发光半导体装置(401)具有由铋(Bi)和一种或多种其它V族元素形成的有源区(405)。在具体实施方式中，III-V材料除包括铋外，还包括砷化镓(GaAs)。在所述III-V材料中包含铋，减小了带隙，同时提高了该材料的自旋轨道分裂能量。当自旋轨道分裂能量超过带隙时，禁止俄歇复合过程，减小了发光半导体装置(401)随环境温度改变的灵敏度。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及发光半导体装置。本专利技术具体且非排它地可应用于半导体激光器、发光二极管(LED)、超辐射发光二极管(SLED)或光放大器，并且特别涉及以红外(IR)波长操作的装置。
技术介绍
带间发光半导体装置在导带中的高能电子与价带中的空穴复合时发射光。电子与空穴的复合导致按发射光子的形式释放能量。导带与价带之间在能量上的最小差异(称为带隙能量Eg)完全支配在电子与空穴复合时所释放能量的大小。这种大小的能量进而支配所发射光子的波长。不同半导体材料具有不同带隙能量&，并且为形成发光半导体装置的有源区所使用的材料由此主要根据希望该装置发射的光的波长来选择。为形成以顶波长发射光的发光半导体装置的有源区所使用的材料典型地包括 III-V族材料，因为这些族的材料倾向于具有用于以顶波长发射的合适带隙。伴随这样的材料的问题是，它们的特性非常依赖于温度。采用半导体激光器作为示例，存在使该激光器开始发射相干光的阈值电流Ith，和表示光输出功率变化与电输入功率变化相比的斜率。该阈值电流Ith和斜率两者都对温度敏感，并且通常在室温及其附近温度特别敏感。例如，图1示出了在一定温度范围上、由常规1.5μπι InGaAsP激光器所输出光的光功率和输入至该激光器的电流之间的关系。可以看出，阈值电流Ith(光功率在该电流处突然增大)随着温度的增大而增大。还可以看出，对恒定偏置电流来说，光功率随着温度的增大而显著减小。图2示出了在固定偏置电流下，功率与温度之间的关系。参照图3，可以看出，在较低温度(例如，低温)下，1.5μπι InGaAsP激光器的阈值电流Ith几乎全部归因于随着温度的增大而线性增大的、光产生的辐射复合(辐射电流)。 然而，在大约^OK以上，该阈值电流Ith强烈增大。这种增大是指数性的，因此，在至 353Κ(大约20°C至80°C)的温度范围(其是大多数应用的环境温度范围)中，该阈值电流 Ith发生宽范围变化。为了减轻由这种半导体激光器的温度相关性而产生的困难，使用热电控制(TEC) 来保持恒定温度并且使该阈值电流稳定。然而，这对于半导体激光器的成本来说增加了显著费用，并且显著增加了能量使用。1.5μπι InGaAsP激光器典型地需要大约IOmW电功率以达到激光阈值。然而，对于TEC来说，其典型地需要大约600mW电功率。因此，仅大约2%的输入电功率被用于生成激光发射。
技术实现思路
根据第一方面，提供了一种发光半导体装置，该发光半导体装置具有包括III-V 材料的有源区，该III-V材料包括铋和一种或多种其它V族元素，其中，所述材料中的铋原子与所述其它V族元素的原子的百分比处于3%至15%的范围中，并且使得所述材料的自旋轨道分裂能量大于所述材料的带隙能量。根据第二方面，提供了一种制造发光半导体装置的方法，该方法包括以下步骤设置III-V材料作为有源区，该III-V材料包括铋和一种或多种其它V族元素，其中，所述材料中的铋原子与所述其它V族元素的原子的百分比处于3%至15%的范围中，并且使得所述材料的自旋轨道分裂能量大于所述材料的带隙能量。根据第三方面，提供了一种包括铋和一种或多种其它V族元素的III-V材料，其中，所述材料中的铋原子与所述其它V族元素的原子的百分比处于3%至15%的范围中，并且使得所述III-V材料的自旋轨道分裂能量大于所述III-V材料的带隙能量。该材料可以用作发光半导体装置的有源区。根据第四方面，提供了一种发光半导体装置，该发光半导体装置具有包括III-V 材料的有源区，该III-V材料包括铋和一种或多种其它V族元素，其中，所述材料中的铋原子与所述其它V族元素的原子的百分比处于3%至15%的范围中。根据第五方面，提供了一种制造发光半导体装置的方法，该方法包括以下步骤设置III-V材料作为有源区，该III-V材料包括铋和一种或多种其它V族元素，其中，所述材料中的铋原子与所述其它V族元素的原子的百分比处于3%至15%的范围中。根据第六方面，提供了一种包括铋和一种或多种其它V族元素的III-V材料，其中，所述材料中的铋原子与所述其它V族元素的原子的百分比处于3%至15%的范围中。该材料可以被用于发光半导体装置中。根据第七方面，提供了一种发光半导体装置，该发光半导体装置具有包括III-V 材料的有源区，该III-V材料包括铋和两种或更多种其它V族元素，其中，所述材料中的铋原子与所述其它V族元素的原子的百分比使得所述材料的自旋轨道分裂能量大于所述材料的带隙能量。根据第八方面，提供了一种制造发光半导体装置的方法，该方法包括以下步骤设置III-V材料作为有源区，该III-V材料包括铋和两种或更多种其它V族元素，其中，所述材料中的铋原子与所述其它V族元素的原子的百分比使得所述材料的自旋轨道分裂能量大于所述材料的带隙能量。根据第九方面，提供了一种包括铋和两种或更多种其它V族元素的III-V材料，其中，所述材料中的铋原子与所述其它V族元素的原子的百分比使得所述材料的自旋轨道分裂能量大于所述材料的带隙能量。该材料可以被用于发光半导体装置中。优选的是，铋原子与所述一种或多种其它V族元素的原子的百分比处于5%至 15%的范围中。在优选实施方式中，所述材料中的铋原子与所述一种或多种其它V族元素的原子的百分比大约为10%。更一般地说，铋原子与所述一种或多种其它V族元素的原子的期望百分比将取决于如下的因素，诸如希望所述III-V材料发射的光的波长以及使用的 V族元素。所述装置可以发射红外光。优选的是，所述装置可以发射具有处于1.3μπι到 6. 0 μ m之间的波长的光。更优选的是，所述装置可以发射具有处于1. 3 μ m到2. 0 μ m之间的波长的光。所述III族元素可以是镓。或者，其可以是铟、铝或硼，或者这些元素的任何组合。 可以选择这些元素中的两种的组合或这些元素中的三种的组合。所述一种其它V族元素或所述多种其它V族元素中的一种可以是砷。另外或可选的是，所述一种其它V族元素或所述多种其它V族元素中的一种可以是氮、磷或锑。在优选实施方式中，存在两种或更多种V族元素。具体来说，III-V材料可以是(ialnAsBi或 GalnPBi。在具体的优选实施方式中，所述两种或更多种其它V族元素中的一种是氮。在具体实施方式中，所述III-V材料是GaAsBiN。所述材料中的氮原子与铋原子和所述一种或多种其它V族元素除氮以外的原子的百分比可以小于或等于10%。或者，该百分比可以小于或等于5%。所述有源区可以包括第一部分和第二部分，该第一部分包括III-V材料，该III-V 材料包括铋和所述一种或多种其它V族元素，该第二部分包括另一 III-V材料。所述另一 III-V材料可以是除了铋以外的上述III-V材料中的一种。实际上，除了所述另一 III-V材料包括代替Bi的不同V族元素以外，这两种III-V材料可以包括相同的元素或者甚至由相同的元素构成。在具体的优选实施方式中，所述另一 III-V材料包括氮。例如，包括铋和所述一种或多种其它V族元素的所述III-V材料可以是GaAsBi，而所述另一 III-V材料可以是 GaASN0所述装置可以激光器，例如边缘发射半导体激光器、分布式反馈激光器或垂直腔面发射激光器。或者，所述装本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：S·J·斯威尼，
申请(专利权)人：萨里大学，
类型：发明
国别省市：
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