CN113206448B - 一种具有电流阻挡层的激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有电流阻挡层的激光器，包括：激光器结构，所述激光器结构包括：衬底，自衬底至上依次包括缓冲层、N型下限制层、下波导层、量子阱层、上波导层、P型上限制层和欧姆接触层；腐蚀截至层，设置于所述欧姆接触层上；电流阻挡层，设置于所述腐蚀截至层上。

Description

一种具有电流阻挡层的激光器
技术领域
本发明涉及半导体激光器技术领域，尤其涉及一种具有电流阻挡层的激光器领域。
背景技术
光学灾变损伤(Catastrophic Optical Damage，COD)一直是阻碍大功率半导体激光器功率提升的因素之一，对激光器的稳定性和寿命有着直接影响。当半导体激光器在高功率下运行时，缺陷和玷污形成非辐射复合中心，载流子在非辐射复合中心有较小的载流子寿命，从而提升了表面的温度，较高的温度减小了表面的带隙，加速了光子的吸收，同时表面加快氧化，形成了更多的非辐射复合中心，这种正反馈使镜面发生熔解，最终导致COD。
常见提升COD阈值的方法存在如下缺陷：
(1)采用宽波导结构来降低光子密度。但该方法会带来较大的串联电阻，提升阈值电流。
(2)减小腔面的光吸收，包括外延生长和量子阱混杂。前者腐蚀掉腔面后生长出宽带隙材料，从而减小光吸收；后者通过量子阱混杂技术使量子阱材料组分发生扩散，从而增大带隙。但两种方法技术复杂，设备昂贵。
(3)降低非辐射复合速率。包括加镀钝化层、有源区无铝化和引入腔面电流非注入区。但在钝化过程中，会挥发有毒的硫化氢气体，而且容易引入其他杂质。有源区无铝化难以获得高质量的外延材料。常见的腔面电流非注入区为介质氧化隔离层，这种方法较为简单，但作用不显著。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明公开了一种具有电流阻挡层的激光器，以至少部分的解决上述技术问题。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明一实施例提供了一种具有电流阻挡层的激光器，包括：激光器结构，所述激光器结构包括：衬底，自衬底至上依次包括缓冲层、N型下限制层、下波导层、量子阱层、上波导层、P型上限制层和欧姆接触层；
腐蚀截至层，设置于所述欧姆接触层上；
电流阻挡层，设置于所述腐蚀截至层上。
在其中一个实施例中，所述衬底为N型镓砷材料。
在其中一个实施例中，所述缓冲层为N型镓砷材料，厚度为0.1-0.5μm。
在其中一个实施例中，所述N型下限制层的厚度为1.2-2.0μm；所述下波导层为铝镓砷材料，厚度为0.1-1.5μm。
在其中一个实施例中，所述量子阱层为铝镓钢砷材料。
在其中一个实施例中，所述上波导层为铝镓砷材料，厚度为0.1-0.8μm。
在其中一个实施例中，所述P型上限制层的厚度为0.8-1.8μm。
在其中一个实施例中，所述欧姆接触层的厚度为0.05-0.3μm，P型掺杂。
在其中一个实施例中，所述腐蚀截止层的厚度为50-100nm，N型掺杂。
在其中一个实施例中，所述电流阻挡层为的厚度为0.1-0.5μm，N型掺杂。
(三)有益效果
本发明提供的具有电流阻挡层的激光器，通过所述电流阻挡层、所述腐蚀截止层和所述欧姆接触层、所述P型上限制层以及所述衬底、所述缓冲层、所述N型下限制层构成NPN结构。在不进行额外工艺情况下，能够有效限制电流的注入，减小载流子密度，降低非辐射复合速率，有效提升半导体激光器COD的阈值。同时，腐蚀截止层的存在使在对电流阻挡层加工中激光器下层结构完整，提高了生产效率和成品率。
附图说明
图1示意性提出了根据本发明实施例的具有电流阻挡层的激光器的剖面图。
附图标记说明：
1、衬底；2、缓冲层；3、下限制层；4、下波导层；5、量子阱层；6、上波导层；7、上限制层；8、欧姆接触层；9、腐蚀截止层；10、电流阻挡层。
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。
需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
本发明一实施例提供了一种具有电流阻挡层的激光器，包括：激光器结构，所述激光器结构包括：衬底，自衬底至上依次包括缓冲层、N型下限制层、下波导层、量子阱层、上波导层、P型上限制层和欧姆接触层；
腐蚀截至层，设置于所述欧姆接触层上；
电流阻挡层，设置于所述腐蚀截至层上。
图1示意性提出了根据本发明实施例的具有电流阻挡层的激光器的剖面图。
在本实施例中，所述衬底为N型镓砷材料，用于在其上外延生长激光器各层材料。
在本实施例中，所述缓冲层为N型镓砷材料，设置于衬底上，厚度为0.1-0.5μm，可以减小所述衬底上晶格缺陷对所述外延结构的影响，优选的，厚度为0.3μm。
在本实施例中，所述N型下限制层为铝镓砷材料，设置于缓冲层上，N型掺杂，掺杂浓度2×1017-2×1018cm-3，厚度为1.2-2.0μm，可以限制载流子的泄露，限制光场，减小光场的损耗，降低阈值电流，提升效率，优选的，掺杂浓度为1×1018cm-3，厚度为1.6μm。
在本实施例中，所述下波导层为非掺杂铝镓砷材料，厚度为0.1-1.5μm，优选的，厚度为0.8μm，可以增加对光场的限制，减小远场发散角和光子密度，所述非掺杂铝镓砷材料可以降低载流子对光场的吸收损耗。
在本实施例中，所述量子阱层为非掺杂铝镓铟砷材料，设置于N型下限制层上，作为激光器的有源层可以产生光增益，产生受激辐射，发射激光。
在本实施例中，所述上波导层为非掺杂铝镓砷材料，设置于量子阱层上，厚度为0.1-0.8μm，可以增加对光场的限制，减小远场发散角和光子密度，所述非掺杂铝镓砷材料可以降低载流子对光场的吸收损耗，优选的，厚度为0.5μm。
在本实施例中，所述P型上限制层为铝镓砷材料，设置于上波导层上，P型掺杂，掺杂浓度2×1017-2×1018cm-3，厚度为0.8-1.8μm，可以限制载流子的泄露，限制光场，减小光场的损耗，降低阈值电流，提升效率，优选的，掺杂浓度为1×1018cm-3，厚度为1.3μm。
在本实施例中，所述欧姆接触层为镓砷材料，设置于P型上限制层上，P型掺杂，掺杂浓度＞5×1019cm-3，厚度为0.05-0.3μm，可以实现良好的欧姆接触，所述P型掺杂浓度＞5×1019cm-3可以降低串联电阻，优选的，掺杂浓度为6×1019cm-3，厚度为0.15μm。
在本实施例中，所述腐蚀截止层为N型铝镓砷或镓铟磷材料，具体地为N型铝镓砷材料，设置于欧姆接触层上，N型掺杂，厚度为50-100nm，可以控制腐蚀深度，保护所述激光器下层结构，提高了生产效率和成品率，优选的，厚度为70nm。
在本实施例中，所述电流阻挡层为N型铝镓砷材料，设置于腐蚀截止层上，N型掺杂，掺杂浓度1×1018-8×1018cm-3，厚度为0.1-0.5μm。优选的，掺杂浓度为5×1018cm-3，厚度为0.3μm。
其中，所述电流阻挡层、所述腐蚀截止层构成第一N型结构，所述欧姆接触层、所述P型上限制层构成P型结构，以及所述衬底、所述缓冲层、所述N型下限制层构成第二N型结构，所述第一N型结构、所述P型结构和所述第二N型结构构成NPN结构。在不进行额外工艺情况下，阻碍电流的注入，减小载流子密度，降低非辐射复合速率，有效提升半导体激光器COD的阈值。同时，腐蚀截止层的存在使在对电流阻挡层加工中激光器下层结构完整，提高生产效率和成品率。
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)

1.一种具有电流阻挡层的激光器，包括：
激光器结构，所述激光器结构包括：衬底，自衬底至上依次外延生长缓冲层、N型下限制层、下波导层、量子阱层、上波导层、P型上限制层、欧姆接触层、腐蚀截至层和电流阻挡层；
腐蚀截至层，设置于所述欧姆接触层上；
电流阻挡层，设置于所述腐蚀截至层上；
其中，所述衬底和所述缓冲层均为N型镓砷材料，所述N型下限制层和所述P型上限制层均为铝镓砷材料，所述下波导层和所述上波导层均为非掺杂铝镓砷材料，所述欧姆接触层为镓砷材料，所述腐蚀截止层和所述电流阻挡层均为N型铝镓砷材料，所述量子阱层为铝镓铟砷材料，所述腐蚀截止层和所述电流阻挡层均为N型掺杂，所述欧姆接触层为P型掺杂；
其中，所述电流阻挡层及所述腐蚀截至层构成第一N型结构，所述欧姆接触层、所述P型上限制层构成P型结构，以及所述衬底、所述缓冲层、所述N型下限制层构成第二N型结构，所述第一N型结构、所述P型结构和所述第二N型结构构成NPN结构；
其中，所述下波导层的厚度为0.1-1.5μm，所述上波导层的厚度为0.1-0.8μm。
2.根据权利要求1所述的激光器，其中，所述缓冲层的厚度为0.1-0.5μm。
3.根据权利要求1所述的激光器，其中，所述N型下限制层的厚度为1.2-2.0μm。
4.根据权利要求1所述的激光器，其中，所述P型上限制层的厚度为0.8-1.8μm。
5.根据权利要求1所述的激光器，其中，所述欧姆接触层的厚度为0.05-0.3μm。
6.根据权利要求1所述的激光器，其中，所述腐蚀截止层的厚度为50-100nm。
7.根据权利要求1所述的激光器，其中，所述电流阻挡层的厚度为0.1-0.5μm。
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