[发明专利]光学半导体器件及其制造方法

说明书

技术领域

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。

背景技术

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）COD。

可以参考第2001-230491、2001-94207以及H09-23037号日本特开专利公开。

发明内容

根据本发明的一个方面，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2.3μm。

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10A和图10B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11A和图11B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COD，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。