一种具有隧道结结构的边发射半导体激光器及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体光电子技术领域，尤其涉及一种具有隧道结结构的边发射半导体激光器及其制备方法。
【背景技术】
[0002]半导体激光器发展至今已有将近60年的发展历史，在这期间无论国外还是国内都在半导体外延材料、激光器结构设计、激光器工艺制备和器件封装等方面进行了系统的研宄。半导体激光器以其重量轻、价格便宜、寿命长及易集成等优点广泛用于光纤通信、机械加工、光盘存取、生物医学、光谱分析和光信息处理等重要领域。
[0003]随着研宄的深入，为了进一步满足工业和军事要求，半导体激光器功率的提高以及工作电压的降低成为研宄的热点，为此研宄者们尝试了很多的办法。早期研宄者通过改变电极材料来改善金属与半导体接触，从而实现注入效率的提高。后来研宄者在工艺上通过改变合金温度和时间来改善金属与半导体的接触。但这些方法都无法较大程度控制P型欧姆接触的空穴损耗，并且有些半导体材料的P型掺杂本身就很困难，这样要实现良好的欧姆接触就显得比较困难。因此急需新的结构来实现具有高注入效率及低工作电压的半导体激光器。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种具有隧道结结构的边发射半导体激光器及其制备方法，改善载流子的注入效率及器件的工作电压，降低激光器的阈值电流，提高激光器的输出功率及光电转化效率。
[0005]本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种具有隧道结结构的边发射半导体激光器，包括N面电极、具有隧道结结构的外延结构，光刻具有隧道结结构的外延结构两侧形成脊形台，在形成脊形台的外延结构表面沉淀电绝缘层，所述电绝缘层上光刻出引线孔，电绝缘层上层叠P面电极。
[0006]本发明的有益效果是:本发明提供的这种具有隧道结结构的边发射半导体激光器，减少了 P型限制层中空穴的损耗，提高了载流子的注入效率，从而提高了器件的输出功率；同时消除了某些半导体P型重掺杂较为困难的问题，降低了器件的工作电压，从而提高了半导体激光器的功率转化效率。本发明提供的这种具有隧道结结构的边发射半导体激光器，广泛适用于各种材料系的边发射半导体激光器。
[0007]在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
[0008]进一步，所述具有隧道结结构的外延结构包括依次层叠的半导体衬底层波导结构区域、隧道结结构和N型欧姆接触层。
[0009]采用上述进一步方案的有益效果:所述隧道结结构的引入降低了器件的内部损耗以及器件的工作电压；所述N型欧姆接触层与P面电极形成上电极，形成了具有隧道结结构的边发射半导体激光器，由于很多半导体材料的P型欧姆接触不好形成，从而会导致开启电压变大，但半导体材料的N型欧姆接触都会比较容易实现，最终达到降低器件的开启电压的效果。
[0010]进一步，所述波导结构区域包括依次层叠的N型限制层、N型波导层、多量子阱有源区、P型波导层和P型限制层。
[0011]进一步，限制层、波导层和多量子阱有源区的折射率依次升高，从而在横向形成三层波导结构，使得多量子阱有源区发出的光被限制在多量子阱有源区中，其中所述限制层包括N型限制层和P型限制层，所述波导层包括N型波导层和P型波导层。
[0012]采用上述进一步方案的有益效果:使光能集中的从有源区中发射出来，从而提高激光器的输出光功率密度，方便激光功率的耦合输出。
[0013]进一步，所述的隧道结结构包括依次层叠的P型的重掺杂层和N型的重掺杂层。
[0014]采用上述进一步方案的有益效果:使得P型波导层中的空穴浓度大大提高，提高器件的载流子注入效率，提高器件的斜率效率和输出功率。
[0015]本发明解决上述技术问题的另一技术方案如下:一种制备具有隧道结结构的边发射半导体激光器的方法，包括如下步骤:
[0016]步骤1，外延生成具有隧道结结构的外延结构；
[0017]步骤2，光刻具有隧道结结构的外延结构两侧形成脊形台；
[0018]步骤3，在形成脊形台的外延结构表面沉淀电绝缘层；
[0019]步骤4，在电绝缘层上光刻出引线孔；
[0020]步骤5，在电绝缘层上制备P面电极；
[0021]步骤6，对具有隧道结结构的外延结构的衬底进行减薄抛光处理，进而制备N面电极。
[0022]本发明的有益效果是:本发明在工艺实现上只增加了 MOCVD外延过程中的层数，增加了隧道结结构，以及N型重掺杂层，制作工艺简单、成本低、重复性好。
[0023]在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
[0024]进一步，其特征在于，步骤I的具体实现为在半导体衬底层上依次外延波导结构区域、隧道结结构和N和型欧姆接触层。
[0025]进一步，所述波导结构区域包括依次层叠的N型限制层、N型波导层、多量子阱有源区、P型波导层和P型限制层。
[0026]进一步，限制层、波导层和多量子阱有源区的折射率依次升高，从而在横向形成三层波导结构，使得多量子阱有源区发出的光被限制在多量子阱有源区中，其中所述限制层包括N型限制层和P型限制层，所述波导层包括N型波导层和P型波导层。
[0027]进一步，所述的隧道结结构包括依次层叠的P型的重掺杂层和N型的重掺杂层。
【附图说明】
[0028]图1为本发明所述一种具有隧道结结构的边发射半导体激光器的侧向剖面示意图；
[0029]图2为本发明所述一种制备具有隧道结结构的边发射半导体激光器的方法流程图；
[0030]图3为本发明所述一种具有隧道结结构的边发射半导体激光器的立体示意图
[0031]图4为本发明所述具有隧道结结构的边发射半导体激光器的P-1-V特性曲线与普通边发射激光器的P-1-V特性曲线的对比图。
[0032]附图中，各标号所代表的部件列表如下:
[0033]1、N面电极，2、半导体衬底层，3、N型限制层，4、N型波导层，5、多量子阱有源区，6、P型波导层，7、P型限制层，8、电绝缘层，9、P面电极，10、N型重掺杂层，11、P型重掺杂层，12、N型欧姆接触层，13、引线孔，14、隧道结结构，15、窗口结构。
【具体实施方式】
[0034]以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0035]如图1所示，一种具有隧道结结构的边发射半导体激光器，包括N面电极1、具有隧道结结构的外延结构，光刻具有隧道结结构的外延结构两侧形成脊形台，在形成脊形台的外延结构表面沉淀电绝缘层8，所述电绝缘层8上光刻出引线孔13，电绝缘层上层叠P面电极9。本发明中所述隧道结结构的引入抑制了器件内部的吸收损耗，提高了器件的斜率效率和输出功率。此外，对于某些半导体材料，P型重掺杂比较困难。因此在P面，金属电极与半导体材料的欧姆接触较难形成，从而使得器件的工作电压较大，隧道结的引入可以利用金属电极与N型重掺杂的半导体材料形成良好的欧姆接触，从而降低器件的工作电压，从而提高器件的光电转化效率。
[0036]所述具有隧道结结构的外延结构包括依次层叠的半导体衬底层2、波导结构区域、隧道结结构14和N型欧姆接触层12。所述波导结构区域包括依次层叠的N型限制层3、N型波导层4、多量子阱有源区5、P型波导层6和P型限制层7。所述的隧道结结构14包括依次层叠的P型的重掺杂层11和N型的重掺杂层10。所述半导体陈底层采用N型半导体衬底。
[0037]本实施例中，所述电绝缘层8采用二氧化硅绝缘层。
[0038]如图2所示，一种制备具有隧道结结构的边发射半导体激光器的方法，包括如下步骤:
[0039]步骤1，外延生成具有隧道结结构的外延结构。
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