激光二极管

摘要

本发明提供一种低材料成本的容易组装的激光二极管。提供在衬底上具有激光器结构的第一发光器件，在衬底上具有激光器结构的第二发光器件，以及支撑基底。第一发光器件和第二发光器件以第一发光器件和第二发光器件的各个激光器结构彼此相对的方式依次叠层在支撑基底上，第一发光器件的衬底侧和第二发光器件的激光器结构侧电连接到支撑基底。

权利要求

1.一种激光二极管，包括：

第一发光器件(10)，具有在第一衬底(13)上的激光器结构(12)；

第二发光器件(20)，具有第一发光部件(20A)和第二发光部件(20B)，所述第一发光部件(20A)和第二发光部件(20B)的每个具有在第二衬底(23)上的激光器结构(22A，22B)；

以及

支撑基底(30)，

其中，所述第一发光器件(10)的第一衬底(13)侧支承在所述支撑基底(30)上且电连接到所述支撑基底(30)；

所述第二发光器件(20)倒放在所述第一发光器件(10)上，所述第二发光器件(20)的第二衬底(23)侧向上，所述第二发光器件(20)的第一发光部件(20A)的激光器结构侧和所述第二发光器件(20)的所述第二发光部件(20B)的激光器结构侧还分别在所述第一发光器件(10)的相对两侧支承在所述支撑基底(30)上且电连接到所述支撑基底(30)，以及所述激光二极管还包括两个柱状导电部，分别设置于所述第一发光器件的所述相对两侧以将所述第一发光部件的所述激光器结构侧和所述第二发光部件的所述激光器结构侧支承于且电连接到所述支撑基底上。

2.根据权利要求1的激光二极管，还包括：

位于第二发光器件的激光器结构侧和所述柱状导电部之间的导电附着层。

3.根据权利要求1的激光二极管，其中该柱状导电部每个都具有一高度，利用该高度，该支撑基底接触第一发光器件的第一衬底侧和第二发光器件的激光器结构侧。

4.一种激光二极管，包括：

第一发光器件(10)，具有在第一衬底(13)上的激光器结构(12)；

第二发光器件(20)，具有第一发光部件(20A)和第二发光部件(20B)，所述第一发光部件(20A)和第二发光部件(20B)的每个具有在第二衬底(23)上的激光器结构(22A，22B)；

以及

支撑基底(30)，

其中，所述第一发光器件(10)的第一衬底(13)侧支承在所述支撑基底(30)上且电连接到所述支撑基底(30)；

所述第二发光器件(20)倒放在所述第一发光器件(10)上，所述第二发光器件(20)的第二衬底(23)侧向上，所述第二发光器件(20)的第一发光部件(20A)的激光器结构侧和所述第二发光器件(20)的所述第二发光部件(20B)的激光器结构侧还分别在所述第一发光器件(10)的相对两侧支承在所述支撑基底(30)上且电连接到所述支撑基底(30)，以及在可变形导电部形成在支撑基底和第二发光器件的激光器结构侧的至少之一上之后，支撑基底与第二发光器件的第一和第二发光部件的激光器结构侧用其间的可变形导电部进行电连接。

5.根据权利要求4的激光二极管，还包括：

位于支撑基底和第二发光器件的激光器结构侧中的至少一个与可变形导电部之间的导电附着层。

6.根据权利要求4的激光二极管，其中可变形导电部具有一高度，利用该高度，该支撑基底接触第一发光器件的第一衬底侧和第二发光器件的激光器结构侧。

7.一种激光二极管，包括：

第一发光器件(10)，具有在第一衬底(13)上的激光器结构(12)；

第二发光器件(20)，具有第一发光部件(20A)和第二发光部件(20B)，所述第一发光部件(20A)和第二发光部件(20B)的每个具有在第二衬底(23)上的激光器结构(22A，22B)；

以及

支撑基底(30)，

其中，所述第一发光器件(10)的第一衬底(13)侧支承在所述支撑基底(30)上且电连接到所述支撑基底(30)；

所述第二发光器件(20)倒放在所述第一发光器件(10)上，所述第二发光器件(20)的第二衬底(23)侧向上，所述第二发光器件(20)的第一发光部件(20A)的激光器结构侧和所述第二发光器件(20)的所述第二发光部件(20B)的激光器结构侧还分别在所述第一发光器件(10)的相对两侧支承在所述支撑基底(30)上且电连接到所述支撑基底(30)，以及在电连接第二发光器件的第一和第二发光部件的激光器结构侧与支撑基底的柱状导电部形成在支撑基底和第二发光器件的第一和第二发光部件的激光器结构侧的至少之一上，并且可变形导电部形成在柱状导电部上之后，支撑基底和第二发光器件的第一和第二发光部件的激光器结构侧与柱状导电部和其间的可变形导电部进行电连接。

8.根据权利要求7的激光二极管，包括：

位于支撑基底和第二发光器件的激光器结构侧中的至少一个与可变形导电部之间的导电附着层。

9.根据权利要求7的激光二极管，其中柱状导电部和可变形导电部具有一总高度，利用该总高度，该支撑基底接触第一发光器件的第一衬底侧和第二发光器件的激光器结构侧。

10.一种激光二极管，包括：

第一发光器件(10)，具有在第一衬底(13)上的激光器结构(12)；

第二发光器件(20)，具有第一发光部件(20A)和第二发光部件(20B)，所述第一发光部件(20A)和第二发光部件(20B)的每个具有在第二衬底(23)上的激光器结构(22A，22B)；

以及

支撑基底(30)，

其中，所述第一发光器件(10)的第一衬底(13)侧支承在所述支撑基底(30)上且电连接到所述支撑基底(30)；

所述第二发光器件(20)倒放在所述第一发光器件(10)上，所述第二发光器件(20)的第二衬底(23)侧向上，所述第二发光器件(20)的第一发光部件(20A)的激光器结构侧和所述第二发光器件(20)的所述第二发光部件(20B)的激光器结构侧还分别在所述第一发光器件(10)的相对两侧支承在所述支撑基底(30)上且电连接到所述支撑基底(30)，以及支撑基底在与第一发光器件相对的区域中具有凹槽，第一发光器件的全部或部分插入到凹槽中。

11.根据权利要求10的激光二极管，其中凹槽具有一深度，利用该深度，该支撑基底接触第一发光器件的第一衬底侧和第二发光器件的激光器结构侧。

12.根据权利要求10的激光二极管，其中在可变形导电部形成在支撑基底和第二发光器件的激光器结构侧中的至少之一上之后，支撑基底和第二发光器件的激光器结构侧通过其间的可变形导电部进行电连接。

13.根据权利要求12的激光二极管，其中导电附着层设置在支撑基底和第二发光器件的激光器结构侧的至少一个和可变形导电部之间。

14.根据权利要求12的激光二极管，其中可变形导电部具有一高度，利用该高度，该支撑基底接触第一发光器件的第一衬底侧和第二发光器件的激光器结构侧。

15.根据权利要求1、4、7和l0任一项的激光二极管，其中第一衬底由GaN衬底形成，第二衬底由GaAs衬底形成。

16.根据权利要求1、4、7和10任一项的激光二极管，其中第二发光器件的第一发光部件和第二发光部件每个具有发光点，第一发光部件的发光点发射的光的波长不同于第二发光部件的发光点发射的光的波长。

17.根据权利要求l、4、7和10任一项的激光二极管，其中支撑基底具有导线电极，该导线电极电连接到第一发光器件的第一衬底侧以及第二发光器件的激光器结构侧。

18.根据权利要求1、4、7和10任一项的激光二极管，其中第一发光器件由氮化物族III-V化合物半导体形成。

19.根据权利要求1、4、7和10任一项的激光二极管，其中第二发光器件具有由GaAs族III-V化合物半导体形成的发光器件以及由AlGaInP族III-V化合物半导体形成的发光器件。

说明书

激光二极管

技术领域

[0001] 本发明设计一种包括多个发光器件例如二波长激光器以及三波长激光器的激光二极管。

背景技术

[0002] 近年来，在激光二极管(LD)领域，已经有效研制了具有多个发光部的多波长激光器，其中该多个发光部在相同衬底(或者基底)上具有不同发光波长。该多波长激光器例如用作光盘设备的光源。

[0003] 在这种光盘设备中，700纳米波段的激光用于在CD(光盘)中进行复制，并且用于在例如CD-R(可刻录CD)，CD-RW(可重写CD)以及MD(小型磁盘)那样的可刻录光盘中刻录和复制。此外，在这种光盘设备中，600纳米波段的激光用于在DVD(数字化视频光盘)中进行刻录和复制。通过将多波长激光器安装在光盘设备上，使得对于多种类型的现有光盘来说进行刻录或者复制才变为可能。此外，采用GaN，AlGaN混合晶体，以及GaInN混合晶体(此后称作GaN半导体)所代表的氮化物族III-V化合物半导体能实现短波长激光器(400纳米波段)。这种激光器在实际生活中用作较高密度光盘的光源。通过实现包括这种短波长激光器的多波长激光器，可以拓宽应用。

[0004] 过去，作为具有上述GaN激光器振荡部的三波长激光器设备，已经提出了具有如下结构的下述激光器设备(日本未审专利申请公开No.2003-298193)。在这种结构中，GaN半导体在由GaN(氮化镓)形成的衬底上生长，从而形成具有400纳米波段波长(例如，405纳米)的第一发光器件。同时，通过生长AlGaInP半导体而形成的具有600纳米波段(例如，650纳米)的器件以及通过生长AlGaAs半导体而形成的具有700纳米波段(例如，780纳米)的器件并排设置在由GaAs(砷化镓)形成的相同衬底上，从而形成第二发光器件。第一发光器件和第二发光器件依次层叠在支撑基底(热沉)上。因此，在第二发光器件中产生的热从具有较高导热性的GaN以及支撑基底上扩散。结果是，提高了散热效率。

发明内容

[0005] 然而，日本未审专利申请公开No.2003-298193的上述结构中，第一发光器件和第二发光器件的发光点之间的距离至少由GaN衬底的厚度来隔开。因此，光拾取的设计裕量大大变小，因此需要高的组装精度。此外，总的来说，第二发光器件的电极焊盘形成在第一发光器件上，因此第一发光器件的尺寸至少要增加电极焊盘的尺寸。然而，GaN衬底的材料成本要大大高于GaAs衬底的材料成本。因此，当第一发光器件的尺寸增加时，材料成本极大提高。如上所述，在日本未审专利申请公开No.2003-298193的结构中，存在的缺陷是不容易组装，并且材料成本非常高。

[0006] 基于以上原因，在本发明中，希望提供一种低材料成本容易进行组装的激光二极管。

[0007] 根据本发明的一个实施例，提供一种激光二极管，包括在第一衬底上的具有激光器结构的第一发光器件，在第二衬底上的具有激光器结构的第二发光器件，以及支撑基底。第一发光器件和第二发光器件以第一发光器件和第二发光器件的各个激光器结构彼此相对的方式依次层叠在支撑基底上。此外，第一发光器件的第一衬底侧和第二发光器件的激光器结构侧电连接到支撑基底上。

[0008] 在根据本发明该实施例的激光二极管中，当从电连接到第一发光器件和第二发光器件的支撑基底侧提供电源时，给定波长的激光分别从第一发光器件和第二发光器件发出。在电源如上所述从支撑基底侧提供时，不必在第一发光器件上提供用于连接从电源引出的导线的区域。

[0009] 根据本发明该实施例的激光二极管中，第一发光器件的第一衬底侧和第二发光器件的激光器结构侧电连接到支撑衬底，因此可从支撑衬底侧提供电源。因此，不必在第一发光器件上提供用于连接从电源引出的导线的区域。因此，可通过已经被节省的上述区域而减小了第一发光器件的尺寸。这里，例如，当第一衬底由GaN衬底形成，并且第二衬底由GaAs衬底形成时，可减小材料成本相对昂贵的GaN衬底的尺寸。结果是，减小了材料成本。

[0010] 此外，通过将第一发光器件和第二发光器件以各自激光器结构彼此相对的方式依次叠层在支撑基底上，减小了第一发光器件和第二发光器件的发光点之间的距离。因此，光拾取的设计裕量变得有利，激光二极管容易被组装。

[0011] 本发明的其它和更多的目的，特点以及优点将从下面的说明中表现地更加清楚。

附图说明

[0012] 图1是示出根据本发明第一实施例的激光二极管的示意结构的截面图；

[0013] 图2是示出图1的激光二极管的示意结构的另一截面图；

[0014] 图3是示出激光二极管的应用实例的顶视图；

[0015] 图4是示出激光二极管的应用实例的侧面图；

[0016] 图5是示出根据本发明第二实施例的激光二极管的示意结构的截面图；

[0017] 图6是示出图5的激光二极管的变形的示意结构的截面图；

[0018] 图7是示出激光二极管的另一变形的示意结构的截面图；

[0019] 图8是示出激光二极管的另一变形的示意结构的截面图；

[0020] 图9是示出根据本发明第三实施例的激光二极管的示意结构的截面图；

[0021] 图10是示出图9的激光二极管的变形的示意结构的截面图；

[0022] 图11是示出激光二极管的变形的示意结构的截面图；

[0023] 图12是示出激光二极管的另一变形的示意结构的截面图。

具体实施方式

[0024] 下面将参考附图详细描述本发明所给定的实施例。

[0025] 第一实施例

[0026] 图1示出了根据本发明第一实施例的激光二极管1的截面结构。图2示出了图1的激光二极管1沿箭头A-A截取的截面结构。图1的截面结构对应于图2的沿箭头B-B截取的截面结构。图3和图4分别示出该实施例的激光二极管9的顶面结构以及侧面结构。通过将图1的激光二极管1安装到阻热块60以及连接端子70而构成激光二极管9。图1到图4示出了激光二极管1和激光二极管9的模型，在这些附图中的尺寸和形状与实际使用的不同。

[0027] 激光二极管1是这样的一种设备，其中芯片状第一发光器件10和芯片状第二发光器件20依次叠层在支撑基底30上。第一发光器件10包括形成发光点11的激光器结构12，能发出用于下一代光盘的波长为400纳米左右(例如405纳米)的光。第二发光器件20包括发光器件20A和发光器件20B。发光器件20A具有形成发光点21A的激光器结构22A，能发出用于DVD的600纳米波段(例如，650纳米)的激光。发光器件20B具有形成发光点21B的激光器结构22B，能发出用于CD的700纳米波段(例如780纳米)的激光。因此，发光二极管1具有三波长激光器设备的功能。

[0028] 第二发光器件20倒放(衬底侧向上)在第一发光器件10上，这样只要可能，发光点21A就靠近发光点11。因此，分别从发光点11和发光点21A、21B发出的激光通过同样的光路，因此可在其上应用公共透镜系统(未示出)。

[0029] 下文将依次对支撑基底30、第一发光器件10以及第二发光器件20的结构进行描述。

[0030] 支撑基底30

[0031] 支撑基底30包括导热部31，设置在导热部31上的柱状接线柱32(32A，32B，32C，32D)(柱状导电部)，设置在每个柱状接线柱32上的附着层33(导电附着层)，设置在导热部31上的附着层34，分别设置成接触不同柱状接线柱32的导线电极35A，35B，35C，以及设置成接触附着层34的导线电极35D。当上述柱状接线柱32A，32B，32C，32D和上述导线电极
35A，35B，35C，35D被一起提及时，将它们分别描述柱状接线柱32以及导线电极35。

[0032] 导热部31例如由烧制(fired)的AlN形成，并且连接到后面将要描述的阻热块60。这种AlN是其热导率约为200W/(m·K)的具有优异的导热性的材料。因此，当将AlN用作导热部31时，导热部31充当扩散在激光二极管1中产生的热的热沉。

[0033] 柱状接线柱32通过例如将钨(W)或铜(Cu)进行烧制而形成，支撑第二发光器件20。柱状接线柱32具有将电源从支撑基底30侧提供给第二发光器件20的功能。钨(W)和铜(Cu)是其热导率分别约为177W/(m·K)和403W/(m·K)的具有优异导热性的材料。因此，当将烧制的钨(W)或烧制的铜(Cu)用作柱状接线柱32时，柱状接线柱32也充当热沉，其将用其间的附着层33连接到柱状接线柱32上的第二发光器件20中产生的热进行释放。

[0034] 附着层33包括例如金(Au)和锡(Sn)的合金或者锡。附着层33电连接到柱状接线柱32上。附着层34包含例如金(Au)和锡(Sn)的合金或者锡。附着层34电连接到第一发光器件10的n侧电极15(后面将要进行描述)。

[0035] 因此，柱状接线柱32A通过其间的附着层33连接到发光器件20A的p侧电极24A(后面将要进行描述)。柱状接线柱32B通过其间的附着层33连接到第一发光器件20B的p侧电极24B(后面将要进行描述)。柱状接线柱32C通过其间的附着层33以及附着层
36连接到第一发光器件10的p侧电极14(后面将要进行描述)。将柱状接线柱32D设置成以平衡的方式来支撑第二发光器件20，并且通过其间的绝缘层37与第一发光器件10和第二发光器件20电绝缘。

[0036] 附着层36包含例如金(Au)和锡(Sn)的合金或者锡。绝缘层37包含不含氧的绝缘材料作为主要材料，例如约300纳米厚的AlN(氮化铝)，BN(氮化硼)，SiC(碳化硅)，GaN，以及AlGaInN，这些材料比SiO2和ZrOx具有更高的导热性。

[0037] 导线电极35例如主要包含金(Au)。导线电极35的一端呈条形。导线电极35A的一端电连接到柱状接线柱32A。导线电极35B的一端电连接到柱状接线柱32B。导线电极35C的一端电连接到柱状接线柱32C。导线电极35D的一端电连接到附着层34。因此，导线电极35A的一端电连接到发光器件20A的p侧电极24A。导线电极35B的一端电连接到发光器件20B的p侧电极24B。导线电极35C的一端电连接到第一发光器件10的p侧电极
14。导线电极35D的一端电连接到第一发光器件10的n侧电极15。同时，导线电极35的另一端呈焊盘形，并且电连接到从连接端子70引出的导线。连接端子70连接到电源(未示出)，其中该电源提供电源给第一发光器件10和第二发光器件20。导线电极35A，35B，35C的另一端分别连接到电源的正电极，导线电极35D的另一端连接到电源的负电极上。也就是说，要求较大面积的导线电极35设置在支撑基底30上，不设置在第一发光器件10中。

[0038] 第一发光器件10

[0039] 接下来，对第一发光器件10的结构进行描述。第一发光器件10能发光波长约为400纳米(例如，405纳米)的光，并且由氮化物族III-V化合物半导体形成。氮化物族III-V化合物半导体在此表示至少包含短周期表中的3B族元素中的至少一个以及短周期表中的
5B族元素中的氮(N)元素。

[0040] 第一发光器件10通过在衬底13(第一衬底)上生长激光器结构12而形成。激光器结构12包括例如n型覆层、有源层、p型覆层、以及p侧接触层。

[0041] 特别是，衬底13由例如n型GaN形成。叠层方向的厚度(下文中简称为厚度)是例如80到100微米。GaN是具有优异导热性的材料，其热导率为约130W/(m·K)的。因此，当使用n型GaN作为衬底13时，衬底13也充当扩散在激光二极管1中产生的热的热沉。

[0042] n型覆层由例如1微米厚的n型AlGaN形成。有源层例如具有由阱层和势垒层组成的多量子阱结构，其中阱层和势垒层分别由30纳米厚的彼此具有不同组分的GaxIn1-xN(x≥0)形成。p型覆层由例如0.7微米厚的p型AlGaN形成。p侧接触层由例如0.1微米厚的p型GaN形成。

[0043] 部分p型覆层和p侧接触层由在与纸面垂直的方向(谐振器方向)延伸的条形脊(未示出)形成，因此实现了电流限制。对应于该条形脊的有源层的区域是发光点11。

[0044] 绝缘层(未示出)设置在从脊的侧面到p型覆层表面的连续表面上，也就是说，设置在除脊顶面以外的表面上。绝缘层具有与上述绝缘层36类似的结构。因此，电流仅从脊的顶面流进有源层内。因此，绝缘层具有电流限制功能。

[0045] p侧电极14设置在条形脊的顶面，也就是说，设置在p侧接触层的表面，并且电连接到p侧接触层。P侧电极14也电连接到设置在第二发光器件20侧面上的附着层36，并通过附着层36连接到电源的正电极上。n侧电极15设置在衬底13的后表面上，并且电连接到衬底13。n侧电极15也电连接到支撑基底30的附着层34上，并且通过附着层34连接到电源的负电极上。p侧电极14和n侧电极15具有多层结构，其中，例如，50纳米厚的Pd(钯)以及100纳米厚的Pt(铂)依次进行层叠。

[0046] 一对反射器膜(未示出)形成在垂直于脊延伸方向(轴线方向)的表面上。反射器膜中的一个(主发光侧)由例如氧化铝(Al2O3)形成，并且调节成具有低反射性。同时，另一个反射器膜通过交替叠层例如氧化铝层和氧化钛(TiO2)层而形成，并且调节成具有高反射性。因此，在有源层的发光点11中产生的光在该对反射器膜之间行进，并且被放大，然后作为光束从低反射性侧上的反射器膜发射出。

[0047] 如上所述，第一发光器件10不具备导线电极35，并且仅具有在顶面上的p侧电极14在底面上的和n侧电极15，p侧电极14接触第二发光器件20，其间具有附着层36和绝缘层37，n侧电极15接触支撑基底30，其间具有附着层34。因此，第一发光器件10不需要用于导线键合的足够大的面积。与具有导线电极的现有器件相比，第一发光器件10的尺寸可通过用于提供导线电极所需的区域而变小。

[0048] 第二发光器件20中的发光器件20A

[0049] 接下来，描述发光器件20A的结构。发光器件20A能发出600纳米波段(例如，650纳米)的光，并且由AlGaInP族III-V化合物半导体形成。此处的AlGaInP族III-V化合物半导体意味着至少包含铝(Al)，镓(Ga)，以及短周期表中的3B族元素铟(In)，以及至少短周期表中的5B族元素磷(P)。

[0050] 发光器件20A通过在衬底23(第二衬底)上生长激光器结构22A而形成。激光器结构22A包括例如n型覆层、有源层、p型覆层、以及p侧接触层。

[0051] 特别是，衬底23由例如n型GaAs形成，并且例如是约100微米厚。GaAs相对于上述GaN和AlN是具有较低导热性的材料，其低热导率为约17.8W/(m·K)的。因此，在该实施例中，如上所述，第二发光器件20颠倒(衬底23侧向上)设置在第一发光器件10的激光器结构12侧，并且第一发光器件10和第二发光器件20依次叠层在支撑基底30上。因此，发光器件20A(以及此后将要描述的发光器件20B)中产生的热从具有超级导热性的第一发光器件10以及柱状接线柱32中扩散，并且通过第一发光器件10和柱状接线柱32从支撑基底30和阻热块扩散。

[0052] n型覆层由例如1.5微米厚的n型AlGaInP形成。有源层例如具有40纳米厚的由阱层以及势垒层组成的多量子阱结构，其中阱层和势垒层分别由彼此组分不同的AlxGayIn1-x-yP(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)形成。p型覆层由例如1.5微米厚的p型AlGaInP形成。p侧接触层例如由0.5微米厚的p型GaP形成。部分p型覆层和p侧接触层具有在谐振器方向上延伸的条形脊，因此实现了电流限制。与该条形脊对应的有源层区域是发光点21A。

[0053] 绝缘层(未示出)设置在从脊的侧面到p侧覆层的表面的连续表面上，也就是说，设置在脊的顶面以外的表面上。绝缘层具有与上述绝缘层36类似的结构。因此，电流仅从脊的顶面流进有源层中。因此，绝缘层具有电流限制功能。

[0054] 将p侧电极24A设置在条形脊的顶面上，也就是说，设置在p侧接触层的表面上，并且电连接到p侧接触层。p侧电极24A也电连接到设置在柱状接线柱32A上的附着层33，并且通过附着层33连接到电源的正电极上。n侧电极25设置在衬底23的后表面上，并且电连接到衬底23。n侧电极25是焊盘形状，电连接到从连接端子70引出的导线上。如上所述，连接端子70电连接到电源。因此，n侧电极25连接到电源的负电极。n侧电极25是发光器件20A和发光器件20B共用的电极。p侧电极24和n侧电极25具有多层结构，其中，例如15纳米厚的Ti(钛)、50纳米厚的Pt(铂)、300纳米厚的金(Au)依次叠层。

[0055] 一对反射器膜(未示出)形成在垂直于条形脊延伸方向(轴线方向)的表面上。该对反射器膜具有与形成在第一发光器件10的端面上的前述那对反射器膜类似的结构。
因此，在有源层中的发光点21A中产生的光在该对反射器膜之间行进，并且被放大，然后作为光束从低反射性侧面上的反射器膜发射出。

[0056] 第二发光器件20中的发光器件20B

[0057] 接下来，描述发光器件20B的结构。发光器件20B能发出700纳米波段(例如，780纳米)的光，并且由砷化镓(GaAs)族III-V化合物半导体形成。此处的砷化镓(GaAs)族III-V化合物半导体意味着至少包含短周期表中的3B族元素中的镓(Ga)以及短周期表中的5B族元素中的至少砷(As)。

[0058] 发光器件20B通过在与发光器件20A共用的衬底(衬底23)上生长激光器结构22B而形成。激光器结构22B包括例如n型覆层、有源层、p型覆层、以及p侧接触层。

[0059] 特别是，n型覆层由例如1.5微米厚的n型AlGaAs形成。有源层具有35纳米厚的由阱层和势垒层组成的多量子阱结构，其中阱层和势垒层分别具有彼此组分不同的AlxGa1-xAs(0≤x≤1)形成。p型覆层由例如1.0微米厚的p型AlGaAs形成。p侧接触层例如由0.5微米厚的p型GaAs形成。部分p型覆层和p侧接触层具有在谐振器方向上延伸的条形脊，因此实现了电流限制。与该脊对应的有源层的区域是发光点21B。

[0060] 绝缘层(未示出)设置在从脊的侧面到p型覆层的表面的连续表面上，也就是说，设置在除脊顶面以外的表面上。绝缘层具有与上述绝缘层36类似的结构。因此，电流仅从脊的顶面流进有源层。因此，绝缘层具有电流限制功能。

[0061] P侧电极24B设置在脊的顶面上，也就是说，设置在p侧接触层上并且电连接到p侧接触层上。p侧电极24B同样电连接到设置在柱状接线柱32B上的附着层33，并且通过附着层33连接到电源的正电极上。p侧电极24B通过绝缘层37与发光器件20A的p侧电极24A电绝缘。p侧电极24B具有与上述p侧电极24A类似的结构。

[0062] 如上所述，第二发光器件20由柱状接线柱32支撑。因此，即使当第一发光器件10小于第二发光器件20时，第二发光器件20可以容易地设置在第一发光器件10上。此外，柱状接线柱32具有散热功能以及伪电源(electricalposer supply)功能。因此，柱状接线柱32有效地释放第二发光器件20中产生的热。此外，即使当不在第二发光器件20上设置对于导线键合足够大的p侧导线电极时，可提供电源。因此，第二发光器件20具有其中第二发光器件20可接触第一发光器件10以及柱状接线柱32的最小尺寸就足够了。

[0063] 例如，具有上述结构的激光二极管9可以如下制造。

[0064] 首先，制造第一发光器件10。具体地，将n侧接触层，n型覆层，有源层，p型覆层以及p型接触层依次堆叠在衬底13上。此后，通过例如干法蚀刻构图p侧接触层以及p型覆层，从而得到形成激光器结构12的较窄的条形凸面。接着，例如，将AlN通过气相沉积或者溅射法沉积在激光器结构12上。此后，通过蚀刻去掉与脊的顶面对应的部分，从而形成绝缘层。接着，例如，将Ti，Pt和Au依次叠层在绝缘层以及条形脊的顶面上，从而形成p侧电极14。n侧电极15类似地形成在衬底13的后表面上。

[0065] 接着，以与第一发光器件10类似的程序形成第二发光器件20。此后，例如，将AlN通过气相沉积或者溅射法沉积在第二发光器件20的激光器结构22A，22B侧的表面上。因此，将要面对柱状接线柱32的部分通过蚀刻而去掉，从而形成绝缘层37。

[0066] 接下来，例如，将金(Au)和锡(Sn)的合金沉积到绝缘层37面向第一发光器件10的p侧电极14的区域上以及绝缘层37的上述区域和柱状接线柱32C之间的区域上，从而形成附着层36。此外，例如，将金(Au)和锡(Sn)的合金沉积到p侧电极24A，24B的去掉绝缘层37并且暴露出p侧电极24A，24B的区域上，从而形成附着层33。此后，叠层第一发光器件10的附着层36以及p侧电极14。因此将第一发光器件10和第二发光器件20进行堆叠，使得激光器结构12侧和激光器结构22A彼此相对。

[0067] 接下来，制造支撑基底30。具体地，例如，将钨(W)通过例如印刷法设置在例如AlN衬底的指定位置上。此后，将AlN衬底和钨(W)进行烧制，从而形成导热部31以及柱状接线柱32。随后，将附着层33形成在柱状接线柱32上，将附着层34形成在导热部31面向第一发光器件10的n侧电极15的区域上，形成导线电极35以接触柱状接线柱32。

[0068] 接下来，将叠层的第一发光器件10和第二发光器件20以第一发光器件10设置成较低侧的方式设置在支撑基底30上。此时，这样进行设置使得第一发光器件10的n侧电极15电连接到支撑基底30的附着层34上，第二发光器件20的p侧电极24A，24B电连接到支撑基底30的附着层33上。因此，制造出了该实施例中的激光二极管1。

[0069] 此外，将激光二极管1安装在阻热块60上。例如，如图3和图4所示，从连接端子70引出的导线分别连接到导线电极35和n侧电极25上。因此，制造了本实施例中的激光二极管9。

[0070] 在如上所制造的激光二极管9中，当通过连接端子70在p侧电极14和n侧电极15之间施加来自电源的电压时，电流注入到有源层中，通过电子空穴复合而产生光的发射，波长约为400纳米(例如，405纳米)的激光从第一发光器件10的发光点11发出。类似地，当在p侧电极24A和n侧电极25之间施加电压时，600纳米波段(例如，650纳米)的激光从发光器件20A的发光点21A发出。当在p侧电极24B和n侧电极25之间施加电压时，700纳米波段(例如，780纳米)的激光从发光器件20B的发光点21B发出。如上所述，第一发光器件10，发光器件20A，发光器件20B可以彼此独立地发出相互不同波长的激光。

[0071] 此时，在激光二极管装置中，由于高电流密度而产生焦耳热。在第一发光器件10中产生的热从支撑基底30和阻热块60扩散，并且通过绝缘层37扩散到第二发光器件20侧。同时，在第二发光器件20中产生的热扩散到衬底23侧，并且通过绝缘层37扩散到第一发光器件10。

[0072] 如上所述，本实施例的激光二极管装置中，第一发光器件10和第二发光器件20以激光器结构12和激光器结构22A，22B彼此相对的方式依次堆叠在支撑基底30上，并且提供了具有良好散热性的绝缘层37。因此，在激光二极管装置中的热容易被扩散，因此减小了耐热性，散热性变得良好。结果是，散热性得到提高。因此，激光二极管的特性和可靠性得到了提高。

[0073] 此外，由于第一发光器件10和第二发光器件20以激光器结构12和激光器结构22A，22B彼此相对的方式依次堆叠在支撑基底30上，因此可以减小第一发光器件10和第二发光器件20的发光点之间的距离。因此，光拾取的设计裕量良好。结果是，容易组装激光二极管。

[0074] 此外，在本实施例中，第一发光器件10的衬底13侧和第二发光器件20的激光器结构22A，22B侧电连接到支撑基底30上。因此，可从支撑基底30侧提供电源。结果是，不必在第一发光器件10上提供导线电极35。因此，可减小第一发光器件10的尺寸，也就是说，可以减小GaN衬底的尺寸。因此，减少了材料成本。

[0075] 第二实施例

[0076] 图5示出了根据本发明第二实施例的激光二极管2的截面结构。在图5中，省略了第一发光器件10和第二发光器件20的内部结构。

[0077] 激光二极管2与上述第一实施例的不同之处在于：激光二极管2包括代替柱状接线柱32和附着层33的凸起42(可变形导电部)。因此，下文中将主要对与第一实施例的不同之处进行描述，与第一实施例相同的结构，动作以及效果将适当地省略。

[0078] 凸起42包含例如金(Au)的可变形导电材料。凸起42支撑第二发光器件20，并且类似于第一实施例的柱状接线柱32，从支撑基底30侧提供电源到第二发光器件20。金(Au)是热导率约为300W/(m·K)的具有良好导热性的材料。因此，当金(Au)用作凸起42时，凸起42同样充当释放第二发光器件20中产生的热的热沉。

[0079] 凸起42具有如上所述的变形性。因此，即使当第一发光器件10和第二发光器件20设置在支撑衬底30之前凸起42的高度大于第一发光器件10、附着层34以及附着层36的总厚度时，凸起42可被第二发光器件20按压。因此，当凸起42被第二发光器件20按压之前的高度大于第一发光器件10、附着层34以及附着层36的总厚度时，即使其厚度变化，第二发光器件20的p侧电极24A，24B也可与支撑基底30牢固地电连接。

[0080] 如图6所示，可以通过在凸起42的上部提供附着层33而提高与第二发光器件20的p侧电极24A，24B的电接触特性。

[0081] 如图7所示，通过将凸起42设置在柱状接线柱32上以使得凸起42的高度小于本实施例中的高度也是可以的。此外，如图8所示，可以通过在凸起42的上部提供附着层33而提高与第二发光器件20的p侧电极24A，24B的电接触特性。

[0082] 第三实施例

[0083] 图9示出了根据本发明第三实施例的激光二极管3的截面结构。图10示出了将第一发光器件10和第二发光器件20设置在支撑基底40上的步骤。在图9和图10中，省略了第一发光器件10和第二发光器件20的内部结构。

[0084] 激光二极管3与上述第一实施例的区别在于激光二极管3包括代替柱状接线柱32的具有凹槽41A的导热部41。因此，下文中仅主要对与第一实施例的区别进行描述，并且将适当省略与第一实施例类似的结构，动作和效果。

[0085] 导热部41具有设置在与第一发光器件10相对的区域中的凹槽41A以及设置在凹槽41A两侧的侧部凹槽41B。凹槽41A由深度为d1的可插入全部或部分第一发光器件10的凹槽组成。凹槽41A的底面支撑第一发光器件10。侧部凹槽41B由深度d2等于或者深于凹槽41A深度的凹槽组成。当第一发光器件10设置在凹槽41A的底面上时从凹槽41A推出的附着层34容纳在侧部凹槽41B中。

[0086] 当凹槽41A的深度d1深到足够插入全部的第一发光器件10的程度时，例如，当凹槽41A的深度d1大于第一发光器件10的厚度和附着层36的厚度的总值时，即使第一发光器件10的厚度以及凹槽41A的深度变化，附着层34和第一发光器件10的n侧电极15之间必须没有间隙。为了防止出现这种间隙，例如，希望考虑第一发光器件10的厚度和凹槽41A的深度变化来确定附着层34的厚度。当通过考虑如上所述的这种变化来确定附着层
34的厚度时，尽管当第一发光器件10插入到凹槽41A中时可以将附着层34从凹槽41A推出，但是附着层34的被推出部容纳在侧部凹槽41B中。因此，不存在附着层34电连接到导线电极45的危险。

[0087] 相反，当凹槽41A的深度d1浅到不能插入全部第一发光器件10时，例如，当凹槽41A的深度d1小于第一发光器件10的厚度、附着层34的厚度和附着层36的厚度总值时，在支撑基底40的导线电极45和附着层33之间必须没有间隙。为了防止这种间隙，例如，希望增加附着层33的厚度和导线电极35的厚度，或者如图11所示设置凸起42，或者如图
12所示在凸起42的上部设置附着层34。

[0088] 尽管上文中已经参考实施例对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述实施例，并且可进行各种变形。

[0089] 例如，在上述实施例中，在将柱状接线柱32或凸起42形成在导热部31或41上之后，将支撑基底30和第一发光器件10/第二发光器件20电连接。然而，在柱状接线柱32或凸起42形成在第二发光器件20上或者导热部31、41以及第二发光器件20上之后，将支撑基底30和第一发光器件10/第二发光器件20进行电连接也是可以的。

[0090] 此外，在上述实施例中，已经分别参考作为第一发光器件10的氮化物族III-V化合物激光二极管以及作为第二发光器件20的砷化镓(GaAs)族III-V化合物激光二极管进行了描述，并且示出了其组成和结构的示范性实施例。然而，本发明可类似应用于具有其它组成或其它结构的激光二极管。

[0091] 此外，在上述实施例中，已经对其中第一发光器件10包括单个激光器结构12并且第二发光器件20包括两个激光器结构24A，24B的激光二极管进行了描述。然而，本发明也可类似地应用于具有其它结构的激光二极管。

[0092] 本领域技术人员应该知道，依据设计需要和其它因素，可以进行各种变形，组合，再组合以及替换，只要它们在所附权利要求以及其等效物的范围内即可。

[0093] 本发明包括2005年8月8日在日本专利局提交的日本专利申请JP2005-229321的主题，其全部内容作为参考在此结合。