一种GaN基HEMT和LD单片集成的直接调制半导体激光器结构的利记博彩app
【专利摘要】本发明公开了一种GaN基HEMT和LD单片集成的直接调制半导体激光器结构，该结构由GaN基HEMT和LD两部分组成，所述GaN基HEMT和所述LD被隔离层隔开；所述LD由在GaN衬底上依次外延生长的AlGaN下包层、GaN下波导层、InGaN注入层、MQW有源层、AlGaN电子阻挡层、GaN上波导层、AlGaN上包层构成；所述隔离层在所述AlGaN上包层上外延生长而成；所述GaN基HEMT由在隔离层上依次外延生长的AlGaN非掺杂层、GaN非掺杂的通道层、AlN空间隔离层、AlGaN非掺杂势垒层构成。本发明将GaN基HEMT和LD集成在同一块衬底上，实现单片集成GaN基HEMT和LD直接调制半导体激光器。
【专利说明】—种基呢『和[0单片集成的直接调制半导体激光器结构
【技术领域】
[0001]本发明涉及化合物半导体材料及器件【技术领域】，尤其涉及到一种基!1211和10单片集成的直接调制半导体激光器结构。
【背景技术】
[0002]由于对高输出功率[￡0和高电子迁移率晶体管￠￠11)高功率容量的需求，[￡0和基!￠1?的单片集成备受关注。与传统的使用脉冲宽度调制$11)的…-0(:功率转换控制或使用传统硅电子的模拟电流控制相比，对于120驱动，6^基册118具有内在优势，这是因为&^基册的优越性能，例如:高击穿电压、高工作频率、宽工作温度范围等。使用相同的基材料平台，[￡0和册118的单片集成能减小[￡0发光系统的制作成本，极大地提高系统的稳定性和可靠性。
[0003][￡0成本低、易操控，但是可见光通讯性能受到材料载流子寿命的限制，在更高频率条件下(高于[￡0不能实现调制。因此，为了实现更高调制带宽和无差错传输，我们考虑用基二极管激光器代替120器件。使用绿光二极管激光器，渐变折射率塑料光纤在传输距离超过100！:！时，能够实现1.256131^/80用二极管激光器也可以实现海下短距离的光传输。
[0004]所以，将⑶和基高电子迁移率晶体管(册11) 3%在同一块衬底上，形成基册II和10单片集成的直接调制半导体激光器结构，实现降低外延生长后再刻蚀方法对上包层八1。罾。8^%92~的损伤和⑶的直接调制是本发明的一个重要价值。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种基册II和10单片集成的直接调制半导体激光器结构，以将⑶和基册II集成在同一块衬底上，实现单片集成⑶和基册II，以此来实现⑶的直接调制。
[0006]为达到上述目的，本发明提供了一种基册II和⑶单片集成的直接调制半导体激光器结构，该结构由⑶和基册1了两部分组成，所述⑶和所述基册1了被非掺杂隔离层9隔开；所述基⑶由在衬底1上依次分子束外延生长的八1。』86、9#下包层2、^^下波导层注入层4、有源层5垒层\3、1\12^^8#量子阱层幼、^10.26?.^电子阻挡层6、6^上波导层7、^10.086^.92^上包层8构成；所述非掺杂隔离层9在所述八上包层8上分子束外延生长而成；所述基册1丁由在非掺杂隔离层9上依次分子束外延生长的非掺杂八1。150^ 85^层10、非掺杂通道层11、八1?空间隔离层12、非掺杂八小势垒层13构成。
[0007]上述方案中，所述六‘办。.』下包层2用于将发射光限制在包层内；该^10.086^.92^下包层2的厚度为800鹽。
[0008]上述方案中，所述下波导层3用于将载流子限制在有源区内，该下波导层3的厚度为50nm。
[0009]上述方案中，所述Inci ci2Gatl 98N注入层4用于载流子的注入，同时也利用Inatl2Gaa98N把载流子束缚在有源区内；所述Inatl2Gaa98N注入层4的厚度为50nm。
[0010]上述方案中，所述有源层5用于激励载流子受激发射形成放大的光，所述有源层5包括二层1%势鱼层、两层1% 4?.星子讲层，这五层结构间隔分布。
[0011]上述方案中，所述Ala2Gaa8N电子阻挡层6用于将电子限制在有源层内，该Ala2Gaa8N电子阻挡层6的厚度为20nm。
[0012]上述方案中，所述GaN上波导层7用于进一步将电子限制在有源层和电子阻挡层内，该GaN上波导层7的厚度为80nm。
[0013]上述方案中，所述Ala Q8Ga0.92N上包层8用于将发射光限制在波导层内，该Al0.08Ga0.92N上包层8的厚度为350nm。
[0014]上述方案中，所述非掺杂GaN隔离层9用于将LD和HEMT的外延结构隔开；该非掺杂GaN隔尚层9的厚度为170nm。
[0015]上述方案中，所述非掺杂Alai5Gaa85N层10的厚度为55nm，所述非掺杂GaN通道层11的厚度为200nm，所述AlN空间隔离层12的厚度为lnm，所述非掺杂Ala 3Gaa 7N势垒层13的厚度为20nm。
[0016]与现有技术相比，本发明具有如下有益效果。
[0017]从上述技术方案可以看出，本发明提供的这种GaN基HEMT和LD单片集成的直接调制半导体激光器结构，是在常规GaN基LD外延结构的基础上，生长了非掺杂GaN隔离层、非惨杂Alai5Gaa85N层、非惨杂GaN通道层、AlN 间隔尚层、非惨杂Ala3Gaa7N势鱼层用来实现HEMT。非掺杂GaN隔离层将LD和GaN基HEMT隔开。
[0018]本发明提供的这种GaN基HEMT和LD单片集成的直接调制半导体激光器结构，能够实现LD的直接调制，还有利于减小器件尺寸，使激光器结构紧凑。
[0019]另外，本发明提供的这种GaN基HEMT和LD单片集成的直接调制半导体激光器结构，可以用于海下短距离的光传输。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是常规GaN基LD材料结构的示意图；
[0021 ] 图2是常规GaN基HEMT料结构的示意图；
[0022]图3是本发明提供的GaN基HEMT和LD单片集成的直接调制半导体激光器结构的示意图。
[0023]图中:l-GaN衬底，2-Α1α(ι86&(ι 92Ν 下包层，3_GaN 下波导层，4-Ιηα(ι26&(ι 98Ν 注入层，5-有源层，6-Α1α 2Ga0.8N电子阻挡层，7_Α1α 08Ga0.92N上包层，8_Α1α 08Ga0.92Ν上包层，9-非掺杂GaN隔尚层，1-非惨杂Al0.15Ga0.85N层，11_非惨杂GaN通道层，12_A1N 间隔尚层，13_非掺杂Ala3Gaa7N势垒层。
【具体实施方式】
[0024]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
[0025]本发明提供的这种GaN基HEMT和LD单片集成的直接调制半导体激光器结构，是在常规GaN基LD外延结构的基础上，生长了非掺杂GaN隔离层9、非掺杂Ala 15Gaa 85N层10、非掺杂GaN通道层11、A1N空间隔离层12、非掺杂Al。.3GaQ.7N势垒层13用来实现HEMT。非掺杂GaN隔离层9将LD和HEMT隔开，经过相应的工艺，可以达到单片集成LD和GaN基HEMT的目的。
[0026]如图1所示，图1是常规GaN基LD材料结构的示意图。该结构由在GaN衬底I上依次生长的Alatl8Gaa92N下包层2、GaN下波导层3Unatl2Gaa98N注入层4、有源层5 (Inatl2Gaa98N垒层X 3、Inai2Gaa88N量子阱层X 2)、Ala2Gaa8N电子阻挡层6、GaN上波导层7、Ala08Gaa92N上包层8构成。
[0027]如图2所示，图2是GaN基HEMT材料结构的示意图。该HEMT材料结构由在GaN衬底I上依次生长的非掺杂Alai5Gaa85N层10、非掺杂GaN通道层11、AlN空间隔离层12、非掺杂Ala3Gaa7N势垒层13构成。
[0028]如图3所示，图3是本发明提供的GaN基HEMT和LD单片集成的直接调制半导体激光器结构的示意图，该结构由LD和GaN基HEMT两部分组成，所述LD和所述GaN基HEMT被非掺杂GaN隔离层9隔开。
[0029]所述GaN基LD由在GaN衬底I上依次分子束外延生长的Alatl8Gaa92N下包层2、GaN 下波导层 3、Inatl2Gaa98N 注入层 4、有源层 5 (Inatl2Gaa98N 垒层 X3、Intl.12GaQ.88N 量子讲层X 2)、Ala2Gaa8N电子阻挡层6、GaN上波导层7、Alatl8Gaa92N上包层8构成。
[0030]所述非掺杂GaN隔尚层9在所述Alatl8Gaa92N上包层8上分子束外延生长而成。
[0031]所述GaN基HEMT由在非掺杂GaN隔离层9上依次分子束外延生长的非掺杂Alai5Gaa85N层10、非掺杂GaN通道层11、AlN空间隔离层12、非掺杂Ala3Gaa7N势垒层13构成。
[0032]所述Ala Ci8Gaa 92N下包层2用于将发射光限制在包层内；该Ala Q8GaQ.92N下包层2的厚度为800nm。
[0033]上述方案中，所述GaN下波导层3用于将载流子限制在有源区内，该GaN下波导层3的厚度为50nm。
[0034]所述Ina Cl2Gaa98N注入层4用于载流子的注入，同时也利用Inatl2Gaa98N把载流子束缚在有源区内；所述Inatl2Gaa98N注入层4的厚度为50nm。
[0035]所述有源层5用于激励载流子受激发射形成放大的光，所述有源层5包括三层Inatl2Gaa98N势鱼层、两层Inai2Gaa88N量子讲层,这五层结构间隔分布。
[0036]所述Ala2Gaa8N电子阻挡层6用于将电子限制在有源层内，该Ala2Gaa8N电子阻挡层6的厚度为20nm。
[0037]所述GaN上波导层7用于进一步将电子限制在有源层和电子阻挡层内，该GaN上波导层?的厚度为80nm。
[0038]所述Alatl8Gaa92N上包层8用于将发射光限制在波导层内，该Alatl8Gaa92N上包层8的厚度为350nm。
[0039]所述非掺杂GaN隔尚层9用于将LD和HEMT的外延结构隔开；该非掺杂GaN隔尚层9的厚度为170nm。
[0040]所述非掺杂Alai5Gaa85N层10的厚度为55nm，所述非掺杂GaN通道层11的厚度为20011111，所述八…空间隔离层12的厚度为111111，所述非掺杂八小势垒层13的厚度为
20歷。
[0041]下面进一步说明本发明提供的这种一种基册II和10单片集成的直接调制半导体激光器结构的生长过程。
[0042]步骤1、在&^衬底1上生长800咖的乂。.。#、』下包层2 ；
[0043]步骤2、在下包层2上生长50鹽的下波导层3 ；
[0044]步骤3、在&^下波导层3上生长50咖的注入层4 ；
[0045]步骤4、在1% 02630^⑶注入层4上生长包括三层1% ⑶势垒层、两层1^0.12^^0.88^星子讲层的有源层5 ；
[0046]步骤5、在有源层5上生长20鹽的电子阻挡层6 ；
[0047]步骤6、在电子阻挡层6上生长80醒的上波导层7 ；
[0048]步骤7、在&^上波导层7上生长350咖的六』上包层8 ；
[0049]步骤8、在上包层8上生长170咖的非掺杂隔离层9 ；
[0050]步骤9、在非掺杂隔离层9上生长55鹽的非掺杂六匕办。.,层10 ；
[0051]步骤队在非掺杂“⑶&^⑶层10上生长200鹽的非掺杂通道层11 ；
[0052]步骤11、在非掺杂通道层11上生长1=111的八IX空间隔离层12 ；
[0053]步骤12、在六故空间隔离层12上生长20鹽的非掺杂六。，势垒层13。
[0054]本发明的基册II和03单片集成的直接调制半导体激光器结构，考虑到外延生长和器件性能两方面的实际要求，各层厚度、掺杂剂量可在一定范围内，根据具体材料和器件指标进行调整。在满足外延生长可实现的前提下，实现单片集成基册阶和⑶。
[0055]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种GaN基HEMT和LD单片集成的直接调制半导体激光器结构，其特征在于:该结构由LD和GaN基HEMT两部分组成，所述LD和所述GaN基HEMT被非掺杂GaN隔离层(9)隔开；所述GaN基LD由在GaN衬底⑴上依次分子束外延生长的Alatl8Gaa92N下包层⑵、GaN下波导层(3)、Inci ci2Gatl 98N注入层(4)、有源层(5)、Altl 2Gatl 8N电子阻挡层(6)、GaN上波导层(7)、Al。.138Gaa 92N上包层(8)构成；所述非惨杂GaN隔尚层(9)在所述Ala I38Gaa 92N上包层⑶上分子束外延生长而成；所述GaN基HEMT由在非掺杂GaN隔离层(9)上依次分子束外延生长的非掺杂Alai5Gaa85N层(10)、非掺杂GaN通道层(11)、AlN空间隔离层(12)、非掺杂Ala3Gaa7N势垒层(13)构成。
2.根据权利要求1所述的一种GaN基HEMT和LD单片集成的直接调制半导体激光器结构，其特征在于:所述AlaCl8Gaa92N下包层⑵用于将发射光限制在包层内^Alatl8Gaa92N下包层(2)的厚度为800nm。
3.根据权利要求1所述的一种GaN基HEMT和LD单片集成的直接调制半导体激光器结构，其特征在于:该GaN下波导层(3)的厚度为50nm。
4.根据权利要求1所述的一种GaN基HEMT和LD单片集成的直接调制半导体激光器结构，其特征在于:所述Inatl2Gaa98N注入层⑷用于载流子的注入，同时也利用Inatl2Gaa98N把载流子束缚在有源区内；所述Inatl2Gaa98N注入层(4)的厚度为50nm。
5.根据权利要求1所述的一种GaN基HEMT和LD单片集成的直接调制半导体激光器结构，其特征在于:所述有源层(5)用于激励载流子受激发射形成放大的光，所述有源层(5)包括二层1%势鱼层、两层1% 4?.星子讲层，这五层结构间隔分布。
6.根据权利要求1所述的一种GaN基HEMT和LD单片集成的直接调制半导体激光器结构，其特征在于:所述Ala2Gaa8N电子阻挡层(6)用于将电子限制在有源层内，该Ala2Gaa8N电子阻挡层(6)的厚度为20nm。
7.根据权利要求1所述的一种GaN基HEMT和LD单片集成的直接调制半导体激光器结构，其特征在于:所述GaN上波导层(7)用于进一步将电子限制在有源层和电子阻挡层内，该GaN上波导层(7)的厚度为80nm。
8.根据权利要求1所述的一种GaN基HEMT和LD单片集成的直接调制半导体激光器结构，其特征在于:所述Ala(^Gaa92N上包层⑶用于将发射光限制在波导层内，该Ala(^Gaa92N上包层(8)的厚度为350nm。
9.根据权利要求1所述的一种GaN基HEMT和LD单片集成的直接调制半导体激光器结构，其特征在于:所述非掺杂GaN隔离层(9)用于将LD和HEMT的外延结构隔开；该非掺杂GaN隔尚层(9)的厚度为170nm ; 所述非掺杂Alai5Gaa85N层(10)的厚度为55nm，所述非掺杂GaN通道层(11)的厚度为200nm，所述AlN空间隔离层(12)的厚度为lnm，所述非掺杂Al。.3GaQ.7N势垒层(13)的厚度为 20nm。
10.一种GaN基HEMT和LD单片集成的直接调制半导体激光器结构的生长过程，其特征在于:该过程包括下述步骤， 步骤1、在GaN衬底(I)上生长800nm的Alatl8Gaa92N下包层(2)； 步骤2、在Alatl8Gaa92N下包层(2)上生长50nm的GaN下波导层(3)； 步骤3、在GaN下波导层(3)上生长50nm的Inatl2Gaa98N注入层(4)； 步骤4、在Inatl2Gaa98N注入层(4)上生长包括三层Inatl2Gaa98N势垒层、两层Inai2Gaa88N量子阱层的有源层(5)； 步骤5、在有源层(5)上生长20nm的Ala2Gaa8N电子阻挡层(6)； 步骤6、在Ala2Gaa8N电子阻挡层(6)上生长80nm的GaN上波导层(7)； 步骤7、在GaN上波导层(7)上生长350nm的Alatl8Gaa92N上包层(8)； 步骤8、在Alatl8Gaa92N上包层(8)上生长170nm的非掺杂GaN隔离层(9)； 步骤9、在非掺杂GaN隔离层(9)上生长55nm的非掺杂Alai5Gaa85N层(10)； 步骤10、在非掺杂Alai5Gaa85N层(10)上生长200nm的非掺杂GaN通道层(11)； 步骤11、在非掺杂GaN通道层(11)上生长Inm的AlN空间隔离层(12)； 步骤12、在AlN空间隔离层(12)上生长20nm的非掺杂Ala3Gaa7N势垒层(13)。
【文档编号】H01S5/30GK104377547SQ201410665286
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年11月19日 优先权日:2014年11月19日
【发明者】王智勇, 吕朝蕙, 王清, 尧舜, 郑建华 申请人:北京工业大学