一種氮化鎵基半導(dǎo)體激光器及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，具體地講，涉及一種氮化鎵基半導(dǎo)體激光器及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]作為第三代半導(dǎo)體，氮化鎵(GaN)及其系列材料(包括氮化鋁、鋁鎵氮、銦鎵氮、氮化銦)以其禁帶寬度大、光譜范圍寬(覆蓋了從紫外到紅外的全波段)、耐高溫性和耐腐蝕性好，在光電子學(xué)和微電子學(xué)領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用價值。GaN基激光器是一種非常重要的GaN基光電子器件，由于其發(fā)射的光波覆蓋了從紫外光到綠光波段，GaN基激光器在高密度光信息存儲、投影顯示、激光打印、水下通信、生物化學(xué)試劑的激活以及醫(yī)療方面具有重要的應(yīng)用價值。
[0003]在半導(dǎo)體激光器中，橫模模式特性對其應(yīng)用極為重要。對于GaN基紫光激光器、GaN基藍(lán)光激光器及GaN基綠光激光器，由于GaN襯底的禁帶寬度大于有源區(qū)輻射的光子能量，GaN襯底不能吸收激光器發(fā)射的光子，且GaN襯底的折射率比AlGaN光限制層的折射率低，所以容易在GaN襯底中形成襯底模式，使激光器的遠(yuǎn)場光斑變差。所述襯底模式的產(chǎn)生是因?yàn)镚aN基激光器的AlGaN光限制層和GaN襯底之間的晶格不匹配，從而生長出較厚的高Al組分，使得AlGaN光限制層容易產(chǎn)生裂紋，進(jìn)而使GaN基激光器容易產(chǎn)生襯底模式。襯底模式的出現(xiàn)對GaN基激光器發(fā)射的激光的準(zhǔn)直及聚焦會產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠消除襯底模式的氮化鎵基半導(dǎo)體激光器及其制作方法。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種氮化鎵基半導(dǎo)體激光器，包括襯底、設(shè)置在襯底上的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)及設(shè)置在襯底與波導(dǎo)結(jié)構(gòu)之間的多量子阱吸收層，其中，多量子阱吸收層用于吸收由波導(dǎo)結(jié)構(gòu)泄漏到襯底中的光。
[0006]進(jìn)一步地，所述氮化鎵基半導(dǎo)體激光器還包括設(shè)置在所述波導(dǎo)結(jié)構(gòu)上的P型歐姆接觸層；所述波導(dǎo)結(jié)構(gòu)包括從多量子阱吸收層起順序地設(shè)置在多量子阱吸收層上的η型光學(xué)限制層、η型光學(xué)波導(dǎo)層、多量子阱有源層、P型光學(xué)波導(dǎo)層和P型光學(xué)限制層。
[0007]進(jìn)一步地，所述多量子阱吸收層的禁帶寬度小于多量子阱有源層的禁帶寬度。
[0008]進(jìn)一步地，所述多量子阱吸收層為InxGai_xN/GaN材料，其中，x為0.16?0.25。
[0009]進(jìn)一步地，所述η型光學(xué)限制層和所述P型光學(xué)限制層均為超晶格結(jié)構(gòu)的AlxGai_xN/GaN材料，其中，x為0.05?0.1 ;所述η型光學(xué)波導(dǎo)層和所述P型光學(xué)波導(dǎo)層均為InxGa1J材料，其中，χ為0.01?0.03 ;所述多量子阱有源層為InxGai_xN/GaN材料，其中，X為0.15?0.17 ;所述P型歐姆接觸層為GaN材料。
[0010]進(jìn)一步地，所述多量子阱吸收層為InxGai_xN/GaN材料，其中，χ為0.16?0.25 ;所述多量子阱有源層為InxGai_xN/GaN材料，其中，1為0.15?0.17 ;其中，多量子阱有源層中In的組分小于多量子阱吸收層中In的組分。
[0011]進(jìn)一步地，所述多量子阱吸收層的量子阱數(shù)量為2至10。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種氮化鎵基半導(dǎo)體激光器的制造方法，包括:在襯底上依次形成多量子阱吸收層、η型光學(xué)限制層、η型光學(xué)波導(dǎo)層、多量子阱有源層、P型光學(xué)波導(dǎo)層、P型光學(xué)限制層，其中，多量子阱吸收層用于吸收由η型光學(xué)限制層、η型光學(xué)波導(dǎo)層、多量子阱有源層、P型光學(xué)波導(dǎo)層和P型光學(xué)限制層組成的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)泄漏到襯底中的光。
[0013]進(jìn)一步地，所述制作方法還包括:在P型光學(xué)限制層上形成P型歐姆接觸層。
[0014]進(jìn)一步地，所述多量子阱吸收層的禁帶寬度小于多量子阱有源層的禁帶寬度。
[0015]進(jìn)一步地，所述多量子阱吸收層為InxGai_xN/GaN材料，其中，χ為0.16?0.25。
[0016]進(jìn)一步地，所述η型光學(xué)限制層和所述P型光學(xué)限制層均為超晶格結(jié)構(gòu)的AlxGai_xN/GaN材料，其中，χ為0.05?0.1 ;所述η型光學(xué)波導(dǎo)層和所述P型光學(xué)波導(dǎo)層均為InxGa1J材料，其中，χ為0.01?0.03 ;所述多量子阱有源層為InxGai_xN/GaN材料，其中，χ為0.15?0.17 ;所述P型歐姆接觸層為GaN材料。
[0017]進(jìn)一步地，多量子阱有源層中In的組分小于多量子阱吸收層中In的組分。
[0018]進(jìn)一步地，所述多量子阱吸收層的量子阱數(shù)量為2至10。
[0019]本發(fā)明的氮化鎵基半導(dǎo)體激光器及其制作方法，未出現(xiàn)襯底模式，改善了遠(yuǎn)場光斑。
【附圖說明】
[0020]通過結(jié)合附圖進(jìn)行的以下描述，本發(fā)明的實(shí)施例的上述和其它方面、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚，其中:
[0021]圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的氮化鎵基半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的氮化鎵基半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下，將參照附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。然而，可以以許多不同的形式來實(shí)施本發(fā)明，并且本發(fā)明不應(yīng)該被解釋為限制于這里闡述的具體實(shí)施例。相反，提供這些實(shí)施例是為了解釋本發(fā)明的原理及其實(shí)際應(yīng)用，從而使本領(lǐng)域的其他技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明的各種實(shí)施例和適合于特定預(yù)期應(yīng)用的各種修改。
[0024]本發(fā)明的氮化鎵基半導(dǎo)體激光器包括襯底及從襯底起順序地設(shè)置在襯底上的η型光學(xué)限制層、η型光學(xué)波導(dǎo)層、多量子阱有源層、P型光學(xué)波導(dǎo)層、P型光學(xué)限制層和P型歐姆接觸層，其中，為了吸收由η型光學(xué)限制層、η型光學(xué)波導(dǎo)層、多量子阱有源層、P型光學(xué)波導(dǎo)層和P型光學(xué)限制層組成的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)泄漏到襯底中的光，本發(fā)明的氮化鎵基半導(dǎo)體激光器還包括設(shè)置在襯底與η型光學(xué)限制層之間的多量子阱吸收層。
[0025]襯底可采用氮化鎵材料；其中，采用氮化鎵材料的襯底的厚度約為2000nm，并且可采用Si作為施主雜質(zhì)將襯底形成η型襯底。作為其他實(shí)施方式，襯底也可采用藍(lán)寶石或碳化硅(SiC)等。
[0026]多量子阱吸收層可采用InxGai_xN/GaN材料，其中，χ為0.16?0.25。采用InxGapxN/GaN材料的多量子阱吸收層的厚度約為10nm。此外，多量子阱吸收層的禁帶寬度小于多量子阱有源層的禁帶寬度。另外，多量子阱吸收層的量子阱數(shù)目可以為2至10，以確保多量子阱吸收層能夠有效地吸收由所述波導(dǎo)結(jié)構(gòu)泄漏到襯底中的光。
[0027]η型光學(xué)限制層為超晶格結(jié)構(gòu)的周期性AlxGai_xN/GaN材料，其中，χ可為0.05?0.1。此外，η型光學(xué)限制層的厚度可為700nm?800nm。
[0028]η型光學(xué)波導(dǎo)層為InxGahN材料，其中，χ可為0.0l?0.03。此外，η型光學(xué)波導(dǎo)層的厚度可約為80nm。
[0029]多量子阱有源層為InxGai_xN/GaN材料，其中，χ可為0.15?0.17。此外，多量子阱有源層的厚度可為20nm?30nm。此外，為了確保多量子阱吸收層能夠有效地吸收由所述波導(dǎo)結(jié)構(gòu)泄漏到襯底中的光，多量子阱有源層中In的組分要小于多量子阱吸收層中In的組分。
[0030]P型光學(xué)波導(dǎo)層為InxGa1J材料，其中，χ可為0.0l?0.03。此外，P型光學(xué)波導(dǎo)層的厚度可約為80nm。
[0031]P型光學(xué)限制層為超晶格結(jié)構(gòu)的周期性AlxGal_xN/GaN材料，其中，x可為0.05?0.1。此外，P型光學(xué)限制層的厚度可為500nm?600nm。
[0032]P型歐姆接觸層為GaN材料，其中，P型歐姆接觸層的厚度可為20nm?25nm。
[0033]以下，將參照圖1和圖2對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0034]圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的氮化鎵基半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]參照圖1，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的氮化鎵基半導(dǎo)體激光器可為氮化鎵基藍(lán)光激光器，其可產(chǎn)生工作波長約為440nm的激光。
[0036]根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的氮化鎵基半導(dǎo)體激光器可包括襯底101及從襯底101起順序地設(shè)置在襯底101上的η型光學(xué)限制層102、η型光學(xué)波導(dǎo)層103、多量子阱有源層104、P型光學(xué)波導(dǎo)層105、P型光學(xué)限制層106和ρ型歐姆接觸層107，其中，為了吸收由η型光學(xué)限制層102、η型光學(xué)波導(dǎo)層103、多量子阱有源層104、ρ型光學(xué)波導(dǎo)層105和ρ型光學(xué)限制層106組成的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)泄漏到襯底101中的光，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的氮化鎵基半導(dǎo)體激光器還可包括設(shè)置在襯底101與η型光學(xué)限制層102之間的多量子阱吸收層108。
[0037]襯底101可采用氮化鎵材料；其中，采用氮化鎵材料的襯底101的厚度為2000nm，并且可采用Si作為施主雜質(zhì)將襯底101形成η型襯底。
[0038]多量子阱吸收層108可采用InxGai_xN/GaN材料，其中，χ為0.16。采用Inai6Gaa84N/GaN材料的多量子阱吸收層108的厚度可約為9nm。此外，多量子阱吸收層108的禁帶寬度小于多量子阱有源層104的禁帶寬度。另外，多量子阱吸收層108的量子阱數(shù)目可為2，以確保多量子阱吸收層108能夠有效地吸收由η型光學(xué)限制層102泄漏到襯底101中的光。
[0039]η型光學(xué)限制層102可為超晶格結(jié)構(gòu)的周期性Alatl8Gaa92NAiaN材料，其中，η型光學(xué)限制層102的厚度可為800nm。
[0040]η型光學(xué)波導(dǎo)層103可為Inatl2Gaa98N材料,其中,η型光學(xué)波導(dǎo)層103的厚度可為80nm。
[0041]多量子阱有源層104可為InxGai_xN/GaN材料，其中，χ為0.15。此外，多量子阱有源層104的厚度可為20nm。此外，為了確保多量子阱吸收層108能夠有效地吸收由所述波導(dǎo)結(jié)構(gòu)泄漏到襯底中的光，多量子阱