半导体激光器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种半导体激光器，包括衬底以及依次叠层设置于该衬底上的下限制层、下波导层、量子阱有源区、上波导层以及上限制层，其中，所述上限制层的材料为透明导电氧化物。本发明专利技术还公开了如上所述半导体激光器的制备方法。本发明专利技术提供的半导体激光器中，通过使用透明导电氧化物替代P型氮化铝镓或者氮化铝镓/氮化镓超晶格作为上限制层的材料。由于透明导电氧化物可以在较低的温度下沉积，且具有较低的电阻率，因而可以减少上限制层的电阻率，降低激光器整体的串联电阻，同时减小量子阱有源区在上限制层生长过程中的热退化，提高激光器的性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体器件
，尤其涉及一种半导体激光器及其制备方法。
技术介绍
作为第三代半导体，氮化镓(GaN)及其系列材料(包括氮化铝、铝镓氮、铟镓氮、氮化铟)以其禁带宽度大、光谱范围宽(覆盖了从紫外到红外全波段)、耐高温性和耐腐蚀性好，在光电子学和微电子学领域内有巨大的应用价值。GaN基激光器是一种非常重要的GaN基光电子器件，由于其发射的光波在可见光波段，GaN基激光器在高密度光信息存储、投影显示、激光打印、水下通信、生物化学试剂的感应和激活以及医疗方面具有重要的应用价值。如图1所示的现有的一种氮化镓基半导体激光器，其包括氮化镓衬底101以及依次设置在氮化镓衬底101上的N型氮化镓层102、下限制层103、下波导层104、量子阱有源区105、电子阻挡层106、上波导层107以及上限制层108，通常地，上限制层108的材料为P型氮化铝镓或者P型氮化铝镓/氮化镓超晶格。采用P型氮化铝镓或者P型氮化铝镓/氮化镓超晶格作为上限制层的材料具有诸多劣势，最主要的有如下三个：(1)P型氮化铝镓或者P型氮化铝镓/氮化镓超晶格上限制层生长过程中会产生张应力，导致外延片开裂。这一特性限制了氮化铝镓层生长的组分与厚度，限制了激光器的结构设计。(2)P型氮化铝镓或者P型氮化铝镓/氮化镓超晶格上限制层的电阻率高，是氮化镓基激光器串联电阻的主要来源。(3)P型氮化铝镓或者P型氮化铝镓/氮化镓超晶格上限制层的生长温度通常在900℃以上，高于量子阱有源区的生长温度，会造成量子阱退化，影响激光器的性能。
技术实现思路
鉴于现有技术的不足，本专利技术提供了一种半导体激光器，其可以减少上限制层的电阻率，降低激光器整体的串联电阻，同时减小量子阱有源区在上限制层生长过程中的热退化，提高激光器的性能。为了实现上述的目的，本专利技术采用了如下的技术方案：一种半导体激光器，包括衬底以及依次叠层设置于该衬底上的下限制层、下波导层、量子阱有源区、上波导层以及上限制层，其中，所述上限制层的材料为透明导电氧化物。其中，所述衬底的材料为氮化镓、蓝宝石、碳化硅或者硅；所述下限制层的材料为氮化铝镓、氮化铝镓/氮化镓超晶格或透明导电氧化物；所述下波导层的材料为氮化铟镓、氮化镓或氮化铝镓；所述量子阱有源区中势阱层的材料为氮化铟镓，势垒层的材料为氮化镓或氮化铟镓；所述上波导层的材料为氮化铟镓、氮化镓或氮化铝镓。其中，所述透明导电氧化物包括一种或两种以上的金属氧化物；所述金属氧化物选自二元金属氧化物中的氧化锌、氧化镁、氧化锡、氧化镉或氧化铟，或者选自三元金属氧化物中的氧化铟锡、氧化铝锌、氧化镓锌、氧化铟锌、氧化镁锌或铟镓锌氧化物。其中，当所述透明导电氧化物包括两种以上的金属氧化物时，通过沉积工艺将两种以上的金属氧化物生长形成组分突变或者组分渐变的结构。其中，所述透明导电氧化物的导电类型为P型或N型。其中，该半导体激光器还包括一电子阻挡层，所述电子阻挡层设置于所述量子阱有源区与所述上波导层之间，或者是所述电子阻挡层设置于所述上波导层与所述上限制层之间。其中，所述下限制层朝向所述衬底的一侧连接有一N型氮化镓材料层，所述上限制层朝向所述上波导层的一侧还连接有一P型氮化镓材料层。其中，所述量子阱有源区包括n个势阱层和n+1个势垒层，其中，1≤n≤12。其中，该半导体激光器中形成的波导结构为增益波导或脊型波导。如上所述的半导体激光器的制备方法，包括在衬底上依次制备获得下限制层、下波导层、量子阱有源区、上波导层以及上限制层的工艺步骤，其特征在于，对于材料为透明导电氧化物的结构层，采用第一工艺生长形成；对于材料为非透明导电氧化物的结构层，采用第二工艺生长形成；其中，所述第一工艺为磁控溅射沉积工艺、电子束蒸发沉积工艺或脉冲激光沉积工艺，所述第二工艺为金属有机物化学气相沉积工艺或分子束外延生长工艺。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：通过使用透明导电氧化物替代P型氮化铝镓或者氮化铝镓/氮化镓超晶格作为上限制层的材料。由于透明导电氧化物可以在较低的温度下沉积，且具有较低的电阻率，因而可以减少上限制层的电阻率，降低激光器整体的串联电阻，同时减小量子阱有源区在上限制层生长过程中的热退化，提高激光器的性能。附图说明图1是现有的一种半导体激光器的结构示意图。图2是本专利技术一实施例提供的半导体激光器的结构示意图。图3是本专利技术另一实施例提供的半导体激光器的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本专利技术的实施方式仅仅是示例性的，并且本专利技术并不限于这些实施方式。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专利技术，在附图中仅仅示出了与根据本专利技术的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本专利技术关系不大的其他细节。如前所述，鉴于现有氮化镓基半导体激光器的典型缺陷，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案，其主要是通过使用透明导电氧化物替代P型氮化铝镓或者氮化铝镓/氮化镓超晶格作为上限制层的材料。由于透明导电氧化物可以在较低的温度下沉积，且具有较低的电阻率，因而可以减少上限制层的电阻率，降低激光器整体的串联电阻，同时减小量子阱有源区在上限制层生长过程中的热退化，提高激光器的性能。参阅图2，本实施例提供的半导体激光器包括衬底201以及依次叠层设置于该衬底201上的下限制层203、下波导层204、量子阱有源区205、上波导层207以及上限制层209。具体地，所述衬底201的材料可以选择为氮化镓、蓝宝石、碳化硅或者硅。所述下限制层203的材料可以选择为N型氮化铝镓、氮化铝镓/氮化镓超晶格或透明导电氧化物。所述下波导层204的材料可以选择为N型氮化铟镓、氮化镓或氮化铝镓。所述量子阱有源区205包括n个势阱层和n+1和势垒层，n≥1(比较优选的数值范围是1≤n≤12)；其中，势阱层的材料为氮化铟镓，势垒层的材料为氮化镓或氮化铟镓。所述上波导层207的材料可以选择为P型氮化铟镓、氮化镓或氮化铝镓。所述上限制层209的材料为透明导电氧化物。进一步地，在本实施例提供的半导体激光器中，如图2所示的，所述下限制层203和所述衬底201之间还设置有一N型氮化镓材料层202。所述上限制层209和所述上波导层207之间还设置有一P型氮化镓材料层208。其中，在该半导体激光器的P型侧还设置有一电子阻挡层206，电子阻挡层206位于所述量子阱有源区205与所述上波导层207之间；当然在另外的实施例中，所述电子阻挡层206也可以是设置于所述上波导层207与所述上限制层209之间。所述电子阻挡层206的材料为P型氮化铝镓。其中，所述透明导电氧化物包括一种或两种以上的金属氧化物；所述金属氧化物选自二元金属氧化物中的氧化锌、氧化镁、氧化锡、氧化镉或氧化铟，或者选自三元金属氧化物中的氧化铟锡(ITO)、氧化铝锌(AZO)、氧化镓锌(GZO)、氧化铟锌(IZO)、氧化镁锌(MZO)、铟镓锌氧化物(IGZO)。在此，应当理解为：用于制备形成上限制层209或者下限制层203的透明导电氧化物可以是一种二元金属氧化物，也可以是一种三元金属氧化物，也可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体激光器，包括衬底以及依次叠层设置于该衬底上的下限制层、下波导层、量子阱有源区、上波导层以及上限制层，其特征在于，所述上限制层的材料为透明导电氧化物。

【技术特征摘要】
1.一种半导体激光器，包括衬底以及依次叠层设置于该衬底上的下限制层、下波导层、量子阱有源区、上波导层以及上限制层，其特征在于，所述上限制层的材料为透明导电氧化物。2.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述衬底的材料为氮化镓、蓝宝石、碳化硅或者硅；所述下限制层的材料为氮化铝镓、氮化铝镓/氮化镓超晶格或透明导电氧化物；所述下波导层的材料为氮化铟镓、氮化镓或氮化铝镓；所述量子阱有源区中势阱层的材料为氮化铟镓，势垒层的材料为氮化镓或氮化铟镓；所述上波导层的材料为氮化铟镓、氮化镓或氮化铝镓。3.根据权利要求1或2所述的半导体激光器，其特征在于，所述透明导电氧化物包括一种或两种以上的金属氧化物；所述金属氧化物选自二元金属氧化物中的氧化锌、氧化镁、氧化锡、氧化镉或氧化铟，或者选自三元金属氧化物中的氧化铟锡、氧化铝锌、氧化镓锌、氧化铟锌、氧化镁锌或铟镓锌氧化物。4.根据权利要求3所述的半导体激光器，其特征在于，当所述透明导电氧化物包括两种以上的金属氧化物时，通过沉积工艺将两种以上的金属氧化物生长形成组分突变或者组分渐变的结构。5.根据权利要求3所述的半导体激光器，其特征在于，所述透明导电氧化物的导电类...

【专利技术属性】
技术研发人员：程洋，刘建平，张书明，李德尧，张立群，杨辉，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32