一种半导体激光器外延结构的制备方法及半导体激光器技术

本发明专利技术公开了一种半导体激光器外延结构的制备方法及半导体激光器，包括：提供衬底；在衬底一侧依次生长

【技术实现步骤摘要】
一种半导体激光器外延结构的制备方法及半导体激光器


[0001]本专利技术涉及激光器
，尤其涉及一种半导体激光器外延结构的制备方法及半导体激光器
。

技术介绍

[0002]激光器在激光加工
、
激光照明
、
激光显示
、
激光通信
、
激光医疗
、
激光雷达
、
光谱分析等有着广泛的应用
。
近年来，半导体激光器研究受到众多研究院所及企业界的关注，但以
GaN
基的半导体激光器诸如蓝光
、
绿光
、
紫光激光器，在光电转换效率以及可靠性等方面技术发展较慢，产业化也遇到诸多阻碍
。
[0003]AlGaN
基激光器限制层材料因其极化效应及应力等造成载流子注入偏低
、
电子与空穴对称性差
、
电子泄露等问题，严重制约着激光器性能的提升
。
迄今为止，报道
AlxGa1
‑
xN
基氮化物激光二极管的最短发射波长为
336nm。
在近紫外（
320
‑
400nm
），上限制层的
AlGaN
材料的
Al
组分在
20%
或以上
。
若在较短波长，小于
300nm
波长，实现激光将需要
Al
组分超过
50%
的
AlxGa1
‑
xN
材料限制层
。
[0004]特别是近年来对
AlGaN
材料中点缺陷研究的不断升入，点缺陷控制已经成为业内比较关心的问题
。Hautakangas
等通过正电子湮灭技术，证明
MgGa
‑
VN
复合缺陷存在，这类高密度的点缺陷会作为施主补偿
p
‑
AlGaN
，显著降低
pAlGaN
中空穴浓度及迁移率，点缺陷的增殖与扩散对大功率激光器的性能影响较大，如点缺陷增加阈值电流，增加非辐射复合杂质，对器件的可靠性影响也较明显
。
同时，
AlGaN
外延材料还容易引入
C、H、O
等杂质，并会转变为深能级中心，影响器件性能
。
[0005]对于现有的
AlGaN
基激光器的制备过程中，上限制层材料因其极化效应及应力等造成载流子注入偏低
、
电子与空穴对称性差
、
电子泄露等问题，严重制约着激光器性能的提升，因此对于上限制层的生长质量改进成尤为值得关注
。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种半导体激光器外延结构的制备方法及半导体激光器，以减少上限制层中的点缺陷，降低材料位错密度，进而提高器件可靠性
。
[0007]根据本专利技术的一方面，提供了一种半导体激光器外延结构的制备方法，包括：
[0008]提供衬底；
[0009]在所述衬底一侧生长
n
型下限制层；
[0010]在所述
n
型下限制层远离所述衬底一侧生长
n
型下波导层；
[0011]在所述
n
型下波导层远离所述衬底一侧生长量子阱层；
[0012]在所述量子阱层远离所述衬底一侧生长
P
型上波导层；
[0013]在所述
P
型上波导层远离所述衬底一侧生长
P
型电子阻挡层；
[0014]在所述
P
型电子阻挡层远离所述衬底一侧生长
P
型上限制层，所述
P
型上限制层包括至少三个上限制层分部，其中所述
P
型上限制层生长过程中靠近所述
P
型上波导层一侧的
所述上限制层分部中五族源与三族源的摩尔比小于远离所述
P
型上波导层一侧的所述上限制层分部中五族源与三族源的摩尔比；
[0015]在所述
P
型上限制层远离所述衬底一侧生长
P
型接触层，完成半导体激光器外延结构制备
。
[0016]可选的，在所述
P
型电子阻挡层远离所述衬底一侧生长
P
型上限制层，包括：
[0017]提供氮源
、
铝源
、
镓源和镁源，所述氮源和所述铝源交替开启，以在所述
P
型电子阻挡层远离所述衬底一侧生长
P
型上限制层
。
[0018]可选的，所述氮源和所述铝源交替开启，包括：
[0019]当所述氮源开启预设时间时，所述铝源关闭所述预设时间；或者，当所述氮源关闭预设时间时，所述铝源开启所述预设时间
。
[0020]可选的，所述预设时间为1‑
5s。
[0021]可选的，
P
型上限制层至少包括依次设置的第一上限制层分部
、
第二上限制层分部和第三上限制层分部；
[0022]在所述
P
型电子阻挡层远离所述衬底一侧生长
P
型上限制层，所述
P
型上限制层包括至少三个上限制层分部，其中所述
P
型上限制层生长过程中靠近所述
P
型上波导层一侧的五族源与三族源的摩尔比小于远离所述
P
型上波导层一侧的五族源与三族源的摩尔比，包括：
[0023]在所述
P
型电子阻挡层远离所述衬底一侧以第一生长周期和第一五族源与三族源的摩尔比生长第一上限制层分部；
[0024]在所述第一上限制层分部远离所述衬底一侧以第二生长周期和第二五族源与三族源的摩尔比生长第二上限制层分部；
[0025]在所述第二上限制层分部远离所述衬底一侧以第三生长周期和第三五族源与三族源的摩尔比生长第三上限制层分部，其中，所述第一五族源与三族源的摩尔比小于所述第二五族源与三族源的摩尔比，所述第二五族源与三族源的摩尔比小于所述第三五族源与三族源的摩尔比
。
[0026]可选的，所述第一上限制层分部的厚度为
50
‑
300nm
，所述第二上限制层分部的厚度为
50
‑
200nm
和所述第三上限制层分部的厚度为
50
‑
150nm。
[0027]可选的，所述第一生长周期
、
所述第二生长周期和所述第三生长周期为
5~100
个
。
[0028]可选的，所述
P
型上限制层的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种半导体激光器外延结构的制备方法，其特征在于，包括：提供衬底；在所述衬底一侧生长
n
型下限制层；在所述
n
型下限制层远离所述衬底一侧生长
n
型下波导层；在所述
n
型下波导层远离所述衬底一侧生长量子阱层；在所述量子阱层远离所述衬底一侧生长
P
型上波导层；在所述
P
型上波导层远离所述衬底一侧生长
P
型电子阻挡层；在所述
P
型电子阻挡层远离所述衬底一侧生长
P
型上限制层，所述
P
型上限制层包括至少三个上限制层分部，其中所述
P
型上限制层生长过程中，靠近所述
P
型上波导层一侧的所述上限制层分部中五族源与三族源的摩尔比小于远离所述
P
型上波导层一侧的所述上限制层分部中五族源与三族源的摩尔比；在所述
P
型上限制层远离所述衬底一侧生长
P
型接触层，完成半导体激光器外延结构制备
。2.
根据权利要求1所述的半导体激光器外延结构的制备方法，其特征在于，在所述
P
型电子阻挡层远离所述衬底一侧生长
P
型上限制层，包括：提供氮源
、
铝源
、
镓源和镁源，所述氮源和所述铝源交替开启，以在所述
P
型电子阻挡层远离所述衬底一侧生长
P
型上限制层
。3.
根据权利要求2所述的半导体激光器外延结构的制备方法，其特征在于，所述氮源和所述铝源交替开启，包括：当所述氮源开启预设时间时，所述铝源关闭所述预设时间；或者，当所述氮源关闭预设时间时，所述铝源开启所述预设时间
。4.
根据权利要求3所述的半导体激光器外延结构的制备方法，其特征在于，所述预设时间为1‑
5s。5.
根据权利要求1所述的半导体激光器外延结构的制备方法，其特征在于，
P
型上限制层至少包括依次设置的第一上限制层分部
、
第二上限制层分部和第三上限...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭丽彬，周大勇，杨慧永，祝曾伟，顾俊，赵文超，
申请(专利权)人：材料科学姑苏实验室，
类型：发明
国别省市：