光学半导体器件及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种光学半导体器件及其制造方法。该光学半导体器件包括：半导体衬底；下部覆层，形成在半导体衬底上方；量子阱有源层，形成在下部覆层上；衍射光栅层，形成在量子阱有源层上方且在其表面中形成有衍射光栅；以及上部覆层，形成在衍射光栅层的衍射光栅上。另外，量子阱有源层的相邻于光学半导体器件的外端面的外部区域中的带隙大于量子阱有源层的位于外部区域之间的内部区域中的带隙，以及包括下部覆层且布置在半导体衬底与量子阱有源层之间的一个或多个层的厚度大于或等于2.3μm。

【技术实现步骤摘要】

本文讨论的实施例涉及一种光学半导体器件和光学半导体器件的制造方法。
技术介绍
作为光学半导体器件的半导体激光器已广泛用于各种波长范围。在这些半导体激光器当中，分布式反馈(DFB)激光器和分布式布拉格反射镜(DBR)激光器已用于通信应用，并且还用作需要单色激光的成像器件的光源。这是因为这些DFB和DBR激光器可以呈单纵模发出激光。而且，当半导体激光器被投入实际使用中时，半导体激光器的可靠性和使用寿命是要考虑的主要因素。就这点而言，半导体器件的端面的光学损伤(其可以被称为灾变性光学损伤(COD))可能常成为半导体激光器的使用寿命的主要决定因素。另外，在半导体激光器的最大输出等由于其COD而有可能受到限制的情况下，如果期望半导体器件输出高功率，则可能期望控制(减少)C0D。可以参考第2001-230491、2001-94207以及H09-23037号日本特开专利公开。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，一种光学半导体器件包括:半导体衬底；下部覆层，形成在半导体衬底上方且由半导体材料形成；量子阱有源层，形成在下部覆层上且由半导体材料形成；衍射光栅层，形成在量子阱有源层上方且由半导体材料形成，该衍射光栅层具有形成在其表面中的衍射光栅；以及上部覆层，形成在衍射光栅层的衍射光栅上。另外，量子阱有源层的相邻于光学半导体器件外端面的外部区域中的带隙大于量子阱有源层的位于外部区域之间的内部区域中的带隙。另外，包括下部覆层且布置在半导体衬底与量子阱有源层之间的一个或多个层的厚度大于或等于2.3 μ m。【附图说明】图1为根据第一实施例的光学半导体器件的俯视图；图2为根据第一实施例的光学半导体器件的第一剖面(cut-away)侧视图；图3为根据第一实施例的光学半导体器件的第二剖面侧视图；图4A和图4B为当制造根据第一实施例的光学半导体器件时的第一剖面侧视图；图5A和图5B为当制造根据第一实施例的光学半导体器件时的第二剖面侧视图；图6A和图6B为当制造根据第一实施例的光学半导体器件时的第三剖面侧视图；图7A和图7B为当制造根据第一实施例的光学半导体器件时的第四剖面侧视图；图8示出量子阱有源层的PL发射特性；图9为从半导体衬底的表面到量子阱有源层的边界的厚度与量子阱有源层中的带隙位移之间的相关图(correlation diagram)；图1OA和图1OB为当制造根据第一实施例的光学半导体器件时的第五剖面侧视图；图1lA和图1lB为当制造根据第一实施例的光学半导体器件时的第六剖面侧视图；图12A和图12B为当制造根据第一实施例的光学半导体器件时的第七剖面侧视图；图13A和图13B为当制造根据第一实施例的光学半导体器件时的第八剖面侧视图；图14A和图14B为当制造根据第一实施例的光学半导体器件时的第九剖面侧视图；图15A和图15B为当制造根据第一实施例的光学半导体器件时的第十剖面侧视图；图16A和图16B为当制造根据第一实施例的光学半导体器件时的第十一剖面侧视图；图17A和图17B为当制造根据第一实施例的光学半导体器件时的第十二剖面侧视图；图18A和图18B为当制造根据第一实施例的光学半导体器件时的第十三剖面侧视图；图19A和图19B为当制造根据第一实施例的光学半导体器件时的第十四剖面侧视图；图20为根据第二实施例的光学半导体器件的俯视图；以及图21为根据第二实施例的光学半导体器件的剖面侧视图。【具体实施方式】当从半导体激光器输出的激光被由表面能级造成的缺陷或非辐射中心所吸收时，可能发生半导体器件的C0D，从而使半导体器件的端面附近的区域局部受热，带隙由于所引起的温度升高而减小，并且激光的吸收被进一步增加，以使端面附近的温度最终达到熔化温度。因此，为了防止COD的发生，认为采用所谓的窗口结构是有效的，在该窗口结构中端面附近的量子阱有源层中的带隙被选择性地扩大。如此选择性地扩大带隙可以通过“基于通过加热的杂质扩散或空位扩散来扩大量子阱有源层或端面附近的量子阱层中的带隙”来实现。为了防止C0D，期望的是扩大在端面(其变为窗口结构的窗口区域)附近的区域中的量子阱有源层中的带隙。然而，这种情况下，也可以扩大除端面附近的区域之外的区域的量子阱有源层中的带隙。即，可能发生带隙位移，其中量子阱有源层中的带隙在除窗口区域(即，除端面附近的区域之外的区域)之外的区域也被扩大。如上所述，有源区中的这种带隙位移会显著影响基于衍射光栅确定振荡波长的单纵模激光器(例如，DFB激光器和DBR激光器)。这种单纵模激光器的输出特性和温度特性会受到被称为“失谐(detuning)”的差异的强烈影响，该“失谐”表明衍射光栅所确定的布拉格波长与带隙所确定的増益峰波长之间的差异。布拉格波长基于要使用的激光器的应用来严格确定。因此，在除窗ロ区域之外的区域的量子阱有源层中的带隙位移表示失谐的改变。因此，当在DFB激光器或DBR激光器中形成窗ロ结构时，可能重要的是不仅注意要增大发射端面(其变为窗ロ区域)中的带隙，而且也要防止带隙在除窗ロ区域之外的区域增大(即，重要的是控制量子阱有源层的窗ロ区域内的区域中的带隙)。因此，期望的是提供ー种包括具有衍射光栅的单纵模激光器的光学半导体器件和这种光学半导体器件的制造方法，其中在相邻于激光器输出表面的量子阱有源层的外部区域中的带隙大于(宽于)在相邻于外部区域且包括量子阱有源层的中心部分的内部区域中的带隙，以及其中内部区域中的带隙在晶块(lot)和晶片中不发生明显变化。S卩，期望的是提供量子阱有源层中带隙变化小的光学半导体器件。在下面，描述实施本专利技术的实施例。在说明书和附图中，相同的附图标记用于描述相同或等效的元件，并且可以省略对其的重复说明。第一实施例光学半导体器件描述根据第一实施例的光学半导体器件。图1为根据本实施例的光学半导体器件的俯视图。图2为当沿着图1的点划线1A-1B切割时的光学半导体器件的剖面侧视图。另外，图3为当沿着图1的点划线1C-1D切割时的剖面侧视图。为了说明的目的，图2和图3示意性地示出相应截面(cross-section)的状态。作为根据本实施例的光学半导体器件，描述了所谓的DFB (分布式反馈)激光器。如图所示，根据本实施例的光学半导体器件包括被叠置且形成在半导体衬底110上的缓冲层111、第一覆层112、量子阱有源层113、第二覆层116、衍射光栅层117、第三覆层118以及接触层119。n-GaAs衬底被用作半导体衬底110。缓冲层111由n_GaAs层形成。第一覆层112由n-AlGaAs层形成。量子阱有源层113以阻挡层114和量子阱层115彼此交替叠置的方式由阻挡层114和量子阱层115形成。这里，阻挡层114由1-GaAs层形成，量子阱层115由1-1nGaAs层形成。通过这样做，量子阱有源层113可以具有多量子阱(MQW)结构。第二覆层116由p-AlGaAs层形成。衍射光栅层117由p_GaAs制成。另外,在衍射光栅层117的表面上，衍射光栅117a基于预定周期(cycle)形成。第三覆层118由p-1nGaP层形成。接触层119由P-GaAs层形成。在本实施例中，第一覆层112可以称为下部覆层，第三覆层118可以称为上部覆层。另外，在本实施例中，描述了形成第二覆层116本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学半导体器件，包括：半导体衬底；下部覆层，形成在所述半导体衬底上方且由半导体材料形成；量子阱有源层，形成在所述下部覆层上且由半导体材料形成；衍射光栅层，形成在所述量子阱有源层上方且由半导体材料形成，所述衍射光栅层具有形成在其表面中的衍射光栅；以及上部覆层，形成在所述衍射光栅层的衍射光栅上，其中，所述量子阱有源层的相邻于所述光学半导体器件的外端面的外部区域中的带隙大于所述量子阱有源层的位于所述外部区域之间的内部区域中的带隙，以及其中，包括所述下部覆层且布置在所述半导体衬底与所述量子阱有源层之间的一个或多个层的厚度大于或等于2.3μm。

【技术特征摘要】
2012.07.31 JP 2012-1701141.一种光学半导体器件，包括: 半导体衬底； 下部覆层，形成在所述半导体衬底上方且由半导体材料形成； 量子阱有源层，形成在所述下部覆层上且由半导体材料形成； 衍射光栅层，形成在所述量子阱有源层上方且由半导体材料形成，所述衍射光栅层具有形成在其表面中的衍射光栅；以及 上部覆层，形成在所述衍射光栅层的衍射光栅上， 其中，所述量子阱有源层的相邻于所述光学半导体器件的外端面的外部区域中的带隙大于所述量子阱有源层的位于所述外部区域之间的内部区域中的带隙，以及 其中，包括所述下部覆层且布置在所述半导体衬底与所述量子阱有源层之间的一个或多个层的厚度大于或等于2.3 μ m。2.根据权利要求1所述的光学半导体器件，其中， 所述衍射光栅层的所述表面包括:激光器区域，所述衍射光栅形成在所述激光器区域中；以及半导体光放大器区域，所述衍射光栅未形成在所述半导体光放大器区域中。3.根据权利要求1或2所述的光学半导体器件，还包括: 第二覆层，形成在所述量子阱有源层和所述衍射光栅层之间， 其中，所述下部覆层是第一覆层，所述上部覆层是第三覆层。4.根据权利要求3所述的光学半导体器件，还包括: 接触层，形成在所述第三覆层上且由半导体材料形成； 上部电极，形成在所述接触层上；以及 下部电极，形成在所述半导体衬底的背面， 其中，所述第二覆层和所述第三覆层由各自的半导体材料形成。5.根据权利要求4所述的光学半导体器件，还包括: 脊形波导，通过去除一部分的所述第三覆层和所述接触层而形成。6.根据权利要求3所述的光学半导体器件，其中， 所述第二覆层由包括AlGaAs的材料形成。7.根据权利要求1或2所述的光学半导体器件，其中， 所述量子阱有源层由交替叠置的一个或多个阻挡层和一个或多个量子阱层形成，以及 其中，所述阻挡层由包括GaAs的材料形成，所述量子阱层由包括InGaAs的材料形成。8.根据权利要求1或2所述的光学半导体器件，其中， 所述半导体衬底是GaAs衬底或InP衬底。9.根据权利要求1或2所述的光学半导体器件，还包括: 缓冲层，...

【专利技术属性】
技术研发人员：早川明宪，松本武，
申请(专利权)人：富士通株式会社，
类型：发明
国别省市：