半导体发光结构及其制备方法与流程

allin2025-04-19  52


本发明涉及半导体,具体涉及一种半导体发光结构及其制备方法。


背景技术:

1、半导体激光器在现代光电子产业中有着广泛的应用,通过在半导体激光器引入嵌入式的周期性的光子晶体,是一种有效调控光场模式并制造各种高性能半导体激光器的通用方法。具有光子晶体的半导体激光器的出光性能(模式、发散角和斜率效率等)往往与光子晶体的加工品质密切相关。生产出符合理论设计要求(形貌、尺寸和粗糙度)的光子晶体,是发挥出光子晶体效果和实现高性能激射的重中之重。


技术实现思路

1、因此,本发明要解决的技术问题在于如何提高半导体发光结构的出光效率的问题,从而提供一种半导体发光结构及其制备方法。

2、本申请提供一种半导体发光结构,包括:半导体衬底层;位于所述半导体衬底层一侧的有源层;位于所述有源层背离所述半导体衬底层一侧的光子晶体层,所述光子晶体层包括第一层和第二层,所述第二层延伸至所述第一层中并覆盖所述第一层背离所述有源层的一侧表面,所述第二层的折射率高于所述第一层的折射率;位于所述光子晶体层背离所述有源层一侧的布拉格反射镜,所述布拉格反射镜包括交替层叠的第三层和第四层,所述第三层的折射率高于所述第四层的折射率;位于所述布拉格反射镜和所述光子晶体层之间的过渡层,所述过渡层与所述第三层接触,所述过渡层中的al组分大于所述第二层中的al组分且小于所述第三层中的al组分,且所述过渡层中的al组分自所述布拉格反射镜朝向所述光子晶体层的方向递减。

3、可选的,所述过渡层的厚度小于所述第三层的厚度。

4、可选的,所述过渡层的厚度0.01微米~0.05微米。

5、可选的,所述第二层的材料包括alx1ga1-x1as,所述第三层的材料包括掺杂有导电离子的alx3ga1-x3as,所述过渡层的材料包括alx2ga1-x2as,x2大于x1且小于x3。

6、可选的,x1为0.3~0.45;x2为0.40~0.70;x3为0.75~0.98。

7、可选的,延伸至所述第一层中的所述第二层内部具有空隙。

8、可选的,还包括:载流子传输层,位于所述半导体衬底层和所述有源层之间,所述载流子传输层的掺杂类型和所述布拉格反射镜的掺杂类型相反。

9、本申请还提供一种半导体发光结构的制备方法,包括:在半导体衬底层的一侧形成有源层;在所述有源层背离所述半导体衬底层的一侧形成光子晶体层,所述光子晶体层包括第一层和第二层,所述第二层延伸至所述第一层中并覆盖所述第一层背离所述有源层的一侧表面,所述第二层的折射率高于所述第一层的折射率;在所述光子晶体层背离所述有源层的一侧形成过渡层;在所述过渡层背离所述光子晶体层的一侧形成布拉格反射镜,所述布拉格反射镜包括交替层叠的第三层和第四层,所述第三层的折射率高于所述第四层的折射率;其中,所述过渡层与所述第三层接触,所述过渡层中的al组分大于所述第二层中的al组分且小于所述第三层中的al组分,且所述过渡层中的al组分自所述布拉格反射镜朝向所述光子晶体层的方向递减。

10、可选的,形成所述光子晶体层的步骤包括:在所述有源层背离所述半导体衬底层的一侧形成第一层;形成凹槽,所述凹槽自所述第一层背离所述有源层的一侧表面延伸至所述第一层中;在所述凹槽中以及所述第一层背离所述有源层的一侧表面形成所述第二层。

11、可选的,在形成所述第二层的过程中,在所述凹槽中的第二层内部形成空隙。

12、可选的,形成所述过渡层的工艺为有机金属气相化学沉积工艺;形成所述过渡层的步骤包括多个依次进行的子循环过程;每个子循环过程包括:步骤s1:采用ⅲ族气源通入腔室,形成第一吸附膜;步骤s2:从腔室中抽出剩余的ⅲ族气源;步骤s3:采用ⅴ族气源通入腔室,在第一吸附膜的表面形成第二吸附膜,第二吸附膜和第一吸附膜反应形成子过渡层;步骤s4:从腔室中抽出剩余的ⅴ族气源。

13、可选的,每个子循环过程,采用ⅲ族气源通入腔室的时间小于或等于5秒,采用ⅴ族气源通入腔室的时间小于或等于5秒。

14、可选的,所述子过渡层沿平行于所述半导体衬底层表面的生长速率大于沿垂直于所述半导体衬底层表面的生长速率。

15、本发明技术方案具有以下有益效果:

16、本发明技术方案提供的半导体发光结构,由于过渡层位于所述布拉格反射镜和所述光子晶体层之间,所述过渡层与所述第三层接触,所述过渡层中的al组分大于所述第二层中的al组分且小于所述第三层中的al组分,且所述过渡层中的al组分自所述布拉格反射镜朝向所述光子晶体层的方向递减,因此过渡层能平衡延伸至所述第一层中的第二层中的应力,阻挡延伸至所述第一层中的第二层的中的应力对布拉格反射镜生长过程的影响,优化了光子晶体层和布拉格反射镜之间界面处的生长质量,提高了布拉格反射镜的生长质量,提高出光效率。



技术特征:

1.一种半导体发光结构,其特征在于,包括:

2.根据权利要求1所述的半导体发光结构,其特征在于,所述过渡层的厚度小于所述第三层的厚度。

3.根据权利要求2所述的半导体发光结构,其特征在于,所述过渡层的厚度为0.01微米~0.05微米。

4.根据权利要求1所述的半导体发光结构,其特征在于,所述第二层的材料包括alx1ga1-x1as,所述第三层的材料包括掺杂有导电离子的alx3ga1-x3as,所述过渡层的材料包括alx2ga1-x2as,x2大于x1且小于x3。

5.根据权利要求4所述的半导体发光结构,其特征在于,x1为0.3~0.45;x2为0.40~0.70;x3为0.75~0.98。

6.根据权利要求1所述的半导体发光结构,其特征在于,延伸至所述第一层中的所述第二层内部具有空隙。

7.根据权利要求1所述的半导体发光结构,其特征在于,还包括:载流子传输层,位于所述半导体衬底层和所述有源层之间,所述载流子传输层的掺杂类型和所述布拉格反射镜的掺杂类型相反。

8.一种半导体发光结构的制备方法,其特征在于,包括:

9.根据权利要求8所述的半导体发光结构的制备方法,其特征在于,形成所述光子晶体层的步骤包括:在所述有源层背离所述半导体衬底层的一侧形成第一层;形成凹槽,所述凹槽自所述第一层背离所述有源层的一侧表面延伸至所述第一层中;在所述凹槽中以及所述第一层背离所述有源层的一侧表面形成所述第二层。

10.根据权利要求9所述的半导体发光结构的制备方法,其特征在于,在形成所述第二层的过程中,在所述凹槽中的第二层内部形成空隙。

11.根据权利要求8所述的半导体发光结构的制备方法,其特征在于,形成所述过渡层的工艺为有机金属气相化学沉积工艺;

12.根据权利要求11所述的半导体发光结构的制备方法,其特征在于,每个子循环过程,采用ⅲ族气源通入腔室的时间小于或等于5秒,采用ⅴ族气源通入腔室的时间小于或等于5秒。

13.根据权利要求11所述的半导体发光结构的制备方法,其特征在于,所述子过渡层沿平行于所述半导体衬底层表面的生长速率大于沿垂直于所述半导体衬底层表面的生长速率。


技术总结
本发明提供一种半导体发光结构及其制备方法,半导体发光结构包括:位于有源层背离半导体衬底层一侧的光子晶体层,光子晶体层包括第一层和第二层,第二层延伸至第一层中并覆盖第一层背离有源层的一侧表面,第二层的折射率高于第一层的折射率;位于光子晶体层背离有源层一侧的布拉格反射镜,布拉格反射镜包括交替层叠的第三层和第四层,第三层的折射率高于第四层的折射率;位于布拉格反射镜和光子晶体层之间的过渡层,过渡层与第三层接触,过渡层中的Al组分大于第二层中的Al组分且小于第三层中的Al组分,且过渡层中的Al组分自布拉格反射镜朝向光子晶体层的方向递减。半导体发光结构的出光效率提高。

技术研发人员:李恺,夏明月,王俊,肖啸,郭银涛,程洋
受保护的技术使用者:苏州长光华芯光电技术股份有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/10/31
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