[发明专利]含有铍的II－VI型蓝－绿激光二极管

说明书

政府权利

根据陆军部/军事研究局以及国防发展研究规划署授予的第DARPA/ARO DAAH 04-94-C0049号合同，美国政府对本发明具有一定的权利。本发明的技术背景

本发明涉及半导体激光二极管。更确切地讲，本发明涉及一种由Ⅱ-Ⅵ族半导体材料制成的蓝-绿激光二极管。

传统上的激光二极管产生红外光和红色光线。但是在许多商业应用上激光二极管以较短的波长发光，比如，在频谱中的蓝和绿的部分(即：波长在590至430毫微米之间)会有广泛的应用。此外，这种短波长的激光二极管可能会增加现存的、目前使用红外和红色光线激光二极管的系统的特性与能力。

人们已经在努力研制蓝-绿激光二极管。比如，于1996年4月30日颁发给Haase等人的名称为蓝-绿激光二极管的美国专利第5,513,199号就是一例。这一文献描述了一种蓝-绿激光二极管，它采用一种Ⅱ-Ⅵ族分别约束的异质结构(SCH)。通常这种激光二极管在一GaAs基片上制成，并且除了假晶量子井和通常包括有松弛锌碲的p型触点之外，所有叠层都与该基片晶格匹配。在这种激光中，光输出在515毫微米波长上，而该导引层和包覆层都与镓砷基片晶格匹配，并且分别具有2.72和2.85eV的带隙。该激光二极管使用量子井和处在高压缩应力之下的锌碲叠层。

这种特殊结构看起来颇具前景，且室温连续波激光寿命具有100小时以上的记录。但是，人们更希望增加蓝-绿激光二极管的寿命、可靠性和输出。因而曾有人提议将铍(Be)和碲(Te)一起使用以制成如美国专利第5,422,902号所描述的阻性触点(ohmic contact)。此外，还对BeTe和铍镁BeMgZnSe合金的生长以及基本的兰色发光二极管的制作有过了描述。但是，本领域内还缺少以掺入Be的方式制成的激光二极管来构成可用设备。

本发明的概述

本发明是Ⅱ-Ⅵ族化合物分别约束的异质结构半导体激光二极管，它包括有若干构成PN结的Ⅱ-Ⅵ族半导体叠层。这些叠层包括含有铍的第一导电型Ⅱ-Ⅵ族半导体的第一包覆层。在该第一包覆层之上的Ⅱ-Ⅵ族半导体第一导引层覆。在该第一导引层之上的Ⅱ-Ⅵ族半导体活性层，在该活性层之上的第二Ⅱ-Ⅵ族半导体导引层。该活性层可以包括量子井活性层或多重量子井活性层。第二Ⅱ-Ⅵ族半导体包覆层包括有铍，并且属第二导电型，同时覆在该第二导引层之上。

附图简要说明

图1是一幅表示本发明Ⅱ-Ⅵ族半导体激光二极管结构的截面图(不按比例)。

图2表示本发明的、相对带隙的各种组成的晶格常数。

图3是图1所示装置的发光-电流-电压曲线图。

图4是表示本发明另一实施例的、具有N型触点的Ⅱ-Ⅵ族半导体激光二极管的结构图。

较佳实施例的详细说明

现有技术中的激光二极管特性不佳，其成因是多方面的。在现有技术的激光二极管中，由于在其结构中存在有硫，因此很难控制三重和四重叠层的组合成分。同样，在生长室出现的硫会导致通常发生在GaAs/ZnSe界面上的叠积断层的问题。此外，在现有技术激光二极管中，p型触点的寿命不足，这可能是ZnTe和GaAs之间较高(8％)的晶格失配的结果。

本发明在激光二极管中采用了铍(Be)，这一做法带来了许多好处。具体地说，在导引和包覆层中以铍取代硫具有若干益处。

根据本发明的激光二极管10的结构如图1所示。激光二极管10是宽带隙Ⅱ-Ⅵ族的装置，它在镓砷基片上由分子束取向附生(MBE)的异质外延叠层所构成。激光二极管10在镓砷基片12上制造，并且分别包括由镉锌硒量子井活性叠层18所分隔开的下方(第一)和上方(第二)铍锌硒光导层14和16。光导层14和16的表面与活性叠层18相对，并分别由下方(第一)和上方(第二)铍镁锌硒包覆层20和22所结合在一起。下方ZnSe:Cl缓冲层24设置在下方包覆层20的表面上，与光导层14相对。上方BeTn:N/ZnSe阻性触点34设在与光导层16相对的上方包覆层22的表面上。

镓砷缓冲叠层18将基片12与下方ZnSe:Cl缓冲叠层24分离开以保证该触点和后续生长出的叠层的高晶体品质。p型触点34由ZnSe:N叠层26、ZnSe/BeTe:N阶梯层36以及BeTe:N层38组成。电极41被设置为与叠层38作电触接。此外，电极40用于触接与下方缓冲24相对的镓砷基片12。叠层20和24皆为搀杂有氯的n型(即：属于第一导电型)。此外，叠层22和26皆为搀杂氮的p型(即：属于第二导电型)。活性叠层18是镉锌硒半导体的未经搀杂的量子井叠层。