半导体器件、半导体激光器和高电子迁移率晶体管 本发明涉及半导体器件、半导体激光器和高电子迁移率晶体管，尤其涉及包括应变超晶格结构的这些器件。
对于工作在600μm波段的半导体激光器，推荐使用几种方法来缩短振荡波长。其中一个有效方法是对MQW(多量子阱)有源层中的阱层在相对于衬底为伸张方向上施加应变(称为伸张应变)，换句话说，给晶格常数小于衬底的结晶结构施加应变。例如，Electron Letters，Vol.28，No.19，1992，pp.1810-1811就报导了用这种方法获得的发射波段为630μm的单模激光二极管。
剖面图10(a)表示一个用现有技术制造的埋脊型半导体激光器，其中包含施加了伸张应变的MQW有源层(称为伸张应变MQW有源层)。图10(b)是图10(a)所示激光器的局部C的放大图。这种半导体激光器包含n型GaAs衬底1，淀积在n型GaAs衬底1上的n型(Alx1Ga1－x1)y1In1－y1P(x1＝0.7， y1＝0.5)下覆盖层2，沉积在下覆盖层2上的MQW有源层30。MQW有源层30由MQW结构31和夹住该MQW结构31的(Alx2Ga1－x2)y2In1－y2P(x2＝0.5，y2＝0.5)SCH(单独限制异质结构)层3和层5构成，在MQW结构31中，由4个(Alx8Ga1－x8)y8In1－y8P(0≤x8≤0.2，y8＝0.6)阱层31a(每层厚约60)和3个(Alx9Ga1－x9)y9In1－y9P(x9＝0.5，y9＝0.5)势垒层31b(每层厚约80)交替叠合。在MQW有源层30上淀积P型(Alx1Ga1－x1)y1In1－y1P(x1＝0.7，y1＝0.5)上覆盖层6，该结构6的中间有一条脊。n型GaAs电流阻挡层7淀积在上覆盖层6上，和脊的两个侧面接触。P型GaAs接触层8淀积在脊的顶部和n型GaAs电流阻挡层7的上面。接触层8由第一接触层8a和第二接触层8b组成。P端电极9淀积在接触层8上，n端电极10淀积在衬底1的背面上。
下面对其工作进行描述。当正向偏压加在P电极9和n电极10两端时，空穴从P电极9，通过P型接触层8和P型上覆盖层6注入到有源层30中，电子从n电极10，通过n型衬底1和n型下覆盖层2注入到有源层30中。电子和空穴在有源层30中复合产生感应光发射，发射光沿着SCH层3和层5导引。当注入载流子的数量足够大，使产生的光超过波导的损耗时，激光器开始振荡。
图11为示出有源层30附近地结晶结构上的应变的示意图。图11和图10(a)及图10(b)中相同的标号表示同样的或相应的部分。横座标表示MQW结构31的层叠合方向，纵座标表示施加于MQW结构31上相对于衬底1的应变。
在用现有技术制作的半导体激光器中，如图11所示，虽然MQW结构31中的势垒层31b的晶格常数和衬底1的晶格常数近似相等，即应力近似为零，但由于阱层31a的晶格常数小于衬底1的晶格常数，因此，相对于衬底1有一个伸张应变。
根据在超晶格结构上施加应力的有源层的设计，当阱层31a和垫垒层31b厚度增加时，有源层30的厚度可能会超过某个临界值，在此临界值处，施加于MQW结构31中有源层的结晶结构上的应力造成位错的生。一旦产生这种位错，就不能得到所要求的激光器特性。
图12表示解决这一问题的另一种现有技术制作的具有MQW结构的半导体激光器。图中和图11中相同的标号表示同样的或相应的部分。如图12所示，这种半导体激光器包含MQW结构32，它由4个Ga0.6In0.4P阱层和3个(Al0.5Ga0.5)0.4In0.6P势垒层交替叠合在一起构成。横座标表示MQW结构32的层叠合方向，纵座标表示施加于MQW结构32上相对于衬底的应变。MQW结构32以外其它层的组分和图10(a)中的相应层相同。
在图12所示的MQW结构32中，伸张应变施加于阱层32a，而压缩应变施加于势垒层32b，即MQW结构32具有应力补偿型超晶格结构。因此，阱层32a和势垒层32b使MQW结构32的总应变减小，临界厚度也因此比图11所示激光器结构增大。这种应变补偿型MQW结构被广泛使用。
然而，和压缩应变相比，现有技术制造的半导体激光器的MQW结构31或32上施加的伸张应变很容易使结晶质量变差。
图13(a)说明了MQW结构上的应变和光致发光强度的关系，图13(b)说明了MQW结构上的应变和光致发光载流子寿命的关系。图13(a)中，横座标代表阱层的应变，纵座标代表光致发光强度(a.u.)。图13(b)中，横座标代表阱层的应变，纵座标代表载流子寿命(ns)。当横座标为0时，阱层未施加应变，横座标为负时，施加伸张应变，横座标为正时，施加压缩应变。这些数据是通过测量图14所示的一个样品结构产生的光致发光得到的。这个样品结构由以下几层组成：n型GaAs衬底101，本征(这里称为i型)GaAs缓冲层102，i型(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P缓冲层103，MQW结构104，MQW结构104由4个i型(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P势垒层(未示出)，每层厚80，及4个i型GazIn1－zP阱层(未示出)，每层厚80，以及一个i型GaAs顶层105组成。在该样品中，阱层的应变由阱层中的In组分1-z控制。即当In组分1-z大于0.5时，压缩应变施加于结晶结构上，小于0.5时，施加伸张应变于结晶结构上。测量光致发光时，i型GaAs顶层105被除掉。
如图13(a)和13(b)所示，随着阱层伸张应变的增加，光致发光强度和载流子寿命降低。由于光致发光强度的降低和载流子寿命的降低都是由于结晶质量的退化引起的，所以证明伸张应变使结晶质量退化。
有几篇文章叙述了由伸张应变引起的结晶质量的退化。在JapaneseApplied Physics Letters，Vol.74，1993，P.3778中，A.Ponchet等人指出，在由压缩应变阱层和伸张应变势垒层组成的应变补偿型MQW结构中，伸张应变势垒层造成使结构表面不平的三维晶体生长。
图16是一个用现有技术制造的高电子迁移率晶体管(称为HEMT)的剖面图。该HEMT包括：半绝缘的GaAs衬底21，GaAs缓冲层22，淀积在缓冲层22上的未掺杂GaAs电子传输层23，淀积在电子传输层23上的相对于衬底21有压缩应变的未掺杂InGaAs赝电子传输层24，淀积在赝电子传输层24上的n+型AlGaAs电子供应层25。在叠合结构中制造的欧姆区29，欧姆区29延伸到电子供应层25的表面。最好通过离子注入Si来制造欧姆区29。在电子供应层25的中心区域淀积栅电极27。源电极28和漏电极26淀积在电子供应层25上，和各自的欧姆区29接触。
下面对HEMT的工作加以描述。该HEMT是在电子供应层25和电子传输层23间有一个赝电子传输层24的假同晶HEMT。在电子供应层25中由施主杂质产生的电子和施主离子分离，在电子供应层25和电子传输层23间的赝电子传输层24中聚积，形成沟道，电子在源电极28和漏电极26间的沟道中传输，受栅电极27上施加的电压控制。由于沟道中不存在阻止电子运动的施主离子，因此实现了高电子迁移率。此外，由于沟道在含有In的赝电子传输层24中形成，因此HEMT的电子迁移率进一步增加。
虽然通过在GaAs中加入In使赝电子传输层24中的电子迁移率提高，但由于InGaAs赝电子传输层24和GaAs衬底21的晶格不匹配，造成一个很强的压缩应变施加于赝电子传输层24上，因此赝电子传输层24的结晶质量退化，使得HEMT的特性退化。例如，赝电子传输层24的电子迁移率降低。
如上所述，在用现有技术制造的包含如应变MQW结构的应变超晶格结构的半导体器件中，由于超晶格的应变，使结晶质量退化。因此，很难得到所要求特性的高性能半导体器件。
因此，用这样的应变MQW结构作为半导体激光器的有源层时，不能得到理想特性的半导体激光器。在用现有技术制造的包含赝电子传输层的HEMT中，由于在赝电子传输层上施加有强压缩应变，赝电子传输层的结晶质量退化，因此赝电子传输层的电子迁移率降低。结果，很难得到理想特性的HEMT。
本发明的一个目的是提供一种包含具有高结晶质量的应变超晶格结构的半导体器件。
本发明的另一个目的是提供一种包含具有高结晶质量的应变MQW有源层的半导体激光器。
本发明还有一个目的是提供一种包含具有高结晶质量的赝电子传输层的HEMT。
从下面的详细描述中，本发明的其它目的和优点将变得更明显。由于对那些熟悉这种技术的人来说，从这些详细描述中本发明范围内的各种补充和改进是明显的，所以这里的详细描述和具体的实施方式仅仅用于说明。
根据本发明的第一方面，一种半导体器件，包含有具有表面的半导体衬底及应变超晶格结构，该超晶格结构由多个第一半导体层及多个第二半导体层交互叠合组成，第一半导体层在相对于半导体衬底为压缩或伸张方向上有第一应变，第二半导体层在和第一应变同样方向上有大小不同的第二应变。因此在第一半导体层和第二半导体层间的应力差减小，便得到包含具有良好的结晶质量的应变超晶格结构的半导体器件。
根据本发明的第二方面，该半导体器件还包含其中夹着应变超晶格结构的一对第三半导体层。第三半导体层相对于衬底在与第一应变相同的方向上有第三应变，第三应变朝着应变超晶格结构的方向逐渐加大。因此超晶格结构和第三半导体层间的应变差降低，便得到包含具有良好的结晶质量的应变超晶格结构的半导体器件。
根据本发明的第三方面，在该半导体器件中，第二半导体层相对于衬底在与第一应变相同的方向上有第四应变，第四应变和第一应变差的绝对值在向着第一半导体层的方向上逐渐减小。因此第二半导体层和第一半导体层界面处的应变差减小，便得到包含具有良好的结晶质量的应变超晶格结构的半导体器件。
根据本发明的第四方面，该半导体器件在应变超晶格结构附近还含有第四半导体层。第四半导体层平行于衬底表面，在和第一应变方向相反的方向上有第五应变。这种结构中，由于应变超晶格结构的应变被第四半导体层释放，使得应变超晶格结构的临界厚度增加，因此应变超晶格结构的厚度可以加大，使半导体器件的设计自由度增加。
根据本发明的第五方面，一种半导体激光器，包括：有相对的正表面和背面的第一种导电类型的半导体衬底；在半导体衬底的正表面上淀积的第一种导电类型的第一覆盖层，第一覆盖层相对于半导体衬底没有应变，但有带隙能量；由淀积在第一覆盖层上的一对单独限制异质结构层，及位于这对单独限制异质结构层之间的应变超晶格结构组成的有源层，单独限制异质结构层由带隙能量小于第一覆盖层的带隙能量的材料构成，该应变超晶格结构由一些在相对于半导体衬底为压缩或伸张方向上有第一应变的阱层及位于阱层之间的一些势垒层组成，势垒层有和第一应变方向相同，但较小的第二应变；淀积在有源层上面的、由和第一导电类型相反的第二种导电类型的、并和第一覆盖层相同材料构成的第二覆盖层；淀积在第二覆盖层上的、相对于衬底没有应变的第二种导电类型的接触层；淀积在衬底背面的第一电极；及淀积在接触层上的第二电极。因此，在阱层和势垒层之间的应变差减小，便得到在有源层中包含具有良好的结晶质量的应变超晶格结构的半导体激光器。
根据本发明的第六方面，在半导体激光器中，单独限制异质结构层相对于衬底在和第一应变同一方向上有第三应变，第三应变朝着应变超晶格结构的方向逐渐增加。因此在SCH层和应变超晶格结构间的应变差减小，得到了有源区包含具有良好的结晶质量的应变超晶格结构的半导体激光器。
根据本发明的第七方面，在该半导体激光器中，势垒层相对于衬底在与第一应变相同的方向上有第四应变，第四应变和第一应变之差的绝对值在向阱层的方向上逐渐减小。因此阱层和势垒层交界面处的应变差减小，得到了有源区包含具有良好的结晶质量的应变超晶格结构的半导体激光器。
根据本发明的第八个方面，该半导体激光器在应变超晶格结构附近还有应变释放层。应变释放层平行于衬底表面，在和第一应变相反的方向上有第五应变，该应变释放层由和与之接触的半导体层之一具有相同导电类型和带隙能量的半导体材料组成。在这种结构中，由于应变超晶格结构中的应变被应变释放层释放，故增加了有源层中超晶格结构的临界厚度。所以有源层的厚度可以加大，结果使半导体激光器的设计自由度增加。
根据本发明的第九方面，一种高电子迁移率晶体管，包括：具有表面的半绝缘衬底；淀积在半绝缘层表面上的未掺杂电子传输层；淀积在电子传输层上的未掺杂赝电子传输层，它在相对于衬底为压缩或伸张的方向上有第一应变；淀积在赝电子传输层上的具有高浓度的n型施主掺杂杂质的电子供应层；淀积在电子供应层上某个区域的栅电极，它和电子供应层形成肖特基接触；淀积在电子供应层被栅电极分开的相对位置上部分区域内的源电极和漏电极，它们和电子供应层形成欧姆接触；在赝电子传输层和电子供应层之间的n型结晶缺陷阻挡层，它有一个和第一应变方向相同但较小的第二应变。因此赝电子传输层和结晶缺陷释放层之间的应变差减小，便得到了包含具有良好的结晶质量的赝电子传输层的高电子迁移率晶体管。
根据本发明的第十方面，一种高电子迁移率晶体管，包括：具有表面的半绝缘衬底；淀积在半绝缘衬底上的未掺杂电子传输层；淀积在电子传输层上的未掺杂赝电子传输层，它在相对于衬底为压缩或伸张方向上有第一应变；淀积在赝电子传输层上具有高浓度的n型施主杂质掺杂的电子供应层；淀积在电子供应层上某个区域的栅电极，它和电子供应层形成肖特基接触；淀积在电子供应层被栅电极分开的相对位置上部分区域内的源电极和漏电极，它们和电子供应层形成欧姆接触；在赝电子传输层和电子供应层之间的未掺杂结晶缺陷阻挡层，它有一个和第一应变方向相同但较小的第二应变。因此赝电子传输层和结晶缺陷释放层之间的应变差减小，便得到了包含具有良好的结晶质量的赝电子传输层的高电子迁移率晶体管。
图1(a)是一个剖面图，说明根据本发明第一实施方式的半导体激光器，图1(b)是该半导体激光器的局部放大图。
图2是一个示意图，表示出根据第一实施方式的半导体激光器中施加在有源层及其附近的应变。
图3(a)-3(c)是剖面图，说明根据第一实施方式的半导体激光器制造方法的工艺步骤。
图4(a)和图4(b)的曲线表明根据本发明第一实施方式的半导体激光器的效果。
图5是一个剖面图，说明根据本发明第二实施方式的半导体激光器。
图6是一个示意图，用于表示根据本发明第二实施方式的半导体激光器中施加在有源层及其附近的应变。
图7是一个剖面图，说明根据本发明第三实施方式的半导体激光器。
图8是一个示意图，表示出根据本发明第三实施方式的半导体激光器中施加在有源层及其附近的应变。
图9是一个剖面图，说明根据本发明第四实施方式的HEMT。
图10是一个剖面图，说明根据现有技术制造的半导体激光器。
图11是一个示意图，表示出图10所示半导体激光器中有源层及其附近的应变。
图12是一个示意图，表示出根据现有技术制造的半导体激光器中有源层及其附近的应变。
图13(a)和图13(b)的曲线说明根据现有技术制造的半导体激光器的缺点。
图14是一个剖面图，用于说明根据现有技术制造的一个MQW结构的样品结构。
图15是一个剖面图，用于说明根据本发明的一种MQW结构的样品结构。
图16是一个剖面图，用于说明根据现有技术制造的一种HEMT。
图17是一个示意图，用来表示根据改进的本发明第二实施方式的半导体激光器中，施加于有源层及其附近的应变。
图18是一个剖面图，说明根据改进的本发明第四实施方式的HEMT。
〔实施方式1〕
图1(a)是一个剖面图，说明根据本发明第一实施方式的现有技术的半导体激光器。图1(b)是图1(a)所示的激光器中A的局部的放大图。该半导体激光器包含：具有晶格常数的n型GaAs衬底1；在衬底1上淀积的n型(Alx1Ga1－x1)y1In1－y1P(x1＝0.7，y1＝0.5)下覆盖层2，其晶格常数和衬底1的晶格常数相等；在下覆盖层2上淀积的MQW有源层50；在MQW有源层50上淀积的P型(Alx1Ga1－x1)y1In1－y1P(x1＝0.7，y1＝0.5)上覆盖层6，其晶格常数和衬底1的晶格常数相等，在该结构的中心处，上覆盖层6有一条脊；N型GaAs电流阻挡层7淀积在上覆盖层6上面，和脊的两侧接触；P型GaAs接触层8淀积在脊的顶端及n型GaAs电流阻挡层7的上面，接触层8由第一和第二接触层8a和8b构成；P端电极9淀积在接触层8上，n端电极10淀积在衬底1的背面。
在本发明的第一实施方式中，有源层50由MQW结构4和一对SCH(单独限制异质结构)层3和5组成，MQW结构4夹于层3和层5之间。SCH层3和层5由晶格常数和衬底晶格常数相等的、带隙能量小于上、下覆盖层6和层2的材料构成，例如(Alx2Ga1－x2)y2In1－y2P(x2＝0.5，y2＝0.5)。在MQW结构4中，四个阱层4a和三个势垒层4b交互叠合在一起。更准确地讲，每个阱层4a厚约60，其带隙能量小于SCH层3和层5的带隙能量，晶格常数小于衬底1的晶格常数。伸张应变施加于阱层4a。阱层4a最好由(Alx3Ga1－x3)y3In1－y3P(0≤x3≤0.2，y3＝0.6)构成。每个势垒层4b厚约80，其带隙能量和SCH层3和层5的带隙能量相等，晶格常数小于衬底1的晶格常数，而大于阱层4a的晶格常数。施加于势垒层4b的伸张应变小于施加于阱层4a的伸张应变。势垒层4b最好由(Alx4Ga1－x4)y4In1－y4P(x4＝0.5，y4＝0.55)构成。根据所要求的激光器的激光特性如波长来选择半导体激光器中MQW结构4中阱层4a和势垒层4b的层数和厚度。通常在(AlxGa1－x)yIn1－yP中，通过改变Al的组分x来控制带隙能量，通过改变In组分y来控制晶格常数，从而控制应变的大小和方向。
图2是一个示意图，用于说明施加于有源层50及其附近的应变。图中，和图1(a)，图1(b)中相同的标号表示同一部分或相应部分。横座标代表有源层50的层叠合方向，纵座标代表施加于有源层50上的相对衬底1的应变。
图3(a)～3(c)是剖面图，说明图1(a)和图1(b)所示半导体激光器制造方法中的工艺步骤。图中标号106代表SiO2膜。
在本发明的第一实施方式中，应变定义如下：
Δa＝(a－a0)/a这里Δa为应变，a0是半导体衬底的晶格常数，a是半导体层的晶格常数。当0.001≤|Δa|时，一个应变施加于结晶结构上。
下面叙述制造该半导体激光器的工艺步骤。
首先，如图3(a)所示，通过MOCVD(金属有机物化学汽相淀积)在n型衬底1上依次淀积下覆盖层2、SCH层3、MQW结构4、SCH层5、上覆盖层6及第一接触层8a。
在图3(b)所示步骤中，在第一接触层8a上加工出一个条形SiO2膜106，用SiO2膜106作为掩膜刻蚀第一接触层8a和上覆盖层6，由此形成条形脊结构。
在图3(c)所示步骤中，用SiO2膜106作为选择生长的掩膜，使n型GaAs电流阻挡层7生长在上覆盖层6上，和脊结构的两侧接触。用氢氟酸去除了SiO2膜106后，第二P型GaAs接触层8b生长在第一接触层8a和电流阻挡层7上。最后P端电极9和n端电极10分别做在接触层8上和衬底1的背面上，制成了半导体激光器。
下面对该半导体激光器的工作加以描述。当正向偏压加在P端电极9和n端电极10两端时，空穴从P端电极9通过P型接触层8和P型上覆盖层6注入有源层50，电子从n端电极10通过n型衬底1和n型下覆盖层2注入到有源层50。在有源层50中，电子和空穴复合产生感应光发射，发射光被SCH层3和层5导引。当注入的载流子数量大到生成的光超过波导损耗的光时，激光器开始振荡。在脊结构的两侧区域中，P型接触层8，n型电流阻挡层7和P型上覆盖层6形成一个pnp结构。因此电流不能流入这些区域，而是集中于条形脊结构中，因此辐射复合仅仅发生在脊结构下的有源层50的一个区域中。
在根据本发明第一实施方式的半导体激光器中，由于下覆盖层2、上覆盖层6及SCH层3和层5的晶格常数都和衬底1的晶格常数相近，因此这些层相对于衬底1的应变近似为零。所以，可以说这些层相对于衬底1没有应变。另一方面，由于MQW结构4中的阱层4a的晶格常数小于衬底1的晶格常数，因此一个伸张应变施加于阱层4a。此外，由于势垒层4b的晶格常数小于衬底1的晶格常数，但大于阱层4a的晶格常数，因此施加在势垒层4b上的伸张应变略小于施加在阱层4a的伸张应变。
图4(a)和4(b)的曲线分别说明在由不同应变的阱层和势垒层交替叠合构成的超晶格结构中光致发光强度与势垒层应变的关系及光致发光寿命与势垒层应变的关系。图4(a)中，横座标表示势垒层的应变，纵座标表示光致发光强度(a.u.)。图4(b)中，横座标表示势垒层的应变，纵座标表示载流子寿命(ns)。当横座标的值为0时，没有应变加于势垒层。横座标的值为负时，伸张应变加于势垒层。横座标的值为正时，压缩应变加于势垒层。这些数据是通过测量图15(a)和15(b)所示的样品结构产生的光致发光得到的。图15(a)是该样品结构的剖面图，图15(b)是图15(a)所示样品结构由B圈出部分的放大图。该样品结构包括：n型GaAs衬底101，i型GaAs缓冲层102，i型(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P缓冲层103，MQW结构107以及i型GaAs顶层105。如图15(b)所示，MQW结构107由4个i型Ga0.6In0.4P阱层107a及4个i型(Al0.5Ga0.5)wIn1－wP势垒层107b组成，阱层107a厚为80，势垒层107b厚也为80A。MQW结构107的厚度不超过临界厚度。在这个样品中，通过改变势垒层的In组分1-w来控制势垒层107b的应变。当In组分1－w大于0.5时，压缩应变施加于结晶结构上。当In组分1-w小于0.5时，伸张应变施加于结晶结构上。测量光致发光时，要把i型GaAs顶层105剥除掉。
由图4(a)和4(b)可以看出，随着势垒层伸张应变的增加，光致发光强度和载流寿命增加，伸张应变和相对于衬底施加在阱层上的应变方向相同，相反，随着势垒层压缩应变的增加，光致发光强度和载流子寿命减小，压缩应变和相对于衬底施加在阱层上的应变方向相反。光致发光强度或载流子寿命的增加表明结晶质量得到了改进。因此当制造的超晶格结构厚度比产生位错的临界厚度足够薄时，可以通过制造一个超晶格结构来改进结晶质量，该超晶格结构由在相对于衬底同样方向上有不同应变的两种层构成。虽然如图12所示的用现有技术制造的半导体激光器中的MQW结构的应力补偿型超晶格结构可以有效增加临界厚度，但不能改进结晶质量。因此，如果超晶格层的厚度比临界厚度足够薄时，通过依次生长结晶层使得相邻层间晶格常数差别变小来提高生长界面的结晶质量，如根据本发明第一实施方式的阱层4a和势垒层4b那样，由此使超晶格层的结晶质量得到改进。
由于在根据本发明第一实施方式的有源层50中的MQW结构由相对于衬底在同一方向上有不同应变的两种层组成，例如不同大小的伸张应变，因此，和现有技术制造的半导体激光器的MQW结构的质量相比，本发明第一实施方式的MQW结构4的结晶质量显著改进。
如上所述，根据本发明的第一实施方式，由于有源层50的MQW结构由势垒层4b和阱层4a构成，势垒层4b由相对衬底有伸张应变的材料构成，阱层4a由伸张应变大于势垒层伸张应变的材料构成，所以应变MQW结构的结晶质量显著改进，因此得到具有所要求的特性的高质量半导体激光器。
在本发明第一实施方式中，MQW结构4由四个(Alx3Ga1－x3)y3In1－y3P(0≤x3≤0.2，y3＝0.6)阱层4a及三个(Alx4Ga1－x4)y4In1－y4P(x4＝0.5，y4＝0.55)势垒层4b交替叠合在一起构成，每一个阱层4a和势垒层4b都相对于衬底1有前述的应变。然而，可以根据半导体激光器的设计来控制阱层的应变和势垒层的应变。
在本发明的第一实施方式中，重点强调的是在阱层和势垒层施加大小不同的伸张应变的MQW结构。然而，在阱层和势垒层施加大小不同的压缩应变的类似的MQW结构也在本发明的范围之内。这种情况中，由于阱层和势垒层间的晶格常数差小，也使MQW结构的结晶质量得到改进。〔实施方式2〕
图5是一个剖面图，说明根据本发明第二实施方式的半导体激光器。图5中，和图1中所示相同的标号表示同一或相应部分。标号11和12指(Alx5Ga1－x5)y5In1－y5P(x5＝0.5，0.45≤y5≤0.5)SCH层。MQW结构4做在SCH层11和12之间。有源层50a由SCH层11、层12和MQW结构4构成。伸张应变施加于SCH层11和层12的每一层上，伸张应变朝着MQW结构4的方向逐渐增加。在SCH层中，在与MQW结构4相接触部分的In组分1－y为0.45，在与下覆盖层2或上覆盖层6相接触部分的In组分1－y为0.5。除了在生长SCH11层和12层时改变In组分外，根据本发明第二实施方式的半导体激光器的制造方法和已描述过的第一实施方式的制造方法相同。
图6是一个示意图，用于说明施加于有源层50a及其附近晶格结构上的应变。图中，和图2、图5中相同的那些标号指相同或相应部分。横座标表示有源层50a的层叠方向，纵座标表示相对于衬底施加在有源层上的应变。
在根据这个第二实施方式的半导体激光器中，为了改进MQW结构4的结晶质量，MQW结构4和与MQW结构4接触的SCH层11和层12间的晶格常数差减小。更准确地说，如图6所示，SCH层11和层12的晶格常数朝向MQW结构4的阱层4a的方向逐渐减小，换句话说，伸张应变朝向MQW结构4的方面逐渐增加，因此阱层4a和SCH层11和12之间的晶格常数差减小。结果，阱层4a的结晶质量得到改进。此外，由于SCH层11和下覆盖层2间的晶格常数差及SCH层12和上覆盖层6间的晶格常数差减小，避免了SCH层和覆盖层交界处不希望出现的晶格不匹配。
如上所述，根据本发明的第二实施方式，由于通过逐渐减小SCH层朝向MQW结构4方向的晶格常数，SCH层11和层12的伸张应变朝向MQW结构4的方向逐渐增加，MQW结构4的结晶质量得到显著改进。
在本发明第二实施方式中，通过逐渐改变SCH11和SCH12层的In组分来减小这两层的晶格常数。然而，类似的含有中间夹有MQW结构的SCH层结构也属于本发明的范围，其中每一SCH层由一些有不同晶格常数的层组成，这些层的晶格常数朝着MQW结构的方向分段减小。
虽然在该第二实施方式中，通过逐渐减小SCH层11和SCH层12朝着MQW结构方向上的晶格常数来逐渐增加朝着MQW结构方向的伸张应变。但还可以通过逐渐减小下覆盖层2的上部分及SCH层11朝着MQW结构方向的晶格常数，以及逐渐减小上覆盖层3的下部分及SCH层12朝着MQW结构方向的晶格常数来逐渐增加伸张应变。
在本发明该第二实施方式中，不同大小的伸张应变施加在MQW结构4的阱层4a和势垒层4b上，及伸张应变施加在SCH层11和层12上，以使伸张应变朝着MQW结构4的方向逐渐增加。
然而，一个类似结构也属于本发明的范围，在这种结构中，不同大小的压缩应变施加于MQW结构的阱层和势垒层，压缩应变也施加于SCH层使得朝着MQW结构的方向压缩应变逐渐增加。
图17是一个示意图，用于表示根据本发明第二实施方式的改进的半导体激光器。在这个改进方案中，不是如上所述逐渐减小SCH层朝着MQW结构的晶格常数，而是采用由交替叠合阱层4a和势垒层4c组成的MQW结构40。更准确地说，在MQW结构40中，随着逐渐靠近与势垒层4c的两个面接触的阱层4a，每个势垒层4c的晶格常数逐渐加大，换句话说，随着逐渐靠近阱层4a，阱层4a和势垒层4c的应变差的绝对值逐渐降低。在这种情况中，也可以得到第二种实施方式同样的效果。势垒层4c最好由(Alx6Ga1－x6)y6In1－y6P(x6＝0.5，0.55≤y6≤0.6)组成，这里改变In组分1－y6用来改变应变。〔实施方式3〕
图7是一个剖面图，说明根据本发明第三实施方式的半导体激光器，和图1中相同的标号表示同一或相应部分。除了在下覆盖层2和SCH层3间夹入应变释放层13外，根据第三实施方式的激光器结构和根据第一实施方式的激光器结构相同。一个和施加于MQW结构4上的伸张应变方向相反的应变施加在应变释放层13上，即压缩应变施加于应变释放层13。应变释放层13最好由(Alx7Ga1－x7)y7In1－y7P(x7＝0.5，y7＝0.4)组成。
图8是一个示意图，用来说明图5所示半导体激光器的有源层50附近的晶格结构上施加的应变。图中，和图2及图7相同的标号表示的是同一或相应部分。横座标表示有源层50的层叠方向，纵座标表示相对于衬底施加在有源层50上的应变。
在根据本发明第一实施方式的MQW结构4中，由于阱层4a和势垒层4b的应变方向相同，因此，施加在MQW结构4上的总应变大于用现有技术制造的半导体激光器的MQW结构31上的应变。因此，MQW结构的临界厚度减小。换句话说，没有位错的MQW结构的厚度减小。为了解决这个问题，在该第三实施方式中，将在相对于MQW结构4的应变相反方向上施加有应变的应变释放层13淀积在下覆盖层2和SCH层3之间。结果，施加于MQW结构4上的总应变减小。
更准确地说，根据本发明第三实施方式，在根据本发明第一实施方式的激光器结构中，在下覆盖层2和SCH层3之间插入应变释放层13，应变释放层13上施加和MQW结构4上的伸张应变相反的压缩应变。因此，除了和第一实施方式达到的效果相同外，施加于MQW结构4上的应变通过应变释放层13而减小，从而施加于有源层附近晶格结构上的应变减小。结果，MQW结构4的临界厚度增加，半导体激光器的设计自由度加大。
虽然在本发明第三实施方式中，应变释放层13夹在下覆盖层2和SCH层3之间，但应变释放层13的位置并不严格位于那里。例如，它可以夹在SCH层5和上覆盖层6之间，位于覆盖层2或层6之中，或位于SCH层3或层5之中。在这些情况中，同样也可以得到第三实施方式的效果。应变释放层13的导电类型应该和与之接触的任一半导体层的导电类型相同。
在本发明该第三实施方式中，大小不同的伸张应变施加于MQW结构的阱层4a和势垒层4b上，压缩应变层为应变释放层13。然而，不同大小的压缩应变施加于MQW结构中阱层和势垒层上，伸张应变层作为应变释放层的类似结构也在本发明的范围内。
在前面的描述中，重点放在有一个用来聚积电流的条形脊结构的半导体激光器上。然而，本发明也可用于其它电流聚集结构的半导体激光器，并具有由第一至第三实施方案提供的同样的效果。
此外，在前面的描述中，重点强调具有n型衬底的半导体激光器。然而，具有P型衬底的类似结构也在本发明的范围之内。
再者，在前面的描述中，重点强调由AlGaInP及有关化合物半导体构成的半导体激光器。然而，由其它化合物半导体构成的类似结构也属于本发明的范围。〔实施方式4〕
图9是一个剖面图，说明根据本发明第四实施方式的一种HEMT。这种HEMT包括：半绝缘GaAs衬底21，未掺杂GaAs缓冲层22淀积在衬底21上，未掺杂GaAs电子传输层23淀积在缓冲层22上，相对于衬底21有压缩应变的未掺杂InGaAs赝电子传输层24淀积在电子传输层23上，n型结晶缺陷阻挡层20淀积在赝电子传输层24上，结晶缺陷阻挡层有一个和施加于赝电子传输层24的应变方向相同的、但较小的应变，最好用包含微量锑(Sb)的GaAsSb层或用可控In组分的InGaAs层来作为结晶缺陷阻挡层20，n+型AlGaAs电子供应层25淀积在结晶缺陷阻挡层20上，在层叠结构中制作欧姆区29，欧姆区要伸入电子传输层23，欧姆区最好通过Si的离子注入产生。栅电极27淀积在电子供应层的中心部分，和电子供应层25形成肖特基接触，源电极25和漏电极26淀积在电子供应层25上，和欧姆区29接触。
下面描述这种HEMT的制造方法。首先，在衬底21上依次生长缓冲层22，电子传输层23，赝电子传输层24，结晶缺陷阻挡层20以及电子供应层25。此后，用一个抗蚀剂掩膜(未示出)通过离子注入制作欧姆区29。最后，通过真空蒸发制作源电极28，漏电极29及栅电极27。
下面描述HEMT的工作。这种HEMT是一个在电子供应层25和电子传输层23间包含赝电子传输层24的假同晶HEMT。在电子供应层25中，由施主杂质产生的电子和施主离子分离，在位于电子供应层25和电子传输层24之间的赝电子传输层中聚积，形成沟道，在沟道中，电子在源电极28和漏电极26间的传输受加在栅电极27上的电压控制。由于沟道中不存在阻碍电子传输的施主离子，由此实现电子的高迁移率。此外，由于沟道是在掺In的赝电子传输层24中形成，因此HEMT的电子迁移率进一步提高。
在根据本发明第四实施方式的HEMT中，厚度10A的晶格缺陷阻挡层20位于电子供应层25和赝电子传输层24之间，晶格缺陷阻挡层20有一个和赝电子传输层24的应变方向相同但较小的应变。在如图16所示用现有技术制造的HEMT中，通过在GaAs中加入In来提高赝电子传输层24中的电子迁移率。然而，由于赝电子传输层24和GaAs衬底21的晶格不匹配，因此赝电子传输层24上有很强的压缩应变，于是结晶质量降低。结果，不能实现具有理想特性的HEMT。
然而，在根据本发明第四实施方式的HEMT中，由于压缩应变小于赝电子传输层24压缩应变的结晶缺陷阻挡层20淀积在赝电子传输层24上，所以电子供应层25与结晶结构阻挡层20之间的应变以及结晶缺陷阻挡层20与赝电子传输层24间的应变都小于现有技术制造的HEMT中电子供应层25与赝电子传输层24间的应变，因此改进了赝电子传输层24的结晶质量。
如上所述，根据本发明第四实施方式，由于具有和赝电子传输层24的应变方向相同但较小的应变的n型结晶缺陷阻挡层20淀积在电子供应层25和赝电子传输层24之间，因此应变赝电子传输层24的结晶质量得到改进，结果形成高质量HEMT。
图18是一个剖面图，说明根据本发明第四实施方式的改进的HEMT。在根据第四实施方式的HEMT中，一个n型结晶缺陷阻挡层20淀积在电子供应层25和赝电子传输层24之间。然而，在根据改进方案的HEMT中，一个未掺杂的结晶缺陷阻挡层20a淀积在赝电子传输层24和电子传输层23之间。该结晶缺陷阻挡层20a在和赝电子传输层24的应变相同的方向上有一较小的应变。最好用包含微量锑(Sb)的GaAsSb或用In组分可控制的InGaAs层来作为结晶缺陷阻挡层20a。这种情况下，也可以得到与第四实施方式提供的相同效果。
在本发明第四实施方式中，重点强调包含压缩应变赝电子传输层的HEMT。然而，包含伸张应变赝电子传输层的类似结构也在本发明的范围之内。