專利名稱：半導(dǎo)體激光器、其安裝方法、安裝其的結(jié)構(gòu)和光盤系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體激光器、一種半導(dǎo)體激光器的安裝方法、安裝有半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)和光盤系統(tǒng)，其適合應(yīng)用于氮化物型III-V族化合物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體激光器和使用該半導(dǎo)體激光器作為光源的光盤系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
圖8顯示了根據(jù)相關(guān)技術(shù)使用GaN襯底的GaN基半導(dǎo)體激光器。如圖8所示，在該GaN基半導(dǎo)體激光器中，在n型GaN襯底101上依次層疊n型AlGaN覆層102、n型GaN光波導(dǎo)層103、未摻雜Ga1-xInxN(阱層)/Ga1-yInyN(勢壘層，x＞y)多量子阱結(jié)構(gòu)的有源層104、p型GaN光波導(dǎo)層105、p型GaN/AlGaN超晶格覆層106和p型GaN接觸層107。p型GaN/AlGaN超晶格覆層106和p型GaN接觸層107的上部提供有在一個方向上直線延伸的脊108。形成絕緣層109來在脊108的側(cè)表面上和p型GaN/AlGaN超晶格覆層106的那些位于脊108的外側(cè)的部分上延伸。在脊108上形成p側(cè)電極110以與p型GaN接觸層107電接觸。另外，形成焊盤電極111以與p側(cè)電極110電接觸從而覆蓋p側(cè)電極110和絕緣層109。另一方面，形成n側(cè)電極112以與n型GaN襯底101的背側(cè)電接觸。
例如在日本專利公開No.2003-124572中公開了使用GaN襯底的半導(dǎo)體激光器。
將描述上述的GaN半導(dǎo)體激光器的安裝方法。如圖9A(頂平面圖)所示，由Sn或比如AgSn和AuSn的Sn混晶金屬組成的焊料202在矩形底座201的上表面上形成為條形式，如此設(shè)置GaN基半導(dǎo)體激光器芯片203從而其脊108位于條形式焊料202上，且在焊料202被熔融的條件下將壓力施加到GaN基半導(dǎo)體激光器芯片203，從而將GaN基半導(dǎo)體激光器芯片203安裝到底座201上。然后，如圖9B所示(從背側(cè)端表面所觀察的側(cè)視圖)，形成于底座201的周邊部分上的條形式結(jié)合焊盤204和GaN基半導(dǎo)體激光器芯片203的n側(cè)電極112通過引線205彼此結(jié)合。底座201在其上在形成有結(jié)合焊盤204的區(qū)域的相對側(cè)的區(qū)域中提供有另一條形式的結(jié)合焊盤206。在底座201的兩個角部分上分別設(shè)置用于定位GaN基半導(dǎo)體激光器芯片203和底座201的圖像識別圖案207和208。

發(fā)明內(nèi)容
但是，根據(jù)相關(guān)技術(shù)的上述的GaN基半導(dǎo)體激光器具有在焊盤電極111和與其相對的n側(cè)電極112之間的高靜電電容和不良的高頻特性的問題，且具有比如容易產(chǎn)生電流泄漏和介質(zhì)擊穿的進一步的問題，且在以所謂的p向下方式安裝半導(dǎo)體激光器的情況下它們更加顯著。
另外，如圖9C所示(側(cè)視圖)，當(dāng)實際上在底座201上安裝GaN基半導(dǎo)體激光器芯片203時施加壓力時，焊料202會側(cè)向流出且成為突出。通常，突出部分202a的高度為約30μm。在圖9D中顯示了如從背側(cè)端表面所觀察的該情況的側(cè)視圖。如圖9C和9D所示，突出部分202a可能與背側(cè)端表面接觸，造成在p側(cè)和n側(cè)之間容易產(chǎn)生電流泄漏或介質(zhì)擊穿。
因此，存在對于其中在焊盤電極和與其相對的電極之間的靜電電容小的半導(dǎo)體激光器的需要，所述半導(dǎo)體激光器具有良好的高頻特性且可以防止由于電流泄漏或介質(zhì)擊穿引起的缺陷的發(fā)生；存在對于安裝半導(dǎo)體激光器的方法的需要，通過所述方法可以良好地安裝所述半導(dǎo)體激光器，而沒有電流泄漏或介質(zhì)擊穿的發(fā)生；存在對于包括通過所述方法安裝的所述半導(dǎo)體激光器的半導(dǎo)體激光器安裝的結(jié)構(gòu)的需求。
而且，存在對于使用所述半導(dǎo)體激光器作為光源的光盤系統(tǒng)的需求。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供有一種半導(dǎo)體激光器，包括襯底；在所述襯底上的第一導(dǎo)電型的第一覆層；在所述第一覆層上的有源層；在所述有源層上的第二導(dǎo)電型的第二覆層；以及在所述第二覆層上的第二導(dǎo)電型的接觸層，其中，所述第二覆層和所述接觸層的上部分提供有一對彼此平行且有預(yù)定間距的凹槽以在其間形成脊；在所述脊上形成所述第二導(dǎo)電型側(cè)上的電極；絕緣層設(shè)置于所述脊的側(cè)表面上、所述凹槽的內(nèi)部上，以及所述凹槽的外側(cè)的區(qū)域中的接觸層上，且位于所述凹槽的外側(cè)的區(qū)域中的接觸層上的絕緣層的那些部分的厚度至少大于所述第二導(dǎo)電型側(cè)上的電極的厚度；以及形成焊盤電極來覆蓋所述第二導(dǎo)電型側(cè)上的電極且延伸到所述凹槽的外側(cè)的區(qū)域的上表面上的絕緣層上，且位于所述凹槽的外側(cè)的區(qū)域的上表面上的焊盤電極的那些部分的上表面設(shè)置于位于所述脊的上表面上的焊盤電極的部分的上表面上方。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，提供有一種在底座上安裝半導(dǎo)體激光器的方法，所述半導(dǎo)體激光器包括襯底；在所述襯底上的第一導(dǎo)電型的第一覆層；在所述第一覆層上的有源層；在所述有源層上的第二導(dǎo)電型的第二覆層；以及在所述第二覆層上的第二導(dǎo)電型的接觸層，其中，所述第二覆層和所述接觸層的上部分提供有一對彼此平行且有預(yù)定間距的凹槽以在其間形成脊；在所述脊上形成所述第二導(dǎo)電型側(cè)上的電極；絕緣層設(shè)置于所述脊的側(cè)表面上、所述凹槽的內(nèi)部上，以及所述凹槽的外側(cè)的區(qū)域中的接觸層上，且位于所述凹槽的外側(cè)上的區(qū)域中的接觸層上的絕緣層的那些部分的厚度至少大于所述第二導(dǎo)電型側(cè)上的電極的厚度；以及形成焊盤電極來覆蓋所述第二導(dǎo)電型側(cè)上的電極且延伸到所述凹槽的外側(cè)的區(qū)域的上表面上的絕緣層上，且位于所述凹槽的外側(cè)的區(qū)域的上表面上的焊盤電極的那些部分的上表面設(shè)置于位于所述脊的上表面上的焊盤電極的部分的上表面之上；且所述半導(dǎo)體激光器通過焊接安裝于所述底座上，焊接時如此決定焊料的圖案，使得在所述半導(dǎo)體激光器的脊的延伸線上沒有焊料，且如此進行定位使得所述半導(dǎo)體激光器的前側(cè)的端表面突出到底座的外側(cè)。
根據(jù)本發(fā)明的進一步的實施例，提供有一種安裝有半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包括安裝于底座上的半導(dǎo)體激光器，所述半導(dǎo)體激光器包括襯底；在所述襯底上的第一導(dǎo)電型的第一覆層；在所述第一覆層上的有源層；在所述有源層上的第二導(dǎo)電型的第二覆層；以及在所述第二覆層上的第二導(dǎo)電型的接觸層，其中，所述第二覆層和所述接觸層的上部分提供有一對彼此平行且有預(yù)定間距的凹槽以在其間形成脊；在所述脊上形成所述第二導(dǎo)電型側(cè)上的電極；絕緣層設(shè)置于所述脊的側(cè)表面上、所述凹槽的內(nèi)部上，以及所述凹槽的外側(cè)的區(qū)域中的接觸層上，且位于所述凹槽的外側(cè)的區(qū)域中的接觸層上的絕緣層的那些部分的厚度至少大于所述第二導(dǎo)電型側(cè)上的電極的厚度；形成焊盤電極來覆蓋所述第二導(dǎo)電型側(cè)上的電極且延伸到所述凹槽的外側(cè)的區(qū)域的上表面上的絕緣層上，且位于所述凹槽的外側(cè)的區(qū)域的上表面上的焊盤電極的那些部分的上表面設(shè)置于位于所述脊的上表面上的焊盤電極的部分的上表面上方；且所述半導(dǎo)體激光器通過焊接安裝于所述底座上，在焊接時如此決定焊料的圖案，使得在所述半導(dǎo)體激光器的脊的延伸線上沒有焊料，且如此進行定位使得所述半導(dǎo)體激光器的前側(cè)的端表面突出到底座的外側(cè)。
根據(jù)本發(fā)明的又一實施例，提供有一種使用半導(dǎo)體激光器作為光源的光盤系統(tǒng)，所述半導(dǎo)體激光器包括襯底；在所述襯底上的第一導(dǎo)電型的第一覆層；在所述第一覆層上的有源層；在所述有源層上的第二導(dǎo)電型的第二覆層；以及在所述第二覆層上的第二導(dǎo)電型的接觸層，其中，所述第二覆層和所述接觸層的上部分提供有一對彼此平行且有預(yù)定間距的凹槽以在其間形成脊；在所述脊上形成所述第二導(dǎo)電型側(cè)上的電極；絕緣層設(shè)置于所述脊的側(cè)表面上、所述凹槽的內(nèi)部上，以及所述凹槽的外側(cè)的區(qū)域中的接觸層上，且位于所述凹槽的外側(cè)的區(qū)域中的接觸層上的絕緣層的那些部分的厚度至少大于所述第二導(dǎo)電型側(cè)上的電極的厚度；以及形成焊盤電極來覆蓋所述第二導(dǎo)電型側(cè)上的電極且延伸到所述凹槽的外側(cè)的區(qū)域的上表面上的絕緣層上，且位于所述凹槽的外側(cè)的區(qū)域的上表面上的焊盤電極的那些部分的上表面設(shè)置于位于所述脊的上表面上的焊盤電極的部分的上表面上方。
在根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器、安裝半導(dǎo)體激光器的方法、安裝有半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)以及光盤系統(tǒng)中，絕緣膜可以基本由電絕緣或電阻足夠高的任何材料形成。但是，就半導(dǎo)體激光器的靜電電容的減小而言，優(yōu)選使用具有低介電常數(shù)的材料來形成絕緣膜。絕緣膜可以具有單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)。在絕緣膜具有兩層結(jié)構(gòu)的情形，上層優(yōu)選地由對于在振蕩波長處的光具有高吸收系數(shù)的膜構(gòu)成；例如，在激光束的波長處在紫外波段的情形，優(yōu)選地使用未摻雜的Si膜來構(gòu)成上層。另外，位于凹槽的外側(cè)的區(qū)域中的接觸層上的絕緣膜的那些部分的厚度和第二導(dǎo)電型側(cè)上的電極的厚度之間的差別通常在從50nm到1μm的范圍中選擇。相似地，位于凹槽的外側(cè)的區(qū)域的上表面上的焊盤電極的那些部分的上表面和位于脊的上表面上的焊盤電極的該部分的上表面之間的高度差別通常在從50nm到1μm的范圍中選擇。
襯底通常為導(dǎo)電襯底。第一覆層、有源層、第二覆層和接觸層通常由氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體組成。在該情形下，襯底通常為氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體襯底。氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體最通常由AlxByGa1-x-y-zInzAsuN1-u-vPv(其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤u≤1，0≤v≤1，0≤x+y+z＜1，且0≤u+v＜1)組成，更具體而言由AlxByGa1-x-y-zInzN(其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1且0≤x+y+z＜1)組成，且通常由AlxGa1-x-zInzN(其中，0≤x≤1，0≤z≤1)組成。最通常地，襯底為GaN襯底。通常地，第一導(dǎo)電型側(cè)上的電極形成于導(dǎo)電襯底的背側(cè)。
光盤系統(tǒng)包括僅用于再現(xiàn)(讀)的光盤系統(tǒng)、僅用于記錄(寫)的光盤系統(tǒng)、和能夠復(fù)制和記錄的光盤系統(tǒng)。
在根據(jù)如上配置的本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器、安裝半導(dǎo)體激光器的方法、安裝有半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)和光盤系統(tǒng)中，絕緣膜形成于脊的側(cè)表面上、凹槽的內(nèi)部、和所述凹槽的外側(cè)上的區(qū)域中的接觸層上，且位于所述凹槽的外側(cè)上的區(qū)域中的接觸層上的絕緣層的那些部分的厚度至少大于所述第二導(dǎo)電型側(cè)上的電極的厚度，由此可以設(shè)置焊盤電極和形成于襯底的背側(cè)的電極之間的距離至少部分地長于相關(guān)技術(shù)中的距離。此外，位于所述凹槽的外側(cè)的區(qū)域的上表面上的焊盤電極的那些部分的上表面設(shè)置于位于所述脊的上表面上的焊盤電極的部分的上表面上方，使得在將半導(dǎo)體激光器以焊盤電極向下安裝于底座上的情形下，負載施加到位于凹槽的外側(cè)的區(qū)域的上表面上的焊盤電極的那些部分的上表面上，且很少有負載施加到位于脊的上表面上的焊盤電極的部分的上表面上。
根據(jù)本發(fā)明，可以設(shè)置焊盤電極和形成于襯底的背側(cè)上的電極之間的距離至少部分地長于相關(guān)技術(shù)的距離。這使得可以減小焊盤電極和形成于襯底的背側(cè)的電極之間的靜電電容，由此提高高頻特性，且防止電流泄漏或介質(zhì)擊穿的發(fā)生。另外，在將該半導(dǎo)體激光器安裝于底座的情形下，可以保證在脊上不施加負載，使得可以防止半導(dǎo)體激光器中的失效的產(chǎn)生。另外，使用該半導(dǎo)體激光器作為光源使得可以實現(xiàn)高性能的光盤系統(tǒng)。


圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的GaN基半導(dǎo)體激光器的截面圖；圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的GaN基半導(dǎo)體激光器的靜電電容的測量結(jié)果的示意圖；圖3是顯示根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的GaN基半導(dǎo)體激光器的電阻的測量結(jié)果的示意圖；圖4是顯示根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的GaN基半導(dǎo)體激光器的正向介質(zhì)擊穿(forward dielectric breakdown)測試的結(jié)果的示意圖；圖5是顯示將根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的GaN基半導(dǎo)體激光器粘結(jié)到底座上的粘結(jié)強度的測量結(jié)果的示意圖；圖6A到6D分別是GaN基半導(dǎo)體激光器的頂視圖、從后側(cè)面所觀察的GaN基半導(dǎo)體激光器的側(cè)視圖、從橫向側(cè)所觀察的GaN基半導(dǎo)體激光器的側(cè)視圖和從背側(cè)所觀察的GaN基半導(dǎo)體激光器的側(cè)視圖，用于示出根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的安裝GaN基半導(dǎo)體激光器的方法；圖7是顯示根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的其上安裝有GaN基半導(dǎo)體激光器的底座結(jié)合到熱沉上的示意圖；圖8是顯示根據(jù)相關(guān)技術(shù)的GaN基半導(dǎo)體激光器的截面圖；以及圖9A到9D分別是GaN基半導(dǎo)體激光器的頂視圖、從后側(cè)面所觀察的GaN基半導(dǎo)體激光器的側(cè)視圖、從橫向側(cè)所觀察的GaN基半導(dǎo)體激光器的側(cè)視圖和從背側(cè)所觀察的GaN基半導(dǎo)體激光器的側(cè)視圖，用于示出根據(jù)相關(guān)技術(shù)的安裝GaN基半導(dǎo)體激光器的方法。
具體實施例方式
現(xiàn)在，將在以下參考附圖描述本發(fā)明的一些實施例。順便提及，在示出所述實施例的所有視圖和簡圖中，通過相同的標記指示相同或相應(yīng)的部分。
圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的GaN基半導(dǎo)體激光器。
如圖1所示，在GaN基半導(dǎo)體激光器中，在n型GaN襯底1上依次層疊n型AlGaN覆層2、n型GaN光波導(dǎo)層3、未摻雜的Ga1-xInxN(阱層)/Ga1-yInyN(勢壘層，x＞y)多量子阱結(jié)構(gòu)的有源層4、p型GaN光波導(dǎo)層5、p型GaN/AlGaN超晶格覆層6和p型GaN接觸層7。p型GaN/AlGaN超晶格覆層6和p型GaN接觸層7提供有在一個方向上直線延伸的脊8。凹槽9和10分別形成于脊8的兩側(cè)。由例如SiO2膜和其上的未摻雜的Si膜組成的絕緣層11形成于脊8的側(cè)表面上、凹槽9和10的內(nèi)部，以及凹槽9和10的外側(cè)的p型GaN接觸層7的那些部分上。p側(cè)電極12形成于脊8上，與p型GaN接觸層7電接觸。另外，形成焊盤電極13以覆蓋p側(cè)電極12和絕緣層11，與p側(cè)電極12電接觸。另一方面，n側(cè)電極14形成于n型GaN襯底1的背側(cè)上，與n型GaN襯底1電接觸。
這里，構(gòu)成激光器結(jié)構(gòu)的GaN基半導(dǎo)體層的例子如下n型AlGaN覆層2為1200nm、n型GaN光波導(dǎo)層3為12nm，有源層4的阱層為3.5nm(阱的數(shù)量為3)，有源層4的勢壘層為7nm，p型GaN光波導(dǎo)層5為12.3nm，且p型GaN/AlGaN超晶格覆層6為400nm。此外，n型AlGaN覆層2中的Al含量為例如0.05，且p型GaN/AlGaN超晶格覆層6的AlGaN層中的Al含量為例如0.08。
另外，令位于凹槽9和10的外側(cè)的平坦部分上的絕緣膜11的那些部分的厚度為h1，且令位于凹槽9和10的底部分上的絕緣膜11的那些部分的厚度為h2，則例如200nm≤h2或150nm≤h2或50nm≤h2，且h2≤h1。此外，令p側(cè)電極12的厚度為h3，且令位于兩側(cè)的焊盤電極13的那些平坦部分的上表面和位于p側(cè)電極12上的焊盤電極13的平坦部分的上表面之間的高度差為h4，則h4＞h3，且50nm≤h4≤1μm或100nm≤h4≤0.5μm。另外，令位于凹槽9和10的上側(cè)的焊盤電極13的那些凹入部分的寬度分別為W1和W2，且令位于脊8的上側(cè)的焊盤電極13的平坦部分的寬度為W3，則W1、W2≤250μm或W1、W2≤100μm或W1、W2≤20μm，且W3≤100μm、W3≤30μm或W3≤10μm。
現(xiàn)在，將在下描述制造該GaN基半導(dǎo)體激光器的方法。
首先，通過例如金屬有機化學(xué)氣相沉積(MOCVD)工藝等在n型GaN襯底1上依次外延生長n型AlGaN覆層2、n型GaN光波導(dǎo)層3、有源層4、p型GaN光波導(dǎo)層5、p型GaN/AlGaN超晶格覆層6和p型GaN接觸層7。接下來，在整個表面上形成絕緣膜(未顯示)，諸如SiO2膜，且然后通過蝕刻將絕緣膜構(gòu)圖為預(yù)定的形狀。隨后，通過使用絕緣膜作為蝕刻掩模的干法蝕刻，諸如反應(yīng)離子蝕刻(RIE)，進行蝕刻到p型GaN/AlGaN超晶格覆層6的厚度方向上的中間深度來形成凹槽9和10，由此形成脊8。接下來，在按原樣留下作為蝕刻掩模使用的絕緣膜的同時，例如在整個表面上依次形成SiO2膜和未摻雜的Si膜，且然后選擇性地蝕刻掉脊8的上側(cè)的這些膜。結(jié)果，形成絕緣膜11，其在凹槽9和10的區(qū)域中的厚度為h2且在凹槽9和10的外側(cè)的區(qū)域中的厚度為h1(≥h2)。隨后，在脊8上形成p側(cè)電極12，且進一步在其上形成焊盤電極13。接下來，從其背側(cè)拋光n型GaN襯底1，由此將n型GaN襯底1減薄到預(yù)定的厚度。隨后，在n型GaN襯底1的背側(cè)上形成n側(cè)電極14。以該方式，生產(chǎn)出圖1所示的GaN基半導(dǎo)體激光器。
圖2顯示了根據(jù)第一實施例的GaN基半導(dǎo)體激光器中的焊盤電極13和n側(cè)電極14之間的靜電電容C的測量結(jié)果。在圖2中，為了比較，也顯示了圖8中所示的根據(jù)相關(guān)技術(shù)的GaN基半導(dǎo)體激光器中的焊盤電極111和n側(cè)電極112之間的靜電電容C的測量結(jié)果。圖2顯示了在根據(jù)第一實施例的GaN基半導(dǎo)體激光器中，與根據(jù)相關(guān)技術(shù)的GaN基半導(dǎo)體激光器相比，電容器的靜電電容C被減小了一半。
圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的GaN基半導(dǎo)體激光器中焊盤電極13和n側(cè)電極14之間的電阻R的測量結(jié)果。在圖3中，為了比較，也顯示了圖8所示的根據(jù)相關(guān)技術(shù)的GaN基半導(dǎo)體激光器的焊盤電極111和n側(cè)電極112之間的電阻R的測量結(jié)果。從圖3可見根據(jù)第一實施例的GaN基半導(dǎo)體激光器的電阻R基本等于根據(jù)相關(guān)技術(shù)的GaN基半導(dǎo)體激光器的電阻R。
圖4顯示通過在根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的GaN基半導(dǎo)體激光器中的焊盤電極13和n側(cè)電極14之間施加正向電壓從而進行的介質(zhì)擊穿測試的結(jié)果。應(yīng)注意到絕緣膜11由兩層形成，即，SiO2膜和其上的未摻雜的Si膜，且h1＝400nm，h2＝200nm。在圖4中，為了比較，還顯示了通過在根據(jù)相關(guān)技術(shù)的GaN基半導(dǎo)體激光器中的焊盤電極11和p側(cè)電極112之間施加正向電壓從而進行的介質(zhì)擊穿測試的結(jié)果。應(yīng)注意到絕緣膜109由兩層形成，即，SiO2膜和其上的未摻雜的Si膜，且絕緣膜109具有200nm的厚度。從圖4可見根據(jù)第一實施例的GaN基半導(dǎo)體激光器的耐受電壓與根據(jù)相關(guān)技術(shù)的GaN基半導(dǎo)體激光器的耐受電極相比被增加了不小于30V。
圖5是在將根據(jù)第一實施例的GaN基半導(dǎo)體激光器以焊盤電極13向下即所謂的p向下模式安裝到底座上的情形下，相對于靜電電容C繪制的粘結(jié)強度示意圖。在圖5中，為了比較，還繪制了在將根據(jù)相關(guān)技術(shù)的GaN基半導(dǎo)體激光器以焊盤電極111向下安裝到底座上的情形中粘結(jié)強度相對于靜電電容C的圖。圖5顯示了在根據(jù)第一實施例的GaN基半導(dǎo)體激光器中，當(dāng)焊盤電極13的面積為0.147mm2時，粘結(jié)強度高至860g，且靜電電容C小至20pF。另一方面，在根據(jù)相關(guān)技術(shù)的GaN基半導(dǎo)體激光器中，當(dāng)焊盤電極111的面積為0.066mm2時，靜電電容C低至20pF，但粘結(jié)強度低至360g；當(dāng)焊盤電極111的面積為0.147mm2時，粘結(jié)強度低至600g，且靜電電容C大至45pF。
因此，根據(jù)第一實施例，可以獲得如下的各種優(yōu)點。因為通過在p型GaN/AlGaN超晶格覆層6和p型GaN接觸層7的上部分中形成凹槽9和10從而形成脊8，脊8兩側(cè)的凹槽9和10的外側(cè)的平部分與脊8在相同的高度。另外，可以將絕緣膜11的厚度h1和h2設(shè)置高于相關(guān)技術(shù)，且具體而言，可以將在焊盤電極13延伸的兩個端部分的區(qū)域中的絕緣膜11的厚度h1設(shè)置遠大于相關(guān)技術(shù)的厚度，使得可以擴大焊盤電極13和n側(cè)電極14之間的距離，由此可以減小其之間的靜電電容C，如圖2所示。此外，在該情形下，焊盤電極13和n側(cè)電極14之間的電阻R保持不變，如圖3所示，使得容易進行GaN基半導(dǎo)體激光器和其驅(qū)動電路之間的調(diào)整。具體而言，當(dāng)GaN基半導(dǎo)體激光器中的靜電電容C和電阻R是半導(dǎo)體激光器和驅(qū)動電路之間的調(diào)整的重要因素時，因為可以在不改變電阻R的情況下調(diào)整靜電電容C所以容易實現(xiàn)所述調(diào)整。另外，因為可以擴大焊盤電極13和n側(cè)電極14之間的距離，即使在如圖4所示的將GaN基半導(dǎo)體激光器以p向下方式安裝到底座上的情況中也不容易發(fā)生電流泄漏和介質(zhì)擊穿。此外，因為位于凹槽9和10的外側(cè)的區(qū)域中的焊盤電極13的那些部分的上表面設(shè)置得高于位于脊8的上側(cè)的焊盤電極13的部分的上表面，所以在以p向下方式將GaN基半導(dǎo)體激光器安裝到底座上的情況中，負載被施加到焊盤電極13的較高的上表面上。因此，可以將施加到脊8上的負載減小到極低的水平。另外，在保持靜電電容C不變的情況下，與相關(guān)技術(shù)比較，可以擴大焊盤電極13的面積。因此，可以在以p向下模式將GaN基半導(dǎo)體激光器安裝到底座上的情形中提高粘結(jié)強度，如圖5所示。另外，在為形成脊8而執(zhí)行的干法蝕刻期間，被蝕刻的表面可能會粗糙化，且由于所述的粗糙化可能會從形成于表面的突出部分開始發(fā)生介質(zhì)擊穿。但是，因為可以僅通過形成凹槽9和10來形成脊8，蝕刻區(qū)域遠小于相關(guān)技術(shù)的蝕刻區(qū)域，使得介質(zhì)擊穿不容易發(fā)生，其是有優(yōu)勢的。
這樣，可以實現(xiàn)高性能GaN基半導(dǎo)體激光器，且通過將所述GaN基半導(dǎo)體激光器安裝到底座上，可以實現(xiàn)高度可靠的安裝有GaN基半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)。GaN基半導(dǎo)體激光器和安裝有GaN基半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)例如適于作為光盤系統(tǒng)中光拾取的光源。
接下來，將在以下描述本發(fā)明的第二實施例。在第二實施例中，將描述根據(jù)第一實施例的GaN基半導(dǎo)體激光器的安裝方法。
在第二實施例中，如圖6A(頂視圖)所示，由例如Sn組成的焊料52以由小寬度部分和大寬度部分構(gòu)成的L形狀形成于例如由AlN組成的矩形底座51的上表面上。定位GaN基半導(dǎo)體激光器芯片53使得脊8位于焊料的大寬度部分上，且在熔融焊料52的條件下，將壓力施加到GaN基半導(dǎo)體激光器芯片53，從而安裝GaN基半導(dǎo)體激光器芯片53。焊料52的總體長度例如為800到900μm，小寬度部分的長度例如為280到320μm，大寬度部分的長度例如為480到620μm，小寬度部分的寬度例如為90到100μm，大寬度部分的寬度例如為170到180μm。在該情況中，將焊料52的小寬度部分的一個側(cè)表面和GaN基半導(dǎo)體激光器芯片53的脊8之間的距離L1設(shè)置在0μm＜L1≤100μm，或0μm＜L1≤200μm，或0μm＜L1≤300μm的范圍內(nèi)，且具體而言例如在25到35μm的范圍內(nèi)。在該情形下，在脊8的延長線上沒有焊料52。另外，將底座51的一側(cè)表面和GaN基半導(dǎo)體激光器芯片53的前側(cè)端面之間的距離Lf設(shè)置在0μm＜Lf≤50μm，或0μm＜Lf≤100μm，或0μm＜Lf≤200μm的范圍內(nèi)。另外，將焊料52的大寬度部分的一端表面和GaN基半導(dǎo)體激光器芯片53的背側(cè)端面之間的距離Lr設(shè)置在0μm＜Lr≤50μm，或0μm＜Lr≤100μm，或0μm＜Lr≤200μm的范圍內(nèi)。然后，如圖6B(從背側(cè)端表面所觀察的側(cè)視圖)所示，形成于底座51的周邊部分的條形結(jié)合焊盤54和GaN基半導(dǎo)體激光器芯片53的n側(cè)電極14通過引線55來彼此結(jié)合。在形成結(jié)合焊盤54的區(qū)域的相對側(cè)的區(qū)域中的周邊部分上形成另一條形結(jié)合焊盤56。結(jié)合焊盤54和GaN基半導(dǎo)體激光器芯片53的n側(cè)電極14通過引線55來彼此結(jié)合。結(jié)合焊盤54和56由例如Au組成。用于定位GaN基半導(dǎo)體激光器芯片53和底座51的圖像識別圖案57和58形成于底座51的兩個角區(qū)域。
如圖7所示，通過使用焊料60將以上的在其上具有GaN基半導(dǎo)體激光器芯片53的底座51結(jié)合到熱沉59。
根據(jù)該第二實施例，除了由于使用根據(jù)第一實施例的GaN基半導(dǎo)體激光器的優(yōu)點之外，可以獲得以下的優(yōu)點。如圖6C(側(cè)視圖)所示，當(dāng)在安裝GaN基半導(dǎo)體激光器芯片53時將壓力施加到底座51上時，焊料52會流出來形成突出部分。但是，在該實施例的情形中，焊料52的小寬度部分的一側(cè)表面和GaN基半導(dǎo)體激光器芯片53的脊8通過距離L1從彼此隔開，在脊8的延長線上沒有焊料52，且焊料52的大寬度部分的一端表面和GaN基半導(dǎo)體激光器芯片53的背側(cè)端表面也通過距離Lr從彼此隔開，使得突出部分52a不形成于脊8的附近而是形成于從脊8充分隔開的位置，如圖6D所示。因此，p側(cè)和n側(cè)之間的電流泄漏或介質(zhì)擊穿不容易從突出部分52a產(chǎn)生。另外，因為GaN基半導(dǎo)體激光器芯片53的前側(cè)端表面通過距離Lf從底座51的一例表面突出，不會因為從前側(cè)端表面輸出的激光束被底座51反射的過程而產(chǎn)生光量損失和彌散光的問題。此外，因為焊料52沒有形成于GaN基半導(dǎo)體激光器芯片53的背側(cè)端面的背側(cè)上，用于監(jiān)測從背側(cè)端面輸出的激光束的發(fā)光二極管可以設(shè)置到底座51的該部分上。
雖然在以上已經(jīng)具體描述了本發(fā)明的實施例，本發(fā)明不限于以上的實施例或受實施例的限制，且基于本發(fā)明的技術(shù)的各種改進是可能的。
例如，在以上的實施例中提及的數(shù)值、結(jié)構(gòu)、襯底、工藝等僅為例子，如需要還可以采用不同于那些上述的數(shù)值、結(jié)構(gòu)、襯底、工藝等來執(zhí)行本發(fā)明。
本發(fā)明包含于2004年11月1日提交到日本專利局的日本專利申請2004-318096的主題，在此將其全文引入以作參考。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體激光器，包括襯底；在所述襯底上的第一導(dǎo)電型的第一覆層；在所述第一覆層上的有源層；在所述有源層上的第二導(dǎo)電型的第二覆層；以及在所述第二覆層上的第二導(dǎo)電型的接觸層，其中，所述第二覆層和所述接觸層的上部分提供有一對彼此平行且有預(yù)定間距的凹槽以在其間形成脊；在所述脊上形成所述第二導(dǎo)電型側(cè)上的電極；絕緣層設(shè)置于所述脊的側(cè)表面上、所述凹槽的內(nèi)部上，以及所述凹槽的外側(cè)的區(qū)域中的所述接觸層上，且位于所述凹槽的外側(cè)的區(qū)域中的接觸層上的絕緣層的那些部分的厚度至少大于所述第二導(dǎo)電型側(cè)上的電極的厚度；且形成焊盤電極來覆蓋所述第二導(dǎo)電型側(cè)上的電極且延伸到所述凹槽的外側(cè)的區(qū)域的上表面上的絕緣層上，且位于所述凹槽的外側(cè)的區(qū)域的上表面上的焊盤電極的那些部分的上表面設(shè)置于位于所述脊的上表面上的焊盤電極的部分的上表面上方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光器，其中，所述第一覆層、所述有源層、所述第二覆層和所述接觸層包括氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光器，其中，所述襯底是導(dǎo)電半導(dǎo)體襯底。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光器，其中，所述襯底包括氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光器，其中，所述襯底是GaN襯底。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光器，其中，所述第一導(dǎo)電型側(cè)上的電極形成于所述襯底的背側(cè)上。
7.一種在底座上安裝半導(dǎo)體激光器的方法，所述半導(dǎo)體激光器包括襯底；在所述襯底上的第一導(dǎo)電型的第一覆層；在所述第一覆層上的有源層；在所述有源層上的第二導(dǎo)電型的第二覆層；以及在所述第二覆層上的第二導(dǎo)電型的接觸層，其中，所述第二覆層和所述接觸層的上部分提供有一對彼此平行且有預(yù)定間距的凹槽以在其間形成脊；在所述脊上形成第二導(dǎo)電型側(cè)上的電極；絕緣層設(shè)置于所述脊的側(cè)表面上、所述凹槽的內(nèi)部上，以及所述凹槽的外側(cè)的區(qū)域中的接觸層上，且位于所述凹槽的外側(cè)的區(qū)域中的接觸層上的絕緣層的那些部分的厚度至少大于所述第二導(dǎo)電型側(cè)上的電極的厚度；形成焊盤電極來覆蓋所述第二導(dǎo)電型側(cè)上的電極且延伸到所述凹槽的外側(cè)的區(qū)域的上表面上的絕緣層上，且位于所述凹槽的外側(cè)的區(qū)域的上表面上的焊盤電極的那些部分的上表面設(shè)置于位于所述脊的上表面上的焊盤電極的部分的上表面上方；且所述半導(dǎo)體激光器通過焊接安裝于所述底座上，在焊接時如此決定焊料的圖案，使得在所述半導(dǎo)體激光器的脊的延伸線上沒有所述焊料，且如此進行定位使得所述半導(dǎo)體激光器的前側(cè)的端表面突出到所述底座的外側(cè)。
8.一種安裝有半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包括安裝于底座上的半導(dǎo)體激光器，所述半導(dǎo)體激光器包括襯底；在所述襯底上的第一導(dǎo)電型的第一覆層；在所述第一覆層上的有源層；在所述有源層上的第二導(dǎo)電型的第二覆層；以及在所述第二覆層上的第二導(dǎo)電型的接觸層，其中，所述第二覆層和所述接觸層的上部分提供有一對彼此平行且有預(yù)定間距的凹槽以在其間形成脊；在所述脊上形成所述第二導(dǎo)電型側(cè)上的電極；絕緣層設(shè)置于所述脊的側(cè)表面上、所述凹槽的內(nèi)部上，以及所述凹槽的外側(cè)的區(qū)域中的接觸層上，且位于所述凹槽的外側(cè)的區(qū)域中的接觸層上的絕緣層的那些部分的厚度至少大于所述第二導(dǎo)電型側(cè)上的電極的厚度；形成焊盤電極來覆蓋所述第二導(dǎo)電型側(cè)上的電極且延伸到所述凹槽的外側(cè)的區(qū)域的上表面上的絕緣層上，且位于所述凹槽的外側(cè)的區(qū)域的上表面上的焊盤電極的那些部分的上表面設(shè)置于位于所述脊的上表面上的焊盤電極的部分的上表面上方；且所述半導(dǎo)體激光器通過焊接安裝于所述底座上，在焊接時如此決定焊料的圖案，使得在所述半導(dǎo)體激光器的脊的延伸線上沒有所述焊料，且如此進行定位使得所述半導(dǎo)體激光器的前側(cè)的端表面突出到所述底座的外側(cè)。
9.一種使用半導(dǎo)體激光器作為光源的光盤系統(tǒng)，所述半導(dǎo)體激光器包括襯底；在所述襯底上的第一導(dǎo)電型的第一覆層；在所述第一覆層上的有源層；在所述有源層上的第二導(dǎo)電型的第二覆層；以及在所述第二覆層上的第二導(dǎo)電型的接觸層，其中，所述第二覆層和所述接觸層的上部分提供有一對彼此平行且有預(yù)定間距的凹槽以在其間形成脊；在所述脊上形成所述第二導(dǎo)電型側(cè)上的電極；絕緣層設(shè)置于所述脊的側(cè)表面上、所述凹槽的內(nèi)部上，以及所述凹槽的外側(cè)的區(qū)域中的接觸層上，且位于所述凹槽的外側(cè)的區(qū)域中的接觸層上的絕緣層的那些部分的厚度至少大于所述第二導(dǎo)電型側(cè)上的電極的厚度；且形成焊盤電極來覆蓋所述第二導(dǎo)電型側(cè)上的電極且延伸到所述凹槽的外側(cè)的區(qū)域的上表面上的絕緣層上，且位于所述凹槽的外側(cè)的區(qū)域的上表面上的焊盤電極的那些部分的上表面設(shè)置于位于所述脊的上表面上的焊盤電極的部分的上表面上方。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體激光器及其安裝方法、安裝的結(jié)構(gòu)和光盤系統(tǒng)，所述半導(dǎo)體激光器特征在于，第二覆層和接觸層的上部分提供有一對彼此平行且有預(yù)定間距的凹槽以在其間形成脊；在脊上形成所述第二導(dǎo)電型側(cè)上的電極；絕緣層設(shè)置于脊的側(cè)表面上、凹槽的內(nèi)部上，以及凹槽的外側(cè)的區(qū)域中的接觸層上，且位于凹槽的外側(cè)的區(qū)域中的接觸層上的絕緣層的那些部分的厚度至少大于第二導(dǎo)電型側(cè)上的電極的厚度；以及形成焊盤電極來覆蓋第二導(dǎo)電型側(cè)上的電極且延伸到凹槽的外側(cè)的區(qū)域的上表面上的絕緣層上，且位于凹槽的外側(cè)的區(qū)域的上表面上的焊盤電極的那些部分的上表面設(shè)置得高于位于脊的上表面上的焊盤電極的部分的上表面。
文檔編號H01S5/323GK1770577SQ20051011927
公開日2006年5月10日 申請日期2005年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月1日
發(fā)明者谷口學(xué), 竹谷元伸, 藤本強, 池田昌夫, 橋津敏宏 申請人:索尼株式會社