一种包括缓冲层和位于缓冲层之上的复合层的氮化物半导体分层结构。该缓冲层是一个包括ＡｌＮ的低温沉积的氮化物半导体材料层。该复合层是一个包括ＡｌＮ的单晶氮化物半导体材料层。该复合层包括临近缓冲层的第一亚层和位于该第一亚层之上第二亚层。该复合层的单晶氮化物半导体材料在第一亚层中具有第一ＡｌＮ摩尔分数以及在第二亚层中具有第二ＡｌＮ摩尔分数。第二ＡｌＮ摩尔分数大于第一ＡｌＮ摩尔分数。氮化物半导体激光器包括上述的氮化物半导体分层结构的一部分，并且还包括位于该复合层之上的光波导层和位于该光波导层之上的有源层。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及氮化物半导体分层结构，并且更具体而言是涉及一种氮化物半导体分层结构，该结构包括一个相对厚的包含AlN的单晶氮化物半导体材料的复合层，该复合层位于一个低温沉积的包含AlN的氮化物半导体材料的缓冲层上。因为激光器中的光波导层及其下面的包覆层所形成的光约束结构提供的光约束不够，所以这种常规激光器发出光的远场图显示出多峰，而不是想要的单峰。该光约束结构允许光从光波导层泄漏到包覆层下的接触层中。从而该接触层起到寄生光波导的作用，引起高次模中的的杂散激光振荡。该接触层被用来向该激光器的有源层中注入电流。获得足够光约束的尝试包括采用增加厚度的包覆层以及增大光波导层与包覆层半导体材料之间折射指数的差。但是在采用常规方式实施时，这些措施增大了激光器结构中裂缝的影响范围。这显著降低了产额。附图说明图1是常规氮化物半导体分层结构10的示意性的结构侧视图，采用这种分层结构可以制造常规的氮化物半导体激光器。在本公开中的所有半导体分层结构和半导体激光器的附图中，为更加清晰地展示这些层，这些层的厚度相对其宽度而言被极大地夸大了，较薄层厚度的夸大程度比起较厚层的厚度来说更大。氮化物半导体层10包括低温沉积的GaN缓冲层12、n型GaN的n接触层13、n型AlGaN的包覆层14、n型GaN的光波导层15、GaInN的有源层16、p型AlGaN的电子阻挡层17、p型GaN的光波导层18、p型AlGaN的包覆层19和p型GaN的p接触层20。层12到层20在衬底11上连续形成。衬底材料是蓝宝石、SiC、尖晶石、MgO、GaAs、硅或一些其它合适的材料。缓冲层12是在温度550℃条件下沉积的35纳米厚的GaN层，该温度低于发生单晶生长的温度。n接触层13是用约1×1018cm-3的硅进行n型掺杂的4微米厚的GaN层。包覆层14是600纳米厚的AlGaN，该层具有0.06的AlN摩尔分数并且采用约1×1018cm-3的Si进行n型掺杂。光波导层15是100纳米厚的采用约1×1018cm-3的Si进行n型掺杂的GaN层，有源层16包括5对亚层，每一对亚层包括3纳米厚的具有0.1的InN摩尔分数的GaInN亚层和6纳米厚的具有0.03的InN摩尔分数的AlGaN亚层。电子阻挡层17是15纳米厚的AlN摩尔分数为0.15的的并且用约5×1019cm-3的Mg进行p型掺杂的AlGaN层。光波导层18是100纳米厚的用约5×1019cm-3的Mg进行p型掺杂的GaN层。包覆层19是500纳米厚的具有0.06的AIN摩尔分数的并且用约5×1019cm-3的Mg进行p型掺杂的AlGaN层。P接触层20是100纳米厚的用约1×1020cm-3的Mg进行p型掺杂的GaN层。在日本专利申请no.H10-313993(在先申请)中对一种改进的氮化物半导体分层结构进行了描述，采用这种氮化物半导体分层结构可以制造出产生显示单峰远场图的光的激光器。该在先申请被转让给本申请的受让人并且已经于1998年10月16日提交。该在先申请的英语版已经作为国际申请WO00/24097被公开。本公开结合了该在先申请以作为参照。该在先申请中被公开的氮化物分层结构缺少图1所示的分层结构的电子阻挡层17，但是包括一个另外的位于n型GaN接触层13和n型AlGaN包覆层14之间的缓冲层。该另外的缓冲层是包括AlN的低温沉积的半导体材料层。该另外的缓冲层使得在其上生长的包覆层14具有增加的厚度和较低的裂缝影响范围。在先申请公开的氮化物半导体分层结构中，可以对包覆层的厚度和包覆层的AlN摩尔分数二者之一或二者都进行调节以使采用该分层结构制造的激光器发出的光具有一个显示出单峰远场图，该远场图表明在远场中的强度分布。虽然可以采用该在先申请中公开的分层结构来制造产生具有显示出单峰的远场图的光的激光器，但是人们需要结构比较简单的高质量的激光器。所以，所需要的氮化物半导体分层结构是简单的结构并且由该结构可以制造出产生其远场图显示出单峰的光的半导体激光器，并且它具有低的阈电流和低的功率消耗。所需要的氮化物半导体分层结构能够提供增加的光约束，它具有降低的制造成本并且在光电器件、其它波导结构和其它半导体器件中提供改良的性能。本专利技术还提供氮化物半导体激光器，该激光器包括上述的氮化物半导体分层结构部分以及还包括在复合层上的光波导层和在光波导层上的有源层。在本专利技术提供的简单的氮化物半导体分层结构中，可以对厚AlGaN复合层进行p型的或者n型掺杂。AlGaN复合层具有一个通过层厚来改变的AlN摩尔分数以便在AlGaN复合层中限定二个亚层。亚层不同的摩尔分数优化了亚层特性使得亚层发挥包覆层和接触层的功能。相应地，这二个亚层被分别称为包覆亚层和接触亚层。该包覆亚层与光波导层位于AlGaN复合层之上形成一个提供足够光约束的光约束结构。在包覆亚层中，AlGaN复合层具有相对高的AlN摩尔分数。在接触亚层中，AlGaN复合层具有相对低的AlN摩尔分数以便为接触亚层提供影响横向电流注入所需的高电导率而且不产生过大的正向电压降。通过在材料的复合层中仅仅提供材料的AlN摩尔分数有差别的接触层与包覆层的功能，基本上降低了氮化物半导体分层结构中的裂缝的影响范围。因为AlGaN复合层虽然具有基本厚度，但是裂缝影响范围仍然较低，所以根据本专利技术的由上述氮化物半导体分层结构制造的氮化物半导体激光器具有高产量。因为AlGaN复合层的包覆亚层的相对大的AlN摩尔分数以及AlGaN复合层的包覆亚层的厚度导致形成充裕的光约束，所以这种激光器产生的光的远场图显示出单峰。因为AlGaN复合层的n接触亚层的高电导率和基本厚度，所以这种激光器还具有低的正向电压降。因为根据本专利技术的激光器产生的光的远场图显示出单峰，所以这种激光器非常适合用于光信息记录器件或需要单峰发射轮廓形状的其它应用场合。并且因为这种激光器具有大大降低的正向电压降、较低的功率消耗以及较少的热量耗散，所以这种激光器显著地延长了使用寿命。图2是由图1所示的常规分层结构制造的激光器实例发射的光的远场图的曲线图。图3是根据本专利技术的氮化物半导体分层结构的第一实施方式的示意性的侧视图。图4是由图3所示的氮化物半导体分层结构制造的根据本专利技术的氮化物半导体激光器的示意性的侧视图。图5是一个曲线图，它展示出从根据本专利技术的氮化物半导体激光器的一个实例中发射光的远场图，该氮化物半导体激光器是采用根据本专利技术的氮化物半导体激光器结构制造的。图6是一个曲线图，它展示出根据本专利技术的氮化物半导体激光器的一个实例的正向特性(曲线(a))和比较激光器(曲线(b))。图7是一个曲线图，它展示出根据本专利技术的氮化物半导体激光器的一个实例的阈特性(曲线(a))和比较激光器(曲线(b))。图8是一个示意性侧视图，它展示出结合了另外AlN复合层的根据本专利技术的氮化物半导体激光器结构的第二实施方式。图9A-9C是通过改变AlGaN复合层厚度来改变AlGaN复合层摩尔分数的不同方式的曲线图。专利技术详述在如图1所示的常规的氮化物半导体分层结构10中，包覆层14的AlGaN与接触层13的GaN之间的晶格失配可能会在该包覆层以及在其上生长的层中引发裂缝。这种裂缝会显著降低采用所示常规分层结构的激光器的产量。为减小裂缝的影响范本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种氮化物半导体分层结构，其中包括： 包括ＡｌＮ的低温沉积的氮化物半导体材料的缓冲层；以及 在该缓冲层上的包括ＡｌＮ的单晶氮化物半导体材料的复合层；该复合层包括： 临近该缓冲层的第一亚层，以及 位于该第一亚层之上的第二亚层，其中 单晶氮化物半导体材料在第一亚层中具有第一ＡｌＮ摩尔分数以及在第二亚层中具有第二ＡｌＮ摩尔分数，第二ＡｌＮ摩尔分数大于第一ＡｌＮ摩尔分数。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：竹内哲也，渡边智，金子和，山田范秀，天野浩，赤崎勇，
申请(专利权)人：安捷伦科技有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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