[發(fā)明專利]一種具有低接觸電阻的InP基半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911147424.X
• 申請(qǐng)日: 2019-11-21
• 公開（公告）號(hào): CN110783812A
• 公開（公告）日: 2020-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 章曙東;鮑輝;章鵬;閆小冰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇索爾思通信科技有限公司
• 主分類號(hào): H01S5/042
• 分類號(hào): H01S5/042
• 代理公司: 32397 南京勤行知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 羅柱平

本發(fā)明涉及一種具有低接觸電阻的InP基半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)，包括在InP襯底上外延生長(zhǎng)半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)以及在半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)上制備金屬電極層。半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)主要包括由下至上依次制備的n?InP緩沖層、n型限制層、n型波導(dǎo)層、量子阱有源層、p型波導(dǎo)層、p型限制層、p型腐蝕阻擋層、p型cladding層和新型p型電極接觸層。本發(fā)明提出一種新的p型電極接觸層結(jié)構(gòu)及其制備方法，利用能帶工程，在p型電極接觸層中引入壓應(yīng)變和帶隙窄化效應(yīng)，同時(shí)為了解決接觸層在較大壓應(yīng)力水平下薄膜外延質(zhì)量惡化的問題，引入過渡接觸層技術(shù)，來(lái)改善歐姆接觸性能，從而降低半導(dǎo)體激光器芯片的接觸電阻，提高其散熱能力、可靠性和壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體激光器的技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種具有低接觸電阻的InP基半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)及其制備方法。

背景技術(shù)

為了滿足器件的實(shí)際使用要求，光通信用半導(dǎo)體激光器一般采用脊波導(dǎo)（RidgeWaveguide，RW）和掩埋異質(zhì)結(jié)（Buried Heterojunction，BH）兩種類型的激光器結(jié)構(gòu)。這兩種結(jié)構(gòu)的p型區(qū)域?qū)挾榷己苷?-2 μm），以實(shí)現(xiàn)對(duì)半導(dǎo)體激光器電場(chǎng)和光場(chǎng)的限制，圖1為傳統(tǒng)脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的示意圖。

經(jīng)過系統(tǒng)的計(jì)算和分析，器件大部分的串聯(lián)電阻都落在p型區(qū)域（約占90%左右）。通常有源區(qū)附近的非摻雜區(qū)或低摻雜區(qū)對(duì)于電阻貢獻(xiàn)很小，因?yàn)樗鼈兎浅１。械葥诫s水平（0.5~5×10¹⁸cm^-1）的p型cladding層和金屬-p型電極接觸層界面貢獻(xiàn)了大部分的電阻。串聯(lián)電阻的大小不僅影響激光器常規(guī)激射特性，更關(guān)系到激光器的熱狀態(tài)，影響激光器的可靠性和壽命，尤其高速率器件通常需要工作在高電流條件下，對(duì)于串聯(lián)電阻的控制要求更為苛刻。

對(duì)于中等摻雜水平的p型cladding層電阻的改善，專利CN 101969179A和CN106159673 A公開了一種倒臺(tái)脊波導(dǎo)技術(shù)，可以有效降低該層的電阻，另外掩埋異質(zhì)結(jié)技術(shù)也可以在很大程度上改善p型cladding層的電阻。

對(duì)于金屬-p型電極接觸層界面電阻的改善，通常有兩種方法。最為常用的是對(duì)p型電極接觸層進(jìn)行重?fù)诫s，使勢(shì)壘變薄，實(shí)現(xiàn)隧穿。現(xiàn)有的技術(shù)就采用Ti-Pt-Au多層金屬電極與重?fù)诫s的p-In_0.53Ga_0.47As材料，通過快速熱退火來(lái)實(shí)現(xiàn)隧穿歐姆接觸，其中Ti并非p型摻雜劑，只起粘附層的作用，Pt作為阻擋層，Au用于互連引線焊接，p-In_0.53Ga_0.47As組分材料與基底InP晶格匹配，可以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的外延生長(zhǎng)。然而這種方法有其局限性，比如重?fù)诫s的p-In_0.53Ga_0.47As材料摻雜濃度水平一般為1~3×10¹⁹cm^-1，很難實(shí)現(xiàn)極低阻值的歐姆接觸，另外高摻雜濃度時(shí)Zn元素在各層薄膜間的擴(kuò)散也會(huì)帶來(lái)一系列的問題。另一種方法是對(duì)金屬層的改善，降低金屬層與p型電極接觸層之間的勢(shì)壘。專利CN 104218447 B針對(duì)金屬層的制備，公開了一種實(shí)現(xiàn)單一金屬層之間金屬層過渡漸變的方法，可以有效降低器件界面引起的應(yīng)力，提高器件抗熱疲勞性能，然而其并沒有涉及金屬-半導(dǎo)體界面的改善。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是形成一種p型電極接觸層和金屬層良好接觸的半導(dǎo)體激光器芯片，具有比傳統(tǒng)InP基半導(dǎo)體激光器芯片更低的接觸電阻。

本發(fā)明提供一種新的p型電極接觸層結(jié)構(gòu)及其制備方法，利用能帶工程，通過變化接觸層的組分和摻雜水平，引入壓應(yīng)變和帶隙窄化效應(yīng)，同時(shí)為了避免接觸層在大應(yīng)力水平下薄膜外延質(zhì)量惡化，引入過渡接觸層技術(shù)，來(lái)改善歐姆接觸性能，從而降低半導(dǎo)體激光器芯片接觸電阻，提高散熱能力、可靠性和壽命。

本發(fā)明的技術(shù)方案：