CN116526294B - 一种半导体发光结构及其制备方法、封装模组 - Google Patents

一种半导体发光结构及其制备方法、封装模组 Download PDF

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Abstract

本发明揭示了一种半导体发光结构及其制备方法、封装模组，半导体发光结构包括：有源层；位于所述有源层一侧的上波导限制结构；所述上波导限制结构包括：上波导层，所述上波导层包括第一子上波导层和第二子上波导层，所述第二子上波导层位于所述第一子上波导层背离所述有源层的一侧；位于所述第二子上波导层中的若干个间隔设置的第一折射率调整件，且所述第一折射率调整件未延伸至第一子上波导层中，所述第一折射率调整件的折射率小于所述第二子上波导层的折射率。有效的提高了电光转换效率。

Description

一种半导体发光结构及其制备方法、封装模组
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种半导体发光结构及其制备方法、封装模组。
背景技术
半导体激光器是利用电泵浦将电流转换为光，在谐振腔内实现激光激射的器件。半导体激光器涵盖了广泛的科学和工业应用，从原子物理到电信通讯，从生物光子学到材料加工，其中，大功率高效率的半导体激光器的主要用途包括用于直接的材料加工和作为固体激光器的泵浦源，一个单管芯片的半导体激光器的激光功率和电光转换效率是衡量半导体激光器的性能优劣最直接的指标。随着大功率的半导体激光器的制造技术的迭代发展，对于电光转换效率的指标提出了更高的要求。半导体激光器的结构决定电光转换效率的上限，目前绝大部分大功率的半导体激光器的结构建立在可外延生长于GaAs衬底上的III族元素和V族元素的半导体材料体系之上，通过外延结构的设计分别限制光场和载流子，实现高电光转换效率的激光输出。
然而，现有大功率的半导体激光器的设计和制造技术难以实现电光转换效率的进一步提升。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于解决半导体发光结构的电光转换效率进一步提升的问题，从而提供一种半导体发光结构及其制备方法、封装模组。
本发明提供一种半导体发光结构，包括：有源层；位于所述有源层一侧的上波导限制结构；所述上波导限制结构包括：上波导层，所述上波导层包括第一子上波导层和第二子上波导层，所述第二子上波导层位于所述第一子上波导层背离所述有源层的一侧；位于所述第二子上波导层中的若干个间隔设置的第一折射率调整件，且所述第一折射率调整件未延伸至第一子上波导层中，所述第一折射率调整件的折射率小于所述第二子上波导层的折射率。
可选的，所述第一折射率调整件对于波长为500nm至1200nm范围内的光的折射率小于2.5。
可选的，所述第一折射率调整件对于波长为500nm至1200nm范围内的光的吸收系数小于或等于0.03。
可选的，所述第一折射率调整件的材料包括氧化铟锡、氧化硅、氮化硅、氧化铝、CaF2、HfO2、MgO或ZrO2。
可选的，所述第二子上波导层的厚度与所述第一子上波导层的厚度之比为1：5~5：1。
可选的，所述上波导层的总厚度为0.1微米~5微米。
可选的，每个所述第一折射率调整件沿着所述半导体发光结构的出光方向的尺寸小于λ/2n，λ为半导体发光结构的发光波长，n为第一折射率调整件的折射率。
可选的，相邻的所述第一折射率调整件之间的间隔小于λ/2n1，λ为半导体发光结构的发光波长，n1为第二子上波导层的折射率。
可选的，所述第一折射率调整件的形状包括圆台状、方形台状或条状。
可选的，若干个第一折射率调整件在所述半导体发光结构的出光方向上均匀分布。
可选的，若干个第一折射率调整件非均匀分布。
可选的，所述第一折射率调整件的数量沿着所述半导体发光结构的出光方向递增。
可选的，所述第二子上波导层的掺杂浓度大于所述第一子上波导层的掺杂浓度。
可选的，所述上波导层的材料包括掺杂导电离子的AlxGa1-xAs，其中，x为0~0.45。
可选的，还包括：接触层，位于所述第二子上波导层背离第一子上波导层的一侧且与第二子上波导层接触；所述第一折射率调整件还延伸至接触层中。
可选的，还包括：半导体衬底层，位于所述有源层背离所述上波导限制结构的一侧；位于所述半导体衬底层和所述有源层之间的下限制层；位于所述下限制层和所述有源层之间的下波导层。
可选的，还包括：位于所述有源层背离所述上波导限制结构一侧的下波导层；所述下波导层包括第一子下波导层和位于第一子下波导层和有源层之间的第二子下波导层；位于所述第一子下波导层中的若干第二折射率调整件；下波导层背离有源层的一侧未设置半导体衬底层和下限制层。
可选的，所述第二折射率调整件对于波长为500nm至1200nm范围内的光的折射率小于2.5。
可选的，所述第二折射率调整件的材料包括氧化铟锡、氧化硅、氮化硅、氧化铝、CaF2、HfO2、MgO或ZrO2。
可选的，每个所述第二折射率调整件沿着所述半导体发光结构的出光方向的尺寸小于λ/2n2，λ为半导体发光结构的发光波长，n2为第二折射率调整件的折射率。
可选的，相邻的所述第二折射率调整件之间的间隔小于λ/2n3，λ为半导体发光结构的发光波长，n3为第一子下波导层的折射率。
本发明还提供一种半导体发光结构的制备方法，包括：形成有源层；在有源层的一侧形成上波导限制结构；形成所述上波导限制结构的步骤包括：形成上波导层，形成所述上波导层的步骤包括：形成第一子上波导层；在第一子上波导层背离所述有源层的一侧形成第二子上波导层；在所述第二子上波导层中形成若干个间隔设置的第一折射率调整件，且所述第一折射率调整件未延伸至第一子上波导层，所述第一折射率调整件的折射率小于所述第二子上波导层的折射率。
可选的，还包括：在所述第二子上波导层背离所述有源层的一侧形成接触层；在形成第一折射率调整件的步骤中，所述第一折射率调整件还延伸至接触层中。
可选的，还包括：提供半导体衬底层；在所述半导体衬底层的一侧形成下限制层；在下限制层背离所述半导体衬底层的一侧形成下波导层；形成有源层的步骤为：在所述下波导层背离所述半导体衬底层的一侧形成有源层；在有源层的一侧形成上波导限制结构的步骤为：在所述有源层背离所述半导体衬底层的一侧形成上波导限制结构。
可选的，还包括：提供半导体衬底层；在所述半导体衬底层的一侧表面形成下波导层；所述下波导层包括第一子下波导层和位于第一子下波导层背离半导体衬底层一侧的第二子下波导层；形成有源层的步骤为：在所述下波导层背离所述半导体衬底层的一侧形成有源层；在有源层的一侧形成上波导限制结构的步骤为：在所述有源层背离所述半导体衬底层的一侧形成上波导限制结构；所述半导体发光结构的制备方法还包括：形成上波导限制结构之后，去除半导体衬底层；去除半导体衬底层之后，在所述第一子下波导层中形成若干第二折射率调整件，且所述第二折射率调整件未延伸至第二子下波导层中，所述第二折射率调整件的折射率小于所述第一子下波导层的折射率。
本发明还提供一种封装模组，包括：热沉；本发明的半导体发光结构；半导体发光结构位于所述热沉上；上波导层位于有源层和热沉之间。
本发明技术方案具有以下有益效果：
本发明技术方案提供的半导体发光结构，第二子上波导层中设置有若干个间隔的第一折射率调整件，所述第一折射率调整件的折射率小于所述第二子上波导层的折射率，这样第二子上波导层和第一折射率调整件形成折射率的差异，对光场进行限制，减少自由载流子对于光的吸收，且第一折射率调整件和第二子上波导层的结合共同对光场的限制作用能有效的提高。第一子上波导层作为有源层上方有效的波导区，对光的传输起到作用。由于光场的限制在上波导层中实现，可以取消上限制层，降低电阻，这样电光转换效率有效的提高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例提供的半导体发光结构的结构示意图；
图2为本发明一实施例提供的半导体发光结构中的上波导层和第一折射率调整件的立体结构示意图；
图3为本发明另一实施例提供的半导体发光结构中的上波导层和第一折射率调整件的立体结构示意图；
图4为本发明另一实施例提供的半导体发光结构中的上波导层和第一折射率调整件的立体结构示意图；
图5为本发明一实施例提供的半导体发光结构中上波导层和第一折射率调整件的俯视图；
图6为本发明另一实施例提供的半导体发光结构中上波导层和第一折射率调整件的俯视图；
图7为本发明另一实施例中在半导体衬底层的一侧形成下限制层、下波导层和有源层的结构示意图；
图8为在图7的基础上形成上波导层和接触层的结构示意图；
图9为在图8的基础上形成第一折射率调整件的结构示意图；
图10为本发明另一实施例提供的半导体发光结构的结构示意图；
图11为本发明另一实施例在半导体衬底层的一侧形成下波导层和有源层、上波导层和接触层的结构示意图；
图12为在图11的基础上形成第一折射率调整件的结构示意图；
图13为在图12的基础上去除半导体衬底层的示意图；
图14为在图13的基础上形成第二折射率调整件的结构示意图；
图15为对比例的半导体发光结构的光场分布曲线和折射率曲线；
图16为实施例1的半导体发光结构的光场分布曲线和折射率曲线；
图17为实施例3的半导体发光结构的光场分布曲线和折射率曲线。
具体实施方式
经研究发现，电光转换效率提升的关键一方面在于减少从低掺杂的波导层进入高掺杂的限制层的光场，减少自由载流子对于光的吸收，这就要求提高波导层和限制层的折射率差异；另一方面，需要减少焦耳热，即降低每层半导体材料的电阻。限制层与波导层的折射率差越大，波导层的厚度就可以做的越小，就可以得到更小的电阻。但是不同III族、IV族半导体材料之间的折射率差异本身不大，这导致限制层对光场的限制能力有限，波导层的厚度存在限制。而且在限制层的折射率与波导层的折射率到达差异极限的条件下，限制层的电导不佳，基于上述因素，电光转换效率提升受限。
在此基础上，本发明提供一种半导体发光结构及其制备方法，有效的提高了电光转换效率。
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例提供一种半导体发光结构，参考图1，包括：
有源层130；
位于所述有源层130一侧的上波导限制结构；
所述上波导限制结构包括：上波导层140，所述上波导层140包括第一子上波导层141和第二子上波导层142，所述第二子上波导层142位于所述第一子上波导层141背离所述有源层130的一侧；位于所述第二子上波导层142中的若干个间隔设置的第一折射率调整件160，且所述第一折射率调整件160未延伸至第一子上波导层141中，所述第一折射率调整件160的折射率小于所述第二子上波导层142的折射率。
本实施例中，所述第二子上波导层142中设置有若干个间隔的第一折射率调整件160，所述第一折射率调整件160的折射率小于所述第二子上波导层142的折射率，这样第二子上波导层142和第一折射率调整件160形成折射率的差异，对光场进行限制，减少自由载流子对于光的吸收，且第一折射率调整件160和第二子上波导层142的结合共同对光场的限制作用能有效的提高。第一子上波导层141作为有源层130上方有效的波导区，对光的传输起到作用。由于光场的限制在上波导层140中实现，可以取消上限制层，降低电阻，这样电光转换效率有效的提高。
本实施例中，半导体发光结构为边发射半导体激光器。
本实施例中，半导体发光结构还包括：半导体衬底层100，位于所述有源层130背离所述上波导限制结构的一侧；位于所述半导体衬底层100和所述有源层130之间的下限制层110；位于所述下限制层110和所述有源层130之间的下波导层120。
所述半导体衬底层100为GaAs衬底层。需要说明的是，在其他实施例中，所述半导体衬底层还可以为InP衬底层。
在一个实施例中，所述第一折射率调整件160对于波长为500nm至1200nm范围内的光的折射率小于2.5。
在一个实施例中，所述第二子上波导层142的折射率大于或者等于第一子上波导层141的折射率。
在一个实施例中，第二子上波导层142的折射率和所述第一折射率调整件160的折射率之差为1~2.5。若第二子上波导层142的折射率和第一折射率调整件160的折射率之差过小，则起到提升光场限制作用的程度较小；若第二子上波导层142的折射率和第一折射率调整件160的折射率之差过大，则对第一折射率调整件160的材料选择受限。
在一个实施例中，所述第一折射率调整件160对于波长为500nm至1200nm范围内的光的吸收系数小于或等于0.03。好处在于：对半导体发光结构的腔内产生的光的损耗较小。
在一个实施例中，所述第一折射率调整件160的材料包括氧化铟锡、氧化硅、氮化硅、氧化铝、CaF2、HfO2、MgO或ZrO2。
在一个实施例中，所述第二子上波导层142的厚度与所述第一子上波导层141的厚度之比为1：5~5：1。若第二子上波导层142的厚度与所述第一子上波导层141的厚度之比小于1：5，则提高对光场限制的能力较弱；若第二子上波导层142的厚度与所述第一子上波导层141的厚度之比大于5：1，则第二子上波导层142的厚度过大，造成工艺浪费。
在一个实施例中，所述上波导层140的总厚度为0.1微米~5微米，例如0.1微米、0.5微米、1微米、2微米、3微米、4微米或5微米。
在一个实施例中，每个所述第一折射率调整件160沿着所述半导体发光结构的出光方向的尺寸d小于λ/2n，λ为半导体发光结构的发光波长，n为第一折射率调整件160的折射率。所述第一折射率调整件160沿着所述半导体发光结构的出光方向的尺寸d保证了在出光方向光在任一个第一折射率调整件160中的传播距离不超过一个周期T，T=λ/v，v为半导体发光结构发出的光在第一折射率调整件160中的传输速度，避免若干个第一折射率调整件160形成光栅对光进行调制，这样对半导体发光结构的大功率性能提高有利。
在一个实施例中，相邻的所述第一折射率调整件160之间的间隔小于λ/2n1，λ为半导体发光结构的发光波长，n1为第二子上波导层142的折射率。好处在于：避免若干个第一折射率调整件160形成光栅对光进行调制，这样半导体发光结构对于大功率的性能有利。
在一个实施例中，参考图2，第一折射率调整件160的形状为圆台状。
在另一个实施例中，参考图3，第一折射率调整件160a的形状为方形台状。
在另一个实施例中，参考图4，第一折射率调整件160b的形状为条状。
在一个实施例中，参考图5，若干个第一折射率调整件160在所述半导体发光结构的出光方向上均匀分布。
在另一个实施例中，参考图6，若干个第一折射率调整件160c非均匀分布。
在一个具体的实施例中，所述第一折射率调整件160c的数量沿着所述半导体发光结构的出光方向递增。好处在于：调节半导体发光结构中的光场分布以及电注入分布，加强半导体发光结构的散热性能，进一步提升半导体发光结构的电光转换效率。
在一个实施例中，所述上波导层140的材料包括掺杂导电离子的AlxGa1-xAs，其中，x为0~0.45。在一个实施例中，x大于零且小于或等于0.45。
在一个实施例中，所述第二子上波导层142的掺杂浓度大于所述第一子上波导层141的掺杂浓度。好处在于：使得上波导层140的导电能力提高，降低半导体发光结构的电阻；第一子上波导层141的掺杂浓度相对较小，这样第一子上波导层141中的导电离子对光的吸收损耗较小。
在一个实施例中，所述第二子上波导层142的掺杂浓度为所述第一子上波导层141的掺杂浓度的2倍~1000倍，例如10倍、100倍、500倍或1000倍。
在一个实施例中，第二子上波导层142的掺杂浓度为1×1017atom/cm3~1×1020atom/cm3。第一子上波导层141的掺杂浓度为1×1015atom/cm3~1×1018atom/cm3。
在其他实施例中，所述第二子上波导层142的掺杂浓度等于所述第一子上波导层141的掺杂浓度。在其他实施例中，对第二子上波导层142的掺杂浓度和第一子上波导层141的掺杂浓度不做限制。
在一个实施例中，半导体发光结构的总电阻小于10mΩ。
本实施例中，半导体发光结构还包括：还包括：接触层150，位于所述第二子上波导层142背离第一子上波导层141的一侧且与第二子上波导层142接触；所述第一折射率调整件160还延伸至接触层150中。所述第一折射率调整件160贯穿第二子上波导层142。
本实施例中，所述半导体发光结构还包括：正面电极层（未图示），位于接触层150背离所述半导体衬底层100的一侧，接触层150用于降低上波导层140和正面电极层的接触电阻；背面电极层，位于半导体衬底层100背离有源层130的一侧表面。
在其他实施例中，在正面电极层和上波导层之间不设置接触层。
本实施例中，在上波导层140背离半导体衬底层100的一侧未设置上限制层。
实施例2
本实施例提供一种半导体发光结构的制备方法，包括：形成有源层；在有源层的一侧形成上波导限制结构；形成所述上波导限制结构的步骤包括：形成上波导层，形成所述上波导层的步骤包括：形成第一子上波导层；在第一子上波导层背离所述有源层的一侧形成第二子上波导层；在所述第二子上波导层中形成若干个间隔设置的第一折射率调整件，且所述第一折射率调整件未延伸至第一子上波导层，所述第一折射率调整件的折射率小于所述第二子上波导层的折射率。
下面参考图7至图9详细介绍半导体发光结构的制备方法。
参考图7，提供半导体衬底层100；在所述半导体衬底层100的一侧形成下限制层110；在下限制层110背离所述半导体衬底层100的一侧形成下波导层120；在下波导层120背离半导体衬底层100的一侧形成有源层130。
参考图8和图9，在有源层130的一侧形成上波导限制结构。
在有源层130的一侧形成上波导限制结构的步骤为：在所述有源层130背离所述半导体衬底层100的一侧形成上波导限制结构。
形成所述上波导限制结构的步骤包括：参考图8，形成上波导层140，形成所述上波导层140的步骤包括：形成第一子上波导层141；在第一子上波导层141背离所述有源层130的一侧形成第二子上波导层142；参考图9，在所述第二子上波导层142中形成若干个间隔设置的第一折射率调整件160，且所述第一折射率调整件160未延伸至第一子上波导层141，所述第一折射率调整件160的折射率小于所述第二子上波导层142的折射率。
参考图9，在所述第二子上波导层142背离所述有源层130的一侧形成接触层150；在形成第一折射率调整件160的步骤中，所述第一折射率调整件160还延伸至接触层150中。
在其他实施例中，可以不形成接触层。
本实施例中，所述半导体发光结构还包括：形成正面电极层（未图示），正面电极层位于接触层150背离所述半导体衬底层100的一侧，接触层150用于降低上波导层140和正面电极层的接触电阻；形成背面电极层，背面电极层位于半导体衬底层100背离有源层130的一侧表面。
实施例3
本实施例提供一种半导体发光结构，参考图10，半导体发光结构包括：有源层230；位于所述有源层230一侧的上波导限制结构；所述上波导限制结构包括：上波导层240，所述上波导层240包括第一子上波导层241和第二子上波导层242，所述第二子上波导层242位于所述第一子上波导层241背离所述有源层230的一侧；位于所述第二子上波导层242中的若干个间隔设置的第一折射率调整件260，且所述第一折射率调整件260未延伸至第一子上波导层241中，所述第一折射率调整件260的折射率小于所述第二子上波导层242的折射率；位于所述有源层230背离所述上波导限制结构一侧的下波导层220；所述下波导层220包括第一子下波导层221和位于第一子下波导层221和有源层230之间的第二子下波导层222；位于所述第一子下波导层221中的若干间隔设置的第二折射率调整件270；下波导层220背离有源层230的一侧未设置半导体衬底层和下限制层。
第二折射率调整件270贯穿第一子下波导层221。
在一个实施例中，所述第二折射率调整件270对于波长为500nm至1200nm范围内的光的折射率小于2.5。
在一个实施例中，第一子下波导层221的折射率大于或等于第二子下波导层222的折射率。
在一个实施例中，第一子下波导层221的折射率和所述第二折射率调整件270的折射率之差为1~2.5。若第一子下波导层221的折射率和第二折射率调整件270的折射率之差过小，则起到提升光场限制作用的程度较小；若第一子下波导层221的折射率和第二折射率调整件270的折射率之差过大，则对第二折射率调整件270的材料选择受限。
在一个实施例中，所述第二折射率调整件270对于波长为500nm至1200nm范围内的光的吸收系数小于或等于0.03。好处在于：对半导体发光结构的腔内产生的光的损耗较小。
在一个实施例中，所述第二折射率调整件270的材料包括氧化铟锡、氧化硅、氮化硅、氧化铝、CaF2、HfO2、MgO或ZrO2。
在一个实施例中，所述第二子下波导层222的厚度与所述第一子下波导层221的厚度之比为1：5~5：1。若第二子下波导层222的厚度与所述第一子下波导层221的厚度之比小于1：5，第一子下波导层221的厚度过厚，则造成工艺浪费；若第二子下波导层222的厚度与所述第一子下波导层221的厚度之比大于5：1，则提高对光场限制的能力较弱。
在一个实施例中，每个所述第二折射率调整件270沿着所述半导体发光结构的出光方向的尺寸小于λ/2n2，λ为半导体发光结构的发光波长，n2为第二折射率调整件270的折射率。
在一个实施例中，相邻的所述第二折射率调整件270之间的间隔小于λ/2n3，λ为半导体发光结构的发光波长，n3为第一子下波导层221的折射率。
在一个实施例中，所述第二折射率调整件270的形状包括圆台状、方形台状或条状。
在一个实施例中，若干个第二折射率调整件270在所述半导体发光结构的出光方向上均匀分布。
在另一个实施例中，若干个第二折射率调整件270非均匀分布。
在另一个实施例中，第二折射率调整件270的数量沿着所述半导体发光结构的出光方向递增。好处在于：调节半导体发光结构中的光场分布以及电注入分布，加强半导体发光结构的散热性能，进一步提升半导体发光结构的电光转换效率。
在一个实施例中，所述下波导层220的材料包括掺杂导电离子的AlxGa1-xAs，其中，x为0~0.45，在一个实施例中，x大于零且小于或等于0.45。
在一个实施例中，所述第一子下波导层221的掺杂浓度大于所述第二子下波导层222的掺杂浓度。好处在于：使得下波导层220的导电能力提高，降低半导体发光结构的电阻；第二子下波导层222的掺杂浓度相对较小，这样第二子下波导层222中的导电离子对光的吸收损耗较小。
在一个实施例中，所述第一子下波导层221的掺杂浓度为所述第二子下波导层222的掺杂浓度的2倍~1000倍，例如10倍、100倍、500倍或1000倍。
在一个实施例中，第一子下波导层221的掺杂浓度为×1017atom/cm3~1×1020atom/cm3。第二子下波导层222的掺杂浓度为1015atom/cm3~1×1018atom/cm3。
本实施例中，所述半导体发光结构还包括：接触层250，位于第二子上波导层242背离第一子上波导层241的一侧表面，所述第一折射率调整件260还延伸至接触层250中。
本实施例中，所述半导体发光结构还包括：正面电极层（未图示），正面电极层位于接触层250背离所述半导体衬底层200的一侧，接触层250用于降低上波导层240和正面电极层的接触电阻；背面电极层，背面电极层位于第一子下波导层221背离第二子下波导层222的一侧表面。
在其他实施例中，还可以不设置接触层。
实施例4
本实施例提供一种半导体发光结构的制备方法，包括：提供半导体衬底层；在所述半导体衬底层的一侧表面形成下波导层；所述下波导层包括第一子下波导层和位于第一子下波导层背离半导体衬底层一侧的第二子下波导层；在所述下波导层背离所述半导体衬底层的一侧形成有源层；在有源层的一侧形成上波导限制结构的步骤为：在所述有源层背离所述半导体衬底层的一侧形成上波导限制结构；形成所述上波导限制结构的步骤包括：形成上波导层，形成所述上波导层的步骤包括：形成第一子上波导层；在第一子上波导层背离所述有源层的一侧形成第二子上波导层；在所述第二子上波导层中形成若干个间隔设置的第一折射率调整件，且所述第一折射率调整件未延伸至第一子上波导层，所述第一折射率调整件的折射率小于所述第二子上波导层的折射率；所述半导体发光结构的制备方法还包括：形成上波导限制结构之后，去除半导体衬底层；去除半导体衬底层之后，在所述第一子下波导层中形成若干第二折射率调整件，且所述第二折射率调整件未延伸至第二子下波导层中，所述第二折射率调整件的折射率小于所述第一子下波导层的折射率。
参考图11，提供半导体衬底层200；在所述半导体衬底层200的一侧表面形成下波导层220；所述下波导层220包括第一子下波导层221和位于第一子下波导层221和背离半导体衬底层200一侧的第二子下波导层222；在所述下波导层220背离所述半导体衬底层200的一侧形成有源层230；形成上波导层240，形成所述上波导层240的步骤包括：形成第一子上波导层241；在第一子上波导层241背离所述有源层230的一侧形成第二子上波导层242。
本实施例中，还包括：在第二子上波导层242背离第一子上波导层241的一侧形成接触层250。
参考图12，在所述第二子上波导层242中形成若干个间隔设置的第一折射率调整件260，且所述第一折射率调整件260未延伸至第一子上波导层241，所述第一折射率调整件260的折射率小于所述第二子上波导层242的折射率。
本实施例中，在形成第一折射率调整件260的步骤中，第一折射率调整件260还延伸至接触层250中。
参考图13，形成上波导限制结构之后，去除半导体衬底层200。
参考图14，去除半导体衬底层200之后，在所述第一子下波导层221中形成若干第二折射率调整件270，且所述第二折射率调整件270未延伸至第二子下波导层222中，所述第二折射率调整件270的折射率小于所述第一子下波导层221的折射率。
本实施例中，还包括：形成正面电极层（未图示），正面电极层位于接触层250背离所述半导体衬底层200的一侧，接触层250用于降低上波导层240和正面电极层的接触电阻；形成背面电极层，背面电极层位于第一子下波导层221背离第二子下波导层222的一侧表面。
在其他实施例中，还可以不设置接触层。
实施例5
本实施例还提供一种封装模组，包括：热沉；实施例1或实施例3的半导体发光结构；半导体发光结构位于所述热沉上；上波导层位于有源层和热沉之间。所述正面电极层与热沉焊接在一起。
对比例
对比例提供一种半导体发光结构，包括：半导体衬底层11；位于半导体衬底层11上的下限制层12；位于下限制层12上的下波导层13；位于下波导层上的有源层14；位于有源层14上的上波导层15；位于上波导层15上的上限制层16；位于上限制层16上的接触层17。
图15为对比例的半导体发光结构的光场分布曲线和折射率曲线，图15中的横轴为外延厚度方向的位置，横轴从左至右依次为半导体衬底层11、下限制层12、下波导层13、有源层14、上波导层15、上限制层16和接触层17。
图15中的曲线L1为对比例1的半导体发光结构中的光场分布，曲线L2为半导体发光结构中各膜层的折射率。
对比例中，下限制层12和下波导层13的折射率差较小，小于1，限制光场能力弱。上限制层16和上波导层15的折射率差较小，小于1，限制光场能力弱。如图15所示，在下限制层12和上限制层16内的光场（如虚线圈中）仍然较强，该区域的载流子对光有较多的吸收损耗，该半导体发光结构的电光转换效率不佳。
图16为实施例1的半导体发光结构的光场分布曲线和折射率曲线。图16中的曲线L11为实施例1的半导体发光结构中的光场分布，曲线L21为半导体发光结构中各膜层的折射率。图16中的横轴为外延厚度方向的位置，横轴从左至右依次为半导体衬底层100、下限制层110、下波导层120、有源层130、第一子上波导层141、第二子上波导层142和第一折射率调整件160的复合层、接触层150。从图16中可见，第二子上波导层142和第一折射率调整件160的复合层的平均折射率小于第一子上波导层141的折射率，第一子上波导层141的折射率与第二子上波导层142和第一折射率调整件160的复合层的平均折射率产生较大的差异。且第二子上波导层142和第一折射率调整件160的复合层的平均折射率小于对比例中的上限制层的折射率。实施例1中，第二子上波导层142和第一折射率调整件160的复合层对光场的限制能力较强，有源层130背离半导体衬底层100的一侧的光场几乎不透入第二子上波导层142和第一折射率调整件160的复合层。
图17为实施例3的半导体发光结构的光场分布曲线和折射率曲线。图17中的曲线L12为实施例3的半导体发光结构中的光场分布，曲线L22为半导体发光结构中各膜层的折射率。图17中的横轴为外延厚度方向的位置，横轴从左至右依次为第一子下波导层221和第二折射率调整件270的复合层、第二子下波导层222、有源层230、第一子上波导层241、第二子上波导层242和第一折射率调整件260的复合层、接触层250。从图17中可见，第二子上波导层242和第一折射率调整件260的复合层的平均折射率小于第一子上波导层241的折射率，第一子上波导层241的折射率与第二子上波导层242和第一折射率调整件260的复合层的平均折射率产生较大的差异。且第二子上波导层242和第一折射率调整件260的复合层的平均折射率小于对比例中的上限制层的折射率。第一子下波导层221和第二折射率调整件270的复合层的平均折射率小于第二子下波导层222的折射率。第二子下波导层222的折射率与第一子下波导层221和第二折射率调整件270的复合层的平均折射率与产生较大的差异。实施例3中，第一子下波导层221和第二折射率调整件270的复合层对光场的限制能力较强，有源层230朝向半导体衬底层100的一侧的光场几乎不透入第一子下波导层221和第二折射率调整件270的复合层。第二子上波导层242和第一折射率调整件260的复合层对光场的限制能力较强，有源层230背离半导体衬底层100的一侧的光场几乎不透入第二子上波导层242和第一折射率调整件260的复合层。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (23)

1.一种半导体发光结构，其特征在于，包括：
有源层；
位于所述有源层一侧的上波导限制结构；
所述上波导限制结构包括：上波导层，所述上波导层包括第一子上波导层和第二子上波导层，所述第二子上波导层位于所述第一子上波导层背离所述有源层的一侧，所述第二子上波导层的厚度与所述第一子上波导层的厚度之比为1：5~5：1；位于所述第二子上波导层中的若干个间隔设置的第一折射率调整件，且所述第一折射率调整件未延伸至第一子上波导层中，所述第一折射率调整件的折射率小于所述第二子上波导层的折射率；
其中，每个所述第一折射率调整件沿着所述半导体发光结构的出光方向的尺寸小于λ/2n，相邻的所述第一折射率调整件之间的间隔小于λ/2n1，λ为半导体发光结构的发光波长，n为第一折射率调整件的折射率，n1为第二子上波导层的折射率。
2.根据权利要求1所述的半导体发光结构，其特征在于，所述第一折射率调整件对于波长为500nm至1200nm范围内的光的折射率小于2.5。
3.根据权利要求1所述的半导体发光结构，其特征在于，所述第一折射率调整件对于波长为500nm至1200nm范围内的光的吸收系数小于或等于0.03。
4.根据权利要求1所述的半导体发光结构，其特征在于，所述第一折射率调整件的材料包括氧化铟锡、氧化硅、氮化硅、氧化铝、CaF2、HfO2、MgO或ZrO2。
5.根据权利要求1所述的半导体发光结构，其特征在于，所述上波导层的总厚度为0.1微米~5微米。
6.根据权利要求1所述的半导体发光结构，其特征在于，所述第一折射率调整件的形状包括圆台状、方形台状或条状。
7.根据权利要求1所述的半导体发光结构，其特征在于，若干个第一折射率调整件在所述半导体发光结构的出光方向上均匀分布。
8.根据权利要求1所述的半导体发光结构，其特征在于，若干个第一折射率调整件非均匀分布。
9.根据权利要求8所述的半导体发光结构，其特征在于，所述第一折射率调整件的数量沿着所述半导体发光结构的出光方向递增。
10.根据权利要求1所述的半导体发光结构，其特征在于，所述第二子上波导层的掺杂浓度大于所述第一子上波导层的掺杂浓度。
11.根据权利要求1所述的半导体发光结构，其特征在于，所述上波导层的材料包括掺杂导电离子的AlxGa1-xAs，其中，x为0~0.45。
12.根据权利要求1所述的半导体发光结构，其特征在于，还包括：接触层，位于所述第二子上波导层背离第一子上波导层的一侧且与第二子上波导层接触；所述第一折射率调整件还延伸至接触层中。
13.根据权利要求1所述的半导体发光结构，其特征在于，还包括：半导体衬底层，位于所述有源层背离所述上波导限制结构的一侧；位于所述半导体衬底层和所述有源层之间的下限制层；
位于所述下限制层和所述有源层之间的下波导层。
14.根据权利要求1所述的半导体发光结构，其特征在于，还包括：位于所述有源层背离所述上波导限制结构一侧的下波导层；所述下波导层包括第一子下波导层和位于第一子下波导层和有源层之间的第二子下波导层；位于所述第一子下波导层中的若干第二折射率调整件；下波导层背离有源层的一侧未设置半导体衬底层和下限制层。
15.根据权利要求14所述的半导体发光结构，其特征在于，所述第二折射率调整件对于波长为500nm至1200nm范围内的光的折射率小于2.5。
16.根据权利要求14所述的半导体发光结构，其特征在于，所述第二折射率调整件的材料包括氧化铟锡、氧化硅、氮化硅或氧化铝、CaF2、HfO2、MgO或ZrO2。
17.根据权利要求14所述的半导体发光结构，其特征在于，每个所述第二折射率调整件沿着所述半导体发光结构的出光方向的尺寸小于λ/2n2，λ为半导体发光结构的发光波长，n2为第二折射率调整件的折射率。
18.根据权利要求14所述的半导体发光结构，其特征在于，相邻的所述第二折射率调整件之间的间隔小于λ/2n3，λ为半导体发光结构的发光波长，n3为第一子下波导层的折射率。
19.一种形成权利要求1至18任意一项所述的半导体发光结构的制备方法，其特征在于，包括：
形成有源层；
在有源层的一侧形成上波导限制结构；
形成所述上波导限制结构的步骤包括：形成上波导层，形成所述上波导层的步骤包括：形成第一子上波导层；在第一子上波导层背离所述有源层的一侧形成第二子上波导层；在所述第二子上波导层中形成若干个间隔设置的第一折射率调整件，且所述第一折射率调整件未延伸至第一子上波导层，所述第一折射率调整件的折射率小于所述第二子上波导层的折射率。
20.根据权利要求19所述的半导体发光结构的制备方法，其特征在于，还包括：在所述第二子上波导层背离所述有源层的一侧形成接触层；在形成第一折射率调整件的步骤中，所述第一折射率调整件还延伸至接触层中。
21.根据权利要求19所述的半导体发光结构的制备方法，其特征在于，还包括：提供半导体衬底层；在所述半导体衬底层的一侧形成下限制层；在下限制层背离所述半导体衬底层的一侧形成下波导层；
形成有源层的步骤为：在所述下波导层背离所述半导体衬底层的一侧形成有源层；在有源层的一侧形成上波导限制结构的步骤为：在所述有源层背离所述半导体衬底层的一侧形成上波导限制结构。
22.根据权利要求19所述的半导体发光结构的制备方法，其特征在于，还包括：提供半导体衬底层；在所述半导体衬底层的一侧表面形成下波导层；所述下波导层包括第一子下波导层和位于第一子下波导层背离半导体衬底层一侧的第二子下波导层；
形成有源层的步骤为：在所述下波导层背离所述半导体衬底层的一侧形成有源层；在有源层的一侧形成上波导限制结构的步骤为：在所述有源层背离所述半导体衬底层的一侧形成上波导限制结构；
所述半导体发光结构的制备方法还包括：形成上波导限制结构之后，去除半导体衬底层；去除半导体衬底层之后，在所述第一子下波导层中形成若干第二折射率调整件，且所述第二折射率调整件未延伸至第二子下波导层中，所述第二折射率调整件的折射率小于所述第一子下波导层的折射率。
23.一种封装模组，其特征在于，包括：
热沉；
权利要求1至18任意一项所述的半导体发光结构；半导体发光结构位于所述热沉上；上波导层位于有源层和热沉之间。
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