CN1081026A - 无包层单量子阱ii-vi族激光二极管 - Google Patents
无包层单量子阱ii-vi族激光二极管 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1081026A CN1081026A CN93105938A CN93105938A CN1081026A CN 1081026 A CN1081026 A CN 1081026A CN 93105938 A CN93105938 A CN 93105938A CN 93105938 A CN93105938 A CN 93105938A CN 1081026 A CN1081026 A CN 1081026A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- laser diode
- substrate
- guide
- electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000005253 cladding Methods 0.000 title abstract description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 39
- SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N selenium;zinc Chemical compound [Se]=[Zn] SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N cadmium(2+);selenium(2-) Chemical compound [Se-2].[Cd+2] UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 16
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 2
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 16
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 12
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 9
- 238000003877 atomic layer epitaxy Methods 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 238000004211 migration-enhanced epitaxy Methods 0.000 description 7
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 6
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 5
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 5
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 5
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005401 electroluminescence Methods 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000024 high-resolution transmission electron micrograph Methods 0.000 description 2
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 2
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000003254 radicals Chemical class 0.000 description 2
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 229910004611 CdZnTe Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- -1 ZnSeTe Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910007709 ZnTe Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 150000002831 nitrogen free-radicals Chemical class 0.000 description 1
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 1
- 238000005424 photoluminescence Methods 0.000 description 1
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 238000007738 vacuum evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
- H01S5/347—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIBVI compounds, e.g. ZnCdSe- laser
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0083—Processes for devices with an active region comprising only II-VI compounds
- H01L33/0087—Processes for devices with an active region comprising only II-VI compounds with a substrate not being a II-VI compound
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
- H01S5/3403—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers having a strained layer structure in which the strain performs a special function, e.g. general strain effects, strain versus polarisation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
- H01S5/342—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers containing short period superlattices [SPS]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
一种无半导体包层的单量子阱II-VI族激光二
极管，它包括由覆盖在n型GaAs衬底上的p型和n
型光导层。CdSe/ZnSe短周期应变层超晶格单量
子阱有源层位于两导向层之间。Au电极从与单量
子阱有源层相反的一方覆盖在p型导向层之上。导
向层的厚度使衬底和Au电极能把器件产生的光束
约束在有源层和导向层之间。
Description
本发明涉及Ⅱ-Ⅵ族激光二极管，更具体地说，涉及能在相对低的工作电压下有效地产生高强度光束的Ⅱ-Ⅵ族激光二极管。
由明尼苏达市波尔街上的3M公司开创的研究以公开表明在世界上第一次用Ⅱ-Ⅵ族半导体材料制造出激光二极管而达到顶峰。这些器件在光谱的蓝绿部分的490nm发射相干辐射。这些在Haase等的题为“短波长Ⅱ-Ⅵ族激光二极管”的文章中进行了披露（1991年物理学会会议丛书No.120，pp9-16，GaAs及有关的化合物的学会论文集）。
因而，继续需要改进Ⅱ-Ⅵ族激光二极管工艺。为了达到广泛的商业应用，激光二极管在结构上必须相当简单，并且制造成本不能昂贵，这些器件还必须能在相对低的电压下工作。
本发明是一种能在相对低的电压下有效地产生高强度光束的Ⅱ-Ⅵ族激光二极管。该器件在结构上相当简单，制造成本亦不昂贵，因为它不包括为约束激光束而提供的半导体包层。
在一个实施例中，激光二极管包括一第一种导电类型的单晶半导体衬底。第一种导电类型的Ⅱ-Ⅵ族半导体构成的第一导向层覆盖住衬底。由Ⅱ-Ⅵ族半导体构成的单量子阱有源层覆盖在第一导向层上。由第二种导电类型的Ⅱ-Ⅵ族半导体构成的第二导向层覆盖在有源层上，并与第一导向层形成一pn结。第一电极层从与第一导向层相对的一方覆盖住衬底，而第二电极层从与有源层相对的一方覆盖住第二导向层。第一和第二导向层的厚度要使衬底和第二电极能将光束限定在有源层和第一、第二导向层内。
在另一个实施例中，衬底包括一GaAs衬底。第一和第二导向层包括组合厚度为约3.5微米的ZnSe层。有源层包括一CdSe/ZnSe短周期应变层（short-period strained-layer）超晶格层。第二电极为金电极。
图1为说明根据本发明的Ⅱ-Ⅵ族半导体激光二极管结构的剖面图（未按比例）。
图2是表示图1所示的那种激光二极管的损耗因子（a）和光学模式的半最大强度的全宽度（FWHM）（full width at half maximum intensity）的积与光导层厚度的函数关系的曲线。
图3说明能用于制造本发明的激光二极管的分子束处延（MBE）系统。
图4为图1所示的量子阱层的详细的横截面图。
图5为快门顺序（shutter sequence）的图解，图3所示的MBE系统按此顺序操作，以制造本发明的激光二极管的有源层。
图6是根据本发明制造的激光二极管的量子阱的横截面的高分辨率透射电子显微照片。
图1一般地说明本发明的Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体激光二极管10（即，电发光器件）。激光二极管10包括一短周期应变层超晶格（SPSLS）量子阱层12，该层被由N型ZnSe光导层14和P型ZnSe光导层16形成的ZnSe pn结所包覆。如下面更详细地描述的，量子阱层12是用原子层外延（ALE）和/或迁移增强外延（MEE）生长得到的高效有源层。激光二极管10是在一N型GaAs衬底18上制造出来的，它包括一层位于衬底和导向层14之间的N型ZnSe欧姆接触层19。一层P型ZnSe欧姆接触层20覆盖在P型导向层16之上。一聚酰亚胺层22从与光导层16相对的一面覆盖在欧姆接触层20的表面上。
通过金电极24构成与P型欧姆接触层20的电接触，金电极形成在绝缘层22上未被覆盖的长条中。将一薄层钛层26和最后一层金层28加在绝缘层22上以利于引线键合。与激光二极管10的下侧的电接触是由形成在衬底18与n型欧姆接触层19相对的表面上的铟电极30构成的。
在样品激光二极管10中，光导层14和接触层19均用氯掺杂成n型。在这些样品中，光导层16和欧姆接触层20均用氮掺杂成P型。下层光导层14掺杂的净施主浓度是1×1017cm-3，而上层光导层16掺杂的净受主浓度是2×1017cm-3。样品器件中的欧姆接触层19和20均淀积至0.1微米厚。下接触层19掺杂的净施方浓度为1×1018cm-3。上接触层20掺杂的净受主浓度为1×1018cm-3。
将量子阱有源层12中产生的光导入光导层14和16内，仅由GaAs衬底18和金电极24所包覆。此激光二极管10获得了良好的光限制（optical confinement）和足够低的损耗，而无需Ⅱ-Ⅵ族半导体包层。用计算机模拟选择光导层14和16的合适的厚度，这项模拟研究考虑到由光导层14和16形成的ZnSe波导，以及GaAs衬底18和Au电极24的复折射率。在M.R.Ramdas等人的“吸收和泄漏平面波导的分析：一种新方法”一文光学通讯Vol.14，p.376（1989）和其中引用的参考文献公开了这类模拟方法。
图2为说明所需要的光学模式（对在此描述的样品为TE偏振）的损耗因子（α）和光学模式的半最大强度的全宽度（FWHM）的积与ZnSe层14和16（图1）的函数关系的曲线图。为了将该器件的阈值电流密度减到最小，应将此乘积降到最小。利用这一设计标准和图2所示的信息，样品二极管10中的波导的厚度（即光导层14和16的总厚度）约为3.5微米，在此实施例中，N型光导层14的厚度为2.0微米，P型光导层16的厚度为1.5微米。估计本实施例中由自由载流子吸收和散射造成的损耗为8cm-1。最子阱层12对器件的损耗及光限制特性只有相当小的影响。在上面所述的设计步骤中忽略它的存在。在理论上，总的波导厚度小于2.0微米会导致在衬底18和电极24中产生过量的吸收损耗。厚度为2.5微米时，衬底和电极的吸收损耗为11.7cm-1。另一方面，发现该光学模式的FWHM几乎精确地为波导厚度的一半。因此，对于厚度大于6微米的情况，光限性差到单量子阱层12实际上已不能提供足够的增益来克服上述损耗。最大的模增益与波导模式的FWHM成反比。对于6微米厚的波导，FWHM为约3微米，而单量子阱的模增益可以估算为12cm-1。请参见，例如，N.K.Dutta的文章，应用物理通讯Vol.53，P.72（1982，11）。
图3是用于制造上面所述的激光二极管样品的分子束外延（MBE）系统的示例图。该MBE系统包括一具有高能电子枪58的生长室54、荧光屏60、一衬底加热器90和一流量监视器62。象54这样的生长室是一般熟知的，并可在市场上得到。
激光二极管10的样品制造在（100）晶向的掺Si n+型GaAs衬底18上。这类衬底可以由市售获得。用常规的或其它已知的工艺清洗和制备衬底12，并在放入生长室54中之前用铟焊料将衬底12安装到一钼样品块上（图3中未示出）。
生长室54包括一Zn喷射盒70、一热解Se喷射盒72、Cd喷射盒76和一标准Se（即，Se6）喷射盒79。如图所示，热解Se喷射盒72包括一体蒸发器84和高温热解区82，它提供热解Se（包括Se2和其它少于6个原子的Se分子）的源。用于生产样品激光二极管10的体蒸发器84和高温热解区82是按常规设计的，其详细情况及功用在Cheng等的文章“利用热解Se源的ZnSe的分子束外延生长”J.Vac.Sci.Technol.，B8，180（1990）中作了描述。使用ZnCl2源材料的Cl喷射盒78提供N型氯掺杂剂。P型掺杂剂由氮游离基（free-radical）源80提供。游离基源80通过泄漏阈88与超纯N2的源86相连。制造激光二极管10所用的游离基源80可从英国Oxfordshine的Oxford Applied Research有限公司购得，型号为MPD21。该源的端部的源束流出口板由热解氮化硼（PBN）制成，其上有9个直径为0.2毫米的孔。这些源通过一根10英寸的外延管安装在一喷射盒的标准喷口上。制造激光二极管10所用的N2源86为研究级纯的。源86的泄漏阀入口处的压力为5磅/英寸2。
MBE生长室54按cheng等的文章“P和N型ZnSe的分子束外延生长”（＜晶体生长＞95，512（1989）中所描述的方法工作，用Se6源79作为Se源来分别生长样品激光二极管10的n型接触19和光导层14。用原子层外延（ALE）和/或迁移增强外延（MEE）在激光二极管10的光导层14上生长SPSLS量子阱层12。用这些已知技术，按Cd、Zn和Se的顺序覆盖单晶厚度层（即单原子层）形成量子阱层12。量子阱层12的详细说明示于图4。在该实施例中，量子阱层12包括在一对相邻的Zn和Se的原子层之间的相邻的Cd和Se的原子层。这一结构一般可用下列标志表述：
〔（CdSe）m（ZnSe）n〕p
其中，m、n和p为整数。
在图4所示的实施例中，m＝1，n＝2，p＝1。在另一实施例中（未示出），m＝1，n＝1-5，p＝1-5。由CdSe层的层数与量子阱层中的总层数（包括ZnSe和CdSe）的比确定量子阱层12中的Cd当量浓度。量子阱层12的总厚度由各原子层的厚度与生长的原子层的层数相乘而得到。图6为样品激光二极管10的横截面的高分辨率透射电子显微照片的分析图，此激光二极管10具有一周期（P）等于6的SPSLS量子阱，此图清楚地表示量子阱的原子层结构。
由ALE和/或MEE精确达到量子阱层12的Cd、Zn和Se的原子层的成分和厚度控制。利用这些技术，通过这些顺序和定时对原子层生长进行基本控制，Cd、Zn和Se喷射盒76、70和72的开关按此顺序和定时分别打开和关断。用于生长图4中所示的量子阱12一部分喷射盒开关顺序示于图5。在反应物种类的顺序脉冲之间加入一特征延迟时间，以允许再蒸发过量的反应物。
在150℃并利用热解的Se（Se2）喷射盒76生长出包括图4所示那类SPSLS量子阱层的样品激光二极管10。快门顺序从Se开关打开开始。在至少淀积一个单原子层（约5秒）之后关断Se快门。然后在一短暂的延迟（约2秒）后打开Zn快门，以便能蒸发过量的Se。接着，在至少淀积一原子层的Zn之后（约4秒）关断Zn快门。在关断Zn快门和再次打开Se快门之间有一短暂延迟（约1秒），以便蒸发稍微过量的Zn。通过交替打开和关断这些快门来顺次淀积重叠的Cd、Se和Zn层而使生长继续进行。Cd快门打开约4秒，接着，在再次打开Se快门前延迟约1秒。然后，重复以打开Se快门开始的顺序而完成量子阱层12。用于生产这些样品激光二极管10的量子阱层12的MBE生长室54的其它工作参数如下：
Cd束等效压力：1.0×10-7乇＊
Zn束等效压力：1.0×10-7乇＊
Se热解区温度：600℃＊
Se体蒸发器温度：250℃＊
＊取决于具体的MBE系统的配置及等离子体源的参数。
用上述方式在150℃生长出的具有SPSLS量子阱层12的样品激光二极管10表现出最高的量子效率。不过，具有在直到235℃生长出的SPSLS量子阱层的量子阱测试晶片都表现出良好的特性。对于具有在高达300℃的温度下生长出的SPSLS量子阱层的测试晶片也观察到了可以接受的特性。可以预料，在温度低于150℃时也能生长具有所需特性的器件。
MBE生长室54按Park等的题为“在分子束外延生长中用氮原子束掺杂P型ZnSe”的文章（应用物理通讯，57，2127（1990））中所述的方式操作，用Se6源79生长P型光导层16。
通过在MBE生长室54内使用热解Se源72（即热解区82和蒸发器84）于低温下生长接触层得到了低电阻率P型ZnSe欧姆接触层20，与此同时，根据Park等在“在分子束外延生长中用氮原子束掺杂P型ZnSe”一文（应用物理通讯，57（20）1990年11月12日）中所公开的技术掺杂P型接触层的半导体材料。使用cheng等的“用热解Se进行分子束外延的ZnSe的低温生长”一文（应用物理通讯（1990，2））中所描述的低温生长技术来生产样品激光二极管10的接触层20。将衬底18上具有层19、14、12和16的半导体本体加热至250℃以下但又高到足以促使ZnSe的晶体生长的温度，该ZnSe至少用P型掺杂剂掺杂到净受主浓度为1×1017cm-3。当以约150℃的衬底温度生长时，样品激光二极管10的欧姆接触层20中的净受主浓度达到1×1018cm-3。不过，可以预料，在低到至少为130℃的生长温度下也能获得具有可接受特性的欧姆接触层20。生长这些样品激光二极管10的欧姆接触层20所用的MBE生长室54的其它工作参数如下：
Zn束等效压力：1.0×10-7乇＊
Se热解区温度：600℃＊
Se体蒸发器温度：250℃＊
生长速率：0.3-0.6微米/小时
表面重构（reconstruction）：Zn稳型
生长室中的氮压力：＞3.5×10-7乇＊
射频功率：150-250W＊
＊取决于具体MBE系统的配置和等离子体源的参数
淀积接触层20之后，从MBE生长室54中取出还没有完成的激光二极管10。电极24包括真空蒸发在接触层20上，用常规的光刻和剥离工艺成形为条状（典型宽度为20微米）的金。然后在电极24和接触层20露出的表面上加上一绝缘层22。因为绝缘物体能在低温下使用，用聚酰亚胺光刻胶比较好。制造这些样品激光二极管10时使用了Ciba-Geigy公司的probimide408。通过掩模UV曝光和用制造者所推荐的工艺方法显影来除去直接粘在电极24上的聚酰亚胺层的条（约20微米宽），只是显影后固化（post-development cure）除外。为了固化显影之后的聚酰亚胺，将器件曝露在从一掩模对准器来的紫外线光线下达到能量1J/cm2，并放在空气中的热板上、在120℃下烘焙3分钟。然后在该Au电极24和聚酰亚胺层22的暴露的表面上蒸发Ti-Au层26，以利于引线键合。MBE衬底焊接所用的In也用作衬底18上的电极30。将该器件相对的两端沿（110）面理解以形成侧面镜。用MgF2和ZnSe的四层交替的四分之一波长的叠层包覆这些镜面，以提供90%的反射率。样品器件的腔长为约1000μm。然后，用注银环氧树脂把激光二极管10的P面（P-side）粘结到陶瓷样品架上。
本发明的激光二极管10提供出很多优点。比起用常规MBE生长的随机合金的量子阱，生长该量子阱层的ALE/MEE技术能够进行更好的成分控制，并能够更好地控制量子阱的厚度和发光效率。由增加的室温电发光和光致发光强度以及较低的激光阈值电流证明了这些特性。尽管这些样品器件的室温阈值电流（低至1030A/cm3）不象带有包层的器件那么低。但这些器件表现出结构较简单和工作电压较低（约13V）的优点。
上面所述的实施例包括不与衬底晶格匹配的光导层。预计，通过将光导层的晶格参数与衬底的相匹配，这些器件将会表现出较长的器件寿命和改进的性能。第一和第二光导层可以包括在GaAs衬底上的ZnS0.06Se0.94或Cd0.43Zn0.57S，或In0.04Ga0.96或In0.52Ga0.48P衬底上的ZnSe光导层。光导层也可以由ZnSxSe1-x、CdxZn1-xS、ZnS1-xTex、Zn1-xCdxSe、Zn1-xMgxSySe1-y或CdxZn1-x-yMgyS层构成，这些光导层可与GaAs、AlAs、Gap、AlxGa1-xAs、InxGa1-xAs、InxAl1-xAs、IaxGa1-xP、InxAl1-xP、GaAs1-xPx、InxGa1-x-yAlyAs、InxGa1-x-yAlyP、ZnSe或Zn1-xCdxS这样的衬底晶格匹配。
虽然结合这些选择的实施例描述了本发明，本领域的普通技术人员应认识到可以在形式和细节上作出改变而不偏离本发明的精神和范围。例如，预期制备本申请所披露的样品激光二极管所用的发明构思很适合于制备具有由各种各样的其它Ⅱ-Ⅵ族半导体和合金形成的ALE/MEE有源层和/或导向层的激光二极管。这些Ⅱ-Ⅵ族半导体和合金有ZnSe、ZnTe、ZnSeTe、CdS、CdZnSeTe、MgZnSe、ZnSSe、CdZnS、ZnSTe和CdZnTe。
Claims (10)
1、一种提供产生光束的Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体激光二极管的方法，其特征在于包括：
一第一种导电类型的单晶半导体衬底；
覆盖在衬底上的第一种导电类型的Ⅱ-Ⅵ族半导体的第一导向层；
覆盖在第一导向层上的Ⅱ-Ⅵ族半导体的单量子阱有源层；
覆盖在有源层上的第二种导电类型的Ⅱ-Ⅵ族半导体的第二导向层，第一和第二导向层形成一pn结；
与第一导向层相对地覆盖在衬底上的第一电极层；
与有源层相对地覆盖在第二导向层上的第二电极层；以及
第一和第二导向层的厚度足以使衬底和第二电极把光束约束在有源层和第一、第二导向层内。
2、根据权利要求1的方法，其中，所述激光二极管的单量子阱有源层包括一CdZnSe层或CdSe/ZnSe短周期应变层超晶格层。
3、根据权利要求1或2的方法，其中，所述激光二极管的第一和第二导向层包括ZnSe层。
4、根据权利要求1至3中任一项的方法，其中，所述激光二极管的衬底包括一GaAs衬底。
5、根据权利要求1至4中任一项的方法，其中，所述激光二极管的第二电极为一Au电极层。
6、根据权利要求1至5中任一项的方法，其中，所述激光二极管的第一和第二导向层的总厚度在约2微米至6微米之间。
7、根据权利要求1至6中任一项的方法，其中，
衬底包括一GaAs衬底;
第一和第二导向层包括总厚度在2微米至6微米之间的ZnSe层;
单量子阱有源层包括一CdSe/ZnSe短周期应变层超晶格层;以及
第二电极包括一Au电极。
8、根据权利要求1至7中任一项的方法，其中，所述激光二极管进一步包括：
在衬底和第一导向层之间的第一种导电类型的第一欧姆接触层;和
在第二导向层和第二电极层之间的第二种导电类型的第二欧姆接触层。
9、根据权利要求1至8中任一项的方法，其中，所述激光二极管的第一和第二导向层包括晶格常数与衬底的晶格常数互相匹配的层。
10、根据权利要求1至9中任一项的方法，其中，所述激光二极管的第一和第二导向层包括晶格常数与衬底的晶格常数失配的Ⅱ-Ⅵ族半导体层。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/887,468 | 1992-05-22 | ||
| US07/887,468 US5319219A (en) | 1992-05-22 | 1992-05-22 | Single quantum well II-VI laser diode without cladding |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1081026A true CN1081026A (zh) | 1994-01-19 |
| CN1034454C CN1034454C (zh) | 1997-04-02 |
Family
ID=25391206
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN93105938A Expired - Fee Related CN1034454C (zh) | 1992-05-22 | 1993-05-21 | 无包层单量子阱ii-vi族激光二极管 |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5319219A (zh) |
| EP (1) | EP0641494B1 (zh) |
| JP (1) | JP3092719B2 (zh) |
| KR (1) | KR100274521B1 (zh) |
| CN (1) | CN1034454C (zh) |
| AU (1) | AU4378993A (zh) |
| DE (1) | DE69301821T2 (zh) |
| HK (1) | HK1008125A1 (zh) |
| RU (1) | RU94046120A (zh) |
| WO (1) | WO1993024980A1 (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104269740A (zh) * | 2014-09-23 | 2015-01-07 | 中国科学院半导体研究所 | 一种激光器及其制作方法 |
| WO2024114692A1 (en) * | 2022-11-30 | 2024-06-06 | The University Of Hong Kong | A cladding-less gan-based thin-film edge-emitting laser |
Families Citing this family (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06196261A (ja) * | 1992-12-25 | 1994-07-15 | Hitachi Maxell Ltd | 薄膜型エレクトロルミネツセンス素子 |
| KR970005168B1 (ko) * | 1993-01-26 | 1997-04-12 | 엘지전자 주식회사 | 청색 반도체 레이저 다이오드 |
| JPH0783138B2 (ja) * | 1993-01-29 | 1995-09-06 | 日本電気株式会社 | 半導体発光素子 |
| JPH0773140B2 (ja) * | 1993-02-09 | 1995-08-02 | 日本電気株式会社 | 半導体レーザ |
| US5488233A (en) * | 1993-03-11 | 1996-01-30 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor light-emitting device with compound semiconductor layer |
| EP0619602A3 (en) * | 1993-04-07 | 1995-01-25 | Sony Corp | Semiconductor device and manufacturing method. |
| JP3318391B2 (ja) * | 1993-06-14 | 2002-08-26 | ローム株式会社 | 半導体発光装置 |
| US5537433A (en) * | 1993-07-22 | 1996-07-16 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor light emitter |
| JPH07254756A (ja) * | 1994-03-15 | 1995-10-03 | Sony Corp | 光デバイス |
| JPH0878785A (ja) * | 1994-08-31 | 1996-03-22 | Sharp Corp | 半導体レーザ素子およびその製造方法 |
| US5540786A (en) * | 1995-03-21 | 1996-07-30 | The Hong Kong University Of Science & Technology | Light emitting material |
| US5879962A (en) * | 1995-12-13 | 1999-03-09 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | III-V/II-VI Semiconductor interface fabrication method |
| JP2806423B2 (ja) * | 1996-03-08 | 1998-09-30 | 日本電気株式会社 | 面発光型半導体素子 |
| US5834330A (en) * | 1996-10-07 | 1998-11-10 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Selective etch method for II-VI semiconductors |
| US6090637A (en) * | 1997-02-13 | 2000-07-18 | 3M Innovative Properties Company | Fabrication of II-VI semiconductor device with BeTe buffer layer |
| US5767534A (en) | 1997-02-24 | 1998-06-16 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Passivation capping layer for ohmic contact in II-VI semiconductor light transducing device |
| US5963573A (en) * | 1997-08-25 | 1999-10-05 | 3M Innovative Properties Company | Light absorbing layer for II-VI semiconductor light emitting devices |
| JPH11135834A (ja) * | 1997-10-27 | 1999-05-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 発光ダイオード装置及びその製造方法 |
| JP3533995B2 (ja) * | 1999-07-01 | 2004-06-07 | 住友電気工業株式会社 | 発光ダイオードおよびその製造方法 |
| US7767260B2 (en) * | 2003-01-22 | 2010-08-03 | The Board Of Trustees Of The University Of Arkansas | Monodisperse core/shell and other complex structured nanocrystals and methods of preparing the same |
| US20110291049A1 (en) * | 2008-06-10 | 2011-12-01 | Board Of Trustees Of The University Of Arkansas | Indium arsenide nanocrystals and methods of making the same |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4261771A (en) * | 1979-10-31 | 1981-04-14 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Method of fabricating periodic monolayer semiconductor structures by molecular beam epitaxy |
| JPS59184583A (ja) * | 1983-04-05 | 1984-10-19 | Agency Of Ind Science & Technol | 半導体レ−ザ |
| US4831630A (en) * | 1983-04-14 | 1989-05-16 | Xerox Corporation | Phased-locked window lasers |
| JPS61222189A (ja) * | 1985-03-15 | 1986-10-02 | Sharp Corp | 半導体レ−ザ |
| JPS6295885A (ja) * | 1985-10-23 | 1987-05-02 | Hitachi Ltd | 半導体レ−ザ装置 |
| JPS62209884A (ja) * | 1986-03-10 | 1987-09-16 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レ−ザ |
| JPH01296687A (ja) * | 1988-05-25 | 1989-11-30 | Inkiyuubeetaa Japan:Kk | 可視発光半導体レーザ装置 |
| GB2223351A (en) * | 1988-09-28 | 1990-04-04 | Philips Electronic Associated | A method of manufacturing a semiconductor device having waveguide structure |
| US5081632A (en) * | 1989-01-26 | 1992-01-14 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor emitting device |
| US5068867A (en) * | 1989-11-20 | 1991-11-26 | Hughes Aircraft Company | Coupled quantum well strained superlattice structure and optically bistable semiconductor laser incorporating the same |
| JP2687668B2 (ja) * | 1990-04-17 | 1997-12-08 | 日本電気株式会社 | 高出力半導体レーザ素子及びその製造方法 |
| US5172384A (en) * | 1991-05-03 | 1992-12-15 | Motorola, Inc. | Low threshold current laser |
-
1992
- 1992-05-22 US US07/887,468 patent/US5319219A/en not_active Expired - Lifetime
-
1993
- 1993-05-14 WO PCT/US1993/004670 patent/WO1993024980A1/en active IP Right Grant
- 1993-05-14 DE DE69301821T patent/DE69301821T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1993-05-14 KR KR1019940704196A patent/KR100274521B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1993-05-14 AU AU43789/93A patent/AU4378993A/en not_active Abandoned
- 1993-05-14 EP EP93913938A patent/EP0641494B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-05-14 RU RU94046120/25A patent/RU94046120A/ru unknown
- 1993-05-14 JP JP06500598A patent/JP3092719B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1993-05-21 CN CN93105938A patent/CN1034454C/zh not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-06-27 HK HK98107241A patent/HK1008125A1/xx not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104269740A (zh) * | 2014-09-23 | 2015-01-07 | 中国科学院半导体研究所 | 一种激光器及其制作方法 |
| CN104269740B (zh) * | 2014-09-23 | 2018-01-30 | 中国科学院半导体研究所 | 一种激光器及其制作方法 |
| WO2024114692A1 (en) * | 2022-11-30 | 2024-06-06 | The University Of Hong Kong | A cladding-less gan-based thin-film edge-emitting laser |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO1993024980A1 (en) | 1993-12-09 |
| DE69301821D1 (de) | 1996-04-18 |
| HK1008125A1 (en) | 1999-04-30 |
| US5319219A (en) | 1994-06-07 |
| RU94046120A (ru) | 1996-09-27 |
| JPH07507423A (ja) | 1995-08-10 |
| JP3092719B2 (ja) | 2000-09-25 |
| EP0641494A1 (en) | 1995-03-08 |
| AU4378993A (en) | 1993-12-30 |
| DE69301821T2 (de) | 1996-09-05 |
| EP0641494B1 (en) | 1996-03-13 |
| CN1034454C (zh) | 1997-04-02 |
| KR100274521B1 (ko) | 2001-01-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1034454C (zh) | 无包层单量子阱ii-vi族激光二极管 | |
| CN1034455C (zh) | 生长激光二极管中量子阱的分子束外延系统的操作方法 | |
| EP0683930B1 (en) | Buried-ridge ii-vi laser diode and method of fabrication | |
| JP3270476B2 (ja) | オーミックコンタクト及びｉｉ−ｖｉ族化合物半導体素子並びにこれらの製造方法 | |
| KR100329023B1 (ko) | 피(p)형II-VI족반도체의경사형조성의오믹접촉 | |
| JP4270885B2 (ja) | 酸化物半導体発光素子 | |
| JPH06508003A (ja) | 青−緑レーザーダイオード | |
| US5268918A (en) | Semiconductor laser | |
| US5299217A (en) | Semiconductor light-emitting device with cadmium zinc selenide layer | |
| EP1016175B1 (en) | Be-CONTAINING II-VI BLUE-GREEN LASER DIODES | |
| CN1111840A (zh) | 蓝-绿激光二极管的制造方法 | |
| JPH11135883A (ja) | 半導体発光素子およびその製造方法 | |
| Cibert et al. | Compact visible microgun-pumped Cd Te-Cd1− xMnxTe laser | |
| JPH0575217A (ja) | 半導体発光素子 | |
| JP2003086901A (ja) | 半導体発光装置 | |
| Swenberg | Development of wide-bandgap II-VI semiconductor light emitting device technology based on the graded injector design | |
| JPH09331082A (ja) | 半導体発光素子 | |
| Zhang et al. | Electric field effect on exciton emission in the photoluminescence from the ZnCdSe-ZnSe superlattices | |
| JPH0878729A (ja) | 半導体素子 | |
| JPH11145565A (ja) | 半導体発光素子 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C19 | Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |