半导体激光器元件制造技术

一种具备由以As为主成分的III‑V族半导体晶体形成的阱层和势垒层的半导体激光器元件，在所述阱层以及所述势垒层中的至少一个层的III‑V族半导体晶体的V族位，以浓度0.02～5％导入所述As以外的V族元素，在所述阱层以及所述势垒层中的至少一个层的III‑V族半导体晶体的III族位中包含Al。由此，提供一种抑制半导体晶体的块体内的缺陷的产生且特性变动少的半导体激光器元件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及半导体激光器元件。
技术介绍
在半导体激光器元件中存在伴随通电而产生的特性的劣化。例如，在端面发光型激光器元件中，已知会产生端面的光学灾变损伤(Catastrophic Optical Damage：COD)。作为用于防止COD的技术，已知用于抑制端面的激光吸收的窗结构(参照专利文献1)。在先技术文献专利文献专利文献1：JP特开2012-146996号公报非专利文献非专利文献1：N.Chen，Y.Wang，H.He，and L.Lin，Japanese Journal of Applied Physics.1996年35卷，L1238-L1240.
技术实现思路
专利技术要解决的问题半导体激光器元件的特性劣化集中关注了因其端面的劣化引起的问题。因此，针对半导体元件的特性劣化的对策以保护半导体激光器元件的端面的技术为中心发展了起来。但是，根据本申请专利技术人的研究发现，伴随半导体激光器元件的高输出化或高耐压化，除了半导体激光器元件的端面以外，有时在半导体晶体的块体内也会产生成为特性劣化原因的缺陷。例如，在半导体激光器元件的活性层或其周边，在块体内产生并非起因于端面的位错环，该位错环生长的情形通过本申请专利技术人得到了确认。特别是在光输出在1芯片中约为数十瓦以上的高输出元件中，该倾向显著。本专利技术鉴于上述情况而完成，其目的在于，提供一种可抑制半导体晶体的块体内的缺陷产生且特性变动少的半导体激光器元件。用于解决文题的手段为了解决上述课题而实现目的，本专利技术的一方式涉及的半导体激光器元件具备由以As为V族的主成分的III-V族半导体晶体构成的阱层和势垒层的半导体激光器元件，该半导体激光器元件的特征在于，在所述阱层以及所述势垒层当中的至少一个层的III-V族半导体晶体的V族位，以浓度0.02～5％导入所述As以外的V族元素，在所述阱层以及所述势垒层当中的至少一个层的III-V族半导体晶体的III族位中包含Al。本专利技术的一方式涉及的半导体激光器元件的特征在于，所述As以外的V族元素是N、P、Sb中的任一种或者它们的组合。本专利技术的一方式涉及的半导体激光器元件的特征在于，以所述As为主成分的III-V族半导体晶体是AlGaInAs或者AlGaInNAs。本专利技术的一方式涉及的半导体激光器元件的特征在于，以所述As为主成分的III-V族半导体晶体是AlAs或者AlGaAs。本专利技术的一方式涉及的半导体激光器元件的特征在于，在所述阱层以及所述势垒层当中的至少一个层的III-V族半导体晶体的III族位，以浓度0.1～1％导入In。本专利技术的一方式涉及的半导体激光器元件的特征在于，所述活性层被添加了n型掺杂剂。本专利技术的一方式涉及的半导体激光器元件的特征在于，所述n型掺杂剂的浓度在1×1018cm-3以下且1×1015cm-3以上。本专利技术的一方式涉及的半导体激光器元件的特征在于，所述As以外的V族元素被导入到所述阱层中。本专利技术的一方式涉及的半导体激光器元件的特征在于，所述As以外的V族元素被导入到所述势垒层中。本专利技术的一方式涉及的半导体激光器元件的特征在于，所述Al包含在所述势垒层的组成当中。本专利技术的一方式涉及的半导体激光器元件的特征在于，所述Al包含在所述阱层的组成当中。本专利技术的一方式涉及的半导体激光器元件的特征在于，所述活性层的n型掺杂剂的浓度低于所述半导体激光器元件中的其他n型半导体层的n型掺杂剂的浓度。专利技术效果本专利技术涉及的半导体装置具有抑制半导体晶体的块体内的缺陷产生的效果。附图说明图1是表示形成在GsAs晶格间的<110>哑铃型的示意图。图2是表示形成在AlAs晶格间的<110>哑铃型的示意图。图3是表示使<110>哑铃型稳定化的情况抑制了间隙式As的簇化的示意图。图4是表示使<110>哑铃型稳定化的情况抑制了间隙式As的簇化的示意图。图5是表示GaAs中以及AlAs中的<110>哑铃型的中性状态下的形成能量的曲线图。图6是表示GaAs中以及AlAs中的<110>哑铃型的中性状态下的结合能量的曲线图。图7是表示III族位、V族位、哑铃型的最接近位置、哑铃型的第2接近位置的图。图8是表示中性状态下的In0.6Ga0.4As混晶中的<110>哑铃型的形成能量的曲线图。图9是表示GaAs中的<110>哑铃型的形成能量的曲线图。图10是表示间隙式As的扩散势垒的大小的曲线图。图11是表示基于TEM的观察像的图。图12是表示第1实施方式涉及的半导体激光器元件的示意图。图13是表示改变了活性层中的P的浓度时的半导体激光器元件的斜率效率的曲线图。图14是表示第2实施方式涉及的半导体激光器元件的示意图。图15是表示第3实施方式涉及的半导体激光器元件的示意图。图16是表示第4实施方式涉及的半导体激光器元件的示意图。具体实施方式以下，参照附图说明本专利技术的实施方式。另外，在以下的实施方式的所有附图中，对相同或者相应的部分附加同一符号。此外，本专利技术并不由以下说明的实施方式限定。进一步地，需要注意，附图是示意性的，各要素的尺寸的关系等有时会与实际不同。在各附图之间，也有时包含尺寸关系、比率互不相同的部分。首先，为了说明本专利技术的实施方式时使本专利技术容易理解，说明本申请专利技术人为解决上述问题而进行的深入研究。另外，在以下，虽然使用砷化镓(GaAs)或者砷化铝(AlAs)作为半导体晶体的例子，但本专利技术的实施并不限于这些例子，在使用以砷(As)为主成分的III-V族半导体晶体的半导体激光器元件中，能够适当地实施本专利技术。例如，以As为主成分的III-V族半导体晶体包括AlGaAs、AlGaInAs、AlGaInNAs等。在此，As是V族的主成分的意思是，在III-V族半导体晶体的组成元素之中，As相对于所有V族元素的比例是95％以上。同样，Al或者Ga是III族的主成分的意思是，在III-V族半导体晶体的组成元素之中，Al或者Ga相对于所有III族元素的比例是95％以上。(抑制位错环生长的机制)首先，考虑位错环的形成机制。此时，在假设均匀形核的情况下，用于在GaAs中形成位错环的能量由位错的自身能量(线张力、位错芯、以及熵项之和)与化学势之间的平衡决定，化学势是由层叠缺陷能量、点缺陷的过饱和度及系的温度确定的。但是，使用公知的物理量来计算出形成能量后发现，均匀形核并不是位错环的形成机制。因此，作为位错环形成的另一机制，研究伴随由As间隙式(interstitial)原子构成的析出物(簇)的形成的位错环的形成。实际上，已经报告了伴随As间隙原子扩散的As析出物的形成(参照非专利文献1)。在非专利文献1中，对利用低温分子束外延法生长出的GaAs在生长后进行热处理，讲述了系的形变量与点缺陷复合体的结构的关系。即，对于晶体生长时被导入的As间隙原子来说，随着加热温度的增大，As间隙原子对、间隙式
As会发展成4个集合体，间隙式As会发展成8个集合体。并且，随着As间隙原子的集合体变大，系的形变减少。该结果表明，通过形成间隙式As簇，从而系整体的形变得到缓和。形变的缓和由来于：在存在于母体中的簇的周围存在纳米量级的微小的位错环。这样的微小的位错环即使使用透射电子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体激光器元件，其具备活性层，该活性层具有由以As为V族的主成分的III‑V族半导体晶体形成的阱层和势垒层，该半导体激光器元件的特征在于，在所述阱层以及所述势垒层中的至少一个层的III‑V族半导体晶体的V族位，以浓度0.02～5％导入所述As以外的V族元素，在所述阱层以及所述势垒层中的至少一个层的III‑V族半导体晶体的III族位中包含Al。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.11 JP 2014-0473391.一种半导体激光器元件，其具备活性层，该活性层具有由以As为V族的主成分的III-V族半导体晶体形成的阱层和势垒层，该半导体激光器元件的特征在于，在所述阱层以及所述势垒层中的至少一个层的III-V族半导体晶体的V族位，以浓度0.02～5％导入所述As以外的V族元素，在所述阱层以及所述势垒层中的至少一个层的III-V族半导体晶体的III族位中包含Al。2.根据权利要求1所述的半导体激光器元件，其特征在于，所述As以外的V族元素是N、P、Sb中的任一种或者它们的组合。3.根据权利要求1或2所述的半导体激光器元件，其特征在于，以所述As为主成分的III-V族半导体晶体是AlGaInAs或者AlGaInNAs。4.根据权利要求1或2所述的半导体激光器元件，其特征在于，以所述As为主成分的III-V族半导体晶体是AlAs或者AlGaAs。5.根据权利要求4所述的半导体激光器元件，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：岩见正之，石井宏辰，岩井则广，松田竹善，粕川秋彦，石川卓哉，川北泰雅，锻治荣作，
申请(专利权)人：古河电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP