GaN基激光器及其制备方法与流程

本发明涉及到半导体光电子器件技术领域，特别是一种gan基激光器及其制备方法。

背景技术：

氮化镓基激光器的激射波长很好地覆盖整个可见光波段，并使其在激光显示、激光照明、水下通信、存储等民用及军用领域有重要应用，继而被广泛研究。

氮化镓基紫光激光器中的上波导层将影响光学限制及电子阻挡层的有效势垒，继而影响光功率及斜率效率。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种gan基激光器及其制备方法，用以提高电子阻挡层的有效势垒，提高光功率和斜率效率。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种氮化镓基激光器的制备方法，其包括以下步骤：s1：在氮化镓衬底上依次生长n型限制层、下波导层、量子阱有源区、复合上波导层、p型电子阻挡层、p型限制层、p型欧姆接触层；s2：将p型欧姆接触层、p型限制层、p型电子阻挡层和复合上波导层刻蚀成激光器脊型；s3：在制作成的脊型上生长一层氧化膜，并采用光刻的方法制作p型欧姆电极；s4：将氮化镓衬底减薄、清洗，并在上面制作n型欧姆接触电极；s5：进行解理、镀膜，然后封装在管壳上，制成一种具有复合上波导层的氮化镓基激光器，完成制备。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种氮化镓基激光器，其包括：依次生长在氮化镓衬底上的n型限制层、下波导层、量子阱有源区、复合上波导层、p型电子阻挡层、p型限制层、p型欧姆接触层；其中，复合上波导层为铟镓氮层-氮化镓层-铝镓氮层的复合结构。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明gan基激光器及其制备方法至少具有以下有益效果：

通过铟镓氮-氮化镓-铝镓氮复合上波导层的结构设计，可同时降低光学损耗和提高电子阻挡层的有效势垒，从而提高光功率和斜率效率。

本发明的关键在于：第一，复合上波导层结构中具有铟镓氮层，引导光场靠近有源区，提高限制因子；第二，复合上波导层结构中具有镓氮层，抑制p型区域找中的光场分布比例，从而降低光学损耗；第三，复合上波导层结构中具有铝镓氮层，提高电子阻挡层的有效势垒；第四，选择铟镓氮-氮化镓-铝镓氮复合上波导层结构中各层的厚度和组分，在该组分和厚度下，光学损耗得到抑制，同时电子阻挡层的有效势垒得到提高。

附图说明

图1为本发明实施例gan基紫光激光器的结构示意图。

图2为具有不同上波导层的激光器的输出光功率和斜率效率的比较图。

图3为具有不同上波导层的激光器的光学损耗和电子阻挡层的有效势垒比较图。其中，图2、3中横坐标1、2、3、4分别代表具有不同上波导层的激光器：激光器结构1、激光器结构2、激光器结构3、激光器结构4。

【主要元件】

10-氮化镓衬底；

11-n型限制层；

12-下波导层；

13-量子阱有源区；

14-复合上波导层；

15-p型电子阻挡层；

16-p型限制层；

17-p型欧姆接触层；

18-p型欧姆电极；

19-n型欧姆接触电极。

具体实施方式

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。

在本发明的示例性实施例中，提供了一种氮化镓基紫光激光器的制备方法。图1为本发明实施例gan基紫光激光器的结构示意图。如图1所示，本发明gan基紫光激光器的制备方法包括以下步骤：

s1：在氮化镓衬底10上利用金属有机物气相化学淀积依次生长n型限制层11、下波导层12、量子阱有源区13、复合上波导层14、p型电子阻挡层15、p型限制层16、p型欧姆接触层17；

s2：将p型欧姆接触层17、p型限制层16、p型电子阻挡层15和复合上波导层14干法刻蚀成激光器脊型；

s3：在制作成的脊型上生长一层氧化膜，并采用光刻的方法制作p型欧姆电极18；

s4：将氮化镓衬底10减薄、清洗，并在上面制作n型欧姆接触电极19；

s5：进行解理、镀膜，然后封装在管壳上，制成一种具有复合上波导层的氮化镓基紫光激光器，完成制备。

其中，氮化镓衬底10材料的厚度为0.3-4μm。

作为一种具体实施方式，n型限制层11的材料为n型铝镓氮材料，厚度为0.6-2.5μm，铝组分为0.05-0.1。

在此实施例中，下波导层12的材料为n型铟镓氮材料，铟镓氮材料中铟组分为0％-10％，厚度为0.03-0.12μm。

量子阱有源区13的量子阱个数为1-5个，量子阱的材料为铟镓氮材料，量子阱厚度为1-10nm，量子垒材料为铟镓氮材料，量子垒的厚度为1-20nm。

其中，复合上波导层14的材料为不掺杂或轻掺杂的铟镓氮-氮化镓-铝镓氮复合结构，也就是说，复合上波导层14是由铟镓氮层、氮化镓层、铝镓氮层三层叠合而成，各层厚度为0.005-0.1μm，三层总厚度为0.05-0.15μm。优选地，铟镓氮层、氮化镓层、铝镓氮层依次叠合形成复合上波导层14。

p型电子阻挡层15的材料为重掺杂的铝镓氮材料，铝组分为0.1-0.3，厚度为0.01-0.025μm。

作为一种具体实施方式，p型限制层16的材料为p型铝镓氮材料，厚度为0.45-0.65μm，铝组分为0.05-0.12。

p型接触层17的材料为重掺杂的p型氮化镓材料，厚度为0.02-0.04μm。

图2为具有不同上波导层的激光器的输出光功率和斜率效率的比较图。如图2所示，激光器结构1的上波导层为100nm-in0.02ga0.98n、激光器结构2的上波导层为100nm-gan、激光器结构3的上波导层为100nm-al0.05ga0.95n、激光器结构4的上波导层为100nm-in0.02ga0.98n-gan-al0.05ga0.95n(各层厚度分别为35nm、60nm、5nm)，由图2可以得到，在相同120ma注入电流下，采用100nm-in0.02ga0.98n-gan-al0.05ga0.95n的复合上波导层结构的紫光激光器(结构4)的输出光功率明显高于其他激光器，同时斜率效率得到明显提升。

图3为具有不同上波导层的激光器的光学损耗和电子阻挡层的有效势。如图3所示，由图3可以得到，对于电子阻挡层的有效势垒，采用100nm-in0.02ga0.98n-gan-al0.05ga0.95n的复合上波导层结构的紫光激光器(结构4)比其他激光器的都高，阈值电流也较低。

本发明还提供了一种gan基紫光激光器，其包括：

依次生长在氮化镓衬底10上的n型限制层11、下波导层12、量子阱有源区13、复合上波导层14、p型电子阻挡层15、p型限制层16、p型欧姆接触层17。

其中，复合上波导层14为铟镓氮层-氮化镓层-铝镓氮层的复合结构，各层厚度为0.005-0.1μm，三层总厚度为0.05-0.15μm。

至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明gan基激光器及其制备方法有了清楚的认识。

需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：

通过改变有源区量子阱或垒的组分，得到其他激射波长的激光器结构。

还需要说明的是，本文可提供包含特定值的参数的示范，但这些参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围。此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

综上所述，本发明提供一种gan基激光器及其制备方法。本发明的核心为采用铟镓氮-氮化镓-铝镓氮复合上波导层结构，可同时降低光学损耗和提高电子阻挡层的有效势垒，从而提高光功率和斜率效率。

应注意，贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在以下描述中，一些具体实施例仅用于描述目的，而不应该理解为对本发明有任何限制，而只是本发明实施例的示例。在可能导致对本发明的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。应注意，图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本发明实施例的内容。

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。