[发明专利]光学半导体器件

说明书

本发明涉及光学半导体器件，特别涉及在活性层和夹层间具有超晶格结构的光学半导体器件。

在半导体激光器中，在提高特性上，最重要的是将电子和空穴有效地限制在活性层中，该活性层夹在其禁宽大于它的夹层中。然而，在红色半导体激光二极管(下称红色LD)中，由于不能充分地增大活性层和P型(下称P)夹层间的势垒，所以，产生从n型(下称n)夹层一侧注入到活性层的电子容易越过活性层和P夹层间的垫垒溢到P夹层中的问题。一般将该电子溢入P夹层称作电子溢流。电子溢流引起LD特性特别是在高温下的操作特性变坏。因此，为了改善特别是在高温时的操作特性，就必须增大活性层和P夹层间的垫垒。

图3是表示已有工艺的AlGaInP类的红色半导体激光的结构的剖面图(图3(a))及该活性层附近的能带结构图(图3(b))。在图中，1是n-GaAs基片，2是厚约1.5μm的n-AlGaInP下夹层，3是用AlGaInP构成的多量子阱结构的活性层，4a是厚度为0.2～0.25μm的p-AlGaInP第一上夹层，4b是厚约1.25μm的p-AlGaInP第二上夹层，第一上夹层4a和第二上夹层4b间构成p-上夹层4。5是腐蚀塞层，6是由厚约0.1μm的p-GaInP构成的能带不连续释放层，7是由n-GaAs等构成的电流阻塞层，8是厚约3.0μm的p-GaAs接触层。在这里，省去了基片1的下表面的n侧电极和接触层8上的P侧电极。另外，11表示电子，11a表示溢流电子，12表示空穴。

图2示出了(Al_xGa_(1-x))_0.5In_0.5P层中的Al组分和导带能量差ΔEc及价带能量差ΔEv的关系。

在图3所示的已有工艺的半导体激光器中，为了增大活性层3和P-第一上夹层4a间的垫垒，增大p-第一上夹层4a的禁带宽度是最有效的方法。然而，考虑到由红色LD的p-第一上夹层4a的材料如(Al_xGa_(1-x))_0.5In_0.5P的禁带宽度Eg，如图2所示，在从x＝0到x＝1间，ΔEv与Al的组分x成比例增大，例如x＝1.0比x＝0.7大96meV能量。另一方面，虽然ΔEc在从x＝0到x＝0.7时随Al的组成比x成比例变大，但在x＝0.7时由直接跃迁(Γ谷)变成间接跃迁(X谷)，x＞0.7时，ΔEc随Al组分的增加而减少，在x＝1.0时比x＝0.7时小70meV。因此，Al组分在大于x＝0.7时，随Al组分的增加而使禁带宽度ΔEg的增加率比x＝0到x＝0.7时减少。(Al_xGa_(1-x))_0.5In_0.5P的禁带宽度Eg在x＝1.0时比x＝0.7时大26meV左右。另外，Al组分增加时，氧的吸附增加，电阻增加，增加P型载流子浓度是不可能的。因此，在已有工艺的半导体激光器中，在p-上夹层4a、4b中使用x＝0.7的(Al_xGa_(1-x))_0.5In_0.5P型层。

然而，在使用(Al_xGa_(1-x))_0.5In_0.5P(x＝0.7)的P型上夹层4a、4b的半导体激光器中，如上所述，活性层3和p-上夹层4a、4b间的垫垒不足够高，使得从n-下夹层2一侧注入到活性层3的电子越过活性层3和p-第一上夹层4a间的垫垒、发生电子溢出，通过发生这样的电子溢出，产生LD特性特别是高温时的操作特性变坏的问题。

本发明系为解决上述问题而做，目的在于提供能够提高活性层和夹层间的能量垫垒、消除电子溢出的光学半导体器件。

与本发明有关的光学半导体器件包括：第一导电型夹层；第二导电型夹层；在上述第一导电型夹层和第二导电型夹层之间配置的、由半导体构成的活性层；在上述第二导电型夹层和活性层之间配置的、比上述活性层的禁带宽度还大的第一化合物半导体；比该第一化合物半导体的导带的能量差ΔEc小而比价带能量差ΔEv大的第二化合物半导体；具有交互层叠一对以上构成的超晶格结构的第二导电层的超晶格垫垒层。

另外，上述光学半导体器件包括Al和Ga，Al和Ga的组分比使该第一化合物半导体的ΔEc变得最大，上述第二化合物半导体包括Al和Ga，Al和Ga的组分比使该ΔEv比上述第一化合物半导体的ΔEv大。