一种设有析氢氧层的半导体激光元件制造技术

本发明专利技术提供了一种设有析氢氧层的半导体激光元件，涉及半导体光电器件技术领域，从下至上依次包括衬底、下限制层、下波导层，有源层、上波导层、电子阻挡层、上限制层，上限制层的上方设有析氢氧层，用于吸附上限制层的氢原子和氧原子并进行脱附,通过异质界面降低析氢氧反应的过电位，加快反应动力学，通过电化学方法在外加偏压下吸附上限制层中的氢原子和氧原子，并对氢原子和氧原子进行高效脱附，减少对界面和表面的Mg氧化，析氢氧质量比活性较传统的Pt/C提升5倍以上，形成H2和O2排出表面，提升上限制层的p型掺杂元素的离化率并降低受主激活能，提升上限制层的空穴浓度。提升上限制层的空穴浓度。提升上限制层的空穴浓度。

【技术实现步骤摘要】
一种设有析氢氧层的半导体激光元件


[0001]本专利技术涉及半导体光电器件
，具体而言，涉及一种设有析氢氧层的半导体激光元件。

技术介绍

[0002]激光元件广泛应用于激光显示、激光电视、激光投影仪、通讯、医疗、武器、制导、测距、光谱分析、切割、精密焊接、高密度光存储等领域。激光元件的各类很多，分类方式也多样，主要有固体、气体、液体、半导体和染料等类型激光元件；与其他类型激光元件相比，全固态半导体激光元件具有体积小、效率高、重量轻、稳定性好、寿命长、结构简单紧凑、小型化等优点。激光元件与氮化物半导体发光二极管存在较大的区别，1)激光是由载流子发生受激辐射产生，光谱半高宽较小，亮度很高，单颗激光元件输出功率可在W级，而氮化物半导体发光二极管则是自发辐射，单颗发光二极管的输出功率在mW级；2)激光元件的使用电流密度达KA/cm2，比氮化物发光二极管高2个数量级以上，从而引起更强的电子泄漏、更严重的俄歇复合、极化效应更强、电子空穴不匹配更严重，导致更严重的效率衰减Droop效应；3)发光二极管自发跃迁辐射，无外界作用，从高能级跃迁到低能级的非相干光，而激光元件为受激跃迁辐射，感应光子能量应等于电子跃迁的能级之差，产生光子与感应光子的全同相干光；4)原理不同：发光二极管为在外界电压作用下，电子空穴跃迁到量子阱或p
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n结产生辐射复合发光，而激光元件需要激射条件满足才可激射，必须满足有源区载流子反转分布，受激辐射光在谐振腔内来回振荡，在增益介质中的传播使光放大，满足阈值条件使增益大于损耗，并最终输出激光。氮化物半导体激光元件存在以下问题：1)p型半导体的Mg受主激活能大、离化效率低，空穴浓度远低于电子浓度、空穴迁移率远小于电子迁移率，且量子阱极化电场提升空穴注入势垒、空穴溢出有源层等问题，空穴注入不均匀和效率偏低，导致量子阱中的电子空穴严重不对称不匹配，电子泄漏和载流子去局域化，空穴在量子阱中输运更困难，载流子注入不均匀，增益不均匀，同时，激光元件增益谱变宽，峰值增益下降，导致激光元件阈值电流增大且斜率效率降低；2)固有碳杂质在p型半导体中会补偿受主、破坏p型等；p型掺杂的离化率低，大量未电离的Mg受主杂质是内部光学损耗的主要来源之一。3)传统氮化物半导体的p型接触层的Mg溶解度低、Mg离化能高、受主激活能高、Mg离化效率低等问题，导致自由空穴浓度普遍低于5E17cm
‑3；特别是Mg的离化能和受主激活能随着Al组分上升而逐渐上升，导致电子阻挡层、上限制层和接触层的空穴密度进一步降低。激光元件激射后，多量子阱有源区载流子浓度饱和，双极性电导效应减弱，激光元件的串联电阻增加，导致激光元件电压上升。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种设有析氢氧层的半导体激光元件，解决了现有技术中存在的的问题。
[0004]一种设有析氢氧层的半导体激光元件，从下至上依次包括衬底、下限制层、下波导
层，有源层、上波导层、电子阻挡层、上限制层，上限制层的上方设有析氢氧层。
[0005]作为本专利技术优选的技术方案，所述析氢氧层为Ti3AlC2、RuO2、IRO2、Mo
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O、Cu2ZnSnS4、Cu2CdSnS4、Cu2CoSnS4、Cu2MnSnS4的任意两种或任意组合。
[0006]作为本专利技术优选的技术方案，所述析氢氧层的任意组合包括以下二元组合的异质结、超晶格、量子阱、核壳结构、量子点等结构但不限于以下结构：Ti3AlC2/RuO2,Ti3AlC2/IRO2,Ti3AlC2/Mo
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[0007]作为本专利技术优选的技术方案，所述析氢氧层的任意组合包括以下三元组合的异质结、超晶格、量子阱、核壳结构、量子点等结构但不限于以下结构：Ti3AlC2/RuO2/IRO2,Ti3AlC2/RuO2/Mo
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O,Ti3AlC2/RuO2/Cu2ZnSnS4,Ti3AlC2/RuO2/Cu2CdSnS4,Ti3AlC2/RuO2/Cu2CoSnS4,Ti3AlC2/RuO2/Cu2MnSnS4,RuO2/IRO2/Mo
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[0008]Cu2CdSnS4/Cu2CoSnS4/Cu2MnSnS4。
[0009]作为本专利技术优选的技术方案，所述析氢氧层的任意组合包括以下四元、五元组合的异质结、超晶格、量子阱、核壳结构、量子点等结构但不限于以下结构：Ti3AlC2/RuO2/IRO2/Mo
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种设有析氢氧层的半导体激光元件，从下至上依次包括衬底(100)、下限制层(101)、下波导层(102)，有源层(103)、上波导层(104)、电子阻挡层(105)、上限制层(106)，其特征在于：上限制层(106)的上方设有析氢氧层(107)，用于吸附上限制层(106)的氢原子和氧原子并进行脱附。2.如权利要求1所述的一种设有析氢氧层的半导体激光元件，其特征在于，所述析氢氧层(107)为Ti3AlC2、RuO2、IRO2、Mo
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O、Cu2ZnSnS4、Cu2CdSnS4、Cu2CoSnS4、Cu2MnSnS4的任意两种或任意组合。3.如权利要求2所述的一种设有析氢氧层的半导体激光元件，其特征在于，所述析氢氧层(107)的任意组合包括以下二元组合的异质结、超晶格、量子阱、核壳结构、量子点等结构但不限于以下结构：Ti3AlC2/RuO2,Ti3AlC2/IRO2,Ti3AlC2/Mo
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【专利技术属性】
技术研发人员：李水清，请求不公布姓名，王星河，张江勇，蔡鑫，刘紫涵，陈婉君，胡志勇，陈三喜，蒙磊，季徐芳，
申请(专利权)人：安徽格恩半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：