主动层结构及面射型共振腔体雷射的制作方法

1.本技术涉及半导体技术领域，尤其是涉及一种主动层结构及面射型共振腔体雷射。


背景技术：

2.传统vcsel半导体激光器中，主动层的井层、能障层、局限层及掺杂层以不同能隙材料所构成，以有机金属化学气相沉积(mocvd)来进行结构成长。传统的外延主动层结构以主动区为中心时往往呈对称结构形态，这样会导致电子容易越过主动区内的能障层抵达p型掺杂侧的局限层，在组件高温或高电流时造成寿命异常。


技术实现要素：

3.本技术的目的在于提供一种主动层结构及面射型共振腔体雷射，通过设置能带值整体上呈非对称形态分布的主动层多层结构，可以有效阻止电子越过主动区内的能障层抵达p型掺杂侧的局限层，防止组件高温或是高电流操作时造成寿命异常，提高器件寿命；并促使大部分载子留在井层，增加载子复合机率，进而提升内部量子效率。
4.第一方面，本技术实施例提供一种主动层结构，主动层结构包括：从下至上依次设置的n型掺杂层、第一局限层、复合量子井层、第二局限层和p型掺杂层；其中，复合量子井层包括交替设置的能障层和井层；能障层的数量等于井层的数量加一；主动层结构中的各层分别对应的能带值整体上呈非对称形态分布。
5.在本技术较佳的实施方式中，上述复合量子井层中的井层数量为奇数。
6.在本技术较佳的实施方式中，上述复合量子井层包括：从下到上依次设置的第一能障层、第一井层、第二能障层、第二井层、第三能障层、第三井层和第四能障层；其中，第二能障层的能带值高于其它能障层的能带值；在本技术较佳的实施方式中，上述第一局限层对应的能带值高于第二局限层对应的能带值。
7.在本技术较佳的实施方式中，上述n型掺杂层包括：从下至上依次设置的第一n掺杂层、第二n掺杂层和第三n掺杂层；第三n掺杂层对应的能带值小于第一n掺杂层对应的能带值，且大于第二n掺杂层对应的能带值。
8.在本技术较佳的实施方式中，上述p型掺杂层包括：从下至上依次设置的第一p掺杂层和第二p掺杂层；第二p掺杂层对应的能带值大于第一p掺杂层对应的能带值。
9.在本技术较佳的实施方式中，上述第一n掺杂层、第二能障层、第二局限层和第二p掺杂层的能带值均相同；第三n掺杂层、第一能障层、第三能障层和第四能障层的能带值均相同。
10.在本技术较佳的实施方式中，上述第一n掺杂层、第二n掺杂层和第三n掺杂层分别对应的材料为：al
(0.9)
ga
(0.1)
as、al
(0.1)
ga
(0.9)
as和al
(0.3)
ga
(0.7)
as。
11.在本技术较佳的实施方式中，上述第一p掺杂层和第二p掺杂层分别对应的材料为：al
(0.7)
ga
(0.3)
as和al
(0.9)
ga
(0.1)
as。
12.第二方面，本技术实施例还提供一种面射型共振腔体雷射，面射型共振腔体雷射包括：从下到上依次设置的衬底、缓冲层、n型布拉格反射层、如上一方面所述的主动层结构、氧化层和p型布拉格反射层。
13.本技术实施例提供的主动层结构及面射型共振腔体雷射，主动层结构包括：从下至上依次设置的n型掺杂层、第一局限层、复合量子井层、第二局限层和p型掺杂层；其中，复合量子井层包括交替设置的能障层和井层；能障层的数量等于井层的数量加一；主动层结构中的各层分别对应的能带值整体上呈非对称形态分布。通过设置能带值整体上呈非对称形态分布的主动层多层结构，可以有效阻止电子越过主动区内的能障层抵达p型掺杂侧的局限层，防止组件高温或是高电流操作时造成寿命异常，提高器件寿命；并促使大部分载子留在井层，增加载子复合机率，进而提升内部量子效率。
附图说明
14.为了更清楚地说明本技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
15.图1为现有技术中的一种主动层结构的能带图；
16.图2为现有技术中的一种主动层结构中的电子电洞复合图；
17.图3为本技术实施例提供的一种主动层结构的示意图；
18.图4为本技术实施例提供的一种主动层结构的能带图；
19.图5为本技术实施例提供的一种主动层结构中的电子电洞复合图；
20.图6为本技术实施例提供的另一种主动层结构的示意图；
21.图7为本技术实施例提供的另一种主动层结构的能带图；
22.图8为本技术实施例提供的一种电场强度对比仿真图；
23.图9为本技术实施例提供的一种面射型共振腔体雷射的结构示意图。
具体实施方式
24.下面将结合实施例对本技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
25.现有技术中，传统的外延主动层结构以主动区为中心时往往呈对称结构形态，参见图1所示，主动层结构中的多个局限层、能障层和井层分别对应的能带值呈中心对称分布，这样会导致电子容易越过主动区内的能障层抵达p型掺杂侧的局限层，参见图2所示，在组件高温或高电流时造成寿命异常。
26.基于此，本技术实施例提供一种主动层结构及面射型共振腔体雷射，通过设置能带值整体上呈非对称形态分布的主动层多层结构，可以有效阻止电子越过主动区内的能障层抵达p型掺杂侧的局限层，防止组件高温或是高电流操作时造成寿命异常，提高器件寿命；并促使大部分载子留在井层，增加载子复合机率，进而提升内部量子效率。
27.为便于对本实施例进行理解，首先对本技术实施例所公开的一种主动层结构进行详细介绍。
28.图3为本技术实施例提供的一种主动层结构，该主动层结构包括：从下至上依次设置的n型掺杂层11、第一局限层12、复合量子井层13、第二局限层14和p型掺杂层15；其中，复合量子井层13包括交替设置的能障层131和井层132；能障层131的数量等于井层132的数量加一；(图3中以井层数量为三，能障层数量为四为例示出)主动层结构中的各层分别对应的能带值整体上呈非对称形态分布，如图4所示。
29.井层132主要的目的就是让电子与电洞在井层会合之后进而复合后成为光子；能障层131主要的目的就是让载子不会轻易越过能障层，而是在井层被填满之后才会越过能障层；局限层(第一局限层12和第二局限层14)主要的目的是阻挡过多的载子连续越过井层及能障层，避免组件寿命受到影响。
30.元件通电之后，n型掺杂侧的电子会朝主动主动区移动，p型掺杂侧的电洞会朝主动区移动。电子电洞复合过程示意图如图5所示，由图5可以看出，本技术实施例中的主动层结构中各层分别对应的能带值整体上呈非对称形态分布，可以牵制n型掺杂侧的迁移率较快的电子，或者说增加了电子移动的距离，可以有效阻止电子越过主动区内的能障层抵达p型掺杂侧的局限层，从而防止组件高温或是高电流操作时造成寿命异常；另一方面，还可以增加电子与电洞在主动区内会合的机率，进而增加载子复合机率，提升内部量子效率。
31.本技术实施例还提供另一种主动层结构，该结构在上一实施例的基础上实现，本实施例重点描述主动层结构的具体材料构成。
32.在优选的实施方式中，上述复合量子井层中的井层数量通常设置为奇数。通过设置奇数个井层132，可以使电场的最高点的两侧是左右对称的，以及将电场置中，进而可以使整体的内部量子效率以及元件本身的外部量子效率发挥到最高。如果电场不是居中的，而是偏向一边，就代表电子与电洞会合的地方是偏向一边的，主动区中间的位置并不是电子与电洞复合最多的区域，也就代表量子效率较低。
33.下面列举一种井层数量为三，能障层数量为四的主动层结构。参见图6所示，该主动层结构中包括：从下至上依次设置的n型掺杂层11、第一局限层12、复合量子井层13、第二局限层14和p型掺杂层15；其中，复合量子井层13包括：从下到上依次设置的第一能障层131、第一井层132、第二能障层133、第二井层134、第三能障层135、第三井层136和第四能障层137；其中，第二能障层133的能带值高于其它能障层的能带值；上述第一局限层12对应的能带值高于第二局限层14对应的能带值。
34.上述n型掺杂层11包括：从下至上依次设置的第一n掺杂层111、第二n掺杂层112和第三n掺杂层113；第三n掺杂层113对应的能带值小于第一n掺杂层111对应的能带值，且大于第二n掺杂层112对应的能带值。
35.上述p型掺杂层15包括：从下至上依次设置的第一p掺杂层151和第二p掺杂层152；第二p掺杂层152对应的能带值大于第一p掺杂层151对应的能带值。
36.上述第一n掺杂层111、第二能障层133、第二局限层14和第二p掺杂层152的能带值均相同；第三n掺杂层113、第一能障层131、第三能障层135和第四能障层137的能带值均相同。
37.参见表1所示的各层分别采用的材料及对应能带值：
38.表1
[0039][0040]
上述第一n掺杂层、第二n掺杂层和第三n掺杂层分别对应的材料为：al
(0.9)
ga
(0.1)
as、al
(0.1)
ga
(0.9)
as和al
(0.3)
ga
(0.7)
as，能带值分别为：2.128ev、1.547ev和1.796ev。
[0041]
上述第一p掺杂层和第二p掺杂层分别对应的材料为：al
(0.7)
ga
(0.3)
as和al
(0.9)
ga
(0.1)
as；能带值分别为：2.058ev和2.128ev。
[0042]
上述第一局限层和第二局限层分别对应的材料为：al
(0.35)
ga
(0.65)
as、al
(0.9)
ga
(0.1)
as；能带值分别为：1.859ev和2.128ev。
[0043]
上述第一井层、第二井层、第三井层分别对应的材料均为：in
(0.1)
ga
(0.9)
as，能带值均为1.279ev。
[0044]
上述第一能障层、第三能障层、第四能障层分别对应的材料均为：al
(0.3)
ga
(0.7)
as，能带值均为1.796ev；第二能障层对应的材料为：al
(0.9)
ga
(0.1)
as，能带值为2.128ev。
[0045]
图7为本技术实施例提供的与上述能带值对应的能带图，由图7可以看出，本技术实施例中的主动层结构中各层分别对应的能带值整体上呈非对称形态分布，可以牵制n型掺杂侧的迁移率较快的电子，或者说增加了电子移动的距离，可以有效阻止电子越过主动区内的能障层抵达p型掺杂侧的局限层，从而防止组件高温或是高电流操作时造成寿命异常；另一方面，还可以增加电子与电洞在主动区内会合的机率，进而增加载子复合机率，提
升内部量子效率。
[0046]
由图8所示的仿真图可知，本技术实施例提供的主动层结构相对于传统结构可以获得较高的主动区电场强度。
[0047]
基于上述主动层结构实施例，本技术实施例还提供一种面射型共振腔体雷射，参见图9所示，该面射型共振腔体雷射包括：从下到上依次设置的衬底21、缓冲层22、n型布拉格反射层23、如前述实施例所述的主动层结构24、氧化层25和p型布拉格反射层26。
[0048]
本技术实施例提供的面射型共振腔体雷射，其实现原理及产生的技术效果和前述主动层结构实施例相同，为简要描述，面射型共振腔体雷射的实施例部分未提及之处，可参考前述主动层结构实施例中相应内容。
[0049]
在本技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0050]
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本技术的具体实施方式，用以说明本技术的技术方案，而非对其限制，本技术的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。