一种复合波导结构的AlGaInP红光半导体激光器件的制作方法

本发明涉及半导体激光器，具体涉及一种复合波导结构的algainp红光半导体激光器件。

背景技术：

1、本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

2、algainp红光半导体激光器具有价格低、寿命长的特点，在医疗美容、激光显示及工业测量等领域有着广泛的应用前景，但algainp激光器材料结构中的最大导带带阶差只有270mev，电子限制能力较差，电子从有源区向p型限制层溢出较为严重，特别是随着工作温度增加，电子溢出恶化，导致阈值电流增加、斜率效率降低，影响光电转换效率。文献electronics letters,vol 28(2),1992,pg 150–151指出采用mqb多量子阱垒超晶格，可以实现阱间电子能级干涉，从而提高导带能级，提高特征温度。但mqb结构采用多阱垒结构，对生长厚度要求严格，mocvd设备量产难度大。文献journal of crystal growth,191(3),1998,313-318指出p限制层高掺可以提高p型限制层的准费米能级位置，提高阻挡泄露电子的有效势垒，有助于降低阈值电流。但是p限制层掺杂浓度较高时，掺杂剂扩散会导致限制层及波导层界面粗化，同时在有源区形成非辐射复合中心，导致可靠性降低。文献ieeejournal of selected topics in quantum electronics,vol 3(2),1997,pg180–187指出利用应变补偿可以提高材料晶体质量，避免因临界厚度失配造成可靠性降低。但是垒层厚度较薄，高温工作时载流子活性增加，电子抑制能力有限。

技术实现思路

1、针对algainp红光半导体激光器对电子限制能力较差，导致电子从有源区向p型限制层溢出较为严重的问题，本发明提供一种复合波导结构的algainp红光半导体激光器件，该激光器能够有效提高对载流子的抑制能力，提升了光电转换效率。为实现上述目的，本发明公开如下所示的技术方案。

2、一种复合波导结构的algainp红光半导体激光器件，其由下至上依次包括由下至上依次包括：衬底、缓冲层、组分为al0.5in0.5p的下限制层、组分为(alx1ga1-x1)y1in1-y1p的组分渐变下波导层、组分为(alx2ga1-x2)y2in1-y2p的张应变下波导层、组分为gax3in1-x3p的第一量子阱、组分为(alx4ga1-x4)y3in1-y3p的张应变垒层、组分为gax5in1-x5p的第二量子阱、组分为(alx6ga1-x6)y4in1-y4p的张应变上波导层、组分为(alx7ga1-x7)y5in1-y5p的组分渐变上波导层、组分为al0.5in0.5p的第一上限制层、组分为gax8in1-x8p的腐蚀终止层、组分为al0.5in0.5p的第二上限制层、组分为(al0.5ga0.5)in0.5p的上过渡层、组分为ga0.5in0.5p的上过渡层和帽层。其中：所述组分渐变下波导层中的x1从下到上由1.0渐变至0.55，所述组分渐变上波导层中的x7从下到上由0.55渐变至1.0。

3、进一步地，所述组分渐变下波导层中，0.4≤y1≤0.6。可选地，所述组分渐变下波导层的厚度为0.5-1μm，非故意掺杂。在本发明中，所述组分渐变下波导层中的x1从下到上由1.0渐变至0.55，即组分渐变下波导层中的x1从其下表面到上表面由1.0渐变至0.55，所述下表面是指组分渐变下波导层面向下限制层的面，所述上表面是组分渐变下波导层面向张应变下波导层的面。本发明利用下波导层的组分渐变，有效降低了所述下限制层与张应变下波导层之间的带隙差，提高了载流子传输能力，提高了光电转换效率。

4、进一步地，所述张应变下波导层中，0.4≤x2≤0.5，0.52≤y2≤0.65。可选地，所述张应变下波导层的厚度为0.2-0.5μm，非故意掺杂。本发明利用张应变下波导层提高导带带隙，并组合所述第一量子阱6提高材料晶体质量，同时张应变下波导层受张应变带隙增大，与组分渐变下波导层界面导带带隙基本一致，减小势垒差值造成的载流子积聚，提高光电转换效率。

5、进一步地，所述第一量子阱中，0.35≤x3≤0.45，从而使组分为gax3in1-x3p的第一量子阱的晶格常数大于gaas衬底，形成压应变。可选地，所述第一量子阱的厚度为4-7nm，非故意掺杂。

6、进一步地，所述张应变垒层中，0.4≤x4≤0.65，0.52≤y3≤0.65，从而使组分为(alx4ga1-x4)y3in1-y3p的张应变垒层的晶格常数小于gaas衬底，形成张应变。可选地，所述张应变垒层的厚度为5-15nm。

7、进一步地，所述第二量子阱中，0.35≤x5≤0.45，从而使组分为gax5in1-x5p的第二量子阱的晶格常数大于gaas衬底，形成压应变。可选地，所述第二量子阱的厚度为4-7nm，非故意掺杂。

8、进一步地，所述张应变上波导层中，0.4≤x6≤0.5，0.52≤y4≤0.65。可选地，所述张应变上波导层的厚度为0.2-0.5μm，非故意掺杂。本发明利用张应变上波导层提高导带带隙，并组合所述第二量子阱提高材料晶体质量，同时张应变上波导层受张应变带隙增大，与组分渐变上波导层界面导带带隙基本一致，减小势垒差值造成的载流子积聚，提高光电转换效率。

9、进一步地，所述组分渐变上波导层中，0.4≤y5≤0.6。可选地，所述组分渐变上波导层的厚度为0.5-1μm，非故意掺杂。在本发明中，所述组分渐变上波导层中的x7从下到上由0.55渐变至1.0，即：组分渐变上波导层中的x7从其下表面到上表面由0.55渐变至1.0，所述下表面是指组分渐变上波导层面向张应变上波导层的面，所述上表面是组分渐变上波导层面向第一上限制层的面。本发明利用所述组分渐变上波导层的组分渐变特点有效降低了所述第一上限制层与张应变上波导层之间的带隙差，提高光电转换效率。

10、进一步地，所述第一上限制层、第二上限制层中均掺杂有mg或zn元素，掺杂浓度为7e17-1.5e18个原子/cm3。可选地，所述mg或zn元素的掺杂源为cp2mg或dezn。可选地，所述第一上限制层的厚度为0.1-0.2μm，所述第二上限制层的厚度为0.5-1.2μm。

11、进一步地，所述腐蚀终止层中，0.5≤x8≤0.65。所述腐蚀终止层中掺杂有mg或zn元素，掺杂浓度均在1.2e18-3e18个原子/cm3之间。可选地，所述mg或zn元素的掺杂源为cp2mg或dezn。可选地，所述腐蚀终止层的厚度为8-20nm。

12、进一步地，所述上过渡层、上过渡层中均掺杂有mg或zn元素，掺杂浓度均在1.5e18-4e18个原子/cm3之间。可选地，所述mg或zn元素的掺杂源为cp2mg或dezn。可选地，所述上过渡层、上过渡层的厚度均为20-40nm。

13、进一步地，所述帽层材质为gaas，其中掺杂有c或zn元素，掺杂浓度在4e19-1e20个原子/cm3之间。可选地，所述帽层的厚度为0.1-0.5μm。

14、与现有技术相比，本发明至少具有以下方面的有益效果：

15、(1)本发明通过组分渐变下波导层与张应变下波导层组成复合波导结构，并利用组分渐变下波导层的高al组分的渐变实现与下波导层5导带带隙的连续性，降低能量势垒，提高光电转换效率。同样地，本发明通过组分渐变上波导层与张应变上波导层组成复合波导结构，并利用分渐变上波导层10的高al组分的渐变实现与张应变上波导层导带带隙的连续性。上的结构设计能够有效降低波导层和限制层组分变化带来的能量势垒，减少电子和空穴积聚，具有更高的斜率效率和更低的工作电压，提高了光电转换效率。

16、(2)本发明通过张应变下波导层、第一量子阱6、张应变垒层、第二量子阱、张应变上波导层组成应变补偿超晶格结构，避免光电转换效率低、废热多的问题，影响激光器的老化特性，实现有源高可靠性工作。另外，本发明利用所述张应变波导层提高了量子阱与波导层之间的导带带隙差，载流子限制能力增加，减少载流子溢出，提高了载流子抑制能力，改善高温工作特性。