专利名称：具有脊的半导体激光二极管的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体激光二极管，尤其涉及一种具有有源层上的脊状层的半导体激光二极管。
背景技术：
由于半导体激光二极管要求针对所加功率的高光取出效率，因此正在进行优化其结构的研究。
典型的半导体激光二极管具有接触p型盖层的整个表面的p型电极，难以使用有源层中产生的激光工作在单横向模式下。因此，为了实现单横向模式工作，在有源层上形成脊状盖层。
图1示出了在具有脊的传统半导体激光二极管中，载流子从p型电极15流向n型电极17的路径。参考图1，传统的半导体激光二极管包括衬底10和依次形成于衬底10上的n半导体层11、n盖层12、具有多量子阱(MQW)结构的有源层13、脊状p盖层14和p型电极15。传统的半导体激光二极管进一步包括形成于没有形成n盖层12处的n半导体层11部分上的n型电极17。如图1所示，具有形成于有源层13上的脊状p盖层14和p型电极15的传统半导体激光二极管限制了电流注入有源层13的路径。
通过增加具有脊的半导体激光二极管中的脊宽，可提高光输出功率。
然而，在p型电极15的尺寸等于脊的尺寸的传统脊半导体激光二极管中，最大输出功率可增加的程度有限，且即使当增加脊宽时出现饱和压降。这源于电流拥塞。
图2示出了图1的传统脊半导体激光二极管的载流子密度分布。如图1和2所示，高密度的载流子沿着从p型电极15接近n型电极17的部分15a至n型电极17的路径流动。从图3也看出，此电流拥塞造成不均匀的载流子密度分布。
按照这种方式，传统的脊半导体激光二极管在具有与p型电极15相同尺寸的脊上出现电流拥塞。也就是说，在接近n型电极17的脊部分中，载流子密度高。随着脊宽增加，电流拥塞效应变得越严重。
图3示出了对于图1的传统脊半导体激光二极管，当加上100mA电流时，电压随脊宽的变化。从图3看出，当脊宽超过预定值时，例如4μm，电压没有实质上地进一步降低，这称为电压饱和。
如上所述，在p型电极15的尺寸等于脊的尺寸的传统脊半导体激光二极管中，最大输出功率不能够得到进一步的增加，并且当脊宽超过预定值时，由于电流拥塞出现饱和压降。源于电流拥塞的不均匀载流子分布也可引起可靠性问题，例如由于局部发热出现退化。
发明内容
本发明提供一种具有脊的半导体激光二极管，通过使载流子密度分布更均匀可抑制电流拥塞。按照本发明的一方面，提供一种半导体激光二极管，其包括衬底和依次形成于衬底上的第一半导体层、有源层、第二半导体层和电极。其中，第二半导体层具有脊，以及电极形成于第二半导体层的脊上，电极的宽度小于脊的宽度。
电极宽度的中心和脊宽度的中心彼此不重合。电极可不对称地形成于离开载流子迁移路径的脊的一侧。脊可具有超过3μm的宽度。电极的宽度可在脊宽的50至80百分数的范围内。脊的一侧边缘与电极靠近脊的该侧边缘的一侧边缘之间的距离在脊宽的方向上可延展，且处于脊宽的0至10百分数的范围内。
第一和第二半导体层可分别是n和p半导体层，且电极可以是p型电极。第一和第二半导体层可分别包括n和p型盖层，和p型盖层可具有脊结构。
第一和第二半导体层可进一步分别包括n和p型光导层。第一半导体层，有源层和第二半导体层可由GaN基材料形成。
通过参照附图详细说明其示范性实施例，本发明的上述以及其他特征和优点变得更明显，其中图1示出了在具有脊的传统半导体激光二极管中，载流子从p型电极流向n型电极的路径；图2是示出图1的传统脊半导体激光二极管的载流子密度分布的曲线图；图3是示出对于图1的传统脊半导体激光二极管，电压随脊宽变化的曲线图；图4示出了按照本发明实施例的具有脊的半导体激光二极管；图5示出了在按照本发明实施例的具有脊的半导体激光二极管中，载流子从p型电极向n型电极迁移的路径；图6是示出按照本发明实施例的具有脊的半导体激光二极管的载流子密度分布的曲线图；图7是示出当p型电极的宽度分别是5、6、7、8、9和10μm时，具有10μm脊宽W的图4的半导体激光二极管的载流子密度分布的曲线图；图8是示出对于每个p型电极宽度、图7示出的点A和点B之间的载流子密度差异Δn的曲线图；图9是当p型电极的宽度分别是5、6、7、8、9和10μm时，对于具有10μm脊宽W1的图4的半导体激光二极管，电压与所加电流关系的曲线图；图10是示出当加上100mA电流时，在具有10μm脊宽W1的图4的半导体激光二极管中，电压与每个p型电极宽度(5、6、7、8、9和10μm)关系的曲线图；以及图11示出了按照本发明另一实施例的具有脊的半导体激光二极管。
具体实施例方式
现参照附图更充分地说明按照本发明实施例的具有脊的半导体激光二极管。
参照图4，按照本发明实施例的具有脊的半导体激光二极管包括衬底20、预定导电类型的半导体层21(例如，n型半导体层)和依次形成于部分n型半导体层21上的第一半导体层、有源层24、具有脊的第二半导体层和具有小于脊宽的宽度的第一电极。
第一和第二半导体层分别具有n和p型。第一半导体层包括n型盖层22。而且，第一半导体层可进一步包括置于n型盖层22和有源层24之间的n型光导层23。第二半导体层包括具有脊的p型盖层26。而且，第二半导体层可进一步包括置于有源层24和p型盖层26之间的p型光导层25。
按照本实施例的半导体激光二极管进一步包括形成于部分n型半导体层21上的n型电极29。半导体激光二极管可基本上由GaN基材料形成。例如,第一半导体层、有源层24和第二半导体层可由GaN基材料形成。
n型半导体层21和n型盖层22可分别由AlxGaN( x≥0)形成。n型光导层23可由InxGaN(x≥0)形成，和有源层24可具有包含InxGaN(x≥0)的多量子阱(MQW)结构。p型光导层25可由InxGaN(x≥0)形成，和p型盖层26可由GaN、InGaN、AlxGaN(x≥0)或InAlxGaN(x≥0)形成。
具有n和p型光导层23和25的半导体激光二极管是脊波导半导体激光二极管。在按照本实施例的半导体激光二极管中，在第二半导体层的脊(即，p盖层26的脊)上，形成了宽度x小于脊宽W的p型电极27。
此情况下，p型电极27可形成于脊的一侧，使得p型电极27的宽度W2的中心点不与脊宽W的中心点重合。尤其是，如图4所示，p型电极27可形成于离开载流子迁移路径的脊的那侧，在半导体激光二极管内。
载流子迁移的路径从p型电极27朝n型电极29延伸，如图5所示。由于n型电极29形成于没有形成第一半导体层的n型半导体层21部分上，载流子迁移的路径朝n型电极29弯曲。因此，离开载流子迁移路径的脊的那侧也远离n型电极29。
图5示出了在图4的半导体激光二极管中，载流子从p型电极27向n型电极29迁移的路径。图6是示出按照本发明实施例的具有脊的半导体激光二极管的载流子密度分布的曲线图。
对比图2和3以及图5和6看出，由于p型电极27具有小于脊宽W1的宽度，如图4所示，抑制了电流拥塞，于是相比于现有的半导体二极管获得了更均匀的载流子密度分布。而且，在离开载流子迁移路径的脊的那侧形成p型电极27使得载流子更均匀地迁移，于是缓解了电流拥塞。
从图6看出，相比于图3示出的传统激光二极管，按照本发明的半导体激光二极管获得了更均匀的载流子密度分布。
按照本实施例，半导体激光二极管具有非对称地形成于脊一侧的p型电极27，p型电极27具有小于脊宽W1的宽度W2，通过简单地改变p型电极27的几何结构，可容易地改善载流子分布的均匀性，于是通过均匀载流子分布的优势减轻了电流拥塞效应。这通过增加脊宽W1增加了光输出功率，因此得到最大输出功率增加了的半导体激光二极管。
按照本发明的半导体激光二极管尤其有利地被应用于要求宽脊用于高输出功率的场合。
为实现高输出功率，半导体激光二极管可具有宽于约3μm的脊，优选具有10μm的脊宽W1。
P型电极27的宽度W2大于脊宽W1，优选在脊宽W1的50至80百分数的范围内(即，0.5W≤x≤0.8W)。
图7是示出当p型电极27的宽度W2分别是5、6、7、8、9和10μm时，具有10μm脊宽的半导体激光二极管的载流子密度分布的曲线图。图8是示出对于p型电极27的每个宽度、图7示出的点A和点B之间的载流子密度差异Δn的曲线图。
参考图7和8，当p型电极27的宽度是7μm时，半导体激光二极管得到了最均匀的载流子密度分布。从图8看出，当p型电极27的宽度大于一半脊宽(5μm)且小于总脊宽(10μm)时，相比于脊宽W1等于p型电极27的宽度的情况，载流子密度分布变得更均匀。
图7和8示出了当脊宽W1是10μm时，p型电极27的宽度改变时的载流子密度分布。脊宽W1可大于或小于10μm。从图7和8看出，当p型电极27的宽度W2在脊宽W1的约50至80百分数的范围内(即，0.5W1≤x≤0.8W1)时，相比于p型电极27的宽度W2等于脊宽W1的情况，按照本发明的半导体激光二极管可获得更均匀的载流子密度分布。
当p型电极27的宽度小于脊宽W1时，如同本发明的半导体激光二极管，半导体激光二极管的电压或电阻将上升。
图9是当p型电极27的宽度分别是5、6、7、8、9和10μm时，对于具有10μm脊宽W1的图4的半导体激光二极管，电压与所加电流关系的曲线图。图10是示出当加上100mA电流时，在具有10μm脊宽W1的图4的半导体激光二极管中，电压与p型电极27的每个宽度(5、6、7、8、9和10μm)关系的曲线图。
参考图9和10，当加上100mA电流时，电压从5.39V(在10μm的p型电极宽度等于脊宽W1处)上升至5.54V(p型电极宽度为7μm处)。也就是说，随着p型电极27的宽度W2减小到小于脊宽W1，电压略微增加。
在本发明的半导体激光二极管中，工作电流保持几乎同样的水平，与p型电极27的宽度W2变化无关，因为当脊宽W1固定在10μm时仅仅p型电极27的宽度W2改变。也就是说，用于得到相同光输出功率所加的输入电流保持几乎不变。典型地，输入功率增加电压的增加量。于是，由于随着p型电极27的宽度W2减小到小于脊宽，W1电压增加了小量，输入功率略微增加。
按照这种方式，本发明的半导体激光二极管可抑制电流拥塞效应，不会大量增加输入功率，于是提供了均匀的载流子密度分布。这相比于传统的半导体激光二极管增加了脊宽，因此实现了高输出功率半导体激光二极管。
在图4的半导体激光二极管中，p型电极27具有小于脊宽W1的宽度，使得脊的一侧边缘对齐p型电极27对应侧的边缘。
然而，p型电极27的该侧边缘可不与脊的该侧边缘对齐。图11示出了按照本发明另一实施例的具有脊的半导体激光二极管。参照图11，p型电极27的一侧边缘可定位为在脊宽方向上离开靠近p型电极27的该侧边缘的脊的一侧边缘距离‘c’。这种情况下，两个侧边缘之间的距离‘c’可在脊宽W1的0至10百分数的范围内。
半导体激光二极管包括电极，电极的宽度小于该电极形成于其上的脊的宽度，于是提供了更均匀的载流子密度分布。通过增加脊宽获得了高输出功率，因此增加了最大光功率。半导体激光二极管通过均匀载流子密度分布的优势也可减轻电流拥塞效应，因此通过防止局部发热提供了改善的可靠性。
尽管已参照其示范性实施例具体示出和说明了本发明，但本领域普通技术人员会理解，在不脱离由权利要求界定的本发明的精神和范围的情况下，可在其中做出各种形式和细节的变化。
权利要求
1.一种半导体激光二极管，包括衬底和依次形成于所述衬底上的第一半导体层、有源层、第二半导体层和电极，其中，所述第二半导体层具有脊，以及所述电极形成于所述第二半导体层的所述脊上，所述电极的宽度小于所述脊的宽度。
2.权利要求1的半导体激光二极管，其中所述电极的宽度的中心和所述脊的宽度的中心彼此不重合。
3.权利要求2的半导体激光二极管，其中所述电极不对称地形成于离开载流子迁移路径的所述脊的一侧。
4.权利要求3的半导体激光二极管，其中所述脊具有超过3μm的宽度。
5.权利要求3的半导体激光二极管，其中所述电极的宽度在脊宽的50至80百分数的范围内。
6.权利要求5的半导体激光二极管，其中在脊宽的方向上所述脊的一侧边缘与靠近脊的那侧边缘的所述电极的一侧边缘之间的距离延展，且处于所述脊宽的0至10百分数的范围内。
7.权利要求1的半导体激光二极管，其中所述脊具有超过3μm的宽度。
8.权利要求1的半导体激光二极管，其中所述电极的宽度在脊宽的50至80百分数的范围内。
9.权利要求8的半导体激光二极管，其中在脊宽的方向上所述脊的一侧边缘与靠近脊的那侧边缘的所述电极的一侧边缘之间的距离延展，且处于所述脊宽的0至10百分数的范围内。
10.权利要求1的半导体激光二极管，其中所述第一和第二半导体层分别是n和p型半导体层，且所述电极是p型电极。
11.权利要求10的半导体激光二极管，其中所述第一和第二半导体层分别包括n和p型盖层，和所述p型盖层具有脊结构。
12.权利要求10的半导体激光二极管，其中所述第一和第二半导体层进一步分别包括n和p型光导层。
13.权利要求10的半导体激光二极管，其中所述第一半导体层、所述有源层和所述第二半导体层由GaN基材料形成。
全文摘要
提供一种半导体激光二极管，其包括衬底和依次形成于衬底上的第一半导体层、有源层、第二半导体层和电极。在半导体激光二极管中，第二半导体层具有脊，以及电极形成于第二半导体层的脊上，电极的宽度小于脊的宽度。
文档编号H01S5/22GK101026288SQ20061016378
公开日2007年8月29日 申请日期2006年12月4日 优先权日2006年2月21日
发明者蔡程惠, 沈钟寅, 河镜虎, 金奎相, 柳汉烈 申请人:三星电子株式会社