[发明专利]一种激光二极管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种激光二极管及其制备方法，所述二极管由下至上依次包括：下电极(1)、衬底(2)、下包覆层(3)、有源层(4)、上包覆层(5)和上电极(6)；其制备方法如下：1)在干净的硅衬底(2)上表面沉积下包覆层(3)；2)在下包覆层(3)上表面沉积有源层(4)；3)在有源层(4)上表面沉积上包覆层(5)；4)在上包覆层(5)上表面蒸镀一层金属层，作为上电极(6)；在硅衬底(2)的下表面蒸镀一层金属层，作为下电极(1)。该激光二极管具有氮化硼‑八磷化二钾异质结，不仅表现出较高的效率，而且其结构稳定，工作时间长，不易退化失效，制备工艺更简单。

技术领域

本发明涉及一种激光二极管及其制备方法，尤其涉及一种基于氮化硼-八磷化二钾异质结的激光二极管及其制备方法，属于半导体器件技术领域。

背景技术

激光二极管，又称半导体激光器，是用半导体材料作为工作物质的激光器。由于物质结构上的差异，不同种类产生激光的具体过程比较特殊，同普通激光器相比，激光二极管具有效率高、体积小、寿命长、易于调制的优点，是最实用最重要的一类激光器。它采用简单的注入电流的方式来泵浦其工作电压和电流与集成电路兼容，因而可与之单片集成，并且还可以用高达GHz的频率直接进行电流调制以获得高速调制的激光输出。由于这些优点，半导体二极管激光器在激光通信、光存储、光陀螺、激光打印、测距以及雷达等方面以及获得了广泛的应用。

异质结激光器是有源区为窄直接带隙半导体材料，限制层为宽带隙半导体材料所形成的三层结构二极管激光器。双异质结激光器(DHL)的诞生使可用波段不断拓宽，线宽和调谐性能逐步提高。其结构的特点是在轻重掺杂的材料之间生长了不掺杂且具有较窄能隙材料的一个薄层，因此注入的载流子被限制在该区域内(有源区)，因而注入较少的电流就可以实现载流子数的反转，产生很高的注入效率，易于实现粒子数反转，其增益大大提高，此外，激光器的温度稳定条件大为改善，量子阱激光器的特征温度非常高，因而这在光纤通信等应用中至关重要。

大多数的激光二极管都是由Si-Ge和III-V半导体制备出来的，而不同类型的异质结(I、II和Ⅲ型)的形成通常会受到位错的限制，这样的位错通常会在薄膜生长的时候发生在结界面处。尽管这种位错会增加器件的驱动电流，并且该电流会在应用超晶格和纳米线结构的时候减少，但是在制备过程中想要避免这一位错还是相当有难度的。鉴于这样的目标，具有原子层厚度的二维材料由于其不同于体材料的优越性质而受到人们的广泛研究，如石墨烯、MoS2等等，由于在这些二维材料表面不存在悬挂键，是制备激光二极管器件的极佳材料。

一般来说，二维半导体层是通过范德瓦尔兹力的相互作用叠放在一起的，因此基于二维材料的异质结是不会产生晶格失配，从而产生高质量的异质结表面。根据堆叠材料带隙和电子亲和力的不同，异质结分为三种类型：I型(跨骑型)、II型(交错型)和III(错开型)型。传统基于GaAs双异质结(II型)的激光二极管器件需要通过一定的制备过程才能得到高度掺杂的n+/p+异质结，并且其只能工作在623K温度之下。BN作为一种宽禁带半导体材料，具有高热导率、高电阻率、高迁移率、低介电常数、高击穿电场、能实现双型掺杂且具有良好的稳定性，它与金刚石、SiC和GaN一起被称为继Si、Ge及GaAs之后的第三代半导体材料，它们的共同特点是带隙宽，适用于制作在极端条件下使用的电子器件；而且BN则可以实现双型掺杂。综合看来BN是性能最为优异的第三代半导体材料，不仅能用于制备在高温、高频、大功率等极端条件下工作的电子器件，而且在深紫外发光和探测器方面有着广泛的应用前景。

本发明的异质结构成的激光二极管，制备工艺更简单，仅仅通过范德瓦耳斯力就能将两种不同材料的半导体连接形成异质结；同时八磷化二钾原胞是一种新型的立方晶格结构，该晶格的稳定性极强，不容易发生崩塌。该方法制备条件更方便，成本低廉，可以有效的进行电能到光能的转化，能够有效的降低激光器的必要工作电流和驱动功率，增益大大提高。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种激光二极管及其制备方法，该激光二极管含有氮化硼-八磷化二钾异质结。