CN1259237A - 光电子半导体元件 - Google Patents

光电子半导体元件 Download PDF

Info

Publication number
CN1259237A
CN1259237A CN98805870A CN98805870A CN1259237A CN 1259237 A CN1259237 A CN 1259237A CN 98805870 A CN98805870 A CN 98805870A CN 98805870 A CN98805870 A CN 98805870A CN 1259237 A CN1259237 A CN 1259237A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
highly doped
transition zone
optoelectronic component
active area
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.)
Pending
Application number
CN98805870A
Other languages
English (en)
Inventor
F·菲舍尔
G·罗伊舍
T·利茨
G·兰德韦尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of CN1259237A publication Critical patent/CN1259237A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

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
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • 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
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • 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
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18305—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] with emission through the substrate, i.e. bottom emission
    • 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
    • H01S5/305—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure
    • H01S5/3095—Tunnel junction

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

光电子半导体元件,其中在半导体衬底(12)上设置一有源区(1),该有源区设置在至少一个第一谐振器镜面层(2)和至少一个第二谐振器镜面层(3)之间。第一(2)和第二(3)镜面层具有第一导电类型的半导体材料并且在有源区(1)与两镜面层(2、3)之一之间设置至少一个第一导电类型的第一高掺杂过渡层(11)和至少一个第二导电类型的第二高掺杂过渡层(10),并且以此方式设置,使得第二高掺杂简并过渡层(10)位于有源区(1)和第一高掺杂简并过渡层(11)之间。

Description

光电子半导体元件
本发明涉及一种光电子半导体元件，此元件具有一种适于产生电磁辐射的半导体本体，在此本体中在一半导体衬底上安置一有源区，在此有源区内当电流通过半导体本体时产生电磁辐射并且该有源区安置在至少一个第一谐振器镜面层和至少一个第二谐振器镜面层之间。
一种具有这种类型半导体本体的光电子半导体元件例如是所谓的垂直腔表面发射激光器(简称VCSEL)。在这种元件中，在一异质结构的有源区内产生的光垂直于两个谐振器镜面层之间具有有源区的层结构，即在电流方向被反射，并且以对半导体异质结构表面陡的角度通过反射器的镜面层从半导体本体中耦合出。
这种类型的光电子半导体元件及其工作原理，例如从W.Bludau所著“半导体光电子学”，HANSA出版社，慕尼黑，维也纳，第188和189页已知。其中说明了一种VCSEL二极管，在这种二极管中在一n型导电的衬底上安置一半导体本体，该本体由一个由n型掺杂的镜面层(下部谐振器镜面层)构成的第一层序列，一个具有有源区和由p型掺杂的镜面层(上部谐振器镜面层)构成的第二层序列的区域组成。半导体本体的电学引线是通过上部镜面上的上侧欧姆接触和在衬底上的下侧接触实现的。详细的工作原理在上述专著中的有关章节内已有说明因而在此不再赘述。
下部谐振器镜面层例如是一个用硅n型导电掺杂的，在淀积有源层序列之前，在半导体衬底上外延淀积周期性序列，此序列具有交替的GaAs或ALGaAs和ALAs或AlGaAs层，这些层具有高的以及低的折射系数，其各自的层厚为有源区发射波长的1/4除以材料的折射系数。镜面层的反射能力是通过层对的数量调整的。在这个n型导电的所谓的布拉格反射器(Bragg-Reflektor)上，例如如此淀积一个n型导电的第一势垒层，例如由AlGaAs组成，一个有源区，例如具有一个InGaAs/GaAs多量子阱结构(MQW)和一个p型导电的第二势垒层，例如由AlGaAs组成，使得有源区掩埋在势垒层之间。
上部谐振器镜面层与p型导电的第二势垒层邻界，例如一个用铍或碳p型导电掺杂的GaAs/AIAs布拉格反射器，在其上侧设置上侧欧姆接触。在上侧和下侧欧姆接触之间加上电压之后使得有源区的pn结连接成导通方向，在所选的实例中负载流子从衬底一侧通过n型导电的下部布拉格镜面注入到有源区。由上侧接触通过p型导电的上部布拉格反射器注入空穴。
类似的光电子半导体元件例如在Iga，Inst.Phys Conf.Ser 145(8)，1996，第967至972中已说明，并且可以为不同波长范围的电磁辐射采用不同的材料制造。
在VCSEL方案中，，可以在半导体衬底上的横向方向确定大量激光器并从而容易构成激光器阵列，这种阵列与所谓的SCH(Separateconfinement Heterostructure分离边界抑制结构)激光器相比较具有较优的辐射特性。
在上述半导体激光器结构中出现的主要问题是，由GaAs/AlAs-，AlGaAs/AlAs-或AlGaAs/GaAs-层序列构成的p型导电的布拉格反射器具有高电阻并因而导致高电耗。由于上述材料的低热导率所以在运行中出现激光二极管的明显温升。由此显著的限制了例如高光输出功率的VCSEL激光器的寿命。
此外，在p型导电的镜面处的大电压降限制了用电压电平＜5V驱动激光二极管，该电压电平是专门为逻辑信号规定的。
为了减小这个问题的影响，VCSEL结构中的p型导电镜面层大多安置在有源区一侧，在此侧由半导体本体耦合出电磁辐射。即在此侧需要较少的镜面层对，以使得相对于位于对面的n型导电谐振器镜面层降低此侧的反射率，从而使耦合出激光辐射成为可能。因此在表面发射激光器中半导体本体大多在n型导电衬底上制造，因此p型导电的上侧相对于衬底侧必须加正电。这种情况对驱动激光二极管是不利的，主要是当涉及在激光器阵列中有效的电流控制的驱动VCSEL二极管时，例如在EP709 939 A1中已论述过。
另外的缺点是，通常在上述VCSEL结构中应用的GaAs衬底必须用p型导电GaAs制造，因为只能用昂贵的技术费用制造高结构质量的这种衬底。因此在商业上只能得到比例如Si n型导电掺杂的GaAs衬底明显差的结构质量。
已经提出了不同的解决方案以便将p型导电的布拉格反射器的电阻降低。在MG Peters等人，在J.Vac.Sci.Technol.卷12(6)1994，第3075-3083页中已叙述了一些方法，在这些方法中通过界面层材料过渡区和界面层材料掺杂的处理将空穴进入p型导电的布拉格镜面的输运改进。问题是例如在VCSEL的以InGaAlAs为基础的镜面中空穴的大的有效质量和空穴溢出时高的势垒，例如由GaAs层进入AlAs层。在所谈及的方法中，在GaAs/AlAs界面附近很小的区域内材料的组成以不同方式在二元化合物GaAs和AlAs之间经AlGaAs合金被改变，并且同时通过巧妙的用例如Be、C或Si的掺杂进行尝试来使势垒变缓和减小。
另一种方法可能是，用AlGaAs/AlAs布拉格晶格中的AlGaAs化合物代替GaAs或用GaAs/AlGaAs布拉格晶格中的AlGaAs化合物代替AlAs。以此降低空穴势垒，从而实现较低的电阻。然而这里的缺点是AlGaAs和GaAs或AlAs之间的折射系数差小于由GaAs/AlAs组成的二元镜面的情况。所以必须制备明显多的镜面对，以便得到如在AlAs/GaAs层序列中相近的反射率，可是由此电阻又被提高。
此外AlGaAs的热导率明显的小于GaAs或AlAs，因此在激光器中所产生的热能只能不充分地被传输掉。
一种在上述p型导电布拉格反射器层中限制降低电阻的现象是自由载流子吸收的出现，这种吸收对空穴明显地高于对于电子。因此在p型布拉格镜面内不能应用任意高的受主浓度。此外在应用Be作为受主材料时，在通常的制造温度下出现施主材料的扩散，因此在界面处所希望的施主分布出现变缓，这导致VCSEL的电阻和阈值电流的提高。
在其它同样用在VCSEL元件的半导体材料中，例如InGaAsP或AlInGaAs或II-VI半导体如ZnMgSSe或BeMgZnSe，出现相似的条件。这里此外还有，例如在InP衬底上的VCSEL结构的情况中p型导电镜面的制造是很困难的，因为所应用的p型导电镜面对的折射系数差很小，这些镜面对是与InP衬底晶格匹配的，例如p-InP/p-InGaAsP，并且因而必须制备多个镜面对。
在制造VCSEL元件时，特别是制造布拉格反射镜面层时，高重复性是保持相同元件特性的基本先决条件，以这样的高重复性在用分子束外延(MBE)或金属有机化学气相淀积(MOCVD)制造时可以调整层厚和层的组成。这里需要达到优于3％的精度。通过界面处的复杂变化，尤其是在p型导电镜面处的变化这种重复性只能很难实现。
因此基于本发明的任务在于，开发一种本文开始所述类型的较好的光电子元件，其中特别是减小半导体本体的电阻。
此外应提供一种较好的VCSEL元件，在这种元件中在350nm和3μm之间的范围内产生电磁辐射，其中元件的电阻是小的，形成的热能是可良好传导掉的，并且其制造是比较容易的。
此项任务用具有权利要求1的特征的光电子半导体元件得以解决。本发明的光电子半导体元件的优良的进一步扩展和实施结构由权利要求1后面的从属权利要求提供。
根据本发明提出，第一和第二谐振器镜面层具有第一导电类型的半导体材料，并且在有源区与两个谐振器镜面层之一之间安排一个第一导电类型的第一高掺杂过渡层和一个第二导电类型的第二高掺杂过渡层，并且是如此安排的，使得第二高掺杂简并过渡层位于有源区和第一高掺杂简并过渡层之间。第一和第二高掺杂过渡层优先具有掺杂材料浓度＞1×1017cm-3。
因此，在本发明的光电子半导体元件中，有源区被安置在具有相同导电类型的两个谐振器镜面层之间。所以在反射器镜面层中只应用一种载流子类型用于电输运。在高掺杂简并层中这些载流子被转换成互补的载流子类型并且被注入到有源区的pn结中。在此简并层的顺序是被反向(阻挡方向)偏置的。
在GaAs半导体材料基础上的VCSEL结构中布拉格反射器镜面层优先是n型导电构成的，借此可以避免所述的常规VCSEL结构的缺点，尤其是应用高电阻的和强吸收的p型导电的谐振器镜面层和/或一种只可用高昂费用制造的p型导电GaAs衬底。
高掺杂层序列可以位于有源区的布拉格反射器具有较低反射率的一侧。在另一种结构中它可以位于有源区的布拉格反射器具有较高反射率的一侧。
电磁辐射或者从半导体本体的与衬底相对的一侧上或者通过衬底或者通过衬底的一个孔从半导体本体中耦合出。
由相反导电类型的高掺杂简并半导体层组成的一些层对已经得到应用，以便开发光电子元件，如多层辐射接收器，这种接收器例如在M.Ilegems等人的文章“具有高输出电压的集成多结GaAs光电探测器”，Applied Physics Letters 33(7)1978，第629至631页中已有叙述，或者多层光电池，例如在D.L.Miller等人在Journal of AppliedPhysics 53(1)1982，第744至748页中已有叙述。此外这类由高掺杂简并半导体层构成的pn结应用于由单个半导体激光器结构单片导电串联组成堆，例如在C.P.Lee等人在Applied Physics Letters 30(10)1977，第535至538页或在US5.212.706中已有叙述。
然而在所述的情况中高掺杂的层序列被用作光电子元件之间的电接触以形成其依次串联。与此相反在上述本发明光电子元件中高掺杂半导体层序列被应用于第一导电类型的谐振器镜面层与第二导电类型的半导体层相耦合。在此，例如VCSEL元件层序列的一些部分，如由现有技术已知，例如谐振器镜面层的一层或多层或一势垒层由高掺杂简并层所取代或补充。
下面借助四个实施例结合附图1至4进一步说明本发明光电子半导体元件。这些附图是：
图1示出第一实施例层结构示意图，
图2示出第二实施例层结构示意图，
图3示出第三实施例层结构示意图，以及
图4示出第四实施例层结构示意图。
在图中各实施例相同的或相同作用的组成部分均用相同的参考符号标志。
在图1所示的层结构中涉及的是垂直于表面发射的激光器，VCSEL二极管，的半导体本体24，在此二极管中激光器辐射22通过半导体本体24的与半导体衬底12相对的一侧由半导体本体中耦合出。在第一导电类型(例如n型导电)的半导体衬底12上制备的半导体本体24是由有源区1组成的，该有源区是由多量子阱结构构成的，并且包含在第一导电类型的第一势垒层8和第二导电类型(例如p型导电)的第二势垒层9之间。在第一势垒层8和有源区1之间设置第一导电类型的第一匹配层17，并且在第二势垒层9和有源区1之间设置第二导电类型的第二匹配层18。在适当选择有源区1和势垒层8、9的材料组合情况下匹配层17、18也可以被去掉。
在位于有源区1与衬底12相对的一侧上的第一势垒层8经第一导电类型的第一中间层16与第一导电类型的上侧布拉格反射器层2相连。
衬底侧的下侧布拉格反射器层3是第一导电类型并且经第一导电类型的缓冲层13与衬底12连接。在下侧布拉格反射器层3与衬底12相对的一侧上连接第一导电类型的第一高掺杂简并过渡层11，该层通过第一导电类型的第二中间层14与下侧布拉格反射器层3相连。在适当选择材料的情况下也可以放弃此中间层14。
在第一高掺杂简并过渡层11的与衬底相对的一侧上第二导电类型的第二高掺杂简并过渡层10与层11相连。在此层10上又是可以选择地制备第二导电类型的第三中间层15，在此层上设置第二势垒层9。
在上侧布拉格反射器层2的与有源区1相对的一侧上有欧姆接触20，在此在这个欧姆接触与上侧布拉格反射器层2之间也还设置第一导电类型的第四中间层19。另一电接触21位于衬底12的背面。
在半导体元件运行时，经接触20、21在半导体本体24上如此加上电压，使得在有源区1的一侧第一势垒层8和第一匹配层17与在有源区1的另一侧第二势垒层9和第二匹配层18之间构成的pn结正向偏置，并且使得在第一高掺杂简并过渡层11与第二高掺杂简并过渡层10之间构成的pn结反向偏置。对于第一导电类型为n型导电和第二导电类型为p型导电的情况，载流子由第二高掺杂简并过渡层10中的材料的价带穿透势垒进入第一高掺杂简并过渡层11的材料的导带，使得在第二高掺杂简并过渡层10的一侧的电流由第二导电类型的载流子输运。对于相反的情况-第一导电类型为p型导电和第二导电类型为n型导电-载流子由第二高掺杂简并过渡层10中的材料的导带隧道穿透进入第一高掺杂简并过渡层11的材料的价带。
图2所示实施例与图1所述实施例的区别在于，这里激光辐射22通过半导体衬底12由半导体本体24耦合出。为此在衬底12中和在接触层21中设置一凹槽23。
与图1和图2所示的本发明元件的实施例相区别，在图3和图4所示的实施例中，第一高掺杂简并过渡层11和第二高掺杂简并过渡层10位于有源区1的与衬底12相对的一侧上。因此由高掺杂简并过渡层10、11所构成的pn结以这种方式位于上侧布拉格反射器层3和有源区1之间，使得第二过渡层10安置在有源区和第一过渡层11之间。在图3的装置中，电磁辐射以与位于衬底12相对的半导体本体24的表面陡的角度通过透明的或设置出口23的接触20耦合出。在图4的实施形式中，光波22通过衬底12和透明的或设置出口23的接触21或通过在衬底12和在接触21中设置的凹槽23发射出。其它中间层14、15、16、19，匹配层17、18，势垒层8、9和镜面层2、3和有源区1的功能可与图1和图2的实施例基本上相似地理解。
按图1和图3的实施例，上侧布拉格反射器层2或下侧布拉格反射器层3由各具有高和低折射系数的相互交替的层4、5组成，其顺序周期性重复。与此相似下侧布拉格反射器层3或上侧布拉格反射器层2由各具有高和低折射系数的相互交替的层6、7制造。各层的厚度如此选择，即该厚度是发射的电磁辐射的1/4波长除以用于层4、5、6、7的有关材料的折射系数。在此，层4、5的导电率和结构是这样选择的，使得反射能力和导电率垂直于上侧布拉格反射器层2或下侧布拉格反射器层3的层组为最大。各布拉格反射器层2、3的反射率用层对的数量调整。
在图1或图3的本发明实施例中，上侧布拉格反射器层2或3的反射系数被调整为比下侧布拉格反射器层3或2的反射系数稍小一些，使得所产生的电磁波经与衬底侧相对的半导体本体24的上侧通过一透明的或装有出口23的上侧接触20耦合出。
在图2和图4的实施例中，下侧布拉格反射器层3或2的反射系数被调整为比上侧布拉格反射器层2或3的反射系数稍小一些，以便光通过衬底12或通过衬底12中的凹槽23由半导体本体24耦合出。
在布拉格反射器层2、3中优选应用n型导电层4、5、6、7，这些层例如是Si掺杂的。这些层的材料例如是，AlAs，AlxGa1-xAsyP1-y，GaAs或AlxGa1-xAsxSb1-x，InxGa1-xAsyP1-y或II-VI半导体材料，例如Zn1-x-yCdxMgySe，Zn1-xCdxSe1-yTey，BexMgyZn1-x-yTe或BexMgyZn1-x-ySe。
用于产生光的有源区1可以由一个一般未掺杂或弱掺杂的异质结构组成，该结构可以构成为单量子阱结构(QW)或多量子阱结构(MQW)，其中QW或MQW结构包在具有相反导电类型的势垒层8、9中。从而通过对此PIN结构在导通方向的偏置，在载流子注入时实现在有源区中有效载流子的包封。在势垒层8和9之一中电子导电的情况下，优先如此调整掺杂使得掺杂浓度在1×1016cm-3和5×1019cm-3之间，这是可以优先通过掺入Si实现的。在势垒层8和9之另一层中空穴导电的情况下，优先采用碳或铍的掺杂浓度为1×1016cm-3和5×1019cm-3。
所产生的电磁辐射的波长可以通过MQW结构1、以及匹配层17、18和势垒层8、9的组成和构造来调整。有源区的优选材料例如为InGaAsP和AlGaInAs或II-VI半导体，如BeZnCdSe或ZnCdSeTe。
势垒层8、9尤其在具有InGaAs/GaAs MQW结构的情况下优先由AlGaAs组成，其中Al含量在10和50％之间。匹配层17、18采用具有Al含量由0％至例如50％的线性变化的AlGaAs，依据邻界层具有什么样的Al含量。缓冲层13和中间层14和19在本优选实例中由GaAs并且中间层15和16由AlGaAs组成。用于电接触20、21的接触层例如采用Au/Ge或Ti/Pt/Au层序列。
为了向有源区中注入载流子，在电接触20、21上以这样的方式加上电压，使得有源区的p-i-n结正向偏置。在此，在图1和图2的实施例中产生通过n型导电的上侧布拉格反射器层2或3进入有源区1的电子流。在此种偏置条件下，从位于相对应位置的下侧接触21抽出电子。对于图3和图4的实施例，电流输运按相反方向进行。
在具有不同导电类型的、高掺杂、简并过渡层10和11的范围内，存在一个由此构成的pn结的反向偏置，借助此pn结，在那里建立的高电场中，电子由第一高掺杂简并过渡层11被抽运到第二高掺杂简并过渡层10，这种情况相当于有效空穴电流。在此，第一高掺杂简并过渡层11的厚度优先在5nm和200nm之间以及作为第一导电类型的n型掺杂在1×1017cm-3和1×1021cm-3之间，作为第一导电类型的p型掺杂在1×1017cm-3和1×1021cm-3之间。第二高掺杂简并过渡层10的厚度优先在5nm和200nm之间，并且在此层中作为第二导电类型的n型导电的掺杂浓度在1×1017cm-3和1×1021cm-3之间，作为第二导电类型的掺杂浓度在1×1017cm-3和1×1021cm-3之间。为了适配掺杂材料的浓度和载流子的势能分布，除高掺杂简并过渡层10、11之外还采用中间层14、15，其中在中间层14中的掺杂与在第一高掺杂简并过渡层11中的掺杂有相同的导电类型以及中间层15的掺杂与第二高掺杂简并过渡层10有相同的导电类型。在某些情况下在第二高掺杂简并过渡层10和第一高掺杂简并过渡层11之间可以加入一薄的中间层，该中间层或者是第一导电类型、第二导电类型或者是未掺杂。为了调整n型导电优先采用Si作为掺杂材料，对于p型导电可以优先采用碳或铍作为掺杂材料。作为高掺杂简并层10、11的材料优先采用一些半导体材料，这些材料具有小的禁带宽度和小的有效载流子质量，尤其是例如InGaAsP、InGaAlSb、InGaAlAs或InGaAlP。
中间层14、15、16、17、18的数量，掺杂材料浓度，层厚和组成在不同的实施例中可以不同，其中需要注意的是，在高掺杂简并层10、11之间势垒应保持足够簿，使得载流子可容易穿透，并且中间层14、15、16、17、18以及高掺杂层10、11，势垒层8、9和有源区1的层厚和折射系数应如此选择，使它们从结构上对两侧的布拉格反射器层2、3的反射能力和有源区1处的电磁波的强度达到作出最大贡献。
结合图1实施例中本发明元件的各层的类型和功能的说明，可以用相应层号的标志转用于图2至图4的实施例。
借助实施例对本发明光电子半导体元件的说明，显然不应理解为本发明限于这些实施例。按本发明的VCSEL同样可以在其它半导体材料基础上构成，例如GaAs、InAs、AlAs、GaN、AlN、InN、GaP、InP、AlP、GaSb、InSb、AlSb和建立在这些二元化合物基础上的混晶系统，以及ZnSe、CdSe、MgSe、BeSe、HgSe、ZnS、CdS、MgS、BeS、HgS、ZnTe、CdTe、MgTe、BeTe、HgTe，和由此构成的混晶系统。用于衬底12的适当材料例如是Si、Ge、GaAs、InAs、InGaAs、GaP、InP、AL2O3、SiC、CdTe、CdZnTe、ZnO或ZnSe。

Claims (11)

1.光电子元件，具有至少一个适于产生电磁辐射(22)的半导体本体(24)，
其中在半导体衬底(12)上设置至少一有源区(1)，
在该有源区内当电流通过半导体本体(24)时产生电磁辐射(22)和
该有源区设置在至少一个第一镜面层(2)和至少一个第二镜面层(3)之间，
其特征在于，
第一镜面层(2)和第二镜面层(3)具有第一导电类型的半导体材料，并且在有源区(1)与两个镜面层(2、3)之一之间设置至少一个第一导电类型的第一高掺杂过渡层(11)和至少一个第二导电类型的第二高掺杂过渡层(10)，并且是如此设置的，使得第二高掺杂简并过渡层(10)位于有源区(1)和第一高掺杂简并过渡层(11)之间。
2.按权利要求1的光电子元件
其特征在于，
第一高掺杂过渡层(11)和第二高掺杂过渡层(10)具有简并的半导体材料。
3.按权利要求2的光电子元件，
其特征在于，
第一高掺杂过渡层(11)和第二高掺杂过渡层(10)中的掺杂材料浓度为＞1×1017cm-3。
4.按权利要求1至3之一的光电子元件，
其特征在于，
第一镜面层(2)和第二镜面层(3)构成为布拉格反射器层。
5.按权利要求1至4之一的光电子元件，
其特征在于，
镜面层(2、3)是n型导电或p型导电掺杂的。
6.按权利要求1至5之一的光电子元件，
其特征在于，
一个由第一高掺杂过渡层(11)和第二高掺杂过渡层(10)构成的pn结是如此设置的，使得该pn结在元件工作时是反向偏置的。
7.按权利要求1至6之一的光电子元件，
其特征在于，
两个镜面层(2、3)之一具有比另一镜面层较低的反射率，并且给具有较低反射率的镜面层(2、3)配置一至少让一部分电磁辐射(22)通过的接触层(20、21)，并且是如此配置的，使得电磁辐射(22)主要通过具有较低反射率的镜面层(2、3)，并且是可通过接触层(20、21)耦合出的。
8.按权利要求1至7之一的光电子元件，
其特征在于，
辐射(22)在半导体本体(24)的与衬底(12)相对的一侧通过一透明的或设置出口(23)的接触(20)耦合出。
9.按权利要求1至7之一的光电子元件，
其特征在于，
辐射(22)通过一透明的衬底(12)和一透明的或设置出口(23)的接触(21)或通过衬底(12)中的一凹槽(23)由半导体本体(24)耦合出。
10.按权利要求1至9之一的光电子元件，
其特征在于，
在半导体本体制造过程中至少单片地制备镜面层(2、3)的其中之一。
11.按权利要求1至9之一的光电子元件，
其特征在于，
在制造半导体本体(24)之后，用混合技术制备至少镜面层(2、3)其中之一。
CN98805870A 1997-06-05 1998-05-22 光电子半导体元件 Pending CN1259237A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19723677A DE19723677A1 (de) 1997-06-05 1997-06-05 Optoelektronisches Halbleiterbauelement
DE19723677.4 1997-06-05

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN1259237A true CN1259237A (zh) 2000-07-05

Family

ID=7831534

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN98805870A Pending CN1259237A (zh) 1997-06-05 1998-05-22 光电子半导体元件

Country Status (7)

Country Link
US (1) US6618410B1 (zh)
EP (1) EP0986846B1 (zh)
JP (1) JP3539977B2 (zh)
KR (1) KR20010013345A (zh)
CN (1) CN1259237A (zh)
DE (2) DE19723677A1 (zh)
WO (1) WO1998056084A1 (zh)

Families Citing this family (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6301281B1 (en) * 1998-08-31 2001-10-09 Agilent Technologies, Inc. Semiconductor laser having co-doped distributed bragg reflectors
GB2346258A (en) * 1999-01-30 2000-08-02 Mitel Semiconductor Ab Monitoring the light output of surface emitting lasers
JP4592873B2 (ja) * 2000-05-24 2010-12-08 古河電気工業株式会社 面発光半導体レーザ素子
US6810065B1 (en) * 2000-11-28 2004-10-26 Optical Communication Productions, Inc. Low electrical resistance n-type mirror for optoelectronic devices
DE10208170B8 (de) * 2002-02-26 2013-07-18 Osram Opto Semiconductors Gmbh Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement mit einer vertikalen Emissionsrichtung und dessen Herstellungsverfahren
DE10208171A1 (de) * 2002-02-26 2003-09-18 Osram Opto Semiconductors Gmbh Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement mit vertikaler Emissionsrichtung und Herstellungsverfahren dafür
DE10244447B4 (de) * 2002-09-24 2006-06-14 Osram Opto Semiconductors Gmbh Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement mit vertikaler Emissionsrichtung und Herstellungsverfahren dafür
JP4445192B2 (ja) * 2002-10-16 2010-04-07 シャープ株式会社 光学素子および光学センサ
US7180923B2 (en) * 2003-02-13 2007-02-20 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Laser employing a zinc-doped tunnel-junction
JP4131498B2 (ja) * 2003-11-27 2008-08-13 財団法人名古屋産業科学研究所 半導体放射線検出器
DE102005000767A1 (de) * 2005-01-04 2006-07-20 Rwe Space Solar Power Gmbh Monolithische Mehrfach-Solarzelle
JP4250603B2 (ja) * 2005-03-28 2009-04-08 キヤノン株式会社 テラヘルツ波の発生素子、及びその製造方法
JP2009529243A (ja) * 2006-03-07 2009-08-13 メアリー ケイ ブレナー 赤色発光レーザ
US7606279B1 (en) 2006-05-15 2009-10-20 Finisar Corporation Thin INP spacer layer in a high speed laser for reduced lateral current spreading
US7567601B1 (en) 2006-05-15 2009-07-28 Finisar Corporation Semiconductor laser having low stress passivation layer
US7573925B1 (en) * 2006-05-15 2009-08-11 Finisar Corporation Semiconductor laser having a doped active layer
US8034648B1 (en) 2006-05-15 2011-10-11 Finisar Corporation Epitaxial regrowth in a distributed feedback laser
US7763485B1 (en) 2006-05-15 2010-07-27 Finisar Corporation Laser facet pre-coating etch for controlling leakage current
US8277877B1 (en) 2006-05-15 2012-10-02 Finisar Corporation Method for applying protective laser facet coatings
GB2446611B (en) * 2007-02-14 2011-08-17 Bookham Technology Plc Low creep metallization for optoelectronic applications
US10541349B1 (en) 2008-12-17 2020-01-21 Solaero Technologies Corp. Methods of forming inverted multijunction solar cells with distributed Bragg reflector
DE102009041548A1 (de) * 2009-09-15 2011-03-24 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Halbleiterstruktur
US20120037228A1 (en) * 2010-08-10 2012-02-16 Du Pont Apollo Limited Thin-Film Photovoltaic Cell Having Distributed Bragg Reflector
TW201603315A (zh) * 2014-07-14 2016-01-16 晶元光電股份有限公司 發光元件
US9935209B2 (en) 2016-01-28 2018-04-03 Solaero Technologies Corp. Multijunction metamorphic solar cell for space applications
US10403778B2 (en) * 2015-10-19 2019-09-03 Solaero Technologies Corp. Multijunction solar cell assembly for space applications
US10361330B2 (en) 2015-10-19 2019-07-23 Solaero Technologies Corp. Multijunction solar cell assemblies for space applications
US9985161B2 (en) 2016-08-26 2018-05-29 Solaero Technologies Corp. Multijunction metamorphic solar cell for space applications
US10270000B2 (en) 2015-10-19 2019-04-23 Solaero Technologies Corp. Multijunction metamorphic solar cell assembly for space applications
US10256359B2 (en) 2015-10-19 2019-04-09 Solaero Technologies Corp. Lattice matched multijunction solar cell assemblies for space applications
US10263134B1 (en) 2016-05-25 2019-04-16 Solaero Technologies Corp. Multijunction solar cells having an indirect high band gap semiconductor emitter layer in the upper solar subcell
US10122153B2 (en) * 2016-08-29 2018-11-06 International Business Machines Corporation Resonant cavity strained group III-V photodetector and LED on silicon substrate and method to fabricate same
US10636926B1 (en) 2016-12-12 2020-04-28 Solaero Technologies Corp. Distributed BRAGG reflector structures in multijunction solar cells
EP3540879A1 (en) 2018-03-15 2019-09-18 Koninklijke Philips N.V. Vertical cavity surface emitting laser device with integrated tunnel junction
EP3588702A1 (en) 2018-06-26 2020-01-01 Koninklijke Philips N.V. Vcsel array with small pulse delay
US12007504B2 (en) * 2019-03-01 2024-06-11 Vixar, Inc. 3D and LiDAR sensing modules

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5112706A (en) * 1986-03-24 1992-05-12 Ensci, Inc. Coated substrates
US5079601A (en) * 1989-12-20 1992-01-07 International Business Machines Corporation Optoelectronic devices based on intraband transitions in combinations of type i and type ii tunnel junctions
US5018157A (en) * 1990-01-30 1991-05-21 At&T Bell Laboratories Vertical cavity semiconductor lasers
US5010374A (en) * 1990-06-05 1991-04-23 At&T Bell Laboratories Quantum well laser utilizing an inversion layer
JP2699661B2 (ja) * 1991-01-08 1998-01-19 日本電気株式会社 半導体多層反射膜
US5208820A (en) * 1991-01-08 1993-05-04 Nec Corporation Optical device with low-resistive multi-level reflecting structure
JP3045198B2 (ja) * 1991-08-02 2000-05-29 日本電信電話株式会社 共鳴トンネル型フォトトランジスタ
US5212706A (en) * 1991-12-03 1993-05-18 University Of Connecticut Laser diode assembly with tunnel junctions and providing multiple beams
US5216686A (en) * 1992-02-03 1993-06-01 Motorola, Inc. Integrated HBT and VCSEL structure and method of fabrication
US5892784A (en) * 1994-10-27 1999-04-06 Hewlett-Packard Company N-drive p-common surface emitting laser fabricated on n+ substrate
JPH08236854A (ja) * 1995-02-27 1996-09-13 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> ユニポーラ半導体レーザ
WO1998007218A1 (en) * 1996-08-09 1998-02-19 W.L. Gore & Associates, Inc. Vertical cavity surface emitting laser with tunnel junction
FR2761822B1 (fr) * 1997-04-03 1999-05-07 Alsthom Cge Alcatel Laser semiconducteur a emission de surface

Also Published As

Publication number Publication date
US6618410B1 (en) 2003-09-09
EP0986846B1 (de) 2001-08-01
JP2001520808A (ja) 2001-10-30
WO1998056084A1 (de) 1998-12-10
EP0986846A1 (de) 2000-03-22
KR20010013345A (ko) 2001-02-26
DE59801130D1 (de) 2001-09-06
DE19723677A1 (de) 1998-12-10
JP3539977B2 (ja) 2004-07-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1259237A (zh) 光电子半导体元件
US5837561A (en) Fabrication of transparent substrate vertical cavity surface emitting lasers by semiconductor wafer bonding
US6372536B1 (en) II-VI semiconductor component having at least one junction between a layer containing Se and a layer containing BeTe, and process for producing the junction
EP0692827B1 (en) Surface-emitting semiconductor light emitting device
EP0605051B1 (en) Blue-green injection laser structure
US5373521A (en) Blue light emitting semiconductor device and method of fabricating the same
US6495859B2 (en) Opto-electronic component made from II-VI semiconductor material
JPH05190876A (ja) ステップリカバリダイオード
KR100209101B1 (ko) 반도체레이저
US6653163B2 (en) Device for emitting electromagnetic radiation at a predetermined wavelength and a method of producing such device
US5475700A (en) Laser diode with electron and hole confinement and barrier layers
JP3486193B2 (ja) 光電半導体素子
JP2586349B2 (ja) 半導体発光素子
JPH03236276A (ja) 光機能素子
US6178190B1 (en) II-VI compound semiconductor light emitting device
EP0877428A2 (en) A device for emitting electromagnetic radiation at a predetermined wavelength and a method of producing said device
GB2347559A (en) Wafer bonded vertical cavity surface emitting lasers
JPH0783032B2 (ja) ２−６族化合物半導体ｐ形電極構造
JP2002516029A (ja) 半導体レーザ
Nakano Blue-Green Semiconductor Lasers
JPH11112031A (ja) Ｉｉ−ｖｉ族化合物半導体ヘテロ接合素子
JPH11163406A (ja) 半導体素子、半導体発光素子及び半導体の製造方法
JP2848615B2 (ja) 半導体発光素子
JPH118440A (ja) 半導体発光素子
Thomas Designs for increased efficiency visible wavelength light emitting diodes

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication