專利名稱：半導(dǎo)體發(fā)光元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，例如適用于發(fā)射和顯示用途的元件。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，半導(dǎo)體發(fā)光元件已經(jīng)廣泛用于光通信及信息顯示板。這些半導(dǎo)體發(fā)光元件有必要具備高發(fā)光效率。用于光通信的半導(dǎo)體發(fā)光元件還有必要具備高響應(yīng)速度，且它們最近已經(jīng)廣泛發(fā)展。
常規(guī)的表面發(fā)射型LED(發(fā)光二極管)在高速響應(yīng)度中并不很令人滿意，且其限度大約為150至200Mbps。因而，已經(jīng)發(fā)展了所謂“諧振器型LED”半導(dǎo)體發(fā)光元件。這種諧振器型LED是一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，該半導(dǎo)體發(fā)光元件通過(guò)在由兩個(gè)鏡面形成的空腔內(nèi)產(chǎn)生的駐波的波腹設(shè)置發(fā)光層控制自發(fā)的光發(fā)射，由此實(shí)現(xiàn)高速響應(yīng)度和高效率[見(jiàn)JP-A-3-229480，和US專利No.5226053]。
特別地，POFs(塑料光纖)已經(jīng)開(kāi)始用于適用例如IEEE1394或USB2標(biāo)準(zhǔn)的高速通信，且用AlGaInP型半導(dǎo)體材料作發(fā)光層的諧振器型LED已經(jīng)發(fā)展，其能夠在處于POF的低損耗波導(dǎo)區(qū)的650nm波長(zhǎng)下高效率的發(fā)光[High Brightness Visible(660nm)Resonant-Cavity Light-EmittingDiodIEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS，VOL.10，No.12，December1998]。這種諧振器型LED具有多量子阱結(jié)構(gòu)，且多量子阱結(jié)構(gòu)中的壘層和阱層是未摻雜的。即，在多量子阱結(jié)構(gòu)中，壘層和阱層具有相同的雜質(zhì)濃度。這能使諧振器型LED獲得大約3ns的上升/下降時(shí)間，但是由于高速通信的需要，需要進(jìn)一步改善上升/下降時(shí)間。例如，為了符合IEEE1394S-200的標(biāo)準(zhǔn)，需要上升/下降時(shí)間不大于1.6ns。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供具有優(yōu)良高速響應(yīng)的半導(dǎo)體發(fā)光元件。
為獲得上述目的，在本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，第一多層反射膜、量子阱發(fā)光層和第二多層反射膜依序疊置在半導(dǎo)體襯底上。在其之間具有特定間距的第一和第二多層反射膜形成諧振器，在該諧振器中產(chǎn)生駐波，且量子阱發(fā)光層設(shè)置在該諧振器中的駐波的波腹處。量子阱發(fā)光層具有至少一個(gè)阱層和將該至少一個(gè)阱層夾在其中的壘層。壘層具有的雜質(zhì)濃度高于阱層的雜質(zhì)濃度。
貫穿本說(shuō)明書(shū)全文，組分比率y和z在化合物半導(dǎo)體之間獨(dú)立。
根據(jù)具有上述構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光元件，由于壘層的雜質(zhì)濃度比阱層的高，注入載流子在壘層中很容易被復(fù)合。這促進(jìn)當(dāng)響應(yīng)信號(hào)關(guān)閉時(shí)注入載流子的湮滅。由此，當(dāng)執(zhí)行光通信時(shí)，例如，當(dāng)響應(yīng)信號(hào)關(guān)閉時(shí)下降時(shí)間變短。相應(yīng)地，可以提高響應(yīng)速度。
如后面所述，如果壘層的雜質(zhì)濃度不高于一定水平，光輸出特性不會(huì)受到有害影響。
在一個(gè)實(shí)施例中，壘層的雜質(zhì)濃度設(shè)置為2×1018cm-3或更高，由此將要形成不發(fā)光復(fù)合中心的雜質(zhì)增加。結(jié)果，促進(jìn)了注入載流子的復(fù)合，這樣使其能夠提高響應(yīng)速度。
通過(guò)將雜質(zhì)濃度設(shè)置到1×1019cm-3或更少，阻止雜質(zhì)到阱層的擴(kuò)散，因而使其能夠阻止由于雜質(zhì)擴(kuò)散產(chǎn)生的光輸出中的下降。
在一個(gè)實(shí)施例中，將壘層的雜質(zhì)濃度設(shè)置為5×1018cm-3或更高，由此將要形成不發(fā)光復(fù)合中心的雜質(zhì)極度增加。結(jié)果，更加促進(jìn)注入載流子的復(fù)合，且可以進(jìn)一步提高響應(yīng)速度。
在一個(gè)實(shí)施例中，阱層中的雜質(zhì)濃度為5×1017cm-3或更少，所以可以在不降低阱層的發(fā)光效率的條件下增加光輸出，而不同于對(duì)阱層使用高濃度雜質(zhì)的情況。
阱層中的雜質(zhì)濃度可以是零。
在一個(gè)實(shí)施例中，優(yōu)選地，量子阱發(fā)光層由AlyGazIn1-y-zP(0≤y≤1，0≤z≤1)構(gòu)成。
在這種情況中，可以由量子阱發(fā)光層獲得在大約550nm至680nm的波長(zhǎng)的光發(fā)射。
在一個(gè)實(shí)施例中，優(yōu)選地，第二多層反射膜由AlyGazIn1-y-zP(0≤y≤1，0≤z≤1)構(gòu)成。
在這種情況中，第二多層反射膜對(duì)在大約550nm或更高波長(zhǎng)的光發(fā)射變得透明，這樣使其能夠有效地發(fā)射具有大約550nm或更高波長(zhǎng)的光。
在一個(gè)實(shí)施例中，優(yōu)選地在第二多層反射膜上形成電流限制層。
在這種情況中，將要注入到電流限制層下部的電流密度增加，這樣使其能夠進(jìn)一步增加響應(yīng)速度。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件，優(yōu)選地電流限制層由AlyGazIn1-y-zP(0≤y≤1，0≤z≤1)構(gòu)成。
在這種情況中，電流限制層對(duì)在大約550nm或更高波長(zhǎng)的光發(fā)射變得透明，這樣使其能夠有效地發(fā)射具有大約550nm或更高波長(zhǎng)的光。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例中的半導(dǎo)體發(fā)光元件，優(yōu)選地在電流限制層上形成擴(kuò)散層。
在這種情況中，如果提供具有開(kāi)孔的電流限制層，例如，電流可以均勻地注入到電流限制層的開(kāi)孔，這樣使其能夠?qū)⒐ぷ麟妷嚎刂频降碗娖健?br> 在一個(gè)實(shí)施例中，優(yōu)選地，電流擴(kuò)散層由AlyGazIn1-y-zP(0≤y≤1，0≤z≤1)構(gòu)成。
在這種情況中，電流擴(kuò)散層對(duì)在大約550nm或更高波長(zhǎng)的光發(fā)射變得透明，這樣使其能夠有效地發(fā)射具有大約550nm或更高波長(zhǎng)的光。
在一個(gè)實(shí)施例中，優(yōu)選地，至少一個(gè)阱層和/或多個(gè)壘層摻有Si、Zn、Mg和Se的任意一種。
可以很容易地通過(guò)各種晶體生長(zhǎng)方法加入Si、Zn、Mg和Se。
在一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底是GaAs襯底。


從下文給出的詳細(xì)描述和僅作為示例性說(shuō)明并從而不對(duì)本發(fā)明構(gòu)成限制而給出的附圖可以更全面的理解本發(fā)明，其中圖1(a)是本發(fā)明的實(shí)施例1的半導(dǎo)體發(fā)光元件的頂視平面圖，而圖1(b)是沿圖1(a)的1b-1b線截取的剖面圖；圖2是實(shí)施例1的半導(dǎo)體發(fā)光元件在制造過(guò)程中的剖面圖；圖3(a)是實(shí)施例1的半導(dǎo)體發(fā)光元件在制造過(guò)程中的另一頂視平面圖；而圖3(b)是沿圖3(a)的3b-3b線截取的剖面圖；圖4是示出實(shí)施例1的半導(dǎo)體發(fā)光元件的單量子阱有源層的能帶隙的視圖；圖5是示出壘層的雜質(zhì)濃度與下降時(shí)間之間關(guān)系的圖表；圖6是示出壘層的雜質(zhì)濃度與光輸出(光功率)之間關(guān)系的圖表；
圖7是示出阱層的雜質(zhì)濃度與光輸出(光功率)之間關(guān)系的圖表；圖8(a)是本發(fā)明的實(shí)施例2的半導(dǎo)體發(fā)光元件的頂視平面圖，而圖8(b)是沿圖8(a)的8b-8b線截取的剖面圖；圖9是實(shí)施例2的半導(dǎo)體發(fā)光元件在制造過(guò)程中的剖面圖；圖10(a)是實(shí)施例2的半導(dǎo)體發(fā)光元件在制造過(guò)程中的另一頂視平面圖；而圖10(b)是沿圖10(a)的10b-10b線截取的剖面圖；以及圖11是示出實(shí)施例2的半導(dǎo)體發(fā)光元件的多量子阱有源層的能帶隙的視圖。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)示例性說(shuō)明的實(shí)施例將更加詳細(xì)描述本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件。
(實(shí)施例1)圖1(a)是實(shí)施例1的作為半導(dǎo)體發(fā)光元件的諧振器型半導(dǎo)體發(fā)光元件的頂視平面圖，而圖1(b)是沿圖1(a)的1b-1b線截取的剖面圖。圖2是在制造工藝步驟中的半導(dǎo)體發(fā)光元件的剖面圖。圖3(a)是另一制造工藝步驟中半導(dǎo)體發(fā)光元件的頂視平面圖，而圖3(b)是沿圖3(a)的3b-3b線截取的剖面圖。
實(shí)施例1的半導(dǎo)體發(fā)光元件是AlGaInP型，且其以下述方式制造。
首先，如圖2中所示，在作為半導(dǎo)體襯底的一個(gè)例子的n型GaAs襯底1上疊置n型GaAs緩沖層2、作為第一多層反射膜的一個(gè)例子的第一DBR(分布式布拉格反射器)膜3、n型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P第一覆層4、作為量子阱發(fā)光層的一個(gè)例子的單量子阱有源層5、P型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P第二覆層6、作為第二多層反射膜的一個(gè)例子的第二DBR膜7、p型AlGaInP中間層8、p型GaP蝕刻保護(hù)層9、n型GaP電流限制層10和未摻雜GaAs蓋帽層11，它們通過(guò)MOCVD(金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積)方法依序形成。n型GaAs襯底1具有相對(duì)于在
方向中的(100)平面傾斜15°角的平面取向。在實(shí)施例1中，n型GaAs緩沖層2、p型AlGaInP中間層8、p型GaP蝕刻保護(hù)層9、n型GaP電流限制層10和GaAs蓋帽層11的厚度分別設(shè)置成例如1μm、0.1μm、1μm、0.3μm和0.01μm。
第一DBR膜3由30.5對(duì)n型AlAs和n型Al0.5Ga0.5As組成，而第二DBR膜7由12對(duì)p型(Al0.2Ga0.8)0.5In0.5P和p型Al0.5In0.5P組成。形成這些第一和第二DBR膜3、7以便反射光譜的中央波長(zhǎng)為650nm。在它們之間留有特定間隔的第一DBR膜3和第二DBR膜7形成諧振器。調(diào)節(jié)諧振器的長(zhǎng)度以便諧振波長(zhǎng)同樣為650nm。在實(shí)施例1中，諧振器的長(zhǎng)度設(shè)置成兩倍的波長(zhǎng)。而且，單量子阱有源層5設(shè)置在由第一和第二DBR膜3和7形成的諧振器中產(chǎn)生的駐波的波腹處。同樣地，單量子阱有源層5的發(fā)光峰波長(zhǎng)設(shè)置為650nm。
存在于n型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P第一覆層4與p型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P第二覆層6之間的能帶隙示于圖4中。在圖4中，在上層部分中的帶隙能量比在圖的下層部分的高。
單量子阱有源層5由Ga0.5In0.5P阱層41和一對(duì)(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P壘層42，42組成，在42，42之間放置Ga0.5In0.5P阱層41。Ga0.5In0.5P阱層41未摻雜，例如，具有100的厚度和2×1016cm-3的雜質(zhì)濃度。(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P壘層42，42為Si摻雜，例如，具有200的厚度和2×1018cm-3的雜質(zhì)濃度。
接著，用硫酸/過(guò)氧化氫型蝕刻劑除去圖2中示出的GaAs蓋帽層11，且然后通過(guò)光刻和硫酸/過(guò)氧化氫型蝕刻劑蝕刻n型GaP電流限制層10的一部分直到到達(dá)p型GaP蝕刻保護(hù)層9為止。結(jié)果，如圖3(a)和圖3(b)中所示在p型GaP蝕刻保護(hù)層9上獲得n型GaP電流限制層10a。形成具有70μm直徑的圓形通孔的GaP電流限制層10a，且填充孔的物質(zhì)成為電流路徑的一部分。
接下來(lái)，如圖1(a)和圖1(b)中所示，在GaP蝕刻保護(hù)層9和n型GaP電流限制層10a上形成具有例如7μm厚度的p型AlGaInP電流擴(kuò)散層12。之后，在p型AlGaInP電流擴(kuò)散層12上沉積AuBe/Au，其通過(guò)光刻并用Au蝕刻劑處理以形成表面電極。表面電極的熱處理導(dǎo)致在p型AlGaInP電流擴(kuò)散層12上形成p型電極13。然后，從與面向n型GaAs緩沖層2的面相對(duì)的面拋光n型GaAs襯底1以獲得大約280μm厚GaAs襯底1a。在該GaAs襯底1a的拋光表面上，即在圖1(b)中GaAs襯底1a的下面的表面上沉積AuGe/Au，且對(duì)其熱處理以形成n型電極14。
在以這種方式制造的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，由于(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P壘層42的雜質(zhì)濃度比Ga0.5In0.5P阱層41的高，注入載流子更容易在(Al0.5Ga0.5)0.5n0.5P壘層42中被復(fù)合。當(dāng)響應(yīng)信號(hào)關(guān)閉時(shí)促進(jìn)載流子的湮滅。結(jié)果。下降速度變?yōu)?.6ns一樣快。
在用具有8×1017cm-3的雜質(zhì)濃度的壘層代替具有2×1018cm-3的雜質(zhì)濃度的(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P壘層42的情況下，下降時(shí)間為2.6ns。
圖5示出在其中繪制量子阱有源層的壘層的雜質(zhì)濃度與下降時(shí)間之間的關(guān)系的圖表。根據(jù)圖5，當(dāng)壘層的雜質(zhì)濃度設(shè)置成8.0×1017cm-3時(shí)，下降時(shí)間為2.6ns。當(dāng)壘層的雜質(zhì)濃度設(shè)置成2.0×1018cm-3時(shí)，下降時(shí)間為1.6ns。當(dāng)壘層的雜質(zhì)濃度設(shè)置成5.0×1018cm-3時(shí)，下降時(shí)間為1.3ns。當(dāng)壘層的雜質(zhì)濃度設(shè)置成1.0×1019cm-3時(shí)，下降時(shí)間為1.3ns。
如上所述，在壘層的雜質(zhì)濃度設(shè)置成2.0×1018m-3或更高的情況下，下降時(shí)間為1.6ns、1.3ns或1.3ns，顯示出高速響應(yīng)。與此相比較，在壘層的雜質(zhì)濃度設(shè)置成小于2.0×1018cm-3的情況下，下降時(shí)間急劇增加至2.6ns或更高。這樣，因?yàn)榭梢灾频酶叩捻憫?yīng)速度而優(yōu)選2.0×1018cm-3或更高的壘層的雜質(zhì)濃度。更為優(yōu)選的是，在壘層的雜質(zhì)濃度設(shè)置成5.0×1018cm-3或更高的情況下，下降時(shí)間可以進(jìn)一步減小。
根據(jù)上述制造的半導(dǎo)體發(fā)光元件，初始光功率在30mA處為1.6mW。在30mA時(shí)的工作電壓為2.3V。這樣低工作電壓的獲得是由于電流在p型AlGaInP電流擴(kuò)散層12中被充分地?cái)U(kuò)散以至于電子電流被均勻地注入到GaP電流限制層10a中的圓形通孔的中心。
圖6示出在其中繪制量子阱有源層的壘層的雜質(zhì)濃度與光功率之間的關(guān)系的圖表。
從圖6中看出，當(dāng)壘層的雜質(zhì)濃度超過(guò)1.0×1019cm-3時(shí)，壘層中的雜質(zhì)擴(kuò)散到阱層，且光功率急劇降低。這樣，從阻止由于雜質(zhì)到阱層的擴(kuò)散引起光功率減少的觀點(diǎn)出發(fā)，壘層的雜質(zhì)濃度優(yōu)選地設(shè)置成不超過(guò)1.0×1019cm-3。
圖7中示出在其中繪制量子阱有源層的阱層的雜質(zhì)濃度與光輸出的關(guān)系的圖表。
從圖7中可以看出，當(dāng)阱層的雜質(zhì)濃度設(shè)置在0cm-3至5×1017cm-3范圍時(shí)，阱層具有比壘層的雜質(zhì)濃度低的雜質(zhì)濃度，且可以避免光功率的急劇下降。因此，優(yōu)選地將阱層的雜質(zhì)濃度設(shè)置在上述范圍內(nèi)。
在實(shí)施例1中，由MOCVD方法制造半導(dǎo)體發(fā)光元件?？蛇x地，可以用例如MBE(分子束外延)方法、濺射方法等等來(lái)制造。
構(gòu)成第一和第二DBR膜的每一個(gè)的膜的組成成分和它們的對(duì)數(shù)并不受實(shí)施例1所描述的限制。
在實(shí)施例1中，單量子阱發(fā)光層可以由具有不同于上面提到過(guò)的組分比的AlyGazIn1-y-zP(0≤y≤1，0≤z≤1)構(gòu)成。即，單量子阱發(fā)光層可以有一層由AlyGazIn1-y-zP(0≤y≤1，0≤z≤1)構(gòu)成的阱層，和每個(gè)都由AlyGazIn1-y-zP(0≤y≤1，0≤z≤1)構(gòu)成的壘層，壘層中間夾著該阱層。
在實(shí)施例1中，第二DBR膜可以由具有不同于上面提到過(guò)的組分比的AlyGazIn1-y-zP(0≤y≤1，0≤z≤1)構(gòu)成。
在實(shí)施例1中，電流限制層可以由AlyGazIn1-y-zP(0≤y≤1，0≤z≤1)構(gòu)成。
在實(shí)施例1中，電流擴(kuò)散層由AlyGazIn1-y-zP(0≤y≤1，0≤z≤1)構(gòu)成。
在實(shí)施例1中，可以將作為雜質(zhì)的Zn、Mg和Se的任意一種加入壘層。在這種情況中，同樣地，可以與壘層摻入Si的情況一樣以相同的方式獲得改善響應(yīng)時(shí)間的效果。
在實(shí)施例1中，阱層可以摻入作為雜質(zhì)的Si、Zn、Mg和Se的任意一種。
例如，可以將實(shí)施例1的半導(dǎo)體發(fā)光元件引入與POFs一起使用的通信模塊中或顯示器件中。
(實(shí)施例2)圖8(a)是實(shí)施例2的諧振器型半導(dǎo)體發(fā)光元件的頂視平面圖，而圖8(b)是沿圖8(a)的8b-8b線截取的剖面圖。圖9是在制造工藝步驟中半導(dǎo)體發(fā)光元件的剖面圖。圖10(a)是在另一制造工藝步驟中半導(dǎo)體發(fā)光元件的頂視平面圖，而圖10(b)是沿圖10(a)的10b-10b線截取的剖面圖。
實(shí)施例2的半導(dǎo)體發(fā)光元件為AlGaInP型，且以下述方式制造。
首先，如圖9中所示，在作為半導(dǎo)體襯底的一個(gè)例子的n型GaAs襯底上疊置n型GaAs緩沖層2、作為第一多層反射膜的一個(gè)例子的第一DBR膜3、n型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P第一覆層4、作為量子阱發(fā)光層的一個(gè)例子的多量子阱有源層25、p型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.85P第二覆層6、作為第二多層反射膜的一個(gè)例子的第二DBR膜7、p型AlGa InP中間層8、p型GaP蝕刻保護(hù)層9、n型GaP電流限制層10和未摻雜GaAs蓋帽層11，它們通過(guò)MOCVD方法依序形成。n型GaAs襯底1具有相對(duì)于在
方向中的(100)平面傾斜15°角的平面取向。在實(shí)施例2中，n型GaAs緩沖層2、p型AlGaInP中間層8、p型GaP蝕刻保護(hù)層9、n型GaP電流限制層10和GaAs蓋帽層11的厚度分別設(shè)置成例如1μm、0.1μm、1μm、0.3μm和0.01μm。
第一DBR膜3由30.5對(duì)n型AlAs和n型Al0.5Ga0.5As組成，而第二DBR膜7由12對(duì)p型(Al0.2Ga0.8)0.5In0.5P和p型Al0.5In0.5P組成。形成這些第一和第二DBR膜3、7以便反射光譜的中央波長(zhǎng)為650nm。以特定距離彼此間隔的第一和第二DBR膜3、7形成諧振器。調(diào)節(jié)諧振器的長(zhǎng)度以便諧振波長(zhǎng)同樣為650nm。在實(shí)施例2中，諧振器的長(zhǎng)度設(shè)置成兩倍的波長(zhǎng)。而且，多量子阱有源層25設(shè)置在由第一和第二DBR膜3、7形成的諧振器中產(chǎn)生的駐波的波腹處。同樣地，多量子阱有源層25的發(fā)光峰波長(zhǎng)設(shè)置為650nm。
存在于n型(Al07Ga0.3)05In0.5P第一覆層4與p型(Al0.7Ga0.3)05In0.5P第二覆層6之間的能帶隙示于圖11中。在圖11中，在上層部分中的帶隙能量比在圖的下層部分的高。
多量子阱有源層25具有四層Ga0.5In0.5P阱層91，......，91和五層(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P壘層92，......，92組成，每一層Ga0.5In0.5P阱層91被夾在兩層壘層之間。Ga0.5In0.5P阱層91，......，91為Si摻雜，例如，具有100的厚度和2×1017cm-3的雜質(zhì)濃度。(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P壘層92，......，92同樣為Si摻雜，例如，在相鄰的阱層之間具有100的厚度而在相鄰的阱層與覆層之間具有200的厚度，且具有5×1018cm-3的雜質(zhì)濃度。
接著，用硫酸/過(guò)氧化氫型蝕刻劑除去GaAs蓋帽層11，且然后通過(guò)光刻和硫酸/過(guò)氧化氫型蝕刻劑蝕刻n型GaP電流限制層10的一部分直到到達(dá)p型GaP蝕刻保護(hù)層9為止。結(jié)果，如圖10(a)和圖10(b)中所示在p型GaP蝕刻保護(hù)層9上獲得n型GaP電流限制層10a。形成具有70μm直徑的圓形通孔的GaP電流限制層10a，且填充孔的物質(zhì)成為電流路徑的一部分。
接下來(lái)，如圖8(a)和圖8(b)中所示，在GaP蝕刻保護(hù)層9和n型GaP電流限制層10a上形成具有例如7μm厚度的p型AlGaInP電流擴(kuò)散層12。之后，在p型AlGaInP電流擴(kuò)散層12上沉積AuBe/Au，其通過(guò)光刻和Au蝕刻劑來(lái)處理以形成表面電極。表面電極的熱處理導(dǎo)致在p型AlGaInP電流擴(kuò)散層12上形成p型電極13。然后，從與面向n型GaAs緩沖層2的面相對(duì)的面拋光n型GaAs襯底1以獲得大約280μm厚GaAs襯底1a。在該GaAs襯底1a的拋光表面上，即在圖8(b)中GaAs襯底1a的下面的表面上沉積AuGe/Au，且對(duì)其熱處理以形成n型電極14。
以這種方式獲得的實(shí)施例2的半導(dǎo)體發(fā)光元件與實(shí)施例1的半導(dǎo)體發(fā)光元件的不同之處就在于前者具有多量子阱有源層25。即，在實(shí)施例1中用單量子阱有源層5作為量子阱發(fā)光層，而在實(shí)施例2中用多量子阱有源層25作為量子阱發(fā)光層。多量子阱有源層25的使用提高改善了光功率，且初始光功率在30mA下達(dá)到2.2mW。不必說(shuō)，實(shí)施例2的半導(dǎo)體發(fā)光元件獲得與實(shí)施例1的半導(dǎo)體發(fā)光元件相同的效果。
同樣在實(shí)施例2中，由于與實(shí)施例1的相關(guān)描述相同的原因，優(yōu)選地，壘層的雜質(zhì)濃度設(shè)置在2.0×1018至1.0×1019cm-3的范圍內(nèi)，更為優(yōu)選地設(shè)置在5.0×1018至1.0×19cm-3的范圍內(nèi)。而且，由于與實(shí)施例1的相關(guān)描述相同的原因，優(yōu)選地，阱層的雜質(zhì)濃度設(shè)置在0cm-3至5×1017cm-3的范圍內(nèi)。
在實(shí)施例2中，由MOCVD方法制造半導(dǎo)體發(fā)光元件，且可以用例如MBE(分子束外延)方法、濺射方法等等來(lái)制造。
構(gòu)成第一和第二DBR膜的每一個(gè)的膜的組成成分和它們的對(duì)數(shù)并不受實(shí)施例2所描述的限制。
在實(shí)施例2中，多量子阱發(fā)光層可以由具有不同于上面提到過(guò)的組分的AlyGazIn1-y-zP(0≤y≤1，0≤z≤1)構(gòu)成。即，多量子阱發(fā)光層可以具有每個(gè)都由AlyGazIn1-y-zP(0≤y≤1，0≤z≤1)構(gòu)成的阱層，和每個(gè)都由AlyGazIn1-y-zP(0≤y≤1，0≤z≤1)構(gòu)成的壘層，各阱層被夾在兩層壘層中間。
在實(shí)施例2中，第二DBR膜可以由具有不同于上面提到過(guò)的組分的AlyGazIn1-y-zP(0≤y≤1，0≤z≤1)構(gòu)成。
在實(shí)施例2，電流限制層可以由具有不同于上面提到過(guò)的組分的AlyGazIn1-y-zP(0≤y≤1，0≤z≤1)構(gòu)成。
在實(shí)施例2中，電流擴(kuò)散層由AlyGazIn1-y-zP(0≤y≤1，0≤z≤1)構(gòu)成。
在實(shí)施例2中，可以將Zn、Mg和Se的任意一種摻入各個(gè)壘層和/或阱層。同樣在這種情況中，可以與使用Si的情況一樣獲得提高響應(yīng)時(shí)間的效果。
例如，可以將實(shí)施例2的半導(dǎo)體發(fā)光元件引入與POFs一起使用的通信模塊或顯示器件中。
本發(fā)明可應(yīng)用于諧振器型LED。
從上述的描述中顯而易見(jiàn)的，在本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，由于壘層的雜質(zhì)濃度高于阱層的，在壘層中的載流子很容易被復(fù)合。這減小了響應(yīng)信號(hào)關(guān)閉時(shí)的下降時(shí)間。結(jié)果，可以提高高速響應(yīng)度。
這樣描述的發(fā)明，顯而易見(jiàn)的可以在很多方面改變。這樣的改變并不被認(rèn)為偏離本發(fā)明的精神和范圍，且由于所有這樣的修改對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見(jiàn)的，因此將要包含在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，包括一由一半導(dǎo)體襯底支撐的第一多層反射膜和一在該第一多層反射膜上方離該第一多層反射膜特定距離形成的第二多層反射膜；一由該第一和第二多層反射膜形成的、內(nèi)部產(chǎn)生駐波的諧振器；以及一形成在該諧振器中的駐波的波腹處的量子阱發(fā)光層，該量子阱發(fā)光層具有至少一個(gè)阱層和將該至少一個(gè)阱層夾在其間的多個(gè)壘層；該壘層具有的雜質(zhì)濃度高于該阱層的雜質(zhì)濃度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中該壘層的雜質(zhì)濃度在2×1018cm-3至1×1019cm-3的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中該壘層的雜質(zhì)濃度在5×1018cm-3至1×1019cm-3的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中該阱層的雜質(zhì)濃度為5×1017cm-3或更小。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中該量子阱發(fā)光層由AlyGazIn1-y-zP(0≤y≤1，0≤z≤1)構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中該第二多層反射膜由AlyGazIn1-y-zP(0≤y≤1，0≤z≤1)構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體發(fā)光元件，包括一形成在該第二多層反射膜上的電流限制層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中該電流限制層由AlyGazIn1-y-zP(0≤y≤1，0≤z≤1)構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的半導(dǎo)體發(fā)光元件，包括一形成在該電流限制層上的電流擴(kuò)散層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中該電流擴(kuò)散層由AlyGazIn1-y-zP(0≤y≤1，0≤z≤1)構(gòu)成。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中該至少一個(gè)阱層和/或該壘層摻入Si、Zn、Mg和Se中的任意一種。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，該元件包括在其間保留特定距離的第一DBR和第二DBR形成諧振器，且單量子阱有源層設(shè)置在該諧振器中的駐波的波腹處。但量子阱有源層由一個(gè)Ga
文檔編號(hào)H01L33/16GK1461062SQ0314544
公開(kāi)日2003年12月10日 申請(qǐng)日期2003年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月17日
發(fā)明者村上哲朗, 倉(cāng)橋孝尚, 大山尚一, 中津弘志 申請(qǐng)人:夏普公司