專利名稱：發(fā)光器件及使用該發(fā)光器件的光學(xué)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有多個(gè)發(fā)光元件的發(fā)光器件及使用該發(fā)光器件的光學(xué)裝置。
近年來(lái)，在發(fā)光器件領(lǐng)域，人們努力開(kāi)發(fā)了在同一襯底(或電路板)上形成有不同輸出波長(zhǎng)的多個(gè)發(fā)光部分的半導(dǎo)體激光器(LD；激光二極管)(此后稱為多波長(zhǎng)激光器)。如

圖1所示，這種多波長(zhǎng)激光器的一個(gè)例子，是通過(guò)在單個(gè)芯片上形成具有不同輸出波長(zhǎng)的多個(gè)發(fā)光部分得到的(所謂的單片型多波長(zhǎng)激光器)。在多波長(zhǎng)激光器中，例如，通過(guò)利用汽相外延生長(zhǎng)AlGaAs系半導(dǎo)體材料層形成的光激射部分201，和通過(guò)生長(zhǎng)AlGaInP系半導(dǎo)體材料層形成的光激射部分202，在由GaAs(砷化鎵)構(gòu)成的襯底212的一個(gè)面上，并排設(shè)置，兩者間具有隔離溝槽211。這種情況下，光激射部分201的輸出波長(zhǎng)約為700nm的范圍(例如，780nm)，光激射部分202的輸出波長(zhǎng)約為600nm的范圍(例如650nm)。
除圖1所示結(jié)構(gòu)外，還已提出多個(gè)具有不同輸出波長(zhǎng)的半導(dǎo)體激光LD1和LD2并排安裝于電路板221上的結(jié)構(gòu)(所謂的混合型多波長(zhǎng)激光器)。然而，上述單片型激光器在高精度控制發(fā)光點(diǎn)間隔方面更有效。
這些多波長(zhǎng)激光器例如可用作光盤(pán)驅(qū)動(dòng)的激光源。目前，在光盤(pán)驅(qū)動(dòng)時(shí)，一般采用約700nm范圍內(nèi)的半導(dǎo)體激光用于CD(光盤(pán))記錄的光再現(xiàn)或用于利用例如CD-R(可記錄CD)、CD-RW(可再寫(xiě)CD)或MD(小型光盤(pán))等可記錄光盤(pán)的光學(xué)記錄/再現(xiàn)。約600nm范圍的半導(dǎo)體激光用于利用DVD(數(shù)字通用盤(pán))的光記錄/再現(xiàn)。通過(guò)在光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器上安裝如上所述的多波長(zhǎng)激光器，便可以針對(duì)任何現(xiàn)有光盤(pán)，實(shí)現(xiàn)光記錄/再現(xiàn)。另外，光激射部分201和202并排設(shè)置于同一襯底上(與同一電路上的混合型半導(dǎo)體激光器LD1和LD2相同)，僅需要為激光源提供一個(gè)封裝。例如物鏡和束分離器等用于利用各種光盤(pán)的光記錄/再現(xiàn)的光學(xué)系統(tǒng)部件的數(shù)量減少，可以簡(jiǎn)化光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。所以，可以實(shí)現(xiàn)光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器尺寸和成本的降低。
同時(shí)，近年來(lái)，利用短輸出波長(zhǎng)的半導(dǎo)體激光器進(jìn)一步提高光記錄面密度的要求進(jìn)一步增強(qiáng)。到目前為止，滿足該要求的已知半導(dǎo)體激光器材料有以GaN、AlGaN混晶和GaIN混晶為代表的氮化物系Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體(以下也稱為GaN系半導(dǎo)體)。利用GaN系半導(dǎo)體的半導(dǎo)體激光器能夠發(fā)射約400nm波長(zhǎng)的光，被認(rèn)為是利用光盤(pán)和現(xiàn)有光學(xué)系統(tǒng)實(shí)施光記錄/再現(xiàn)的極限波長(zhǎng)，因此，它們作為未來(lái)一代光記錄/再現(xiàn)裝置的光源引起了廣泛關(guān)注。還希望它能夠作為利用RGB三原色全色顯示器的光源。所以希望對(duì)帶有GaN系光激射部分的多波長(zhǎng)激光器進(jìn)行開(kāi)發(fā)。
如圖3所示，關(guān)于現(xiàn)有技術(shù)帶有GaN系光激射部分的多波長(zhǎng)激光器的例子，提出了一種多波長(zhǎng)激光器，其中AlGaAs系光激射部分201、AlGaInP系光激射部分202和GaN系光激射部分203并排形成于由SiC(碳化硅)構(gòu)成的襯底231的一個(gè)面上，兩者間具有隔離溝槽211a和211b(參見(jiàn)日本未審查專利申請(qǐng)平11-186651)。
然而，在制造這種單片型多波長(zhǎng)激光器時(shí)，存在一個(gè)問(wèn)題，即，例如由于GaN系材料和AlGaAs或AlGaInP系材料間的晶格常數(shù)極為不同，難以在同一襯底上作為一個(gè)芯片集成各光激射部分。
混合型多波長(zhǎng)激光器，正如已介紹的那樣，問(wèn)題是對(duì)發(fā)光點(diǎn)間隔的可控性很差。三個(gè)以上半導(dǎo)體激光器并排設(shè)置，會(huì)引起對(duì)發(fā)光點(diǎn)間隔控制的進(jìn)一步惡化的問(wèn)題。
本發(fā)明正是考慮了上述問(wèn)題做出的，其目的是提供一種容易制造、并可以精確控制發(fā)光位置的發(fā)光器件，以及利用該發(fā)光器件的光學(xué)裝置。
根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光器件具有多個(gè)疊置于支撐基底一個(gè)面上的發(fā)光器件。
根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)光器件具有支撐基底；設(shè)置于支撐基底的一個(gè)面上、具有第一襯底的第一發(fā)光元件；設(shè)置于第一發(fā)光元件的與支撐基底相反的一側(cè)上、具有第二襯底的第二發(fā)光反件。
根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)裝置具有多個(gè)發(fā)光元件疊置于支撐基底的一個(gè)面上的發(fā)光器件。
在根據(jù)本發(fā)明的另一光學(xué)裝置中，安裝了一個(gè)發(fā)光器件。所說(shuō)發(fā)光器件包括支撐基底；設(shè)置于支撐基底的一個(gè)面上、具有第一襯底的第一發(fā)光元件；設(shè)置于第一發(fā)光元件的與支撐基底相反的一側(cè)上、具有第二襯底的第二發(fā)光元件。
在根據(jù)本發(fā)明的該發(fā)光器件和根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)光器件中，多個(gè)發(fā)光元件都疊置于支撐基底的一個(gè)面上。因此，容易制造這些器件，并可以高精度設(shè)置發(fā)光區(qū)。
在根據(jù)本發(fā)明的該光學(xué)裝置和根據(jù)本發(fā)明的另一光學(xué)裝置中，具有根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光器件，其中有高精度設(shè)置的發(fā)光區(qū)。這有助于尺寸的減小。
以下說(shuō)明書(shū)將更充分展示本發(fā)明的其它和進(jìn)一步的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。
圖1是展示現(xiàn)有技術(shù)發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子的剖面圖。
圖2是展示現(xiàn)有技術(shù)發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)的另一例子的剖面圖。
圖3是展示現(xiàn)有技術(shù)發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)的再一例子的剖面圖。
圖4展示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖5是展示密封圖4所示發(fā)光器件的外殼結(jié)構(gòu)的局部放大透視圖。
圖6A和6B是介紹制造圖4所示發(fā)光器件的方法的剖面圖。
圖7A和7B是介紹圖6B后的制造工藝的剖面圖。
圖8A和8B是介紹圖7B后的制造工藝的剖面圖。
圖9A和9B是介紹圖8B后的制造工藝的剖面圖。
圖10是展示利用圖4所示發(fā)光器件的光盤(pán)記錄/再現(xiàn)裝置的結(jié)構(gòu)的示圖。
圖11是展示根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖12A和12B是介紹制造圖11所示發(fā)光器件的方法的剖面圖。
圖13A和13B是介紹圖12B后制造工藝的剖面圖。
圖14是介紹圖13B后制造工藝的剖面圖。
圖15是展示利用圖11所示發(fā)光器件的顯示裝置的示意結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖16是展示圖15所示顯示裝置的驅(qū)動(dòng)電路的主要部分結(jié)構(gòu)的示圖。
圖17是展示根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖18A和18B是介紹制造圖17所示發(fā)光器件的方法的剖面圖。
下面將結(jié)合各附圖詳細(xì)介紹本發(fā)明的各實(shí)施例。
第一實(shí)施例圖4示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的發(fā)光器件10A的剖面結(jié)構(gòu)。發(fā)光器件10A具有支撐基底11、設(shè)置于支撐基底11一個(gè)面上的第一發(fā)光元件20和設(shè)置于第一發(fā)光元件20的與支撐基底11相反的一側(cè)上的第二發(fā)光元件30。
支撐基底11由例如銅(Cu)等金屬構(gòu)成，并用作散發(fā)第一和第二發(fā)光元件20和30產(chǎn)生的熱量的熱沉。支撐基底11與外部電源(未示出)電連接，還起電連接第一發(fā)光元件20和外部電源的作用。
第一發(fā)光元件20例如是能發(fā)射約400nm波長(zhǎng)的光的半導(dǎo)體激光器。第一發(fā)光元件20的結(jié)構(gòu)如下，在設(shè)置支撐基底11的那一側(cè)上，由氮化物系Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的n型包層22、有源層23、防退化層24、p型包層25和p側(cè)接觸層26，按所述順序彼此疊置于由氮化物系Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的第一襯底21上。氮化物系Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體是至少含有短周期型周期表中3B族元素中的一種和至少含有短周期型周期表中5B族元素中的氮(N)的材料。
具體說(shuō)，第一襯底21例如由摻硅(Si)作n型雜質(zhì)的n型GaN構(gòu)成，其在淀積方向的厚度(以下簡(jiǎn)稱為厚度)例如為80-100微米。GaN是在可見(jiàn)光區(qū)(約380-800nm)透明的材料。GaN是具有約1.3W/(cm·K)的優(yōu)異熱導(dǎo)率的材料。利用這種特性，第一襯底21可作為散除第二發(fā)光元件30所產(chǎn)生熱量的熱沉。
n型包層22例如厚1微米，由摻有硅作n型雜質(zhì)的n型AlGaN(例如Al0.08Ga0.92N)混晶構(gòu)成。有源層23例如厚30nm，具有多量子阱結(jié)構(gòu)，包括由具有不同組分的GaxIn1-xN(其中x≥0)構(gòu)成的阱層和勢(shì)壘層。有源層23用作發(fā)光部分。
防退化層24例如20nm厚，由摻有鎂(Mg)作p型雜質(zhì)的p型AlGaN(例如Al0.2Ga0.8N)混晶構(gòu)成。p型包層25例如0.7微米厚，由摻有鎂(Mg)作p型雜質(zhì)的p型AlGaN(例如Al0.08Ga0.92N)混晶構(gòu)成。p側(cè)接觸層26例如厚0.1微米，由摻有鎂(Mg)作p型雜質(zhì)的p型GaN構(gòu)成。
p型包層25的一部分和p側(cè)接觸層26形成為窄條形，在諧振腔方向(垂直于圖4中圖面的方向)延伸，以形成所謂的激光條，從而限制電流。p側(cè)接觸層26設(shè)置在垂直于諧振腔方向的方向(圖4中箭頭A所示方向)的中央部分。p側(cè)接觸層26的側(cè)面和p型包層25的與防退化層24相對(duì)的一側(cè)被二氧化硅(SiO2)等構(gòu)成的絕緣層27覆蓋。有源層23中對(duì)應(yīng)于p側(cè)接觸層26的區(qū)是發(fā)光區(qū)。
在p側(cè)接觸層26的與p型包層25相反的一側(cè)上，形成有p側(cè)電極28。p側(cè)電極28通過(guò)從p側(cè)接觸層26側(cè)起依次淀積鈀(Pd)、鉑(Pt)和金(Au)形成，并與p側(cè)接觸層26電連接。p側(cè)電極28還通過(guò)粘附層12與支撐基底11電連接。粘附層12例如由金(Au)和錫(Sn)的合金或錫構(gòu)成。
在第一襯底21與支撐基底11相對(duì)的一側(cè)上，對(duì)應(yīng)于以后將介紹的光激射部分50，設(shè)置有n側(cè)電極29。n側(cè)電極29例如通過(guò)從第一襯底21側(cè)起依次淀積鈦(Ti)和鋁，并通過(guò)熱處理使所淀積的材料合金化得到，n側(cè)電極29與第一襯底21電連接。n側(cè)電極29還可作為連接光激射部分50與外部電源的布線。在第一襯底21的與支撐基底11相反的一側(cè)上，形成有電連接第二發(fā)光元件30的光激射部分40的布線層13，兩者間具有絕緣膜14。布線層13例如由金屬構(gòu)成。以后將詳細(xì)介紹光激射部分40的情況。
另外，在第一發(fā)光元件20的諧振腔方向上的端部的一對(duì)側(cè)面，用作諧振腔的兩個(gè)端面。一對(duì)反射鏡膜(未示出)形成于該諧振腔的該對(duì)端面上。該對(duì)反射鏡膜中的一個(gè)設(shè)定為以高反射率反射有源層23中產(chǎn)生的光，另一個(gè)設(shè)定為以低于上述反射率的反射率反射光，所以光從另一個(gè)膜中出來(lái)。
第二發(fā)光元件30例如具有第二襯底31、光激射部分40和光激射部分50。光激射部分40能夠發(fā)射約700nm范圍內(nèi)的光(例如780nm)，該部分形成于第二襯底31上設(shè)置支撐基底11的一側(cè)上，其間具有緩沖層32。光激射部分50能夠發(fā)射約600nm范圍內(nèi)的光(例如650nm)，該部分形成于第二襯底31上設(shè)置支撐基底11的一側(cè)上，其間有緩沖層32。第二襯底31例如厚約100微米，由摻雜有硅作n型雜質(zhì)的n型GaAs構(gòu)成。緩沖層32例如厚約0.5微米，并由摻有硅作n型雜質(zhì)的n型GaAs構(gòu)成。光激射部分40和50間設(shè)有例如200微米或更小的間隔，以便它們的諧振腔方向與第一發(fā)光元件20的方向?qū)?zhǔn)，第一發(fā)光元件20的p側(cè)接觸層26位于光激射部分40和50之間。具體說(shuō)，光激射部分40的發(fā)光區(qū)和光激射部分50的發(fā)光區(qū)間的空間約為120微米，第一發(fā)光器件20的發(fā)光區(qū)定位成恰好位于光激射部分40和50的發(fā)光區(qū)中間。以后將介紹光激射部分40和50的發(fā)光區(qū)的具體情況。
光激射部分40具有以下結(jié)構(gòu)，即，n型包層41、有源層42、p型包層43和p型帽蓋層44按所述順序從第二襯底31側(cè)起依次彼此疊置。每層例如都由至少含短周期型周期表中的3B族元素中的鎵(Ga)和至少含短周期型周期表中的5B族元素中的砷(As)的Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成。
具體說(shuō)，n型包層41例如厚1.5微米，由摻硅作n型雜質(zhì)的n型AlGaAs混晶構(gòu)成。有源層42例如厚40nm，具有多量子阱結(jié)構(gòu)，包括由具有不同組分的AlxGa1-xAs(其中x≥0)構(gòu)成的阱層和勢(shì)壘層。有源層42用作發(fā)光部分，例如，輸出光波長(zhǎng)在約700nm的范圍內(nèi)。p型包層43例如厚1.5微米，由摻有鋅(Zn)作p型雜質(zhì)的p型AlGaAs混晶構(gòu)成。p型帽蓋層44例如厚0.5微米，由摻有鋅(Zn)作p型雜質(zhì)的p型GaAs構(gòu)成。
p型包層43的一部分和p型帽蓋層44形成為在諧振腔方向延伸的窄條形，從而限制電流。條形部分的兩側(cè)上，設(shè)置有電流阻擋區(qū)45。有源層42的對(duì)應(yīng)于p側(cè)帽蓋層44的區(qū)用作發(fā)光區(qū)。
p型帽蓋層44的與p型包層43相對(duì)的一側(cè)上，形成p側(cè)電極46。p側(cè)電極46例如通過(guò)從p型帽蓋層44側(cè)起依次淀積鈦、鉑和金，并通過(guò)熱處理使所淀積材料合金化形成，并與p型帽蓋層44電連接。p側(cè)電極46還通過(guò)粘附層15與布線層13電連接。粘附層15例如由與粘附層12類似的材料構(gòu)成。
光激射部分50具有以下結(jié)構(gòu)，即，n型包層52、有源層53、p型包層54和p型帽蓋層55按所述順序從第二襯底31側(cè)起依次彼此疊置，中間具有緩沖層51。每層例如都由至少含短周期型周期表中的3B族元素中的銦(In)和至少含短周期型周期表中的5B族元素中的磷(P)的Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成。
具體說(shuō)，緩沖層51例如0.5微米厚，由摻雜有硅作n型雜質(zhì)的n型InGaP混晶構(gòu)成。n型包層52例如厚1.5微米，由摻硅作n型雜質(zhì)的n型AlGaInP混晶構(gòu)成。有源層53例如厚35nm，具有多量子阱結(jié)構(gòu)，包括由具有不同組分的AlxGayIn1-x-yP(其中x≥0,y≥0)的阱層和勢(shì)壘層。有源層53用作發(fā)光部分。p型包層54例如厚1.0微米厚，由摻有鋅(Zn)作p型雜質(zhì)的p型AlGaInP混晶構(gòu)成。p型帽蓋層55例如厚0.5微米，由摻有鋅(Zn)作p型雜質(zhì)的p型GaAs構(gòu)成。
p型包層54的一部分和p型帽蓋層55形成為窄條形，以便形成在諧振腔方向延伸的電流限制區(qū)。條形部分的兩側(cè)上，設(shè)置有電流阻擋區(qū)56。有源層53的對(duì)應(yīng)于p側(cè)帽蓋層55的區(qū)用作發(fā)光區(qū)。
p型帽蓋層55的與p型包層54相反的一側(cè)上，設(shè)置有p側(cè)電極57.p側(cè)電極57與p型帽蓋層55電連接，例如具有與p側(cè)電極46類似的結(jié)構(gòu)。p側(cè)電極57還通過(guò)粘附層16與第一發(fā)光元件20的n側(cè)電極29電連接，所說(shuō)粘附層16由與粘附層15類似的材料構(gòu)成。
在第二襯底31的與支撐基底11相對(duì)的一側(cè)上，形成光激射部分40和50的n側(cè)電極33。n側(cè)電極例如可通過(guò)從第二襯底31一側(cè)起依次淀積金(Au)和鍺(Ge)的合金、鎳和金，并通過(guò)熱處理使所淀積的材料合金化得到。
另外，在第二發(fā)光元件30的諧振腔方向上的端部的一對(duì)側(cè)面，用作諧振腔的兩個(gè)端面。一對(duì)反射鏡膜(未示出)形成于每個(gè)光激射部分40和50的諧振腔的該對(duì)端面上。該對(duì)反射鏡膜之間的反射率關(guān)系，設(shè)定為對(duì)應(yīng)于設(shè)置于第一發(fā)光元件20中的那對(duì)反射鏡膜之間的反射率關(guān)系。光從第一發(fā)光元件20及第二發(fā)光元件30的光激射部分40和50的相同側(cè)發(fā)射。
如圖5所示，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，具有這種結(jié)構(gòu)的發(fā)光器件10A例如被密封在外殼1內(nèi)。外殼1例如具有盤(pán)形支撐體2和設(shè)置在支撐體2一面上的蓋體3。蓋體3內(nèi)，支撐基底11由支撐體2支撐，發(fā)光器件10A被密封。發(fā)光器件10A發(fā)射的光從蓋體3的窗口3a發(fā)出。
外殼1上具有多個(gè)導(dǎo)電管腳4a-4d，管腳4a與支撐基底11電連接。其它管腳4b-4d例如分別通過(guò)絕緣環(huán)5b-5d穿過(guò)支撐體2，從蓋體3內(nèi)延伸到外部。布線層13通過(guò)布線6b電連接管腳4b。n側(cè)電極29通過(guò)布線6c電連接管腳4c。n側(cè)電極33通過(guò)布線6d電連接管腳4d。盡管這里作為例子介紹了具有四個(gè)管腳4a-4d的外殼1，但可以根據(jù)需要設(shè)定管腳數(shù)。例如，在布線層13和支撐基底11通過(guò)布線連接時(shí)，不需要管腳4b，管腳數(shù)將變?yōu)?。
這種發(fā)光器件10A可如下制連圖6A-9B示出了制造發(fā)光器件10A的方法的各制造步聚首先，如圖6A所示，例如，制備由n型GaN構(gòu)成的第一襯底21，其厚約400微米。在第一襯底21的表面上，利用MOCVD依次生長(zhǎng)由n型AlGaN混晶構(gòu)成的n型包層22、由InGaN混晶構(gòu)成的有源層23、由p型AlGaN混晶構(gòu)成的防退化層24、由p型AlGaN混晶構(gòu)成的p型包層25和由p型GaN構(gòu)成的p側(cè)接觸層26。在生長(zhǎng)每層時(shí)，第一襯底21的溫度例如調(diào)到750℃-1100℃。
參見(jiàn)圖6B，在p側(cè)接觸層26上形成掩模(未示出)。把p側(cè)接觸層26和p型包層25的上層部分，選擇性蝕刻成窄條形，于是露出p型包層25。然后，利用p側(cè)接觸層26上的未示出的掩模，形成絕緣層27，覆蓋p型包層25的表面和p側(cè)接觸層26的側(cè)面。
形成絕緣層27后，在p側(cè)接觸層26表面上和周?chē)?，例如依次汽相淀積鈀、鉑和金，形成p側(cè)電極28。另外，為容易在以后將介紹的工藝中解理第一襯底21，例如，研磨并拋光第一襯底21的背面?zhèn)?，使第一襯底的厚度變?yōu)榧s100微米。
然后，在第一襯底21的背面?zhèn)壬?，在?duì)應(yīng)于光激射部分40的位置，形成絕緣膜14，并在絕緣膜14上形成布線層13。與光激射部分50的位置對(duì)應(yīng)，例如，依次汽相淀積鈦和鋁，形成n側(cè)電極29。具體說(shuō)，布線層13和n側(cè)電極29中的每一個(gè)都形成在離p側(cè)接觸層26約60微米的位置。在本實(shí)施例中，第一襯底21由GaN構(gòu)成，在可見(jiàn)光區(qū)是透明的，由Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成、并且在可見(jiàn)光區(qū)也是透明的各層，疊置于第一襯底21上。因此，從第一襯底21側(cè)可以觀察p側(cè)電極28的位置，可以在光刻工藝中以高精度實(shí)施定位。即，可以精確控制布線層13和n側(cè)電極29形成的位置。由于第一襯底21的GaN硬，所以甚至在第一襯底21的厚度約為100微米時(shí)，在光刻工藝中第一襯底21也不會(huì)龜裂。
形成布線層13和n側(cè)電極29后，進(jìn)行熱處理，使n側(cè)電極29合金化。然后，盡管未示出，例如，以預(yù)定的寬，垂直于p側(cè)電極28的縱向，解理第一襯底21，在解理面上形成一對(duì)反射鏡膜。以此方式，制造第一發(fā)光元件20。
如圖7A所示，例如，制備由n型GaAs構(gòu)成的第二襯底31，其厚度為約350微米。在第二襯底31的表面上，通過(guò)MOCVD依次生長(zhǎng)n型GaAs層構(gòu)成緩沖層32、n型AlGaAs構(gòu)成的n型包層41、由AlxGa1-xAs(其中x≥0)混晶構(gòu)成的有源層42、由p型AlGaAs混晶構(gòu)成的p型包層43和由p型GaAs構(gòu)成的p型帽蓋層44。在生長(zhǎng)每層時(shí)，第二襯底31的溫度例如調(diào)到約750℃-800℃。
如圖7B所示，在p型帽蓋層44上，對(duì)應(yīng)于將要形成光激射部分40的區(qū)域，形成抗蝕膜R1。然后，利用抗蝕膜R1作掩模，例如利用硫酸基腐蝕劑，選擇性去除p型帽蓋層44，并利用氫氟酸基腐蝕劑，選擇性去除p型帽蓋層44、p型包層43、有源層42和n型包層41的未覆蓋抗蝕膜R1的部分。然后，去除抗蝕膜R1。
然后，如圖8A所示，例如，利用MOCVD，依次生長(zhǎng)n型InGaP混晶構(gòu)成的緩沖層51、n型AlGaInP混晶構(gòu)成的n型包層52、由AlxGayIn1-x-yP(其中x≥0,y≥0)混晶構(gòu)成的有源層53、由p型AlGaInP混晶構(gòu)成的p型包層54和由p型GaAs構(gòu)成的p型帽蓋層55。在生長(zhǎng)每層時(shí)，第二襯底31的溫度例如調(diào)到約680℃。
然后，如圖8B所示，在p型帽蓋層55上，對(duì)應(yīng)于將要形成光激射部分50的區(qū)域，形成抗蝕膜R2。然后，利用抗蝕膜R2作掩模，例如利用硫酸基腐蝕劑，選擇性去除p型帽蓋層55，并利用磷酸基腐蝕劑和鹽酸基腐蝕劑，選擇性去除p型包層54、有源層53和n型包層52。利用鹽酸基腐蝕劑，選擇性去除緩沖層51。然后，去除抗蝕膜R2。
去除了抗蝕膜R2后，如圖9A所示，例如，在p型帽蓋層44和55上，形成窄條形掩模(未示出)，通過(guò)離子注入，在p型帽蓋層44和55和p型包層43和54的上層部分中，引入例如硅等n型雜質(zhì)。引入了雜質(zhì)的區(qū)是絕緣的，變成電流阻擋區(qū)45和56。這種情況下，由于p型帽蓋層44和55的位置利用光刻限定，所以可以精確地控制這些位置。
形成了電流阻擋區(qū)45和56后，如圖9B所示，例如，在p型帽蓋層44和55上和周?chē)?，依次汽相淀積鎳、鉑和金，形成p側(cè)電極46和57。另外，通過(guò)研磨和拋光第二襯底31的背面，將第二襯底31的厚度例如設(shè)為約100微米。然后，例如，在第二襯底31的背面上，依次汽相淀積金和鍺的合金、鎳和金，從而形成光激射部分40和50的公用n側(cè)電極33。然后，進(jìn)行熱處理，使p側(cè)電極46和57及n側(cè)電極33合金化。另外，盡管未示出，例如，以預(yù)定寬度，垂直于p側(cè)電極46和57的縱向，解理第二襯底31，在解理面上形成一對(duì)反射鏡膜。以此方式，形成第二發(fā)光元件30。
如上所述形成了第一和第二發(fā)光無(wú)件20和30后，制備支撐基底11。例如，利用粘附層12，將第一發(fā)光元件20的絕緣層27和p側(cè)電極28及支撐基底11粘附在一起。例如，利用粘附層15，將第二發(fā)光元件30的p側(cè)電極46和布線層13粘附在一起。例如，利用粘附層16，將第二發(fā)光元件30的p側(cè)電極57與第一發(fā)光元件20中的p側(cè)電極29粘附在一起。以此方式，完成圖4所示發(fā)光器件10A。
由于第二發(fā)光元件30設(shè)置于第一發(fā)光元件20上。以便布線層13和利用高精度光刻技術(shù)形成的n側(cè)電極29，對(duì)應(yīng)于利用高精度光刻技術(shù)類似形成的p型帽蓋層44和55，所以可以精確控制發(fā)光區(qū)的位置。
在同時(shí)粘附支撐基底11與第一發(fā)光元件20、粘附第一和第二發(fā)光元件20和30的情況下，較好是利用相同材料形成粘附層12、15和16。在分別進(jìn)行粘附時(shí)，較好是利用熔點(diǎn)高于以后粘附的粘附層材料的熔點(diǎn)的材料形成首先粘附的粘附層。具體說(shuō)，首先粘附的粘附層由金和錫合金構(gòu)成，以后粘附的粘附層由錫構(gòu)成。這樣，每次都可以在不過(guò)度加熱各層的情況下進(jìn)行非常好的粘附。
發(fā)光器件10A密封在外殼1中，如圖5所示，其工作情況如下。
在發(fā)光器件10A中，在電壓通過(guò)外殼1的管腳4c和4a，加于第一發(fā)光元件20的n側(cè)電極29和p側(cè)電極28之間時(shí)，電流通過(guò)有源層23，電子和空穴復(fù)合發(fā)光。第一發(fā)光元件20發(fā)射波長(zhǎng)約400nm的光。在預(yù)定電壓加于第二發(fā)光元件30的n側(cè)電極33和p側(cè)電極46時(shí)，電流通過(guò)有源層42，電子和空穴復(fù)合發(fā)光，光激射部分40發(fā)射波長(zhǎng)在700nm范圍的光。另外，在預(yù)定電壓通過(guò)管腳4d和4b，加于第二發(fā)光元件30的n側(cè)電極33和p側(cè)電極57之間時(shí)，電流通過(guò)有源層53，電子和空穴復(fù)合發(fā)光，光激射部分50發(fā)射波長(zhǎng)在約600nm范圍的光。光通過(guò)外殼1的光輸出窗3a從外殼1中射出。
盡管發(fā)光時(shí)也產(chǎn)生熱，但由于第一襯底21由具有較高熱傳導(dǎo)率的材料構(gòu)成，光激射部分40或50產(chǎn)生的熱可通過(guò)第一襯底21和支撐基底11很快地散出去。第一發(fā)光元件20產(chǎn)生的熱通過(guò)支撐基底11很快地散發(fā)出去。
在根據(jù)上述實(shí)施例的發(fā)光器件10A中，第一和第二發(fā)光元件20和30是疊置的。因此，不必在同一襯底上生長(zhǎng)氮化物系Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體層和AlGaAs和AlGaInP系Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體層。所以，可以容易得到波長(zhǎng)約為400nm的多波長(zhǎng)激光器。采用發(fā)光器件10A，例如可以容易制造能夠利用多種光源使用任何光盤(pán)實(shí)現(xiàn)光記錄/再現(xiàn)的光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器。
尤其是，第一發(fā)光元件20具有氮化物系Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體層，所以可以發(fā)射波長(zhǎng)為約400nm的光。所以，通過(guò)在例如光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器等光學(xué)裝置上安裝發(fā)光器件10A，可以利用其上以較高記錄面密度記錄有信息的光盤(pán)，實(shí)現(xiàn)光記錄/再現(xiàn)。
由于第一襯底21由在可見(jiàn)光區(qū)透明的材料構(gòu)成，所以可以利用光刻技術(shù)，以高定位精度形成n側(cè)電極29和布線層13。通過(guò)在利用光刻技術(shù)以高定位精度形成的第二發(fā)光元件30上固定p側(cè)電極46和57，可以精確控制第一和第二發(fā)光元件20和30的發(fā)光區(qū)的位置。另外，通過(guò)設(shè)定每個(gè)間隔為預(yù)定的較小值，每個(gè)發(fā)光元件發(fā)射的光都可以通過(guò)小直徑區(qū)域射出。
另外，第一襯底21由具有高熱傳導(dǎo)率的材料構(gòu)成，所以光激射部分40和50發(fā)光時(shí)產(chǎn)生的熱可以通過(guò)第一襯底21很快地散發(fā)到支撐基底11。所以，甚至在第二發(fā)光元件30設(shè)置于第一發(fā)光元件20之上時(shí)，也可以防止發(fā)光元件30的溫度升高，所以器件可以長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作。
發(fā)光器件10A例如可用于作為光學(xué)器件的光盤(pán)記錄/再現(xiàn)裝置。圖10示意性示出了光盤(pán)記錄/再現(xiàn)裝置的結(jié)構(gòu)。光盤(pán)記錄/再現(xiàn)裝置可以利用不同波長(zhǎng)的光再現(xiàn)記錄于光盤(pán)上的信息，并可以在光盤(pán)上記錄信息。光盤(pán)記錄/再現(xiàn)裝置具有用于將發(fā)光器件10A發(fā)射的預(yù)定波長(zhǎng)的光Lout引導(dǎo)到光盤(pán)D，并在發(fā)光器件10A和控制單元111的控制下，從光盤(pán)D讀取信息光(反射光Lref)的光學(xué)系統(tǒng)。該光學(xué)系統(tǒng)具有束分離器112、準(zhǔn)直透鏡113、反射鏡114、方波板115、物鏡116、信號(hào)光探測(cè)透鏡117、信號(hào)光探測(cè)光接收裝置118和信號(hào)光再現(xiàn)電路119。
在該光盤(pán)記錄/再現(xiàn)裝置中，例如來(lái)自發(fā)光器件10具有很強(qiáng)強(qiáng)度的輸出光Lout被束分離器112反射，被準(zhǔn)直透鏡113加工成平行光，并被反射鏡114反射。反射鏡114反射的輸出光Lout穿過(guò)方波板115。然后，被物鏡116會(huì)聚，并射到光盤(pán)D上，從而在光盤(pán)D上寫(xiě)入信息。來(lái)自發(fā)光器件10具有弱強(qiáng)度的輸出光Lout穿過(guò)如上所述的光學(xué)部件，射到光盤(pán)D上，并被光盤(pán)D反射。反射光Lref穿過(guò)透鏡116、方波板115、反射鏡114、準(zhǔn)直透鏡113、束分離器112和信號(hào)光探測(cè)透鏡117，射到信號(hào)光探測(cè)光接收裝置118上，在此光被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。然后，寫(xiě)到光盤(pán)D上的信息由信號(hào)光再現(xiàn)電路119再現(xiàn)。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例的發(fā)光器件10A可以密封在一個(gè)外殼中，并從多個(gè)精確隔開(kāi)的發(fā)光區(qū)中發(fā)射輸出光Lout。通過(guò)利用發(fā)光器件10A，利用普通的光學(xué)系統(tǒng)便可以將不同波長(zhǎng)的多個(gè)輸出光Lout引導(dǎo)到預(yù)定位置。所以，可以實(shí)現(xiàn)具有簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)的小型、低成本光盤(pán)記錄/再現(xiàn)裝置。由于發(fā)光點(diǎn)間隔的誤差極小，所以可以防止在光接收部分(信號(hào)光探測(cè)光接收裝置118)形成圖像的反射光Lref的位置隨光盤(pán)記錄/再現(xiàn)裝置而改變。即，容易設(shè)計(jì)該光學(xué)系統(tǒng)，并可以提高該光盤(pán)記錄/再現(xiàn)裝置的產(chǎn)率。
本實(shí)施例發(fā)光器件10A可實(shí)現(xiàn)三種波長(zhǎng)即約400nm、600nm范圍內(nèi)和700nm范圍內(nèi)的光發(fā)射。不僅可以利用現(xiàn)有各種光盤(pán)例如CD-ROM(只讀存儲(chǔ)器)、CD-R、CD-RW、MD和DVD-ROM，而且可以利用所謂的DVD-RAM(隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)、DVD+RW、DVD+R/RW等目前已提供出作為可再寫(xiě)塊存儲(chǔ)盤(pán)的光盤(pán)實(shí)現(xiàn)光記錄/再現(xiàn)。另外，光記錄/再現(xiàn)還變得可以利用具有較高記錄面密度(例如20G字節(jié)以上)的未來(lái)一代可記錄光盤(pán)(例如用于DVR(數(shù)字視頻記錄器)或VDR(視頻盤(pán)記錄器)的光盤(pán)，已提出用這種盤(pán)作為未來(lái)一代的光盤(pán)裝置)。采用這種未來(lái)一代的可記錄塊存儲(chǔ)盤(pán)，可以以高圖像質(zhì)量和優(yōu)異的可操作性實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)記錄和所記錄數(shù)據(jù)的再現(xiàn)。
以上給出的介紹涉及發(fā)光器件10A應(yīng)用于光盤(pán)記錄/再現(xiàn)裝置的一個(gè)例子。然而，顯然，發(fā)光器件10A可廣泛應(yīng)用于例如光盤(pán)再現(xiàn)裝置、光盤(pán)記錄裝置、用于利用磁光盤(pán)(MO)實(shí)現(xiàn)光記錄/再現(xiàn)的磁光盤(pán)裝置和光通信系統(tǒng)等各種光學(xué)裝置中。還可應(yīng)用于具有不得不在高溫下工作的車(chē)載半導(dǎo)體激光裝置的設(shè)備等中。
第二實(shí)施例圖11示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的發(fā)光器件10B的剖面結(jié)構(gòu)。除第二發(fā)光元件60代替第一實(shí)施例中的發(fā)光器件10A的第二發(fā)光元件30外，發(fā)光器件10B具有與發(fā)光器件10A相同的結(jié)構(gòu)、作用和效果。相同的參考數(shù)字，表示與第一實(shí)施例相同的部件，所以不再重復(fù)對(duì)它們的詳細(xì)介紹。
除能夠發(fā)射波長(zhǎng)范圍為500nm(例如520nm)的光的光激射部分70，代替第一實(shí)施例中，第二發(fā)光元件30的光激射部分40，并且不提供緩沖層32外，第二實(shí)施例的第二發(fā)光元件60具有與第二發(fā)光元件30相同的結(jié)構(gòu)。
光激射部分70具有以下結(jié)構(gòu)，例如n型包層72、波導(dǎo)層73、有源層74、波導(dǎo)層75、p型包層76、第一p型半導(dǎo)體層77、第二p型半導(dǎo)體層78、p型超晶格層79和p側(cè)接觸層80，按所述順序，依次疊置于第二襯底31的設(shè)置支撐基底11的一側(cè)上，并且中間有緩沖層71。例如，每層都由含選自短周期型元素周期表中2A或2B族的至少一種元素，和選自短周期型元素周期表中6B族中的至少一種元素的Ⅱ-Ⅵ族化合物構(gòu)成，所說(shuō)2A或2B族元素包括鋅(Zn)、鎘(cd)、汞(Hg)、鈹(Be)和鎂(Mg)，所說(shuō)6B族元素包括硫(S)、硒(Se)和碲(Te)。
具體說(shuō)，緩沖層71通過(guò)從第二襯底31側(cè)起，依次淀積摻雜硅作為n型雜質(zhì)的n型GaAs膜、摻雜氯(Cl)作n型雜質(zhì)的ZnSe膜、摻雜氯作n型雜質(zhì)的ZnSSe混晶層形成。緩沖層71的厚度例如為100nm。n型包層72的厚度例如為1微米，由摻氯作n型雜質(zhì)的n型ZnMgSSe混晶構(gòu)成。波導(dǎo)層73例如厚0.1微米，由摻氯作n型雜質(zhì)的ZnSSe混晶構(gòu)成。有源層74例如厚20nm，具有由阱層和勢(shì)壘層構(gòu)成的多量子阱結(jié)構(gòu)，所說(shuō)阱層和勢(shì)壘層由具有不同組分ZxCd1-xSe(其中x≥0)混晶構(gòu)成。有源層74用作發(fā)光部分。
波導(dǎo)層75例如厚0.1微米，由摻氮作p型雜質(zhì)的p型ZnSSe混晶或未摻雜ZnSSe混晶構(gòu)成。p型包層76例如厚1.0微米，由摻氮作p型雜質(zhì)的p型ZnMgSSe混晶構(gòu)成。第一p型半導(dǎo)體層77例如厚0.2微米，由摻氮作p型雜質(zhì)的p型ZnSSe混晶構(gòu)成。第二p型半導(dǎo)體層78例如厚0.2微米，由摻氮作p型雜質(zhì)的p型ZnSe混晶構(gòu)成。p型超晶格層79例如厚35nm，通過(guò)交替淀積摻氮作p型雜質(zhì)的p型ZnSe膜和摻氮作p型雜質(zhì)的ZnTe膜形成。p側(cè)接觸層80例如厚0.1微米，由摻氮作p型雜質(zhì)的p型ZnTe構(gòu)成。
第一p型半導(dǎo)體層77、第二p型半導(dǎo)體層78、p型超晶格層79和p側(cè)接觸層80的一部分形成為在諧振腔方向延伸的窄條形，以便限制電流。在條形部件的兩側(cè)上，提供電流阻擋區(qū)81。有源層74中對(duì)應(yīng)于p側(cè)接觸層80的區(qū)域用作發(fā)光區(qū)。
在p型接觸層80的與p型超晶格層79相反的一側(cè)上，形成p側(cè)電極82。p側(cè)電極82例如通過(guò)從p側(cè)接觸層80起依次淀積鈀(Pd)、鉑(Pt)和金，并通過(guò)熱處理使所淀積材料合金化形成，該電極與p側(cè)接觸層80電連接。p側(cè)電極82還通過(guò)粘附層15與布線層13電連接。
除形成第二發(fā)光元件60代替發(fā)光器件10A中的第二發(fā)光元件30外，具有這種結(jié)構(gòu)的發(fā)光器件10B可按與第一實(shí)施例類似的方式制造。
具體說(shuō)，如下制造第二發(fā)光元件60。首先，如圖12A所示，按類似于第一實(shí)施例的方式，例如在n型GaAs構(gòu)成的第二襯底31的表面上，依次生長(zhǎng)由n型InGaP混晶構(gòu)成的緩沖層51、由n型AlGaInP混晶構(gòu)成的n型包層52、由AlxGayIn1-x-yP(其中x≥0,y≥0)混晶構(gòu)成的有源層53、由AlGaInP混晶構(gòu)成的p型包層54及由p型GaAs構(gòu)成的帽蓋層55。
然后，如圖12B所示，對(duì)應(yīng)于將要形成光激射部分50的區(qū)域，例如通過(guò)CVD(化學(xué)汽相淀積)，在p型帽蓋層55上形成由二氧化硅或氮化硅(Si3N4)構(gòu)成的掩模M。利用掩模M，進(jìn)行例如RIE(反應(yīng)離子刻蝕)等蝕刻，從而選擇性去除p型帽蓋層55、p型包層54、有源層53、n型包層52和緩沖層51。
然后，如圖13A所示，在第二襯底31的表面上，例如利用MBE(分子束外延)，依次生長(zhǎng)緩沖層71、由n型ZnMgSSe混晶構(gòu)成的n型包層72、由n型ZnSSe混晶構(gòu)成的波導(dǎo)層73、由ZnxSe1-xCd(其中x≥0)混晶構(gòu)成的有源層74、由p型ZnSSe混晶構(gòu)成的波導(dǎo)層75、由p型ZnMgSSe混晶構(gòu)成的p型包層76、由p型ZnSSe混晶構(gòu)成的第一p型半導(dǎo)體層77、由p型ZnSe構(gòu)成的第二p型半導(dǎo)體層78、交替淀積p型ZnSe膜和p型ZnTe膜形成的p型超晶格層79和由p型ZnTe構(gòu)成的p側(cè)接觸層80，其中緩沖層是通過(guò)依次淀積n型GaAs膜、n型ZnSe膜和n型ZnSSe混晶形成。在生長(zhǎng)每層時(shí)，第二襯底31的溫度例如調(diào)到約280℃。然后，去除掩模M。
去除了掩模M后，如圖13B所示，例如形成具有與將要形成電流阻擋區(qū)56的區(qū)對(duì)應(yīng)的開(kāi)口的掩模(未示出)，并通過(guò)離子注入引入例如氯等n型雜質(zhì)，形成電流阻擋區(qū)56。在整個(gè)表面上，形成具有與將要形成電流阻擋區(qū)81的區(qū)對(duì)應(yīng)的開(kāi)口的掩模(未示出)，并通過(guò)在p側(cè)接觸層80、p型超晶格層79、第二半導(dǎo)體層78及第一p型半導(dǎo)體層77的上層部分進(jìn)行離子注入，引入例如氯等n型雜質(zhì)，從而形成電流阻擋區(qū)81。由于這里按類似于第一實(shí)施例的方式，采用光刻技術(shù)，所以可以精確限定光激射部分50和70的發(fā)光區(qū)的位置。
形成電流阻擋區(qū)56和81后，如圖14所示，在p型帽蓋層55的表面上和周?chē)?，例如依次汽相淀積鈦、鉑和金，從而形成p側(cè)電極57。在p側(cè)接觸層80的表面上和周?chē)?，例如，依次汽相淀積鈀、鉑和金，形成p側(cè)電極82。然后，對(duì)應(yīng)于將要形成光激射部分50的區(qū)，形成掩模(未示出)，選擇性去除p側(cè)接觸層80到緩沖層71的部分。
選擇性去除p側(cè)接觸層80至緩沖層71的部分后，例如研磨并拋光第二襯底31的背面?zhèn)?，按與第一實(shí)施例的方式，在第二襯底31的背面?zhèn)壬闲纬蒼側(cè)電極33。然后，進(jìn)行熱處理，使p側(cè)電極57和82及n側(cè)電極33合金化。最后，以預(yù)定寬度，垂直于p側(cè)電極57和82的縱向，解理襯底31，并在解理面上形成一對(duì)未示出的反射鏡膜。以此方式，制造第二發(fā)光元件60。
由于根據(jù)本實(shí)施例的發(fā)光器件10B具有能夠在約400nm范圍發(fā)光的第一發(fā)光元件20，以及包括能夠在約500nm范圍發(fā)光的光激射部分70和能夠在約700nm范圍發(fā)光的光激射部分50的第二發(fā)光元件60，所以可以實(shí)現(xiàn)能夠發(fā)射紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)三原色光的發(fā)光器件。發(fā)光器件10B不僅可用作光盤(pán)驅(qū)動(dòng)的光源，而且可用于全色顯示。
在用發(fā)光器件10B作全色顯示的光源時(shí)，通過(guò)適當(dāng)調(diào)節(jié)有源層23、53和74的材料組分，可以使每個(gè)發(fā)光部分發(fā)射的光具有所希望的色調(diào)。
圖15示出了采用根據(jù)本實(shí)施例的發(fā)光器件10B的顯示器120的示意結(jié)構(gòu)。顯示器120具有電路板121和設(shè)于電路板121的一個(gè)面上的本實(shí)施例的多個(gè)發(fā)光器件10B。例如，每個(gè)發(fā)光器件10B被密封在圖5所示的外殼1中，這些發(fā)光器件10B按M行和N列的矩陣方式排列(其中M和N是自然數(shù))。盡管圖15中未示出，但在電路板121上，形成有列方向共用線122和123和行方向共用線124和125。
圖16示出了顯示器120的驅(qū)動(dòng)電路的示意結(jié)構(gòu)。每個(gè)發(fā)光器件10B的支撐基底11通過(guò)布線與列方向共用線122連接，第二發(fā)光元件60的n側(cè)電極33通過(guò)布線與列方向共用線123連接。布線層13與行方向上的共用線124連接，第一發(fā)光元件20的n側(cè)電極29通過(guò)布線與行方向的共用線125連接。共用線122-125與控制單元(未示出)相連，并根據(jù)來(lái)自控制單元的信號(hào)，可以顯示希望的顏色。
當(dāng)電壓通過(guò)外殼1(圖5)的管腳4d和4b加于n側(cè)電極33和p側(cè)電極82之間時(shí)，電流通過(guò)有源層74，電子和空穴復(fù)合發(fā)光，可以從光激射部分70發(fā)射500nm范圍波長(zhǎng)的光，除此之外，第二實(shí)施例的發(fā)光器件10B按與第一實(shí)施例的發(fā)光器件10A類似的方式工作。
第三實(shí)施例圖17示出了本發(fā)明第三實(shí)施例的發(fā)光器件10C的剖面結(jié)構(gòu)。除提供第一發(fā)光元件90代替第一實(shí)施例中發(fā)光器件10A的第一發(fā)光元件20，并且支撐基底17代替支撐基底11外，發(fā)光器件10C具有與第一實(shí)施例的發(fā)光器件10A相同的結(jié)構(gòu)、作用和效果。相同參考數(shù)字表示與第一實(shí)施例相同的部件，因此這里不再重復(fù)對(duì)它們的詳細(xì)介紹。
關(guān)于第一襯底91所用不同材料方面，第一發(fā)光元件90與第一發(fā)光元件20極為不同。例如，第一襯底91由厚約80微米的藍(lán)寶石構(gòu)成。藍(lán)寶石是絕緣材料，并象GaN一樣在可光區(qū)是透明的。第一發(fā)光元件90具有以下結(jié)構(gòu)，例如在第一襯底91的c切面上，從第一襯底91一側(cè)起，按所述順序，依次疊置n側(cè)接觸層93、n型包層22、有源層23、防退化層24、p型包層25和p型接觸層26，其間具有緩沖層92。p型包層25的表面上和p側(cè)接觸層26的側(cè)面上，形成有絕緣層27,p側(cè)電極28形成于p側(cè)接觸層26的與p側(cè)包層25相反的一側(cè)上。
緩沖層92例如厚30nm，由未摻雜GaN或摻硅作n型雜質(zhì)的n型GaN構(gòu)成。n側(cè)接觸層93例如厚5微米，由摻硅作n型雜質(zhì)的n型GaN構(gòu)成。
n側(cè)接觸層93具有暴露部分，該部分上未形成n型包層22、有源層23、防退化層24、p型包層25和p側(cè)接觸層26。在暴露部分，例如，形成有n側(cè)電極94,n側(cè)電極94是通過(guò)從n側(cè)接觸層93起，依次淀積鈦和鋁，并通過(guò)熱處理合金化形成的。在本實(shí)施例中，提供絕緣膜27，也覆蓋p型包層25、防退化層24、有源層23和包層22的側(cè)面。
支撐基底17由具有高熱傳導(dǎo)率的絕緣材料例如氮化鋁(AlN)構(gòu)成。支撐基底17的一個(gè)面上，對(duì)應(yīng)于第一發(fā)光元件90的p側(cè)電極28，提供有由金屬構(gòu)成的布線層17a，對(duì)應(yīng)n側(cè)電極94，提供有由金屬構(gòu)成的布線層17b。p側(cè)電極28和布線層17a通過(guò)其間的粘附層12彼此粘附在一起，n側(cè)電極94和布線層17b通過(guò)其間的粘附層18彼此粘附在一起。
在第一襯底91的與支撐基底17相反的一側(cè)上，按類似于第一實(shí)施例的方式，提供布線層13，并為連接光激射部分50與外部電源，提供由金屬構(gòu)成的布線層19，代替第一實(shí)施例中的n側(cè)電極29。
例如，通過(guò)按與第一實(shí)施例類似的方式密封在外殼中，使用發(fā)光器件10C。在外殼中，在支撐體的一個(gè)面上提供固定臺(tái)，支撐基底17設(shè)置于固定臺(tái)上。外殼例如具有5個(gè)通過(guò)布線與布線層13、17a、17b和19及n側(cè)電極33電連接的管腳。這種情況下，與第一實(shí)施例的方式類似，也可以適當(dāng)?shù)卦O(shè)定管腳數(shù)。
可以如下制造發(fā)光器件10C。
首先，如圖18A所示，例如，制備厚約400微米由藍(lán)寶石構(gòu)成的第一襯底91。在第一襯底91的c切面上，生長(zhǎng)由未摻雜的GaN或n型GaN構(gòu)成的緩沖層92。此時(shí)，第一襯底91的溫度例如設(shè)定為500℃。然后，在緩沖層92上，依次生長(zhǎng)由n型GaN構(gòu)成的n型接觸層93、由n型AlGaN混晶構(gòu)成的n型包層22、由InGaN混晶構(gòu)成的有源層23、由p型AlGaN混晶構(gòu)成的防退化層24、由p型AlGaN混晶構(gòu)成的p型包層25和由p型GaN構(gòu)成的p側(cè)接觸層26。在生長(zhǎng)每層時(shí)，第一襯底91的溫度調(diào)到合適的溫度，例如750-1100℃。
如圖18B所示，依次蝕刻p側(cè)接觸層26、p型包層25、防退化層24、有源層23和n型包層22，以暴露n側(cè)接觸層93的一部分。然后，形成未示出的掩模，并利用該掩模，例如通過(guò)RIE，在p型包層25和p側(cè)接觸層26的上層部分形成窄條形。
例如通過(guò)汽相淀積，在被選擇性腐蝕了一部分的各層的側(cè)面上，及在p型包層25的表面上，形成二氧化硅構(gòu)成的絕緣層27。然后，研磨并拋光第一襯底91的背面?zhèn)?，使第一襯底91的厚度變?yōu)槔缂s100微米。
減薄了第一襯底91后，在第一襯底91的與緩沖層92相反的一側(cè)上，在預(yù)定位置，形成布線層13和19。按與第一實(shí)施例類似的方式，第一襯底91由在可見(jiàn)光區(qū)透明的材料構(gòu)成，以便可以精確控制形成布線層13和19的位置。
然后，例如在p側(cè)接觸層26及其周?chē)?，依次汽相淀積鎳、鉑和金，形成p側(cè)電極28。例如，在n側(cè)接觸層93的表面上，汽相淀積鈦和鋁，形成n側(cè)電極94。另外，通過(guò)熱處理使p側(cè)電極28和n側(cè)電極94合金化。然后，盡管這里未示出，但例如，以預(yù)定寬度，垂直于p側(cè)電極28的縱向，解理第一襯底91，并在解理面上形成一對(duì)反射鏡膜。以此方式，制造第一發(fā)光元件90。
然后，按與第一實(shí)施例類似的方式，制造第二發(fā)光元件30。
制備其上形成有布線層17a和17b的支撐基底17，利用其間的粘附層12將第一發(fā)光元件90的p側(cè)電極28與布線層17a粘附在一起。利用其間的粘附層18將n側(cè)電極94與布線層17b粘附在一起，利用其間的粘附層15，將第二發(fā)光元件30的p側(cè)電極46與布線層13粘附在一起，利用其間的粘附層16，將p側(cè)電極57和布線層19粘附在一起。以此方式，完成發(fā)光器件10C。
在根據(jù)本實(shí)施例的發(fā)光器件10C中，第一襯底91由在可見(jiàn)光區(qū)透明的藍(lán)寶石構(gòu)成，所以可按與第一實(shí)施例類似的方式，精確地控制第一和第二發(fā)光元件90和30的發(fā)光區(qū)。
盡管以上利用實(shí)施例介紹了本發(fā)明，但本發(fā)明不限于這些實(shí)施例，可以有各種改進(jìn)。在上述實(shí)施例中，介紹了第一發(fā)光元件20和90及第二發(fā)光元件30和60的特定疊置結(jié)構(gòu)作為例子。本發(fā)明可類似地應(yīng)用于第一發(fā)光元件20和90或第二發(fā)光元件30和60具有其它結(jié)構(gòu)的情況。例如，第一發(fā)光元件可具有按與第二發(fā)光元件30和60類似的方式利用電流阻擋區(qū)限制電流的結(jié)構(gòu)。第二發(fā)光元件可以具有按與第一發(fā)光元件20和90類似的方式利用二氧化硅等構(gòu)成的絕緣膜使電流變窄的結(jié)構(gòu)。盡管上述實(shí)施例中，作為例子介紹了增益波導(dǎo)型和折射率波導(dǎo)型結(jié)合的脊形波導(dǎo)型半導(dǎo)體激光器，但本發(fā)明可類似地應(yīng)用于增益波導(dǎo)型半導(dǎo)體激光器和折射率波導(dǎo)型半導(dǎo)體激光器。
另外，在上述實(shí)施例中，介紹了由GaN、AlGaAs和AlGaInP構(gòu)成的各層利用MOCVD形成的情況。各層可以利用例如MBE或混合汽相外延等其它汽相外延形成?；旌掀嗤庋邮躯u素用于傳輸或反應(yīng)的汽相外延。盡管第二實(shí)施例中介紹了由ZnSe化合物構(gòu)成的各層利用MBE形成的情況，但這些層可以利用例如MOCVD等其它汽相外延形成。
此外，盡管介紹了關(guān)于第一發(fā)光元件20和90中的第一襯底21和91的材料的特定例子，但也可以采用其它材料。較好是采用在可見(jiàn)光區(qū)透明的材料，因?yàn)榭梢缘玫缴鲜鰧?shí)施例的上述效果。更好是采用具有高熱傳導(dǎo)率的材料，這種材料的例子有氮化鋁和碳化硅(SiC)。
另外，在第三實(shí)施例中，介紹了提供具有AlGaAs系光激射部分40和AlGaInP系光激射部分50的第二發(fā)光元件30的情況。此外，也可以提供第二實(shí)施例中的第二發(fā)光元件60。
另外，上述實(shí)施例中，介紹了第一發(fā)光元件20(90)和第二發(fā)光元件30(60)發(fā)射不同波長(zhǎng)的光的情況?？梢栽谥位?1(17)的一個(gè)面上，疊置多個(gè)第一發(fā)光元件20(90)。另外，可以疊置多個(gè)不同特性或結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件。這種情況下，波長(zhǎng)可以相同或不同。在疊置多個(gè)不同特性的發(fā)光元件時(shí)，例如，可以混合使用低輸出器件和高輸出器件。
盡管上述實(shí)施例介紹了第一發(fā)光元件20(90)具有一個(gè)發(fā)光部分的情況，但第一發(fā)光元件20(90)可以具有多個(gè)發(fā)光部分，具體說(shuō)，具有與第二發(fā)光元件30類似的多個(gè)光激射部分。這種情況下，各光激射部分的波長(zhǎng)可以相同或不同。特性或結(jié)構(gòu)也可以相同或不同。
另外，在各實(shí)施例中，介紹了第二發(fā)光元件30(60)具有兩個(gè)光激射部分的情況，但第二發(fā)光元件的光激射部分的數(shù)量可以是一個(gè)或三個(gè)或更多。光激射部分的波長(zhǎng)、特性或結(jié)構(gòu)可以相同或不同。
此外，盡管上述實(shí)施例中介紹了作為所謂的單片型多波長(zhǎng)激光器的每個(gè)第二發(fā)光元件30和60，但本發(fā)明還可應(yīng)用于如圖2所示的第二發(fā)光元件為所謂的混合型多波長(zhǎng)激光器的情況。
另外，盡管上述實(shí)施例中就支撐基底11和17的特定材料進(jìn)行了介紹，但也可以采用其它材料。然而，較好是采用具有高熱傳導(dǎo)率的材料。盡管第一和第二實(shí)施例中，支撐基底11由金屬構(gòu)成，但按與第三實(shí)施例類似的方式，支撐基底可由絕緣材料構(gòu)成，并可以在支撐基底上設(shè)置布線。
此外，盡管上述實(shí)施例中，在外殼1中封裝發(fā)光器件時(shí)，支撐基底11(17)由支撐體2直接支撐，但也可以提供用于支撐體2的固定臺(tái)，將支撐基底11(17)設(shè)置于固定臺(tái)上。
盡管各實(shí)施例中介紹了半導(dǎo)體激光器作為發(fā)光元件的特定例子，但本發(fā)明也可以應(yīng)用于例如發(fā)光二極管(LED)等具有其它發(fā)光元件的發(fā)光器件。
根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光器件，由于多個(gè)發(fā)光元件疊于支撐基底的一個(gè)面上，不必在同一襯底上設(shè)置多個(gè)發(fā)光元件，所以容易制造器件。
尤其是，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的發(fā)光器件，第一襯底在可見(jiàn)光區(qū)是透明的，所以可以精確控制第一和第二發(fā)光元件的發(fā)光區(qū)的位置。
另外，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的發(fā)光器件，第一發(fā)光元件具有含3B族元素中的至少一種和5B族元素中的氮的半導(dǎo)體層，所以第一發(fā)光元件可以發(fā)射約400nm波長(zhǎng)的光。因而，在發(fā)光器件安裝于光學(xué)裝置上時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)具有較高性能的光學(xué)裝置。
另外，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的發(fā)光器件，第一襯底由含3B族元素中的至少一種和5B族元素中的氮的氮化物系Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體或藍(lán)寶石構(gòu)成。因此，可以通過(guò)第一襯底很快地散發(fā)第二發(fā)光元件發(fā)光時(shí)產(chǎn)生的熱。所以可以防止第二發(fā)光元件溫度升高，器件可以長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作。
此外，根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)裝置利用本發(fā)明的發(fā)光器件構(gòu)成。因而，可以實(shí)現(xiàn)較高性能，并可以減小尺寸，降低成本。
在上述教導(dǎo)下顯然可以對(duì)本發(fā)明做出各種改進(jìn)和變化。因此，應(yīng)理解，在所附權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)，本發(fā)明可以用與上述介紹不同的方式實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光器件，具有疊置于支撐基底一個(gè)面上的多個(gè)發(fā)光元件。
2.一種發(fā)光器件，包括支撐基底；具有第一襯底的第一發(fā)光元件，該元件設(shè)置于支撐基底的一個(gè)面上；及具有第二襯底的第二發(fā)光元件，該元件設(shè)置于第一發(fā)光元件的與支撐基底相反的一側(cè)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的發(fā)光器件，其中第一襯底在可見(jiàn)光區(qū)是透明的。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的發(fā)光器件，其中第一和第二發(fā)光元件可以發(fā)射不同波長(zhǎng)的光。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的發(fā)光器件，其中第一發(fā)光元件具有含3B族元素中的至少一種和5B族元素中的至少氮(N)的半導(dǎo)體層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的發(fā)光器件，其中第一襯底由含3B族元素中的至少一種和5B族元素中的至少氮(N)的氮化物系Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體或藍(lán)寶石(Al2O3)構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求2的發(fā)光器件，其中第一發(fā)光元件在第一襯底的設(shè)置支撐基底的一側(cè)上具有發(fā)光部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求2的發(fā)光器件，其中第二發(fā)光元件在第二襯底的設(shè)置第一發(fā)光元件的一側(cè)上具有發(fā)光部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求2的發(fā)光器件，其中第二發(fā)光元件具有輸出波長(zhǎng)不同的多個(gè)發(fā)光部分。
10.根據(jù)權(quán)利要求2的發(fā)光器件，其中第二襯底由砷化鎵(GaAs)構(gòu)成。
11.根據(jù)權(quán)利要求2的發(fā)光器件，其中第二發(fā)光元件具有含3B族元素中的至少鎵(Ga)和5B族元素中的至少砷(As)的半導(dǎo)體層。
12.根據(jù)權(quán)利要求2的發(fā)光器件，其中第二發(fā)光元件具有含3B族元素中的至少銦(In)和5B族元素中的至少磷(P)的半導(dǎo)體層。
13.根據(jù)權(quán)利要求2的發(fā)光器件，其中第二發(fā)光元件具有含2A族或2B族元素中的至少一種元素和選自6B族元素中的至少一種元素的半導(dǎo)體層，所說(shuō)2A族或2B族元素包括鋅(Zn)、鎘(Cd)、汞(Hg)、鈹(Be)和鎂(Mg)，所說(shuō)6B族元素包括硫(S)、硒(Se)和碲(Te)。
14.一種具有發(fā)光器件的光學(xué)裝置，在所述發(fā)光器件中多個(gè)發(fā)光元件疊置于支撐基底的一個(gè)面上。
15.一種光學(xué)裝置，其上安裝有發(fā)光器件，所說(shuō)發(fā)光器件包括支撐基底；具有第一襯底的第一發(fā)光元件，該元件設(shè)置于支撐基底的一個(gè)面上；及具有第二襯底的第二發(fā)光元件，該元件設(shè)置于第一發(fā)光元件的與支撐基底相反的一側(cè)上。
全文摘要
容易制造且可以精確控制發(fā)光位置的發(fā)光器件及光學(xué)裝置。第一和第二發(fā)光元件形成于支撐基底的一個(gè)面上。第一發(fā)光元件在GaN構(gòu)成的第一襯底的設(shè)置支撐基底的一側(cè)上具有GaInN混晶構(gòu)成的有源層。第二發(fā)光元件在GaAs構(gòu)成的第二襯底的設(shè)置支撐基底的一側(cè)上具有光激射部分。由于第一和第二發(fā)光元件不生長(zhǎng)于同一襯底上，容易得到具有約400nm輸出波長(zhǎng)的多波長(zhǎng)激光器。由于第一襯底在可見(jiàn)光區(qū)是透明的，所以可以通過(guò)光刻精確控制第一和第二發(fā)光元件的發(fā)光區(qū)位置。
文檔編號(hào)H01S5/022GK1316810SQ0111723
公開(kāi)日2001年10月10日 申請(qǐng)日期2001年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月15日
發(fā)明者池田昌夫 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社