边缘发射的半导体激光二极管及其制造方法
【专利说明】边缘发射的半导体激光二极管及其制造方法
[0001]本申请是申请号为201180046824.7、申请日为2011年9月7日、发明名称为“边缘发射的半导体激光二极管及其制造方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及一种具有半导体层堆叠和平面化层的边缘发射的半导体激光二极管和一种用于该半导体激光二极管的制造的方法。
【背景技术】
[0003]在印刷品JP 2002-299763 A中说明了一种半导体激光元件。
[0004]半导体激光二极管由于其紧凑性和成本有利的制造应用在很多应用领域中，例如数据传输、数据存储、投影、材料加工、光学栗、生物传感技术等等。在此情况下尤其是应用具有π形截面波导(Stegwellenleiter)的半导体激光二极管，即所谓的脊形(Ridge)激光二极管。在此，传统的脊形技术在关于较高功率、改善的模式特性等在稳健性、可靠性和高辐射收益方面的不断提高的要求的情况下遇到其极限。在此，核心问题是不足的机械稳定性、缺乏的电负荷能力以及传统脊形激光二极管的不令人满意的泄漏电流和老化特性。尤其是，针对大规模市场应用的生产收益以及与此相联系的制造成本不是最优的。
[0005]在图6Α和6Β中以横截面示出传统的形截面波导半导体激光二极管的两个实施例。在GaN衬底100上布置有η型覆盖层101、η型波导层102、活性半导体层2c、ρ型波导层103、ρ型覆盖层104以及欧姆接触层105。ρ型覆盖层104和ρ型波导层103被蚀刻为使得构造有η形截面波导200。半导体激光二极管因此具有基体201和形截面波导200。
[0006]Ji形截面波导和基体的侧面配备有钝化层107。钝化层107在此均匀地布置在侧面上，使得该钝化层构造为阶梯状的。此外，钝化层在η形截面波导的表面上具有开口，使得能够在η形截面波导的该表面处实现电接触连接。
[0007]为了半导体激光二极管的电接触，在衬底的背向半导体层的侧上布置η型连接层106并且在钝化层和形截面波导上布置P型连接层5。
[0008]但是，这种激光二极管具有缺乏的稳健性，因为激光二极管的形截面波导相对于例如刮擦、接合损伤或者外部的机械力作用的机械损伤是无抵抗力的。此外，由于η形截面波导的垂直构造的侧面，难以执行P侧接触部的均匀施加，因为由于遮蔽效应形截面波导的底部处的接触引线被构造得非常薄。但是，该变薄的接触区域在载流能力方面是薄弱之处并且可能导致半导体激光二极管的电故障。传统的激光二极管的另一问题是短路危险。尤其是由于仅仅几百μπι厚的钝化层107，在活性层2c的区域中在为了制造π形截面波导所执行的蚀刻过程被部分较深地实施的情况下存在短路的危险，使得蚀刻到活性层2c附近或者甚至蚀刻穿过活性层2c。
【发明内容】
[0009]本发明所基于的任务在于，在避免所述缺点的情况下提出一种半导体激光二极管，其具有改善的稳健性和电稳定性以及由此引起地具有提高的寿命。本发明所基于的任务还在于，说明这种半导体激光二极管的改善的制造方法。
[0010]所述任务尤其是通过具有如下特征的半导体激光二极管和用于该半导体激光二极管的制造的方法来解决。
[0011]根据本发明设置一种边缘发射的半导体激光二极管，其具有外延半导体层堆叠和平面化层。所述半导体层堆叠具有基体和η形截面波导，其中基体具有用于产生电磁辐射的活性层。平面化层嵌入到形截面波导中，使得形截面波导的表面和平面化层的表面构成平坦的主面。在所述平面化层和所述半导体层堆叠之间至少局部地布置蚀刻停止层，在所述η形截面波导旁边在两侧横向相间隔地布置有所述半导体层堆叠的半导体层，所述半导体层通过沟槽定界，并且其中所述平面化层布置在所述沟槽中。
[0012]平面化层因此至少局部地包围形截面波导并且与形截面波导一起构成端接(abschlieflen)半导体激光二极管的主面。所述主面在外部、尤其是向上端接半导体激光二极管。基体、形截面波导和平面化层优选地构成长方体。η形截面波导优选地不超过平面化层。η形截面波导的表面和平面化层的表面尤其是彼此齐平地布置。
[0013]通过将31形截面波导布置在平面化层中，对形截面波导的机械影响以及由此引起的对η形截面波导的损伤可以被最小化，尤其是被阻止。η形截面波导因此借助于平面化层而被保护免受机械应力，由此有利地改善这种激光二极管的稳健性以及寿命。
[0014]此外，电稳定性由于泄漏电流的危险被最小化而得到改善，因为平面化层由于最小化的遮蔽效应可以被均匀地施加。尤其是，电负荷能力以及此外短路稳定性通过如下方式得到改善，即可以实现η形截面波导的侧边沿的平面化，由此可以避免在所述侧边沿处的收缩和遮蔽。激光二极管的电负荷能力因此可以显著提高。
[0015]平面化层可以有利地利用沉积方法施加在半导体层堆叠上，所述沉积方法没有负面的遮蔽效应。由此，平面化层可以有效地保护免受场过高和由此引起的短路。此外，平面化层导致通向方向和截止方向上的电负荷能力的升高以及导致故障率减小。作为沉积方法尤其是应用原子层沉积、离子束沉积、离子镀(Plat in )沉积、聚对二甲基苯(Parylen )沉积等等。
[0016]有利地，可以利用这种激光二极管减少错误源的危险，例如截止电流故障、接触部烧损、构件不稳定性等等。此外有利地简化了这种激光二极管的制造过程，因为例如可以放弃牺牲层过程(如所述牺牲层通常在蚀刻过程期间用于制造η形截面波导)和该牺牲层的与此相联系的随后的揭下技术。
[0017]半导体激光二极管是在垂直主辐射方向上发射辐射的边缘发射器。例如在衬底上布置半导体层堆叠，其中激光二极管的辐射方向与衬底的基面平行地定向。激光二极管因此在侧面处发射辐射。
[0018]边缘发射的半导体二极管尤其是在活性层处具有至少两个刻面(Facette)，所述刻面构成谐振器。刻面在此情况下可以被理解为平滑的界面。平滑在此情况下意味着，刻面的表面粗糙度明显小于由半导体激光二极管在其运行中要产生的光的波长，优选小于该波长的一半，特别优选小于该波长的四分之一。所述刻面构成激光二极管的基体的界面或侧面。所述刻面位于基体的彼此相对的侧并且因此构成光学谐振器。由活性层产生的辐射经由所述刻面之一从激光二极管输出耦合。辐射输出耦合因此垂直于所述刻面进行。
[0019]半导体激光二极管的活性层具有pn结、双异质结构、单量子阱结构或者多重量子阱结构(MQW)以产生辐射。术语量子阱结构在本申请范围内尤其是包括如下结构，其中载流子通过封固(约束)可以经历多个能量状态的量子化。术语量子阱结构尤其是不包含关于量子化的维度的说明。其因此尤其是包括量子槽、量子线和量子点以及这些结构的每种组入口 ο
[0020]半导体层堆叠、尤其是活性层包含至少一种III/V半导体材料，例如来自材料系统 InxGayAl1 x yP、InxGayAl1 x yN或者 InxGayAl1 x yAs 的材料，其中分别有 0 彡 x，y 彡 I 并且 x +y彡I。III/V半导体材料特别适用于在紫外的(InxGayAl1 xyN)经由可见的(InxGayAl1 xyN，尤其是对于蓝色至绿色辐射，或者InxGayAl1 x yP，尤其是对于黄色至红色辐射)直至红外的(InxGayAl1 x yAs)光谱范围中产生辐射。
[0021]在激光二极管的改进方案中，形截面波导的表面没有平面化层，其中在主面上布置电连接层。该连接层可以完全覆盖主面。可替代地，连接层可以被构成为经结构化的。优选地，电连接层是P型连接层，其与η型连接层实现激光二极管的电接触，所述η型连接层布置在半导体层堆叠的与P型连接层相对的侧上。所述连接层优选具有Pd、Pt、PtPd,PdPt 或者 Ni。
[0022]因为主面被构造为平坦的，因此连接层可以均匀地施加在主层面上。尤其是可以例如在η形截面波导的侧边沿处避免对连接层的遮蔽，由此显著提高了激光二极管的电负荷能力。此外由此改善了短路稳定性。另外，通过平面化层降低了连接层材料的迀移、例如金属迀移以及泄漏电流的危险。由此有利地改善了通向方向和截止方向上的电负荷能力。
[0023]在一个改进方案中，平面化层具有玻璃。尤其是，平面化层是玻璃层，该玻璃层例如由旋压玻璃、硼硅酸盐玻璃、磷硅酸盐玻璃或者流态玻璃制成。
[0024]在一个改进方案中，平面化层包含吸收体材料。所述吸收体材料均匀地分布在平面化层中。
[0025]吸收体材料适于至少部分地吸收特定波长的辐射。通过有针对