Α、圖7Β及圖7C係特徵圖，其展示了在w為40 μηι之 情況下的模擬結果； 圖8Α、圖8Β及圖8C係特徵圖，其展示了在冒為8〇 μιη之 情況下的模擬結果； 圖9 Α及圖9Β係一橫截面及一頂面視圖，其展示了雷射二 極體裝置之一安裝結構的實例； 圖10A、圖10B及圖10C係特徵圖，其展示了在雷射二極 體裝置之發光區域的長度L為3 00 μηι之情況下的模擬結果； 圖11Α、圖11Β及圖11C係特徵圖，其展示了在l為600 μηι 之情況下的模擬結果； 圖12Α、圖12Β及圖12C係特徵圖，其展示了在l為900 μπι 之情況下的模擬結果； 圖13Α、圖13Β及圖13C係特徵圖，其展示了在l為1200 μηι 105130.doc -23- 1290401 之情況下的模擬結果； 圖14係特徵圖，其展示了基於圖10A至圖13C在於400 mW 下驅動時的L與裝置溫度的關係曲線； 圖15 A係一視圖，其展示了基於圖3A至14的結果將W用作 一參數之L與可獲得之最大輸出Pmax的關係曲線，且圖15B 係一視圖，其展示了在此最大輸出Pmax處將W用作一參數 之L與效率的關係曲線； 圖16A係一視圖，其展示了 L與可獲得之最大效率Kmax 的關係曲線，且圖16B係一視圖，其展示了用於獲得最大輸 出Pmax之相對於w的L之最佳值； 圖PA、17B及17C係視圖，其展示了當藉由將W用作一 參數而輸出為200 mW時L與一驅動電流I0p、效率及裝置溫 度的關係曲線； 圖18A、18B及18C係視圖，其展示了當藉由將w用作一 參數而輸出為300 mW時L與驅動電流lop、效率及裝置溫度 的關係曲線； 圖19A、19B及19C係視圖，其展示了當藉由將w用作一 參數而輸出為500 mW時L與驅動電流lop、效率及裝置溫度 的關係曲線； 圖2〇A、20B及20C係視圖，其展示了當藉由將w用作一 參數而輸出為700 mW時L與驅動電流lop、效率及裝置溫度 的關係曲線； 圖21A、21B及21C係視圖，其展示了當藉由將w用作一 參數而輸出為1〇00 mW時L與驅動電流lop、效率及裝置⑽ 105130.doc -24- 1290401 - 度的關係曲線； _ 圖22係一視圖，其展示了等高線中相對於（W，L)之最大輸 出 Pmax ; 圖23係一視圖，其二維地展示了圖22 ; 圖24係一視圖，其展示了在該輸出為自200 mW至300 mW 以下之情況下W與L的可行範圍（W，L); 圖25係一視圖，其展示了在該輸出為自300 mW至400 mW 以下之情況下W與L的可行範圍（W，L); 春圖26係一視圖，其展示了在該輸出為自400 mW至500 mW 以下之情況下W與L的可行範圍（W，L); 圖27係一視圖，其展示了在該輸出為自500 mW至700 mW 以下之情況下W與L的可行範圍（W，L); 圖28係一視圖，其展示了在該輸出為自700 mW至900 mW 以下之情況下W與L的可行範圍（W，L);且 圖29係一視圖，其展示了在該輸出為900 mW或900 mW 以上之情況下W與L的可行範圍（W，L)。 φ 【主要元件符號說明】 10 雷射二極體裝置 11 基板 12 11側接觸層 13 η型覆蓋層 14 第一導引層 15 作用層 15A 發光區域 105130.doc -25- 1290401 16 第二導引層 17 載子阻擋層 18 第三導引層 19 P型覆蓋層 20 P側接觸層 21 隆脊 22 絕緣層 30 散熱片 31 焊料層 41 p側電極 42 η側電極 105130.doc - 26 -

Claims (1)

1. W年V月α曰修(更)正本 i29Qm4613號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(96年4月） 十、申請專利範圍： 1· 一種雷射二極體装置，其包括： 一半導體層，其包括一作用層且由一氮化物III-V族化 合物半導體製成，該化合物半導體包含3Β族元素中之鋁 (Α1)、鎵（Ga)及銦（In)中之至少一者及5Β族元素中之氮 (N)， 其中該作用層具有一條形發光區域，該區域之寬度W 為自5 μιη至30 μπι，長度L為自300 μπι至800 μηι，且來自 該作用層之雷射光的輸出為200 mW或200 mW以上。 2·如請求項1之雷射二極體裝置，其中該發光區域之W及L 的一可行範圍（W，L)在由（5 μιη，300 μπι)、（5 μπι，800 μηι)、（ 1 5 μηι，400 μηι)及（1 5 μηι，3 00 μηι)4個點包圍之該 區域中，且雷射光之輸出為自200 mW至300 mW以下。 3·如請求項1之雷射二極體裝置，其中該發光區域之W及L 的一可行範圍（W，L)在由（5 μηι，300 μηι)、（5 μηι，800 μηι)、（10 μπι，800 μηι)、（20 μιη，400 μηι)及（20 μηι, 300 μπι)5個點包圍之該區域中，且雷射光之輸出為自300 mW 至400 mW以下。 4. 如請求項1之雷射二極體裝置，其中該發光區域之W及L 的一可行範圍（W，L)在由（5 μιη，600 μηι)、（5 μηι，800 μηι)、（10 μηι，800 μηι)、（30 μπι, 400 μπι)、（20 μηι，300 μπι) 及（10 μιη，400 μπι)6個點包圍之該區域中，且雷射光之輸 出為自400 mW至500 mW以下。 5. 如請求項1之雷射二極體裝置，其中該發光區域之W及L 105130-960417.doc 1290401 * 的一可行範圍（W，L)在由（10 μπι，500 μηι)、（10 μιη，800 • μιη)、（30 μηι，400 μηι)及（20 μηι, 400 μηι)4個點包圍之該 區域中，且雷射光之輸出為自5 00 mW至700 mW以下。 6.如請求項1之雷射二極體裝置，其中該發光區域之W及L ， 的一可行範圍（W，L)在由（20 μηι5 400 μηι)、（20 μηι，550 μηι) 及（30 μπι，400 μιη)3個點包圍之該區域中，且雷射光之輸 出為自700 mW至900 mW以下。 B 7.如請求項1之雷射二極體裝置，其中該發光區域之W及L 的一可行範圍（W，L)在由（20 μηι，400 μιη)、（20 μιη，500 μιη) 及（30 μηι，400 μπι)3個點包圍之該區域中，且雷射光之輸 出為900 mW或900 mW以上。 8.如請求項1之雷射二極體裝置，其中該作用層具有一多量 子井結構，在該多量子井結構中交替疊層一由GaN製成之 障壁層及一由一 InxGauN混合晶體（0<χ<1)製成之井層。 9-如請求項1之雷射二極體裝置，其中安裝該雷射二極體裝 i 置，其中一 P側接觸層側相對於一散熱片。 105130-960417.doc