[發明專利]形成在單個薄片上的半導體激光器諧振腔

有效

• 申請號: 201010537705.9
• 申請日: 2006-08-24
• 公開（公告）號: CN102035135A
• 公開（公告）日: 2011-04-27
• 發明（設計）人: A·A·貝法;W·蘭斯
• 申請（專利權）人: 賓奧普迪克斯股份有限公司
• 主分類號: H01S5/10
• 分類號: H01S5/10;G11B7/125;G11B7/22
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 劉佳

本發明專利申請是國際申請號為PCT/US2006/033058、國際申請日為2006年8月24日、進入中國國家階段的申請號為200680039345.1、名稱為“形成在單個薄片上的半導體激光器諧振腔”的發明專利申請的分案申請。

技術領域

本申請要求2005年8月25日提交的美國臨時專利申請No.60/710,820的優先權，在此以參見的方式引入該專利申請的內容。

本發明涉及半導體二極管激光器，具體地說，涉及具有刻蝕腔面(facet)的低成本InGaAlN基激光器。

背景技術

InGaAlN二極管激光器重要地作為用于許多應用的光源；例如，在高密度光存儲、顯示、打印和生物醫學方面。在與這些應用相關聯的許多裝置和系統中，需要能夠提供高波陣面質量的輸出光束的激光源。此外，許多這些系統和裝置的廣泛應用和商業成功依賴于低成本供應的能力。因此，高制造產率和低成本是需要來構造這樣的系統和裝置的光源的關鍵要求。

基于至少具有n型下熔覆層、具有量子阱和勢壘的未摻雜激活層、p型上熔覆層、以及高摻雜p型接觸層的外延生長層的半導體二極管激光器由In_xGa_yAl_zN制成，其中0＜＝x＜＝1，0＜＝y＜＝1，0＜＝z＜＝1，并且x+y+z＝1。這些激光器可以發射跨度至少從紫光到藍綠光波長的波長范圍。該類型的激光器已被制造出來，并如前述技術所述，參見例子，S?Nkamura等，“The?Blue?Laser?Diode：The?Complete?Story”，Springer-Verlag，2000，但這樣的激光器在面對高制造產率、低成本、高可靠性，以及輸出輻射的高光學質量的要求時，面臨許多挑戰。

當前可用于InGaAlN基激光激活層的外延生長基底材料導致一個獨特的問題，該問題造成獲取高制造產率和低成本的顯著障礙。例如，可用的基底引起激光激活材料層的不尋常的高缺陷密度，另外，如果并非不可能的話，根據基底材料的機械特性，使用機械切割(cleaving)來形成激光器鏡面是很具有挑戰性的。用SiC和藍寶石制成的基底已被用于InGaAlN層的制作，但這些材料不允許InGaAlN層的晶格匹配生長，并導致很高的缺陷密度、低制造產率和可靠性的顧慮。近來，獨立式的GaN基底已可用于GaN激光器的制作，如2003年8月7日出版的Kensaku?Motoki等的美國專利申請公布No.US?2003/0145783?A1。但是，即使使用最高質量的GaN基底，激光器激活層顯示出大約10⁵cm^-2的缺陷密度，該密度高于基于其它材料系統的普通商用半導體激光器缺陷密度幾個數量級。此外，當前這些GaN基底的尺寸被限制為最多2英寸，而且成本很高。如果要獲取低成本，限制缺陷密度對激光器制作制造產率的影響和提高制造產率一樣，是很重要的。

已經知道，鏡面腔面可以通過刻蝕技術形成在二極管激光器上，如美國專利4,851,368，以及BehfarRad等，IEEE?Journal?of?Quantum?Electronics，28卷，1227-1231頁，1992所述，在此以參見的方式引入它們的內容。但是，刻蝕GaN鏡面腔面的早期工作沒有導致高質量的鏡面。例如，期望垂直于基底的被刻蝕表面與豎直方向形成一個角度，如Adesida等，Applied?Physics?Letters，65卷，889-891頁，1994所述，并且腔面太粗糙，導致低下的反射率，如Stocker等，Applied?Physics?Letters，73卷，1925-1927頁，1998所述。

近來，一種使高質量鏡面腔面可以在GaN材料系統中形成的新工藝，如Behfar等于2006年6月20日提出申請，并轉讓給本申請的受讓人的美國專利申請No.11/455,636所述，在此以參見的方式引入該專利申請。如那份申請所述，由于包括在切割操作中的機械處理，在晶片上采用傳統切割技術形成具有短諧振腔長度的多重激光器是很困難的。此外，切割導致鏡面腔面的同時形成，以及晶片基底被分離成單獨的激光器薄片。由于GaN晶體的切割比以前用于CD、DVD和通訊的大規模生產的二極管激光器中所使用的GaAs和InP基底的切割更困難，所以對于生長在GaN基底上的InGaAlN基激光器而言，切割的腔面的成功形成尤其困難。