CN104269740B - 一种激光器及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种激光器及其制作方法。所述激光器包括：N型砷化镓衬底；N型覆盖层，制作N型砷化镓衬底正面；第一超晶格层，制作在N型覆盖层上；N型波导层，制作在超晶格层上；有源层，制作在N型波导层上；P型波导层，制作在有源层上；第二超晶格层，制作在P型波导层上；P型覆盖层，制作在超晶格层上；P型欧姆接触层，制作在P型覆盖层上；P型欧姆电极，制作在P型欧姆接触层上；N型欧姆电极，制作在N型砷化镓衬底(10)背面。本发明中本发明利用超晶格层不仅能提供低折射率势垒，而且具有高的载流子输运的能力，使激光器同时具有低阈值电流、低垂直发散角以及高的载流子输运的能力。

Description

一种激光器及其制作方法

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，尤其涉及一种插入超晶格层、改善载流子输运的特殊结构的激光器及其制作方法。

背景技术

随着半导体光电子器件的迅速发展，大功率半导体激光器应运而生。由于半导体激光器体积小、价格便宜、电光转换效率高以及寿命长等优点，半导体激光器在光电子领域有着非常广泛的应用。半导体激光器在工业加工领域、医学治疗领域、军事领域以及理论研究领域都扮演着重要的角色。目前为止，与其它半导体III-V族材料相比，对砷化镓材料的研究是最成熟的。因而，人们对砷化镓激光器的性能要求也是最高的，这表现在砷化镓激光器可以有很低的阈值电流、很低的垂直发散角、较高的电光转换效率等等其它半导体激光器不可比拟的优点。

传统的对激光器改进的做法，可以得到较低的阈值电流和较低的垂直发散角，但较低的阈值电流密度，意味着较高的光学限制因子，这导致激光器较低的光斑尺寸和较高的垂直发散角。为解决阈值电流与垂直发散角的矛盾问题，传统做法是在波导层和覆盖层之间引入一层或几层折射率较小的插入层。虽然该方法能一定程度的改善上述矛盾关系，注入载流子却需要克服很高的势垒才能进入有源区的问题，这大大降低了载流子的输运能力和激光器的转换效率。

发明内容

本发明目的在于提出一种插入超晶格层，改善载流子输运的特殊结构的激光器。这种特殊结构的激光器能够同时得到较低的阈值电流、较低的垂直发散角以及较高的载流子输运能力等性能。

本发明利用超晶格两个方面的性能。首先，砷化镓/铝镓砷超晶格利用较高的铝组分，可以在激光器的覆盖层和波导层之间引入折射率较低插入层，这样引入折射率波导和反波导的竞争机制，降低有源层对光的限制能力，降低激光器的远场衍射能力，从而获得较低的垂直发散角。同时可以调节有源层垒和阱的宽度以及波导层的掺杂浓度，降低阈值电流密度。因此，这种特殊结构改善了激光器的阈值电流与光斑尺寸的矛盾关系，获得较小的阈值电流和较小的垂直发散角。其次，砷化镓/铝镓砷超晶格利用自身的载流子传输机制，注入载流子可通过共振隧穿、热载流子发射等方式到达有源层，提高了载流子的输运能力。最终使该结构同时得到较低的阈值电流、较低的垂直发散角以及较高的载流子输运能力等性能。

附图说明

图1是本发明提出的一种激光器的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

图1示出了本发明提出的一种激光器的结构示意图。如图1所示，所述激光器包括：

-N型砷化镓衬底10；

-N型覆盖层11，该N型覆盖层11制作在N型砷化镓衬底10上；

-超晶格层12，该超晶格层12制作在N型覆盖层11上；

-N型波导层13，该N型波导层13制作在超晶格层12上；

-有源层14，该有源层14制作在N型波导层13上；

-P型波导层15，该P型波导层15制作在有源层14上；

-超晶格层16，该超晶格层16制作在P型波导层15上；

-P型覆盖层17，该P型覆盖层17制作在超晶格层16上；

-P型欧姆接触层18，该P型欧姆接触层18制作在P型覆盖层17上；

-P型欧姆电极19，该P型欧姆电极19制作在P型欧姆接触层18上；

-N型欧姆电极20，该N型欧姆电极20制作在N型砷化镓衬底10上。

其中，所述N型砷化镓衬底10为砷化镓材料，其电子浓度要大于1×10¹⁸cm^-3。

其中，所述超晶格层12和超晶格层16为砷化镓/铝镓砷材料，其中铝组分要大于波导层和覆盖层材料的Al组分。

其中，所述N型覆盖层11和P型覆盖层17为铝镓砷材料。

其中，所述有源层14可以为砷化镓材料、镓砷磷材料以及铟镓砷材料，且有源层14材料为本征材料。

其中，所述P型欧姆接触层18和部分P型覆盖层17被腐蚀或刻蚀为脊型结构。

本发明还提出了一种插入超晶格层，改善载流子输运的特殊结构的激光器的制作方法，具体制备过程如下：

在N型砷化镓衬底10上利用金属有机物气相化学淀积依次生长N型铝镓砷覆盖层11(厚度1.35um、电子浓度2×10¹⁸cm^-3)、砷化镓/铝镓砷超晶格层12、N型波导层13(厚度0.5um、电子浓度1×10¹⁷cm^-3)、有源层14(厚度7nm、不掺杂)、P型波导层15(厚度0.5um、空穴浓度1×10¹⁷cm^-3)、超晶格层16、P型覆盖层17(厚度1.35um、空穴浓度2×10¹⁹cm^-3)。然后将P型欧姆接触层18和P型覆盖层17)湿法腐蚀或干法刻蚀，形成激光器脊型，在P型欧姆接触层18上制作P型欧姆电极19，接着将N型砷化镓衬底10减薄、清洗，在N型砷化镓衬底10上制作N型欧姆电极。最后，进行解理、镀膜，最后封装在管壳上，制成一种插入超晶格层，改善载流子输运的特殊结构的激光器。其中，将所述激光器封装成P型欧姆接触层接触热沉的倒装结构。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种激光器，其特征在于，包括：

N型砷化镓衬底(10)；

N型覆盖层(11)，该N型覆盖层(11)制作N型砷化镓衬底(10)正面；

第一超晶格层( 12) ，该超晶格层(12)制作在N型覆盖层(11)上；

N型波导层(13)，该N型波导层(13)制作在超晶格层(12)上；

有源层(14)，该有源层(14)制作在N型波导层(13)上；

P型波导层(15)，该P型波导层(15)制作在有源层(14)上；

第二超晶格层(16)，该超晶格层(16)制作在P型波导层(15)上；

P型覆盖层(17)，该P型覆盖层(17)制作在超晶格层(16)上；

P型欧姆接触层(18)，该P型欧姆接触层(18)制作在P型覆盖层(17)上；

P型欧姆电极(19)，该P型欧姆电极(19)制作在P型欧姆接触层(18)上；

N型欧姆电极(20)，该N型欧姆电极(20)制作在N型砷化镓衬底(10)背面；

所述第一超晶格层(12)和第二超晶格层(16)为砷化镓/铝镓砷材料，其中铝组分大于所述P型波导层、N型波导层、P型覆盖层和N型覆盖层材料的Al组分；

P型欧姆接触层(18)和部分P型覆盖层(17)被腐蚀或刻蚀为脊型结构。

2.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，N型砷化镓衬底(10)为砷化镓材料，其电子浓度大于1×10¹⁸cm^-3。

3.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，有源层(14)可以为砷化镓材料、镓砷磷材料以及铟镓砷材料中的一种，且有源层(14)材料为本征材料。

4.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述N型覆盖层(11)和P型覆盖层(17)为铝镓砷材料。

5.一种激光器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

在N型砷化镓衬底(10)上利用外延设备生长N型覆盖层(11)；

在N型覆盖层(11)上生长第一超晶格层(12)；

在第一超晶格层(12)上生长N型波导层(13)；

在N型波导层(13)上生长有源层(14)；

在有源层(14)上生长P型波导层(15)；

在P型波导层(15)上生长第二超晶格层(16)；

在第二超晶格层(16)上生长P型覆盖层(17)；

在P型覆盖层(17)上生长P型欧姆接触层(18)；

将P型欧姆接触层(18)和P型覆盖层(17)湿法腐蚀或干法刻蚀成脊型；

在P型欧姆接触层(18)上制作P型欧姆电极(19)；

将N型砷化镓衬底(10)减薄、清洗；

在N型砷化镓衬底(10)背面上制作N型欧姆电极(20)；

第一超晶格层(12)和第二超晶格层(16)为砷化镓/铝镓砷材料，其中Al组分大于所述P型波导层、N型波导层、P型覆盖层和N型覆盖层材料的Al组分；

进行解理、镀膜，最后封装在管壳上，制成激光器。

6.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于，所述N型砷化镓衬底(10)为砷化镓材料，其电子浓度要大于1×10¹⁸cm^-3。

7.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于，所述激光器封装成P型欧姆接触层接触热沉的倒装结构。