具有多量子阱结构的半导体激光二极管制造技术

本申请公开了具有光栅的半导体激光二极管(LD)。LD包括掩埋光栅的下包覆层、以及有源层和上包覆层。有源层具有彼此交替布置的势垒层和阱层的多量子阱(MQW)结构。MQW结构还包括在势垒层和阱层之间的中间层，并且具有势垒层和阱层的晶格常数之间的晶格常数。中间层的厚度小于1nm。

【技术实现步骤摘要】
具有多量子阱结构的半导体激光二极管本申请要求于2016年10月31日提交的日本专利申请No.2016-213567的优先权，其内容通过引用的方式合并于此。
本专利技术涉及半导体激光二极管(LD)。
技术介绍
多量子阱(MQW)结构已经在半导体激光二极管(LD)、半导体光调制器等的有源层中被广泛使用。美国专利USP6,978,055B已经公开了具有在阱层和势垒层之间的中间层的MQW结构。一种类型的LD在具有MQW结构的有源层下方实现了光栅。当阱层和势垒层显示出很大的晶格失配时，这些层的外延生长变得不能补偿光栅的不连续性，这可能导致光栅各个波纹(corrugation)边缘的异常生长。
技术实现思路
本专利技术的一方面涉及半导体激光二极管，其包括由InP制成的半导体衬底、设置在半导体衬底上的光栅、n型层以及MQW有源层，MQW有源层包括彼此交替堆叠的势垒层和阱层。n型层将光栅埋入其中。势垒层具有拉伸应力，而阱层具有压缩应力。本专利技术的特征在于，MQW有源层还包括各自在势垒层和阱层之间的多个中间层。中间层在势垒层的应力和阱层的应力之间具有应力；并且中间层的厚度小于1nm。附图说明参照附图，从以下对本专利技术的优选实施例的详细描述中将更好地理解上述和其它目的、方面和优点，其中：图1A示出了沿其光轴观察的截面图，图1B示出了沿光轴的另一截面图；图2示意性地示出了有源层中的多量子阱(MQW)结构；图3是光栅的平面图；图4示意性地示出了光栅的波纹的侧面边缘的区域的截面图；图5A示出了没有中间层的能带图，图5B示出了在Ew<Eb<Em的条件下具有中间层的能带图，并且图5C示出了在Em<Ew<Eb的条件下具有中间层的能带图；图6A示出了形成LD的处理；图6B示出了图6A所示的处理之后的处理，并且图6C示出了图6B所示的处理之后的处理；图7A示出了图6C所示的处理之后的形成LD的处理，图7B示出了图7A所示的处理之后的处理，并且图7C示出了图7B所示的处理之后的处理；图8示出了图7C所示的处理之后形成LD的处理；以及图9示出了四元化合物InxAlyGa1-x-yAs的晶格常数与能带隙的关系。具体实施方式接下来，将参照附图描述根据本专利技术的实施例。在附图的描述中，彼此相同或相似的标记或符号将指彼此相同或相似的元件，而不进行重复说明。第一实施例图1示出了根据本专利技术的第一实施例的半导体激光二极管(LD)1的从激光沿其传播的方向观察的截面图；图1B还示出了LD1的沿着图1A所示的线IB-IB截取的截面。本实施例的LD1提供了n型InP衬底2、n型InP下包覆层3、有源层4、p型InP上包覆层5、p型InP阻挡层6，n型InP阻挡层7、p型InP层8、接触层9、钝化膜10、p型电极11和n型电极12。n型InP下包覆层3、有源层4和p型上包覆层5按该次序堆叠在n型InP衬底2上。n型InP下包覆层3、有源层4和p型上包覆层5的这些层形成高度为例如2.0μm的台地。n型InP衬底2掺杂有1.0×1018cm-3浓度的硅(Si)。n型InP下包覆层3也掺杂有1.0×1018cm-3浓度的Si并且具有0.5μm的厚度。有源层4具有包括InAlGaAs的MQW结构。有源层4的细节或MQW结构将稍后描述。p型InP上包覆层5可以掺杂有1.0×1018cm-3浓度的锌(Zn)并且具有0.2μm的厚度。n型InP下包覆层3包括光栅14，光栅14具有沿着LD1的光轴以预设间距周期性布置的波纹。光栅14包括折射率不同于n型InP包覆层的折射率的InGaAsP。波纹具有例如约0.1μm的高度。p型InP阻挡层和n型InP阻挡层设置在n型InP衬底2上以便在其各自的侧面掩埋台面。p型InP阻挡层6掺杂有4.0×1017cm-3浓度的Zn并且具有3.0μm的厚度。n型InP阻挡层7可以掺杂有1.0×1019cm-3浓度的Si并且具有0.4μm的厚度。p型InP层8和p型接触层9覆盖p型上包覆层5和n型InP阻挡层7，并按此次序生长在其上。p型InP层8掺杂有1.2×1018cm-3浓度的Zn并且具有2.0μm的厚度。接触层9可以由掺杂有1.2×1019cm-3浓度的Zn的InGaAs制成并且具有0.5μm的厚度。接触层的带隙能量小于p型InP层8的带隙能量。p型InP层8可作为p型上包覆层5的一部分来操作。具有与台地重叠的开口的钝化膜10覆盖接触层9。即，InGaAs接触层9在与台地重叠的部分中从钝化膜10中的开口暴露出来。钝化膜10可以由电绝缘材料(通常为氧化硅(SiO2))制成。p型电极11覆盖钝化膜10以及从钝化膜10中的开口暴露的InGaAs接触层9。p型电极11可以是钛(Ti)、铂(Pt)和金(Au)的合金。设置在n型InP衬底2背面的n型电极12可以由金(Au)、锗(Ge)和镍(Ni)的共熔金属制成。图2放大了本实施例的有源层4。有源层4提供了彼此交替堆叠的势垒层41和阱层42，并且还提供了势垒层41和阱层42之间的中间层43。势垒层41中的一个与n型InP下包覆层3接触，而势垒层41中的另一个与p型InP上包覆层5接触。在本实施例中，势垒层41、阱层42和中间层43由InxAlyGa1-x-yAs制成，但其组分彼此不同。阻挡层41具有对InP衬底2的拉伸应力，而阱层42显示出对InP衬底2的压缩应力。中间层43在阻挡层41中的拉伸应力和阱层42中的压缩应力之间显示出中等的应力。图3是光栅14的平面图。光栅包括多个波纹14a，每个波纹14a具有横向宽度大于台地宽度的矩形平面形状。波纹14a沿着LD1的光轴并且以亚微米的间距而被布置成阵列。由于间距如此狭窄，所以n型包覆层3可以可靠地掩埋波纹14a之间的间隙，这使得n型下包覆层3的顶面平坦。然而，n型包覆层3的顶面留下了反映各个矩形的侧边缘的台阶。当不在势垒层41和阱层42之间插入中间层43的情况下，有源层4(准确地为势垒层41和阱层42)要在n型包覆层3的这样台阶表面上生长时，在与波纹14的侧面边缘对应的反映了势垒层41和阱层42之间的晶格常数的较大差异的区域处可能发生异常生长。图4示意性地示出了与波纹14a的侧面边缘相对应的区域的截面。如本说明书稍后说明的，与波纹14a的侧面边缘相对应的区域将随着台地的形成而被移除。然而，图4所示的有源层4的异常生长穿透波纹14a的中心区域，因此，异常生长的影响被留在台地内的有源层中。本实施例提供了势垒层41和阱层42之间的中间层，其中中间层43具有在势垒层41的应力和阱层42的应力之间的应力。例如，假设势垒层41、阱层和中间层43由InxAlyGa1-x-yAs制成，并且将势垒层41的In组分表示为xb，将阱层42的In组分表示为xw，并且将中间层的In组分表示为xm，xb<xm<xw的关系使势垒层41与中间层43之间的晶格常数中的差异以及中间层43和阱层42之间的晶格常数中的差异小于不插入中间层43的情况下势垒层41和阱层42之间的晶格常数的差异。例如，当势垒层41相对于InP衬底2(或InP包覆层3)的晶格常数小于-0.6％(这导致势垒层41中的拉伸应力)并且阱层42同样相对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体激光二极管，包括：半导体衬底，其由磷化铟(InP)制成；光栅，其设置在所述半导体衬底上；n型层，其掩埋所述光栅；以及有源层，其具有多量子阱(MQW)结构的布置，所述多量子阱结构包括彼此交替堆叠的多个势垒层和多个阱层，所述势垒层具有拉伸应力，并且所述阱层具有压缩应力，所述多量子阱结构还提供了各自夹在所述势垒层和所述阱层之间的多个中间层，其中，所述中间层在所述势垒层和所述阱层之间各自具有应力并且具有小于1nm的厚度。

【技术特征摘要】
2016.10.31 JP 2016-2135671.一种半导体激光二极管，包括：半导体衬底，其由磷化铟(InP)制成；光栅，其设置在所述半导体衬底上；n型层，其掩埋所述光栅；以及有源层，其具有多量子阱(MQW)结构的布置，所述多量子阱结构包括彼此交替堆叠的多个势垒层和多个阱层，所述势垒层具有拉伸应力，并且所述阱层具有压缩应力，所述多量子阱结构还提供了各自夹在所述势垒层和所述阱层之间的多个中间层，其中，所述中间层在所述势垒层和所述阱层之间各自具有应力并且具有小于1nm的厚度。2.根据权利要求1所述的半导体激光二极管，其中，所述n型层由InP制成。3.根据权利要求1所述的半导体激光二极管，其中，所述势垒层由晶格常数短于InP的晶格常数的半导体材料制成，并且所述阱层由晶格常数长于所述InP的晶格常数的半导体材料制成，并且其中，所述中间层由晶格常数介于所述势垒层的晶格常数与所述阱层的晶格常数之间的半导体材料制成。4.根据权利要求3所述的半导体激光二极管，其中，所述中间...

【专利技术属性】
技术研发人员：小河直毅，
申请(专利权)人：住友电工光电子器件创新株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP