一种设有析氢层的半导体激光元件的制作方法

本发明涉及半导体光电器件，具体而言，涉及一种设有析氢层的半导体激光元件。

背景技术：

1、激光元件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。激光元件的各类很多，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元件；与其他类型激光元件相比，全固态半导体激光元件具有体积小、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。激光元件与氮化物半导体发光二极管存在较大的区别，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，单颗激光元件输出功率可在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；2)激光元件的使用电流密度达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；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，而激光元件为受激跃迁辐射，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；4)原理不同：发光二极管为在外界电压作用下，电子空穴跃迁到量子阱或p-n结产生辐射复合发光，而激光元件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。氮化物半导体激光元件存在以下问题：1)p型半导体的mg受主激活能大、离化效率低，空穴浓度远低于电子浓度、空穴迁移率远小于电子迁移率，导致量子阱中的电子空穴严重不对称不匹配；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受主杂质是内部光学损耗的主要来源之一。2)传统氮化物半导体的p型接触层的mg溶解度低、mg离化能高、受主激活能高、mg离化效率低等问题，导致自由空穴浓度普遍低于5e17cm-3；特别是mg的离化能和受主激活能随着al组分上升而逐渐上升，导致电子阻挡层、上限制层和接触层的空穴密度进一步降低。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种设有析氢层的半导体激光元件，解决了现有技术中存在的的问题。

2、一种设有析氢层的半导体激光元件，从下至上依次包括衬底、下限制层、下波导层，有源层、上波导层、电子阻挡层、上限制层，上限制层的上方设有析氢层。

3、作为本发明优选的技术方案，所述析氢层为rusx、ru-ni3n、nirux、ceo2-al2o3、co-li2o2、c-mos2、co7mo6、fe7mo6的任意两种或两种以上任意组合。

4、作为本发明优选的技术方案，所述析氢层的任意组合包括以下二元组合的异质结、超晶格、量子阱、核壳结构、量子点等结构但不限于以下结构：rusx/ru-ni3n，rusx/nirux，rusx/ceo2-al2o3，rusx/co-li2o2，rusx/c-mos2，rusx/co7mo6，rusx/fe7mo6，ru-ni3n/nirux，ru-ni3n/ceo2-al2o3，ru-ni3n/co-li2o2，ru-ni3n/c-mos2，ru-ni3n/co7mo6，ru-ni3n/fe7mo6，nirux/ceo2-al2o3，nirux/co-li2o2，nirux/c-mos2，nirux/co7mo6，nirux/

5、fe7mo6,ceo2-al2o3/co-li2o2,ceo2-al2o3/c-mos2,ceo2-al2o3/co7mo6,ceo2-al2o3/

6、fe7mo6,co-li2o2/c-mos2，co-li2o2/co7mo6，co-li2o2/fe7mo6，c-mos2/co7mo6，c-mos2/fe7mo6,co7mo6/fe7mo6。

7、作为本发明优选的技术方案，所述析氢层的任意组合包括以下三元组合的异质结、超晶格、量子阱、核壳结构、量子点等结构但不限于以下结构：

8、rusx/ru-ni3n/nirux,rusx/ru-ni3n/ceo2-al2o3,rusx/ru-ni3n/co-li2o2,rusx/ru-ni3n/c-mos2,ru sx/ru-ni3n/co7mo6,rusx/ru-ni3n/fe7mo6,rusx/nirux/ceo2-al2o3,rusx/nirux/co-li2o2,rusx/niru x/c-mos2,rusx/nirux/co7mo6,rusx/nirux/fe7mo6,rusx/ceo2-al2o3/co-li2o2,rusx/ceo2-al2o3/c-mo s2,rusx/ceo2-al2o3/co7mo6,rusx/ceo2-al2o3/fe7mo6,rusx/co-li2o2/c-mos2,rusx/co-li2o2/co7mo6,rusx/co-li2o2/fe7mo6,rusx/c-mos2/co7mo6,rusx/c-mos2/fe7mo6,rusx/co7mo6/fe7mo6,ru-ni3n/nirux/ceo2-al2o3,ru-ni3n/nirux/co-li2o2,ru-ni3n/nirux/c-mos2,ru-ni3n/nirux/co7mo6,ru-ni3n/nirux/fe7mo6,ru-ni3n/ceo2-al2o3/co-li2o2,ru-ni3n/ceo2-al2o3/c-mos2,ru-ni3n/ceo2-al2o3/co7mo6,ru-ni3n/ceo2-al2o3/fe7mo6,ru-ni3n/co-li2o2/c-mos2,ru-ni3n/co-li2o2/co7mo6,ru-ni3n/co-li2o2/fe7mo6,ru-ni3n/c-mos2/co7mo6,ru-ni3n/c-mos2/fe7mo6,ru-ni3n/co7mo6/fe7mo6,nirux/ceo2-al2o3/co-li2o2,nirux/ceo2-al2o3/c-mos2,nirux/ceo2-al2o3/co7mo6,nirux/ceo2-al2o3/fe7mo6,nirux/co-li2o2/c-mos2,nirux/co-li2o2/co7mo6,nirux/co-li2o2/fe7mo6,nirux/c-mos2/co7mo6,nirux/c-mos2/fe7mo6,nirux/co7mo6/fe7mo6,ceo2-al2o3/co-li2o2/c-mos2,ceo2-al2o3/co-li2o2/co7mo6,ceo2-al2o3/co-li2o2/fe7mo6,ceo2-al2o3/c-mos2/co7mo6,ceo2-al2o3/c-mos2/fe7mo6,

9、ceo2-al2o3/co7mo6/fe7mo6,co-li2o2/c-mos2/co7mo6,

10、co-li2o2/c-mos2/fe7mo6,co-li2o2/co7mo6/fe7mo6,c-mos2/co7mo6/fe7mo6。

11、作为本发明优选的技术方案，所述析氢层的任意组合包括以下包括以下四元、五元、六元、七元、八元组合的异质结、超晶格、量子阱、核壳结构、量子点等结构但不限于以下结构：rusx/ru-ni3n/nirux/ceo2-al2o3,rusx/ru-ni3n/nirux/co-li2o2,rusx/ru-ni3n/nirux/c-mos2,rusx/ru-ni3n/nirux/co7mo6,rusx/ru-ni3n/nirux/fe7mo6,ru-ni3n/nirux/ceo2-al2o3/co-li2o2,ru-ni3n/nirux/ceo2-al2o3/c-mos2,ru-ni3n/nirux/ceo2-al2o3/co7mo6,

12、ru-ni3n/nirux/ceo2-al2o3/fe7mo6,nirux/ceo2-al2o3/co-li2o2/c-mos2,

13、nirux/ceo2-al2o3/co-li2o2/co7mo6,nirux/ceo2-al2o3/co-li2o2/fe7mo6,

14、ceo2-al2o3/co-li2o2/c-mos2/co7mo6,ceo2-al2o3/co-li2o2/c-mos2/fe7mo6,

15、co-li2o2/c-mos2/co7mo6/fe7mo6,rusx/ru-ni3n/nirux/ceo2-al2o3/co-li2o2,

16、rusx/ru-ni3n/nirux/ceo2-al2o3/c-mos2,rusx/ru-ni3n/nirux/ceo2-al2o3/co7mo6,

17、rusx/ru-ni3n/nirux/ceo2-al2o3/fe7mo6,ru-ni3n/nirux/ceo2-al2o3/co-li2o2/c-mos2,

18、ru-ni3n/nirux/ceo2-al2o3/co-li2o2/co7mo6,ru-ni3n/nirux/ceo2-al2o3/co-li2o2/fe7mo6,

19、nirux/ceo2-al2o3/co-li2o2/c-mos2/co7mo6,nirux/ceo2-al2o3/co-li2o2/c-mos2/fe7mo6,

20、ceo2-al2o3/co-li2o2/c-mos2/co7mo6/fe7mo6,rusx/ru-ni3n/nirux/ceo2-al2o3/co-li2o2/c-mos2,

21、rusx/ru-ni3n/nirux/ceo2-al2o3/co-li2o2/co7mo6,

22、rusx/ru-ni3n/nirux/ceo2-al2o3/co-li2o2/fe7mo6,

23、ru-ni3n/nirux/ceo2-al2o3/co-li2o2/c-mos2/co7mo6,

24、ru-ni3n/nirux/ceo2-al2o3/co-li2o2/c-mos2/fe7mo6,

25、rusx/ru-ni3n/nirux/ceo2-al2o3/co-li2o2/c-mos2/co7mo6,

26、rusx/ru-ni3n/nirux/ceo2-al2o3/co-li2o2/c-mos2/fe7mo6,

27、ru-ni3n/nirux/ceo2-al2o3/co-li2o2/c-mos2/co7mo6/fe7mo6,

28、rusx/ru-ni3n/nirux/ceo2-al2o3/co-li2o2/c-mos2/co7mo6/fe7mo6。

29、作为本发明优选的技术方案，所述析氢层在上限制层的上方，用于吸附上限制层的氢原子和氧原子并进行脱附，用于吸附上限制层的氢原子并进行脱附,通过强界面耦合效应调节电子结构，通过电化学方法在外加偏压下吸附上限制层中的氢原子，并对氢原子进行高效脱附，形成h2排出表面，提升上限制层的p型掺杂元素的离化率并降低受主激活能，提升激光元件上限制层的空穴浓度，从而提升空穴的注入效率，降低未离化mg受主杂质导致的内部光学损耗，提升激光元件的发光效率和斜率效率。

30、作为本发明优选的技术方案，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、蓝宝石/sio2/sinx复合衬底、镁铝尖晶石mgal2o4、mgo、zno、zrb2、lialo2和ligao2复合衬底的任意一种。

31、与现有技术相比，本发明的有益效果：

32、在本发明的方案中：

33、相比于现有技术，在上限制层的上方设有析氢层，用于吸附上限制层的氢原子并进行脱附,通过强界面耦合效应调节电子结构，通过电化学方法在外加偏压下吸附上限制层中的氢原子，并对氢原子进行高效脱附，形成h2排出表面，提升上限制层的p型掺杂元素的离化率并降低受主激活能，提升激光元件上限制层的空穴浓度，从而提升空穴的注入效率，降低未离化mg受主杂质导致的内部光学损耗，提升激光元件的发光效率和斜率效率。