半导体激光器及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种半导体激光器，其包括衬底以及在所述衬底上依次叠层设置的下限制层、下波导层、量子阱有源区、上波导层以及上限制层；该半导体激光器还包括夹设于所述下波导层与所述量子阱有源区之间的空穴阻挡层。根据本发明专利技术的半导体激光器通过在下波导层与量子阱有源区之间制备空穴阻挡层，从而有效阻挡了空穴从量子阱有源区向下波导层、下限制层的N型区一侧泄露，提高了载流子的注入效率，从而提升了该半导体激光器的性能。本发明专利技术还公开了上述半导体激光器的制作方法。

Semiconductor laser and manufacturing method thereof

The invention discloses a semiconductor laser, which comprises a substrate and a substrate on which are layered setting the limit layer, a waveguide layer, a quantum well active region and waveguide layer, the upper limiting layer; the semiconductor laser also comprises a clamp arranged between the waveguide layer and the quantum well active region the hole blocking layer. According to the invention of the semiconductor laser by preparing a hole blocking layer between the waveguide layer and the quantum well active region, so as to effectively block the side N area leak holes from the quantum well active region down the waveguide layer, the lower limiting layer, improve the carrier injection efficiency, so as to enhance the performance of the semiconductor laser. The invention also discloses the manufacturing method of the semiconductor laser.

【技术实现步骤摘要】
半导体激光器及其制作方法
本专利技术属于半导体光电子器件
，具体地讲，涉及一种半导体激光器及其制作方法。
技术介绍
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。氮化镓基激光器是一种非常重要的氮化镓基光电子器件，由于其发射的光波在可见光波段，因此，氮化镓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。在氮化镓基激光器中，其主要分为三部分：由单量子阱或多量子阱形成的有源区、有源区一侧的为有源区提供电子的N型区、以及有源区另一侧的为有源区提供空穴的P型区。通过施加外加偏压驱动电子和空穴在垂直于结平面的方向上注入到有源区进行复合并产生光。通过侧面两端的解理镜面形成反馈腔，使得电子和空穴复合产生的光在腔内不断谐振并且形成波前平行于镜面的驻波。然而，在氮化镓基半导体激光器中，在N型区一侧易出现空穴泄露的问题，从而引起载流子的注入效率以及激光器的斜率效率降低的问题。
技术实现思路
为解决上述现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种半导体激光器及其制作方法，该半导体激光器内所具有的空穴阻挡层可以有效地阻挡空穴泄露，从而提高了载流子的注入效率。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用了如下的技术方案：一种半导体激光器，包括衬底以及在所述衬底上依次叠层设置的下限制层、下波导层、量子阱有源区、上波导层以及上限制层；所述半导体激光器还包括夹设于所述下波导层与所述量子阱有源区之间的空穴阻挡层。进一步地，还包括夹设于所述空穴阻挡层与所述量子阱有源区之间的量子垒层。进一步地，还包括电子阻挡层；其中，所述电子阻挡层夹设于所述量子阱有源区与所述上波导层之间或所述上波导层与所述上限制层之间。进一步地，所述空穴阻挡层的材料为经非故意掺杂或经N型掺杂的N型氮化镓、N型氮化铟镓、N型氮化铝镓中的任意一种。进一步地，当所述空穴阻挡层的材料为经N型掺杂的N型氮化镓、N型氮化铟镓、N型氮化铝镓中的任意一种时，掺杂浓度为1×1017cm-3～1×1020cm-3，施主杂质选自硅、锗中的至少一种。进一步地，所述施主杂质的掺杂方式选自均匀掺杂或渐变掺杂中的任意一种；其中，所述渐变掺杂包括线性变化掺杂、台阶状变化掺杂。进一步地，所述上限制层的形状呈平面状或脊型。进一步地，所述量子阱有源区包括n个量子阱结构，1≤n≤12；其中，所述量子阱结构包括按照远离所述衬底的方向叠层设置的一量子阱单层和一量子垒单层。进一步地，所述半导体激光器还包括夹设于所述衬底与所述下限制层之间的N型氮化镓材料层。本专利技术的另一目的还在于提供一种如上任一项所述的半导体激光器的制作方法，包括：提供一衬底；在所述衬底上依次叠层制备下限制层、下波导层、空穴阻挡层、量子阱有源区、上波导层以及上限制层。本专利技术通过在下波导层与量子阱有源区之间制备空穴阻挡层，从而有效阻挡了空穴从量子阱有源区向下波导层、下限制层的N型区一侧泄露；由此制备获得的半导体激光器，相比现有技术中的不具备空穴阻挡层的半导体激光器，提高了载流子的注入效率，从而提升了该半导体激光器的性能。附图说明通过结合附图进行的以下描述，本专利技术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是根据本专利技术的实施例1的半导体激光器的结构示意图；图2是根据本专利技术的实施例1的量子阱有源区的结构示意图；图3是根据本专利技术的实施例1的半导体激光器在电流密度为1000A/cm2的条件下，其内部的空穴浓度分布的模拟图；图4是根据本专利技术的对比例1的半导体激光器在电流密度为1000A/cm2的条件下，其内部的空穴浓度分布的模拟图；图5是根据本专利技术的对比例2的样品A的电致发光光谱图；图6是根据本专利技术的对比例2的样品B的电致发光光谱图；图7是根据本专利技术的实施例2的半导体激光器的结构示意图；图8是根据本专利技术的实施例3的半导体激光器的结构示意图。具体实施方式以下，将参照附图来详细描述本专利技术的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本专利技术，并且本专利技术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专利技术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专利技术的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。在附图中，为了清楚起见，可以夸大元件的形状和尺寸，并且相同的标号将始终被用于表示相同或相似的元件。将理解的是，尽管在这里可使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开来。实施例1图1是根据本实施例的半导体激光器的结构示意图。具体参照图1，根据本实施例的半导体激光器包括衬底1，以及在所述衬底1依次叠层设置的N型GaN材料层2、下限制层31、下波导层32、空穴阻挡层33、量子垒层34、量子阱有源区4、电子阻挡层51、上波导层52以及上限制层53。具体地，参照图2所示，量子阱有源区4包括交替叠层设置的至少一个量子阱单层41和至少一个量子垒单层42，且所述量子阱单层41与量子垒层34相邻，而量子垒单层42与电子阻挡层51相邻；在该量子阱有源区4内，量子阱单层41和量子垒单层42的个数相同，且二者的个数n均控制在1≤n≤12的范围内；在本实施例中，n的取值为3。也就是说，在所述量子阱有源区4内，包括有至少一个量子阱结构，而在每个量子阱结构中，均包括按照远离衬底1的方向叠层设置的一个量子阱单层41和一个量子垒单层42。更为具体地，在本实施例中，所述三个量子阱单层41分别记作第一量子阱单层411、第二量子阱单层412和第三量子阱单层413，对应地，三个量子垒单层42分别记作第一量子垒单层421、第二量子垒单层422和第三量子垒单层423，而三个量子阱单层41和三个量子垒单层42交替设置于量子垒层34上，形成如图2所示的结构。在本实施例中，衬底1的材料为氮化镓；所述N型氮化镓材料层2的厚度为2000nm，且其中掺杂有浓度为3×1018cm-3的硅；下限制层31的材料为N型氮化铝镓，厚度为1300nm，且其中掺杂有浓度为3×1018cm-3的硅；下波导层32的材料为N型氮化铟镓，厚度为100nm左右，且其经过了非故意掺杂；空穴阻挡层33的材料为N型氮化镓，厚度为15nm，且其中掺杂有浓度为2×1019cm-3的硅；量子垒层34的材料为氮化镓，厚度为15nm左右，且其经过了非故意掺杂。在量子阱有源区4中，量子阱单层41的材料为氮化铟镓，量子垒单层42的材料为氮化镓，且每一量子阱单层41和每一量子垒单层42均经过了非故意掺杂；每一量子阱单层41的厚度均为2.5nm左右，而每一量子垒单层42的厚度均为15nm左右。电子阻挡层51的材料为P型氮化铝镓，厚度为20nm，且其中掺杂有浓度为5×1019cm-3的镁；上波导层52的材料为氮化铟镓，厚度为100nm，且其中掺杂有浓度为1×1018cm-3的镁；上限制层53的材料为P型氮化铝镓，厚度为500nm，且其中掺杂有浓度为1×1019cm-3的镁。值得说明的是，在本实施例中，所述上限制层53的形状为平面状，如此，即使所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体激光器，包括衬底以及在所述衬底上依次叠层设置的下限制层、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，所述半导体激光器还包括夹设于所述下波导层与所述量子阱有源区之间的空穴阻挡层。

【技术特征摘要】
1.一种半导体激光器，包括衬底以及在所述衬底上依次叠层设置的下限制层、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，所述半导体激光器还包括夹设于所述下波导层与所述量子阱有源区之间的空穴阻挡层。2.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，还包括夹设于所述空穴阻挡层与所述量子阱有源区之间的量子垒层。3.根据权利要求2所述的半导体激光器，其特征在于，还包括电子阻挡层；其中，所述电子阻挡层夹设于所述量子阱有源区与所述上波导层之间或所述上波导层与所述上限制层之间。4.根据权利要求1至3任一项所述的半导体激光器，其特征在于，所述空穴阻挡层的材料为经非故意掺杂或经N型掺杂的N型氮化镓、N型氮化铟镓、N型氮化铝镓中的任意一种。5.根据权利要求4所述的半导体激光器，其特征在于，当所述空穴阻挡层的材料为经N型掺杂的N型氮化镓、N型氮化铟镓、N型氮化铝镓中的任意一种时，掺杂浓度为1×1017cm-3～1×1...

【专利技术属性】
技术研发人员：程洋，刘建平，田爱琴，冯美鑫，张峰，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