CN112382929A - 半导体红光激光器及其制作方法 - Google Patents

半导体红光激光器及其制作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112382929A
CN112382929A CN202011370046.4A CN202011370046A CN112382929A CN 112382929 A CN112382929 A CN 112382929A CN 202011370046 A CN202011370046 A CN 202011370046A CN 112382929 A CN112382929 A CN 112382929A
Authority
CN
China
Prior art keywords
type
layer
alinp
gainp
red laser
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202011370046.4A
Other languages
English (en)
Inventor
张立群
黄勇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suzhou Jingge Semiconductor Co ltd
Original Assignee
Suzhou Jingge Semiconductor Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suzhou Jingge Semiconductor Co ltd filed Critical Suzhou Jingge Semiconductor Co ltd
Priority to CN202011370046.4A priority Critical patent/CN112382929A/zh
Publication of CN112382929A publication Critical patent/CN112382929A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/3407—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers characterised by special barrier layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0425—Electrodes, e.g. characterised by the structure
    • H01S5/04256—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/34326—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer based on InGa(Al)P, e.g. red laser

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

本发明公开了一种半导体红光激光器，所述半导体红光激光器的电子阻挡层由受张应力的GaInP材料和受压应力的AlInP材料形成的GaInP/AlInP应变超晶格制成。本发明还公开了一种半导体红光激光器的制作方法。本发明采用了GaInP/AlInP应变超晶格制作形成电子阻挡层，其中GaInP受张应力，AlInP受压应力，而受张应力的GaInP和受压应力AlInP两者的导带位置都高于晶格匹配的AlInP材料，使得两者的组合GaInP/AlInP应变超晶格的微带的有效导带位置高于晶格匹配的AlInP材料，从而有效的实现对电子的限制，抑制了半导体红光激光器中的电子泄漏，从而降低器件阈值电流，提高器件输出功率。

Description

半导体红光激光器及其制作方法
技术领域
本发明属于半导体以及光电技术领域，具体地讲，涉及一种半导体红光激光器及其制作方法。
背景技术
半导体红光激光器工作波长范围为620nm至680nm，其在激光显示、激光打标、光泵浦等领域具有广泛的应用。
典型的半导体红光激光器结构如图1所示，其通常采用n型GaAs衬底，其外延结构包括n型AlInP光限制层、n型AlGaInP波导层、GaInP量子肼有源区、p型AlGaInP波导层、p型AlInP光限制层以及p型GaAs接触层。在该半导体红光激光器结构中，除了较薄的量子肼，其他各层均与GaAs衬底保持晶格匹配，也就是应力为零的状态。
此外，在上述的半导体红光激光器结构中，注入至有源区的电子被p型AlGaInP波导层和p型AlInP光限制层的导带差限制，而注入至有源区的空穴被n型AlGaInP波导层和n型AlInP光限制层的价带差限制。并且，AlInP材料已经提供了在晶格匹配的条件下该材料体系最大的导带差和价带差。
上述的半导体红光激光器的波长可用GaInP量子肼的有源区组分来调节。该结构在器件波长大于650nm时可以获得较好的性能。但是当工作波长变短，尤其是小于630nm时，由于量子肼导带能量的提高，p型AlGaInP波导层和p型AlInP光限制层的导带不足以提供较好的电子限制作用，导致从n型区域注入到GaInP量子肼的电子大量逃离，并到达p型的AlInP光限制层，从而导致发光效率的下降和大量焦耳热的产生。因此，半导体红光激光器波长越短，电子泄漏越严重，同时阈值电流越高、输出功率越小，并且效率也越低。
发明内容
为了解决上述现有技术的技术问题，本发明提供了一种能够有效减小电子泄漏的半导体红光激光器及其制作方法。
根据本发明的实施例的一方面提供了一种半导体红光激光器，其中，所述半导体红光激光器的电子阻挡层由受张应力的GaInP材料和受压应力的AlInP材料形成的GaInP/AlInP应变超晶格制成。
在上述一方面提供的半导体红光激光器的一个示例中，所述半导体红光激光器还包括衬底、N型光限制层、N型波导层、量子肼、P型波导层、P型光限制层、P型接触层、P型电极以及N型电极；其中，所述N型光限制层、所述N型波导层、所述量子肼、所述P型波导层、所述电子阻挡层、所述P型光限制层、所述P型接触层依序层叠设置在所述衬底的第一表面上，所述P型电极设置在所述P型接触层上，所述N型电极设置在所述衬底的与所述第一表面背对的第二表面上。
在上述一方面提供的半导体红光激光器的一个示例中，所述衬底为N型GaAs衬底；和/或，所述N型光限制层为N型AlInP材料；和/或，所述N型波导层为N型AlGaInP材料；和/或，所述量子肼为GaInP材料；和/或，所述P型波导层为P型AlGaInP材料；和/或，所述P型光限制层为P型AlInP或P型AlGaAs材料；和/或，所述P型接触层为P型GaAs材料。
在上述一方面提供的半导体红光激光器的一个示例中，所述电子阻挡层的导带高于所述P型波导层和所述P型光限制层的导带。
根据本发明的实施例的另一方面提供了一种半导体红光激光器的制作方法，其中，所述制作方法包括利用受张应力的GaInP材料和受压应力的AlInP材料形成的GaInP/AlInP应变超晶格制作形成所述半导体红光激光器的电子阻挡层。
在上述另一方面提供的半导体红光激光器的制作方法的一个示例中，在制作形成所述半导体红光激光器的电子阻挡层之前，所述制作方法还包括：提供一衬底；在所述衬底的第一表面上依序形成层叠的N型光限制层、N型波导层、量子肼以及P型波导层；和/或，所述利用受张应力的GaInP材料和受压应力的AlInP材料形成的GaInP/AlInP应变超晶格制作形成所述半导体红光激光器的电子阻挡层具体包括：利用受张应力的GaInP材料和受压应力的AlInP材料形成的GaInP/AlInP应变超晶格在所述P型波导层上制作形成所述电子阻挡层；和/或，在制作形成所述半导体红光激光器的电子阻挡层之后，所述制作方法还包括：在所述电子阻挡层上依序形成层叠的P型光限制层、P型接触层；在所述P型接触层上制作形成P型电极，并在所述衬底的与所述第一表面背对的第二表面上制作形成N型电极。
在上述另一方面提供的半导体红光激光器的制作方法的一个示例中，所述衬底为N型GaAs衬底；和/或，所述N型光限制层为N型AlInP材料；和/或，所述N型波导层为N型AlGaInP材料；和/或，所述量子肼为GaInP材料；和/或，所述P型波导层为P型AlGaInP材料；和/或，所述P型光限制层为P型AlInP或P型AlGaAs材料；和/或，所述P型接触层为P型GaAs材料。
在上述另一方面提供的半导体红光激光器的制作方法的一个示例中，所述电子阻挡层的导带高于所述P型波导层和所述P型光限制层的导带。
在上述另一方面提供的半导体红光激光器的制作方法的一个示例中，采用金属有机物化学气相沉积或分子束外延工艺制作形成所述N型光限制层、所述N型波导层、所述量子肼、所述P型波导层、所述电子阻挡层、所述P型光限制层以及所述P型接触层。
根据本发明的实施例的又一方面提供了一种由上述另一方面提供的半导体红光激光器的制作方法制作形成的半导体红光激光器。
本发明的有益效果：本发明采用了GaInP/AlInP应变超晶格制作形成电子阻挡层，其中GaInP在GaAs衬底上受张应力，AlInP在GaAs衬底上受压应力，而受张应力的GaInP和受压应力AlInP两者的导带位置都高于晶格匹配的AlInP材料，使得两者的组合GaInP/AlInP应变超晶格的微带的有效导带位置高于晶格匹配的AlInP材料，从而有效的实现对电子的限制，抑制了半导体红光激光器中的电子泄漏。
进一步地，本发明采用的应变超晶格中GaInP受张应力，AlInP受压应力，二者的平均晶格参数可以与GaAs衬底相同而达到应力平衡，从而实现高质量材料的生长。
更进一步地，本发明提出的GaInP/AlInP应变超晶格材料体系与传统的半导体红光激光器的材料体系完全相同，可兼容传统的半导体红光激光器生长和制备工艺。
附图说明
通过结合附图进行的以下描述，本发明的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：
图1是现有技术的半导体红光激光器的结构示意图；
图2是根据本发明的实施例的半导体红光激光器的结构示意图；
图3是根据本发明的实施例的半导体红光激光器的能带示意图；
图4是根据本发明的实施例的半导体红光激光器中所采用的GaInP材料和AlInP材料的导带和价带的位置与晶格参数的关系图；
图5a至图5c是根据本发明的实施例的半导体红光激光器的制作方法的流程图。
具体实施方式
以下，将参照附图来详细描述本发明的具体实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。
如本文中使用的，术语“包括”及其变型表示开放的术语，含义是“包括但不限于”。术语“基于”、“根据”等表示“至少部分地基于”、“至少部分地根据”。术语“实施例”、“一个示例”、“一个实施例”和“一实施例”表示“至少一个实施例”。术语“另一个实施例”、“另一实施例”、“另一个示例”、“又一个示例”表示“至少一个其他实施例”。术语“第一”、“第二”等可以指代不同的或相同的对象。下面可以包括其他的定义，无论是明确的还是隐含的。除非上下文中明确地指明，否则一个术语的定义在整个说明书中是一致的。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了关系不大的其他细节。
如背景技术中所述，半导体红光激光器波长越短，电子泄漏越严重，同时阈值电流越高、输出功率越小，并且效率也越低。因此，为了有效减小波长较短的半导体红光激光器的电子泄漏，降低器件阈值电流，提高器件输出功率，根据本发明的实施例提供了一种半导体红光激光器，该半导体红光激光器的电子阻挡层由受张应力的GaInP材料和受压应力的AlInP材料形成的GaInP/AlInP应变超晶格制成。以下将结合附图来详细描述根据本发明的实施例的半导体红光激光器。
图2是根据本发明的实施例的半导体红光激光器的结构示意图。图3是根据本发明的实施例的半导体红光激光器的能带示意图。
参照图2，根据本发明的实施例的半导体红光激光器包括：衬底10、N型光限制层11、N型波导层12、量子肼13、P型波导层14、电子阻挡层15、P型光限制层16、P型接触层17、P型电极18以及N型电极19；其中，所述N型光限制层11、N型波导层12、量子肼13、P型波导层14、电子阻挡层15、P型光限制层16、P型接触层17从下而上依序叠层设置在所述衬底10的第一表面上，所述P型电极18设置在所述P型接触层17上，所述N型电极19设置在所述衬底10的与所述第一表面相对的第二表面上。
一并参照图2和图3，当半导体红光激光器工作时，通常情况下电子被限制在量子肼13的导带中，并与空穴复合发光。但当半导体红光激光器的波长变短，量子肼13的导带上移，电子无法有效的被限制时，电子就会溢出。如果没有电子阻挡层15，那么电子很容易通过P型波导层14逃离至P型光限制层16，从而导致发光效率的下降和大量焦耳热的产生，极大的损害了器件的性能。因此，根据本发明的实施例提出的电子阻挡层15的导带高出P型波导层14和P型光限制层16，可以较好的阻挡电子的输运，从而可以抑制半导体红光激光器中的电子泄漏。
在一个示例中，电子阻挡层15采用受张应力的GaInP材料和受压应力的AlInP材料形成的GaInP/AlInP应变超晶格制成，具体参照图4。图4是根据本发明的实施例的半导体红光激光器中所采用的GaInP材料和AlInP材料的导带和价带的位置与晶格参数的关系图。
参照图4，与GaAs晶格匹配的AlInGaP材料体系能够提供的最高导带高度为晶格匹配的AlInP，如图4中实心三角所示。在GaInP材料中，通过增加Ga的组分可使其晶格参数小于GaAs衬底10，即呈张应力，此时GaInP的导带位置(实心圆表示)高于晶格匹配的AlInP(实心三角表示)。而在AlInP材料中，通过增加In的组分可使其晶格参数大于GaAs衬底10，即呈压应力，此时AlInP的导带位置(实心圆表示)同样高于晶格匹配的AlInP(实心三角表示)。
因此，受张应力的GaInP材料和受压应力的AlInP材料形成的GaInP/AlInP应变超晶格，其微带有效带隙的导带位置也必然高于晶格匹配的AlInP，从而完美实现了电子阻挡。并且应变超晶格中GaInP受张应力，AlInP受压应力，其平均晶格参数可以与GaAs衬底相同而达到应力平衡，从而实现高质量材料的生长。最后，GaInP/AlInP应变超晶格材料体系与传统的半导体红光激光器的材料体系完全相同，可兼容传统的半导体红光激光器的生长和制备工艺。
从上述可以看出，为了有效减小波长较短的半导体红光激光器的电子泄漏，降低器件阈值电流，提高器件输出功率，根据本发明的实施例提出了利用受张应力的GaInP材料和受压应力的AlInP材料形成的GaInP/AlInP应变超晶格制作形成的电子阻挡层15，从而实现电子的有效阻挡。因此，本发明的半导体红光激光器的结构并不限制于图2所示的半导体红光激光器的具体结构，图2所示的半导体红光激光器的具体结构仅仅是一个示例。
继续参照图2，在一个示例中，所述衬底10为N型GaAs衬底。在一个示例中，所述N型光限制层11为N型AlInP材料。在一个示例中，所述N型波导层12为N型AlGaInP材料。在一个示例中，所述量子肼13为GaInP材料。在一个示例中，所述P型波导层14为P型AlGaInP材料。在一个示例中，所述电子阻挡层15由受张应力的GaInP材料和受压应力的AlInP材料形成的GaInP/AlInP应变超晶格制成。在一个示例中，所述P型光限制层16为P型AlInP或P型AlGaAs材料。在一个示例中，所述P型接触层17为P型GaAs材料。
更具体地，在一个更具体的示例中，所述N型光限制层11的厚度为1μm～3μm，掺杂源选用Si，掺杂浓度为1×1018cm-3～1×1019cm-3，对应带宽为2.35eV。
在一个更具体的示例中，所述N型波导层12的厚度为0.1μm～0.5μm，掺杂源选用Si，掺杂浓度为1×1017cm-3～1×1018cm-3，对应带宽为2.1eV～2.3eV。
在一个更具体的示例中，所述量子肼13的厚度为3nm～15nm，为非故意掺杂，对应带宽为1.85eV～2eV。
在一个更具体的示例中，所述P型波导层14的厚度为0.1μm～0.5μm，掺杂源选用Zn、Mg、Be或C，掺杂浓度为1×1017cm-3～1×1018cm-3，对应带宽为2.1eV～2.3eV。
在一个更具体的示例中，所述电子阻挡层15的厚度为0.1μm～0.5μm，掺杂源选用Zn、Mg、Be或C，掺杂浓度为1×1018cm-3～1×1019cm-3，GaInP的应变为0％～-1.5％，AlInP的应变为0％～+1.2％。
在一个更具体的示例中，所述P型光限制层16的厚度为1μm～3μm，掺杂源选用Zn、Mg、Be或C，掺杂浓度为1×1018cm-3～1×1019cm-3，对应带宽为2.1eV～2.35eV。
在一个更具体的示例中，所述P型接触层17的厚度为0.1μm～0.5μm，掺杂源选用Zn、Mg、Be或C，掺杂浓度为5×1018cm-3～5×1019cm-3，对应带宽为1.42eV。
以下对根据本发明的实施例的半导体红光探测器的制程进行详细说明。图5a至图5c是根据本发明的实施例的半导体红光激光器的制作方法的流程图。
首先，参照图5a，提供一衬底10。在一个示例中，所述衬底10选用N型GaAs衬底。
其次，参照图5b，在所述衬底10的第一表面上依序形成层叠的N型光限制层11、N型波导层12、量子肼13、P型波导层14、电子阻挡层15、P型光限制层16以及P型接触层17。
在一个示例中，采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)工艺在所述衬底10的第一表面上依序生长形成层叠的N型光限制层11、N型波导层12、量子肼13、P型波导层14、电子阻挡层15、P型光限制层16、和P型接触层17。在一个更具体的示例中，以金属有机物化学气相沉积工艺作为生长工艺，生长源为TMGa、TMIn、TMAl、AsH3以及PH3，n型掺杂源为SiH4，p型掺杂源为Cp2Mg和CBr4，生长温度设置为约600℃，反应室压力设置为200Torr。在高温处理除去衬底10的表面的杂质后，在衬底10的第一表面上依序生长：
(1)N型光限制层11。在一个示例中，N型光限制层11为N型AlInP材料，厚度为1μm，掺Si，掺杂浓度为1×1018cm-3，对应带宽为2.35eV。
(2)N型波导层12。在一个示例中，N型波导层12为N型AlGaInP材料，厚度为0.1μm，掺Si，掺杂浓度为1×1017cm-3，对应带宽为2.24eV。
(3)量子肼13。在一个示例中，量子肼13为GaInP材料，厚度为10nm，非故意掺杂，对应带宽为1.88eV。
(4)P型波导层14。在一个示例中，P型波导层14为P型AlGaInP材料，厚度为0.1μm，掺Mg，掺杂浓度为1×1017cm-3，对应带宽为2.24eV。
(5)电子阻挡层15。在一个示例中，电子阻挡层15为GaInP/AlInP应变超晶格，厚度为0.1μm，掺Mg，掺杂浓度为1×1018cm-3，其中GaInP的应变为-1％，厚度为2nm，AlInP的应变为+0.5％，厚度为4nm。
(6)P型光限制层16。在一个示例中，P型光限制层16为P型AlGaAs材料，厚度为1μm，掺C，掺杂浓度为1×1018cm-3，对应带宽为2.15eV。
(7)P型接触层17。在一个示例中，P型接触层17为P型GaAs材料，厚度为0.2μm，掺C，掺杂浓度为1×1019cm-3，对应带宽为1.42eV。
在另一个示例中，采用分子束外延工艺(MBE)工艺在所述衬底10的第一表面上依序生长形成层叠的N型光限制层11、N型波导层12、量子肼13、P型波导层14、电子阻挡层15、P型光限制层16以及P型接触层17。在一个更具体的示例中，以分子束外延工艺作为生长工艺，生长源为固态单质源Ga、Al、In、As、以及P，n型掺杂源为Si，p型掺杂源为Be，生长温度约为450℃。在衬底10经过除气去杂后，在衬底10的第一表面上依序生长：
(1)N型光限制层11。在一个示例中，N型光限制层11为N型AlInP材料，厚度为2μm，掺Si，掺杂浓度为5×1018cm-3，对应带宽为2.35eV。
(2)N型波导层12。在一个示例中，N型波导层12为N型AlGaInP材料，厚度为0.3μm，掺Si，掺杂浓度为5×1017cm-3，对应带宽为2.3eV。
(3)量子肼13。在一个示例中，量子肼13为GaInP材料，厚度为5nm，非故意掺杂，对应带宽为1.95eV。
(4)P型波导层14。在一个示例中，P型波导层14为P型AlGaInP材料，厚度为0.3μm，掺Be，掺杂浓度为5×1017cm-3，对应带宽为2.3eV。
(5)电子阻挡层15。在一个示例中，电子阻挡层15为GaInP/AlInP应变超晶格，厚度为0.2μm，掺Be，掺杂浓度为2×1018cm-3，其中GaInP的应变为-1.2％，厚度为3nm，AlInP的应变为+1.2％，厚度为3nm。
(6)P型光限制层16。在一个示例中，P型光限制层16为P型AlInP材料，厚度为2μm，掺Be，掺杂浓度为2×1018cm-3，对应带宽为2.35eV。
(7)P型接触层17。在一个示例中，P型接触层17为P型GaAs材料，厚度为0.5μm，掺Be，掺杂浓度为2×1019cm-3，对应带宽为1.42eV。
最后，参照图5c，在所述P型接触层17上沉积形成P型电极18，并在衬底10的与所述第一表面相对(或称背对)的第二表面上沉积形成N型电极19。
在一个示例中，采用电子束蒸发工艺在所述P型接触层17上沉积P型电极18，并在所述衬底10的第二表面上沉积N型电极19。其中，P型电极18为
Figure BDA0002805743050000081
组合，N型电极19为
Figure BDA0002805743050000082
组合。
在另一个示例中，采用电子束蒸发工艺在所述P型接触层17上沉积P型电极18，并在所述衬底10的第二表面上沉积N型电极19。其中，P型电极18为
Figure BDA0002805743050000091
组合，N型电极19为
Figure BDA0002805743050000092
组合。
在上述一个示例中采用了MOCVD工艺制作半导体红光激光器，该半导体红光激光器的工作波长为650nm，GaInP/AlInP应变超晶格能够提供约100meV的势垒高度，有效解决了短波长红光激光器的电子泄漏问题，并且生长难度较低，容易实现量产。
而在上述另一个示例中采用了MBE工艺制作半导体红光激光器，该半导体红光激光器的工作波长为630nm，GaInP/AlInP应变超晶格能够提供约200meV的势垒高度，可以相对更好地解决短波长红光激光器的电子泄漏问题，获得的器件性能较好。
综上所述，根据本发明的实施例采用了GaInP/AlInP应变超晶格制作形成电子阻挡层，其中GaInP在GaAs衬底上受张应力，AlInP在GaAs衬底上受压应力，而受张应力的GaInP和受压应力AlInP两者的导带位置都高于晶格匹配的AlInP材料，使得两者的组合GaInP/AlInP应变超晶格的微带的有效导带位置高于晶格匹配的AlInP材料，从而有效的实现对电子的限制，抑制了半导体红光激光器中的电子泄漏，从而降低器件阈值电流，提高器件输出功率。
进一步地，根据本发明的实施例采用的应变超晶格中GaInP受张应力，AlInP受压应力，二者的平均晶格参数可以与GaAs衬底相同而达到应力平衡，从而实现高质量材料的生长。
更进一步地，根据本发明的实施例提出的GaInP/AlInP应变超晶格材料体系与传统的半导体红光激光器的材料体系完全相同，可兼容传统的半导体红光激光器生长和制备工艺。
在整个本说明书中使用的术语“示例性”、“示例”等意味着“用作示例、实例或例示”，并不意味着比其它实施例“优选”或“具有优势”。出于提供对所描述技术的理解的目的，具体实施方式包括具体细节。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实施这些技术。在一些实例中，为了避免对所描述的实施例的概念造成难以理解，公知的结构和装置以框图形式示出。
以上结合附图详细描述了本发明的实施例的可选实施方式，但是，本发明的实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的实施例的技术构思范围内，可以对本发明的实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的实施例的保护范围。
本说明书内容的上述描述被提供来使得本领域任何普通技术人员能够实现或者使用本说明书内容。对于本领域普通技术人员来说，对本说明书内容进行的各种修改是显而易见的，并且，也可以在不脱离本说明书内容的保护范围的情况下，将本文所定义的一般性原理应用于其它变型。因此，本说明书内容并不限于本文所描述的示例和设计，而是与符合本文公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。

Claims (10)

1.一种半导体红光激光器，其特征在于，所述半导体红光激光器的电子阻挡层由受张应力的GaInP材料和受压应力的AlInP材料形成的GaInP/AlInP应变超晶格制成。
2.根据权利要求1所述的半导体红光激光器，其特征在于，所述半导体红光激光器还包括衬底、N型光限制层、N型波导层、量子肼、P型波导层、P型光限制层、P型接触层、P型电极以及N型电极；
其中，所述N型光限制层、所述N型波导层、所述量子肼、所述P型波导层、所述电子阻挡层、所述P型光限制层、所述P型接触层依序层叠设置在所述衬底的第一表面上，所述P型电极设置在所述P型接触层上，所述N型电极设置在所述衬底的与所述第一表面背对的第二表面上。
3.根据权利要求2所述的半导体红光激光器，其特征在于，所述衬底为N型GaAs衬底；和/或，所述N型光限制层为N型AlInP材料；和/或，所述N型波导层为N型AlGaInP材料；和/或，所述量子肼为GaInP材料；和/或，所述P型波导层为P型AlGaInP材料；和/或，所述P型光限制层为P型AlInP或P型AlGaAs材料；和/或，所述P型接触层为P型GaAs材料。
4.根据权利要求2或3所述的半导体红光激光器，其特征在于，所述电子阻挡层的导带高于所述P型波导层和所述P型光限制层的导带。
5.一种半导体红光激光器的制作方法，其特征在于，包括利用受张应力的GaInP材料和受压应力的AlInP材料形成的GaInP/AlInP应变超晶格制作形成所述半导体红光激光器的电子阻挡层。
6.根据权利要求5所述的半导体红光激光器的制作方法，其特征在于，在制作形成所述半导体红光激光器的电子阻挡层之前，所述制作方法还包括：提供一衬底；在所述衬底的第一表面上依序形成层叠的N型光限制层、N型波导层、量子肼以及P型波导层；
和/或，所述利用受张应力的GaInP材料和受压应力的AlInP材料形成的GaInP/AlInP应变超晶格制作形成所述半导体红光激光器的电子阻挡层具体包括：利用受张应力的GaInP材料和受压应力的AlInP材料形成的GaInP/AlInP应变超晶格在所述P型波导层上制作形成所述电子阻挡层；
和/或，在制作形成所述半导体红光激光器的电子阻挡层之后，所述制作方法还包括：在所述电子阻挡层上依序形成层叠的P型光限制层、P型接触层；在所述P型接触层上制作形成P型电极，并在所述衬底的与所述第一表面背对的第二表面上制作形成N型电极。
7.根据权利要求5所述的半导体红光激光器的制作方法，其特征在于，所述衬底为N型GaAs衬底；和/或，所述N型光限制层为N型AlInP材料；和/或，所述N型波导层为N型AlGaInP材料；和/或，所述量子肼为GaInP材料；和/或，所述P型波导层为P型AlGaInP材料；和/或，所述P型光限制层为P型AlInP或P型AlGaAs材料；和/或，所述P型接触层为P型GaAs材料。
8.根据权利要求6或7所述的半导体红光激光器的制作方法，其特征在于，所述电子阻挡层的导带高于所述P型波导层和所述P型光限制层的导带。
9.根据权利要求4所述的半导体红光激光器的制作方法，其特征在于，采用金属有机物化学气相沉积或分子束外延工艺制作形成所述N型光限制层、所述N型波导层、所述量子肼、所述P型波导层、所述电子阻挡层、所述P型光限制层以及所述P型接触层。
10.一种由权利要求5或6所述的半导体红光激光器的制作方法制作形成的半导体红光激光器。
CN202011370046.4A 2020-11-30 2020-11-30 半导体红光激光器及其制作方法 Pending CN112382929A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011370046.4A CN112382929A (zh) 2020-11-30 2020-11-30 半导体红光激光器及其制作方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011370046.4A CN112382929A (zh) 2020-11-30 2020-11-30 半导体红光激光器及其制作方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112382929A true CN112382929A (zh) 2021-02-19

Family

ID=74589001

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011370046.4A Pending CN112382929A (zh) 2020-11-30 2020-11-30 半导体红光激光器及其制作方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112382929A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113224213A (zh) * 2021-03-18 2021-08-06 华灿光电(苏州）有限公司 红外发光二极管外延片及其制备方法
CN115241736A (zh) * 2022-07-26 2022-10-25 江苏华兴激光科技有限公司 一种GaAs基高可靠性激光芯片外延片

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113224213A (zh) * 2021-03-18 2021-08-06 华灿光电(苏州）有限公司 红外发光二极管外延片及其制备方法
CN113224213B (zh) * 2021-03-18 2022-05-13 华灿光电(苏州）有限公司 红外发光二极管外延片及其制备方法
CN115241736A (zh) * 2022-07-26 2022-10-25 江苏华兴激光科技有限公司 一种GaAs基高可靠性激光芯片外延片

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8039830B2 (en) Semiconductor light emitting device and wafer
US9048389B2 (en) Light emitting diode
US8901595B2 (en) Semiconductor light emitting device
JP2010532926A (ja) 放射線放出半導体ボディ
US20080118999A1 (en) Method of fabricating a nitride semiconductor light emitting device
US5966396A (en) Gallium nitride-based compound semiconductor laser and method of manufacturing the same
US10593831B2 (en) Nitride semiconductor multilayer film reflector and light-emitting device using the same
CN112382929A (zh) 半导体红光激光器及其制作方法
CN111490449A (zh) 一种四元系张应变半导体激光外延片及其制备方法
JP2000332362A (ja) 半導体装置および半導体発光素子
US10403794B2 (en) Semiconductor device
JP5858659B2 (ja) フォトニック結晶面発光レーザおよびその製造方法
CN117096235A (zh) 一种红外发光二极管的外延片及其制备方法
CN110047980B (zh) 一种紫外led外延结构及其制备方法
CN214379252U (zh) 半导体红光激光器
CN113422293B (zh) 一种具有阶梯状上波导的InGaN/GaN量子阱激光器及其制备方法
JP7387048B1 (ja) 半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法
JP7413599B1 (ja) Ｉｉｉ－ｖ族化合物半導体発光素子及びｉｉｉ－ｖ族化合物半導体発光素子の製造方法
JP3723129B2 (ja) 半導体レーザ装置
CN212659825U (zh) 一种四元系张应变半导体激光外延片
CN114204419B (zh) 高性能高质量InGaAs/InGaAsP多量子阱的外延结构及其生长方法和应用
CN114142343B (zh) 一种优化渐变波导层的小功率AlGaInP红光半导体激光器及其制备方法
CN118589300A (zh) 紫外激光器及其制备方法
CN116154021A (zh) 红外探测器及其制作方法
CN114976863A (zh) 一种高功率的iii–v族半导体激光器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination