一種外延結(jié)構(gòu)及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種能夠調(diào)節(jié)內(nèi)部光場(chǎng)分布的外延結(jié)構(gòu)及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，半導(dǎo)體激光已經(jīng)廣泛用于國(guó)計(jì)民生的各個(gè)方面，包括日用電子產(chǎn)品、工業(yè)加工、光纖通訊、醫(yī)療、科學(xué)研究與國(guó)防應(yīng)用等。半導(dǎo)體激光材料通常采用分子束外延(MBE)或金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(M0CVD)等方法按照預(yù)先設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)在相應(yīng)的襯底材料上生長(zhǎng)而成。典型的半導(dǎo)體外延結(jié)構(gòu)包括η型包層、非摻雜的有源區(qū)以及p型包層，其中有源區(qū)包含發(fā)光的量子阱以及波導(dǎo)層。
[0003]可靠性是半導(dǎo)體激光器的一個(gè)最重要的技術(shù)指標(biāo)。激光器的可靠性與器件的功率密度密切相關(guān)，密度越大，器件失效的可能性越大，壽命越短?？煽啃允峭ㄟ^(guò)在一定測(cè)試條件下，器件失效的可能性來(lái)表征的。目前半導(dǎo)體激光器存在兩種失效模式:1)腔內(nèi)光損傷災(zāi)變(C0D)，2)腔面光損傷災(zāi)變(C0MD)。目前大部分器件的失效都是由2)腔面光損傷災(zāi)變(C0MD)引起的，其原因是:1)激光器晶格的破壞導(dǎo)致表面出現(xiàn)大量的非輻射復(fù)合中心，復(fù)合中心在激光器運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生非輻射復(fù)合而產(chǎn)生大量的熱，大量熱的聚集導(dǎo)致器件失效；2)對(duì)于材料中含有鋁元素的半導(dǎo)體激光器件來(lái)說(shuō)，由于腔面在大氣中解理后，暴露在大氣環(huán)境中的鋁極易被氧化，從而引入更多的腔面缺陷；3)激光器的腔面需要鍍上其它材料來(lái)改變光在腔面的發(fā)射率，由于所鍍材料的熱膨脹系數(shù)等材料性質(zhì)與半導(dǎo)體材料存在很大不同，有可能在激光運(yùn)行過(guò)程中導(dǎo)致失效。
[0004]上述器件可靠性的問(wèn)題，可以通過(guò)降低光功率密度來(lái)解決。對(duì)于高功率激光，采用降低功率密度的外延結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)；然而，現(xiàn)在，面臨的最大問(wèn)題是:面對(duì)更高功率輸出的市場(chǎng)要求，進(jìn)一步通過(guò)設(shè)計(jì)來(lái)降低器件內(nèi)及腔面處的光功率密度愈來(lái)愈困難，甚至很難實(shí)現(xiàn)。這是因?yàn)楣夤β拭芏鹊慕档蜁?huì)影響閾值電流、外量子效率、以及器件的整體電光轉(zhuǎn)換效率等重要參數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種外延結(jié)構(gòu)及其制造方法，實(shí)現(xiàn)器件可靠性的提高和對(duì)光斑尺寸的可調(diào)控。
[0006]本發(fā)明提供了一種外延結(jié)構(gòu)，所述外延結(jié)構(gòu)包括襯底以及沿第一方向疊層設(shè)置于所述襯底上的第一波導(dǎo)層、量子阱層和第二波導(dǎo)層，其中在垂直于所述第一方向的第二方向上，所述第一波導(dǎo)層和第二波導(dǎo)層劃分為量子阱混雜增強(qiáng)區(qū)以及量子阱混雜抑制區(qū)，其中所述量子阱混雜增強(qiáng)區(qū)用于擴(kuò)大所述量子阱混雜抑制區(qū)的沿所述第二方向的出射光的光場(chǎng)分布Ο
[0007]其中，所述第一波導(dǎo)層和第二波導(dǎo)層分別為由至少兩種不同折射率的材料交替形成的超晶格疊層結(jié)構(gòu)，所述超晶格疊層結(jié)構(gòu)經(jīng)量子阱混雜工藝處理形成所述量子阱混雜抑制區(qū)和所述量子阱混雜增強(qiáng)區(qū)，其中所述量子阱混雜抑制區(qū)內(nèi)的所述至少兩種不同折射率的材料的混雜程度小于所述量子阱混雜增強(qiáng)區(qū)內(nèi)的所述至少兩種不同折射率的材料的混雜程度。
[0008]其中，所述第一波導(dǎo)層和第二波導(dǎo)層分別為由AlxGa: xAs和AlyGa: yAs兩種材料交替形成的超晶格疊層結(jié)構(gòu)；其中0彡X彡1,0彡y彡l，y<x。
[0009]其中，所述外延結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括依次設(shè)置于所述第一波導(dǎo)層、量子阱層和第二波導(dǎo)層的疊層結(jié)構(gòu)一側(cè)的第一限制層、第一 N型包層、第三波導(dǎo)層和第二 N型包層以及依次設(shè)置于所述第一波導(dǎo)層、量子阱層和第二波導(dǎo)層的疊層結(jié)構(gòu)另一側(cè)的第二限制層和P型包層，其中所述第一限制層和第二限制層分別與所述第一波導(dǎo)層和所述第二波導(dǎo)層相鄰設(shè)置。
[0010]其中，所述第一限制層的折射率與所述第二限制層的折射率相同，且所述第一限制層和第二限制層的折射率介于所述至少兩種不同折射率的材料的最高折射率和最低折射率之間，所述第三波導(dǎo)層的折射率介于所述至少兩種不同折射率的材料的最高折射率和最低折射率之間，所述第三波導(dǎo)層的折射率大于所述第一 N型包層和第二 N型包層的折射率，所述第一限制層、第二限制層、第一 N型包層、第二 N型包層和第三波導(dǎo)層的折射率為對(duì)應(yīng)層的平均折射率。
[0011]其中，所述第三波導(dǎo)層、所述第一限制層和所述第二限制層分別為由單一折射率材料形成的分別限制異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。
[0012]其中，所述量子阱混雜增強(qiáng)區(qū)靠近所述外延結(jié)構(gòu)的腔面設(shè)置，所述量子阱混雜抑制區(qū)遠(yuǎn)離所述外延結(jié)構(gòu)的腔面設(shè)置。
[0013]本發(fā)明提供了一種外延結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括以下步驟:
[0014]提供襯底；
[0015]在所述襯底上形成沿第一方向疊層設(shè)置的第一波導(dǎo)層、量子阱層和第二波導(dǎo)層，其中所述第一波導(dǎo)層和第二波導(dǎo)層分別為由至少兩種不同折射率的材料交替形成的超晶格疊層結(jié)構(gòu)；
[0016]對(duì)所述超晶格疊層結(jié)構(gòu)進(jìn)行量子阱混雜工藝處理，以在垂直于所述第一方向的第二方向上將所述第一波導(dǎo)層和第二波導(dǎo)層劃分為量子阱混雜增強(qiáng)區(qū)以及量子阱混雜抑制區(qū)，其中所述量子阱混雜抑制區(qū)內(nèi)的所述至少兩種不同折射率的材料的混雜程度小于所述量子阱混雜增強(qiáng)區(qū)內(nèi)的所述至少兩種不同折射率的材料的混雜程度。
[0017]其中，所述在所述襯底上形成沿第一方向疊層設(shè)置的第一波導(dǎo)層、量子阱層和第二波導(dǎo)層的步驟之前進(jìn)一步包括:
[0018]在所述襯底上依次形成第一 N型包層、第三波導(dǎo)層、第二 N型包層和第一限制層；
[0019]所述在所述襯底上形成沿第一方向疊層設(shè)置的第一波導(dǎo)層、量子阱層和第二波導(dǎo)層的步驟之后且所述對(duì)所述超晶格疊層結(jié)構(gòu)進(jìn)行量子阱混雜工藝處理之前進(jìn)一步包括:
[0020]在所述第一波導(dǎo)層、量子阱層和第二波導(dǎo)層的疊層結(jié)構(gòu)上依次形成的第二限制層和P型包層，其中所述第一限制層和第二限制層分別與所述第一波導(dǎo)層和所述第二波導(dǎo)層相鄰設(shè)置。
[0021]其中，所述對(duì)所述超晶格疊層結(jié)構(gòu)進(jìn)行量子阱混雜工藝處理的步驟包括:
[0022]在所述外延結(jié)構(gòu)的對(duì)應(yīng)于量子阱混雜抑制區(qū)的位置上覆蓋第一介質(zhì)膜，并在所述外延結(jié)構(gòu)的對(duì)應(yīng)于所述量子阱混雜增強(qiáng)區(qū)的位置上覆蓋第二介質(zhì)膜，其中所述第一介質(zhì)膜能夠抑制其下方覆蓋區(qū)域內(nèi)的量子阱混雜，所述第二介質(zhì)膜能夠增強(qiáng)其下方覆蓋區(qū)域內(nèi)的莖子講混雜；
[0023]將形成有所述第一介質(zhì)膜和第二介質(zhì)膜的所述外延結(jié)構(gòu)在氮?dú)獗Ｗo(hù)下在退火爐中進(jìn)行循環(huán)退火。
[0024]本發(fā)明的有益效果是:通過(guò)將第一波導(dǎo)層和第二波導(dǎo)層劃分成量子阱混雜增強(qiáng)區(qū)以及量子阱混雜抑制區(qū)，利用量子阱混雜增強(qiáng)區(qū)以及量子阱混雜抑制區(qū)的材料性質(zhì)差異來(lái)改變光場(chǎng)分布，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)光功率密度的控制，有助于提高器件的可靠性和可控性。進(jìn)一步，上述結(jié)構(gòu)也可用于其他需要進(jìn)行光場(chǎng)分布的情況。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1是本發(fā)明外延結(jié)構(gòu)第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2是本發(fā)明超晶格置層結(jié)構(gòu)及對(duì)應(yīng)的折射率不意圖；
[0027]圖3是本發(fā)明第二實(shí)施例的外延結(jié)構(gòu)及對(duì)應(yīng)的折射率示意圖；
[0028]圖4是激光器腔面附近形成大光場(chǎng)的示意圖；
[0029]圖5是實(shí)際計(jì)算機(jī)仿真的激光近場(chǎng)分布示意圖；
[0030]圖6是本發(fā)明制造方法中表面沉積兩種不同性質(zhì)的介質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖7是本發(fā)明制造方法中退火后得到的外延結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]如圖1所示，本發(fā)明外延結(jié)構(gòu)的第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，其中外延結(jié)構(gòu)包括襯底1以及沿第一方向Y疊層