專利名稱：形成在單個(gè)薄片上的半導(dǎo)體激光器諧振腔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)要求2005年8月25日提交的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)No.60/710,820的優(yōu)先權(quán)， 在此以參見的方式引入該專利申請(qǐng)的內(nèi)容。本發(fā)明涉及半導(dǎo)體二極管激光器，具體地說，涉及具有刻蝕腔面(facet)的低成 本InGaAIN基激光器。
背景技術(shù)：
InGaAIN 二極管激光器重要地作為用于許多應(yīng)用的光源；例如，在高密度光存 儲(chǔ)、顯示、打印和生物醫(yī)學(xué)方面。在與這些應(yīng)用相關(guān)聯(lián)的許多裝置和系統(tǒng)中，需要能夠 提供高波陣面質(zhì)量的輸出光束的激光源。此外，許多這些系統(tǒng)和裝置的廣泛應(yīng)用和商業(yè) 成功依賴于低成本供應(yīng)的能力。因此，高制造產(chǎn)率和低成本是需要來構(gòu)造這樣的系統(tǒng)和 裝置的光源的關(guān)鍵要求。基于至少具有n型下熔覆層、具有量子阱和勢(shì)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(dǎo)體二極管激光器由Ir^Ga^ALN制成，其中 0 <= x <= 1, 0 <= y <= 1, 0 <= z <= 1,并且 x+y+z=l。這些激光器可以發(fā) 射跨度至少從紫光到藍(lán)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(shù)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(duì)高制造產(chǎn)率、低成本、高可靠性，以及輸 出輻射的高光學(xué)質(zhì)量的要求時(shí)，面臨許多挑戰(zhàn)。當(dāng)前可用于InGaAIN基激光激活層的外延生長基底材料導(dǎo)致一個(gè)獨(dú)特的問題， 該問題造成獲取高制造產(chǎn)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(jù)基底材料的機(jī)械特性，使 用機(jī)械切割(cleaving)來形成激光器鏡面是很具有挑戰(zhàn)性的。用SiC和藍(lán)寶石制成的基 底已被用于InGaAIN層的制作，但這些材料不允許InGaAIN層的晶格匹配生長，并導(dǎo)致 很高的缺陷密度、低制造產(chǎn)率和可靠性的顧慮。近來，獨(dú)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(qǐng)公布No.US 2003/0145783 A1。但是，即使使用最高質(zhì)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(tǒng)的普通商用半導(dǎo)體激光器缺陷密度幾 個(gè)數(shù)量級(jí)。此外，當(dāng)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(duì)激光器制作制造產(chǎn)率的影響和提高制造產(chǎn)率一樣，是 很重要的。已經(jīng)知道，鏡面腔面可以通過刻蝕技術(shù)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(nèi)容。但是，刻蝕GaN鏡面腔面的早期工 作沒有導(dǎo)致高質(zhì)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(gè)角 度，如 Adesida 等，Applied Physics Letters，65 卷，889_891 頁，1"4 所述，并且腔面太 粗糙，導(dǎo)致低下的反射率，如 Stacker 等，Applied Physics Letters, 73 卷，1925-1927 頁， 1998所述。近來，一種使高質(zhì)量鏡面腔面可以在GaN材料系統(tǒng)中形成的新工藝，如Behfar 等于2006年6月20日提出申請(qǐng)，并轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)的受讓人的美國專利申請(qǐng)No.11/455,636 所述，在此以參見的方式引入該專利申請(qǐng)。如那份申請(qǐng)所述，由于包括在切割操作中 的機(jī)械處理，在晶片上采用傳統(tǒng)切割技術(shù)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(dǎo)致鏡面腔面的同時(shí)形成，以及晶片基底被分離成單獨(dú)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(guī)模生產(chǎn)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(duì)于生長在GaN基底上的InGaAIN基激光器而 言，切割的腔面的成功形成尤其困難。另一方面，如用于激光腔面形成的專利申請(qǐng)No.11/455,636所述的刻蝕方法的使 用使腔面形成的優(yōu)化可以獨(dú)立于后來的裝置分離。在這個(gè)工藝中，激光器以與集成電路 薄片制作在硅上非常相同的方法被制作在晶片上，從而薄片以全晶片的形式形成。激光 器鏡面通過刻蝕腔面技術(shù)(EFT)被刻蝕在晶片上，并且電觸點(diǎn)被制作在激光器上。激光 器在晶片上被測(cè)試，隨后晶片被分離來將激光器分開進(jìn)行封裝。刻蝕的AlGalnN基腔面 的掃描電子顯微鏡照片顯示，使用EFT工藝，可以獲得高度的垂直性和平整性，該工藝 也使得可以制作用于具有AlGalnN基材料可達(dá)到的波長要求的多種應(yīng)用的激光器和集成
直o前述的制作激光器的工藝可以概括為包括在具有AlGalnN基結(jié)構(gòu)的晶片上用光 刻確定多個(gè)光導(dǎo)裝置，以及刻蝕穿過由此產(chǎn)生的掩模以在晶片上制作多個(gè)激光波導(dǎo)腔的 步驟。另一下接刻蝕的光刻步驟，被用來當(dāng)波導(dǎo)依舊在晶片上時(shí)，在波導(dǎo)末端形成激光 腔面或鏡面。隨后，在激光器諧振腔上形成電觸點(diǎn)，在晶片上測(cè)試各個(gè)激光器，并且分 離晶片以將激光器分開進(jìn)行封裝。該刻蝕腔面的方法包括在晶片上的InGaAIN基激光器 波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的p摻雜頂層上使用高溫穩(wěn)定的掩模來確定腔面的位置，其中掩模保持頂層的 導(dǎo)電性，然后在化學(xué)輔助離子束刻蝕(CAIBE)中使用超過500°C的溫度和超過500V的離 子束電壓，穿過掩模在激光器結(jié)構(gòu)中刻蝕腔面。半導(dǎo)體和掩模材料之間刻蝕的選擇性對(duì)于獲取用于光子學(xué)的平直表面非常重 要。通過在高溫下執(zhí)行CAIBE，獲得掩模和GaN基基底之間的高選擇性。CAIBE的 高離子束電壓也被發(fā)現(xiàn)加強(qiáng)了選擇性。掩模材料經(jīng)過選擇來抵抗高溫刻蝕，但也防止對(duì) GaN基結(jié)構(gòu)的p接觸的損傷。尤其在InGaAIN激光器的情況下，激光器鏡面的刻蝕可以提供用于提高制造產(chǎn) 率并降低成本的優(yōu)點(diǎn)。例如(a)激光器諧振腔波導(dǎo)尺寸可以與薄片長度尺寸不同，并可以被優(yōu)化到最大的激 光器制作產(chǎn)率。通過制作有限長度的波導(dǎo)，在激光器激活區(qū)域發(fā)生材料缺陷的概率被降 低，并且提高制作產(chǎn)率。
(b)多個(gè)激光器可以被制作在一個(gè)半導(dǎo)體薄片上來提高產(chǎn)率和可靠性。(c)具有在晶片平面中水平定向激光器諧振腔的表面發(fā)射激光器，可以通過刻蝕 出45°表面以將輻射向上引導(dǎo)出晶片平面來制成。(d)用于修正期望反射率的激光腔面鍍層可以在裝置分離之前被應(yīng)用在全晶片級(jí) 上。(e)激光器測(cè)試可以在全晶片級(jí)上被經(jīng)濟(jì)地執(zhí)行。(f)諸如光二極管、透鏡、光柵等附加裝置可以與激光器形成一體?，F(xiàn)今大規(guī)模生產(chǎn)的基于GaAs和InP基底的二極管激光器的產(chǎn)率和成本并沒有受 到基底質(zhì)量和成本的影響。用于這些激光器裝置的基底通常具有大約102cm 2的缺陷密 度，并且可用在直徑最大為6英寸，而成本比GaN基底的成本低幾個(gè)數(shù)量級(jí)的更大尺寸 的晶片上。GaAs和InP都有閃鋅礦晶體結(jié)構(gòu)，這使得用于激光器末端鏡面的形成和薄片 分離的切割都變得容易，而切割是這些半導(dǎo)體激光器批量生產(chǎn)的主要方法。此外，在諸 如通訊領(lǐng)域中的二極管激光器的應(yīng)用，光學(xué)成像并不是首要問題，而光束質(zhì)量的要求更 寬松。為了產(chǎn)生高產(chǎn)率、低成本、高可靠性、好的波陣面質(zhì)量的InGaAIN激光器，需 要一種將位于或靠近激光器激活區(qū)域的基底誘導(dǎo)缺陷的出現(xiàn)最小化、提供不畸變的光束 的裝置設(shè)計(jì)，以及制作這樣一種激光器裝置的方法。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，InGaAIN半導(dǎo)體二極管激光器設(shè)有通過刻蝕形成的激光器鏡面。 激光器包含特殊設(shè)計(jì)特性，這些特殊設(shè)計(jì)特性可減小由基底缺陷引起的不合需要的產(chǎn)率 損失，降低裝置成本，改善可靠性，并且提供具有高光學(xué)波陣面質(zhì)量的輸出光束?，F(xiàn)有 技術(shù)顯示，鏡面或腔面刻蝕使得波導(dǎo)長度的制作可以縮短為3微米。由激光器腔面刻蝕 提供的附加優(yōu)點(diǎn)，比如全晶片測(cè)試和裝置集成也已經(jīng)如現(xiàn)有技術(shù)所述。但是，對(duì)激光器 波導(dǎo)長度和寬度進(jìn)行特殊選擇，來將由材料缺陷引起的產(chǎn)率減少最小化的需求并沒有在 該領(lǐng)域被認(rèn)知，而用于提供高光學(xué)波陣面質(zhì)量激光的特殊幾何構(gòu)型也沒有得到認(rèn)知。簡(jiǎn)要地說，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于產(chǎn)生諸如光存儲(chǔ)所需要的具有好的光 學(xué)波陣面特性的激光器的方法和結(jié)構(gòu)。為了這些目的，位于或靠近激光器的刻蝕前腔面 的幾何構(gòu)型用這樣的方法設(shè)計(jì)，其中為了防止有害的光束畸變，從激光器前腔面形成的 輸出光束基本不被半導(dǎo)體薄片的邊緣阻擋。該要求與其它領(lǐng)域的二極管激光器應(yīng)用相 反，比如通信，其光學(xué)成像并非首要問題，而且光束質(zhì)量的要求也更寬松。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)外延生長在基底上且至少具有下熔 覆層、激活層、上熔覆層和接觸層。穿過由光刻確定的掩模的干法刻蝕產(chǎn)生長度為1。、 寬度為激光器臺(tái)面。本發(fā)明的更佳形式是，另一種光刻和刻蝕被用于形成臺(tái)面頂部 寬度為w的脊形結(jié)構(gòu)，但是本發(fā)明被認(rèn)為并不限于脊形激光器結(jié)構(gòu)，刻蝕步驟也在激光 器波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的末端形成鏡面、或腔面。通過采用諸如在劃線或激光劃片后的鋸和切割等合適的分離工藝，晶片被分成 單個(gè)裝置薄片。薄片的長度ls和寬度bs可以分別被選擇為等于或長于波導(dǎo)長度1。和臺(tái)面 寬度方便的數(shù)值。
由于刻蝕用于激光器鏡面的形成，可以設(shè)計(jì)激光器波導(dǎo)從而使它短于裝置薄片 的長度，特別是可以對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行選擇來減少由InGaAIN激光器激活層中異常的高缺陷密 度所引起的產(chǎn)率損失。位于激光器激活波導(dǎo)區(qū)域的材料缺陷的概率與它的長度1。和有效 強(qiáng)度分布寬度和缺陷密度D有關(guān)。制作沒有這種缺陷的激光器的產(chǎn)率Yd與所述概率 成反比，并且可以用泊松(Poisson)統(tǒng)計(jì)來表示。根據(jù)本發(fā)明，選擇波導(dǎo)長度和寬度從而 對(duì)于給定的缺陷密度D，產(chǎn)率YD大于50%。特別對(duì)于要求激光具有高光學(xué)波陣面質(zhì)量的應(yīng)用，重要的是設(shè)計(jì)激光鏡面、臺(tái) 面、裝置薄片的幾何構(gòu)型，從而在沒有被薄片邊緣有效阻擋時(shí)，可以形成并傳播激光器 的輸出。因此，理想的是，在離形成激光束的激光器臺(tái)面的前端非常小的距離a，形成裝 置薄片的前端面。同時(shí)，為了防止損傷，分離必須不能在過于靠近高質(zhì)量鏡面表面的地 方進(jìn)行。由于與光刻控制的刻蝕工藝相比，分離的尺寸精度通常降低，所以理想的是， 選擇不長于激光器臺(tái)面長度1。的裝置薄片長度ls，并定位波導(dǎo)使a雖小但不為零。根據(jù)本發(fā)明，必須特別小心地選擇薄片邊緣和激光器臺(tái)面底部之間的距離a，以 及激光器輸出光束中心和激光器臺(tái)面頂部之間的高度h，使符合從激光器前鏡面發(fā)射的激 光器輻射光束散射角。在垂直于基底的方向上，從激光器前鏡面形成的輻射在光束中心 具有高強(qiáng)度，并且在離開光束中心的延長距離上強(qiáng)度下降。發(fā)射激光束的垂直發(fā)散角通 常由其半高寬遠(yuǎn)場(chǎng)角^表征，該遠(yuǎn)場(chǎng)角標(biāo)識(shí)在強(qiáng)度降低為中心數(shù)值50%的光線之間的角 度擴(kuò)展。裝置薄片的邊緣可以導(dǎo)致對(duì)正在傳播的激光束下部的部分阻擋。如果發(fā)生這種 現(xiàn)象，一些與頂部表面碰撞的光將被反射，并且與激光束上部發(fā)生干涉，而且與由薄片 邊緣引起的衍射一起導(dǎo)致不需要的輻射分布畸變、以及激光強(qiáng)度調(diào)制的空間改變。對(duì)于 要求高光學(xué)波陣面質(zhì)量的應(yīng)用，把通過分離工藝形成的薄片邊緣對(duì)激光的阻擋最小化是 很重要的。


本發(fā)明前述的附加對(duì)象、特性和優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于本發(fā)明的如下具有附圖的詳細(xì)描述 領(lǐng)域中的技術(shù)是很明顯的，其中圖1A示出具有垂直于基底平面的刻蝕腔面的分離的脊形半導(dǎo)體激光器；圖1B示出在沿著激光器波導(dǎo)方向的分離的脊形激光器的橫截面；圖1C示出在垂直于激光器波導(dǎo)方向的方向上的分離的脊形激光器的橫截面；圖1D示出具有與基底呈45°的刻蝕腔面的分離脊形半導(dǎo)體激光器；圖2示出在被分離成單個(gè)裝置前的激光器晶片的局部俯視圖；圖3表示激光器產(chǎn)率由激光器波導(dǎo)長度1。決定，其中4微米的有效寬度Wl被用 于計(jì)算和對(duì)于兩種不同缺陷密度的產(chǎn)率曲線，對(duì)于InGaAIN 二極管激光器報(bào)導(dǎo)的最低缺 陷密度為D = 105cm2，對(duì)于大規(guī)模生產(chǎn)的AlGaAs激光器，典型值為D = 102cm2 ；圖4以沿著激光器波導(dǎo)方向的橫截面來示出分離的脊形激光器發(fā)射極末端；圖5示出在垂直于光束傳播方向的方向上的激光束的高斯強(qiáng)度分布；圖6a以沿著激光器波導(dǎo)方向的橫截面來示出在具有輔助臺(tái)面方向上的脊形激光 器的發(fā)射極末端；圖6b示出具有由分離產(chǎn)生的長度為1。的激光器臺(tái)面、長度為lm的輔助臺(tái)面和長度為ls的薄片的裝置的三維視圖；圖7示出制作于一個(gè)薄片上的四個(gè)邊緣發(fā)射激光器；圖8示出包括InGaAIN激光器的光學(xué)采集系統(tǒng)；圖9示出包括光學(xué)采集系統(tǒng)和InGaAIN激光器的光學(xué)存儲(chǔ)系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在轉(zhuǎn)到本發(fā)明的具體描述，圖1A-1C示出二極管激光器薄片10，包括支承具 有末端腔面16和18的外延生長和刻蝕的脊形激光器14的基底12。如該領(lǐng)域所知，與目 前具有特殊設(shè)計(jì)幾何構(gòu)型的激光器相比，脊形激光器通過刻蝕激光器末端腔面形成。根 據(jù)本發(fā)明，半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)14外延生長在基底12上且至少具有下熔覆層20、激活層 22、上熔覆層24、以及接觸層26。穿過光刻確定的掩模的干法刻蝕，制造長度為1。、寬 度為bm的激光器臺(tái)面30。另一種光刻和刻蝕順序被用來形成臺(tái)面頂部寬度為w的脊形 結(jié)構(gòu)32。盡管如圖1A-C示意性所示并描述的激光器是脊形設(shè)計(jì)，但本發(fā)明并不局限于 脊形激光器結(jié)構(gòu)，并應(yīng)用到其它半導(dǎo)體激光器設(shè)計(jì)中。如圖2所示，通過已知的掩模和刻蝕步驟、多個(gè)激光器14、14(a)、14(b)、 14(c)……14n(n)制作于傳統(tǒng)晶片40上，基底12可能是該傳統(tǒng)晶片的形式。在這些激 光器形成和測(cè)試后，沿著水平或垂直切割線42和44劃線或激光劃片后，使用諸如鋸、 切割等正確的分離工藝，將晶片分成多個(gè)單個(gè)裝置薄片12、12(a)、12(b)、12(c)…… 12 (n)?？梢赃x擇各個(gè)薄片的長度ls和寬度bs來分別獲得等于或長于各個(gè)相應(yīng)的激光器 14的波導(dǎo)長度1。和臺(tái)面寬度bm的方便數(shù)值。通過對(duì)激光器和鏡面或腔面形成使用刻蝕工藝，比如腔面16和18，可以將各個(gè) 激光器波導(dǎo)設(shè)計(jì)成短于相應(yīng)薄片裝置的長度。特別是，可以選擇減少由位于InGaAIN激 光器激活層中顯著的高缺陷密度造成的產(chǎn)率損失的設(shè)計(jì)。位于如圖1A和1C所示的激光 器激活波導(dǎo)區(qū)域46中的材料缺陷概率，與該區(qū)域的長度1。、有效強(qiáng)度分布寬度Wl，以及 缺陷密度D有關(guān)。制作無缺陷激光器的產(chǎn)率YD與所述概率成反比，并可以使用泊松統(tǒng) 計(jì)表示Yd = exp (-DXWlXlc)(1)盡管根據(jù)無缺陷InGaAIN激光器的制作來對(duì)產(chǎn)率進(jìn)行討論，可能出現(xiàn)在對(duì)特殊 應(yīng)用足以發(fā)揮功能的諧振腔中具有一個(gè)或多個(gè)缺陷的InGaAIN激光器，所述情況將得到 充分理解。但是，在InGaAIN激光器中，在位于或靠近激活區(qū)46處減少缺陷對(duì)于激光器 產(chǎn)率和可靠性具有積極含義。垂直于激光器波導(dǎo)14的縱軸方向上，以及基底12平面上的激光強(qiáng)度分布，在中 間很高，而向兩邊降低。通常激光強(qiáng)度分布用高斯分布即足以描述。對(duì)于實(shí)用目的，這 里^被確定為強(qiáng)度降低到中心值的1/e3的點(diǎn)之間的寬度。注意到，其它的作用將對(duì)總制造產(chǎn)率Y造成影響，而YD只描述由密度為D的材 料缺陷導(dǎo)致的產(chǎn)率影響。圖3顯示出Yd受到1。的影響，其中D = 105cm2，寬度Wl = 4 微米。對(duì)于通常用于半導(dǎo)體二極管激光器的最大為1000微米的激光器長度的產(chǎn)率值如圖 所示。圖3清楚地示出，可以制作出長度為100微米的InGaAIN 二極管激光器，其產(chǎn)率 Yd比通常使用的長度為500微米的InGaAIN激光器的值高5倍。
圖3也示出對(duì)于大規(guī)模生產(chǎn)的用缺陷密度低于102cm 2的AlhGaxAS材料層制作 的780nm激光器的YD典型值。在InGaAIN激光器的情況下，隨著激光寬度1。的增大， 基底缺陷引起實(shí)質(zhì)產(chǎn)率退化，但是對(duì)于780nm的激光器卻沒有所述現(xiàn)象。因此，對(duì)于 AlGaAs激光器，無須考慮等式(1)所包含的設(shè)計(jì)約束，但是對(duì)于InGaAIN激光器，它們 導(dǎo)致實(shí)質(zhì)產(chǎn)率的改善。根據(jù)本發(fā)明，選擇波導(dǎo)長度和寬度，以使對(duì)于給定的缺陷密度D，由等式(1)決 定的Yd大于50%是理想的。有限波導(dǎo)長度的選擇具有降低總內(nèi)部激光器損耗的附加利益。特別對(duì)于要求激光具有高光學(xué)波陣面質(zhì)量的應(yīng)用，重要的是，將激光器鏡面 16、臺(tái)面30、裝置薄片10的幾何構(gòu)型設(shè)計(jì)成使從腔面16輸出的光束可以在不被薄片10 的邊緣50有效阻擋的情況下向外形成并傳播。因此，理想的是，在離形成激光束56的激 光器臺(tái)面30的前腔面16很小距離a處形成裝置薄片的前面部52 (參見圖1A和1B)。同 時(shí)，為了防止損傷，必須執(zhí)行薄片的分離以使切割線42(圖2)不與高質(zhì)量鏡面16靠得太 近。由于與光刻控制的刻蝕工藝相比，分離的尺寸精度通常大為減小，所以理想的是， 選擇長于激光器臺(tái)面30、以及因此激光器波導(dǎo)32的長度1。的裝置薄片10的長度ls，如圖 1A和1B所示，并且定位波導(dǎo)32以使a雖然小但不為零。根據(jù)本發(fā)明，薄片10的邊緣50和激光器臺(tái)面30底部之間的距離a，以及激光器 輸出光束56的中心線54和激光器臺(tái)面30的頂部58之間的高度h，必須很小心地選擇來 符合從前激光器鏡面16發(fā)射的激光器輻射56的光束發(fā)散角0 (參見圖1B和4)。在垂 直于基底52的頂部表面60的方向上，從前激光器鏡面16發(fā)射的輻射56在光束中心54 具有高強(qiáng)度，并且根據(jù)距離光束中心的距離而降低。圖5示出高斯強(qiáng)度分布曲線70，它 示出并近似由激光器發(fā)射的垂直輻射分布。發(fā)射激光束56的垂直發(fā)射角e通常用其半 高寬(FWHM)遠(yuǎn)場(chǎng)角，來表征，該遠(yuǎn)場(chǎng)角標(biāo)識(shí)在強(qiáng)度降低為光束56的中心數(shù)值50%的光 線之間的角度擴(kuò)展。在圖4中，光束邊界72和74標(biāo)識(shí)強(qiáng)度為位于中心區(qū)域54的最大強(qiáng) 度的50%，但總激光器輸出的相當(dāng)大部分傳播到這些邊界外。根據(jù)從圖4和5所可以理 解的，裝置薄片10的邊緣50部分阻擋傳播中的激光束56的下部。當(dāng)該情況發(fā)生時(shí)，一 些與頂部表面58碰撞的光將被反射，并將與激光束56的上部干涉，當(dāng)該作用與也可由薄 片邊緣引起的衍射相結(jié)合時(shí)，結(jié)果將出現(xiàn)輻射分布的不合需要的畸變，并在空間上改變 激光強(qiáng)度的調(diào)制。對(duì)于要求高質(zhì)量波陣面質(zhì)量的應(yīng)用，將由分離工藝形成的薄片邊緣50對(duì)激光56 的阻擋最小化是很重要的。對(duì)于表示發(fā)射激光輻射的半高寬(FWHM)遠(yuǎn)場(chǎng)角A，通過根 據(jù)等式(2)設(shè)置薄片10的幾何構(gòu)型，可以獲得光束阻擋的大量減少 (2)假定位于薄片邊緣的正確的高斯強(qiáng)度分布，由等式(2)描述的幾何構(gòu)型設(shè)計(jì)把 被裝置薄片阻擋的激光強(qiáng)度降低到約5%。該設(shè)計(jì)可以通過用足夠深的刻蝕形成的激光器 腔面，并仔細(xì)控制決定距離a的分離工藝來實(shí)現(xiàn)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，尺寸a所要求的精度可以通過制造如圖6(a)和6 (b) 所示長度為lm的相對(duì)高的輔助臺(tái)面被放寬。這些圖示出用關(guān)于圖1A-C的如上所述的方法制作于基底12上的薄片裝置80，相似的部件用相同的附圖標(biāo)記標(biāo)示。薄片裝置80與 圖1A到1C所示不同之處在于，設(shè)置了輔助臺(tái)面82，該輔助臺(tái)面82在前述裝置的臺(tái)面30 下方并制成該臺(tái)面30。熟悉所述技術(shù)領(lǐng)域的人所知的多個(gè)技術(shù)，可用于所述高臺(tái)面的制 作。這些方法不需要制造位于激光器波導(dǎo)末端的被反射鏡面16和18所要求的用于臺(tái)面 82的平滑高質(zhì)量表面。一個(gè)適合制造所需結(jié)構(gòu)的方法包括用光刻來標(biāo)識(shí)位于激光器激活 層22頂部的輔助臺(tái)面82的位置、長度、寬度，該激光器激活層22如前所述外延生長于 基底52上。隨后臺(tái)面邊界附近的材料被去除，形成深度b。激光器鏡面16和18隨后通 過上面所述方法形成，該方法也用光刻來確定激光器波導(dǎo)的長度1。和末端位置，以使激 光器前鏡面16相對(duì)于輔助臺(tái)面前邊緣84可以精確定位。如果圖6a所示的距離a選擇地 相對(duì)較小，則相對(duì)較淺的刻蝕深度就足以確保比例h/a滿足等式(2)的要求，從而防止任 何由輔助臺(tái)面對(duì)激光束造成的有害阻擋。在完成在晶片上制造功能完整的激光器所要求的光刻和刻蝕步驟后，如圖6a和 6b所示，通過將分離線42定位到離輔助臺(tái)面邊緣合適距離為as的位置上，晶片被分離成 單個(gè)裝置。為了避免不需要的光束阻擋，需要選擇距離as，從而
權(quán)利要求
1.一種薄片，包括基底，所述基底包括至少一個(gè)預(yù)先確定的低缺陷密度的區(qū)域、以及至少一個(gè)預(yù)先確 定的高缺陷密度的區(qū)域；半導(dǎo)體激光器，所述激光器制作在所述基底上，所述激光器具有激活區(qū)，并且具有 至少一個(gè)刻蝕腔面；并且其中，所述激活區(qū)完全包含在所述低缺陷密度區(qū)內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的薄片，其特征在于，其中所述低和高缺陷密度區(qū)域位于平行帶 中，還包括在所述基底上形成的波導(dǎo)諧振腔，所述諧振腔定位在不平行于所述帶的某個(gè) 角度上。
3.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述基底包含GaN。
4.如上述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，所述半導(dǎo)體激光器包括由 InGaAlN層所構(gòu)成的外延生長層結(jié)構(gòu)。
5.如上述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，光學(xué)發(fā)送器和成形器，所述光學(xué)發(fā)送器和成形器用于將來自所述激光器的輻射引導(dǎo) 和聚焦到光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)上；光學(xué)接收器，所述光學(xué)接收器用于接收來自所述光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)的反射激光，并提供 響應(yīng)于其的數(shù)據(jù)信號(hào)、以及表示與所述存儲(chǔ)介質(zhì)上的數(shù)據(jù)相關(guān)的聚焦激光的縱向和橫向 位置的位置錯(cuò)誤信號(hào)；致動(dòng)器，所述致動(dòng)器用于響應(yīng)于所述位置錯(cuò)誤信號(hào)控制所述聚焦激光的位置。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，光學(xué)存儲(chǔ)磁盤介質(zhì)，所述光學(xué)存儲(chǔ)磁盤介質(zhì)具有多個(gè)位于所述磁盤介質(zhì)附近的圓周 定向的數(shù)據(jù)磁道；激光強(qiáng)度控制器；以及所述數(shù)據(jù)信號(hào)的電子讀取裝置。
全文摘要
一種用于制造例如光存儲(chǔ)所需要的具有好的光學(xué)波陣面特性的激光器的方法和結(jié)構(gòu)，包括提供一種激光器，其中從激光器前腔面形成的輸出光束不被半導(dǎo)體薄片的邊緣所阻擋，來防止有害的光束畸變。半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)外延生長在基底上，且至少具有下熔覆層、激活層、上熔覆層和接觸層。穿過由光刻確定的掩模的干法刻蝕制造具有長度為lc、寬度為bm的激光器臺(tái)面。另一種光刻和刻蝕用于形成臺(tái)面頂部寬度為w的脊形結(jié)構(gòu)?？涛g步驟也在激光器波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的末端形成鏡面或腔面。薄片的長度ls和寬度bs可以被選擇為等于或長于波導(dǎo)長度lc和臺(tái)面寬度bm的方便的數(shù)值。波導(dǎo)長度和寬度被選擇，以使對(duì)于給定的缺陷密度D，產(chǎn)率大于50％。
文檔編號(hào)H01S5/30GK102013631SQ20101053774
公開日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2006年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月25日
發(fā)明者A·A·貝法, W·蘭斯 申請(qǐng)人:賓奧普迪克斯股份有限公司