一种具有GaN电流通道的GaAs基激光器外延片及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种具有GaN电流通道的GaAs基激光器外延片及其制备方法。所述GaN电流通道埋设在该外延片中的Alx3Ga1

【技术实现步骤摘要】
一种具有GaN电流通道的GaAs基激光器外延片及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体激光器
，具体涉及一种具有GaN电流通道的GaAs基激光器外延片及其制备方法。

技术介绍

[0002]本专利技术
技术介绍
中公开的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]近年来，GaAs基半导体激光器在日常生活中的应用越来越广泛，作为第二代半导体材料中的代表对其的开发热情已逐步下降。随着科技的进步人们对大功率、高频率高能量密度的材料需求日益迫切，GaN作为第三代半导体也开始逐步进入人们的日常生活。GaN材料禁带宽度大，击穿电压高，适合于高电压高功率器件，并且其散热性能比GaAs材料要好，更适合在高温下工作。另外，GaN的电子迁移率也大于GaAs，因此GaN是一种比GaAs更加理想的半导体激光器材料。然而，GaN激光器存在衬底材料成本高、生长质量较差的问题。更重要的是，GaN激光器存在长时间工作会导致功率衰减严重的问题，导致GaN激光器应用受到很大的限制。

技术实现思路

[0004]针对上述的问题，本专利技术提供一种具有GaN电流通道的GaAs基激光器外延片及其制备方法，其通过将电流限制在GaN电流通道中实现电流约束，有效克服了GaN激光器存在长时间工作会导致功率衰减严重的问题。为实现上述目的，本专利技术公开如下所示的技术方案。
[0005]在本专利技术的第一方面，公开一种具有GaN电流通道的GaAs基激光器外延片，所述GaN电流通道埋设在该外延片中的上波导层中。
[0006]进一步地，若干条所述GaN电流通道间隔、且相互平行地分布在上波导层中。
[0007]进一步地，所述GaN层中掺杂有碳原子。优选地，该碳原子的掺杂浓度为1E17～5E17个原子/cm3。在本专利技术中，该掺杂的主要目的是提供大量的空穴，并通过掺杂梯度的变化实现电势差，有利于空穴向量子阱迁移，最终实现空穴和电子在量子阱中复合。
[0008]进一步地，所述上波导层的材质包括Alx3Ga1
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x3As，0.1≤x3≤0.3。优选地，所述上波导层中掺杂有碳原子，掺杂浓度优选为1E17～5E17个原子/cm3。在本专利技术中，该掺杂的主要目的是提供电子，并通过掺杂梯度的变化实现电势差有利于电子向量子阱迁移。
[0009]进一步地，所述上波导层设置在衬底层上。优选地，所述衬底层从下到上依次包括：GaAs衬底、GaAs缓冲层、Alx1Ga1
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x1As N限制层、Alx2Ga1
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x2As下波导层、Iny1Ga1
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y1As量子阱层。所述上波导层覆盖在Iny1Ga1
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y1As量子阱层上，所述上波导层上覆盖有Alx4Ga1
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x4As P限制层；其中：0.3≤x1≤0.5，0.1≤x2≤0.3，0.1≤y1≤0.3，0.7≤x4≤0.9。
[0010]进一步地，所述GaAs缓冲层中掺杂有硅原子。优选地，该硅原子的掺杂浓度为1E18～3E18个原子/cm3。在本专利技术中，该掺杂的主要目的是提供大量的电子，并通过掺杂梯度的变化实现电势差有利于空穴向量子阱迁移，最终实现空穴和电子在量子阱中复合。
[0011]进一步地，所述Alx1Ga1
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x1As N限制层中掺杂有硅原子。优选地，该硅原子的掺杂浓度为8E17～2E18个原子/cm3。在本专利技术中，该掺杂的主要目的是提供大量的电子，并通过掺杂梯度的变化实现电势差有利于空穴向量子阱迁移，最终实现空穴和电子在量子阱中复合。
[0012]进一步地，所述Alx2Ga1
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x2As下波导层中掺杂有硅原子。优选地，该硅原子的掺杂浓度为5E17～2E18个原子/cm3。在本专利技术中，该掺杂的主要目的是提供大量的电子，并通过掺杂梯度的变化实现电势差有利于空穴向量子阱迁移，最终实现空穴和电子在量子阱中复合。
[0013]进一步地，所述Alx4Ga1
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x4As P限制层中掺杂有碳原子。优选地，该碳原子的掺杂浓度为1E18～3E18个原子/cm3。在本专利技术中，该掺杂的主要目的是提供空穴，并通过掺杂梯度的变化实现电势差，有利于空穴向量子阱迁移，最终实现该空穴和上述的电子在量子阱中的复合，有助于进一步提升激光器的效率。
[0014]进一步地，所述GaAs欧姆接触层掺杂有碳原子，优选地，该碳原子的掺杂浓度为9E18～5E19个原子/cm3。在本专利技术中，该掺杂的主要目的是提供大量的空穴，并通过掺杂梯度的变化实现电势差有利于空穴向量子阱迁移，最终实现空穴和电子在量子阱中复合。
[0015]进一步地，所述GaAs缓冲层的厚度控制在100～300nm之间。在本专利技术中，所述GaAs缓冲层的作用包括形成一个新鲜的生长界面，掩盖衬底表面的缺陷，消除衬底缺陷对外延层生长的影响。
[0016]进一步地，所述Alx1Ga1
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x1As N限制层的厚度控制在2～3um之间。在本专利技术中，所述N限制层的作用包括：(1)提供充足的电子。(2)对电子、空穴的移动范围进行限制，将电子和空穴限制在N限制层和P限制层之间移动，增加电子、空穴的复合几率，降低电子泄露的概率。
[0017]进一步地，所述Alx2Ga1
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x2As下波导层的厚度控制在500～800nm。在本专利技术中，所述下波导层的作用包括：(1)提供激光器的谐振腔，让光子形成震荡实现粒子数反转进而产生激光。(2)对激光器光场进行限制，提升光束质量。
[0018]进一步地，所述Iny1Ga1
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y1As量子阱层的厚度控制在5～10nm之间。在本专利技术中，所述量子阱层的作用是让空穴和电子进行复合产生光子。
[0019]进一步地，所述Alx3Ga1
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x3As上波导层的厚度控制在90～250nm之间。在本专利技术中，所述上波导层的作用包括：(1)提供激光器的谐振腔，让光子形成震荡实现粒子数反转进而产生激光。(2)对激光器光场进行限制，提升光束质量。
[0020]进一步地，所述GaN层的厚度控制在10
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100nm之间。
[0021]进一步地，所述Alx4Ga1
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x4As P限制层的厚度控制在1～3um之间。在本专利技术中，所述P限制层的作用包括：(1)提供充足的空穴。(2)对电子、空穴的移动范围进行限制，将电子和空穴限制在N限制层和P限制层之间移动，增加电子、空穴的复合几率，降低电子泄露的概率。
[0022]进一步地，所述GaAs欧姆接触层厚度控制在100～300nm之间。在本专利技术中，所述
GaAs欧姆接触层的作用包括：(1)覆盖表面，保护P限制层不被氧化。(2)制作管芯时与金属层接触降低电阻。
[0023]在本专利技术的第二方面，公开所述具有GaN电流通道的G本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种GaAs基激光器外延片，其特征在于，包括GaN电流通道，且该GaN电流通道埋设在所述外延片中的上波导层中。2.根据权利要求1所述的具有GaN电流通道的GaAs基激光器外延片，其特征在于，若干条所述GaN电流通道间隔、且相互平行地分布在上波导层中。3.根据权利要求2所述的具有GaN电流通道的GaAs基激光器外延片，其特征在于，所述GaN层中掺杂有碳原子；优选地，该碳原子的掺杂浓度为1E17
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5E17个原子/cm3。4.根据权利要求1所述的具有GaN电流通道的GaAs基激光器外延片，其特征在于，所述上波导层的材质包括Alx3Ga1
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x3As，0.1≤x3≤0.3；优选地，所述上波导层中掺杂有碳原子，掺杂浓度优选为1E17
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5E17个原子/cm3。5.根据权利要求1所述的具有GaN电流通道的GaAs基激光器外延片，其特征在于，所述上波导层设置在衬底层上；优选地，所述衬底层从下到上依次包括：GaAs衬底、GaAs缓冲层、Alx1Ga1
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x1As N限制层、Alx2Ga1
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x2As下波导层、Iny1Ga1
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y1As量子阱层；所述上波导层覆盖在Iny1Ga1
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y1As量子阱层上，所述上波导层上覆盖有Alx4Ga1
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x4As P限制层；其中：0.3≤x1≤0.5，0.1≤x2≤0.3，0.1≤y1≤0.3，0.7≤x4≤0.9。6.根据权利要求5所述的具有GaN电流通道的GaAs基激光器外延片，其特征在于，所述Alx2Ga1
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x2As下波导层中掺杂有硅原子；优选地，该硅原子的掺杂浓度为5E17～2E18个原子/cm3。7.根据权利要求5所述的具有GaN电流通道的GaAs基激光器外延片，其特征在于，所述Alx4Ga1
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x4As P限制层中掺杂有碳原子；优选地，该碳原子的掺杂浓度为1E18～3E18个原子/cm3。8.根据权利要求5所述的具有GaN电流通道的GaAs基激光器外延片，其特征在于，所述GaAs缓冲层中掺杂有硅原子；优选地，该硅原子的掺杂浓度为1E18～3E18个原子/cm3；或者，所述Alx1Ga1
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x1As N限制层中掺杂有硅原子；优选地，该硅原子的掺杂浓度为8E17～2E18个原子/cm3；或者，所述GaAs欧姆接触层掺杂有碳原子；优选地，该碳原子的掺杂浓度为9E18～5E19个原子/cm3。9.根据权利要求5
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8任一项所述的具有GaN电流通道的GaAs基激光器外延片，其特征在于，所述GaAs缓冲层的厚度控制在100～300nm之间；或者，所述Alx1Ga1
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x1As N限制层的厚度控制在2～3um之...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵凯迪，张新，王朝旺，
申请(专利权)人：山东华光光电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：