TWI742714B - 半導體雷射二極體 - Google Patents

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Abstract

一種半導體雷射二極體，為解決習知技術中所運用材料雖能降低應力但選擇材料較有限且載子侷限能力不佳，因此在雷射元件中提供含磷的半導體層，一方面能更有效的降低雷射元件的主動區或雷射元件的應力總和，另一方面提高主動區對載子的侷限能力，其中含磷的半導體層在適當條件下能有效降低應力總和或顯著增進載子侷限性，在一些情形下並兼具以上兩種效果；含磷的半導體層適用於具有一或多主動層的主動區、為量子井結構或量子點結構的主動層，尤其在具有多主動層的主動區內設置含磷的半導體層後，高溫特性獲得顯著的改善或增進。

Description

半導體雷射二極體
一種半導體雷射二極體，尤其是一種雷射波長至少超過700nm或800nm的半導體雷射二極體。
半導體雷射二極體例如垂直共振腔表面放射雷射二極體（Vertical Cavity Surface Emitting Laser Diode, VCSEL）或邊射型雷射二極體（Edge Emitting Laser Diode, EEL）可以用來做為3D感測、LiDAR或光通訊的光源之一。
VCSEL通常包括一對高反射率的膜層，習稱為分散式布拉格反射器層（Distributed Bragg Reflector Layer, DBR Layer）。在一對DBR層之間會具有共振腔，共振腔通常包括間隔層（Spacer Layer）及主動層（Active Layer），主動層通常包含量子井結構或量子點結構，其中量子井結構主要是由障壁層（Barrier Layer）及井層（Well Layer）構成。DBR層通常是由兩種或兩種以上不同折射率的材料經重覆堆疊並準確控制厚度以達到高反射率的效果。EEL則是在元件的相對的兩外側鍍上一對不同反射率的膜層來形成共振腔，主動層通常包含量子井結構或量子點結構， EEL的量子井結構跟VCSEL一樣也是主要由障壁層及井層構成，主動層之上與之下通常形成上光電侷限層與下光電侷限層。
半導體雷射二極體的主動層若是量子井結構時，井層通常是由較低能隙的半導體材料形成，且障壁層是由能隙比井層更大的材料組成，因此藉由障壁層及井層之間的能帶差距會形成量子井。當雷射二極體受到順向偏壓時，電子及電洞則會注入並侷限於量子井結構中，而被注入的電子及電洞等載子會在量子井內產生複合而發射特定波長的光，且光在共振腔內產生建設性干涉，進而發出雷射光。根據雷射光發出的方向，雷射二極體可區分為面射型雷射二極體(VCSEL)及邊射型雷射二極體(EEL)，而面射型雷射二極體也可根據雷射光發出的方向進一步區分為正面出光型雷射二極體(Top Emitting VCSEL)及背面出光型雷射二極體(Bottom Emitting VCSEL)。
VCSEL具備下列優點：（1）窄線寬、圓錐形雷射光束易與光纖耦合；（2）在低電流準位可具有快速調變功能，適用於高速傳輸之應用領域；（3）可單模輸出；（4）低驅動電流(threshold current)，功耗小；（5）高輸出功率；（6）正面或背面發光的特性可設計1D或2D矩陣；（7）晶片在封裝前即可進行測試，可大幅降低成本。
在基板上進行磊晶成長而形成雷射二極體結構，若所成長的磊晶層材料與基板的晶格有不匹配時就會在磊晶層產生應力（Stress），磊晶層累積過大的應力總和將可能導致雷射二極體結構中的磊晶層產生缺陷（Defect）或差排（Dislocation），進而影響雷射元件的可靠度（Reliability）或功率轉換效率（Power Conversion Efficiency, PCE）。雷射二極體的主動層若為量子井結構，井層常使用的材料例如有InGaAs或InAlGaAs，選用上述材料的主要目的在於提升雷射二極體的發光效率(optical gain)、提升操作頻寬(frequency response)或用於達到發出特定的雷射波長，然而InGaAs或InAlGaAs磊晶層材料與GaAs基板的晶格不匹配偏大，因而導致主動層產生較大的壓縮應力並於雷射二極體的磊晶層產生壓縮應力累積。
井層的材料與基板的材料晶格不匹配時會在主動層產生應力累積，且導致雷射二極體結構中磊晶層的應力總和快速累積，導致可靠度不佳。另一方面，高溫操作時主動層載子侷限不佳也是必須克服的問題。
在半導體雷射元件引入本說明書所提出的含磷的半導體層時，能減少多層結構的缺陷或差排，或提高主動層的載子侷限能力，甚至在一些情形下兼具以上兩種功效。
本說明書的第一實施例是關於一種半導體雷射二極體，該半導體雷射二極體包含一GaAs基板與在該GaAs基板之上的一多層結構；該多層結構包含一主動區與一第一半導體層；該主動區包含一或複數主動層，該或該等主動層之至少一者包含至少一井層，該至少一井層是包含選自由InGaAs、InAlGaAs、GaAsSb、GaAs、AlGaAs、AlGaAsSb、GaAsP及InGaAsP所組成的群組；該第一半導體層係設於該主動區之內或之外，其中該第一半導體層包含選自由AlGaAsP、AlGaAsPN、AlGaAsPSb、AlGaAsPBi、InAlGaP、InAlGaPN、InAlGaPSb、InAlGaPBi、InGaAsP、InGaAsPN、InGaAsPSb、InGaAsPBi、InGaP、InGaPN、InGaPSb、InGaPBi及InAlGaAsP所組成的群組。
本說明書的第二實施例是關於一種半導體雷射二極體，該半導體雷射二極體包含一GaAs基板與在該GaAs基板之上的一多層結構；該多層結構包含一主動區、一第二半導體層與一中間層；該主動區包含一或複數主動層，該或該等主動層之至少一者包含至少一障壁層與至少一井層，該至少一井層是包含選自由InGaAs、InAlGaAs、GaAsSb、GaAs、AlGaAs、AlGaAsSb、GaAsP及InGaAsP所組成的群組；該第二半導體層設置於該至少一障壁層之中，其中該第二半導體層是GaAsP；該中間層設置於該至少一障壁層之中及/或該至少一障壁層及該至少一井層之間，該中間層選自由AlGaAsP、AlGaAsPN、AlGaAsPSb、AlGaAsPBi、InAlGaP、InAlGaPN、InAlGaPSb、InAlGaPBi、InGaAsP、InGaAsPN、InGaAsPSb、InGaAsPBi、InGaP、InGaPN、InGaPSb、InGaPBi、InAlGaAsP 、GaAs及AlGaAs所組成之群組，其中，該至少一井層的能隙是小於該至少一障壁層的能隙與該中間層的能隙。
本說明書的第三實施例是關於一種半導體雷射二極體，該半導體雷射二極體包含一GaAs基板與在該GaAs基板之上的一多層結構；該多層結構包含一下磊晶區、一主動區、一上磊晶區與至少一載子侷限層；該下磊晶區位於該GaAs基板之上，該主動區位於該下磊晶區之上，該上磊晶區位於該主動區之上；該至少一載子侷限層是位於該主動區、該下磊晶區或該上磊晶區之中，該至少一載子侷限層包含選自由AlGaAsP、AlGaAsPN、AlGaAsPSb、AlGaAsPBi、InAlGaP、InAlGaPN、InAlGaPSb、InAlGaPBi、InGaAsP、InGaAsPN、InGaAsPSb、InGaAsPBi、InGaP、InGaPN、InGaPSb、InGaPBi及InAlGaAsP所組成的群組。
本說明書的第四實施例是關於一種半導體雷射二極體，該半導體雷射二極體包含一GaAs基板與在該GaAs基板之上的一多層結構；該多層結構包含一主動區，該主動區包含一或複數量子點結構，該或該等量子點結構之至少一者包含一量子點、一浸潤層及一覆蓋層； 其中，該量子點或該浸潤層是包含選自由InGaAs、InAlGaAs、GaAsSb、GaAs、AlGaAs、AlGaAsSb、GaAsP及InGaAsP所組成的群組；該覆蓋層是包含選自由AlGaAsP、AlGaAsPN、AlGaAsPSb、AlGaAsPBi、InAlGaP、InAlGaPN、InAlGaPSb、InAlGaPBi、InGaAsP、InGaAsPN、InGaAsPSb、InGaAsPBi、InGaP、InGaPN、InGaPSb、InGaPBi及InAlGaAsP所組成的群組。
本說明書的第五實施例是關於一種半導體雷射二極體，該半導體雷射二極體包含一InP基板與在該InP基板之上的一多層結構；該多層結構包含一下磊晶區、一主動區、一上磊晶區與至少一載子侷限層；該下磊晶區位於該InP基板之上，該主動區位於該下磊晶區之上，其中該主動區包含一主動層或複數主動層，該上磊晶區位於該主動區之上；該至少一載子侷限層是位於該主動區、該下磊晶區或該上磊晶區之中，該至少一載子侷限層係選自由InGaP、InAlGaP、InP 、InAlAsP、AlAsSb、AlAsBi、AlGaAsSb、AlGaAsBi、AlPSb、AlPBi 、InGaAsP所組成的群組。
以下配合圖式及元件符號對本發明的實施方式作更詳細的說明，俾使熟習該項技藝者在研讀本說明書後能據以實施。圖式中各膜層之間的厚度比例也非實際比例，應根據實際需要而調整各膜層的厚度。
以下描述具體的元件及其排列的例子以簡化本發明。當然這些僅是例子且不該以此限定本發明的範圍。例如，在描述中提及一層於另一層之上時，其可能包括該層與該另一層層直接接觸的實施例，也可能包括兩者之間有其他元件或磊晶層形成而沒有直接接觸的實施例。此外，在不同實施例中可能使用重複的標號及/或符號，這些重複僅為了簡單清楚地敘述一些實施例，不代表所討論的不同實施例及/或結構之間有特定關聯。
此外，其中可能用到與空間相關的用詞，像是“在...下方”、“下方”、“較低的”、“上方”、“較高的”及類似的用詞，這些關係詞係為了便於描述圖式中一個(些)元件或特徵與另一個(些)元件或特徵之間的關係。這些空間關係詞包括使用中或操作中的裝置之不同方位，以及圖式中所描述的方位。
本發明說明書提供不同的實施例來說明不同實施方式的技術特徵。舉例而言，全文說明書中所指的“一些實施例”意味著在實施例中描述到的特定特徵、結構、或特色至少包含在一實施例中。因此，全文說明書不同地方所出現的片語“在一些實施例中”所指不一定為相同的實施例。
此外，特定的特徵、結構、或特色可在一或多個的實施例中透過任何合適的方法結合。進一步地，對於在此所使用的用語“包括”、“具有”、“有”、“其中”或前述之變換，這些語意類似於用語“包括”來包含相應的特徵。
此外，”層”可以是單一層或者包含是多層；而一磊晶層的”一部分”可能是該磊晶層的一層或互為相鄰的複數層。
現有技術中，雷射二極體可依據實際需求而選擇性的設置緩衝層，且在一些實例中，緩衝層與基板在材質可以是相同的。且緩衝層設置與否，跟以下實施例所欲講述的技術特點與所欲提供的效果並無實質相關，因此為了簡要示例說明，以下實施例僅以具有緩衝層的雷射二極體來做為說明用的示例，而不另贅述沒有設置緩衝層的雷射二極體，也就是以下實施例如置換無緩衝層的雷射二極體也能一體適用。
半導體雷射元件主要包含基板與多層結構，多層結構是形成於基板之上，眾所周知的是，應用目的或工作原理不同的半導體雷射元件，所使用的多層結構甚至基板材料也會有所不同；本說明書所提出的含磷的半導體層應用在半導體雷射元件時，能減少多層結構的缺陷、差排或提高載子侷限能力，甚至在一些情形下兼具以上兩種功效。本說明書的半導體雷射元件是涉及VCSEL或EEL等其他適當雷射元件，但排除發光波長未達700nm的雷射二極體。
參閱圖1a，本說明書的半導體雷射元件1’主要包含基板10’與多層結構100’，多層結構100’是形成於基板10’之上，多層結構100’包含主動區A’與含磷的半導體層S1’。參閱圖1a及圖1b~1c所示，含磷的半導體層S1’能位於主動區A’之內的不同位置；或者，如圖1d~1e所示，半導體層S1’是位於主動區之上或之下，且半導體層S1’與主動區A’直接接觸；或者，如圖1f~1g所示，半導體層S1’也是位於主動區A’之上或之下，但半導體層S1’是間接接觸於主動區A’，也就是半導體層S1’與主動區A’之間還具有磊晶層；具體的實施方式說明如下。
[實施例1]
參考圖2~圖4a~圖4b，圖2是顯示一種現有VCSEL的示意圖。圖3a是顯示圖2的主動層為量子井結構的一實施例示意圖；圖3b是顯示圖3a的障壁層與井層的能階（energy band level）示意圖；圖4a是顯示障壁層的一部分或障壁層的全部是第一半導體層的示意圖，圖4b則是顯示各障壁層皆形成第一半導體層的一實施例示意圖。
圖1a至1b的含磷的半導體層S1’ 在實施例1中稱為第一半導體層S1。圖2~圖3a、圖3b是關於現有VCESL的結構，以及主動層為量子井結構；而關於第一半導體層應用於VCSEL的具體實施例，則請參閱圖4a、圖4b及其相關內容。
圖2所示的半導體雷射元件是VCSEL1，如圖2所示，VCSEL1包含GaAs基板10與多層結構100，多層結構100的主動區A包含一主動層20（多主動層的實施例參後文），多層結構100由下而上依序包括緩衝層101、下DBR層102、下間隔層103、主動層20、上間隔層104、上DBR層105以及歐姆接觸層106，主動層20是位於下間隔層103與上間隔層104之間。
緩衝層101、下DBR層102、下間隔層103、上間隔層104、上DBR層105以及歐姆接觸層106，這些磊晶層的材料可以是習知常用的半導體材料；根據實際需要，在下DBR層102及/或上DBR層105中能選擇性的設置一或一些磊晶層，例如氧化層、歐姆接觸層、間隔層或其他適當的磊晶層。
如圖3a所示，主動層20的一實施例中包含二層井層201與三層障壁層203，二層井層201與三層障壁層203是相互交錯堆疊，但其結構不限於此。亦即，主動層20可以包含n層井層201與n+1層障壁層203，如主動層20是此種配置方式，則主動層20的最上層與最下層皆為障壁層203。在一些實施例中，在主動層20的最上層與最下層的障壁層20可充當下間隔層103或上間隔層104。
在未圖示的一實施例中，主動層20也可以包含n層井層201與n-1層障壁層203，如主動層20是此種配置方式，則主動層20的最上層或最下層的其中之一是井層201，或者主動層20的最上層與最下層都是井層201。較佳地，n為1至5的整數（即，主動層20至少包含一層井層），更佳地，n為2至5的整數，可提升VCSEL的發光效率(optical gain)或高溫特性(high temperture performance)。
當主動層20的最上層或最下層均為井層201時，與該井層201鄰接的下間隔層103或上間隔層104充當障壁層。當主動層20的最上層與最下層皆為井層201時，與該些井層201鄰接的下間隔層103及上間隔層104皆充當障壁層。
又，如圖3b的能帶示意圖所示，障壁層203為導電帶能階（Ec ）較高的半導體材料，且井層201為導電帶能階較低的半導體材料，於是產生導電帶不連續（ΔEc ）而形成所謂的量子井。類似地，在價電帶能階（Ev ）也會產生價電帶不連續（ΔEv ）。當VCSEL1受到順向偏壓時，電子及電洞則會注入並侷限於量子井中，而被注入的電子及電洞等載子會在量子井內複合而發光。
在本文的大多數實施例中，井層201的優選材料是InGaAs、InAlGaAs、GaAsSb、 GaAs、AlGaAs、AlGaAsSb、GaAsP、InGaAsP或以上材料的配合，經由改變井層201的成分或厚度能夠調整VCSEL1的雷射波長，因此半導體雷射元件的雷射波長容易達到700nm或800nm以上。
然而，作為井層201的一些材料晶格並不匹配於GaAs基板10，尤其， InGaAs、InAlGaAs、GaAsSb、 AlGaAs與AlGaAsSb這些材料的晶格常數大於GaAs基板，因此井層在磊晶成長後，井層是產生壓縮應力（Compressive Strain），且即使改變這些材料的成份，晶格常數仍然還是會大於GaAs基板；而晶格常數小於GaAs基板則有GaAsP，因此井層在進行磊晶成長後，井層是產生拉伸應力，同樣的，即使透過改變GaAsP的材料成分，GaAsP的晶格常數還是會小於GaAs基板；若主動層中的一些井層或各井層產生壓縮應力或拉伸應力，則主動層20或VCSEL1中累積的應力就會變大，一旦VCSEL中累積的應力過大，會致使VCSEL的磊晶層產生缺陷或差排。
因此，在多層結構中提供含磷的第一半導體層S1，作為第一半導體層的較佳材料有17種如表1所示，作為第一半導體層S1的優選材料包含表1的17種材料的至少一材料或至少二材料以上的組合。 【表1】
  第一半導體層 AlGaAsP AlGaAsPN AlGaAsPSb AlGaAsPBi
AlGaInP AlGaInPN AlGaInPSb AlGaInPBi
InGaAsP InGaAsPN InGaAsPSb InGaAsPBi
InGaP InGaPN InGaPSb InGaPBi
InAlGaAsP      
以上列舉的材料的晶格常數能被改變，比如透過調整材料中的成份多寡而決定晶格常數是要匹配於、小於或大於GaAs基板，因此第一半導體層可以根據井層的應力而決定是產生拉伸應力、產生壓縮應力或甚至不產生明顯應力，如此井層的應力能被第一半導體層有效補償，而使得主動層所累積的應力變小，從而降低VCSEL的磊晶層的缺陷或差排發生機率，因而提高VCSEL的可靠度。
應力總和的計算方式為：先將每一層的應力值乘以其厚度而得到乘積值，接著將所有拉伸應力的乘積值減去所有壓縮應力的乘積值而得到應力總和（為絕對值）。
若只考量主動層本身的應力，原則上只要主動層本身應力總和變小即可；一般而言，主動層本身應力總和變小，VCSEL的應力總和也會降低；不過，若主動層外的磊晶層會提供相當的應力，則可透過適當選擇井層及/或第一半導體層的材料、材料成分比例、層數與其厚度，使主動層產生適當的應力與應力大小，如此主動層也能適度補償主動層外的磊晶層的應力。
以表1的InGaP而言，假設莫耳數比在In:Ga=51:49的情形下，InGaP會剛好晶格匹配於GaAs基板；若要使InGaP的晶格常數大於GaAs基板，則須把In的含量再提高（Ga含量變少），如此第一半導體層就能產生壓縮應力；若要使InGaP的晶格常數小於GaAs基板，則須把Ga的含量再提高（In含量變少），如此第一半導體層就能產生拉伸應力。
原則上障壁層203的一部分或全部設置第一半導體層S1。例如，在圖4a中顯示了兩種設置第一半導體層S1於障壁層中的方式，一種是在障壁層203內的一部分形成第一半導體層S1，如圖4a中相鄰於上間隔層104的障壁層203；另一種是在障壁層203的全部形成第一半導體層S1，如圖4a中相鄰於下間隔層103的障壁層203；以上提到的第一半導體層部分形成或整體形成於障壁層的方式能擇一運用於一障壁層或多個障壁層中，比如一些的障壁層是以其一部分形成第一半導體層，其他的障壁層是以其整體作為第一半導體層；也可如圖4b所示，在各障壁層皆設置第一半導體層；要注意的是，第一半導體層的設置數目、設置方式與設置處視井層應力的產生位置與應力大小而定，不限於本實施例所述的數目與位置。
在此實施例中，藉由在障壁層203中***含磷的第一半導體層S1，障壁層203可對井層201進行應力補償，例如井層201是產生壓縮應力時，則使障壁層203中的第一半導體S1產生拉伸應力（Tensile Strain），如此主動層20所累積的應力總和變小；此外，障壁層203因***含磷的第一半導體層S1，能進一步擴大對井層的能帶差距，從而增加主動層的載子侷限性（Carrier Confinement），當在高溫操作時，也能將具有較高能量的載子侷限在量子井中，因此在高溫操作時，VCSEL的發光效率變得更好。
要注意的是，井層會產生壓縮應力或拉伸應力是由井層材料、井層材料成份或基板的材料決定，也就是若井層產生的是拉伸應力情形中，第一半導體層則應產生壓縮應力；同樣的，若井層產生的是壓縮應力，則第一半導體層則須提供拉伸應力；若第一半導體層的能隙較大，還能增進VCSEL的載子侷限能力。
在一些實施例中，井層的厚度可為1nm～30nm，較佳可為2nm～15nm或3nm～10nm，其中井層的厚度可根據井層材料、井層材料成份或井層所需波長而調整。
如上所述，障壁層203不僅能對井層201做應力補償，而且障壁層203對井層201做應力補償的程度還能被調整，具體而言，當障壁層203的材料、材料成份或厚度被改變時，井層201被障壁層203應力補償的程度也會改變；其中障壁層203的厚度可為1nm～30nm，較佳可為2nm～15nm或3nm～10nm，以減少或消除主動層20的應力。
[實施例2]
圖5a是顯示障壁層跟井層之間具有中間層之一實施例的示意圖，圖5b是顯示圖5a的障壁層、中間層與井層的能帶關係示意圖；圖6a是顯示障壁層中***GaAsP中間層之一實施例的示意圖，圖6b是顯示圖6a的障壁層、中間層與井層的能帶關係示意圖；圖7a是顯示障壁層中***AlGaAsP中間層之一實施例的示意圖，圖7b是顯示圖7a的障壁層、中間層與井層的能帶關係示意圖。
相較於圖3a，圖5a是在井層201與障壁層203之間更***中間層205，障壁層203不會與井層201直接接觸。或者圖6a所示，在主動層20的障壁層203中設置中間層205，換言之，就是依序形成障壁層203、中間層205與障壁層203的層狀結構；其中，中間層205的優選材料參表2共計20種，當作中間層的材料是表2所列的至少一種材料或兩種以上材料的適當配合。較佳的，實施例2能與實施例1結合運用，也就是中間層包含表2的至少一種材料，且障壁層則是表1的至少1種材料。 【表2】
中間層 GaAs AlGaAs InAlGaAsP GaAsP
AlGaAsP AlGaAsPN AlGaAsPSb AlGaAsPBi
InAlGaP InAlGaPN InAlGaPSb InAlGaPBi
InGaAsP InGaAsPN InGaAsPSb InGaAsPBi
InGaP InGaPN InGaPSb InGaPBi
表2逐一列舉的材料的晶格常數能被改變成小於、大於或等於GaAs的晶格常數，因此中間層可以被決定是產生拉伸應力、壓縮應力或甚至不產生應力。
在一些實施例中，障壁層203及中間層205的材料可為相同或者不同，兩者的材料較佳為不同。即使障壁層203及中間層205的材料為相同的情況下，則兩者材料的成份比例亦不同，例如障壁層203及中間層205的材料為AlGaAsP時，則在鋁、鎵、砷或磷的成份比例為不同。
雖然圖5a顯示了主動層20的最上層與最下層為障壁層203的實施方式，但主動層20的最上層及/或最下層也可以是井層201；主動層20的最上層或最下層是井層201時，該井層201可以實質接觸於下間隔層103或上間隔層104；當主動層20的最上層與最下層皆為井層201時，井層201可以實質接觸於下間隔層103及上間隔層104。
在一實施例中，如圖5b所示，中間層205為GaAsP時，中間層205的導電帶能階是位於井層201與障壁層203的導電帶能階之間。中間層因不含鋁故不易氧化，且能補償井層的應力；例如，井層是具有壓縮應力時，則令中間層具有拉伸應力，以降低在主動層的應力總和。
在一些實施例中，如圖6a、圖7a所示，當中間層205的材料分別是GaAsP或AlGaAsP，則對應圖6a、7a的能帶示意圖分別顯示於圖6b、圖7b所示；中間層205不限於是提供拉伸應力的材料，還可根據量子井的能帶差距及應力補償程度等而使用提供壓縮應力或無明顯應力的材料。
中間層205的厚度可為1nm～30nm，較佳可為2nm～15nm或3nm～10nm，且在兩相鄰的井層51之間的中間層205與障壁層203的厚度總和可介於1nm～30nm，較佳介於2nm～15nm或介於3nm～10nm。
原則上，主動層的井層、障壁層與中間層經應力補償後的應力總和會低於未補償時的應力總和，因此中間層能根據井層與障壁層的應力種類與大小來決定是要產生壓縮應力或拉伸應力或不產生應力。應力總和可根據障壁層、中間層、井層等的材料、材料成份比例、層數或厚度而有改變，故在此不作限制。
實施例2雖是以中間層設置在單一主動層(VCSEL)內來作為示例，而在多主動層(VCSEL)的實施例中，實施例2亦能使用於多主動層中一層、一些主動層或各主動層之中。
[實施例3]
參閱圖8a，圖8a為顯示以第二半導體層作為障壁層， 中間層是位於第二半導體層與井層之間的一實施例示意圖，參閱圖8b，圖8b為顯示以第二半導體層作為障壁層，中間層***於障壁層之中的一實施例示意圖。
在實施例3中，是以VCSEL為例，實施例3在結構方面，能比照實施例1~2於多層結構100與主動層20的量子井結構的各實施例。
材料方面，實施例3的第二半導體層S2與中間層205則有別於實施例1的第一半導體層S1與中間層；具體而言，第二半導體層S2的含磷材料是僅限定於GaAsP一種，第二半導體層S2是障壁層203的至少一部分或全部；中間層205的材料則是表3所列的19種材料的至少一種材料或兩種材料以上的配合。井層201則與實施例1的優選材料相同，當作井層的優選材料是InGaAs、InAlGaAs、GaAsSb、 GaAs、AlGaAs、AlGaAsSb、GaAsP、InGaAsP或以上材料的配合。 【表3】
中間層 GaAs AlGaAs InAlGaAsP  
AlGaAsP AlGaAsPN AlGaAsPSb AlGaAsPBi
InAlGaP InAlGaPN InAlGaPSb InAlGaPBi
InGaAsP InGaAsPN InGaAsPSb InGaAsPBi
InGaP InGaPN InGaPSb InGaPBi
上表3所列舉的材料中，除了AlGaAs 只能產生壓縮應力與GaAs不產生應力之外，其餘的材料的晶格常數能被改變成小於、大於或甚至等於GaAs基板的晶格常數，因此中間層可以被決定是產生拉伸應力、壓縮應力或甚至不產生應力。
在一些實施例，井層201是選用InGaAs或InAlGaAs時，能更進一步增進VCSEL的發光效率或頻寬。且藉由在障壁層203***GaAsP層（第二半導體層），且基板是GaAs基板，則晶格常數小於GaAs基板的GaAsP層會產生拉伸應力，藉以對井層201進行應力補償，從而減少或消除主動層20中的應力總和，而提升雷射二極體的可靠度。
在一實施例中，當中間層205的導電帶能階高於材質是GaAsP的障壁層203的導電帶能階，中間層205與井層201的能帶差距則會大於GaAsP障壁層203與井層201之間的能帶差距，如此能提高量子井侷限載子的能力，增進半導體雷射二極體的高溫特性或可靠度。
實施例3雖是以單一主動層中的井層、障壁層與中間層作為示例，而在多主動層的實施例中，實施例3亦能使用於多主動層中的一主動層、一些主動層或各主動層之中。
[實施例4]
井層、中間層與障壁層是InGaAs、AlGaAs與GaAsP，且AlGaAs中間層設置於GaAsP障壁層之中；GaAsP能提供拉伸應力，減少主動層及半導體雷射中的應力總和，並且減少半導體雷射中磊晶層的差排或者缺陷。AlGaAs則能提高與井層之間的能帶差距，藉此提高量子井侷限載子的能力以增進半導體雷射二極體的高溫特性。
[實施例5]
井層與障壁層是InGaAs與AlGaAsP（無設置中間層）；AlGaAsP障壁層能提供拉伸應力，減少主動層或半導體雷射二極體中的應力總和，能減少半導體雷射二極體中磊晶層的缺陷或差排。AlGaAsP障壁層則能提高與InGaAs井層之間的能帶差距，藉此提高量子井侷限載子的能力以增進半導體雷射二極體的高溫特性。或者，當不需再把與量子井的能帶差距調大時，AlGaAsP障壁層中鋁的含量可被適當調低，半導體雷射二極體的主動層被氧化的機率則也隨之變低，進而增進半導體雷射二極體的可靠度。
[實施例6]
參閱圖9，圖9為顯示具有多主動層的主動區的VCSEL(多接面VCSEL)的一實施例示意圖。
如圖9所示，主動區A包含主動層20、21，其中，各主動層20及/或21本身能套用實施例1之關於第一半導體層S1的各實施例、實施例2之關於中間層的各實施例及實施例3之關於第二半導體層S2的各實施例的至少其中之一，相關內容請參前文所述；要注意的是，在多主動層(多接面)的實施例中，如表4所示，第一半導體層的材料除了表1所列的17種材料之外更包含GaAsP。 【表4】
第一半導體層 AlGaAsP AlGaAsPN AlGaAsPSb AlGaAsPBi
InAlGaP InAlGaPN InAlGaPSb InAlGaPBi
InGaAsP InGaAsPN InGaAsPSb InGaAsPBi
InGaP InGaPN InGaPSb InGaPBi
InAlGaAsP GaAsP    
多主動層的設置數目不限於兩層，也能在三層、四層或五層以上，其中在兩相鄰的主動層或每兩相鄰的主動層之間具有磊晶區；在一些實施例中，磊晶區中至少設置穿隧接面層25；多主動層有助於提高發光功率及功率轉換效率(power conversion efficiency)，但主動層的設置數目越多，應力也越容易累積，而透過適當決定井層、第一半導體層S1或第二半導體層S2的材料、材料成分比例、層數或厚度，能降低主動層或VCSEL的應力總和。
雖然圖9還顯示了磊晶區中更設置氧化層24與間隔層261~263，但氧化層24或間隔層261~263是根據實際需求而選擇性的配置，比如間隔層261~263通常是用來調整光的相位(optical phase)或當作光的侷限層或載子的侷限層；圖9是顯示氧化層24與間隔層261~263的較佳實施例，其中，間隔層261、262、263能分別***主動層20與氧化層24之間、氧化層24與穿隧接面層25之間、穿隧接面層25與主動層21之間之間。在三層以上的主動層的情形下，任兩相鄰的主動層之間也能選擇性或進一步形成氧化層及/或間隔層，氧化層及/或間隔層的具體實施方式除可參照前述，也能根據實據需求做改變。
在一些實施例中，在與主動層20及/或主動層21相鄰的間隔層261、263中設置第一半導體層；或者在主動層中也設置第一半導體層，第一半導體層的具體實施方式參照實施例1或2或3所述。
現有技術中，障壁層的常用材料是AlGaAs、GaAsP、GaAs。相較於GaAsP、GaAs，因AlGaAs與井層的能帶差距較大，較能增加載子侷限性（Carrier Confinement），因而在高溫操作時， AlGaAs障壁層也較能將載子侷限在量子井中，從而使VCSEL的光特性變得更好。但障壁層是AlGaAs時卻會具有壓縮應力，若井層也具有壓縮應力，於是在主動層中會累積過大的壓縮應力，導致VCSEL的磊晶層容易產生缺陷或差排，如此導致VCSEL的可靠度變差，當缺陷或差排過多時會導致VCSEL的光特性變差。提高障壁層中鋁的含量時雖能更擴大能帶差距以提升量子井的載子侷限性，但隨著鋁含量的增加，主動層被氧化的機率也易隨之提高。主動層中鋁發生氧化後會使主動層中產生缺陷，進而易使VCSEL的光特性或可靠度下降。
當障壁層是AlGaAsP（表1所列的一材料）時，相較於障壁層是AlGaAs，當AlGaAsP障壁層與AlGaAs障壁層的鋁含量相同，且井層材料也相同時，AlGaAsP的障壁層對井層的能帶差距會較大，載子侷限性也隨之增加。
當障壁層是AlGaAs時，只能透過提高AlGaAs的鋁含量來擴大其對井層的能帶差距，但鋁含量越高則障壁層也越容易被氧化；而在障壁層設置含磷的第一半導體層S1後，在鋁含量相同的情況下，含磷的障壁層的氧化速率會比未含磷的障壁層來得慢；此外，在鋁含量相同的情況，AlGaAsP對井層的能帶差距比AlGaAs與井層的能帶差距還要大，因此AlGaAsP的鋁的含量不需跟AlGaAs的鋁含量一樣多，此外AlGaAsP還能透過提高含磷量來擴大對井層的能帶差距，如此又能進一步減少鋁含量，因此能進一步降低VCSEL1的主動層20被氧化的機率，減少主動層或VCSEL的缺陷發生機率，降低VCSEL於磊晶層的缺陷有助於增進VCSEL1的可靠度。磷以及鋁的使用量可根據量子井的能帶差距及應力補償程度等考量而有所調整，故在此不作限制。
同樣地，當形成於障壁層203的第一半導體層是使用表1所列的其他任一的含磷材料，也具有增加VCSEL1的可靠度的效果。
[實施例7]
圖10a是同時顯示第一半導體層形成於主動層之上及之下的一實施例的示意圖。圖10b顯示第一半導體層形成於主動層與下間隔層之間的一實施例的示意圖。
圖10a與圖10b是以VCSEL為例。如圖10a所示，於主動區之上及之下皆設置第一半導體層S1；在主動區之上及/或之下的第一半導體層的材料為表5所列的20種材料的至少一種材料或至少兩種材料以上的配合；表5所列的20種材料是包含表1的17種材料以及GaAsP、AlGaAs及GaAs。 【表5】
AlGaAsP AlGaAsPN AlGaAsPSb AlGaAsPBi
AlGaInP AlGaInPN AlGaInPSb AlGaInPBi
InGaAsP InGaAsPN InGaAsPSb InGaAsPBi
InGaP InGaPN InGaPSb InGaPBi
InAlGaAsP GaAsP AlGaAs GaAs
在一些實施例中，如圖10a所示，上間隔層104的全部為第一半導體層S1，第一半導體層S1的一面並實質接觸於主動層20；或者，下間隔層103的其中一部分是第一半導體層S1，第一半導體層S1可以非實質接觸於主動層20，也就是第一半導體層S1與主動層20之間是下間隔層103的一部分。下間隔層103或上間隔層104是直接或間接接觸於主動層20是根據實施需要而定。當第一半導體層S1在下間隔層103或上間隔層104中時，第一半導體層S1是直接或間接接觸於主動層20是根據實施需要而定。
在一些實施例中，「上間隔層跟第一半導體層」或「下間隔層跟第一半導體層」的材料可為相同或者不同；即使「上間隔層跟第一半導體層」或「下間隔層跟第一半導體層」的材料為相同的情況下，則兩者材料的成份比例亦可不同。
在一些實施例中，如圖10b所示，第一半導體層S1是形成於下間隔層103與主動層20之間，但並不限於此，第一半導體層S1也能形成於上間隔層104與主動層20之間（圖未示）。
在第一半導體層S1與主動層為間接接觸的情形下；雖然原則上，第一半導體層S1越接近於主動層20，提高主動層20的載子侷限能力或應力補償的效果越明顯，不過並不限定第一半導體層S1必須設置在接觸於或相鄰於主動層的磊晶層中如上述的上間隔層或下間隔層。因為上間隔層或下間隔層若較薄或第一半導體層能提供足夠的應力，即使第一半導體層與主動層之間還相隔有磊晶層，第一半導體層還是能對主動層提供一定的載子侷限能力或對降低主動層或VCSEL的應力總和。
值得說明的是，當第一半導體層S1是設置於主動層20之外，主動層的障壁層或中間層可以使用習知的材料，或於主動層之中設置另一第一半導體層，另一第一半導體層的具體實施方式參實施例1~3的第一半導體層。
當井層或雷射元件的磊晶層會產生相當的應力時，透過在雷射元件中應用以上的任一實施例或一些實施例的結合，將主動層或雷射元件的應力總和控制在一定的範圍中；在上述的實施例，比如表1的一些材料在適當條件下會有明顯的載子侷限效應，前文雖有提到關於載子侷限的一些內容，不過分散於前文不同處，因此後文會以一些載子侷限的較佳實施例進行詳細說明。
[實施例8]
圖11a是顯示載子侷限層在主動區內的一實施例示意圖，圖11b是顯示載子侷限層在主動區內的另一實施例示意圖，圖11c是顯示載子侷限層在主動區外的一實施例示意圖，圖11d是顯示載子侷限層在主動區外的另一實施例示意圖。
圖11a~11d與圖1b至1e大致相同，其中，含磷的半導體層S1’ 在實施例8與圖11a~11d中一律稱為載子侷限層CF’，並且圖11a~11d的主動區A’是包含一主動層；多主動層的實施例請參後文的實施例12~15。
如圖11a~11d所示，多層結構包含主動區A’ 、下磊晶區30’與上磊晶區40’，下磊晶區30’與上磊晶區40’位於主動區A’之下及之上；主動區A’之面向於下磊晶區30’的一面定義為第一面J1，主動區A’之面向於上磊晶區40’的一面定義為第二面J2，而後文中若單獨稱「主動層的一面」，則代表為第一面及/或第二面；在多主動層的實施例，則還會包含第三面、第四面至第N面，則「主動層的一面」亦是代表第一面至第N面的一者、二者或多者。
當載子侷限層CF’ 是設置於主動區A’之中，在此設置方式，載子侷限層CF’不論是實質接觸於或靠近於下磊晶區30’’， 載子侷限層CF’會有載子侷限效果；在一些實施例，載子侷限層CF’甚至能設置於主動層的每一或一些障壁層中。
當載子侷限層CF’是設置於下磊晶區30’或上磊晶區40’之中，在此設置方式，原則上載子侷限層CF’離主動區A’越近，則載子侷限效果較明顯。在一些實施例，載子侷限層的一面可被視為第一面J1或第二面J2，也就是載子侷限層是構成為下磊晶區的最上側部分或構成為上磊晶區的最下側部分；或者，載子侷限層是構成主動區最下側或最上側的部分，換言之，載子侷限層是設置於下磊晶區與主動區之間或設置於於主動區與上磊晶區之間。
在一些實施例，載子侷限層與第一面J1之間或載子侷限層與第二面J2之間還具有一磊晶層的一部分、一磊晶層或一些磊晶層；較佳的，載子侷限層CF’ 是表6的17種材料之至少一材料或二材料以上的配合。
【表6】
載子侷限層 AlGaAsP AlGaAsPN AlGaAsPSb AlGaAsPBi
AlGaInP AlGaInPN AlGaInPSb AlGaInPBi
InGaAsP InGaAsPN InGaAsPSb InGaAsPBi
InGaP InGaPN InGaPSb InGaPBi
InAlGaAsP      
[實施例9]
圖11a~圖11d屬於原則性的實施例示意圖，而具體應用於VCSEL的實施例請參考圖12a~12c。圖12a是顯示載子侷限層設置在下間隔層的一部份的一實施例的示意圖，圖12b是顯示載子侷限層設置在上間隔層的全部的一實施例的示意圖，圖12c是顯示主動層的各障壁層均設置一載子侷限層的示意圖。
參考圖12a並請配合圖11d所示，圖12a的下間隔層103可視為在圖11d的下磊晶區30’中；如圖12a所示，載子侷限層CF為形成於下間隔層103的一部分，其中載子侷限層CF與第一面J1須處於能將載子侷限於主動層中的一有效距離中，因此不一定要形成實質接觸；在一些實施例中，上間隔層104的全部形成載子侷限層CF，如圖12b所示；而雖圖12c顯示載子侷限層CF設置在各障壁層203的其中一部分，但並不限於此，載子侷限層CF亦能設置於一些障壁層的全部或各障壁層的全部。
綜上所述，實施例9是在主動層的一面的附近形成載子侷限層，且當載子侷限層是表6中的至少一材料時，載子侷限層對主動層的導電帶不連續或價電帶不連續變大，因此當電洞或電子注入主動層內，尤其在高溫操作時，電洞或電子會受到載子侷限層的侷限，載子侷限能力變好則VCSEL的光特性也會變好。
[實施例10]
在實施例10中，主動層的一面之附近形成載子侷限層CF，載子侷限層CF能選自表7或表8所列出的至少一材料或至少二材料的配合，其中表7的材料對電洞的位障（barrier height）大，因此對電洞的侷限效果佳，表8的材料對電子的位障（barrier height）大，因此對電子的侷限效果佳。 【表7】
AlGaInP AlGaInPN AlGaInPSb AlGaInPBi
InGaAsP InGaAsPN InGaAsPSb InGaAsPBi
InGaP InGaPN InGaPSb InGaPBi
InAlGaAsP      
【表8】
AlGaAsP AlGaAsPN AlGaAsPSb AlGaAsPBi
AlGaInP AlGaInPN AlGaInPSb AlGaInPBi
InAlGaAsP      
以圖12a為例，在電洞是經上DBR層105及第二面J2而注入於主動層20的情形，當靠近第一面J1的載子侷限層CF是使用表7的任一材料，由於載子侷限層CF對電洞的位障大，因此電洞繼續往GaAs基板方向移動時，電洞就會受到載子侷限層CF的侷限，因而提升主動層的電洞侷限性；值得一提的是，在上述情形中，當靠近第一面J1的載子侷限層是選用表7的InGaP或AlGaInP，且相鄰於載子侷限層的磊晶層是選用AlGaAs或其他適當材料，由於InGaP與AlGaAs間或AlGaInP與AlGaAs間的介面的電子位障相對小或幾乎沒有位障，因此電子能較不受阻的注入於主動層中，因此雷射元件中的電阻不容易變大。在此情形中，上DBR層105主要是P型，下DBR層102主要是N型。
同樣也以圖12a為例，在電子是經上DBR層105及第二面J2而注入於主動層20的情形，當靠近第一面J1的載子侷限層CF是使用表8的任一材料，由於載子侷限層CF對電子的位障大，因此電子繼續往GaAs基板方向移動時，電子會受到載子侷限層CF的侷限，因而提升主動層的電子侷限性。值得一提的是，在上述情形中，當靠近第一面J1的載子侷限層是選用表8的AlGaAsP，且相鄰於載子侷限層的磊晶層是選用AlGaAs或其他適當材料，對電洞而言，由於AlGaAsP與AlGaAs的介面的電洞位障相對小，因此電洞能較不受阻的注入於主動層中，因此雷射元件中的電阻不容易變大。在此情形中，上DBR層105主要是N型，下DBR層102主要是P型。
[實施例11]
如圖13所示，實施例11包含兩載子侷限層CF1、CF2，兩載子侷限層CF1、CF2分別形成於靠近主動層20的第一面J1與第二面J2處。在電洞與電子是分別從第二面J2與第一面J1注入主動層的情形下，當載子侷限層CF1與載子侷限層CF2是選用表7與表8的至少一材料，如此載子侷限層CF1對電洞的位障與載子侷限層CF2對電子的位障均能提高，則電洞與電子的侷限性均得到提升，而能增進雷射元件的特性。
同理，在電洞與電子是分別自第一面J1與第二面J2注入主動層的情形，當載子侷限層CF1、載子侷限層CF2是選用表8與表7中的至少一材料，如此載子侷限層CF1對電子的位障（barrier height）與載子侷限層CF2對電洞的位障（barrier height）均能提高，則電洞與電子的侷限性均得到提升，而能增進雷射元件的特性。
在一較佳實施例中，當表7選用InGaP或AlGaInP且表8是選用AlGaAsP，且相鄰於載子侷限層CF1與CF2的磊晶層是選用AlGaAs或其他適當的材料，不僅電洞與電子的侷限性都得到明顯提升以外，而且能使電洞與電子較不受阻的注入於主動層中。
當選用表6、表7或表8所列之至少一種材料做為載子侷限層，並將載子侷限層設置在適當位置上，可表現出載子侷限效果，尤其能在高溫操作表現出載子侷限效果。在此情形下，主動層中的障壁層可以使用不會產生應力的材料，或者也可應用第一半導體層在主動層之上、之下或之中，以產生適當的應力而為應力補償，具體實施方式請參第一半導體層的相關實施例。
[實施例12]
圖14a~圖14c是顯示當主動區包含二主動層，載子侷限層設置於兩主動層之間的一些代表性實施例的簡單示意圖。 如圖14a所示，主動區A’包含二主動層20’、21’，當載子侷限層CF’是位於主動區A’內時，載子侷限層CF’可位於第二面J2與第三面J3之間，載子侷限層CF’可與第二面J2或第三面J3相隔在能將載子侷限於主動層中的有效距離中；在三層主動層以上的情形，可以僅設置一或二載子侷限層於為相鄰的兩主動層之間，或者在任兩相鄰的主動層之間均可設置一或二載子侷限層。在其他一些實施例如圖14b、14c所示，載子侷限層CF’係直接接觸第二面J2或第三面J3。
必須再次說明，圖14a、14b、14c雖顯示載子侷限層CF’在兩主動層20’、21’之間，但不限於此；在替代的實施例中，載子侷限層CF’能設置於主動層中，若以圖14a而言，載子侷限層CF’是靠近於第二面J2或第三面J3。
若在三層主動層以上的情形，載子侷限層能形成於每兩相鄰的主動層之間，或者能在一主動層、一些主動層之中分別設置載子侷限層，或者視情形應用以上兩者於具有多主動層的主動區中。
當半導體雷射元件是在兩主動層中設置載子侷限層時，載子侷限層原則上是使用表6所列之至少一種材料。
[實施例13]
圖14d是顯示當主動區包含二主動層，兩載子侷限層設置於兩主動層之間的磊晶區中之一實施例的簡單示意圖。在實施例13， 兩載子侷限層之一選自表7的至少一材料而另一是選自表8的至少一材料。
[實施例14]
圖14e~圖14h是顯示當主動區包含二主動層，載子侷限層設置於主動區外的一些代表性實施例的簡單示意圖。實施例14以實施例9為基礎，因此實施例14的實施方式請參照實施例9的各相關實施例；此外，在主動區A’之上與之下側能分別設置載子侷限層，兩載子侷限層之一是選自表7的至少一材料而另一是選自表8的至少一材料。
[實施例15]
圖14a屬於原則性的實施例示意圖，而具體應用於VCSEL的實施例請參考圖15，圖15是顯示一載子侷限層設置於兩主動層間的一較佳實施例示意圖。如圖15所示， VCSEL包含兩主動層20、21，兩主動層之間20、21具有磊晶區，磊晶區是介於第二面J2與第三面J3之間；兩主動層20、21間的磊晶區的一種較佳結構如圖9所示，即包含穿隧接面層、氧化層與間隔層；其中，載子侷限層CF是設置於間隔層263的一部分且與第三面J3之間還設置有間隔層263，但不限於此，比如載子侷限層CF的一側也可做為跟主動層21相接觸的一面。圖16是顯示載子侷限層CF也可設置在第二面J2附近的間隔層261中，且載子侷限層CF是在間隔層261的中間部分。
圖14d的一種可能實施例請參圖17a，在兩主動層20、21之間設置載子侷限層CF1、CF2，雖然圖17a是顯示載子侷限層CF1、CF2僅占間隔層261及間隔層263的一部分，但亦能為間隔層261及間隔層263的全部；在一實施例如圖17b所示，於主動區A之上與之下分別設置載子侷限層CF1、CF2，雖然圖17b是顯示載子侷限層CF1、CF2僅占下間隔層103及上間隔層104的一部分，但亦能為下間隔層103及上間隔層104的全部。在一些實施例，任一主動層之上及/或之下也能形成載子侷限層與載子侷限層。
在一些實施例中，如圖17c所示，在兩相鄰的主動層20、21之間設置載子侷限層CF2、CF3，與在主動區A之上與之下設置載子侷限層CF1、CF4；當電洞是經上間隔層104注入於第四面J4且電子是自第一面J1注入於主動層20，則載子侷限層CF1與載子侷限層CF3為表7中的至少一材料，載子侷限層 CF2與載子侷限層CF4為選自表8的至少一材料。
而電子若是經上間隔層104而注入於第四面J4且電洞則自第一面J1注入於主動層20，則載子侷限層CF1與載子侷限層CF3選自表8中的至少一材料，則載子侷限層CF2與載子侷限層CF4為選自表7與的至少一材料。
[實施例16]
參考圖18，圖18是顯示現有EEL的一種多層結構的示意圖，參考圖19a，圖19a是顯示EEL的主動層之上與之下皆設有第一半導體層之一實施例的示意圖，參考圖19b，圖19b是顯示EEL的主動層之上與之下皆設有載子侷限層之一實施例的示意圖。圖18所示的半導體雷射元件是EEL3，如圖18所示，EEL3包含GaAs基板10與多層結構300；多層結構300由下而上依序更包括下披覆層(lower cladding layer)301、下光電侷限層302（lower Separated Confinement Hetero-Structure）、主動層20、上光電侷限層303（upper Separated Confinement Hetero-Structure）、上披覆層(upper cladding layer)304與歐姆接觸層305，其中主動層20是介於下光電侷限層302與上光電侷限層303之間。
當EEL3與VCSEL1的主動層是量子井結構時，由於兩者的量子井結構相同，因此第一半導體層之實施於VCSEL之各實施例，亦能直接實施在EEL3中；比如EEL3的障壁層的一部分或全部設置第一半導體層，此外井層的優選材料亦相同，第一半導體層的設置原則與示範性的一些實施例在實施例1有詳盡的說明，請參照；或者，EEL3的障壁層的一部分或全部設置第二半導體層，且井層與中間層的優選材料亦相同於實施例3的井層與中間層，第二半導體層的設置原則與示範性的一些實施例在實施例3有詳盡的說明，請參照；或者，EEL3的主動層中更設置中間層，中間層的設置原則與示範性的一些實施例在實施例2有詳盡的說明，請參照；或者，EEL3之相鄰的兩主動層之間設置第一（二）半導體層，第一（二）半導體層於多主動層的設置原則與示範性的一些實施例在實施例6有詳盡的說明；或者，在具有多主動層的EEL，除了在兩主動層之間設置穿隧接面層之外，亦能進一步形成間隔層，兩主動層之間的磊晶區的較佳實施例在實施例6有詳盡的說明，請參照。實施例1~6中的一些實施例亦能一起應用於EEL的主動層中，雖實施例1~6是以應力補償為主要目的，但亦可能具有載子侷限效果。與VCSEL相同，EEL的雷射波長是在700nm或800nm以上。
如應力補償為主要考量，且第一半導體層是設置於主動層之外時；在VCSEL方面，第一半導體層較佳的是設置於VCSEL的下間隔層或上間隔層，或者下間隔層與上間隔層均設置第一半導體層；在EEL方面，第一半導體層較佳的則是設置於EEL的下光電侷限層或上光電侷限層，或者下光電侷限層與上光電侷限層均設置第一半導體層如圖19a所示;第一半導體層能直接或間接的接觸主動層。根據應力種類及補償程度，第一半導體層的優選材料能選自表1或表4中的一材料，而所選材料的能隙較大且第一半導體層形成在適當位置，也可能會有明顯的載子侷限效果。
在主動層之外的部份，如以載子侷限為主要考量，且載子侷限層是設置於主動層之外時；在VCSEL方面，載子侷限層較佳的是設置於VCSEL的下間隔層或上間隔層，或者下間隔層與上間隔層均設置載子侷限層；而在EEL方面，載子侷限層較佳的則是設置於EEL的下光電侷限層或上光電侷限層，或者下光電侷限層與上光電侷限層均設置載子侷限層如圖19b所示，載子侷限層能直接或間接的接觸主動層。載子侷限層的優選材料選自表6的至少一材料，若選擇的材料的晶格常數可被改變，甚至能對主動層或VCSEL的磊晶層提供適當的應力補償。或者，在具有多主動層的EEL，在主動區之外、在兩主動層之間或在任兩主動層之間能設置一或二載子侷限層，具體的實施方式請參照實施例11~15。
在一些實施例，下光電侷限層或上光電侷限層的厚度若夠薄，則載子侷限層亦可設置於下披覆層或上披覆層。
在一些實施例，配合圖19b所示，EEL中包含兩載子侷限層CF1、CF2，下光電侷限層302的一部分是設置載子侷限層CF1，上光電侷限層303的一部分是設置載子侷限層CF2；圖19b中雖顯示兩載子侷限層，但亦可只在下光電侷限層或上光電侷限層的一部分或全部設置一載子侷限層，載子侷限層也能直接接觸於主動層。
[實施例17]
VCSEL與EEL的主動區除量子井結構之外，另外也有量子點結構（圖未示），量子點結構的一實施例是主要包含量子點（Quantum dot）、浸潤層（Wetting layer）以及覆蓋層（cap layer）；在量子點結構，量子點或浸潤層的優選材料是InGaAs、InAlGaAs、GaAsSb、 GaAs、AlGaAs、AlGaAsSb、GaAsP、InGaAsP或以上材料的任意配合。
以VCSEL而言，在一些實施例中， VCSEL的量子點結構之上或之下會設置間隔層，而在複數量子點結構的實施例，兩量子點結構之間也能設置間隔層；其中第一半導體層（即表1的17種材料之一）或載子侷限層（即表6的17種材料之一）能形成於覆蓋層、間隔層或上述兩者；覆蓋層、間隔層或上述兩者的一部分或全部設置第一半導體層或載子侷限層。
在一些實施例中， VCSEL的量子點結構與之上或之下均設置間隔層。
以EEL而言，在一些實施例中，EEL的量子點結構之下會設置下光電侷限層，或在EEL的量子點結構之上設置上光電侷限層，而在複數量子點結構的實施例，兩量子點結構之間設置下光電侷限層及/或上光電侷限層，其中覆蓋層、下光電侷限層或上光電侷限層的一部分或全部設置第一半導體層或載子侷限層。
在一些實施例中，EEL的量子點結構之下及之上會設置下光電侷限層及上光電侷限層；或者，覆蓋層、下光電侷限層與上光電侷限層之中皆設置於第一半導體層或載子侷限層。
[實施例18]
半導體雷射元件如VCSEL與EEL，其基板材料也可以是InP，相較於GaAs基板，當半導體雷射元件的基板是InP基板時，基板上的各磊晶層的材料選擇較多，比如井層可以是含鋁或不含鋁的材料，不過適合作為磊晶層的材料的能隙都比較小，因此必需進一步增進高溫特性。
比如在主動層（區）中，在主動層的一障壁層、一些障壁層或各障壁層設置載子侷限層，或者在上磊晶區及/或下磊晶區中也能設置一或多個載子侷限層，載子侷限層的設置原則與較佳實施例在實施例11~15有詳盡敘述，請參照。要特別注意的是，因基板的材料為InP，載子侷限層的優選材料可以是InGaP、InAlGaP、InP 、InAlAsP、AlAsSb、AlAsBi、AlGaAsSb、AlGaAsBi、AlPSb、AlPBi 、InGaAsP或以上材料的任意配合，其中InGaAsP的PL峰值波長(peak wavelength)不超過900nm。
以上材料中的InGaP、InAlGaP、InP、InGaAsP對電洞的侷限效果佳；而 InAlAsP、AlAsSb、AlAsBi、AlGaAsSb、AlGaAsBi、AlPSb、AlPBi則對電子的侷限效果佳。
載子侷限層跟主動層之間的距離通常不超過120m，載子侷限層的厚度大於2nm。
[實施例19、20]
在本說明書，VCSEL磊晶層中的缺陷或差排是以XRT顯像(X-ray topography)呈現比較例1、實施例19、20各自的差排，以呈現差排的改善，其中，比較例1、實施例19、20都是以VCSEL磊晶圓的中心區域來做XRT顯像。
主動層中各層所使用的材料及厚度請參照表9所示，藉此將本說明書的實施例與現有技術（比較例1）作比較。比較例1中為InGaAs井層與6nm的AlGaAs障壁層。實施例19中則為有一層4nm的AlGaAs中間層設置於厚度為2nm的GaAsP障壁層之中，因此在AlGaAs中間層兩側、並且與井層相鄰的二層GaAsP障壁層厚度分別為1nm（合計為2nm）。比較例1、實施例19及實施例20中的AlGaAs及AlGaAsP的Al含量均為20%。
[表9]
  井層 中間層 障壁層
比較例1 InGaAs 7nm 無 AlGaAs 6nm
實施例19 InGaAs 7nm AlGaAs 4nm GaAsP 2nm
實施例20 InGaAs 7nm 無 AlGaAsP 6nm
圖20a至圖20c顯示根據比較例1與本說明書之實施例19、20的XRT顯像。圖20a為比較例1的XRT顯像圖，圖20b及圖20c分別為實施例19及實施例20的XRT顯像圖。藉由比較例1的XRT顯像，可觀察到比較例1出現多條明顯的暗線即明顯的差排（dislocation）。相對地，根據實施例19的XRT顯像，實施例19雖隱約能出現一些暗線但相對於比較例1並不明顯，而根據實施例20的XRT顯像，實施例20幾乎無法觀察到暗線(差排) ，故相較於比較例1，實施例19與20能減少VCSEL的磊晶層的差排。
比較例1的是以InGaAs與AlGaAs作為井層與障壁層，當基板為GaAs時，InGaAs與AlGaAs都會產生壓縮應力，過大的壓縮應力導致在VCSEL的磊晶層產生較多的差排或缺陷，如圖20a的XRT顯像之明顯可見的多條暗線。實施例19中透過以含磷材料如GaAsP做為障壁層及以AlGaAs做為中間層，而在障壁層提供拉伸應力，減少主動層的應力總和，因而減少VCSEL的磊晶層的差排或者缺陷，且能增進載子侷限能力。實施例20也是以含磷材料如AlGaAsP作為障壁層，而在障壁層提供拉伸應力，故相較於比較例1，能減少VCSEL的磊晶層的缺陷或差排。
透過實施例19、20的XRT顯像展現了使用含磷材料（表1的17種材料之一）於半導體雷射二極體中，確實能夠有效地減少半導體雷射二極體的差排或者缺陷。
[實施例21、22與比較例2]
圖21是實施例21、22與比較例2在不同溫度下最大功率轉換效率（maximum power conversion efficiency, PCE MAX）的比較圖，在比較例2的VCSEL，其中兩主動層之間未設置用以侷限電洞的載子侷限層；而實施例21的VCSEL則是在兩主動層之間設置用以侷限電洞的n型AlGaInP載子侷限層，而實施例22的VCSEL則是在兩主動層之間設置用以侷限電洞的n型InGaP載子侷限層，載子侷限層的設置位置請參照圖15；根據實施例21、22，電洞是經由第四面J4注入於主動層21，而電子是經由第一面J1注入於主動層20；如圖21所示，在室溫下，比較例2跟實施例21、22的最大功率轉換效率無明顯差距，但在高溫時，實施例21、22的最大功率轉換效率明顯高於比較例2的最大功率轉換效率，且溫度越高最大功率轉換效率能進一步提升。
[實施例23與比較例3]
圖22是實施例23與比較例3在不同溫度下最大功率轉換效率的比較圖，比較例3的VCSEL是包含五主動層且未設置用以侷限電洞的載子侷限層，而實施例23的VCSEL也是包含五主動層，且在每兩相鄰的主動層之間設置用以侷限電洞的n型InGaP載子侷限層；根據實施例21、22，電洞是經由第四面J4注入於主動層21，而電子是經由第一面J1注入於主動層20；如圖22所示，在室溫下，比較例3跟實施例23的最大功率轉換效率亦無明顯差距，但在高溫時，實施例23的最大功率轉換效率明顯高於比較例2的最大功率轉換效率，且溫度越高最大功率轉換效率能進一步提升。
由此可知，在三或四或更多主動層設置載子侷限層，亦有增進高溫特性的效果。一般而言，跟電子相比，電洞比較不活躍，在VCSEL只具有一主動層的情形，單一主動層的出光功率密度並不會使主動區溫度或接面溫度顯著提升，因此電洞相對下比較容易侷限於主動層中，而較不需對電洞加以侷限；然而在具有多主動層的VCSEL中， VCSEL的出光功率密度會大幅增加，因此主動區溫度或接面溫度也會大幅升高，電洞將因而變得比較活躍，因此必須對電洞加以侷限，若無法將電洞侷限於主動層中，VCSEL光特性就會容易受限或難以進一步增進。除此之外，具有多主動層的VCSEL是透過載子再利用(CARRIER RECYCLING)機制來實現高出光功率(high optical output power)或高功率轉換效率（具單一主動層的VCSEL並無載子再利用機制），當兩主動層之間侷限電洞的能力不佳時，則載子再利用效果會變差，具有多主動層的VCSEL的特性容易在比較高的溫度下劣化。實施例22與實施例23因設置用於侷限電洞的InGaP載子侷限層，因此在高溫時，具有兩主動層的VCSEL與具有五主動層的VCSEL的最大功率轉換效率確實得到明顯增進；同樣的，實施例21也因設置用於侷限電洞的AlInGaP載子侷限層，因此在高溫時，具有兩主動層的VCSEL的最大功率轉換效率得到明顯增進。
[實施例24與比較例4]
圖23是實施例24與比較例4在室溫下測得的L-I-V曲線圖，圖24是實施例24與比較例4在高溫下測得的L-I-V曲線圖，其中室溫大約是25℃，高溫大約是65℃；實施例24是包含用以侷限電洞的載子侷限層的EEL，而比較例4則是不包含用以侷限電洞的載子侷限層的EEL，實施例24與比較例4都是使用InP基板；用以侷限電洞的載子侷限層的材料是n型InP（後稱InP載子侷限層），n 型 InP載子侷限層設置於主動層與下光電侷限層之間，且n型 InP載子侷限層的一側並實質接觸於主動層，亦即主動層是直接形成於InP載子侷限層之上，其中主動層是含鋁材料，下光電侷限層之實質接觸於InP載子侷限層的一側也是含鋁材料；如圖23與圖24所示，相較於未設置用以侷限電洞的載子侷限層的比較例4，實施例24在室溫跟高溫下因載子侷限能力皆有所提升，所以光功率與斜效率(Slope efficiency,SE )亦有所提升，其中斜效率SE為光功率與電流的斜率 (W/A)。在實施例24中，雷射二極體的放光波長為1310nm。
承上段，以含鋁材料作為主動層中的障壁層與井層時，其導電帶不連續相對較高，價電帶不連續相對較小，因此含鋁材料的主動層的電子位障高度通常較高，但電洞位障高度較低，因此主動層的電洞侷限性通常較差。而透過在主動層之上或之下設置含磷的載子侷限層，由於含磷的載子侷限層與含鋁的主動層能形成較大的價電帶不連續，所以電洞位障高度得以提升，而增進主動層的電洞侷限性；實施例24是在含鋁的主動層與含鋁的下光電侷限層之間設置n型InP載子侷限層，如此能把原本較低的價電帶不連續明顯提高以提高電洞位障高度，如此主動層的電洞侷限性得以增進，同時含磷的載子侷限層與含鋁的主動層及含鋁的下光電侷限層之間所形成的導電帶不連續又不會太大，因此電子能較不受阻的從下光電侷限層注入於主動層，所以電阻也不容易變大，有助於增進半導體雷射二極體的特性。
以上所述者僅為用以解釋本發明之較佳實施例，並非企圖據以對本發明做任何形式上之限制，是以，凡有在相同之發明精神下所作有關本發明之任何修飾或變更，皆仍應包括在本發明意圖保護之範疇。
1’:半導體雷射元件 10’:基板 20’、 21’:主動層 30’:下磊晶區 40’:上磊晶區 100’:多層結構 A’:主動區 S1’:半導體層 CF’:載子侷限層 J1:第一面 J2:第二面 J3:第三面 J4:第四面 CF’:載子侷限層 1:VCSEL 10:基板、GaAs基板 100:多層結構 101:緩衝層 102:下DBR層 103:下間隔層 20、21:主動層 104:上間隔層 105:上DBR層 106:歐姆接觸層 201:井層 203:障壁層 205:中間層 24:氧化層 25:穿隧接面層 261、262、263:間隔層 S1:第一半導體層 S2:第二半導體層 CF:載子侷限層 3:EEL 300:多層結構 301:下披覆層 302:下光電侷限層 303:上光電侷限層 304:披覆層 305:歐姆接觸層 CF1、CF2:載子侷限層
圖1a~1c是顯示含磷的半導體層設置於主動區內的一些代表性實施例的簡單示意圖。 圖1d~1g是顯示含磷的半導體層設置於主動區外的一些代表性實施例的簡單示意圖。 圖2是顯示一種現有VCSEL的示意圖。 圖3a是顯示圖2的主動層為量子井結構的一實施例示意圖。 圖3b是顯示圖3a的障壁層與井層的能帶關係示意圖。 圖4a是顯示障壁層的一部分或障壁層的全部是第一半導體層的示意圖。 圖4b是顯示各障壁層皆形成第一半導體層的一實施例示意圖。 圖5a是顯示障壁層跟井層之間具有中間層之一實施例的示意圖。 圖5b是顯示圖5a的障壁層、中間層與井層的能帶關係示意圖。 圖6a是顯示障壁層中***GaAsP中間層之一實施例的示意圖。 圖6b是顯示圖6a的障壁層、中間層與井層的能帶關係示意圖。 圖7a是顯示障壁層中***AlGaAsP中間層之一實施例的示意圖。 圖7b是顯示圖7a的障壁層、中間層與井層的能帶關係示意圖。 圖8a為顯示以第二半導體層作為障壁層， 中間層是位於第二半導體層與井層之間的一實施例示意圖。 圖8b為顯示以第二半導體層作為障壁層，中間層***於障壁層之中的一實施例示意圖。 圖9為顯示具有多主動層的主動區的VCSEL的一實施例示意圖。 圖10a是同時顯示第一半導體層形成於主動層之上及之下的一實施例的示意圖。 圖10b顯示第一半導體層形成於主動層與下間隔層之間的一實施例的示意圖。 圖11a是顯示載子侷限層在主動區內的一實施例示意圖。 圖11b是顯示載子侷限層在主動區內的另一實施例示意圖。 圖11c是顯示載子侷限層在主動區外的一實施例示意圖。 圖11d是顯示載子侷限層在主動區外的另一實施例示意圖。 圖12a是顯示載子侷限層設置在下間隔層的一部份的一實施例的示意圖。 圖12b是顯示載子侷限層設置在上間隔層的全部的一實施例的示意圖。 圖12c是顯示主動層的各障壁層均設置一載子侷限層的示意圖。 圖13是顯示主動層之下及之上均設置一載子侷限層的一實施例的示意圖。 圖14a~圖14c是顯示當主動區包含二主動層，載子侷限層設置於兩主動層之間的一些代表性實施例的簡單示意圖。 圖14d是顯示當主動區包含二主動層，兩載子侷限層設置於兩主動層之間的磊晶區中之一實施例的簡單示意圖。 圖14e~圖14h是顯示當主動區包含二主動層，載子侷限層設置於主動區外的一些代表性實施例的簡單示意圖。 圖15是顯示兩主動層間設置一載子侷限層的一較佳實施例示意圖。 圖16是顯示兩主動層間設置一載子侷限層的另一較佳實施例示意圖。 圖17a是顯示兩主動層之間設置兩載子侷限層的一實施例示意圖。 圖17b是顯示主動區之上與之下皆設置一載子侷限層的一實施例示意圖。 圖17c是顯示每一主動層之上及之下皆設置一載子侷限層的一實施例示意圖。 圖18是顯示現有EEL的一種多層結構的示意圖。 圖19a是顯示EEL的主動層之上與之下皆設有第一半導體層之一實施例的示意圖。 圖19b是顯示EEL的主動層之上與之下皆設有載子侷限層之一實施例的示意圖。 圖20a為比較例1的XRT顯像示意圖。 圖20b為實施例20的XRT顯像示意圖。 圖20c為實施例21的XRT顯像示意圖。 圖21是實施例21、22與比較例2在不同溫度下最大功率轉換效率的比較圖。 圖22是實施例23與比較例3在不同溫度下最大功率轉換效率的比較圖。 圖23是實施例24與比較例4在室溫下測得的L-I-V曲線圖。 圖24是實施例24與比較例4在高溫下測得的L-I-V曲線圖。
1’:半導體雷射元件
10’:基板
100’:多層結構
A’:主動區
S1’:半導體層

Claims (37)

  1. 一種半導體雷射二極體，包含：一GaAs基板；以及一多層結構，在該GaAs基板之上，該多層結構包含：一主動區，包含一或複數主動層，該或該等主動層之至少一者包含：至少一井層，該至少一井層係產生壓縮應力，該至少一井層是包含選自由InGaAs、InAlGaAs、AlGaAs、AlGaAsSb及InGaAsP所組成的群組；以及至少一障壁層，設在該主動區之內或之外，該至少一障壁層係產生一拉伸應力，以降低該半導體雷射二極體之應力總和。
  2. 如請求項1所述之半導體雷射二極體，其中，該至少一障壁層包含選自由AlGaAsP、AlGaAsPN、AlGaAsPSb、AlGaAsPBi、InAlGaP、InAlGaPN、InAlGaPSb、InAlGaPBi、InGaAsP、InGaAsPN、InGaAsPSb、InGaAsPBi、InGaP、InGaPN、InGaPSb、InGaPBi及InAlGaAsP所組成的群組。
  3. 如請求項1所述之半導體雷射二極體，其中，該至少一障壁層是在該主動區之外，位於該主動區之外的該至少一障壁層的材料群組中更包含GaAsP、AlGaAs及GaAs。
  4. 如請求項1所述之半導體雷射二極體，其中，更包含一磊晶區，該磊晶區係位於該等主動層的二主動層之間，該磊晶區中更包含一載子侷限層與一穿隧接面層，該載子侷限層係設置於該穿隧接面層與該主動區之間。
  5. 如請求項4所述之半導體雷射二極體，其中，該磊晶區更包含一或複數間隔層，該穿隧接面層之上及/或之下設置該間隔層。
  6. 如請求項5所述之半導體雷射二極體，其中，該磊晶區更包含至少一氧化層；該穿隧接面層與該氧化層之間、該穿隧接面層與相鄰於該穿隧接面層的主動層之間或該氧化層與相鄰於該氧化層的主動層之間設置該間隔層。
  7. 如請求項4所述之半導體雷射二極體，其中，該多層結構更包含一上DBR層與一下DBR層，該載子侷限層包含係選自InAlGaP、InAlGaPN、InAlGaPSb、InAlGaPBi、InGaAsP、InGaAsPN、InGaAsPSb、InGaAsPBi、InGaP、InGaPN、InGaPSb、InGaPBi及InAlGaAsP所組成的群組的至少一材料。
  8. 如請求項4所述之半導體雷射二極體，其中，該多層結構更包含一上DBR層與一下DBR層，該載子侷限層包含選自AlGaAsP、AlGaAsPN、AlGaAsPSb、AlGaAsPBi、InAlGaP、InAlGaPN、InAlGaPSb、InAlGaPBi及InAlGaAsP所組成的群組的至少一材料。
  9. 如請求項4所述之半導體雷射二極體，其中，該多層結構更包含一上光電侷限層與一下光電侷限層，該載子侷限層包含係選自InAlGaP、InAlGaPN、InAlGaPSb、InAlGaPBi、InGaAsP、InGaAsPN、InGaAsPSb、InGaAsPBi、InGaP、InGaPN、InGaPSb、InGaPBi及InAlGaAsP所組成的群組的至少一材料。
  10. 如請求項4所述之半導體雷射二極體，其中，該多層結構更包含一上光電侷限層與一下光電侷限層，該載子侷限層包含選自AlGaAsP、AlGaAsPN、AlGaAsPSb、AlGaAsPBi、InAlGaP、InAlGaPN、InAlGaPSb、InAlGaPBi及InAlGaAsP所組成的群組的至少一材料。
  11. 如請求項1所述之半導體雷射二極體，其中，該半導體雷射二極體是VCSEL或EEL。
  12. 一種半導體雷射二極體，包含：一GaAs基板；以及一多層結構，在該GaAs基板之上，該多層結構包含：一主動區，包含一或複數主動層，該或該等主動層之至少一者包含至少一障壁層與至少一井層，該至少一井層是包含選自於InGaAs、InAlGaAs、AlGaAs、AlGaAsSb及InGaAsP所組成的群組，該至少一井層係產生壓縮應力；至少一障壁層，係產生一拉伸應力以降低該半導體雷射二極體之應力總和，其中該至少一障壁層是GaAsP。
  13. 如請求項12所述之半導體雷射二極體，其中，更包含至少一間隔層，該主動區之上及/或之下設置該至少一間隔層，該至少一間隔層選自由GaAs、AlGaAs、AlGaAsP、AlGaAsPN、AlGaAsPSb、AlGaAsPBi、InAlGaP、InAlGaPN、InAlGaPSb、InAlGaPBi、InGaAsP、InGaAsPN、InGaAsPSb、InGaAsPBi、InGaP、InGaPN、InGaPSb、InGaPBi、InAlGaAsP及GaAsP所組成之群組。
  14. 如請求項12所述之半導體雷射二極體，其中，更包含一磊晶區，該磊晶區位於該等主動層的二主動層之間，該磊晶區更包含一載子侷限層與一穿隧接面層。
  15. 如請求項14所述之半導體雷射二極體，其中，該磊晶區更包含一或複數間隔層，該穿隧接面層之上及/或之下設置該間隔層。
  16. 如請求項15所述之半導體雷射二極體，其中，該磊晶區更包含一氧化層；該穿隧接面層與該氧化層之間、該穿隧接面層與相鄰於該穿隧接面層的主動層之間或該氧化層與相鄰於該氧化層的主動層之間設置該間隔層。
  17. 如請求項14所述之半導體雷射二極體，其中，該多層結構更包含一上DBR層與一下DBR層，該載子侷限層包含係選自InAlGaP、InAlGaPN、InAlGaPSb、InAlGaPBi、InGaAsP、InGaAsPN、InGaAsPSb、InGaAsPBi、InGaP、InGaPN、InGaPSb、InGaPBi及InAlGaAsP所組成的群組的至少一材料。
  18. 如請求項14所述之半導體雷射二極體，其中，該多層結構更包含一上DBR層與一下DBR層，該載子侷限層包含選自AlGaAsP、AlGaAsPN、AlGaAsPSb、AlGaAsPBi、InAlGaP、InAlGaPN、InAlGaPSb、InAlGaPBi及InAlGaAsP所組成的群組的至少一材料。
  19. 如請求項14所述之半導體雷射二極體，其中，該多層結構更包含一上光電侷限層與一下光電侷限層，該載子侷限層包含係選自InAlGaP、InAlGaPN、InAlGaPSb、InAlGaPBi、InGaAsP、InGaAsPN、InGaAsPSb、InGaAsPBi、InGaP、InGaPN、InGaPSb、InGaPBi及InAlGaAsP所組成的群組的至少一材料。
  20. 如請求項14所述之半導體雷射二極體，其中，該多層結構更包含一上光電侷限層與一下光電侷限層，該載子侷限層包含選自AlGaAsP、AlGaAsPN、AlGaAsPSb、AlGaAsPBi、InAlGaP、InAlGaPN、InAlGaPSb、InAlGaPBi及InAlGaAsP所組成的群組的至少一材料。
  21. 如請求項12所述之一種半導體雷射二極體，其中，更包含一中間層，該中間層係設置於該至少一障壁層之中，該中間層選自由AlGaAsP、AlGaAsPN、AlGaAsPSb、AlGaAsPBi、InAlGaP、InAlGaPN、InAlGaPSb、InAlGaPBi、InGaAsP、InGaAsPN、InGaAsPSb、InGaAsPBi、InGaP、InGaPN、InGaPSb、InGaPBi、InAlGaAsP、GaAs及AlGaAs所組成之群組。
  22. 如請求項12所述之一種半導體雷射二極體，其中，該半導體雷射二極體是VCSEL或EEL。
  23. 一種半導體雷射二極體，包含：一GaAs基板；以及一多層結構，在該GaAs基板之上，該多層結構包含：一主動區，包含一或複數量子點結構，該或該等量子點結構之至少一者包含一量子點、一浸潤層及一覆蓋層；其中，該量子點或該浸潤層之一是包含選自由InGaAs、InAlGaAs、GaAs、AlGaAs、AlGaAsSb、GaAsP及InGaAsP所組成的群組，該量子點或該浸潤層係產生壓縮應力；該覆蓋層是包含選自由AlGaAsP、AlGaAsPN、AlGaAsPSb、AlGaAsPBi、InAlGaP、InAlGaPN、InAlGaPSb、InAlGaPBi、InGaAsP、InGaAsPN、InGaAsPSb、InGaAsPBi、InGaP、InGaPN、InGaPSb、InGaPBi及InAlGaAsP所組成的群組，該覆蓋層係產生一拉伸應力，以降低該半導體雷射二極體之應力總和。
  24. 如請求項23所述之半導體雷射二極體，其中，更包含至少一間隔層，該至少一間隔層位於該量子點結構之上或之下或在該等量子點結構之兩量子點結構之間，該至少一間隔層包含選自由AlGaAsP、AlGaAsPN、AlGaAsPSb、AlGaAsPBi、InAlGaP、InAlGaPN、InAlGaPSb、InAlGaPBi、InGaAsP、InGaAsPN、InGaAsPSb、InGaAsPBi、InGaP、InGaPN、InGaPSb、InGaPBi及 InAlGaAsP所組成的群組。
  25. 如請求項23所述之半導體雷射二極體，其中，該半導體雷射二極體是VCSEL或EEL。
  26. 一種半導體雷射二極體，包含：一InP基板；以及一多層結構，在該InP基板之上，該多層結構包含：一下磊晶區，位於該InP基板之上；一主動區，位於該下磊晶區之上，包含一主動層或複數主動層，不包含GaAsSb材料，該主動層包含至少一井層與該至少一障壁層，該井層係產生壓縮應力，而該至少一障壁層則產生一拉伸應力，以降低該半導體雷射二極體之應力總和；一上磊晶區，位於該主動區之上；以及至少一載子侷限層，位於該主動區、該下磊晶區或該上磊晶區之中，該至少一載子侷限層係選自由InGaP、InAlGaP、InP、InAlAsP、AlAsSb、AlAsBi、AlGaAsSb、AlGaAsBi、AlPSb、AlPBi及InGaAsP所組成的群組。
  27. 如請求項26所述之半導體雷射二極體，其中，InGaAsP的PL峰值波長不超過900nm。
  28. 如請求項26所述之半導體雷射二極體，其中，該至少一載子侷限層係位於該主動區中並靠近於或實質接觸於該上磊晶區或該下磊晶區。
  29. 如請求項26所述之半導體雷射二極體，其中，該至少一載子侷限層係位於該上磊晶區中或該下磊晶區中並靠近於或實質接觸於該主動區。
  30. 如請求項26所述之半導體雷射二極體，其中，該主動區還包含一第一面、一第二面與另一載子侷限層，該第一面為該主動區之面向該下磊晶區的一面，該第二面為該主動區之面向該上磊晶區的一面；該至少一載子侷限層是設置於該第一面與該第二面之一的之上或之下，該另一載子侷限層是設置於該第一面與該第二面之另一的之上或之下。
  31. 如請求項30所述之半導體雷射二極體，其中，該至少一載子侷限層或該另一載子侷限層的一面是該第一面或該第二面。
  32. 如請求項30所述之半導體雷射二極體，其中，該至少一載子侷限層與該另一載子侷限層之一係選自由InGaP、InAlGaP、InP及InGaAsP所組成之群組，其中InGaAsP的PL峰值波長不超過900nm；該至少一載子侷限層與該另一載子侷限層之另一係選自InAlAsP、AlAsSb、AlAsBi、AlGaAsSb、AlGaAsBi、AlPSb及AlPBi所組成之群組。
  33. 如請求項26所述之半導體雷射二極體，其中，更包含一磊晶區，該磊晶區係位於該等主動層的二主動層之間，該至少一載子侷限層位於該磊晶區之中。
  34. 如請求項33所述之半導體雷射二極體，其中該磊晶區更包含一穿隧接面層。
  35. 如請求項34所述之半導體雷射二極體，其中，該磊晶區更包含一或複數間隔層，該間隔層係介於該穿隧接面層與相鄰於該穿隧接面層的主動層之間。
  36. 如請求項26所述之半導體雷射二極體，其中，該等主動層的任二主動層之間的磊晶區中均設置該至少一載子侷限層。
  37. 如請求項26所述之半導體雷射二極體，其中，該半導體雷射二極體是VCSEL或EEL。
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