TWI426672B - 半導體雷射裝置 - Google Patents

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Alfred Lell
Dimitri Dini
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Christoph Eichler
Desiree Queren
Teresa Lermer
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Description

半導體雷射裝置
本發明涉及一種半導體雷射裝置。
本專利申請案主張德國專利申請案10 2009 015 314.4之優先權，其已揭示的整個內容在此一併作為參考。
以AlGaInN為主之雷射系統對將來的技術例如雷射投影、資料儲存或壓印技術以及與此有關的產品而言都具有重大的意義。以基本模式的雷射操作來說，具有狹窄的雷射條之雷射結構是有利的。然而，此處出現的問題一方面是p-接觸區之與狹窄的雷射條相連接之小的終端面，且另一方面是GaN-材料系統中所產生的小的導電性。這些因素在以AlGaInN為主的雷射系統中會造成高的操作電壓、高的損耗功率和高的老化速率。
本發明的目的因此是提供一種具有較佳電性的半導體雷射裝置，以解決上述問題。
上述目的藉由一種如申請專利範圍第1項所述的半導體雷射裝置來達成。
該半導體雷射裝置之有利的佈置和其它形式描述在申請專利範圍各附屬項中。
依據一較佳的實施形式，該半導體雷射裝置包括第一區；第二區，其具有一平坦區和一由該平坦區突出的突出區；以及活性區，其配置在該第一區和該第二區之間，其中一覆蓋層包含半導體材料或透明的導電氧化物，該覆蓋層至少以區域方式直接配置在該突出區上且在橫向中由該突出區突出。
該覆蓋層在橫向中突出於該突出區，這是以下述方式來設定：該覆蓋層之橫向範圍大於該突出區之橫向範圍。該橫向較佳是垂直於該突出區由該平坦區突出時的方向而延伸。
該覆蓋層中所含有的材料較佳是具有導電性，使該覆蓋層亦具有導電性且可經由該覆蓋層而將電流施加至該突出區中。因此，該覆蓋層可作為該第二區用的終端層。可適當地在該覆蓋層上設置一種金屬層以作為電性接觸用，該金屬層特別是具有與該覆蓋層相同的尺寸或更大的尺寸。由於該覆蓋層和該金屬層的橫向範圍較該突出區還大且該終端面因此亦較大，則此時接觸電阻較小而可使電流較佳地注入至該突出區中，該操作電壓和功率損耗亦因此而下降。
又，在與限制於該突出區之主面上的傳統覆蓋層比較下，膨脹的覆蓋層可提供一較高的摻雜，這樣同樣可使接觸電阻下降。
該半導體雷射裝置較佳是含有一種以氮化物-化合物半導體為主的材料，其在此處之意義是指，半導體雷射裝置之至少一層，特別是第一區、第二區或活性區，包含氮化物-化合物半導體材料，較佳是Aln Gam In1-n-m N(簡寫為AlGaInN)，其中0≦n≦1，0≦m≦1且n+m≦1。於此，此材料未必含有上述形式之以數學所表示之準確的組成。反之，此材料可具有一種或多種摻雜物質以及其它成份，這些成份基本上不會改變此材料Aln Gam In1-n-m N之物理特性。然而，為了簡單之故，上述形式只含有晶格(Al,Ga,In,N)之主要成份，這些主要成份之一部份亦可由少量的其它物質來取代。
特別是該覆蓋層含有一種以氮化物-化合物半導體為主的材料。
此外，該覆蓋層含有透明的導電氧化物(TCO)或不同的透明導電氧化物的組合。透明的導電氧化物是透明的導電材料，其通常是金屬氧化物，例如，氧化鋅、氧化錫、氧化鎘、氧化鈦、氧化銦或氧化銦錫(ITO)。二元的金屬氧化物包括ZnO,SnO2 或In2 O3 ，三元的金屬氧化物包括Zn2 SnO4 ,CdSnO3 ,ZnSnO3 ,MgIn2 O4 ,GaInO3 ,Zn2 In2 O5 或In4 Sn3 O12 。這些二元或三元的金屬氧化物、或不同的透明導電氧化物之混合物都屬於TCOs之族群。此外，TCOs在化學計量上未必對應於上述組成而是亦可被p-或n-摻雜。
依據該半導體雷射裝置之一較佳的製造方式，第一區、活性區和第二區依序以磊晶方式生長在基板上。特別是可藉由金屬有機氣相磊晶(MOVPE)或藉由分子束磊晶(MBE)來進行磊晶生長。第二區亦可在磊晶生長之後被結構化，特別是被蝕刻，以形成平坦區和突出區。特別是該突出區具有條形的形式，即，該突出區具有縱向延伸之形式，其橫切面較佳為梯形。
第二區可設有不同的結構深度。若該突出區藉由蝕刻來製成，則該結構深度等於蝕刻深度。
第二區例如亦可只被結構化成該半導體雷射裝置之外罩層。有利的方式因此是使該外罩層下方的波導層不會受損。然而，這樣會使電流擴散程度大於結構深度到達活性區時的電流擴散程度。
因此，目前是依據半導體雷射裝置之需求而考慮不同的結構深度。
在半導體雷射裝置之一有利的佈置中，以磊晶方式生長該覆蓋層。該覆蓋層的生長可有利地在該突出區製成之後才進行。須生長該覆蓋層，使其特別是可完全覆蓋該突出區之主面且在橫向中越過該突出區而延伸。
例如，該突出區可藉由MOVPE而在二步驟中以半導體材料來進行過生長(overgrow)而成。此二個生長步驟特別是在將一種用來製造該突出區的光罩剝離之前和之後進行。藉由二步驟的過生長，則可有利地形成不同電性和光學特性的多個層，使由這些層組成的該覆蓋層具有不同的電性和光學特性。例如，該覆蓋層之與該突出層的側面相鄰接的下部層含有一種材料，此材料具有小的導電性和適合於單模式雷射操作的折射率或具有高的吸收率。又，該覆蓋層之與該突出層的主面相鄰接的上部層含有一種材料，此材料具有高的導電性以達成最佳化的電性接觸。此外，該覆蓋層中可形成一種超晶格(super-lattice)，其特別是由AlInGaN/AlInGaN所形成。
或是，該覆蓋層可藉由MBE或HVPE(氫化物氣相磊晶)來產生。此種方法的優點在與藉由MOVPE來進行製造時相比較下是可使雷射結構中的氫-載入量較少。因此，相對於MOVPE而言已不需進行額外的驅動。
在另一方式中，該覆蓋層以蒸鍍、濺鍍、離心分離或藉由離子塗佈來製成。這較藉由MOVPE來進行過生長時的耗費還少。較低的沈積用溫度可有利地使活性區中由溫度引起的缺陷減少。該覆蓋層特別是藉由一種TCO或不同的TCOs之沈積來形成。在含有TCO之覆蓋層中電流擴散率可有利地下降。
依據半導體雷射裝置之一較佳的佈置，第一區是第一導電型且第二區是第二導電型。第一區特別是n-導電型，第二區則是p-導電型。
又，第二區至少以區域方式而未被摻雜。由於材料中的缺陷，則會因此而發生微小的n-導電性。
配置在第一區和第二區之間的活性區特別是用來產生輻射且具有一種pn-接面。此pn-接面在最簡單的情況下藉由一p-導電和一n-導電的半導體層來形成，此二半導體層直接相鄰接。在該p-導電和該n-導電的層之間較佳是形成一種產生特定輻射用之結構，其大致上是一種摻雜的或未摻雜的量子結構的形式。量子結構可形成為單一量子井結構(SQW,Single Quantum Well)或多重量子井結構(MQW,Multiple Quantum Well)或亦可形成為量子線或量子點結構。
在該半導體雷射裝置之一有利的實施形式中，該覆蓋層由該突出區之主面至少延伸至該突出區之側面。該覆蓋層特別是可依據該突出區的形式來調整，即，該覆蓋層可具有一種條形的形式。
依據半導體雷射裝置之另一形式，在第二區之一平坦區上配置一鈍化層。此純化層可有利地包含一種電性絕緣材料，特別是電性絕緣的氮化物，例如，氮化矽或氮化鋁，或電性絕緣的氧化物，例如，氧化矽、氧化鋯、氧化鋁或氧化鉿。這些材料之折射率特別適當，此乃因該鈍化層及其相鄰的第二區之間藉由這樣所產生的折射率跳躍現象可達成一種以折射率來導引的雷射操作。此外，該突出區可達成一種以增益(gain)來導引的雷射操作。
在一有利的佈置中，該覆蓋層沿著上述側面而延伸至該鈍化層。該覆蓋層特別是覆蓋一屬於該突出區之接觸層，其面向該覆蓋層。該覆蓋層和該接觸層之間的接觸面因此大於該覆蓋層只施加在該突出區之主面上時的接觸面。因此，該覆蓋層和該接觸層之間的電性接觸性亦可獲得改良。反之，該鈍化層可有利地設置在一不是優先用來饋入電流之區域中，例如，可設置在該外罩層或波導層的區域中，該外罩層或波導層配置在該接觸層之遠離該覆蓋層的一側上。
為了進行較高模式的蒸鍍，則該覆蓋層的至少一部份可形成為吸收區。該覆蓋層的吸收率可藉由該覆蓋層內部中的材料成份的改變來調整。
在另一佈置中，該覆蓋層由上述主面延伸至該平坦區。該覆蓋層可只一部份或完全覆蓋該平坦區。在此種佈置中，不只可經由該突出區而且亦可經由該平坦區使電流體入至該半導體雷射裝置中。
在該覆蓋層完全覆蓋該平坦區時，一鈍化層可在邊緣區中配置在該覆蓋層上。或是，該平坦區在該邊緣區中未被覆蓋。此二種實施形式中，額外的電流停止層可省略。
依據另一實施形式，在第二區和該覆蓋層之間配置一電流停止層。此電流停止層至少一部份配置在該平坦區上。又，此電流停止層可延伸至該突出區之側面。
此電流停止層是不良導電層或電性絕緣層，其中所流過的電流因此可忽略。例如，此電流停止層可包含一種介電材料。又，此電流停止層可包含氮化物(例如，AlN)。又，此電流停止層可由未摻雜的半導體層、第一導電型之摻雜的半導體層、或第二導電型之輕微摻雜的半導體層所形成。此電流停止層特別是以磊晶方式生長而成。
此電流停止層可有利地包含一種材料，其折射率須與相鄰的第二區之折射率不同，以便另外可達成一種以折射率來導引之雷射操作。
此外，該電流停止層是以一種厚度來形成，其中可使該突出區或平坦區之由於結構化所造成的損傷和缺陷獲得補償。
又，該電流停止層可保護該突出區之側面使不會快速地老化。
如上所述，依據一有利的實施形式，該突出區在至該覆蓋層的邊界處具有一接觸層。此接觸層至少以區域方式直接與該覆蓋層相鄰接。此接觸層較佳是具有第二導電型。此接觸層特別是具有p-導電性。例如，此接觸層可包含p-摻雜的GaN。
又，該突出區可具有一與該接觸層相鄰接的外罩層。該外罩層較佳是具有第二導電型且可由p-摻雜的AlInGaN所形成。
依據一較佳的佈置，該覆蓋層用作另一接觸層。該覆蓋層的材料特別是與其下方的接觸層的材料相同。
以下將描述半導體雷射裝置之多種實施形式，其具有穿隧接面(tunnel junction)。此穿隧接面較佳是用來與第二區形成電性接觸。此穿隧接面特別是配置在該突出區中。
應理解的是，下述的佈置形式亦可用在無此穿隧接面之半導體雷射裝置中且反之亦然。
依據一較佳的佈置，該穿隧接面藉由第一導電型的高摻雜層和第二導電型的高摻雜層來形成。因此，第二區不是第二導電型的延續。反之，第二區只有一些區域是第二導電型。此處須指出：該穿隧接面之半導體層未必被均勻地摻雜，此乃因在至另一半導體層之界面處的高摻雜已足夠形成一種穿隧接面。
在另一有利的形式中，該穿隧接面配置在一第一導電型的層和一第二導電型的層之間，其中該第一導電型的層較佳是配置在該穿隧接面之遠離該活性區之一側上，該第二導電型的層則配置在該穿隧接面之面向該活性區之一側上。又，該第一導電型的層較佳是包含n-摻雜的GaN，第二導電型的層則具有p-摻雜的GaN。此二個層特別是位於該突出區中。因此，該穿隧接面埋置於該突出區中。
藉由使用一已埋置的穿隧接面，則該突出區的上方可有利地省略以鎂來摻雜的層。於是，在該突出區的此側上可在該半導體雷射裝置中達成較小的老化效應，否則會由於鎂的擴散而造成老化效應。此外，光學吸收性和串聯電阻會變小。
依據一較佳的佈置，該覆蓋層具有第一導電型。該覆蓋層至少以區域方式而直接配置在該突出區上且在橫向中由該突出區突出。
該覆蓋層以磊晶方式生長在該突出區上時特別有利。
該覆蓋層可施加在該平坦區上，使藉由結構化而裸露的區域除了該突出區以外亦可由該覆蓋層來填滿。
例如，該覆蓋層可含有n-摻雜的AlInGaN，特別是n-摻雜的AlInN或n-摻雜的AlGaN或由其所構成。或是，該覆蓋層可含有n-摻雜的TCO或由其所構成。
在最單純的情況下，該覆蓋層連續地由一種材料來形成。
然而，該覆蓋層亦可不均勻地形成，使其具有不同的材料。
例如，該覆蓋層可由多個不同電性和光學特性的層所組成。特別是該覆蓋層之與該平坦區相鄰的下部層包含一種導電性較小的、適當折射率的材料以進行較高模式的蒸鍍。此外，該覆蓋層之與該突出區之主面相鄰的上部層可具有高的導電性以達成良好的電性接觸。例如，該下部層可包含電性絕緣材料，特別是電性絕緣的氧化物(例如，氧化矽)或電性絕緣的氮化物(例如，氮化矽)，或由其構成。反之，該上部層可由導電材料(例如，n-摻雜的TCO)來形成。此外，該下部層可由半導體材料(例如，未摻雜的AlGaN)來形成，且該上部層同樣可由半導體材料(例如，n-摻雜的AlInGaN，特別是n-摻雜的GaN)來形成。
然而，該覆蓋層中亦可交替地形成不同的半導體層，其大致上是多個具有不同材料成份(特別是不同的銦含量)或不同摻雜度的AlInGaN層。此外，材料成份(特別是銦含量)或摻雜度亦可由一層至另一層而連續地改變。又，該覆蓋層中可設有一種超晶格，其特別是由AlInGaN/AlInGaN所構成。
在另一有利的變形中，設有一吸收區以對該平坦區進行較高模式的蒸鍍。該吸收區例如能以一已結構化的層之形式而直接施加在該平坦區上。
依據另一有利的形式，在第二區和該覆蓋層之間設有電流停止層，其例如可由該平坦區延伸至該突出區之多個側面。於是，多個側面可受到保護使不致於較快地老化。
在一較佳的佈置中，在該覆蓋層之遠離該突出區之一側上配置一接觸層。該覆蓋層較佳是整面由該接觸層所覆蓋。該接觸層例如可含有n-摻雜的GaN或由其所構成。
該覆蓋層更佳時在遠離該突出區的一側上具有一平坦主面。該覆蓋層因此不必依據該突出區的形式來調整。該覆蓋層特別是在遠離該突出區的此側上具有較該突出區之主面還大的表面。配置在該覆蓋層上的接觸層因此同樣具有一較該突出區的主面還大的表面。於是，該半導體雷射裝置的終端面可有利地擴大。
具有埋入式穿隧接面之半導體雷射裝置中，該覆蓋層較佳是用作外罩層。
本發明之其它優點和有利的佈置將參考第1圖至第17圖而描述於下。
各圖式和實施例中相同或作用相同的各元件分別設有相同的元件符號。
第1圖顯示本發明的第一形式之半導體雷射裝置1之第一實施例的橫切面。
半導體雷射裝置1具有第一區2和第二區，其間配置一用來產生輻射的活性區3。第一區2較佳是具有n-導電性且第二區具有p-導電性。第二區亦可只有一些區域被p-摻雜且其它區域未摻雜或甚至n-摻雜，使第二區只有一部份是n-摻雜。活性區3特別是形成為量子結構，其可未摻雜或被摻雜。於此，在二個量子井層之間配置一位障層。活性區3較佳是位於二個波導層之間。
第一區2、活性區3和第二區具有一種以氮化物-化合物半導體為主之材料，即，其特別是含有AlGaInN。
活性區3之後配置著屬於第二區之半導體層4a和4c。此二個半導體層4a和4c特別是含有p-摻雜的GaN。此二個半導體層4a和4c較佳是用來導引電波。特別有利的是使此二個半導體層4a和4c的摻雜濃度不同，其中半導體層4a特別是較半導體層4c的p-摻雜量還少。例如，半導體層4a通常未摻雜。
又，第二區包括電子停止層4b，其配置在該二個半導體層4a、4c之間且應使注入至第一區2中的電子不會太廣泛地預先進入至第二區中。例如，該電子停止層4b含有AlGaInN。此外，該電子停止層4b較佳是p-摻雜層。該電子停止層4b特別是由p-摻雜的AlGaN所形成。
由第1圖可知，第二區被結構化，使第二區具有平坦區4f和一由平坦區4f突出的突出區4g。此突出區4g特別是形成條形且具有縱向延伸、橫切面為梯形的形式。藉由該突出區4g，則可進行一種以增益來導引的雷射操作。
該突出區4g在面向該活性區3的一側上包括外罩層4d且在遠離該活性區3的一側上包括一接觸層4e。該外罩層4d較佳是包含p-摻雜的AlGaN，該接觸層4e則由p-摻雜的GaN所形成。又，該外罩層4d具有由AlInGaN/AlInGaN構成的超晶格。此外，該接觸層4e和該外罩層4d都可由p-摻雜的TCO所形成。
第二區包括半導體層4a、4c、電子停止層4b、外罩層4d和接觸層4e。
在該突出區4g上配置一覆蓋層5，其至少以區域方式而與該突出區4g直接相接觸。該突出區4g在橫向中由該覆蓋層5突出。
在第1圖所示的實施例中，該覆蓋層5依據該突出區4g之形式來調整，即，該覆蓋層5具有縱向延伸的條形的形式。
該覆蓋層5由該突出區4g之主面延伸至其側面。該覆蓋層5特別是在側面上與該接觸層4e相接觸。
該覆蓋層5可有利地具有與其下方的接觸層4e相同的材料，這樣可在該覆蓋層5和該接觸層4e之間形成良好的電性接觸。該覆蓋層5特別是含有p-摻雜的GaN。或是，該覆蓋層5可由p-摻雜的TCO所形成。
一種鈍化層6存在於該覆蓋層5和第二區之間。該鈍化層6配置在該平坦區4f上且到達該接觸層4e，其中該外罩層4d之側面是由該鈍化層6所覆蓋。該鈍化層6可達成一以折射率來導引的雷射操作。該鈍化層6可包含電性絕緣的材料，特別是電性絕緣的氮化物(例如，氮化矽或氮化鋁)，或電性絕緣的氧化物，例如，氧化矽、氧化鋯、氧化鋁或氧化鉿。
在該覆蓋層5之未被覆蓋的表面上特別是可在整面上施加一由金屬構成的終端層(未顯示)。半導體雷射裝置1具有一個面積較大的p-接觸區。相對於傳統式具有1微米至2微米之脊寬之脊狀雷射(ridge laser)而言，第1圖所示的半導體雷射裝置1可有利地使接觸電阻和操作電壓下降。擴大的覆蓋層5另外可造成較高的p-摻雜度，這樣亦可使該接觸電阻減小。
為了製成第1圖所示的半導體雷射裝置1，則第一區2、活性區3和第二區須依序以磊晶方式生長在適合的基板上(未顯示)。然後，將第二區結構化，使第二區具有平坦區4f和由該平坦區4f突出的突出區4g。第二區特別是被蝕刻以製成該突出區4g。
第二區較佳是被去除至p-波導層為止，以形成該突出區4g。然而，亦可只將第二區去除至該外罩層4d為止。此處，須考慮一種變大的電流擴散性，這樣可使p-波導層中幾乎未發生損傷。
或是，可將第二區剝除至電子停止層4b或甚至剝除至活性區3為止。在此種情況下，可有利地發生較小的電流擴散。
在製成該突出區4g之後，在該平坦區4f上施加鈍化層6。
在下一步驟中，在該覆蓋層5上生長該接觸層4e。
第2圖顯示本發明第一形式之半導體雷射裝置1之第二實施例的橫切面。
第2圖之半導體雷射裝置1之結構類似於第1圖之半導體雷射裝置。當然，該鈍化層6未到達該接觸層4e。該接觸層只有一部份覆蓋該外罩層4d之側面。該覆蓋層5連接至該鈍化層6且亦覆蓋該外罩層4d之一些區域。
在此種情況下，配置在上述側面上的覆蓋層5用作吸收區以使較高的模式衰減。
又，第2圖所示的半導體雷射裝置1可具有參照第1圖所述的全部優點和佈置形式。
相對於第1圖和第2圖之實施例而言，第3圖和第4圖所示的半導體雷射裝置1之第三和第四實施例在第二區和該覆蓋層5之間未具有鈍化層。該覆蓋層5由該突出區4g之主面沿著上述側面而延伸至該平坦區4f中。該覆蓋層5可用作吸收區。
在上述實施例中，該外罩層4d特別是含有AlInGaN。例如，第二半導體層4c具有p-摻雜的GaN，該外罩層4d則由p-摻雜的AlInGaN所形成。此外，第二半導體層4c可包含p-摻雜的InGaN，該外罩層4d則具有p-摻雜的AlInGaN。
於此，該覆蓋層5和該突出區4g之間的折射率差小於典型的鈍化層和該突出區4g之間的折射率差。因此，第3圖和第4圖之實施例中，以折射率來導引的雷射操作較第1圖和第2圖之實施例中所示的情況更不易進行。這可藉由施加在該覆蓋層5之邊緣區中的鈍化層6來改善(請參閱第3圖)，或藉由該覆蓋層5與該半導體雷射裝置1之邊緣相隔開來改善(請參閱第4圖)。此外，上述實施例中額外的電流停止層可省略。
第5圖是半導體雷射裝置1之第五實施例。於此，該覆蓋層5由該突出區4g之主面沿著上述側面而延伸至該平坦區4f且與第二半導體層4c直接相接觸。在該突出區4g之側面上，電流停止層7配置在該覆蓋層5下方且到達該平坦區4f。這樣可保護該突出區4g使不會發生過強的劣化而使以折射率來導引的雷射操作獲得改良。
電流停止層7可包含介電材料。又，電流停止層7可具有氮化物(例如AlN)。又，電流停止層7可以是未摻雜或n-摻雜的半導體層，其以磊晶方式生長而成。
第5圖所示的實施例可在與第3圖和第4圖之實施例一致下進行變更，即，該覆蓋層5可在邊緣區中設有鈍化層6或該平坦區4f可在邊緣區中保持著未由該覆蓋層5所覆蓋。
第6圖所示的半導體雷射裝置1之第六實施例中，電流停止層7配置在該覆蓋層5和該平坦區4f之間。電流停止層7是與第二半導體層4c直接相接觸且只覆蓋該突出區4g之非主要的部份。此實施例中，該外罩層4d含有AlInGaN。該外罩層4d特別是由p-摻雜的AlInGaN所形成。
半導體層4c藉由該電流停止層7而與該覆蓋層5良好地隔開。電流因此可流經該突出區4g之側面。藉由特別是以磊晶方式生長而成的電流停止層7，則可使第二區的結構化所造成的損傷或其它的不平坦性被掩蓋。
第6圖所示的實施例可在與第3圖和第4圖的實施例一致的情況下進行變更，即，該覆蓋層5可在邊緣區中設有鈍化層6或該平坦區4f可在邊緣區中保持著未由該覆蓋層5所覆蓋。
第7圖所示的半導體雷射裝置1之第七實施例中，電流停止層7配置在該覆蓋層5和該平坦區4f之間(如第6圖所示的半導體雷射裝置1)。此外，電流停止層7覆蓋該突出區4g之側面。此實施例中，該外罩層4d不含有銦。該外罩層4d特別是由p-摻雜的AlGaN所形成。
第7圖所示的實施例可在與第3圖利第4圖的實施例一致的情況下進行變更，即，該覆蓋層5可在邊緣區中設有鈍化層或該平坦區4f可在邊緣區中保持著未由該覆蓋層5所覆蓋。
第8圖所示的半導體雷射裝置1之第八實施例中，半導體雷射裝置1在該覆蓋層5和該平坦區4f之間具有電流停止層7，且電流停止層7經由側面而延伸至該突出區4g之主面，該外罩層4d不含有銦而是由p-摻雜的AlGaN所形成。電流停止層7可由AlGaN所形成。此實施例中，電流停止層7特別是在該突出區4g之主面的區域中受到p-摻雜。較佳是選取一種摻雜度，使其小於5×1017 /cm3 。可使用鎂作為摻雜物質。例如，該電流停止層7之與主面相鄰的區域可藉由該接觸層4e之p-摻雜物質的擴散而使p-摻雜物質的濃度增大。
該覆蓋層5較佳是以區域方式而形成為吸收區。
第8圖所示的實施例可在與第3圖和第4圖的實施例一致的情況下進行變更，即，該覆蓋層5可在邊緣區中設有鈍化層或該平坦區4f可在邊緣區中保持著未由該覆蓋層5所覆蓋。
除了上述的差異以外，第3圖至第8圖所示的半導體雷射裝置1都具有第1圖所描述的優點和形式。
第9圖顯示本發明的第二形式之半導體雷射裝置1之第一實施例的橫切面。
半導體雷射裝置1具有第一區2和第二區，其間配置一用來產生輻射之活性區3。第一區2較佳是具有n-導電性。第二區至少以區域方式而具有p-導電性。活性區3特別是形成為量子結構的形式，其可未摻雜或受到摻雜。於此，在二個量子井層之間配置一種位障層。該活性區3較佳是位於二個波導層之間。
第一區2、活性區3和第二區可有利地具有一種以氮化物-化合物半導體為主之材料，即，其特別是含有AlGaInN。
活性區3之後配置屬於第二區的半導體層4a和4c。此二個半導體層4a和4c特別是含有p-摻雜的GaN。此外，半導體層4a通常未摻雜。又，第二區包括一配置在此二個半導體層4a和4c之間的電子停止層4b，其可使注入至第一區2中的電子不會太廣泛地預先進入至第二區中。由第1圖可知，此二個半導體層4a、4c特別是用來導引電波。
由第9圖可知，將第二區結構化，使其具有平坦區4f和一由該平坦區4f突出的突出區4g。該突出區4g特別是形成為條形以及具有縱向延伸、橫切面為梯形的形式。藉由該突出區4g，則可達成一種以增益來導引的雷射操作。
該突出區4g在與該活性區3相面對的一側上具有第三半導體層4h且在與該活性區3遠離的一側上具有第四半導體層4j。第三半導體層4h較佳是含有p-摻雜的GaN，第四半導體層4j是由n-摻雜的GaN所形成。
第三半導體層4h和第四半導體層4j之間配置一穿隧接面4i。此穿隧接面4i埋置於該突出區4g中。此穿隧接面4i可藉由高摻雜的p-導電層和高摻雜的n-導電層來形成。藉由使用一埋入式穿隧接面，則在該突出區4g上方可有利地省略多個以鎂來摻雜的層。結果，在該突出區4g的一側上該半導體雷射裝置1只會發生較小的老化效應，否則會由於鎂的擴散而發生老化效應。此外，光學吸收和串聯電阻將變小。
第二區包括半導體層4a,4c,4h和4j以及穿隧接面4i。又，第二區包括電子停止層4b。
在該突出區4g上配置一覆蓋層5，其覆蓋該突出區4g之主面和側面。該突出區4g在橫向中由該覆蓋層5突出。
該覆蓋層5未依據該突出區4g之形式而調整。反之，該覆蓋層5施加在平坦區4f上，使結構化而裸露的區域除了該突出區4g以外亦可由該覆蓋層5來填滿。該覆蓋層5由該突出區4g之主面延伸至該平坦區4f且較佳是完全覆蓋該平坦區4f。
在遠離該突出區4g之一側上，該覆蓋層5具有一平坦的主面，其較佳是大於該突出區4g之主面。
該覆蓋層5較佳是具有n-導電性，其可由n-摻雜之AlInGaN(例如，n-摻雜之AlGaN或AlInN)所構成。該覆蓋層5特別是用作外罩層。
一接觸層8配置在該覆蓋層5之該平坦的主面上。第9圖所示的實施例中，該覆蓋層5完全由該接觸層8所覆蓋，這樣可使該覆蓋層5和該接觸層8之間達成良好的電性接觸。例如，該接觸層8可含有n-摻雜的GaN。
在該接觸層8之未被覆蓋之表面上可在整面上施加一種由金屬構成的終端層(未顯示)。該半導體雷射裝置1因此具有一大面積的p-側接觸面。
為了製成第9圖所示的半導體雷射裝置1，則第一區2、活性區3和第二區須以磊晶方式依序施加在適當的基板上(未顯示)。然後，將第二區結構化，使其具有平坦區4f和由該平坦區4f突出的突出區4g。第二區特別是被蝕刻以製成該突出區4g。
第二區較佳是被去除直至p-波導層為止，以形成該突出區4g。然而，第二區亦可只被去除至第三半導體層4d為止。此處，須考慮較大的電流擴散，使p-波導層中幾乎未發生損傷。或是，可將第二區剝除至電子停止層4b或甚至剝除至活性區3為止。在此種情況下，可有利地發生較小的電流擴散。
在製成該突出區4g之後，使該覆蓋層5生長在該平坦區4f和該突出區4g上。此種生長可藉由MOVPE,HVPE或MBE來達成。在所述的最後二種方法中，該覆蓋層5以無氫方式施加而成時是有利的，因此不會有氫擴散至該穿隧接面4i之高摻雜的p-導電層中。反之，在藉由MOVPE來製造時，氫將進入至該穿隧接面4i中，這樣會使高摻雜的p-導電層鈍化。
在製成該覆蓋層5之後，在該覆蓋層5之平坦的主面上以磊晶方式生長該接觸層8。
第10圖顯示本發明的第二形式之半導體雷射裝置1之第二實施例的橫切面。
第10圖之半導體雷射裝置1所具有的結構與第9圖所示的半導體雷射裝置類似。當然，該半導體雷射裝置1之第二區可另外包含一標記層4k。此標記層4k用來標記該穿隧接面4i之位置，以便在第二區之結構化期間可清楚地設定出該結構化須以多少寬度來進行。於是，可準確地控制該結構化的深度。
在已結構化之後，該標記層4k成為該突出區4g之一部份且較佳是位於第三半導體層4h和該穿隧接面4i之間。例如，該標記層4k可包含p-摻雜的AlGaInN，特別是p-摻雜的AlGaN。
此外，第10圖所示的半導體雷射裝置1可具有第9圖所示的半導體雷射裝置1之全部優點和佈置形式。
第11圖顯示本發明的第二形式之半導體雷射裝置1之第三實施例的橫切面。
第11圖的半導體雷射裝置1具有與第9圖所示的半導體雷射裝置類似的結構。當然，該覆蓋層5不像第9圖所示的實施例那樣是連續地由一種材料系統構成。反之，第11圖中的材料成份可在該覆蓋層5中改變。這能以不同的方式來實現。
例如，該覆蓋層5可由多個AlGaInN-層來組成，其銦含量可改變。此外，n-摻雜度可改變。不同成份或不同摻雜度的各層可交替配置著。或是，各層的成份或摻雜度可連續地改變。最後，該覆蓋層5可具有一由AlInGaN/AlInGaN構成的超晶格。
在具有不均勻的材料成份的覆蓋層5中，可有利地與晶格常數無關而調整折射率。該覆蓋層5特別是能以對晶格進行調整的方式(即，無應力地)施加而成。
第11圖所示的半導體雷射裝置1除了上述的差異以外可具有參照第9圖所述的全部優點和佈置形式。
第12圖顯示本發明的第二形式之半導體雷射裝置1之第四實施例的橫切面。
第12圖之半導體雷射裝置1具有與第9圖所示的半導體雷射裝置類似的結構。當然，該覆蓋層5不是像第9圖的實施例所示的那樣由半導體材料來形成。反之，該覆蓋層5具有n-摻雜的TCO。因此，不需另一接觸層。一由金屬構成的終端層直接配置在該覆蓋層5上。
相較於藉由MOVPE所製成的覆蓋層而言，含有TCO之覆蓋層5之沈積所耗費的成本較低。又，由於較小的沈積用溫度，則特別是在活性區3中由溫度所引起的缺陷可較少。
第12圖所示的半導體雷射裝置1除了上述的差異以外可具有參照第9圖所述的全部優點和佈置形式。
第13圖顯示本發明的第二形式之半導體雷射裝置1之第五實施例的橫切面。
就像第9圖所示的實施例，第13圖之半導體雷射裝置1具有一種由半導體材料構成的覆蓋層5，其較佳是以磊晶方式生長在該平坦區4f和該突出區4g上。
在該覆蓋層5和第二區之間配置一鈍化層6，其可有利地含有電性絕緣之氧化物，特別是氧化矽。此外，該鈍化層6可由電性絕緣之氮化物(例如，氮化矽)所形成。該鈍化層6由該平坦區4f延伸至該突出區4g之側面，其中較佳是該平坦區4f和該側面都未被該鈍化層所完全覆蓋。
在該側面之區域中，在該鈍化層6和該覆蓋層5之間設置一氣隙9。藉由在由該鈍化層6或第二區至該氣隙9之接面上所造成的折射率的跳躍現象，則可達成良好的光學導引作用。
該氣隙9例如可藉由下述方式而產生，即，將該覆蓋層5生長在該平坦區4f和該突出區4g之允許晶體生長的一些區域上，且由於該鈍化層6之典型的非晶形材料，則在該些區域中不能進行與該材料有關的生長，因此形成該氣隙9。
第13圖所示的半導體雷射裝置1除了上述的差異以外可具有參照第9圖所述的全部優點和佈置形式。
第14圖顯示本發明的第二形式之半導體雷射裝置1之第六實施例的橫切面。
第14圖之半導體雷射裝置1具有與第9圖所示的半導體雷射裝置類似的結構。在平坦區4f上配置一吸收區10。此吸收區10是以已結構化的層的形式而施加在該平坦區4f上。有利的方式是藉由該吸收區10而蒸鍍多個較高的模式，使雷射可在基本模式中操作。適合於該吸收區10的材料例如可為具有高熔點的金屬，例如，W,Ta,Re,Rh或Pt。此外，可有利地使用介電材料，例如，氧化矽化合物。
第14圖所示的半導體雷射裝置1除了上述的差異以外可具有參照第9圖所述的全部優點和佈置形式。
第15圖顯示本發明的第二形式之半導體雷射裝置1之第七實施例的橫切面。
此實施例中，結構化深度大於第二形式中先前各實施例中者。經由電子停止層4b來對第二區進行剝除直至幾乎到達活性區3為止。有利的方式是可藉由較大的結構化深度來使電流擴散性大大地下降。
在該平坦區4f上和該突出區4g之側面上配置電流停止層7。這樣可使該突出區4g鈍化，該突出區4g由於較大的結構化深度而容易發生電性上的問題。該電流停止層7可有利地包含一種含有高的鋁成份的AlInGaN。該電流停止層7可未摻雜、n-摻雜或輕微地p-摻雜。
該覆蓋層由二個不同的部份層5a,5b所組成。下部層5a覆蓋該平坦區4f且幾乎到達該穿隧接面4i。下部層5a較佳是包含一種導電性較低的材料。此外，下部層5a之材料所具有的折射率較佳是小於半導體層4a之折射率。例如，下部層5a含有未摻雜的AlGaN，半導體層4a含有p-摻雜的GaN。上部層5b配置在該下部層5a和該突出區4g上。上部層5b較佳是具有高的導電性以達成良好的電性接觸。上部層5b例如含有n-摻雜的AlInGaN，特別是n-摻雜的AlGaN、n-摻雜的AlInN或n-摻雜的GaN。
在用來產生該突出區4g之光罩被去除之前，電流停止層7和下部層5a可在形成該突出區4g之後被製成。在製成該電流停止層7和該下部層5a之後，可去除該光罩且生長該上部層5b。
第15圖所示的半導體雷射裝置1除了上述的差異以外可具有參照第9圖所述的全部優點和佈置形式。
第16圖顯示本發明的第二形式之半導體雷射裝置1之第八實施例的橫切面。
此半導體雷射裝置1就像第15圖之實施例一樣具有一種幾乎到達該活性區3之結構深度。
為了使該突出區4g鈍化，該覆蓋層須具有下部層5a，其用作鈍化層，此鈍化層配置在該平坦區4f上且到達第四半導體層4j。下部層5a幾乎完全覆蓋該突出區4g之側面。該下部層5a較佳是包含電性絕緣的氧化物(例如，氧化矽)。然而，該下部層5a亦可具有電性絕緣的氮化物，例如，氮化矽。
該覆蓋層之上部層5b配置在該下部層5a和該突出區4g上。該上部層5b可有利地包含n-摻雜的TCO。如上所述，由TCO所構成的層的製造所需的耗費小於MOVPE-生長過程中所需者。此外，可使沈積時的溫度較低，由溫度所引起的缺陷因此較少。
第16圖所示的半導體雷射裝置1除了上述的差異以外可具有參照第9、12和15圖所述的全部優點和佈置形式。
第17圖顯示本發明的第二形式之半導體雷射裝置1之第九實施例的橫切面。
所製成的半導體雷射裝置1具有與第9圖所示的半導體雷射裝置類似的結構。當然，結構深度小於第9圖至第16圖之實施例中的結構深度。第二區只結構化至穿隧接面4i。於是，在活性區3和第二區中幾乎不發生損傷。當然，將發生較大的電流擴散。
本發明當然不限於依據各實施例中所作的描述。反之，本發明包含每一新的特徵和各特徵的每一種組合，特別是包含各申請專利範圍或不同實施例之各別特徵之每一種組合，當相關的特徵或相關的組合本身未明顯地顯示在各申請專利範圍中或各實施例中時亦屬本發明。
1．．．半導體雷射裝置
2．．．第一區
3．．．活性區
4．．．第二區
4a．．．第一半導體層
4b．．．電子停止層
4c．．．第二半導體層
4d．．．外罩層
4e．．．接觸層
4f．．．平坦區
4g．．．突出區
4h．．．第三半導體層
4i．．．穿隧接面
4j．．．第四半導體層
4k．．．標記層
5．．．覆蓋層
6．．．鈍化層
7．．．電流停止層
8．．．接觸層
9．．．氣隙
10．．．吸收區
第1圖至第8圖顯示本發明的第一形式之半導體雷射裝置之不同實施例的橫切面。
第9圖至第17圖顯示本發明的第二形式之半導體雷射裝置之不同實施例的橫切面。
1．．．半導體雷射裝置
2．．．第一區
3．．．活性區
4a．．．第一半導體層
4b．．．電子停止層
4c．．．第二半導體層
4d．．．外罩層
4e．．．接觸層
4f．．．平坦區
4g．．．突出區
5．．．覆蓋層
6．．．鈍化層

Claims (15)

  1. 一種半導體雷射裝置(1)，包括：-第一區(2)；-第二區，其具有一平坦區(4f)和一由該平坦區突出的突出區(4g)；以及-活性區(3)，其配置在該第一區(2)和該第二區之間，其中覆蓋層(5,5a,5b)包含一種半導體材料或透明的導電氧化物，且至少以區域方式直接配置在該突出區(4g)上以及在橫向中由該突出區(4g)突出，其中該覆蓋層(5,5a,5b)係由多個電性或光學特性不同的層所組成。
  2. 如申請專利範圍第1項之半導體雷射裝置(1)，其中該覆蓋層(5,5a,5b)以磊晶方式生長而成。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之半導體雷射裝置(1)，其中該覆蓋層具有Aln Gam In1-n-m N，其中0≦n≦1,0≦m≦1且n+m≦1。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之半導體雷射裝置(1)，其中該第一區(2)具有第一導電型，且第二區之至少一些區域具有第二導電型。
  5. 如申請專利範圍第4項之半導體雷射裝置(1)，其中該覆蓋層(5,5a,5b)由主面至少延伸到該突出區(4g)之側面且依據該突出區(4g)之形式來調整。
  6. 如申請專利範圍第5項之半導體雷射裝置(1)，其中該第二區之平坦區(4f)上配置一鈍化層(6)，且該覆蓋層(5,5a, 5b)沿著該側面而延伸至該鈍化層(6)。
  7. 如申請專利範圍第5項之半導體雷射裝置(1)，其中該覆蓋層(5,5a,5b)由該主面而延伸至該平坦區(4f)中。
  8. 如申請專利範圍第7項之半導體雷射裝置(1)，其中在該第二區和該覆蓋層(5,5a,5b)之間配置電流停止層(7)。
  9. 如申請專利範圍第8項之半導體雷射裝置(1)，其中該電流停止層(7)以磊晶方式生長而成。
  10. 如申請專利範圍第4項之半導體雷射裝置(1)，其中該突出區(4g)具有一至少以區域方式直接鄰接於該覆蓋層(5,5a,5b)之第二導電型的接觸層(4e)。
  11. 如申請專利範圍第10項之半導體雷射裝置(1)，其中該突出區(4g)具有一與該接觸層(4e)相鄰的第二導電型之外罩層(4d)。
  12. 如申請專利範圍第4項之半導體雷射裝置(1)，其中該覆蓋層(5,5a,5b)用作另一接觸層。
  13. 如申請專利範圍第1或2項之半導體雷射裝置(1)，其中該第一區(2)具有第一導電型，且該第二區只有一些區域具有第二導電型，該突出區(4g)具有一穿隧接面(4i)。
  14. 如申請專利範圍第12項之半導體雷射裝置(1)，其中該覆蓋層(5,5a,5b)在遠離該突出區(4g)之一側上具有平坦的主面。
  15. 如申請專利範圍第1或2項之半導體雷射裝置(1)，其中該突出區(4g)具有條形的形式。
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