[发明专利]一种蓝绿色半导体激光器材料及其制备方法

说明书

本发明涉及利用受激光发射器件领域，属于一种半导体材料的激活介质，特别是一种蓝绿色半导体激光器材料及其制备方法。

六十年代半导体激光器问世以来，激光器的波长一直停留在红外与红色波段上。经过30年的努力终于在91年由美国3M公司与布朗-普度合作小组先后研制成以ZnSe为基础的蓝绿色激光器。其有关内容可参阅文献M.A.Haase，J.Qiu，J.M.Depuydt    and    H.Cheng：Biuegreen    laserdiodes，Appl.Phys.Lett.59（1991）1272.和H.Jeon，J.Ding，W.Patterson，A.V.Nurmikko，W.Xie，D.C.Grillo，M.Kobayashi    and    Gunshor：Blue-green    injection    laser    diodes    in（Zn，Cd）Se/ZnSe    quantum    wells，Appl.phys.Lett.59（1991）3619。

蓝绿色激光器与发光二极管（LED）有着广泛的潜在应用背景，它的出现将使激光光盘的存储量提高一个数量级。高密度的光学储器将显示更大的优越性。还可应用在高亮度显示器，医疗诊断，海水与冰下通讯等等。然而目前的蓝绿色激光器与LED还存在一些问题，不能在室温下连续工作。主要有三方面的问题：

第一，激光器中的有源区晶体结构。目前有源区都采用量子阱结构，其势阱与势垒的材料分别用ZnSe，ZnCdSe与ZnSSe等材料组成的，而分子束外延生长三元化合物的结构完整性一般比二元化合物差。Ⅱ-Ⅵ族化合物之间晶格失配要比GaAlAs系统大得多，ZnSe与CdSe及ZnS之间的晶格失配分别为6.6%与4.7%。因此当量子阱阱宽大于临界厚度时，就会发生晶体结构弛豫而产生大量失配位错，使非辐射复合增加，降低激光器的量子效率，直至破坏激光受激发射。

第二，在ZnSe/ZnCdSe的系统中价带不连续性极小，△Ev＝0，因此空穴在量子阱中没有限制作用。激光器在正向注入时，一部分空穴没有与导带量子阱中的电子复合就流出了有源区，显然就降低了激光器的量子效率。

第三，电极的欧姆结触问题。半导体二极管激光器是正向大电流工作的器件，电极接触电阻大就会使工作时电极部分发热，降低了激光发射效率，缩短激光器的工作寿命。特别P型ZnSe的空穴浓度10¹⁷厘米^-3不太高时电极接触电阻就很大。

本发明的目的在于提供一种蓝绿色半导体激光器材料及其制备方法，以提高蓝绿色激光器中有源区的晶体结构完整性，避免失配位错的发生;和增加空穴的限制作用;以及降低欧姆接触电阻，从而提高蓝绿色半导体激光器的性能。

本发明的目的是通过下述技术方案来达到的：其一是采用原子层外延方法生长超晶格。超晶格中势阱与势垒分别用二种二元化合物组成，例如ZnSe与CdSe等，其厚度不超过其临界厚度，并把这种超晶格代替三元化合物作为量子阱的势阱。这种量子阱作激光器的有源区材料其晶格结构优于三元化合物所组成的量子阱。其二是采用原子层掺杂技术提高掺杂浓度，解决P型的欧姆接触问题。其三是采用Zn_1-xCd_xS_ySe_1-y四元系材料制成空穴势阱，增加空穴的限制作用，提高量子效率。

下面结合附图对本发明作进一步阐述。

图1是本发明在有源区采用原子层外延方法生长超晶格的多量子阱的激光器的能带结构图。

图2是本发明在n区的ZnSe处夹一层Zn_1-xCd_xS_ySe_1-y建立空穴势阱的激光器的能带结构图。