一种GaN基半导体紫光紫外激光二极管的制作方法

本技术涉及半导体光电器件领域，尤其涉及一种gan基半导体紫光紫外激光二极管。

背景技术：

1、激光器广泛应用于激光显示、激光电视、激光投影仪、通讯、医疗、武器、制导、测距、光谱分析、切割、精密焊接、高密度光存储等领域。激光器的各类很多，分类方式也多样，主要有固体、气体、液体、半导体和染料等类型激光器；与其他类型激光器相比，全固态半导体激光器具有体积小、效率高、重量轻、稳定性好、寿命长、结构简单紧凑、小型化等优点。

2、激光器与氮化物半导体发光二极管存在较大的区别：

3、1)激光是由载流子发生受激辐射产生，光谱半高宽较小，亮度很高，单颗激光器输出功率可在w级，而氮化物半导体发光二极管则是自发辐射，单颗发光二极管的输出功率在mw级；

4、2)激光器的使用电流密度达ka/cm2，比氮化物发光二极管高2个数量级以上，从而引起更强的电子泄漏、更严重的俄歇复合、极化效应更强、电子空穴不匹配更严重，导致更严重的效率衰减droop效应；

5、3)发光二极管自发跃迁辐射，无外界作用，从高能级跃迁到低能级的非相干光，而激光器为受激跃迁辐射，感应光子能量应等于电子跃迁的能级之差，产生光子与感应光子的全同相干光；

6、4)原理不同：发光二极管为在外界电压作用下，电子空穴跃迁到有源层或p-n结产生辐射复合发光，而激光器需要激射条件满足才可激射，必须满足有源区载流子反转分布，受激辐射光在谐振腔内来回振荡，在增益介质中的传播使光放大，满足阈值条件使增益大于损耗，并最终输出激光。

7、氮化物半导体激光器存在以下问题：

8、1)光波导吸收损耗高，固有碳杂质在p型半导体中会补偿受主、破坏p型等，p型掺杂的离化率低，大量未电离的mg受主杂质会导致内部光学损耗上升，且激光器的折射率色散，高浓度载流子浓度起伏影响有源层的折射率，限制因子随波长增加而减少，导致激光器的模式增益降低；

9、2)激光器的折射率色散，限制因子随波长增加而减少，导致激光器的模式增益降低；

10、3)下限制层的厚度增加，可降低限制层的折射率，但下限制层的厚度增加又会导致组分调控范围受限制，易产生开裂、弯曲和质量下降等问题；同时，光场有耗散，光场模式泄漏到衬底形成驻波会导致衬底模式抑制效率低，远场图像ffp质量差。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题之一，本发明提供了一种gan基半导体紫光紫外激光二极管。

2、本发明实施例提供了一种gan基半导体紫光紫外激光二极管，包括从下至上依次设置的衬底、下限制层、下波导层、有源层、上波导层和上限制层，所述衬底与下限制层之间设置有衬底模式抑制层，所述衬底模式抑制层具有si掺杂浓度分布、c元素分布、o元素分布、h元素分布和al元素分布，所述衬底具有si掺杂浓度分布、c元素分布、o元素分布和h元素分布，所述下限制层具有c元素分布、o元素分布和h元素分布。

3、优选地，所述衬底模式抑制层的si掺杂浓度分布具有函数y＝cosx/ex或y＝exsinx曲线分布；

4、所述衬底模式抑制层的c元素分布、o元素分布和h元素分布具有函数y＝(ax-1)/(ax+1)(0<a<1)曲线分布；

5、所述衬底模式抑制层的al元素分布具有函数y＝x/lnx或y＝ex/lnx的第四象限曲线分布。

6、优选地，所述衬底模式抑制层的al元素分布峰值位置往衬底方向呈下降趋势，下降角度为α：90°≥α≥45°；

7、所述衬底模式抑制层的si掺杂浓度分布峰值位置往衬底方向呈下降趋势，下降角度为β：90°≥β≥40°；

8、所述衬底模式抑制层的si掺杂浓度分布峰值位置往下限制层方向呈下降趋势，下降角度为γ：90°≥γ≥45°；

9、所述衬底模式抑制层的h元素分布往衬底方向呈下降趋势，下降角度为θ:70°≥θ≥10°；

10、所述衬底模式抑制层的o元素分布往衬底方向呈下降趋势，下降角度为

11、所述衬底模式抑制层的c元素分布往衬底方向呈下降趋势，下降角度为ψ：80°≥ψ≥20°。

12、优选地，所述衬底模式抑制层的al元素分布、si掺杂浓度分布、c元素分布、h元素分布和o元素分布的变化角度具有如下关系:

13、优选地，所述衬底的si掺杂浓度分布具有函数y＝sinx/x、正弦或余弦函数的曲线分布，浓度范围为5e17cm-3至1e19cm-3；

14、所述衬底的h元素分布呈常数函数分布，浓度范围为1e16cm-3至1e18cm-3；

15、所述衬底的o元素分布呈常数函数分布，浓度范围为1e16cm-3至1e17cm-3；

16、所述衬底的c元素分布呈常数函数分布，浓度范围为1e15cm-3至5e16cm-3。

17、优选地，所述下限制层的h元素分布呈常数函数分布，浓度范围为1e16cm-3至1e18cm-3；

18、所述下限制层的o元素分布呈常数函数分布，浓度范围为1e16 cm-3至1e17cm-3；

19、所述下限制层的c元素分布呈常数函数分布，浓度范围为1e15 cm-3至5e16cm-3。

20、优选地，所述下限制层的h元素分布浓度高于衬底的h元素分布浓度，所述下限制层的c元素分布浓度高于衬底的c元素分布浓度，所述下限制层的o元素分布浓度高于衬底的o元素分布浓度。

21、优选地，所述下限制层、下波导层，有源层、上波导层、上限制层包括gan、algan、ingan、alingan、aln、inn、alinn、sic、ga2o3、bn、gaas、gap、inp、algaas、alingaas、algainp、ingaas、alinas、alinp、algap、ingap的任意一种或任意组合，所述下限制层厚度为500nm至10um，所述上波导层和下波导层的厚度为20埃米至1000埃米；

22、所述衬底模式抑制层为alingan、algan、aln、alinn、gan的任意一种或任意组合，所述衬底模式抑制层的厚度为2nm至2000nm。

23、优选地，所述有源层为阱层和垒层组成的周期结构，周期数为3≥m≥1，阱层为ingan、alingan、algan、gan、alinn的任意一种或任意组合，厚度为50埃米至200埃米，垒层为gan、algan、alingan、aln、alinn的任意一种或任意组合，厚度为20埃米至500埃米；所述有源层发出的激光波长为200nm至420nm的紫外和深紫外波长。

24、优选地，所述衬底包括蓝宝石、硅、ge、sic、aln、gan、gaas、inp、蓝宝石/sio2复合衬底、蓝宝石/aln复合衬底、蓝宝石/sinx、镁铝尖晶石mgal2o4、mgo、zno、zrb2、lialo2和ligao2复合衬底的任意一种，所述衬底厚度为50um至1000um。

25、本发明的有益效果如下：本发明通过在衬底与下限制层之间设置衬底模式抑制层，并对衬底模式抑制层、衬底和下限制层中的si掺杂浓度、c元素、o元素、h元素和al元素的分布进行特定设计，从而抑制衬底模式泄漏，消除激光器远场分布图像中的波瓣，防止高扭结，解决光场模式泄漏至衬底形成的驻波，使主激光束无波纹，提升光束质量因子，提升远场ffp质量，并降低光波导的吸收损耗，改善折射率色散，减少内部光学损耗。