本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種半導(dǎo)體激光器及其制作方法。

背景技術(shù)：

作為第三代半導(dǎo)體，氮化鎵(GaN)及其系列材料(包括氮化鋁、鋁鎵氮、銦鎵氮、氮化銦)以其禁帶寬度大、光譜范圍寬(覆蓋了從紫外到紅外全波段)、耐高溫性和耐腐蝕性好，在光電子學(xué)和微電子學(xué)領(lǐng)域內(nèi)有巨大的應(yīng)用價(jià)值。GaN基激光器是一種非常重要的GaN基光電子器件，由于其發(fā)射的光波在可見光波段，GaN基激光器在高密度光信息存儲、投影顯示、激光打印、水下通信、生物化學(xué)試劑的感應(yīng)和激活以及醫(yī)療方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

傳統(tǒng)的氮化鎵基半導(dǎo)體激光器主要包括襯底、下N型限制層、下N型波導(dǎo)層、有源區(qū)、上P型波導(dǎo)層、P型電子阻擋層、上P型限制層和P型接觸層的脊形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的氮化鎵基半導(dǎo)體激光器采用脊形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是為了降低閾值電流密度，增加橫向光場限制，而脊形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)P型接觸層的接觸面積小，又接觸電阻與接觸面積成反比，故P型層具有較大接觸電阻。在這種情況下，P型層會產(chǎn)生大的熱損耗。大的熱損耗會惡化氮化物激光器的性能，使得激光器閾值電流密度增大、斜率效率降低、壽命降低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種半導(dǎo)體激光器及其制作方法，能夠減小接觸電阻，降低熱損耗，提升性能。

本發(fā)明提出的具體技術(shù)方案為：提供一種半導(dǎo)體激光器，包括襯底、設(shè)置于所述襯底上的下限制層及設(shè)置于所述下限制層上的下波導(dǎo)層、第一掩膜波導(dǎo)、第二掩膜波導(dǎo)，所述第一掩膜波導(dǎo)和所述第二掩膜波導(dǎo)分別位于所述下波導(dǎo)層的兩側(cè)，所述半導(dǎo)體激光器還包括依次疊層設(shè)置于所述下波導(dǎo)層上的有源層、上波導(dǎo)層、電子阻擋層、上限制層及接觸層，所述接觸層分別延伸至所述第一掩膜波導(dǎo)和所述第二掩膜波導(dǎo)的上表面。

進(jìn)一步地，所述第一掩膜波導(dǎo)和所述第二掩膜波導(dǎo)為條形掩膜波導(dǎo)。

進(jìn)一步地，所述第一掩膜波導(dǎo)和所述第二掩膜波導(dǎo)的材質(zhì)為氮化硅；和/或所述第一掩膜波導(dǎo)和所述第二掩膜波導(dǎo)之間的間隔為2～10μm。

進(jìn)一步地，所述第一掩膜波導(dǎo)和所述第二掩膜波導(dǎo)的厚度均為200～500nm；和/或所述第一掩膜波導(dǎo)和所述第二掩膜波導(dǎo)的寬度均為100μm。

進(jìn)一步地，所述第一掩膜波導(dǎo)和所述第二掩膜波導(dǎo)對稱設(shè)置于所述下波導(dǎo)層的兩側(cè)。

進(jìn)一步地，所述下波導(dǎo)層、有源層、上波導(dǎo)層、電子阻擋層、上限制層均延伸至所述第一掩膜波導(dǎo)和所述第二掩膜波導(dǎo)的上表面。

進(jìn)一步地，還包括設(shè)置于所述下波導(dǎo)層與所述下限制層之間的第一緩沖層，所述第一緩沖層位于所述第一掩膜波導(dǎo)和所述第二掩膜波導(dǎo)之間并延伸至所述第一掩膜波導(dǎo)和所述第二掩膜波導(dǎo)的上表面。

進(jìn)一步地，還包括設(shè)置于所述掩膜層與所述下限制層之間的過渡層及設(shè)置于所述下限制層與所述襯底之間的第二緩沖層。

進(jìn)一步地，所述襯底的材質(zhì)為N型氮化鎵，所述第二緩沖層的材質(zhì)為N型摻雜的氮化鎵，所述下限制層的材質(zhì)為N型摻雜的氮化鋁鎵，所述過渡層的材質(zhì)為N型氮化鎵，所述第一緩沖層的材質(zhì)為N型摻雜的氮化鎵，所述下波導(dǎo)層的材質(zhì)為N型摻雜的氮化銦鎵，所述上波導(dǎo)層的材質(zhì)為P型摻雜的氮化銦鎵，所述電子阻擋層的材質(zhì)為P型摻雜的氮化鋁鎵，所述上限制層的材質(zhì)為P型摻雜的氮化鋁鎵，所述接觸層的材質(zhì)為P型摻雜的氮化鎵，所述有源層為量子阱，其包括交替生長的摻雜的氮化鎵量子壘層和摻雜的氮化銦鎵量子阱層。

本發(fā)明還提供了一種如上所述的半導(dǎo)體激光器的制作方法，包括步驟：

提供一襯底并在所述襯底的頂部依次疊層生長形成下限制層和掩膜層；

應(yīng)用刻蝕工藝刻蝕所述掩膜層，以在所述下限制層上形成第一掩膜波導(dǎo)和第二掩膜波導(dǎo)；

在所述下限制層上依次疊層生長形成下波導(dǎo)層、有源層、上波導(dǎo)層、電子阻擋層、上限制層及接觸層，所述第一掩膜波導(dǎo)和所述第二掩膜波導(dǎo)分別位于所述下波導(dǎo)層的兩側(cè)，所述接觸層分別延伸至所述第一掩膜波導(dǎo)和所述第二掩膜波導(dǎo)的上表面。

本發(fā)明提供的半導(dǎo)體激光器及其制作方法，在下限制層上設(shè)置有第一掩膜波導(dǎo)和第二掩膜波導(dǎo)，第一掩膜波導(dǎo)和第二掩膜波導(dǎo)分別位于下波導(dǎo)層的兩側(cè)，接觸層可以延伸至第一掩膜波導(dǎo)和第二掩膜波導(dǎo)的上表面，從而增加了接觸層的接觸面積，減小了接觸電阻，降低了熱損耗，提升了半導(dǎo)體激光器的性能。

附圖說明

通過結(jié)合附圖進(jìn)行的以下描述，本發(fā)明的實(shí)施例的上述和其它方面、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚，附圖中：

圖1為實(shí)施例一的半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2a至圖2c為實(shí)施例一中半導(dǎo)體激光器的制作流程圖；

圖3為實(shí)施例二的半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為實(shí)施例三的半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下，將參照附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。然而，可以以許多不同的形式來實(shí)施本發(fā)明，并且本發(fā)明不應(yīng)該被解釋為局限于這里闡述的具體實(shí)施例。相反，提供這些實(shí)施例是為了解釋本發(fā)明的原理及其實(shí)際應(yīng)用，從而使本領(lǐng)域的其他技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明的各種實(shí)施例和適合于特定預(yù)期應(yīng)用的各種修改。

將理解的是，當(dāng)諸如層、膜、區(qū)域或基底的元件被稱作“在”另一元件“上”時(shí)，該元件可以直接在所述另一元件上，或者也可以存在中間元件?？蛇x擇地，當(dāng)元件被稱作“直接在”另一元件“上”時(shí)，不存在中間元件。

實(shí)施例一

參照圖1，本實(shí)施例提供的半導(dǎo)體激光器包括襯底1、下限制層2、下波導(dǎo)層3、掩膜層4、有源層5、上波導(dǎo)層6、電子阻擋層7、上限制層8及接觸層9。下限制層2設(shè)置于襯底1上，掩膜層4設(shè)置于下限制層2上，其包括沿平行于下限制層2的方向間隔設(shè)置的第一掩膜波導(dǎo)41和第二掩膜波導(dǎo)42。下波導(dǎo)層3、有源層5、上波導(dǎo)層6、電子阻擋層7、上限制層8依次疊層設(shè)置于第一掩膜波導(dǎo)41和第二掩膜波導(dǎo)42之間。接觸層9設(shè)置于上限制層8上并完全覆蓋上限制層8，其中，上限制層8的折射率小于上波導(dǎo)層6的折射率，下限制層2的折射率小于下波導(dǎo)層3的折射率。

由于在下限制層2的表面設(shè)置有掩膜層4，使得接觸層9可以分別延伸至第一掩膜波導(dǎo)41和第二掩膜波導(dǎo)42的上表面，從而增加了接觸層9與P型電極(圖未標(biāo))的接觸面積，減小了接觸電阻，降低了熱損耗，提升了半導(dǎo)體激光器的性能。

優(yōu)選的，第一掩膜波導(dǎo)41和第二掩膜波導(dǎo)42為條形掩膜波導(dǎo)。為了起到隔離作用，第一掩膜波導(dǎo)41和第二掩膜波導(dǎo)42的材質(zhì)為氮化硅。當(dāng)然，在其他實(shí)施例中，掩膜層4可以包括陣列設(shè)置的多個(gè)第一掩膜波導(dǎo)41和第二掩膜波導(dǎo)42，第一掩膜波導(dǎo)41和第二掩膜波導(dǎo)42的材質(zhì)也可以為其他絕緣材料。

第一掩膜波導(dǎo)41和第二掩膜波導(dǎo)42之間的間隔為2～10μm，第一掩膜波導(dǎo)41和第二掩膜波導(dǎo)42的厚度均為200～500nm，第一掩膜波導(dǎo)41和第二掩膜波導(dǎo)42的寬度均為100μm。

本實(shí)施例中，第一掩膜波導(dǎo)41和第二掩膜波導(dǎo)42對稱設(shè)置于下波導(dǎo)層3、有源層5、上波導(dǎo)層6、電子阻擋層7和上限制層8的兩側(cè)。當(dāng)然，在其他實(shí)施例中，第一掩膜波導(dǎo)41和第二掩膜波導(dǎo)42也可以不對稱設(shè)置。

具體的，襯底1的材質(zhì)為氮化鎵、藍(lán)寶石、碳化硅、硅或尖晶石，本實(shí)施例中襯底1的材質(zhì)為N型氮化鎵。下限制層2的材質(zhì)為N型摻雜的氮化鋁鎵，其厚度為1300nm，在其他實(shí)施例中，下限制層2的材質(zhì)也可以為N型氮化鋁鎵或N型氮化鎵超晶格。下波導(dǎo)層3的材質(zhì)為N型摻雜的氮化銦鎵，其厚度為100nm左右，在其他實(shí)施例中，下波導(dǎo)層3的材質(zhì)也可以選為N型氮化鎵或N型氮化鋁鎵。

上波導(dǎo)層6的材質(zhì)為P型摻雜的氮化銦鎵，其厚度為100nm，在其他實(shí)施例中，上波導(dǎo)層6的材質(zhì)也可以選為P型氮化鎵或P型氮化鋁鎵。電子阻擋層7的材質(zhì)為P型摻雜的氮化鋁鎵，其厚度為20nm。上限制層8的材質(zhì)為P型摻雜的氮化鋁鎵，其厚度為500nm，在其他實(shí)施例中，上限制層8也可以用透明導(dǎo)電氧化物代替，例如，二元金屬氧化物中的氧化鋅、氧化鎂、氧化錫、氧化鎘或氧化銦，或者選自三元金屬氧化物中的氧化銦錫、氧化鋁鋅、氧化鎵鋅、氧化銦鋅、氧化鎂鋅或銦鎵鋅氧化物。接觸層9的材質(zhì)為P型摻雜的氮化鎵，其中，接觸層9也可以用透明導(dǎo)電氧化物代替。

有源層5為量子阱，其包括交替生長的n+1個(gè)量子壘層和n個(gè)量子阱層，n為大于0的整數(shù)，優(yōu)選的，1≤n≤4。量子壘層具有比量子阱層更大的帶隙能量，下波導(dǎo)層3和上波導(dǎo)層6具有比量子阱層更大的帶隙能量。量子壘層的材料為氮化鎵，量子阱層的材料為氮化銦鎵。本實(shí)施例中的有源層5包括3個(gè)氮化鎵量子壘層和2個(gè)氮化銦鎵量子阱層，這3個(gè)氮化鎵量子壘層和2個(gè)氮化銦鎵量子阱層依次交替堆疊設(shè)置，其中，量子阱的最底層和最頂層均為氮化鎵量子壘層。氮化鎵量子壘層的厚度為15nm，氮化銦鎵量子阱層的厚度為15nm。當(dāng)然，在其他實(shí)施例中，量子壘層的材質(zhì)還可以為氮化銦鎵或氮化鋁鎵。

參照圖2a至圖2c，本實(shí)施例還提供了一種上述半導(dǎo)體激光器的制作方法，包括以下步驟：

步驟S1、提供一襯底1并在襯底1的頂部依次疊層生長形成下限制層2和掩膜層4。

具體的，在步驟S1中，利用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)工藝在襯底1的頂部生長形成下限制層2。其中，下限制層2的材質(zhì)為N型摻雜的氮化鋁鎵，摻雜劑為硅，摻雜濃度為2×10¹⁸/cm³，生長溫度控制在1000-1100℃之間，生長壓力在100-300Mbar之間。利用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)工藝在下限制層2上沉積掩膜層4，掩膜層4的材質(zhì)為氮化硅。

步驟S2、應(yīng)用刻蝕工藝刻蝕掩膜層4，以形成沿平行于下限制層2的方向間隔設(shè)置的第一掩膜波導(dǎo)41和第二掩膜波導(dǎo)42。其中，刻蝕工藝包括光刻、反應(yīng)離子刻蝕(RIE)工藝。

步驟S3、在第一掩膜波導(dǎo)41和第二掩膜波導(dǎo)42之間依次疊層生長形成下波導(dǎo)層3、有源層5、上波導(dǎo)層6、電子阻擋層7、上限制層8及接觸層9，接觸層9完全覆蓋上限制層8并分別延伸至第一掩膜波導(dǎo)41和第二掩膜波導(dǎo)42的上表面，第一掩膜波導(dǎo)41和第二掩膜波導(dǎo)42分別位于下波導(dǎo)層3的兩側(cè)。

具體的，在步驟S3中，利用MOCVD工藝在第一掩膜波導(dǎo)41和第二掩膜波導(dǎo)42之間依次疊層生長形成下波導(dǎo)層3、有源層5、上波導(dǎo)層6、電子阻擋層7、上限制層8及接觸層9。其中，下波導(dǎo)層3的材質(zhì)為N型摻雜的氮化銦鎵，摻雜方式為非故意摻雜，銦組分為3％，生長溫度控制在700-900℃之間，生長壓力在300-500Mbar之間。有源層5的各層所采用的摻雜方式為非故意摻雜，生長溫度控制在600-900℃之間，生長壓力在200-500Mbar之間。上波導(dǎo)層6的材質(zhì)為P型摻雜的氮化銦鎵，摻雜方式為非故意摻雜，銦組分為2％，生長溫度控制在700-900℃之間，生長壓力在200-500Mbar之間。電子阻擋層7的材質(zhì)為P型摻雜的氮化鋁鎵，摻雜劑為鎂，摻雜濃度為2×10¹⁹/cm³，生長溫度控制在800-1000℃之間，生長壓力控制在100-300Mbar之間。上限制層8的材質(zhì)為P型摻雜的氮化鋁鎵，摻雜劑為鎂，摻雜濃度為1.0×10¹⁹/cm³，生長溫度控制在700-900℃之間，生長壓力控制在200-400Mbar之間。接觸層9的材質(zhì)為P型摻雜的氮化鎵，摻雜劑為Mg，摻雜濃度為1.0×10²⁰/cm³。這里，上限制層8和接觸層9也可以用透明導(dǎo)電氧化物代替，透明導(dǎo)電氧化物使用磁控濺射法沉積。

本實(shí)施例中MOCVD工藝也可以替換為分子束外延生長工藝或原子層沉積工藝，透明導(dǎo)電氧化物也可以采用電子束蒸發(fā)沉積工藝或脈沖激光沉積工藝。本實(shí)施例中所列舉的工藝僅僅作為示例示出并不作限定。

實(shí)施例二

參照圖3，本實(shí)施例提供的半導(dǎo)體激光器與實(shí)施例一不同之處在于，本實(shí)施例中，第一掩膜波導(dǎo)41和第二掩膜波導(dǎo)42位于下波導(dǎo)層3的兩側(cè)且下波導(dǎo)層3延伸至第一掩膜波導(dǎo)41和第二掩膜波導(dǎo)42的上表面。有源層5完全覆蓋下波導(dǎo)層3并延伸至第一掩膜波導(dǎo)41和第二掩膜波導(dǎo)42的上表面，上波導(dǎo)層6完全覆蓋有源層5并延伸至第一掩膜波導(dǎo)41和第二掩膜波導(dǎo)42的上表面，電子阻擋層7完全覆蓋上波導(dǎo)層6并延伸至第一掩膜波導(dǎo)41和第二掩膜波導(dǎo)42的上表面，上限制層8完全覆蓋電子阻擋層7并延伸至第一掩膜波導(dǎo)41和第二掩膜波導(dǎo)42的上表面，接觸層9完全覆蓋上限制層8并延伸至第一掩膜波導(dǎo)41和第二掩膜波導(dǎo)42的上表面。

實(shí)施例二中有源層5、上波導(dǎo)層6、電子阻擋層7及上限制層8依次覆蓋位于其下面的外延層并分別延伸至第一掩膜波導(dǎo)41和第二掩膜波導(dǎo)42的上表面，從而進(jìn)一步地增加了接觸層9與P型電極(圖未標(biāo))的接觸面積。

實(shí)施例三

參照圖4，本實(shí)施例提供的半導(dǎo)體激光器與實(shí)施例二不同之處在于，本實(shí)施例中的半導(dǎo)體激光器還包括第一緩沖層10、過渡層11及第二緩沖層12。第一緩沖層10設(shè)置于下波導(dǎo)層3與下限制層2之間，第一緩沖層10位于第一掩膜波導(dǎo)41和第二掩膜波導(dǎo)42之間并延伸至第一掩膜波導(dǎo)41和第二掩膜波導(dǎo)42的表面，下波導(dǎo)層3完全覆蓋第一緩沖層10并延伸至第一掩膜波導(dǎo)41和第二掩膜波導(dǎo)42的上表面。過渡層11設(shè)置于掩膜層4與下限制層2之間。第二緩沖層12設(shè)置于下限制層2與襯底1之間。第一緩沖層10、過渡層11和第二緩沖層12用于緩沖晶格失配產(chǎn)生的應(yīng)力，以利于其余外延層的生長。

具體的，第二緩沖層12的材質(zhì)為N型摻雜的氮化鎵，其厚度為2000nm。過渡層11的材質(zhì)為N型氮化鎵，其厚度小于100nm。第一緩沖層10的材質(zhì)為N型摻雜的氮化鎵，其厚度與掩膜層4的厚度接近。

實(shí)施例三中的半導(dǎo)體激光器還包括第一緩沖層10、過渡層11及第二緩沖層12，第一緩沖層10、過渡層11和第二緩沖層12能夠緩沖晶格失配產(chǎn)生的應(yīng)力，以利于其余外延層的生長，提升半導(dǎo)體激光器的性能和壽命。

本實(shí)施例還提供了一種上述半導(dǎo)體激光器的制作方法，其中，本實(shí)施例提供的制作方法與實(shí)施例一中的制作方法的不同之處在于：

在步驟S1中，在襯底1的頂部利用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)工藝依次疊層生長形成第二緩沖層12、下限制層2、過渡層11。第二緩沖層12的材質(zhì)為N型摻雜的氮化鎵，摻雜劑為硅，摻雜濃度為2×10¹⁸/cm³，生長溫度控制在900-1100℃之間，生長壓力在200-400Mbar之間。過渡層11的材質(zhì)為N型氮化鎵，生長溫度控制在900-1100℃之間，生長壓力在200-400Mbar之間。利用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)工藝在過渡層11上沉積掩膜層4。

在步驟S3中，首先利用MOCVD工藝在第一掩膜波導(dǎo)41和第二掩膜波導(dǎo)42之間生長形成第一緩沖層10，第一緩沖層10的材質(zhì)為N型摻雜的氮化鎵，摻雜方式為非故意摻雜。然后利用MOCVD工藝在第一緩沖層10上依次生長形成下波導(dǎo)層3、有源層5、上波導(dǎo)層6、電子阻擋層7、上限制層8及接觸層9，以使得下波導(dǎo)層3完全覆蓋第一緩沖層10并延伸至第一掩膜波導(dǎo)41和第二掩膜波導(dǎo)42的上表面，有源層5完全覆蓋下波導(dǎo)層3并延伸至第一掩膜波導(dǎo)41和第二掩膜波導(dǎo)42的上表面，上波導(dǎo)層6完全覆蓋有源層5并延伸至第一掩膜波導(dǎo)41和第二掩膜波導(dǎo)42的上表面，電子阻擋層7完全覆蓋上波導(dǎo)層6并延伸至第一掩膜波導(dǎo)41和第二掩膜波導(dǎo)42的上表面，上限制層8完全覆蓋電子阻擋層7并延伸至第一掩膜波導(dǎo)41和第二掩膜波導(dǎo)42的上表面，接觸層9完全覆蓋上限制層8并延伸至第一掩膜波導(dǎo)41和第二掩膜波導(dǎo)42的上表面。

在其他實(shí)施例中，上限制層8也可以分別延伸至第一掩膜波導(dǎo)41和第二掩膜波導(dǎo)42的上表面，此時(shí)，接觸層9分別延伸至第一掩膜波導(dǎo)41和第二掩膜波導(dǎo)42的上表面并完全覆蓋上限制層8，或者，電子阻擋層7、上限制層8、接觸層9均分別延伸至第一掩膜波導(dǎo)41和第二掩膜波導(dǎo)42的上表面，或者，上波導(dǎo)層6、電子阻擋層7、上限制層8及接觸層9均分別延伸至第一掩膜波導(dǎo)41和第二掩膜波導(dǎo)42的上表面，或者，有源層5、上波導(dǎo)層6、電子阻擋層7、上限制層8及接觸層9均分別延伸至第一掩膜波導(dǎo)41和第二掩膜波導(dǎo)42的上表面，只要保證上一層外延層完全覆蓋下一層的外延層即可。

以上所述僅是本申請的具體實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本申請?jiān)淼那疤嵯拢€可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本申請的保護(hù)范圍。