阅读说明：本技术 一种具有低n面串联接触电阻的半导体激光器 (Semiconductor laser with low N-surface series contact resistance ) 是由 林涛 解佳男 穆妍 孙婉君 李亚宁 于 2021-07-30 设计创作，主要内容包括：一种具有低N面串联接触电阻的半导体激光器,包括从上至下依次设置的：P面电极,P型欧姆接触层,P型限制层,上波导层,量子阱,下波导层,N型限制层,N型缓冲层,N型衬底,N型重掺杂层,N面电极。本发明具有低N面串联接触电阻的半导体激光器,采用在N型衬底上制备一层N型重掺杂层,该重掺杂层与N面复合金属电极形成良好欧姆接触使其具有低N面串联接触电阻,可解决长期以来N型衬底无法同时保证重掺杂和低缺陷、低杂质光吸收的问题,可以有效解决N面电极接触电阻大的问题。(A semiconductor laser with low N-plane series contact resistance, comprising, in order from top to bottom: the semiconductor device comprises a P-surface electrode, a P-type ohmic contact layer, a P-type limiting layer, an upper waveguide layer, a quantum well, a lower waveguide layer, an N-type limiting layer, an N-type buffer layer, an N-type substrate, an N-type heavily doped layer and an N-surface electrode. The semiconductor laser with the low N-surface series contact resistance is characterized in that an N-type heavily doped layer is prepared on an N-type substrate, and the heavily doped layer and an N-surface composite metal electrode form good ohmic contact to enable the heavily doped layer to have the low N-surface series contact resistance, so that the problem that the N-type substrate cannot simultaneously guarantee heavy doping, low defect and low impurity light absorption for a long time can be solved, and the problem that the N-surface electrode has large contact resistance can be effectively solved.)

一种具有低N面串联接触电阻的半导体激光器

技术领域

本发明属于半导体激光器技术领域，具体涉及一种具有低N面串联接触电阻的半导体激光器。

背景技术

金属--半导体欧姆接触制备，是半导体激光器制备工艺中非常重要的一道工艺步骤。由欧姆接触引入的串联电阻，不仅影响器件的工作电压、输出功率和转换效率，并且对器件的热稳定性也会影响，从而影响器件的可靠性和寿命。经过优化的欧姆接触不仅可以降低器件的串联电阻，提升激光器的输出功率和光电转换效率，还能提高芯片工作时的稳定性和可靠性。所以对欧姆接触的要求是具有线性的伏-安特性，接触电阻小，少子注入小且稳定和可靠。这对于高功率半导体激光器来说是至关重要的。

常见的欧姆接触类型有四种：表面高掺杂型(隧道穿透型)，低势垒型，高复合速率型，无势垒型。半导体激光器大多是制作在N型III-V族化合物衬底上的，无论实验室或工厂，绝大多数是按表面高掺杂型的方式实现欧姆接触。即在制作半导体激光器N面的欧姆接触时，采用较多的方法是制作隧道穿透型欧姆接触。当金属和半导体接触时，半导体的掺杂浓度很高，则势垒宽度变的很薄，电子可以通过隧道效应贯穿势垒产生相当大的隧道电流，此时的接触电阻很小，可以用作欧姆接触。半导体材料重掺杂时，它与金属的接触可以形成良好的欧姆接触。

半导体激光器的通常是制备在N型衬底上，要将N型衬底的掺杂浓度提高存在两个问题一是工艺上不易实现，二是过高掺杂浓度会使晶体缺陷增加影响晶体品质。所以N型衬底的掺杂浓度通常在10¹⁸数量级，其与金属电极形成的欧姆接触比接触电阻率大多在10^-5数量级，而半导体激光器P面由于存在重掺杂层所形成的欧姆接触比接触电阻率大多在10^-6数量级，两者相差一个数量级。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种具有低N面串联接触电阻的半导体激光器，N面电极采用复合金属结构，在N型衬底与N面电极之间制备重掺杂层，该重掺杂层的掺杂浓度大于N型衬底，并且可以根据半导体激光器具体设计需求调整该重掺杂层的掺杂浓度，使其可以与复合金属电极形成低串联电阻的欧姆接触，减小了半导体激光器N面欧姆接触的比接触电阻率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种具有低N面串联接触电阻的半导体激光器，包括有从上至下依次设置的：P面电极，P型欧姆接触层，P型限制层，上波导层，量子阱，下波导层，N型限制层，N型缓冲层，N型衬底，N型重掺杂层，N面电极。

所述的N型衬底厚度为90-180μm。

所述的N型重掺杂层在N型衬底与N面电极的接触面上，其厚度范围为0.02～5μm，掺杂浓度范围10¹⁸～10²⁰cm^-3，N型重掺杂层的掺杂浓度随着远离接触面而降低，N型重掺杂层高于N型衬底。

所述的N型重掺杂层位于N型衬底与N面电极之间，其厚度范围为1～5μm。

本发明的有益效果是：

采用N型重掺杂层与复合金属电极形成具有低串联电阻的欧姆接触，可以根据半导体激光器的结构，在重掺杂层选择合适的区域进行重掺杂，并且该重掺杂层掺杂浓度可根据所设计激光器对N面电极串联电阻大小的要求进行改变。该结构可以解决长期以来N型衬底无法同时保证重掺杂和低缺陷、杂质吸收的问题，可以有效解决N面电极接触电阻大的难题。

附图说明

图1是本发明一种具有低N面串联接触电阻的半导激光器的结构示意图。

图2是实施例1具有低N面串联接触电阻的半导体激光器的结构示意图。

图3是拟合得出的N-GaAs比接触电阻率和掺杂浓度的关系。

图中，1-P面电极，2-P型欧姆接触层，3-P型限制层，4-上波导层，5-量子阱，6-下波导层，7-N型限制层，8-N型缓冲层，9-N型衬底，10-N型重掺杂层，11-N面电极。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

参见图1，一种具有低N面串联接触电阻的半导体激光器，包括有从上至下依次设置的：P面电极1，P型欧姆接触层2，P型限制层3，上波导层4，量子阱5，下波导层6，N型限制层7，N型缓冲层8，N型衬底9，N型重掺杂层10，N面电极11。

所述的N型衬底9厚度为90-180μm。

所述的N型重掺杂层10是在N型衬底9与N面电极11的接触面上通过离子注入、扩散或外延的方法生成，其厚度范围为0.02～5μm，掺杂浓度范围10¹⁸～10²⁰cm^-3，N型重掺杂层10的掺杂浓度在与N面电极11的接触面最高，掺杂浓度随着远离接触面而降低，但仍高于N型衬底9。

所述的N型重掺杂层10位于N型衬底与N面电极之间，其厚度范围为0.02～5μm。

本发明的工作原理是：

本发明在半导体激光器结构中的N型衬底9与N面电极11之间加入了N型重掺杂层10，由于N型重掺杂层10的掺杂浓度高于N型衬底9，更高的掺杂浓度使得N型重掺杂层10可以与N面电极11形成良好的欧姆接触，并且具有低的串联电阻。

实施例1

参照图2，为本发明实施例1的具有低N面串联接触电阻的激光器结构示意图。在实施例1中，以808nm半导体激光器为例，腔长为2000μm，条宽200μm。N面电极采用复合金属电极结构，N型重掺杂层是在N型GaAs衬底上通过离子注入、扩散或外延的方法制备而成。器件结构为N面电极，N型重掺杂层，N型GaAs衬底，N型Al_0.12GaAs缓冲层，N型Al_0.5GaAs限制层，Al_0.33GaAs下波导层，Al_0.12Ga_0.795In_0.085As量子阱，Al_0.33GaAs上波导层，P型Al_0.5GaAs限制层，P型GaAs欧姆接触层，P面电极。

其中，N面电极厚度为0.41μm，N型重掺杂层厚度为0.02μm，N型衬底厚度为100μm，N型缓冲层厚度为0.15μm，N型限制层厚度为1.2μm，下波导层厚度为0.45μm，量子阱厚度为7nm，上波导层厚度为0.45μm，P型限制层厚度为1.2μm，P型欧姆接触层厚度为0.15μm，P面电极厚度为0.2μm。

图3为拟合得到的N-GaAs比接触电阻率与掺杂浓度的关系，随着掺杂浓度的增加，N-GaAs的比接触电阻率减小。可以看到当掺杂浓度达到10¹⁹数量级时，比接触电阻率可以降为10^-6数量级。