[发明专利]II-VI族半导体激光器及其制造方法

说明书

本发明涉及Ⅱ-Ⅵ族半导体激光器。更具体地说，本发明涉及以MgZnSSe、CdZnSSe或MgCdZnSSe为基本原料，具体性能优异、阈值电压低、工作电压低的一种Ⅱ-Ⅵ族半导体激光器，且涉及这种激光器的制造方法。

近几年来，固态区分子束外延（MBE）法、金属有机物汽相外延（MOVPE）法和气态区MBE法先后开发出来了，而且在制造Ⅱ-Ⅵ族半导体激光器时用这些方法生成晶体。

在应用固态区MBE法的晶体制造设备中，基片固定在大致装在一个反应室中央的夹持器上。用高速泵（例如离子泵）将反应室抽成并维持在超高真空状态。然后用在基片上生长晶体所需的元素和掺质轰击基片。元素和掺质以射束的形式从相应的发射元（即加热炉）发射出来，经各种物理和化学过程，在基片上形成一个接一个的重叠层。关闭和打开装设在各发射元发射口的闸门可以使超晶格便于生成，而且可以控制异质结激光器原子级的界面厚度。在基片上形成多层结构的过程中能否吸附各元素和掺质，其条件取决于若干因素，例如基片的温度，基片的表面情况和元素或掺质的类型。

用固态区MBE法生长晶体时，可以形成任何基片晶体的各种化合物或混合晶体，而且还可以精确控制晶体结构元素或掺杂的供应量。在气源MBE法中，气源代替了固态区MBE法中使用的固体源。这两种方法中晶体的生长都可以用例如各种电子束衍射器、扫描电子显微镜和分析仪等加以监控。

MOMBE法是在超高真空室内采用有机金属材料的一种晶体生长方法，有机金属材料代替了MBE法中使用的固体源或气源。通常，这类有机金属材料在液化或气化之后也是发射出去的。因此，这里把气源MBE和MOMBE总称为“气源MBE”。

气源MBE和固态区MBE一样，也能生成多元素混合晶体和超晶格，但由于气源MBE必须把气体分子或有机金属分子渗入所发射的物质中，因而发射元的结构和吸附条件（例如真空室内的温度和压力）与固态区MBE中采用的略有不同。

上面所说的MOVPE，在高温下使有机金属材料起反应，因而可以使若干类型的化合物晶体及其混合晶体外延生长。

固态区MBE能制造出层状结构高度精确控制的Ⅱ-Ⅵ族半导体激光器。但这种方法制造出来的激光器，阈值电压V_th高（通常15至30伏），因而提高了激光器各电极之间的电阻。电阻之所以增加，在很大的程度上是由于P型顶层与各电极之间形成的肖特基势垒引起的。其后果是，激光器的耗电量特大，产生过量的热，因而更迫切需要加大散热器的容量，从而增大了激光器的体积，同时缩短了激光器的使用寿命。

至于气源MBE，虽然能制造出阈值电压V_th低（通常2.5至7伏）的激光器，但在晶性方面有缺点，因而迄今未付诸实用。

气源MBE和固态区MBE彼此类似，都要求超高真空，而且其它特点也类似，因而同一台设备可以采用两种方法。但用气源MBE制造半导体激光器时，真空室内仍然存在环境气体或气源。这正是迄今没有混合使用气源MBE和固态区MBE来制造半导体激光器的一个原因。

本发明克服了现有技术半导体激光器制造方法的上述缺点，提供了一种例如以MgZnSSe、CdZnSSe或MgCdZnSSe为基本原料的Ⅱ-Ⅵ族半导体激光器及其制造方法，其中激光器被覆层与电极之间的肖特基电阻减小了，而且不存在对激光器性能有害的影响。本发明提供的Ⅱ-Ⅵ族元素半导体激光器，性能优异，阈值电压低，工作电压也低。在本发明的最佳实施例中，基片采用了n型基片，顶层是P型层。

按本发明制造的Ⅱ-Ⅵ族元素半导体激光器，其含有晶体结构元素和掺杂的吸附层在n型基片上以晶体的形式依次形成。从头一层吸附层到倒数第二层的P型吸附层是用固态区MBE法形成，最后一层的P型吸附层则是用气态区MBE或MOVPE形成的。在本发明的最佳实施例中，最后一层的P型吸附层是在富有Ⅱ族元素的情况下形成的。

图1是本发明半导体激光器的多层结构剖面图。

图2是按本发明制造图1所示的半导体激光器时所使用的设备的示意图。

本发明克服了现有技术的上述种种缺点，提供了一种以例如MgZnSSe、CdZnSSe或MgCdZnSSe为基本原料的Ⅱ-Ⅵ族半导体激光器，其中激光器顶层与电极之间的肖特基电阻减小了，而且不存在对激光器性能有害的影响。在本发明的最佳实施例中，基片采用了n型基片，顶层是P型层。