激光器外延结构及激光器的制作方法

本发明涉及一种激光器，特别涉及一种激光器外延结构及激光器，属于半导体。

背景技术：

1、氮化镓激光器(ld)是重要的光电子器件，基于gan材料体系(gan、ingan和algan)的激光器将半导体激光器的波长扩展到可见光谱和紫外光谱范围，在显示、照明、医疗、国防安全和金属加工等领域具有巨大的应用前景。

2、但由于激光器工作电流在ka/cm2量级，其器件中的电流密度非常之大，大量的电子形成高速流、高集中度的涌向ingan/gan量子阱结构的发光有源区，与空穴发生复合的同时，还会有很大一部分溢出冲向p型区，造成电子泄露，形成漏电影响gan基激光器的寿命提升。为此，传统的方法主要在上波导层上增加电子阻挡层(ebl)，以阻挡越过量子阱有源区的电子进入p型上限制层，但是，电子阻挡层阻挡电子的同时，也阻挡了p型区产生的空穴，而空穴本身的质量大、迁移慢，这使得空穴从p侧的量子阱区注入n侧的量子阱区变得更加困难，而这种不均匀的空穴注入会导致激光器阈值电流增大而斜率效率降低等问题。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种激光器外延结构及激光器，从而克服现有技术中的不足。

2、为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

3、本发明一方面提供了一种激光器外延结构，包括沿指定方向依次设置的第一限制层、第一波导层、发光层、第二波导层、电子阻挡层、第二限制层和欧姆接触层，所述第一限制层为第一掺杂类型，所述电子阻挡层、第二限制层和欧姆接触层均为第二掺杂类型；

4、其中，所述外延结构还包括空穴加速结构，所述空穴加速结构包括沿所述指定方向层叠设置在第二波导层与所述第二限制层之间的至少一第一空穴加速层和至少一第二空穴加速层，所述第一空穴加速层为第二掺杂类型，所述第一空穴加速层内的受主杂质浓度低于所述第二限制层和所述电子阻挡层中任一者内的受主杂质浓度，并且，所述第一空穴加速层的势垒低于所述第二限制层和所述电子阻挡层中任一者的势垒，所述第二空穴加速层为二维材料。

5、进一步的，所述空穴加速结构设置在所述电子阻挡层与所述第二限制层之间，和/或，所述空穴加速结构设置在所述电子阻挡层与所述第二波导层之间。

6、进一步的，所述空穴加速结构包括多个所述第一空穴加速层和/或多个所述第二空穴加速层。

7、进一步的，所述第一空穴加速层和所述第二空穴加速层沿所述指定方向依次交替设置。

8、进一步的，多个所述第二空穴加速层的厚度沿趋近所述电子阻挡层的方向逐渐增大。

9、进一步的，多个所述第一空穴加速层的受主杂质浓度沿趋近所述电子阻挡层的方向逐渐增大。

10、进一步的，所述空穴加速结构靠近所述电子阻挡层的表层结构为所述第二空穴加速层。

11、进一步的，所述第一空穴加速层与所述第二限制层之间还形成有极化场，所述极化场的矢量方向为自所述第二限制层指向所述发光层的方向，自所述第二限制层向所述发光层运动的空穴能够被所述极化场加速。

12、进一步的，所述第一空穴加速层的材质包括gan。

13、进一步的，所述第一空穴加速层的厚度为5-20nm。

14、进一步的，所述电子阻挡层中的受主杂质浓度为1e20-1e21cm-3，所述第二限制层中的受主杂质浓度为1e19-1e20cm-3，所述第一空穴加速层的受主杂质浓度为1e16-1e18cm-3。

15、进一步的，所述第二空穴加速层的材质包括h-bn。

16、进一步的，所述第二空穴加速层的厚度为5-10nm。

17、进一步的，所述电子阻挡层与第二限制层均为含al的iii族氮化物材料所组成，且所述第二限制层中的al含量大于所述电子阻挡层中的al含量。

18、进一步的，所述电子阻挡层中的al含量为5-10at％，所述第二限制层中的al含量为10-20at％。

19、进一步的，所述第一波导层和第二波导层的材质均包括ingan。

20、进一步的，所述电子阻挡层和第二限制层的材质均包括algan。

21、进一步的，所述第一掺杂类型为n型，第二掺杂类型为p型。

22、本发明另一方面还提供了一种激光器，包括所述的激光器外延结构。

23、与现有技术相比，本发明的优点包括：

24、1)本发明提供的一种gan基激光器外延结构，可以加速空穴的迁移速率，推动更多的空穴进入发光层，从而提高辐射复合的几率，减弱由于p-algan电子阻挡层对空穴的阻挡而致使电压过高的问题，进而提升激光器的发光效率、降低激光器的阈值电压、增加激光器的寿命；

25、2)本发明提供的一种gan基激光器外延结构，可以减少高温生长p-algan限制层而导致发光层发生热退化、量子阱产生晶体缺陷的问题，从而进一步提升激光器的质量。

技术特征：

1.一种激光器外延结构，包括沿指定方向依次设置的第一限制层、第一波导层、发光层、第二波导层、电子阻挡层、第二限制层和欧姆接触层，所述第一限制层为第一掺杂类型，所述电子阻挡层、第二限制层和欧姆接触层均为第二掺杂类型，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的激光器外延结构，其特征在于：所述空穴加速结构设置在所述电子阻挡层与所述第二限制层之间，和/或，所述空穴加速结构设置在所述电子阻挡层与所述第二波导层之间。

3.根据权利要求2所述的激光器外延结构，其特征在于：所述空穴加速结构包括多个所述第一空穴加速层和/或多个所述第二空穴加速层；

4.根据权利要求3所述的激光器外延结构，其特征在于：多个所述第二空穴加速层的厚度沿趋近所述电子阻挡层的方向逐渐增大；

5.根据权利要求3所述的激光器外延结构，其特征在于：所述空穴加速结构靠近所述电子阻挡层的表层结构为所述第二空穴加速层。

6.根据权利要求2或3所述的激光器外延结构，其特征在于：所述第一空穴加速层与所述第二限制层之间还形成有极化场，所述极化场的矢量方向为自所述第二限制层指向所述发光层的方向，自所述第二限制层向所述发光层运动的空穴能够被所述第二极化场加速。

7.根据权利要求1或3所述的激光器外延结构，其特征在于：所述第一空穴加速层的材质包括gan；

8.根据权利要求1或3所述的激光器外延结构，其特征在于：所述第二空穴加速层的材质包括h-bn；

9.根据权利要求1所述的激光器外延结构，其特征在于：所述电子阻挡层与第二限制层均为含al的iii族氮化物材料所组成，且所述第二限制层中的al含量大于所述电子阻挡层中的al含量；

10.一种激光器，其特征在于包括权利要求1-9中任一项所述的激光器外延结构。

技术总结
本发明公开了一种激光器外延结构及激光器。所述激光器外延结构包空穴加速结构，所述空穴加速结构包括沿所述指定方向层叠设置在第二波导层与所述第二限制层之间的至少一第一空穴加速层和至少一第二空穴加速层，所述第一空穴加速层为第二掺杂类型，所述第一空穴加速层内的受主杂质浓度低于所述第二限制层和所述电子阻挡层中任一者内的受主杂质浓度，所述第一空穴加速层的势垒低于所述第二限制层和所述电子阻挡层中任一者的势垒，所述第二空穴加速层为二维材料。本发明可以加速空穴的迁移速率，推动更多的空穴进入发光层，从而提高辐射复合的几率，进而提升激光器的发光效率、降低激光器的阈值电压、增加激光器的寿命。

技术研发人员：韩娜,王国斌
受保护的技术使用者：江苏第三代半导体研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13