[发明专利]半导体光元件

说明书

本申请实现一种半导体光元件，该半导体光元件兼顾散热和光限制，高效地注入电流或施加电场。所述半导体光元件设有：芯层，包括活性区域(1)，该活性区域(1)包括化合物半导体；两个包层(5、6)，注入电流至所述芯层；以及第三包层(4)，构成为包含热传导率比所述芯层、所述两个包层中的任一个大，折射率比所述芯层、所述两个包层中的任一个小，带隙比所述芯层、所述两个包层中的任一个大的材料。

技术领域

本发明涉及一种半导体光元件，特别是涉及一种具有使用高热传导、高带隙、低折射率的包层来兼顾高的热传导和高的光限制的半导体结构的半导体光元件。

背景技术

半导体元件作为小型低功耗的电子元件(电子器件)而广泛普及。特别是，以进行发光、受光、光调制等的半导体激光器为代表的半导体光元件是构成光信息通信系统的重要的部件。

在光信息通信系统中，作为半导体光元件的材料，从发光性的观点来看，主要使用InP(磷化铟)、GaAs(砷化镓)等直接跃迁型的化合物半导体。但是，InP、GaAs等材料不能说热传导性良好，由于元件的工作中的发热引起的温度上升，特性受到限制(例如，非专利文献1)。

另一方面，作为半导体元件的材料而被广泛使用的Si(硅)与InP、GaAs等化合物半导体相比，热传导性高，但由于是间接跃迁型的半导体，因此用作发光元件的活性层的材料是非常困难的。

此外，Si的折射率比InP、GaAs高，从光限制的观点来看，无法用于包层。Si需要隔着折射率更低的其他包层材料与由InP、GaAs等构成的活性层(芯体)材料充分地保持距离来配置，从而也难以使用Si来提高半导体光元件的散热性。

而且，在InP系半导体光元件的情况下，无法将光限制所需的活性层(芯体)材料(InGaAsP、InGaAlAs等)与包层材料(InP等)的折射率差取得大，器件特性的提高存在极限。

作为用于将InP系半导体光元件的芯体-包层间的折射率差取得大的对策，提出了作为包层材料而采用折射率小的空气、绝缘膜(例如形成于Si基板上的SiO₂膜)的半导体激光器(例如，非专利文献2)。在该以往例中，在电流注入小，即温度上升少的区域的元件特性大幅提高。

但是，若将空气、绝缘膜这样的绝缘材料用于包层材料，则热传导特性恶化，因此元件的温度上升进一步变大，因热引起的特性的劣化显著。

而且，在该结构中，由于作为芯层的主要材料的InP与作为基板材料的Si之间的热膨胀系数的差，在制造工序的升温处理中的上升温度中也会产生限定。

作为热传导率高的材料，也可以考虑金属材料。例如Au(金)的热传导率比Si高，在用于光通信的波长中复折射率的实部也小。但是，复折射率的虚部大，因此光的吸收损失大，无法实现向光波导内的光限制，因此不适于用作包层材料。作为包层材料，需要使用在光元件的工作波长中复折射率的虚部(光的吸收损失)小的材料。

而且，金属等导电性的材料也存在如下问题：在形成于基板上的半导体光元件中向与基板面平行的方向注入电流的或者施加电场的半导体光元件中，作为工作所需的载流子的逃逸路径而发挥作用，且无法进行电流注入以及电场施加。作为包层材料为了适当地进行向半导体光元件注入电流或施加电场，包层材料需要是带隙比芯层以及p型、n型半导体层大，对半导体光元件中的半导体载流子而言作为势垒发挥作用的材料。

由于这些问题，迄今为止还没有实现能兼顾光限制和高的热传导，能高效地向半导体光元件的活性层注入电流或施加电场的半导体光元件的结构