具有低吸收二极管结的激光二极管制造技术

一种激光二极管，具有在衬底上生长的多个半导体外延层。该二极管包括两个ｎ型材料层之间的发光层。在有源层与ｎ型材料层之间设置ｐ型材料薄层。该二极管包括与衬底邻接的ｎ型掺杂材料层，并包括ｎ型掺杂材料层与ｐ型掺杂材料层之间的有源层。另有一个ｎ型掺杂材料层位于ｐ型掺杂材料层与接触层之间。接触层加有偏压，以诱导有源区中空穴和电子的复合，并因此产生光。光沿着有源层、ｐ型掺杂材料层在两个ｎ型掺杂材料层中传播。接触层与ｐ型掺杂材料层之间的ｎ型掺杂材料层的存在减少了激光二极管内部被吸收的光子数量。这改善了激光二极管的能量转换效率、电流需求和最终寿命。相邻的ｐ型掺杂材料层与ｎ型掺杂材料层均包括重掺杂的隧道层，使得即使这两层之间的结加有反向偏压，隧道电流也能够流动。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的主题总体涉及激光二极管领域。2.背景信息激光二极管应用在各种系统中。例如，激光二极管在光纤通讯系统中作为光源使用。人们通常希望提高激光二极管的输出功率和能量转换效率。附图说明图1给出了激光二极管1的示范性结构。激光二极管1包括n型掺杂材料层2和p型掺杂材料层3，两者由有源层4进行隔离。n型掺杂层和p型掺杂层产生二极管结。电流通过接触层5注入激光二极管1中。电流诱导电子和空穴从n型掺杂层2和p型掺杂层3中迁移到有源层4中。空穴和电子复合而产生光子的受激发射。激光二极管1也可以有上覆层6和下覆层7，为有源层4中产生的光形成波导。但是，大多数激光二极管的p型掺杂层的光吸收率高。高的p型掺杂层光吸收率会降低激光二极管的能量转换效率，从而使需要的电流增大，进而增加在激光二极管内部产生的热量因而降低器件的使用寿命。另外p型掺杂层的电阻比n型掺杂层高，这进一步降低了电-光转换效率。激光二极管包括位于p型掺杂材料层和n型掺杂材料层之间的有源层。p型掺杂材料层邻近衬底。激光二极管还具有接触层。另一个n型掺杂材料层位于p型掺杂材料层与接触层之间。附图的简要说明图1是表示先有技术中激光二极管的各层的示意图。图2是激光二极管的示意图。图3是表示激光二极管的各层的示意图。详细描述本专利技术公开了一种在衬底上生长有多个半导体外延层的激光二极管。该二极管包括发光层，它位于两个n型材料层之间。p型材料薄层位于有源层与n型层之间。该二极管包括位于邻近衬底的n型掺杂材料层。该激光二极管还包括位于n型掺杂材料层与p型掺杂材料层之间的有源层。另有一个n型掺杂材料层位于p型掺杂材料层与接触层之间。接触层加有这样的偏压，以便在有源区中诱导空穴和电子的复合，从而产生光。光沿着有源层、p型掺杂材料层和在两个n型掺杂材料层中传播。接触层与p型掺杂材料层之间的n型掺杂材料层的存在减少了在激光二极管内部被吸收的光子的数量。这改进了激光二极管的能量转换效率、需要的电流以及最终的寿命。相邻的p型掺杂材料层与n型掺杂材料层均包括重掺杂的隧道层，使得即使这些层之间的结加有反向偏压时，隧道电流也能够通过。更详细地依据标号参考附图，图2是激光二极管10的一个实施例的例图。图2中给出的实施例只是示范性的，应该认识到激光二极管10还可以有其他的组合或结构。激光二极管10可以包括形成在半导体衬底14的两端上的一对部分反射镜12。激光二极管10还可以包括P-N结16和光波导18。图2中的激光二极管被称为法布里-珀罗(Fabry-Perot)激光二极管。虽然示出和描述了Fabry-Perot激光二极管，但应该认识到也可以应用其他类型的激光二极管。图3示出了激光二极管10的实施例中的不同层30、32、34、36、38、40、42和44。层30、32、34、36、38、40、42和44可以由本领域中公知的传统的镓铝砷或铟镓砷磷合金制成。虽然只描述了GaAs和InP基材料，但应该认识到也可以应用其他材料，描述的实施例只是示范性的。激光二极管10可以包括形成在衬底30上的下覆层32。衬底30可以是n型掺杂材料。下覆层32可以是n型掺杂InGaAsP或AlyGa1-yAs材料或者类似的半导体材料。多量子阱有源层34位于邻接n型掺杂下覆层32的位置。激光二极管10可以具有邻接有源层34的注入层36。注入层36可以是重掺杂的p型掺杂InGaAsP或AlyGa1-yAs材料。由重掺杂的p型掺杂材料形成的隧道层38可位于邻接注入层36的位置。例如，层38的材料可以是p型掺杂InGaAsP或AlxGa1-xAs材料。重掺杂的n型掺杂材料形成的隧道层40位于邻接p型掺杂隧道层38的位置。隧道层40可以是n型掺杂InGaAsP或AlzGa1-zAs材料。上覆层42位于邻接n型掺杂隧道层40的位置。上覆层42可以是轻掺杂的n型掺杂InP或AlxGa1-xAs材料。接触层44位于邻接上覆层42的位置。接触层44可以是含有重掺杂的n型掺杂InGaAs或GaAs材料的电接触层。可以通过首先在衬底30上形成层32、34和36来构造激光二极管10。然后其他的层38、40、42和44可以依次形成在层38上。所有的层都可以用公知的半导体外延生产工艺来形成。但这种工艺只是示范性的，应该认识到二极管10也可以用不同的、替代的等等步骤和工艺来形成。工作时，接触层44加有正向偏压以将电流注入到激光二极管10中。n型掺杂层32和p型掺杂层36之间的结加有正向偏压，而p型掺杂隧道层38与n型掺杂隧道层40之间的结加有反向偏压。p型掺杂层38与n型掺杂层40之间的二极管结的高场强和窄的耗尽层宽度使这个结即使加有反向偏压，隧道电流也能够通过。这个电流可以通过对层38和40进行合适的掺杂而进一步地增大，以产生雪崩效应。n型掺杂层32/p型掺杂层36二极管结的正向偏压及由此产生的电流为有源区34中空穴和电子的复合创造了条件。空穴和电子的复合产生光子的受激发射。激光二极管10产生的光束具有如图3所示的光强度分布。光的一部分沿着p型掺杂层以及n型掺杂层32，34，36，38和40传播。在现有技术的激光二极管中，位于有源区34上的层由光吸收率很高的p型掺杂材料构成。提供具有n型掺杂层40和42的激光二极管降低了对光子的吸收并提高了将电流转换成光子所需的能量效率。能量转换效率的提高降低了激光二极管所需要的电流。而电流降低会减少激光二极管10中产生的热量因而提高器件的使用寿命。n型掺杂层的电阻率还比掺杂率相近的p型掺杂层低；因此降低了串联工作电压，能量转换效率得到了提高。隧道层38和40使得即使在激光二极管10的上半部分存在n型掺杂材料层，电流也能够流动。虽然上面对本专利技术的某些典型实施例进行了描述，并将其表示在附图中，但应该认识到这样的实施例对范围宽的本专利技术而言只是解释性的，而不是限制性的，而且本专利技术并不限于图中示出的和已经描述过的特定的构造和配置，因为对本领域的普通技术人员来说可以进行各种其他的修改。权利要求1.一种激光二极管，它包括衬底；与所述衬底邻接的第一n型掺杂材料层；与所述n型掺杂材料层邻接的有源层；与所述有源层邻接的第一p型掺杂材料层；与所述第一p型掺杂材料层邻接的第二n型掺杂材料层；以及与所述第二n型掺杂材料层邻接的接触层。2.如权利要求1所述的激光二极管，其特征在于所述第二n型掺杂材料层包括重掺杂的n型掺杂隧道层和轻掺杂的n型掺杂上覆层。3.如权利要求1所述的激光二极管，其特征在于所述第一p型掺杂材料层包括轻掺杂的p型掺杂注入层和重掺杂的p型掺杂隧道层。4.如权利要求1所述的激光二极管，其特征在于所述接触层为n型掺杂的。5.一种激光二极管，它包括衬底；与所述衬底的n型掺杂材料邻接的下覆层；与所述n型掺杂材料的下覆层邻接的有源层；与所述有源层的轻掺杂的p型掺杂材料邻接的注入层；与所述轻掺杂的p型掺杂材料的注入层邻接的重掺杂的p型掺杂材料的隧道层；与所述重掺杂的p型掺杂材料的隧道层邻接的重掺杂的n型掺杂材料的隧道层；与所述重掺杂的n型掺杂材料的隧道层邻接的n型掺杂材料的上覆层；以及与所述n型掺杂材料的上覆层邻接的接触层。6.如权利要求5所述的激光二极管，其特征在于所述的接触层为n型掺杂的。7.一种生产激光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光二极管，它包括衬底；与所述衬底邻接的第一ｎ型掺杂材料层；与所述ｎ型掺杂材料层邻接的有源层；与所述有源层邻接的第一ｐ型掺杂材料层；与所述第一ｐ型掺杂材料层邻接的第二ｎ型掺杂材料层；以及与所述第二ｎ型掺杂材料层邻接的接触层。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JE昂加尔，
申请(专利权)人：昆特森斯光电技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]