[发明专利]一种具有超晶格限制层的AlGaInP半导体激光器

说明书

本发明涉及一种具有超晶格限制层的AlGaInP半导体激光器，从下至上依次包括衬底、下限制层、下波导层、量子阱层、上波导层、第一上限制层、第二上限制层和欧姆接触层；第一上限制层为高铝组分的AlGaInP材料与低铝组分的AlGaInP材料交替生长的超晶格结构，所述第一上限制层中，高铝组分的AlGaInP材料的掺杂材料为Mg，低铝组分的AlGaInP材料的掺杂材料为Mg，第二上限制层为高铝组分的AlGaInP材料，第二上限制层的掺杂材料为Mg。本发明使用高掺杂的第一上限制层及第二上限制层，可以降低外延层的串联电阻，减少焦耳热的产生，提高了光电转换效率。

技术领域

本发明涉及一种具有超晶格限制层的AlGaInP半导体激光器，属于半导体激光器技术领域。

背景技术

AlGaInP四元化合物材料广泛应用于高亮度红光发光二极管及半导体激光器，已经成为红光发光器件的主流材料。但是相比于早期使用的AlGaAs材料，AlGaInP材料体系本身也有其缺点：AlGaInP/GaInP异质结的导带带阶很小，最大值约270meV，小于AlGaAs材料的350meV，因此电子势垒相对较低，容易形成泄露电流，使得激光器阈值电流加大，尤其是在高温及大电流工作中更为明显；AlGaInP材料由于合金散射，其热阻远高于AlGaAs材料，因此工作中产热较多，提升了结温及腔面温度；AlGaInP材料载流子的有效质量及态密度高于AlGaAs材料，激射时需要更高的透明电流密度。这些原因使得AlGaInP激光器的特征温度较低，连续工作时电光转换效率变低，产生较多的热量。

要降低AlGaInP半导体激光器的漏电流，提高其特征温度，对P型限制层进行高掺是一个常用的途径。P型高掺可以提高P型区的准费米能级位置，提高阻挡泄露电子的有效势垒。早期使用Zn原子作为受主杂质进行P型掺杂，可以获得10¹⁸cm^-3以上掺杂浓度，但是Zn原子在AlGaInP材料中的扩散系数非常大，很容易扩散进入有源区，产生光吸收，影响激光器的性能。后来使用扩散系数更小的Mg代替Zn原子进行P型掺杂，使得激光器的温度特性得到很大提高。但是，在大功率红光激光器中，由于工作电流大，器件结温高，长时间工作后Mg仍然会往外延层内部扩散，降低激光器的寿命。

非专利文献Appl.Phys.Lett.,1989,Vol.55(10),pp1017论述了Mg在MOCVD生长InP材料中的扩散问题，发现当Mg掺杂浓度在5e17cm^-3时的掺杂边很陡峭，扩散量很低，而当浓度大于1e18cm^-3时扩散得很明显。文章提出通过降低掺杂浓度可以保证Mg的扩散量。但是在半导体激光器中，低掺杂的Mg不仅会导致漏电流严重，还会增加P型层的串联电阻，进一步恶化激光器的温度特性。

中国专利CN104269741A公开了一种高可靠性的红光半导体激光器，在传统半导体激光器结构基础上对波导层进行掺杂，使有源区同PN结分离，PN结的强电场会吸引有源区的可移动缺陷，从而使激光器的可靠性得到改善。同时上波导层的Si掺杂原子可以阻止上限制层的高掺杂浓度Mg原子向有源区的扩散，降低了激光器连续工作时的功率衰减。波导层是光传播的主要区域，非常靠近量子阱发光区，在波导层中进行掺杂，必须精确的控制掺杂原子的浓度，如果过量同样会造成光散射及光吸收，所以这种方法有一定的缺陷。

发明内容

针对现有AlGaInP半导体激光器不易进行Mg原子的高掺，且容易扩散的问题，本发明提供一种具有超晶格限制层的AlGaInP半导体激光器，可以得到陡峭的高浓度Mg掺杂边。

本发明的技术方案为：

一种具有超晶格限制层的AlGaInP半导体激光器，从下至上依次包括衬底、下限制层、下波导层、量子阱层、上波导层、第一上限制层、第二上限制层和欧姆接触层；