[發明專利]光學半導體裝置

有效

• 申請號: 201580068863.5
• 申請日: 2015-10-02
• 公開（公告）號: CN107112722B
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 倉本大;風田川統之;濱口達史;泉將一郎
• 申請（專利權）人: 索尼公司
• 主分類號: H01S5/343
• 分類號: H01S5/343;H01L21/205;H01L33/06;H01L33/32;H01S5/183;H01S5/22
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 余剛;吳孟秋

一種光學半導體裝置具有一種層壓結構(20)，其中，n型化合物半導體層(21)、有源層(23)和p型化合物半導體層(22)依次層壓，有源層(23)設置有具有隧道勢壘層(33)的多量子阱結構，與p型化合物半導體層(22)相鄰的阱層(31₂)的組分的波動大于另一個阱層(31₁)的組分的波動，與p型化合物半導體層(22)相鄰的阱層(31₂)的帶隙能量小于另一個阱層(31₁)的帶隙能量，并且與p型化合物半導體層(22)相鄰的阱層(31₂)的厚度大于另一個阱層(31₁)的厚度。

技術領域

本公開涉及一種光學半導體裝置。

背景技術

在各種發光二極管或半導體激光裝置中，提高發射效率和降低閾值電流對于高輸出和改善功耗等是至關重要的并且目前正在被深入研究。然而，在發射藍光或綠光的氮化物半導體發光裝置中，隨著發射波長的增加，注入的電流量增加，這導致諸如發射效率降低和閾值電流增加等問題。這些問題的一個原因是有源層(即，發光層)中的載流子的不均勻性。即，構成多量子阱結構的勢壘層與阱層之間的能隙差隨著發射波長的增加而增加。此外，當在GaN基板的c表面上形成有源層時，在阱層或勢壘層中出現壓電場效應，使得載流子(電子或空穴)一旦進入阱層就難以離開阱層，從而導致有源層(發光層)中的載流子的不均勻性。

通過數值計算表示這種現象的示例描述于非專利文獻1，IEEE，Journal ofSelected Topics in Quantum Electronics Vol.15No.5(2011)第1390頁中。根據該非專利文獻1，當在GaN基板的c表面上形成有源層的情況下發射波長大于或等于400nm時，并且當在GaN基板的非極性表面上形成有源層的情況下發射波長大于或等于450nm時，阱層中的載流子難以離開阱層，這通過發射復合時間與載流子從阱層逸出所需要的時間之間的關系來說明(參見圖12)。在圖12中，“A”表示在GaN基板的c表面上形成有源層的情況下的空穴的特性，“B”表示在GaN基板的c表面上形成有源層的情況下的電子的特性，“a”表示在GaN基板的非極性表面上形成有源層的情況下的空穴的特性，以及“b”表示在GaN基板的非極性表面上形成有源層的情況下的電子的特性。通常，載流子在約100飛秒或更短的非常短的時間內在具有兩個或更多個阱層的多量子阱結構中的阱層之間移動。然而，由于上述原因，載流子從阱層逸出所需的時間增加，并且電子或空穴不能在阱層之間自由移動。結果，每個阱層中的電子和空穴濃度彼此不同，并且剩余的載流子對發射沒有貢獻，降低了發射效率。此外，阱層之間的載流子濃度的顯著差異導致發射波長的變化和增益峰值(波長)的變化，這也導致發射效率降低和閾值電流增加。

引用列表

專利文獻

專利文獻1：JP 2000-174328A

非專利文獻

非專利文獻1：IEEE，Journal of Selected Topics in Quantum ElectronicsVol.15No.5(2011)p.1390

發明內容

技術問題

例如，在JP 2000-174328A中公開了一種技術，其中，形成隧道勢壘層以減小阱層的電子和空穴濃度之間的差異。具體地，在本專利申請公開所公開的技術中，控制隧道勢壘層的厚度，以改變隧道勢壘層中的隧穿概率。然而，當電子和空穴之間的有效質量差大時，即使設置了這種隧道勢壘層，也不能完全避免載流子的不均勻性。也可以考慮僅減小勢壘層的厚度，而不形成隧道勢壘層。然而，減小勢壘層的厚度，導致相鄰阱層的發射效率降低的問題。例如，在發射波長為520nm的發光裝置(光學半導體裝置)中，已知當勢壘層的厚度為2.5nm時的發射效率是當勢壘層的厚度為10nm時的發射效率的約1/4。