[发明专利]半导体激光器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体光电子器件技术领域，具体地讲，涉及一种半导体激光器及其制作方法。

背景技术

氮化镓(GaN)及其系列材料(包括氮化铝、铝镓氮、铟镓氮、氮化铟)以其禁带宽度大、光谱范围宽(覆盖了从紫外到红外全波段)、耐高温性和耐腐蚀性好，在光电子学和微电子学领域内有巨大的应用价值。氮化镓基激光器是一种非常重要的氮化镓基光电子器件，由于其发射的光波在可见光波段，因此，氮化镓基激光器在高密度光信息存储、投影显示、激光打印、水下通信、生物化学试剂的感应和激活以及医疗方面具有重要的应用价值。

在氮化镓基激光器中，其主要分为三部分：由单量子阱或多量子阱形成的有源区、有源区一侧的为有源区提供电子的N型区、以及有源区另一侧的为有源区提供空穴的P型区。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到有源区进行复合并产生光。通过侧面两端的解理镜面形成反馈腔，使得电子和空穴复合产生的光在腔内不断谐振并且形成波前平行于镜面的驻波。然而，在氮化镓基半导体激光器中，在N型区一侧易出现空穴泄露的问题，从而引起载流子的注入效率以及激光器的斜率效率降低的问题。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种半导体激光器及其制作方法，该半导体激光器内所具有的空穴阻挡层可以有效地阻挡空穴泄露，从而提高了载流子的注入效率。

为了达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种半导体激光器，包括衬底以及在所述衬底上依次叠层设置的下限制层、下波导层、量子阱有源区、上波导层以及上限制层；所述半导体激光器还包括夹设于所述下波导层与所述量子阱有源区之间的空穴阻挡层。

进一步地，还包括夹设于所述空穴阻挡层与所述量子阱有源区之间的量子 垒层。

进一步地，还包括电子阻挡层；其中，所述电子阻挡层夹设于所述量子阱有源区与所述上波导层之间或所述上波导层与所述上限制层之间。

进一步地，所述空穴阻挡层的材料为经非故意掺杂或经N型掺杂的N型氮化镓、N型氮化铟镓、N型氮化铝镓中的任意一种。

进一步地，当所述空穴阻挡层的材料为经N型掺杂的N型氮化镓、N型氮化铟镓、N型氮化铝镓中的任意一种时，掺杂浓度为1×10¹⁷cm^-3～1×10²⁰cm^-3，施主杂质选自硅、锗中的至少一种。

进一步地，所述施主杂质的掺杂方式选自均匀掺杂或渐变掺杂中的任意一种；其中，所述渐变掺杂包括线性变化掺杂、台阶状变化掺杂。

进一步地，所述上限制层的形状呈平面状或脊型。

进一步地，所述量子阱有源区包括n个量子阱结构，1≤n≤12；其中，所述量子阱结构包括按照远离所述衬底的方向叠层设置的一量子阱单层和一量子垒单层。

进一步地，所述半导体激光器还包括夹设于所述衬底与所述下限制层之间的N型氮化镓材料层。

本发明的另一目的还在于提供一种如上任一项所述的半导体激光器的制作方法，包括：提供一衬底；在所述衬底上依次叠层制备下限制层、下波导层、空穴阻挡层、量子阱有源区、上波导层以及上限制层。

本发明通过在下波导层与量子阱有源区之间制备空穴阻挡层，从而有效阻挡了空穴从量子阱有源区向下波导层、下限制层的N型区一侧泄露；由此制备获得的半导体激光器，相比现有技术中的不具备空穴阻挡层的半导体激光器，提高了载流子的注入效率，从而提升了该半导体激光器的性能。

附图说明

通过结合附图进行的以下描述，本发明的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：

图1是根据本发明的实施例1的半导体激光器的结构示意图；

图2是根据本发明的实施例1的量子阱有源区的结构示意图；

图3是根据本发明的实施例1的半导体激光器在电流密度为1000A/cm²的条件下，其内部的空穴浓度分布的模拟图；

图4是根据本发明的对比例1的半导体激光器在电流密度为1000A/cm²的条件下，其内部的空穴浓度分布的模拟图；

图5是根据本发明的对比例2的样品A的电致发光光谱图；

图6是根据本发明的对比例2的样品B的电致发光光谱图；

图7是根据本发明的实施例2的半导体激光器的结构示意图；

图8是根据本发明的实施例3的半导体激光器的结构示意图。

具体实施方式