专利名称：大功率半导体激光二极管的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体激光二极管，特别包括结侧向下安装在载体或下底座上的具有大的光输出功率的单片式宽发射域(BASE)激光二极管。在本文 中大输出功率意味着激光二极管具有至少100mW的输出。这种激光二极管 通常用在光电子学领域和工业应用场合。这种激光二极管的光输出功率和稳 定性受到很大关注，并且在正常使用过程中的任何恶化都是非常不利的。本 发明关注这种激光二极管的改进设计，特别是对通过以规定方式控制激光二 极管中的电流来显著最小化或避免在非常大的光输出功率时这种激光二极 管的恶化的改进。
背景技术：
上述类型的半导体激光二极管已经成为例如光通信技术中的重要组成 部分，特别是因为这种激光二极管能用于光纤泵浦和其它大功率激光二极管 应用场合。这使得能设计所有的光纤通信系统，避免对待传送的信号进行任 何复杂的转换，从而提高了这类系统的速度和稳定性。这类大功率激光二极 管的其它应用场合还包括电缆TV (CATV)放大器、印刷应用场合和医疗 应用场合。典型的半导体激光二极管，例如AlGaAs脊形波导激光二极管，包括被 两个AlGaAs镀层夹在中间的(应变式)量子势阱活跃区。第一镀层首先生 成在衬底上，通常称为下镀层，并且通常是n-型掺杂。第二镀层在活跃区生 成之后，接着生成在衬底上，通常称为上镀层，并且通常是p-型掺杂。整个 半导体的外延结构生成在GaAs衬底上。第一电极的金属化提供了与第一镀 层的电接触，而第二电极的金属化提供了与第二镀层的电接触。通常，第一 电极覆盖晶片的背面，从这个背面开始生长外延层，而第二电极覆盖脊形波 导的至少一部分。不过，电极的其它掺杂结构和位置也是有可能的。通常，这种半导体激光二极管可以按照两个不同的模式操作。首先，器 件可以利用第 一 电极焊接在载体或下底座上，这通常称为结侧向上(junction-side-up)安装的激光二极管(其中，器件焊接在载体或下底座上， 同时村底表面远离载体或下底座)。通常，具有几个微米脊形宽度的窄带(单 模式)激光器以这种方式焊接。第二，器件可以倒置并利用第二电极焊接到 载体或下底座上，这通常称为结侧向下安装(junction-side-down)的激光二 极管。通常，具有大约100-200ym脊形宽度的宽域(多模式)激光器BASE 以这种方式焊接。应该注意到，本发明优选适用于结侧向下安装的BASE激 光二极管。不过，本发明不局限于这种器件是清楚的。特别是，本发明不局 限于上述的脊形波导激光器，而是适用于其它设计的半导体激光二极管，例 如，掩埋式异质结构激光二极管。所有半导体激光二极管的主要问题之一是端部区域的恶化，特别是激光 二极管的前面附近。这种恶化被认为是由脊形波导前面区域(或端部)的不 可控的温度升高所引起的，特别是在大功率输出的情况下。该温度升高可能 由这些区域中不期望的载流子复合以及由于自由载流子注入造成的发热引 起。激光二极管脊形波导的端部以及激光二极管的其它部分中的局部电流， 由驱动激光二极管的注入电流产生。于是，为了减小局部电流密度，并为了 最终避免激光二极管端部中的电流流动以及因此产生的不期望的载流子复 合，所公知的是减少注入到这些端部的电流。已经测试和描述了用于减少注 入到端部的电流的各种设计，包括卸下触头、通过蚀刻移除触头，或者在这 些区域周围打断触头。所测试和实现的一些设计由于材料、处理或可靠性问 题而失败， 一些设计显示出不合需要的副作用，而另一些是完全不实用的或 者是太难而不能实现的。以下将描述用于避免上述激光二极管前面区域中载流子复合的一些公
知方法。一种尝试公开在Itaya等的美国专利5 343 486中，其示出复合半导体激 光二极管，同时电流阻挡区域形成在激光二极管结构的一个面部分中。不过， 不利的是，该设计增加了制造复杂度。此外，该方法不适合于利用氧化迅速 的材料进行工业制造，例如AlGaAs激光二极管，因为在利用Itaya的方法 进行处理的过程中Al的氧化速度快。Yu等的美国专利6 373 875公开了多个电流阻挡层，每个电流阻挡层都 在每个激光二极管的脊形波导的端部上，并且两个独立的阻挡层完全覆盖脊 形波导的剩余主体的左右两侧。因此，这种结构具有若干个层，这些层横向 不接触，并且恰好位于波导边缘的中断可能造成不期望的影响。Sagawa等的美国专利5 844 931公开一种"窗口式，，电流阻挡层，其利 用位于脊形中央部分上的纵向开口，即窗口，来覆盖脊形波导激光二极管的 脊形和整个主体。除了该专利中的电流阻挡层中的 一些实际上导电而不是绝 缘层之外，它只公开了单个完全覆盖激光二极管主体的层，只在脊形部分的 上面具有窗。于是，阻挡层在纵向上不局限于激光二极管的端部。而且，这 种制造窗口式阻挡层的工艺需要非常仔细的校准，特别是窗口的校准，从而 获得期望的结果，因此，看起来相当复杂。一个较成功的方法是"绝缘层"工艺，用于在脊形激光二极管中获得期 望的未泵浦端部。这种方法与先前方法的不同之处在于附加的薄绝缘层设置 在激光二极管端部处的半导体接触层与金属触头之间。半导体接触层甚至可 以被移除。这种设计被Schmidt等的美国专利6 782 024等公开，其被转让 给本发明的受让人，并通过引用并入本文，其通过提供绝缘层作为激光二极 管的半导体材料与金属化层之间的、具有预定位置、尺寸和形状的电流阻挡 层，示出具有所谓的"未泵浦端部"的解决方案。尽管如上所述，未泵浦端部通常提供成功的解决方案来阻挡在大功率激 光二极管的一个或两个端部中的电流流动，于是能避免过热以及导致毁灭性 光镜损坏(COMD)故障，但是仍然存在一些不满足条件的情况。这似乎是一个突出的问题。对大功率激光二极管中注入电流的空间分布进行的仿真示 出了位于激光二极管的泵浦和未泵浦部分的过渡处的电流密度的强波峰，即 电流尖峰。该电流尖峰对所涉及的区域的材料产生局部重压。实际上，已经 工作一段时间的激光二极管的该区域的材料恶化，可以被观察到，并且在该恰当位置的材料的电子束感生电流(EBIC)标记图中可见。这种影响在功 率非常大且注入电流密度高的情况下尤其显著。因此，本领域中存在对另外一种方式的需求，即用于控制激光二极管端 部附近的注入电流分布，甚至有可能避免具有成问题的过渡区域的电流阻挡 层或结构。本发明的目的在于提供一种对大功率激光二极管，特别是BASE激光二 极管的简单且可靠的设计，该设计提供在所有工作条件下的强有力且稳定的 光输出，但是避免上述的端部恶化。另一目的在于提供一种经济的制造方法， 使这种大功率激光二极管可靠地批量生产，而不会显著地增加激光二极管结 构的复杂度。发明内容本发明提供一种激光二极管，特别是BASE激光二极管，其具有所谓的 未泵浦端部，从而避免或减小出现在泵浦和未泵浦部分之间的过渡处的电流 波峰。这可以通过控制有危险区域中的且优选端部中的电流分布来实现。根 据本发明的激光二极管包括至少两个注入装置，注入装置向两个镀层的每个 提供电接触，这两个镀层之间是活性层，由此，所述注入装置的至少一个具有包括电接头的金属化层，所述电接头和/ 或金属化层的厚度被成形或构造成使得减小的电流被注入激光器端部的至少 一 个中o根据本发明的 一个方案，通过提供分布式电流注入装置实现电流分布的 控制。优选的形式是，单独布线的触头或接触点的设置，即结构化布线结配 置优选沿着激光二极管的纵向延伸方向延伸(并适当构造)。与现有技术的
设计相反，在这种情况下，本发明的原理基于对布线触头之间的空间以及布 线触头与前面区域之间的距离的恰当选择。不过，应该清楚的是，本发明不 局限于通过布线结的电流注入。该概念可以扩展到例如通过导电带的任何电 流注入装置，参见下文。此外，本发明不局限于结侧向下安装的BASE激光二极管，而是可以应 用到任何种类的半导体激光二极管。根据本发明的另一方案，激光二极管通过导电的带形电连接器或扁平导 体连接，它们的尺寸通常被选择成注入装置在一个端部或两个端部产生减小 的电流注入。该扁平导体可以延伸覆盖激光二极管长度的至少一部分，并可 以在前面和/或后面留出预定的部分。根据本发明的又一方案，金属化层足够薄，使得有一部分，优选是与至 少一端部相邻的一部分经历电压降，从而提供至少一个未泵浦端部。根据本发明的再一方案，注入装置的金属化层沿着其长度方向(即，沿 着与面之间的激光波导平行的方向)具有不均匀的厚度，优选相邻面的厚度小于远离面的厚度，以致厚度较薄的金属化区域与较厚的区域基本上不会等 电势。厚度可以在金属化的不同部分之间逐步变化，或者可以包括锥形区。根据本发明的另外方案，激光二极管可以包括用于在至少一个端部限制 载流子注入的装置，特别是通过覆盖与面相邻的激光二极管的 一个部分的绝 缘层。这可以进 一 步减少端部的至少 一 部分中的电流注入。根据本发明构成的大功率激光二极管与现有技术的激光二极管相比，展 示出重要改进，特别是对于长期稳定性和可靠性的改进，如所示出的那样。这一显著改进可以仅仅通过适度增加制造复杂度来实现，这使得可以使 用常规制造设备，并应用通常的制造工艺。如以上简要提及的，提供脊形波导激光二极管中的 一个或两个未泵浦或 较少泵浦的端部是为了释放与激光二极管的面接近的大的应力面积。由于晶 体的多相性(例如，通常通过穿透激光腔产生)和这些区域中的大光功率密 度，特别是在前面或前镜附近中，与镜相邻的区域就可靠性而言被认为是整
个激光二极管中最薄弱的点。特别是在前面区域中，在非常大的光输出功率下可以观察到增加的故障 率。在后镜附近也可以观察到相同的情况，尽管程度有所降低。由于光功率 密度和电流密度的组合加速了这些大应力区域中的材料恶化，所以控制和/ 或减少后者是有利的。根据本发明，这可以通过建立一个或两个未泵浦端部 并控制这些端部及其附近区域的电流注入来实现。作为附加的、适当设置的 电流阻挡层可以用于提高未泵浦端部的性能。在本发明的优选实施例中，至少一个端部是激光二极管的面与电接头之 间的区域。在这种情况下，电接头可以包括多个电接头的结构，所述结构的 尺寸为使得注入装置在所述端部的至少一个处产生减小的电流注入。多个电 接头可以包括多个连续电子或空穴注入点，它们基本上沿着所述激光二极管 的长度方向紧密排列地延伸，所述连续注入点的第 一个分别与所述前面和/ 或后面相距预定的距离。可选地，电接头可以包括带状电接头，其尺寸为使 得注入装置在所述端部的至少一个处产生减小的电流注入。带状电接头可以 延伸覆盖激光二极管长度的至少一部分，优选在前面和/或后面留下预定的 部分。此外，注入装置可以包括第二金属化层和相连的、成形或非成形的第二 电接头。所述至少一个端部中的最小电流密度可以比活性层中的平均电流密度低至少75%。激光可以是脊形波导激光器，优选是窄带、结侧向上的激 光器；或者单片式宽发射域(BASE)激光器，优选是结侧向下的激光器； 或掩埋式异质结构激光器。进一步地，注入装置可以包括多个布线触头，特 别是紧密排列的布线结(wire bond)。多个布线触头可以分布成使得至少一 个端部没有布线触头，所述端部具有预定的长度，所述预定的长度优选为激 光二极管总长度的10%-25%之间，或者优选在200)im- 600|iim之间。此 外，电流注入点之间的距离可以是常数。如果需要，对于至少一些电流注入点来"^兌，相邻电流注入点之间的间隔 可以根据沿着激光二极管的位置而不同，具体是，向至少一个面增加。电流
注入点可以成单排地沿着器件设置。可选择地，电流注入点可以不只一排地 沿着器件设置，所述排优选彼此分开和/或平行。电流注入点之间的距离可以小于200(xm，优选小于125^im。可选择地，电流注入点之间的距离可以小 于有效渗透深度aeff,优选在0.4cieff和0.8aeff之间。从至少一个端部到注入 点的距离可以至少为100pm，优选为至少200|_im，并可以达到500^m。可选 择地，注入点到至少一个端部的距离可以至少为0.5aeff，优选在(Xeff和3aeff之间，其中，(Xeff是有效渗透深度。激光二极管可以进一步包括用于在至少一个端部限制载流子注入的装 置，所述注入限制装置包括用于覆盖与面相邻的激光二极管的一部分的绝缘 层，以便进一步减少端部的至少一部分中的电流注入。绝缘层可以4黄向延伸 覆盖半导体主体的至少一部分，并沿纵向覆盖仅仅至少一个端部，由此，所 述绝缘层可以位于任一金属化层及其相应镀层之间(例如，位于脊形波导激 光二极管的任一侧上，金属化层位于其另一表面上)，或者二者之间。可以提供两个独立的注入限制装置，分别在激光二极管的前端部和后端部。注入限制装置可以包括纵向延伸25^im-500jim之间的绝缘层。注入限制装置可以包括纵向延伸小于2deff的绝缘层，优选在0.5aeffl.5(Xeff的范围内。注入限制装置的绝缘层的厚度可以为10nm-100nm，优选在40-60nm之间。
下面，通过参考附图描述本发明的实施例，附图中图1示出示范性BASE激光二极管的活性层中的纵向电流密度分布的仿 真，其中电流阻挡层设置在左面，且从器件的上面注入均匀的电流；图2描述结侧向上安装的窄带激光二极管在未泵浦端部的末端下面的 恶化的双重EBIC和SEM照片；图3a-3e图示本发明的五个实施例；图4描述在示范性BASE激光二极管的活性层中的电流密度分布的仿 真，其中从单个布线结注入电流，并利用导电金属化层的厚度作为参数；
图5示出有效渗透深度作为金属化层厚度的函数以及源自器件的等效 传输线表示；图6描述在示范性BASE激光二极管的活性层中的电流密度分布的仿 真，其中从两个相邻的布线结注入电流，由此布线结之间的距离用作参数；图7示出在示范性BASE激光二极管的活性层中的纵向电流密度分布的 仿真，其中根据本发明，从多个位于器件上部的同等分布的布线结注入电流；图8示出在示范性BASE激光二极管的活性层中的纵向电流密度分布的 仿真，其中根据本发明，电流阻挡层设置在任一面处，并从多个位于器件上 部的同等分布的布线结注入电流，由此在一个示例中移除最接近前面的两个 布线结。
具体实施方式
图1示出在示范性BASE (单片式宽发射域)脊形激光二极管的活性层 中沿纵向的注入电流密度分布，其中由与面相邻的电流阻挡层的区域提供未 泵浦端部，并且根据现有技术注入均匀电流。应该理解，图l是仿真图，并 且所示出的尺寸和值都仅仅是示例性的。也应该理解，本发明不局限于结侧 向下安装的BASE激光器，而是可以适用于相似结构或设计的任何激光二极 管，其中控制注入电流对于这些结构或设计来说是有益的或所需要的。图1所示的纵向注入电流分布假定在具有第一镀层的电触头中均匀的 第一金金属层的厚度为de。nt=1.0,在这种情况下，第一镀层是n-镀层。从 而，电流注入几乎可以在活性层中沿着器件均匀分布，除了未泵浦端部及相 邻区域之外。提供大致均勻分布的电流注入的厚金属化层在现有技术中被认 为是对流向器件的电流最大化有吸引力的。未泵浦端部由位于第二厚金属化 层与第二镀层之间的绝缘电流阻挡层提供(这种电流阻挡层的轮廓在图2中可见)，在这种情况下，第二镀层是p-镀层，其开始于面处，并延伸超过10(Him。这种电流阻挡层改变了器件中的电流分布，在与电流阻挡层的边缘(即，激光二极管的波导的泵浦和未泵浦之间的边界)对准的器件中产生所
述的不期望且有害的注入电流密度尖峰。需要注意的是，纵轴是对数标度。 于是，尽管未泵浦端部成功地用于阻挡电流在大功率二极管激光器的端部中流动，即在面(镜)的附近流动，并因此避免面处过热和导致COMD (毁灭性光镜损坏)，但是如图l所示，在泵浦和未泵浦部分之间的过渡处 的电流密度中的大波峰或尖峰是非常不利的。图2示出了这种结果。从这张结侧向上安装的窄带激光二极管的双重 EBIC (电子束感生电流)和SEM (扫描电子显微镜)照片可以看到，未泵 浦端部的材料严重恶化，特别是在泵浦/未泵浦过渡处，其中该二极管已经 在大电流下运行了一段时间。当然，这种影响在非常高的功率下，即在非常 高的注入电流密度下特别明显。图3a-3e示出本发明的解决了上述的问题的各种实施例。这些附图示出 示范性BASE激光二极管，其波导脊形沿结侧向下的方向。图3a示出活性 层10、第一镀层11、第二镀层12和第二金属化(电极)层13,为了清楚 起见，它们没有示出在后面的图中(器件下的载体或下底座没有示出在任何 图3a-3e中)。为了消除泵浦/未泵浦过渡处的局部电流尖峰，可以控制电流 注入的空间分布。在图3a的示范性实施例中，布线结4分布在具有波导脊 形2的结侧向下定位的激光二极管1的第一金金属化层3上。第一金属化层 的厚度dc。nt应该选择为显著小于l(im,例如小于0.5(im,优选小于0.2(im， 更优选地小于O.lpm，以便该层用作具有一定电压降的电阻器。结果，由这 种"薄"的金属化层提供的电流分布基本上不均匀；即，需要厚得多的金属 化层，以提供具有更均匀电流分布的基本上等电势的金属化层。特别地，"第 一"布线结，即最接近激光二极管左(和/或)右面的布线结，与特定的面 相距预定的距离。因此，在这种结构中，将"第一"布线结与面之间的区域 定义为端部5;它是载流子注入减少的区域，以便在活性层中注入载流子注 入的程度向着面持续降低。结果，基本上使靠近面的区域未泵浦，由此，注 入电流向着面进行所谓的逐渐变细。另一方面，对于典型的应用场合，相邻 布线结6之间的空间根据金属化层的厚度d,t被选择成足够小，以确保布线 结之间的基本均匀的电流分布。应该注意的是，在现有技术的设计中，没有考虑布线结的数量，也没有 考虑面与"第一"布线结之间的距离，更没有考虑相邻布线结之间的空间。 对于具有若干微米厚度的金属化层来说，电阻率可以忽略不计，因此电流注 入基本上是均匀的，并且独立于布线结的数量和定位。事实上，对于"薄"金属化层来说，即对于小于lpm的金属化层来说，其电阻率在现有技术仍 可以被忽略，尽管在这种情况下，布线结配置的设计至关重要。下面讨论布线结之间以及布线结与面之间的距离的某些尺寸和量度。这些量度非常依赖于厚度de。nt。 一般而言，最外侧布线结与面的距离应该被选 择成使得电流密度在面处受到足够抑制。此外，如果在本发明的设计中，例 如在第二金属化层与相应第二镀层之间(例如通常横跨脊)，也加入电流阻 挡层，那么与现有技术中电流阻挡层相关的电流尖峰将得到减少。激光二极管末端处的空隙通常可以是几百pm。图3a中最左边(第一)与最右边(最 后)布线结之间的空间以确保布线结之间均匀分布电流的距离，填充有若干 个其它的布线结。对于相邻布线结之间的距离来说，通常的数量是对dc。nt =0.2[im来说的100-200pm，由此，相邻结之间的空隙限定了距离6，除了 结本身的延伸之外，通常是50-100pm。布线结之间的这种配置使电流密度 从面处的非常低的值开始大致平滑地增加，导致未泵浦端部，而不像现有技 术器件中的那样需要任何电流阻挡结构。此外，沿着激光二极管的纵向延伸 方向的布线结之间的电流密度可以得到精确地控制，例如，如果很需要，可 以使得其相当均匀。多个布线结4可以为至少2个，优选为至少3个，更优选为至少5个， 更加优选为至少10个，最优选为至少20个。图3b示出本发明的第二实施例，其具有与图3a相同的附图标记。尽管 减小的载流子注入区与图3a的近似相同，但是布线结4不平均地(或不均 匀地)分布，即它们彼此之间的距离各不相同。实施这种可变的物理分布使 得设计者有更大程度的自由来沿着激光二极管1创建期望的注入电流分布。
这种方式可以进一 步最小化激光二极管的应力，也使得电流注入概图的优化 成为不是面以及减小的载流子注入相关区域的函数，于是使得提高的功率输出不会产生COMD的危险。 一种方法可以沿向着激光二4及管的前面的方向 减小(或提高)布线结的密度，即，提高(或减小)它们的间隙，从而在这 个方向上，使得电流密度大致持续地减小(或增加)。图3c示出另一实施例，其具有可以偏离或移位以一定距离的两排布线 结。而且，两排和/或平行的排之间的距离可以改变。如果希望布线结的数 目增加，那么该设计特别有用。图3c的实施例如上所述利用了 "薄"的金 属化层。图3d描述了本发明的另一实施例，其中厚度不均匀的金属化层3'用于 使激光器的电流注入概图适合长度(与面之间的波导平行)的函数。在本实 施例中，金属化层3'的厚度在与面相邻的部分8中比远离所述面的部分7 中薄。优选地，金属化层3，的较薄部分8提供了相应的减小载流子注入区， 而较厚的部分8提供了相应的更大且基本均匀的载流子注入区。优选地，较 薄部分8的厚度小于lpm,优选小于0.5pm,更优选小于0.2pm,更加优选 地小于0.1(im。较厚部分7的厚度优选为至少lpm。金属化层3，可以包括不 只两个不同的厚度，以产生阶梯状结构。在另一设置中，金属化层可以是电 才及3'的逐渐变细的部分。图3e描述了又一实施例，其中电流注入由导电带9提供，且导电带9 根据金属化层3的厚度沿着纵方向延伸预定的距离。该实施例可以利用"薄，， 或"厚"的金属化层3来实现。在图3a-e所示的实施例中，不需要p-触头侧的电流阻挡层，因为电流 注入被减小的电流注入区限制。不过，按照现有技术，也可以在上述任何的 设计中，利用电流阻挡层提供电流注入概图的进一步控制。电流阻挡层可以 设置在一个或两个金属化层与其相应的镀层之间。用于实现可变注入电流分布的另 一 方法，即用于实现沿着激光二极管变 化的注入电流的另一方法是，控制不同布线结4之间的电流，以产生器件内 的所需电流注入概图。本领域的技术人员能够设计合适的电路。此外，应该4亍组合和修改。提供图4用于进一步解释金属化层的厚度与器件内的电流注入分布之 间的相关性。图4描述了 BASE激光二极管的活性层中的注入电流密度分布 的计算仿真，其中对于不同厚度的金接触层来说，来自器件顶部的单个布线 结的电流注入位于原点。如图中"纵向位置"所示的lmm长的部分，应该 被视为较长芯片的图案。需要注意的是电流密度被标准化，以便综合的电流 密度(即总电流密度)对于每个仿真来说是相同的。正如所期望的，活性层 中的电流密度在进给点处最大，其中进给点是原点，并向激光二极管的两端 降低。(金)金属化层越厚，电流密度分布越浅，即，对于"厚"金属化层 来说，分布比"薄，，层更均勻。每条曲线的陡度和宽度由称为有效渗透深度 的参数来描述。有效渗透深度是电流在载体的活性层中的散布的测量值，其 中电流从器件顶部上的理想点源注入。有效渗透深度可以通过用由双曲线函 数构成的解析函数拟合仿真曲线，得出作为金属化层厚度的函数。拟合公式 是根据器件的等效传输线表示法得出的。图5所示的实线表示从拟合步骤获得的有效渗透深度aeff。渗透深度近 似跟随方根关系曲线。传输线模型使得可以获得有效渗透深度的近似表达 式，其中有效渗透深度由以下等式给出在等式(1 )中， "—表示导电率，而(U^ub分别表示金属化层材料 和衬底材料的(竖直)厚度。图5中的虚线表示有效渗透深度，如在 cr咖，=42.55.1。6Q一m-1 、 6 = 60000Q—'附—1以及dsub=150,情况下的等式(1) 所给出的那样。两条曲线有很好的相合性。应该注意，等式(l)是针对结侧向下安装的(BASE)激光器得出的，在这种激光器中，相对厚的衬底材料夹在第一金属化层和活性层之间。对于结侧向上安装的激光器来说，可能清楚的是，图3a-
得出不同的表达式。然而，有效渗透深度的概念可以独立于根本的理论模型 来使用。图6描述了 BASE激光二极管的活性层中的注入电流密度分布的计算仿 真，其中来自器件的第 一金属化层上的两个相邻布线结的电流注入针对两个布线结的不同距离进行。(金)金属化层的厚度是0.2ym。可见，对于小于 150um的距离来说，两个布线结之间的电流密度是均匀的，或者具有最大值， 而在外侧电流密度剧烈下降。对于大于150ym的分隔来说，产生两个布线 结之间的电流密度的下降。从这些仿真可以发现，以下经验关系式适用于作 为接触层厚度函数的两个布线结之间的临界距离以及有效渗透深度 d)潜"恭,) (2)如果两个布线结分开的距离小于《？，那么相邻布线结之间的电流密度不会呈现成局部最小值或波紋。作为经验方法，布线结与面最接近的距离应该与下式类似 47'(02.^U (3)根据所期望的在面处电流密度的减小度，该值可以增加或减小。作为示例，对于dc。nt-0.2lim来说，可以从图5中发现有效渗透深度(Xeff=250^1111根据等式(2)产生临界距离"==150^im，并根据等式(3 )产生^7' 二 500(im的到面的距离。图7以与图4的展示类似的方式，利用以上示例中的临界距离和到面的 距离，示出本发明所取得的改进。如图4中所示，示出仿真的电流密度分布。 但是在图7的情况下，2.4mm长的BASE激光二极管的活性层从位于器件的 第一金属化层上的9个布线结接收电流注入，基本上在图3a(其中只示出7 个布线结)所示的结构中。布线结均匀地沿着纵向分布，从距离激光二极管 左面大约500pm处开始，终止于距离其右面的大约400jxm处。两个相邻布 线结之间的距离大约是100|im。假定没有电流阻挡层用作物理上未泵浦端 部。这在具有布线结和朝向激光二极管的相当陡的斜坡的区域提供了基本均
匀的电流密度。因此，这种激光二极管设计的效果，非常类似于在激光二极 管的端部具有电流阻挡层的设计，即，激光器的端部实际上未泵浦，但是没 有产生任何电流尖峰。作为第二示例，图8示出3.6mm长BASE激光二极管的活性层中的电 流密度分布。对于该设计，150um长的电流阻挡层加入到第二金属化(电极) 层与第二镀层(其中限定有脊)之间，与两个在电流阻挡层边缘(即，泵浦与未泵浦之间的过渡处)引起电流密度尖峰的面相邻。虚线针对23个均匀 分布的布线结获得，相邻结之间大约分开50pm。每个结的直径被设置为 100pm。端布线设置在与电流阻挡层的边缘近似相同的位置，类似于距每个 面170pm。需要注意的是，两个尖峰之间的电流密度分布不是平坦的，因为 假定左侧的布线结更长。于是，这些布线的串联电阻更大，这降低了器件左 侧的电流密度。实线表示移除右手侧(即前面侧)的最后两个布线结以便最 后那个布线结距这个面大约45(Him时的改进。从与后面纵向相距3000pm的 位置开始，电流密度沿着向前面的方向显著降低。此外，电流尖峰完全移除。通过以预定的图案设置多个布线结可以取得进一步的优点，例如以图 3b所示的不均匀的距离，或通过控制各个布线结的供给电压或电流。布线 结的适当布置和/或电压/电流的适当控制实际上可以在激光二极管内获得任 何期望的电流密度分布。本领域的技术人员能没有任何问题地就能设计出匹 配任何需求的系统。本领域的技术人员容易地进行另外的改进和修改，因此本发明不局限于 之前这里所描述和所示出的特定的实施例、细节和步骤。
权利要求
1、一种大功率半导体激光二极管，包括半导体主体，具有两个端部的活性区域，封闭这两个端部的前面和后面，覆盖所述半导体主体的至少一部分的第一注入装置，用于向所述活性区域注入电子，优选在所述激光器的n-触头侧，与所述第一注入装置对向设置的第二注入装置，覆盖所述半导体主体的至少一部分，用于向所述活性区域注入空穴，优选在所述激光器的p-触头侧，其特征在于，所述注入装置的至少一个包括金属化层和连接到所述金属化层的电接头，所述电接头被成形或构造，以使所述注入装置在所述两个端部的至少一个处产生减小的电流注入。
2、 根据权利要求1所述的激光二极管，其中，所述两个端部的至少一个为所述激光二极管中位于一个面与所述电接头之 间的区域。
3、 根据权利要求1或2所述的激光二极管，其中，所述电接头包括具有多个电接头的结构，所述结构的尺寸为使得所述注入 装置在所述两个端部的至少一个处产生减小的电流注入。
4、 根据权利要求3所述的激光二极管，其中，所述多个电接头包括多个连续电子或空穴注入点，它们基本上沿着所述激 光二极管的长度方向紧密地排列延伸，所述连续注入点的第一个所在处分别与 所述前面和/或与所述后面相距预定的距离。
5、 根据权利要求1或2所述的激光二极管，其中，所述电接头包括带状电接头，其尺寸为使得所述注入装置在所述两个端部 的至少 一个处产生减小的电流注入。
6、 根据前面任一权利要求所述的激光二极管，其中，所述金属化层中与所述两个面中的一个面相邻的部分比该金属化层中远离 这个面的部分薄。
7、 根据前面任一权利要求所述的激光二极管，其中， 所述金属化层薄至足以使得与所述至少一个端部相邻的至少一部分经历电压降，从而提供至少一个未泵浦端部。
8、 根据前面任一权利要求所述的激光二极管，其中，所述注入装置包括第二金属化层和相连的、成形的或非成形的第二电接头。
9、 根据前面任一权利要求所述的激光二极管，其中， 所述注入装置包括多个布线触头，特别是包括紧密排列的布线结。
10、 根据前面任一权利要求所述的激光二极管，其中， 到达每个电流注入点的电流被控制成提供激光二极管内的受控电流图案。
11、 根据前面任一权利要求所述的激光二极管，进一步包括用于限制在所 述两个端部的至少一个处的载流子注入的装置，所述注入限制装置包括绝缘层， 该绝缘层覆盖所述激光二极管中与一个面相邻的一部分，以进一步减小一个端 部的至少一部分中的电流注入。
全文摘要
半导体激光二极管，特别是具有大光输出功率的单片式宽发射域(BASE)激光二极管，通常用在光电子学领域。这种激光二极管的光输出功率和稳定性受到很大关注，并且在正常使用过程中的任何恶化都是非常不利的。本发明关注这种激光二极管的改进设计，特别是对通过以规定方式控制激光二极管中的电流来显著最小化或避免在非常大光输出功率时的(前)端部恶化的改进。这通过沿着激光二极管的纵向延伸方向建立各个电流注入点来以新颖的方式控制进入激光二极管的载流子注入，即注入电流而实现。而且，每个单个或成组电流注入点的供给电流/电压可以分别调节，从而进一步提高载流子注入的可控性。
文档编号H01S5/20GK101213712SQ200680023687
公开日2008年7月2日 申请日期2006年6月28日 优先权日2005年6月28日
发明者亚伯拉罕·雅库博维奇, 克里斯托弗·哈德尔, 尼古拉·马图舍克, 米夏埃尔·施瓦茨, 约尔格·特罗格 申请人:波科海姆技术公共有限公司