[发明专利]形成在单个薄片上的半导体激光器谐振腔

说明书

技术领域

本申请要求2005年8月25日提交的美国临时专利申请No.60/710,820的优先权，在此以参见的方式引入该专利申请的内容。 

本发明涉及半导体二极管激光器，具体地说，涉及具有刻蚀腔面(facet)的低成本InGaAlN基激光器。 

背景技术

InGaAlN二极管激光器重要地作为用于许多应用的光源；例如，在高密度光存储、显示、打印和生物医学方面。在与这些应用相关联的许多装置和系统中，需要能够提供高波阵面质量的输出光束的激光源。此外，许多这些系统和装置的广泛应用和商业成功依赖于低成本供应的能力。因此，高制造产率和低成本是需要来构造这样的系统和装置的光源的关键要求。 

基于至少具有n型下熔覆层、具有量子阱和势垒的未掺杂激活层、p型上熔覆层、以及高掺杂p型接触层的外延生长层的半导体二极管激光器由In_xGa_yAl_zN制成，其中0＜＝x＜＝1，0＜＝y＜＝1，0＜＝z＜＝1，并且x+y+z＝1。这些激光器可以发射跨度至少从紫光到蓝绿光波长的波长范围。该类型的激光器已被制造出来，并如前述技术所述，参见例子，S Nkamura等，“The Blue Laser Diode：The Complete Story”，Springer-Verlag，2000，但这样的激光器在面对高制造产率、低成本、高可靠性，以及输出辐射的高光学质量的要求时，面临许多挑战。 

当前可用于InGaAlN基激光激活层的外延生长基底材料导致一个独特的问题，该问题造成获取高制造产率和低成本的显著障碍。例如，可用的基底引起激光激活材料层的不寻常的高缺陷密度，另外，如果并非不可能的话，根据基底材料的机械特性，使用机械切割(cleaving)来形成激光器镜面是很具有挑战性的。用SiC和蓝宝石制成的基底已被用于InGaAlN层的制作，但这些材料不允许InGaAlN层的晶格匹配生长，并导致很高的缺陷密度、低制造产率和可靠性的顾虑。近来，独立式的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等的美国专利申请公布No.US 2003/0145783 A1。但是，即使使用最高质量的GaN基底，激光器激活层显示出大约10⁵cm^-2的缺陷密度，该密度高于基于其它材料系统的普通商用半导体激光器缺陷密度几个数量级。此外，当前这些GaN基底的尺寸被限制为最多2英寸，而且成本很高。如果要获取低成本，限制缺陷密度对激光器制作制造产率的影响和提高制造产率一样，是很重要的。 

已经知道，镜面腔面可以通过刻蚀技术形成在二极管激光器上，如美国专利4,851,368，以及BehfarRad等，IEEE Journal of Quantum Electronics，28卷，1227-1231页，1992所述，在此以参见的方式引入它们的内容。但是，刻蚀GaN镜面腔面的早期工作没有导致高质量的镜面。例如，期望垂直于基底的被刻蚀表面与竖直方向形成一个角度，如Adesida等，Applied Physics Letters，65卷，889-891页，1994所述，并且腔面太粗糙，导致低下的反射率，如Stocker等，Applied PhysicsLetters，73卷，1925-1927页，1998所述。 

近来，一种使高质量镜面腔面可以在GaN材料系统中形成的新工艺，如Behfar等于2006年6月20日提出申请，并转让给本申请的受让人的美国专利申请No.11/455,636所述，在此以参见的方式引入该专利申请。如那份申请所述，由于包括在切割操作中的机械处理，在晶片上采用传统切割技术形成具有短谐振腔长度的多重激光器是很困难的。此外，切割导致镜面腔面的同时形成，以及晶片基底被分离成单独的激光器薄片。由于GaN晶体的切割比以前用于CD、DVD和通讯的大规模生产的二极管激光器中所使用的GaAs和InP基底的切割更困难，所以对于生长在GaN基底上的InGaAlN基激光器而言，切割的腔面的成功形成尤其困难。