专利名称：半导体发光装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体发光装置，该半导体发光装置包括在顶表面上具有发光区域的面发射半导体发光部分。
背景技术：
与法布里-珀罗(Fabry-Perot)激光二极管不同，垂直腔面发射激光器(VCSEL) 在垂直于基板的方向上发光，并且在垂直腔面发射激光器中，大量的谐振器构造允许在单一基板上设置成二维阵列。因此，近年来，垂直腔面发射激光器已经在数据通讯和印刷机等技术领域中受到关注。垂直腔面发射激光器典型地具有台式(mesa)谐振器构造，其通过在基板上依次层叠下DBR层、下间隔物层、有源层、上间隔物层、电流限制层、上DBR层和接触层而构造。在这样的激光二极管中，其振荡波长由谐振器构造的有效谐振器长度决定，并且光输出的大小在对应于有源层带隙的发光波长处被最大化。因此，如日本特开第2008-306118号公报中所描述，典型地，谐振器构造和有源层被构造为谐振器构造的有效谐振器长度和有源层的发光波长彼此相等。
发明内容
在典型的垂直腔面发射激光器中，其谐振器构造极小。因此，有源层因电流注入的温升很大，并且可能引起随着有源层的温升光输出下降的所谓“下降(droop)”现象。而且，在某些情况下，阈值电流通过积极地改变元件温度而改变，以改变谐振器构造的有效谐振器长度与有源层的发光波长之差(波长失谐△ λ)。然而，在此情况下，光输出的波形与电流脉冲波形相比被扭曲。为了解决这样的问题，必须精确地测量基板温度或者环境温度，并且精确估算元件温度(具体地讲，有源层的温度)，而热敏电阻典型地用于测量基板温度或者环境温度。 然而，热敏电阻的元件尺寸很大，并且极难将热敏电阻安装在激光元件的表面上。因此，热敏电阻典型地设置在其中安装激光元件的副底座(未示出)上；因此，难以精确地估算元件的温度。所希望的是提供允许精确估算元件温度的半导体发光装置。根据本发明的实施例，所提供的半导体发光装置包括半导体基板上的一个或多个面发射半导体发光部分和一个或多个半导体温度检测部分，该面发射半导体发光部分在半导体基板的法线方向上发光，该半导体温度检测部分不向外发光。该半导体发光部分和该半导体温度检测部分在半导体基板的法线方向上具有PN结或者PIN结。在根据本发明实施例的半导体发光装置中，半导体温度检测部分与半导体发光部分一起设置在半导体基板上。因此，半导体温度检测部分允许靠近半导体发光部分检测元件的基板温度或者环境温度。在根据本发明实施例的半导体发光装置中，允许靠近半导体发光部分检测元件的基板温度或者环境温度；因此，允许精确地估算元件温度。本发明的其它以及进一步的目标、特征和优点通过下面的描述将更加明显易懂。
图IA和IB是示出根据本发明实施例的激光二极管阵列的构造示例的俯视图和截面图；图2是示出图IA和IB中的激光二极管阵列的另一个构造示例的俯视图；图3是示出图IA和IB中的激光器构造部分的构造示例的截面图；图4是示出图IA和IB中的温度检测部分的构造示例的截面图；图5是图IA和IB中温度检测部分中的温度和输出电压之间的关系示例的图示；图6是用于调整来自图IA和IB中温度检测部分的检测电压偏离的构造示例的图示；图7是图4中温度检测部分的另一个构造示例的图示。
具体实施例方式下面，将参考附图详细描述本发明的优选实施例。描述将以下面的顺序给出。1.实施例构造操作效果2.修改构造图IA示出了根据本发明实施例的激光二极管阵列1的顶侧构造的示例。图IB示出了沿着图IA中激光二极管阵列1的A-A箭头方向剖取的截面构造的示例。如图IA和IB 所示，激光二极管阵列1包括在半导体基板10的顶表面上的多个激光器构造部分20和一个温度检测部分30。激光器构造部分20的每一个都是在半导体基板10的法线方向上发光的垂直腔面发射激光器。另一方面，温度检测部分30是不向外发光的垂直腔面发射激光器。激光器构造部分20和温度检测部分30的每一个都通过引出配线(extractionwiring line) 32电连接到电极焊盘31。应当注意的是，激光二极管阵列1对应于本发明中的"半导体发光装置"的具体示例。而且，激光器构造部分20和温度检测部分30分别对应于本发明中的"半导体发光部分"和"半导体温度检测部分"的具体示例。在图IA中，示出了 12个激光器构造部分20 二维地设置在半导体基板10的顶表面上的情况；然而，激光器构造部分20的数量没有特别限制。而且，在图IA中，示出了一个温度检测部分30设置在半导体基板10的顶表面上的情况；然而，多个温度检测部分30可以设置在半导体基板10的顶表面上。例如，如图2所示，两个温度检测部分30可以设置在半导体基板10的顶表面上。此时，例如，两个温度检测部分30可以相对于多个激光器构造部分20对称设置。图3是在激光二极管阵列1中包括一个激光构造部分20的部分α (参考图1Β) 的截面构造示例的放大图。图4是在激光二极管阵列1中包括一个温度检测部分30的部分β (参考图1Β)的截面构造示例的放大图。在该实施例中，激光器构造部分20和温度检测部分30形成在作为生长基板的半导体基板10上，并且，例如，如图3和4所示，激光器构造部分20和温度检测部分30具有相同的层叠构造。更具体地讲，例如，如图3和4所示，激光器构造部分20和温度检测部分30的每一个都通过在半导体基板10上依次层叠下DBR层21、下间隔物层22、有源层23、上间隔物层对、上DBR层25和接触层沈而构造。换言之，激光器构造部分20和温度检测部分30的从下DBR层21至接触层沈的层叠部分(PIN结部分)具有相同的层叠构造。应当注意的是，下DBR层21对应于本发明中的"第一多层反射镜"的具体示例，并且上DBR层25对应于本发明中的"第二多层反射镜"的具体示例。而且，例如，激光器构造部分20和温度检测部分30的每一个都包括在上DBR层25 的一部分中的电流限制层25A。此外，下DBR层21的上部、下间隔物层22、有源层23、上间隔物层M、上DBR层25和接触层沈形成柱状形状。例如，如图3和4所示，接触层沈仅形成在上DBR层25的顶表面的边缘部分上。应当注意的是，接触层沈可以形成在上DBR层 25的整个顶表面上。半导体基板10例如由η型GaAs基板构造。尽管未示出，但是下DBR层21通过交替地层叠低折射系数层和高折射系数层而构造。在此情况下，低折射系数层由光学厚度为 λ/4(λ是振荡波长)的η型Alxl^vxlAs制造，并且高折射系数层由光学厚度为λ/4的η 型Alx2(iai_x2AS(Xl > x2)制造。应当注意的是，η型杂质的示例包括硅(Si)和硒(Se)。下间隔物层22例如由未掺杂的AWaAs制造。有源层23例如由非掺杂的GaAs基材料制造。在有源层23中，面对稍后描述的电流注入区域25Β的区域是发光区域。上间隔物层M例如由非掺杂的AWaAs制造。尽管未示出，但是上DBR层25通过交替层叠低折射系数层和高折射系数层而构造。在此情况下，低折射系数层例如由光学厚度为λ/4的ρ型Alx3Gah3As制造，并且高折射系数层例如由光学厚度为λ /4的ρ型Alx4Gai_x4As (χ3 > χ4)制造。接触层沈例如由ρ 型GaAs制造。应当注意的是，ρ型杂质的示例包括锌(Zn)、镁(Mg)和铍(Be)。电流限制层25Α包括在其边缘区域中的电流限制区域25C及其中心区域中的电流注入区域25Β。电流注入区域25Β例如由ρ型AKiaAs或者ρ型AlAs制造。电流限制区域 25C包括Al2O3 (氧化铝)，并且通过在制造工艺中从其侧表面氧化包括在AlGaAs或者AlAs 中的高浓度Al而获得。因此，电流限制层25A具有限制电流的功能。而且，在激光器构造部分20和温度检测部分30中，在对应于上述的电流注入区域 25B的区域中具有开口的环形上电极27形成在接触层沈的顶表面上。上电极27连接到引出配线32。而且，下电极观形成在半导体基板10的背面。下电极观用作激光器构造部分20和温度检测部分30的公用电极。此外，绝缘层四形成在激光器构造部分20和温度检测部分30的每一个的表面(侧表面和顶表面)上。绝缘层四形成为激光器构造部分 20和温度检测部分30的柱状部分的侧表面和顶表面覆盖有绝缘层四。在此情况下，上电极27和电极焊盘31通过依次层叠例如钛(Ti)、钼(Pt)和金 (Au)而构造，并且电连接到接触层沈。引出配线32例如由焊料形成。下电极观例如具有金(Au)和锗(Ge)的合金、镍(Ni)和金(Au)依次层叠在半导体基板10上的构造，并且电连接到半导体基板10。
而且，相位调整层41形成在激光器构造部分20的顶表面上，更具体地讲，在激光器构造部分20的半导体部分的顶表面和绝缘层四之间。相位调整层41形成在发射激光的区域的中心区域(也就是，基本横模振荡主要发生的区域)中。在此情况下，由绝缘层四的面对相位调整层41的部分和相位调整层41构成的层叠部分形成高反射率区域42，并且绝缘层四的没有面对相位调整层41的部分以及发射激光的区域的边缘部分(也就是，高阶横模振荡主要发生的区域)形成低反射率区域43。相位调整层41的膜厚度为Oa-I) λ Mn1 (a是1或者大于1的整数，并且Ii1是折射系数)，并且由折射系数H1低于激光器构造部分20的半导体部分的顶表面的折射系数的材料制造，例如，由诸如SiO2 (二氧化硅)的电介质制造。绝缘层四的面对相位调整层41 的部分具有Ob-I) λ /4η2的膜厚度(b是1或者大于1的整数，并且n2是折射系数)，并且由折射系数n2高于相位调整层41的折射系数Ii1的材料制造，例如，由诸如SiN(氮化硅) 的电介质制造。既是绝缘层四的没有面对相位调整层41的部分又是发射激光的区域的边缘部分的部分的膜厚度为Oc-I) λ /4n3 (c是1或者大于1的整数，并且n3是折射系数)， 并且由折射系数113低于相位调整层41的折射系数Ii1的材料制造，例如，由诸如SiN(氮化硅)的电介质制造。在此情况下，这些折射系数优选调整为满足由下面的关系式表示的关系，其中高反射率区域42的反射率为札，低反射率区域43的反射率为&，并且在绝缘层四和相位调整层41不设置在发射激光的区域中的情况下的反射率为民。因此，仅允许抑制高阶横模振荡而不减少基本横模光输出。R1 ^ R3 > R2应当注意的是，相位调整层41可以在必要时去除。然而，在此情况下，绝缘层四的厚度优选为不允许减少发射激光的区域中的反射率。另一方面，在温度检测部分30中，绝缘层四的其中发射激光的部分用作低反射率层40。低反射率层40的厚度和折射系数设定为在相同的电流流过激光器构造部分20和温度检测部分30时仅在激光器构造部分20中引起激光振荡而不在温度检测部分30中引起激光振荡。更具体地讲，低反射率层40的膜厚度为0(1-1)入/4114((1是1或者大于1的整数，并且n4是折射系数)，并且由折射系数n4高于温度检测部分30的半导体部分的顶表面的折射系数的材料制造，例如，由诸如SiN(氮化硅)的电介质制造。垂直腔面发射激光器典型地以约3mA的电流执行激光振荡，并且上述激光构造部分20也以约3mA的电流执行激光振荡，而与相位调整层41的存在或不存在无关。另一方面，尽管温度检测部分30的半导体部分与激光器构造部分20的半导体部分具有相同的构造，但是温度检测部分30的顶表面上的低反射率层40不允许温度检测部分30以约3mA的电流执行激光振荡。因此，即使约3mA的电流流过温度检测部分30，温度检测部分30也保持在非振荡状态；因此，温度检测部分30的电阻稳定在高于振荡期间的值。因此，在半导体基板10的温度或者激光二极管阵列1周围的环境温度改变而相应地改变温度检测部分30 的电压时，稳定了这样的电压改变。在约3mA的恒定电流流过温度检测部分30的情况下，当半导体基板10的温度或者激光二极管阵列1周围的环境温度改变时，例如，图5所示的电压改变发生在温度检测部分30中。电压改变的梯度基本上是恒定的，而从一个温度检测部分30到另一个不变化。然而，电压值可以从一个温度检测部分30到另一个变化。在此情况下，从温度检测部分30获得的电压值优选被修正为半导体基板10的温度或者激光二极管阵列1周围的环境温度为特定值时的预定值。例如，如图6所示，放大温度检测部分30的电压的放大部分50和调整从放大部分 50传输的检测电压(V_)的偏离的偏离调整部分60优选连接到激光二极管阵列1。偏离调整部分60例如包括可变电阻。在此情况下，当恒定电流Is流过温度检测部分30时，半导体基板10的温度或者激光二极管阵列1周围的环境温度达到一定值，此时，当从放大部分50传输的电压值(V_)大大偏离预定值时，从放大部分50传输的电压值(V_)例如通过调整偏离调整部分60的可变电阻值而允许修正到预定值。操作接下来，将在下面描述根据实施例的激光二极管阵列1的操作示例。在根据实施例的激光二极管阵列1中，脉冲电流单独地施加给激光器构造部分20的每一个，以从激光器构造部分20的每一个输出脉冲激光。此时，恒定电流Is流过温度检测部分30，并且经常监测温度检测部分30的电压值，采用监测的电压值修正施加给激光器构造部分20的每一个的脉冲电流波形，从而光输出具有矩形波形。例如，在元件温度增加时，或者，在波长失谐△ λ设定为很大值时，光输出的波形通常变形。在该实施例中，即使光输出的波形因上述因素而可能变形，利用从温度检测部分 30获得的电压值也能修正变形的光输出波形。效果在实施例中，温度检测部分30与激光器构造部分20设置在半导体基板10上。因此，允许温度检测部分30靠近每个激光器构造部分20检测半导体基板10的温度或者激光二极管阵列1周围的环境温度。结果，允许准确地估算元件温度。因此，在实施例中，施加给激光器构造部分20的每一个的脉冲电流的波形允许精确地修正以便具有矩形形状。而且，在实施例中，热敏电阻不是必要的，并且温度检测部分30允许在激光器构造部分20的制造工艺中与激光器构造部分20 —起形成；因此，与现有技术中采用热敏电阻的情况相比，允许降低部件成本。此外，在实施例中，在设置多个温度检测部分30的情况下，例如，从温度检测部分 30获得的电压值的平均值可以用于修正脉冲电流的波形。在此情况下，允许以较高的稳定性和较小的误差进行修正。修改在上述实施例中，相位调整层41仅设置在激光器构造部分20中；然而，相位调整层41也可以设置在温度检测部分30中。在此情况下，激光振荡发生在温度检测部分30中以向外发射激光；因此，例如，如图7所示，金属层44可以设置在温度检测部分30的整个顶表面上，以防止激光泄漏到外面。而且，尽管未示出，但是金属层44也可以设置在图3所示的激光器构造部分20的整个顶表面上。在此情况下，金属层44阻挡了甚至LED发光级别的弱光。因此，金属层44优选设置在需要低噪声光输出的情况下。而且，在上述实施例中，温度检测部分30形成在作为生长基板的半导体基板10 上；然而，温度检测部分30可以形成在与作为生长基板的半导体基板10不同的基板上。然而，在此情况下，激光二极管阵列1允许通过将温度检测部分30安装在半导体基板10上而形成。此外，在上述实施例及其修改中，激光器构造部分20形成在作为生长基板的半导体基板10上；然而，激光器构造部分20可以形成在与作为生长基板的半导体基板10不同的基板上。然而，在此情况下，激光二极管阵列1允许通过将激光器构造部分20安装在半导体基板10上而形成。而且，在上述实施例及其修改中，描述了设置多个激光器构造部分20的情况；然而，激光器构造部分20的数量不必是多个，而是可以仅为一个。此外，在上述实施例及其修改中，描述了本发明应用于激光二极管阵列的情况；然而，本发明可应用于例如LED阵列。在此情况下，半导体发光部分和半导体温度检测部分具有相同的LED构造，并且具有相同的PN结构造或者相同的PIN结构造。本申请包含与2010年4月2日提交日本专利局的日本优先权专利申请JP 2010-086313中公开的相关的主题，其全部内容通过引用结合于此。本领域的技术人员应当理解的是，在权利要求或其等同方案的范围内，根据设计需要和其他因素，可以进行各种修改、结合、部分结合和替换。
权利要求
1.一种半导体发光装置，包括在半导体基板上的一个或多个面发射半导体发光部分和一个或多个半导体温度检测部分，所述面发射半导体发光部分在所述半导体基板的法线方向上发光，所述半导体温度检测部分不向外发光，其中所述半导体发光部分和所述半导体温度检测部分在所述半导体基板的法线方向上具有PN结或者PIN结。
2.根据权利要求1所述的半导体发光装置，其中所述半导体发光部分和所述半导体温度检测部分具有相同的所述PN结构造或者所述 PIN结构造。
3.根据权利要求2所述的半导体发光装置，其中所述半导体发光部分和所述半导体温度检测部分都具有层叠构造，该层叠构造依次包括第一多层反射镜、有源层和第二多层反射镜。
4.根据权利要求1所述的半导体发光装置，其中所述半导体发光部分和所述半导体温度检测部分具有相同的层叠构造。
5.根据权利要求1所述的半导体发光装置，其中所述半导体发光部分和所述半导体温度检测部分都形成在作为生长基板的所述半导体基板上。
6.根据权利要求1所述的半导体发光装置，其中所述半导体温度检测部分的每一个都在顶表面上具有低反射率层。
7.根据权利要求1所述的半导体发光装置，其中所述半导体温度检测部分的每一个都在整个顶表面上包括金属层。
8.根据权利要求1所述的半导体发光装置，还包括电路，用于调整从每个所述半导体温度检测部分传输的检测电压的偏离。
全文摘要
本发明提供一种半导体发光装置。该半导体发光装置包括允许精确地估算元件温度的温度检测部分。该半导体发光装置包括在半导体基板上的一个或多个面发射半导体发光部分和一个或多个半导体温度检测部分，该面发射半导体发光部分在半导体基板的法线方向上发光，该半导体温度检测部分不向外发光。该半导体发光部分和该半导体温度检测部分具有在半导体基板的法线方向上的PN结或者PIN结。
文档编号H01S5/026GK102214896SQ20111007328
公开日2011年10月12日 申请日期2011年3月25日 优先权日2010年4月2日
发明者佐藤进, 内田史朗, 前田修, 汐先政贵, 荒木田孝博 申请人:索尼公司