具有电子扩展结构的激光器及其生长方法技术

本发明专利技术公开了一种具有电子扩展结构的激光器及其生长方法。所述具有电子扩展结构的激光器包括沿指定方向依次设置的n型限制层、第一波导层、发光层、第二波导层、p型限制层和p型欧姆接触层；所述激光器结构还包括n型电子扩展层，所述n型电子扩展层设置在所述n型限制层与第一波导层之间，并且所述n型电子扩展层的势垒高于所述n型限制层和第一波导层中任一者的势垒，以使自所述n型限制层向发光层移动的电子被所述n型电子扩展层阻挡而降低移动速度。本发明专利技术提供的一种GaN基激光器的制作工艺简单、可重复性好，有利于减低GaN基激光器的阈值电压、提升激光的发光效率，达到增加激光器寿命等的效果，更适合工业化生产。更适合工业化生产。更适合工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
具有电子扩展结构的激光器及其生长方法


[0001]本专利技术特别涉及一种具有电子扩展结构的激光器及其生长方法，属于半导体


技术介绍

[0002]氮化镓基激光器是当前的研究热点，它作为新一代光电子器件，在新型显示、光通讯和光照明等领域得到广泛关注和应用。氮化镓激光器需要在高电流密度下工作，对于材料的晶体质量有着非常高的要求。不同于其他氮化镓器件，如LED等对晶体质量的敏感度并不高，但是对于激光器而言，材料质量不佳将会直接影响到激光器的寿命和输出功率。现有的外延结构和方法仍然远远达不到其他激光器(GaAs基)的寿命和性能。
[0003]激光器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激光器结构，进入发光层(有源区)的大部分载流子进行复合并产生光，同时还会有很大一部分电子溢出并冲向P型区，从而造成电子泄露而形成漏电，进而影响GaN基激光器的寿命提升，而传统的方法一般采用电子阻挡层，电子阻挡层(EBL)阻挡越过发光层的电子并阻止其进入P型上限制层，从而抑制了电子漏电流，提高了激光器内的电子浓度，降低了激光器的开启电压，提高了激光器的光输出功率，使激光器的效率衰减问题得到了有效缓解。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的在于提供一种具有电子扩展结构的激光器及其生长方法，从而克服现有技术中的不足。
[0005]为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：
[0006]本专利技术提供了一种具有电子扩展结构的激光器，包括沿指定方向依次设置的n型限制层、第一波导层、发光层、第二波导层、p型限制层和p型欧姆接触层；所述激光器结构还包括n型电子扩展层，所述n型电子扩展层设置在所述n型限制层与第一波导层之间，并且所述n型电子扩展层的势垒高于所述n型限制层和第一波导层中任一者的势垒，以使自所述n型限制层向发光层移动的电子被所述n型电子扩展层降低移动速度。
[0007]进一步的，所述n型电子扩展层与n型限制层均由含有Al的III族氮化物形成，且所述n型电子扩展层中的Al组分含量大于n型限制层中的Al组分含量。
[0008]进一步的，所述n型电子扩展层中的Al组分含量为10
‑
15at.％，所述n型限制层中的Al组分含量为5
‑
10at.％。
[0009]进一步的，所述n型限制层的材质包括AlGaN，所述n型电子扩展层为单层的n型AlGaN层或n型AlGaN/GaN超晶格，N型AlGaN/GaN超晶格可以实现更高组分的Al的掺入，对电子的阻挡和扩展效果更好。
[0010]进一步的，所述n型电子扩展层的厚度为5
‑
30nm。
[0011]进一步的，所述n型AlGaN/GaN超晶格中的AlGaN层的厚度为1
‑
5nm，所述GaN层的厚度为1
‑
5nm。
[0012]进一步的，所述n型电子扩展层的受主杂质的掺杂浓度小于n型限制层的的受主杂质的掺杂浓度，目的是为了电子的迁移速度不至于降得太低，具体的，所述n型电子扩展层的受主杂质的掺杂浓度为1E17
‑
1E18cm
‑3，n型限制层的受主杂质的掺杂浓度为1E18
‑
5E18cm
‑3。
[0013]进一步的，所述第一波导层和第二波导层的材质均包括非掺的InGaN或GaN。
[0014]进一步的，所述发光层包括InGaN/GaN量子阱发光层，当以非掺的InGaN作为第一波导层和第二波导层的材质时，所述第一波导层和第二波导层中的In组分含量低于发光层中的In组分含量，所述第一波导层、第二波导层和发光层中的In组分由激光器波长所决定。
[0015]进一步的，所述p型限制层的材质包括AlGaN，所述p型欧姆接触层的材质包括GaN。
[0016]进一步的，所述n型限制层设置在衬底上，所述衬底为n型GaN同质衬底或由异质衬底形成的n型GaN模板。
[0017]进一步的，所述的具有电子扩展结构的激光器包括：沿指定方向依次设置的n
‑
GaN衬底、n
‑
AlGaN限制层、n
‑
AlGaN或n
‑
AlGaN/GaN超晶格电子扩展层、第一InGaN波导层、InGaN/GaN量子阱发光层、第二InGaN波导层、p
‑
AlGaN限制层和p
‑
GaN欧姆接触层。
[0018]本专利技术还提供了所述具有电子扩展结构的激光器的生长方法，包括沿指定方向依次生长层叠设置的n型限制层、n型电子扩展层、第一波导层、发光层、第二波导层、p型限制层和p型欧姆接触层。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的优点包括：
[0020]本专利技术提供的一种GaN基激光器，通过在n型限制层之后和第一波导层之间插入n型AlGaN或AlGaN/GaN超晶格作为电子扩展层，同时去掉第二波导层和p型限制层之间的p型电子阻挡层，所述电子扩展层可以减慢激光器工作时N型区的高速电子流，并均匀化电子分布，减少电子越过有源区的几率，提高电子在有源区的复合几率和效率；
[0021]本专利技术提供的一种GaN基激光器的制作工艺简单、可重复性好，有利于减低GaN基激光器的阈值电压、提升激光的发光效率，达到增加激光器寿命等的效果，更适合工业化生产。
附图说明
[0022]图1是现有技术中一种传统的GaN基激光器的结构示意图；
[0023]图2是现有技术中一种传统的GaN基激光器的原理图；
[0024]图3是本专利技术一典型实施案例中的一种GaN基激光器的结构示意图；
[0025]图4是本专利技术一典型实施案例中的一种GaN基激光器的原理图。
具体实施方式
[0026]鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案。如下将结合附图以及具体实施案例对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
[0027]本专利技术提供的一种GaN基激光器，以n型限制层和第一波导层之间的n型AlGaN或AlGaN/GaN超晶格电子扩展层代替在第二波导层和p型限制层之间的p型电子阻挡层，同时，该n型AlGaN或AlGaN/GaN超晶格电子扩展层还可以减慢激光器工作时N型区的高速电子流，
并均匀化电子分布，减少电子越过有源区的几率，提高电子在有源区的复合几率和效率，最终克服了p型电子阻挡层带来的器件电压过高、Mg掺杂提升不足等缺点。
[0028]请参阅图3，一种GaN基激光器，包括沿指定方向依次层叠的n型衬底(或称之为n型底层)11、n型限制层(或称之为下限制层)12、n型电子扩展层13、第一波导层(或称之为下波导层)14、发光层(或称之为有源区、发光有源区、量子阱发光层等)15、第二波导层(或称之为上波导层)16、p型限制层(或称之为上限制层)17和p型欧姆接触层18，所述n型电子扩展层13的势垒大于n型限制层12和第一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有电子扩展结构的激光器，包括沿指定方向依次设置的n型限制层、第一波导层、发光层、第二波导层、p型限制层和p型欧姆接触层；其特征在于：所述激光器结构还包括n型电子扩展层，所述n型电子扩展层设置在所述n型限制层与第一波导层之间，并且所述n型电子扩展层的势垒高于所述n型限制层和第一波导层中任一者的势垒，以使自所述n型限制层向所述发光层移动的电子被所述n型电子扩展层降低移动速度。2.根据权利要求1所述的具有电子扩展结构的激光器，其特征在于：所述n型电子扩展层与n型限制层均由含有Al的III族氮化物形成，且所述n型电子扩展层中的Al组分含量大于n型限制层中的Al组分含量。3.根据权利要求2所述的具有电子扩展结构的激光器，其特征在于：所述n型电子扩展层中的Al组分含量为10
‑
15at.％，所述n型限制层中的Al组分含量为5
‑
10at.％。4.根据权利要求1所述的具有电子扩展结构的激光器，其特征在于：所述n型限制层的材质包括AlGaN，所述n型电子扩展层为单层的n型AlGaN层或n型AlGaN/GaN超晶格。5.根据权利要求4所述的具有电子扩展结构的激光器，其特征在于：所述n型电子扩展层的厚度为5
‑
30nm；优选的，所述n型AlGaN/GaN超晶格中的AlGaN层的厚度为1

【专利技术属性】
技术研发人员：王国斌，林志宇，
申请(专利权)人：江苏第三代半导体研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：