氮化镓基半导体激光器及其制作方法技术

本发明专利技术提出了一种氮化镓基半导体激光器，包括衬底和设于衬底底部的底电极以及依次层叠设置于衬底顶部的外延结构、绝缘层、顶电极，外延结构的顶部具有脊形半导体层，脊形半导体层具有第一脊形部和欧姆接触层，欧姆接触层设于第一脊形部上，绝缘层设有开口，开口的宽度小于欧姆接触层的宽度，顶电极通过开口与欧姆接触层接触。由于开口的宽度小于第一脊形部的宽度，使得第一脊形部中央的载流子密度大于第一脊形部两侧的载流子密度，基模的增益只有很小的降低，而高阶模的增益则降低很多，同时，由于第一脊形部的宽度足够大，可以增加氮化镓基半导体激光器的光功率，从而形成了具有较高光功率的单基模氮化镓基半导体激光器。

【技术实现步骤摘要】
氮化镓基半导体激光器及其制作方法
本专利技术属于半导体器件领域，尤其涉及一种氮化镓基半导体激光器结构。
技术介绍
氮化镓(GaN)基激光器以其体积小、寿命长、耦合效率高、结构简单的特点使其迅速崛起并且在激光显示、激光照明、激光打印、高分辨光刻等涵盖民用、军事等诸多领域中发挥着重要作用。与此同时，诸多领域对GaN基激光器的单模性也提出了更高要求。脊形波导结构具有结构简单、稳定、易加工的优点，因此该结构被广泛应用于GaN基激光器的设计中。然而，对于脊形波导结构而言，由于光波导导引机制的竞争和模式竞争同时存在，使得侧向模式控制更为困难，当注入载流子变化时，有源区不能很好地限制住侧向电流及光场，从而使得激光器内部产生多模激荡。虽然通过减小脊形部宽度、严格控制刻蚀深度可以增强侧向有效折射率、限制模式数量，但是，这样将会因为注入电流密度减小而使得激光器的光功率也相应降低，难以实现大功率的要求。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本专利技术提供一种氮化镓基半导体激光器及其制作方法，能够实现基模激荡的同时增加光功率。本专利技术采用了如下的技术方案：一种氮化镓基半导体激光器，包括衬底、设于所述衬底底部的底电极以及依次层叠设置于所述衬底顶部的外延结构、绝缘层、顶电极，所述外延结构的顶部具有脊形半导体层，所述脊形半导体层具有第一脊形部和欧姆接触层，所述欧姆接触层设于所述第一脊形部上，所述绝缘层设有开口，所述开口的宽度小于所述第一脊形部的宽度，所述顶电极通过所述开口与所述欧姆接触层接触。>优选地，所述脊形半导体层还具有第二脊形部，所述第二脊形部设于所述第一脊形部上，所述第二脊形部的宽度小于所述第一脊形部的宽度，所述欧姆接触层设于所述第二脊形部上，所述第二脊形部和所述欧姆接触层位于所述开口内。优选地，所述第二脊形部的厚度为0.1～0.2μm。优选地，所述开口的宽度为3～5μm。优选地，所述第一脊形部的宽度为10～15μm。优选地，所述外延结构包括依次层叠设置于所述衬底顶部的下限制层、下波导层、有源层、上波导层、电子阻挡层、上限制层，所述上限制层为所述脊形半导体层。优选地，所述衬底的材质为氮化镓，所述下限制层的材质为N型掺杂的氮化铝镓，所述下波导层的材质为N型掺杂的氮化镓，所述上波导层的材质为氮化镓，所述电子阻挡层的材质为P型掺杂的氮化铝镓，所述第一脊型部的材质为P型掺杂的氮化铝镓，所述欧姆接触层的材质为P型掺杂的氮化镓，所述绝缘层的材质为二氧化硅，所述有源层为量子阱，其包括多个周期交替生长的氮化镓势垒层和氮化铟镓势阱层。本专利技术还提供了一种氮化镓基半导体激光器的制作方法，所述制作方法包括步骤：提供一衬底；在所述衬底的顶部生长形成外延结构，所述外延结构的顶部具有脊形半导体层，所述脊形半导体层具有第一脊形部和欧姆接触层，所述欧姆接触层设于所述第一脊形部上；在所述外延结构上形成绝缘层，所述绝缘层设有开口，所述开口的宽度小于所述第一脊形部的宽度；在所述绝缘层上形成顶电极，所述顶电极通过所述开口与所述欧姆接触层接触；在所述衬底的底部形成底电极。优选地，在所述衬底的顶部生长形成外延结构具体包括：在所述衬底的顶部依次生长形成下限制层、下波导层、有源层、上波导层、电子阻挡层、上限制材料层；刻蚀所述上限制材料层，以形成脊形部层；刻蚀所述脊形部层，以形成脊形半导体层，所述脊形半导体层具有第一脊形部、第二脊形部和欧姆接触层，所述第二脊形部设于所述第一脊形部上，所述第二脊形部的宽度小于所述第一脊形部的宽度，所述欧姆接触层设于所述第二脊形部上。本专利技术中的氮化镓(GaN)基激光器包括依次层叠设置于所述衬底顶部的外延结构、绝缘层、顶电极，外延结构的顶部具有脊形半导体层，所述脊形半导体层具有第一脊形部和欧姆接触层，所述绝缘层设有开口，所述开口的宽度小于所述第一脊形部的宽度，所述顶电极通过所述开口与所述欧姆接触层接触。由于开口的宽度小于第一脊形部的宽度，即第一脊形部的顶部与顶电极之间的接触面的宽度小于第一脊形部的宽度，使得第一脊形部中央的载流子密度大于第一脊形部两侧的载流子密度，基模的增益只有很小的降低，而高阶模的增益则降低很多，同时，由于第一脊形部的宽度足够大，可以增加氮化镓基半导体激光器的光功率，从而形成了具有较高光功率的单基模氮化镓基半导体激光器。附图说明下面结合附图，通过对本专利技术的具体实施方式详细描述，将使本专利技术的技术方案及其它有益效果显而易见。的图1为实施例1中的氮化镓基半导体激光器的结构示意图；图2a～2e为实施例1中的氮化镓基半导体激光器的制作方法示意图；图3为实施例2中的氮化镓基半导体激光器的结构示意图；图4a～4g为实施例2中的氮化镓基半导体激光器的制作方法示意图。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。实施例1如图1所示，本实施例提供的氮化镓基半导体激光器包括衬底1、设于衬底1底部的底电极4b以及依次层叠设置于衬底1顶部的外延结构2、绝缘层3、顶电极4a。外延结构2的顶部具有脊形半导体层，脊形半导体层具有第一脊形部2a和欧姆接触层27，欧姆接触层27设于第一脊形部2a上，绝缘层3设有开口3a，开口3a的宽度小于第一脊形部2a的宽度，顶电极4a通过开口3a与欧姆接触层27接触。欧姆接触层27至少完全覆盖第一脊型部2a的顶部，其面积与第一脊型部2a的面积相等。欧姆接触层27用于与顶电极4a形成欧姆接触。绝缘层3覆盖于外延结构2未被欧姆接触层27覆盖的表面并延伸至欧姆接触层27的边缘，开口3a位于欧姆接触层27的顶部。本实施例中，由于开口3a的宽度小于第一脊形部2a的宽度，即第一脊形部2a的顶部与顶电极之间的接触面的宽度小于第一脊形部2a的宽度，使得第一脊形部2a中央的载流子密度大于第一脊形部2a两侧的载流子密度，使得基模的增益只有很小的降低，而高阶模的增益则降低很多，同时，由于第一脊形部2a的宽度足够大，可以增加氮化镓基半导体激光器的光功率，从而形成了具有较高光功率的单基模氮化镓基半导体激光器。本实施例中，第一脊形部2a的厚度大于欧姆接触层27的厚度，在实际制作过程中，第一脊形部2a的厚度根据欧姆接触层27的厚度来确定。开口3a的宽度为3～5μm，第一脊形部2a的宽度为10～15μm。例如，开口3a的宽度为3μm、4μm、5μm，第一脊形部2a的宽度为10μm、12μm、15μm。第一脊形部2a的宽度能够保证整个氮化镓基半导体激光器具有较高的光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氮化镓基半导体激光器，其特征在于，包括衬底(1)、设于所述衬底(1)底部的底电极(4b)以及依次层叠设置于所述衬底(1)顶部的外延结构(2)、绝缘层(3)、顶电极(4a)，所述外延结构(2)的顶部具有脊形半导体层，所述脊形半导体层具有第一脊形部(2a)和欧姆接触层(27)，所述欧姆接触层(27)设于所述第一脊形部(2a)上，所述绝缘层(3)设有开口(3a)，所述开口(3a)的宽度小于所述第一脊形部(2a)的宽度，所述顶电极(4a)通过所述开口(3a)与所述欧姆接触层(27)接触。/n

【技术特征摘要】
1.一种氮化镓基半导体激光器，其特征在于，包括衬底(1)、设于所述衬底(1)底部的底电极(4b)以及依次层叠设置于所述衬底(1)顶部的外延结构(2)、绝缘层(3)、顶电极(4a)，所述外延结构(2)的顶部具有脊形半导体层，所述脊形半导体层具有第一脊形部(2a)和欧姆接触层(27)，所述欧姆接触层(27)设于所述第一脊形部(2a)上，所述绝缘层(3)设有开口(3a)，所述开口(3a)的宽度小于所述第一脊形部(2a)的宽度，所述顶电极(4a)通过所述开口(3a)与所述欧姆接触层(27)接触。


2.根据权利要求1所述的氮化镓基半导体激光器，其特征在于，所述脊形半导体层还具有第二脊形部(2b)，所述第二脊形部(2b)设于所述第一脊形部(2a)上，所述第二脊形部(2b)的宽度小于所述第一脊形部(2a)的宽度，所述欧姆接触层(27)设于所述第二脊形部(2b)上，所述第二脊形部(2b)和所述欧姆接触层(27)位于所述开口(3a)内。


3.根据权利要求2所述的氮化镓基半导体激光器，其特征在于，所述第二脊形部(2b)的厚度为0.1～0.2μm。


4.根据权利要求1-3任一所述的氮化镓基半导体激光器，其特征在于，所述开口(3a)的宽度为3～5μm。


5.根据权利要求4所述的氮化镓基半导体激光器，其特征在于，所述第一脊形部(2a)的宽度为10～15μm。


6.根据权利要求1所述的氮化镓基半导体激光器，其特征在于，所述外延结构(2)包括依次层叠设置于所述衬底(1)顶部的下限制层(21)、下波导层(22)、有源层(23)、上波导层(24)、电子阻挡层(25)、上限制层(26)，所述上限制层(26)为所述脊形半导体层。


7.根据权利要求6所述的氮化镓基半导体激光器，其特征在于，所述衬底(1)的材质为氮化镓，所述下...

【专利技术属性】
技术研发人员：任霄钰，李德尧，刘建平，张立群，张书明，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