[發明專利]具有隔離層的GaN系列表面發射激光二極管及其制造方法

無效

• 申請號: 02103401.X
• 申請日: 2002-01-31
• 公開（公告）號: CN1369940A
• 公開（公告）日: 2002-09-18
• 發明（設計）人: 樸容助;河鏡虎;田憲秀;樸時賢
• 申請（專利權）人: 三星電機株式會社
• 主分類號: H01S5/18
• 分類號: H01S5/18;H01S5/323
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 王永剛

技術領域

本發明涉及由GaN系列III-V族氮化物化合物形成的表面發射激光二極管及其制造方法，更具體地說，涉及具有用于使空穴在p型電極和有源層之間有效擴散的隔離層的GaN系列表面發射激光二極管及其制造方法。

背景技術

如圖1所示，通常的GaN系列表面發射激光二極管包含InGaN多量子阱(MQW)結構的有源層11、間隙腔10和分布布喇格反射器(DBRs)20和30，間隙腔10具有在有源層11下面的n-AlGaN載流子阻擋層12和有源層11上的p-AlGaN載流子阻擋層13，阻擋層12和13中的每一個都限制了載流子到MQW結構中，分布布喇枚反射器(DBRs)20和30分別形成在間隙腔10的上面和下面，反射率為大約99％。

根據用于DBRs的材料來劃分DBRs：由通過外延生長具有相同的晶格常數的半導體材料形成的DBR和由介電材料形成的DBR。前者的優點在于可以經過半導體層注入電流，并且得到的材料層質量高。在這種情況下，合適的半導體材料的禁帶能量應比所希望的振蕩波長大以便不會引起吸收。用于兩個DBRs的半導體材料的折射率之間的差別最好比較大。對于GaN表面發射激光二極管來說，如圖1所示，用于DBRs層20和30的合適的半導體材料包含GaN(用于由參考標號22和32所表示的層)、AlN(用于由參考標號21和31所表示的層)和AlGaN。這里，含Al為30％或更多的AlN和AlGaN，具有太大的禁帶能量。為此，當經過由此材料形成的DBRs注入電流時，驅動電壓變高，引起了與熱有關的問題。尤其是，AlGaN系列材料的折射率具有很小的差別，這樣，由于窄的高反射率區，應淀積多層例如幾十層對的DBRs以滿足激光振蕩的高反射率需要，設計表面發射半導體激光二極管是困難的。另外由于間隙腔10厚度的輕微偏差或有源層11的成份的輕微變化，導致不能夠滿足激光振蕩的需要。

由于這些原因，已經廣泛使用介電材料來代替半導體化合物。在這種情況下，不能通過DBRs直接注入電流，因此在DBRs周圍需要分離的電極(未示出)。電子遷移率高，并且可以提高n型電極和有源層之間的n型化合物半導體層中的摻雜濃度。同時，空穴的遷移率比電子的遷移率小，增加p型電極和有源層之間的p型化合物半導體層中的摻雜濃度是不可能的。這樣，在注入電流方面存在問題。另外，由于電極形成在激光輸出窗口的周圍，空穴不容易有效地向激光輸出窗口的中心擴散，這樣難以提供有效的激光振蕩特性。

發明內容

為了解決上述問題，本發明的第一目的是提供一種GaN系列表面發射激光二極管，其中通過使空穴向激光輸出窗口的中心有效地擴散，確保了穩定的光學模式。

本發明的第二個目的是提供一種GaN系列表面發射激光二極管的制造方法。

為了實現本發明的第一個目的，提供有一種表面發射激光二極管，包括：有源層；有源層的相對側面上的p型和n型材料層；形成在n型材料層上的第一分布布喇枚反射器(DBR)；通過n型材料層與有源層連接的n型電極，使得為了發射激光給有源層施加電壓；形成在p型材料層的隔離層，在與第一DBR層對準部分中具有激光輸出窗口，隔離層足夠厚，以便使空穴能有效地遷移到有源層地中心部分；形成在激光輸出窗口上的第二DBR層；和通過p型材料層與有源層連接的p型電極，以便為了發射激光給有源層施加電壓。最好激光輸出窗口形成為具有預定曲率的凸透鏡狀形狀，以補償由隔離層而引起的激光束特性的降低。最好隔離層具有突出部分，激光輸出窗口形成在突出部分的頂上。最好形成p型電極以環繞隔離層的突出部分。最好隔離層包括：形成在p型材料層上的第一隔離層；形成在第一隔離層上的第二隔離層，在第二隔離層上形成了激光輸出窗口并且在其周圍形成了p型電極。最好第二隔離層具有突出的形狀，在其上形成激光輸出窗口。最好第一和第二隔離層之一是p型摻雜襯底或未摻雜襯底。

為了實現本發明的第二個目的，提供了一種表面發射激光二極管的制造方法，此方法包括步驟：(a)在襯底上依次形成用于發射激光的p型材料層、有源層和用于發射激光的n型材料層；(b)在n型材料層上形成第一分布布喇枚反射器(DBR)，在其周圍形成了n型電極；(c)在襯底的底表面上形成激光輸出窗口，激光輸出窗口具有適于補償由襯底的存在而導致的激光束特性降低的形狀；(d)在襯底的底表面上形成p型電極以環繞激光輸出窗口；和(e)在激光輸出窗口上形成第二DBR層。