[发明专利]无包层单量子阱II-VI族激光二极管

说明书

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。第一电极层认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 halfmaximum 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对底18上制造出来的，它包括一层位于对底和导向层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。