半导体激光器件制造技术

本发明专利技术公开了一种半导体激光器件，包括形成于第一导电类型的半导体衬底上的第一导电类型的缓冲层，第一导电类型的覆层、有源层和第二导电类型的覆层，其中所述第一导电类型的缓冲层中的带隙具有大于所述半导体衬底的带隙且小于所述第一导电类型的覆层的带隙的值，且所述第一导电类型的缓冲层中的杂质浓度高于所述第一导电类型的覆层中的杂质浓度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及III-V族化合物半导体激光器件，尤其涉及GaAlAs基化合物半导体激光器件。
技术介绍
在作为音频、视频记录介质的光盘的记录和复现中使用半导体激光器件作为光源，特别是使用了GaAlAs基半导体激光器件使得高密度记录成为可能。近年来，存在的需求是提高GaAlAs基半导体激光器件的光输出，以便提高记录速率。因此，需要降低操作电压并减少热的生成，以便获得优异的可靠性。不过，在GaAlAs基半导体激光器件中，GaAs衬底和形成于该衬底上以便与该衬底相邻的具有高Al组分比的AlGaAs覆层具有相同的电导率和不同的带隙，因此，由于能带不连续，在这些半导体(衬底和覆层)之间的界面产生电势。随着能带不连续性增强，该势垒的高度变大，而随着带隙增大，两种半导体之间能带的不连续性变大，于是产生了高势垒。因此，在形成AlGaAs基半导体激光器件时，发生了问题，造成工作电压升高。作为解决该问题的手段，提出了这样一种结构在GaAs衬底和高Al组分比的AlGaAs覆层之间提供诸如缓冲层的一层，该缓冲层的带隙能量具有在这两种半导体材料之间的值，其中Al的组分比在GaAs层和GaAlAs覆层之间逐渐改变(例如，日本专利公开H1(1989)-175285)。图6为示出了根据现有技术的这种半导体激光器的截面图，在下文中，参考图6描述作为现有技术的这种GaAlAs基半导体激光器件。图6中作为现有技术的GaAlAs基半导体激光器件由依次形成于n型GaAs衬底1(掺杂Si；2×1018cm-3)上的n型GaAs缓冲层2(掺杂Si；1×1018cm-3)、n型Ga1-xAlxAs梯度缓冲层3(掺杂Si；1×1018cm-3)、n型Ga1-xAlxAs覆层4(掺杂Si；1×1018cm-3)、Ga1-xAlxAs有源层5(未掺杂)、p型Ga1-xAlxAs覆层6(掺杂Be；5×1017cm-3)、p型GaAs覆层7(掺杂Be；2×1018cm-3)和p型电极11，以及形成于衬底1的后表面上的n型电极10构成。在这种情况下，在n型Ga1-xAlxAs梯度缓冲层3中，Al的组分比x从n型GaAs缓冲层2到n型n型Ga1-xAlxAs覆层4逐渐从0变到n型Ga1-xAlxAs覆层4中的Al的组分比的值x。在该现有技术中，提供了其Al组分比x在大带隙的n型Ga1-xAlxAs覆层4和小带隙的n型GaAs缓冲层2之间逐渐变化的，即带隙在这两层的值之间变化的，n型Ga1-xAlxAs梯度缓冲层3，由此能够在两层之间的界面中减小能带的不连续性。在近年来要求有300mW或更高光输出的脊型半导体激光器件中，适用上述的作为现有技术的GaAlAs基半导体激光器件的结构，不过，由于电路通路窄，减小工作电压的效果不充分。此外，为了提高作为现有技术的GaAlAs基半导体激光器件的光输出，在减小n型GaAs缓冲层2和n型Ga1-xAlxAs覆层4中的杂质浓度从而提高这些层上的有源层5的结晶度时，对于脊型结构而言降低工作电压的效果变得更小了。
技术实现思路
为了解决现有技术的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种具有高输出的半导体激光器件，其中能够实现工作电压的降低。根据本专利技术，提供了一种半导体激光器件，其包括形成于第一导电类型的半导体衬底上的第一导电类型的缓冲层、第一导电类型的覆层、有源层和第二导电类型的覆层，其中第一导电类型的缓冲层中的带隙具有大于半导体衬底的带隙且小于第一导电类型的覆层的带隙的值，且第一导电类型的缓冲层中的杂质浓度高于第一导电类型的覆层中的杂质浓度。在根据本专利技术的半导体激光器件中，与需要300mW或更大光学输出的常规的脊型半导体激光器件相比，降低了能带的不连续性，因此能够显著降低激光器件的工作电压。附图说明图1为示出根据本专利技术第一实施例的GaAlAs基化合物半导体激光器件的截面图； 图2为曲线图，示出了n型GaAlAs缓冲层中Si的杂质浓度与本专利技术实例1a到1e以及对比例1的每个半导体激光器中的工作电压之间的关系；图3为根据本专利技术第二实施例的GaAlAs基化合物半导体激光器件的截面图；图4为曲线图，示出了n型GaAlAs缓冲层中Si的杂质浓度与本专利技术实例2a到1e以及对比例2的每个半导体激光器中的工作电压之间的关系；图5为根据本专利技术第三实施例的GaAlAs基化合物半导体激光器件的截面图；以及图6为示出根据现有技术的半导体激光器件的截面图。具体实施例方式本专利技术提供了一种半导体激光器件，包括形成于第一导电类型的半导体衬底上的第一导电类型的缓冲层，第一导电类型的覆层，第二导电类型的有源层和覆层，其中第一导电类型的缓冲层的带隙具有大于半导体衬底的带隙且小于第一导电类型的覆层的带隙的值，且第一导电类型的缓冲层中的杂质浓度高于第一导电类型的覆层中的杂质浓度。根据本专利技术的半导体激光器件具有在半导体衬底上至少形成上述半导体层的叠层结构，并且除了至少第一导电类型的覆层或第二导电类型的覆层由多层构成的那些、在第二导电类型的覆层由两层构成时在两层之间形成有蚀刻停止层的那些、在脊部分两侧均形成有具有绝缘特性的介电层的那些、在脊部分等上方的层中形成有绝缘膜或保护膜的那些，还包括具有脊结构的激光器。根据本专利技术，第一导电类型表示n型或p型，第二导电类型表示p型或n型，与第一导电类型相反。本专利技术可以适用于半导体激光器件，尤其是由Ga1-xAlxAs(0≤x≤1)制造的半导体激光器件，具体而言，适用于这样的GaAlAs基半导体激光器件，其中第一导电类型的半导体衬底(带隙约1.42eV)由GaAs制造，第一导电类型的缓冲层(带隙约1.5eV到1.7eV)、第一导电类型的覆层(带隙约1.8eV到2.1eV)、有源层和第二导电类型的覆层由Ga1-xAlxAs(0＜x＜1)制造。此外，尽管衬底和每一半导体层的导电类型可以是n型或p型，优选第一导电类型为n型且第二导电类型为p型，原因在于n型界面中的能带不连续性低，从而能够减小激光器件的工作电压。这里，可以提到Si、Se等作为令GaAs的导电类型为n型的杂质元素，可以提到Zn、C、Mg等作为令导电类型为p型的杂质元素，且可以使用根据本专利技术的这些杂质元素决定半导体衬底和每一半导体层的导电类型。(第一导电类型的缓冲层的描述)优选以如下方式形成根据本专利技术的GaAlAs基半导体激光器件，使得第一导电类型的缓冲层中的Al的组分比从第一导电类型的半导体衬底到第一导电类型的覆层逐渐增大(阶梯变化或连续变化)。通过这种方式，能够进一步降低工作电压。此外，根据本专利技术，优选包含在第一导电类型的缓冲层中且决定着导电类型的杂质元素的杂质浓度为5×1017cm-3或更高，更优选为5×1017cm-3到2×1018cm-3。通过这种方式，能够有效减小衬底和覆层之间的界面中的能带不连续性。具体而言，第一导电类型的Ga1-xAlxAs缓冲层中的杂质浓度优选高于5×1017cm-3，由此能够有效地防止覆层中的缺陷和位错被转移到有源层。这里，在第一导电类型的缓冲层的杂质浓度低于5×1017cm-3的情况下，工作电压变得大到2.5V或更高，并且发生了问题使得可靠性因为产生热而降低。根据本专利技术，第一导电类型的缓冲层可以由多层形成。在这种情况下，第一导电类型的GaAlA本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体激光器件，包括形成于第一导电类型的半导体衬底上的所述第一导电类型的缓冲层、所述第一导电类型的覆层、有源层和第二导电类型的覆层，其中所述第一导电类型的缓冲层中的带隙具有大于所述半导体衬底的带隙且小于所述第一导电类型的覆层的带 隙的值，且所述第一导电类型的缓冲层中的杂质浓度高于所述第一导电类型的覆层中的杂质浓度。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：细羽弘之，
申请(专利权)人：夏普株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]