本發(fā)明涉及到半導體光電子器件技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種gan基激光器及其制備方法。

背景技術(shù)：

氮化鎵基激光器的激射波長很好地覆蓋整個可見光波段，并使其在激光顯示、激光照明、水下通信、存儲等民用及軍用領(lǐng)域有重要應用，繼而被廣泛研究。

氮化鎵基紫光激光器中的上波導層將影響光學限制及電子阻擋層的有效勢壘，繼而影響光功率及斜率效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

鑒于上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種gan基激光器及其制備方法，用以提高電子阻擋層的有效勢壘，提高光功率和斜率效率。

(二)技術(shù)方案

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種氮化鎵基激光器的制備方法，其包括以下步驟：s1：在氮化鎵襯底上依次生長n型限制層、下波導層、量子阱有源區(qū)、復合上波導層、p型電子阻擋層、p型限制層、p型歐姆接觸層；s2：將p型歐姆接觸層、p型限制層、p型電子阻擋層和復合上波導層刻蝕成激光器脊型；s3：在制作成的脊型上生長一層氧化膜，并采用光刻的方法制作p型歐姆電極；s4：將氮化鎵襯底減薄、清洗，并在上面制作n型歐姆接觸電極；s5：進行解理、鍍膜，然后封裝在管殼上，制成一種具有復合上波導層的氮化鎵基激光器，完成制備。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，還提供了一種氮化鎵基激光器，其包括：依次生長在氮化鎵襯底上的n型限制層、下波導層、量子阱有源區(qū)、復合上波導層、p型電子阻擋層、p型限制層、p型歐姆接觸層；其中，復合上波導層為銦鎵氮層-氮化鎵層-鋁鎵氮層的復合結(jié)構(gòu)。

(三)有益效果

從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明gan基激光器及其制備方法至少具有以下有益效果：

通過銦鎵氮-氮化鎵-鋁鎵氮復合上波導層的結(jié)構(gòu)設(shè)計，可同時降低光學損耗和提高電子阻擋層的有效勢壘，從而提高光功率和斜率效率。

本發(fā)明的關(guān)鍵在于：第一，復合上波導層結(jié)構(gòu)中具有銦鎵氮層，引導光場靠近有源區(qū)，提高限制因子；第二，復合上波導層結(jié)構(gòu)中具有鎵氮層，抑制p型區(qū)域找中的光場分布比例，從而降低光學損耗；第三，復合上波導層結(jié)構(gòu)中具有鋁鎵氮層，提高電子阻擋層的有效勢壘；第四，選擇銦鎵氮-氮化鎵-鋁鎵氮復合上波導層結(jié)構(gòu)中各層的厚度和組分，在該組分和厚度下，光學損耗得到抑制，同時電子阻擋層的有效勢壘得到提高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例gan基紫光激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為具有不同上波導層的激光器的輸出光功率和斜率效率的比較圖。

圖3為具有不同上波導層的激光器的光學損耗和電子阻擋層的有效勢壘比較圖。其中，圖2、3中橫坐標1、2、3、4分別代表具有不同上波導層的激光器：激光器結(jié)構(gòu)1、激光器結(jié)構(gòu)2、激光器結(jié)構(gòu)3、激光器結(jié)構(gòu)4。

【主要元件】

10-氮化鎵襯底；

11-n型限制層；

12-下波導層；

13-量子阱有源區(qū)；

14-復合上波導層；

15-p型電子阻擋層；

16-p型限制層；

17-p型歐姆接觸層；

18-p型歐姆電極；

19-n型歐姆接觸電極。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。

在本發(fā)明的示例性實施例中，提供了一種氮化鎵基紫光激光器的制備方法。圖1為本發(fā)明實施例gan基紫光激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本發(fā)明gan基紫光激光器的制備方法包括以下步驟：

s1：在氮化鎵襯底10上利用金屬有機物氣相化學淀積依次生長n型限制層11、下波導層12、量子阱有源區(qū)13、復合上波導層14、p型電子阻擋層15、p型限制層16、p型歐姆接觸層17；

s2：將p型歐姆接觸層17、p型限制層16、p型電子阻擋層15和復合上波導層14干法刻蝕成激光器脊型；

s3：在制作成的脊型上生長一層氧化膜，并采用光刻的方法制作p型歐姆電極18；

s4：將氮化鎵襯底10減薄、清洗，并在上面制作n型歐姆接觸電極19；

s5：進行解理、鍍膜，然后封裝在管殼上，制成一種具有復合上波導層的氮化鎵基紫光激光器，完成制備。

其中，氮化鎵襯底10材料的厚度為0.3-4μm。

作為一種具體實施方式，n型限制層11的材料為n型鋁鎵氮材料，厚度為0.6-2.5μm，鋁組分為0.05-0.1。

在此實施例中，下波導層12的材料為n型銦鎵氮材料，銦鎵氮材料中銦組分為0％-10％，厚度為0.03-0.12μm。

量子阱有源區(qū)13的量子阱個數(shù)為1-5個，量子阱的材料為銦鎵氮材料，量子阱厚度為1-10nm，量子壘材料為銦鎵氮材料，量子壘的厚度為1-20nm。

其中，復合上波導層14的材料為不摻雜或輕摻雜的銦鎵氮-氮化鎵-鋁鎵氮復合結(jié)構(gòu)，也就是說，復合上波導層14是由銦鎵氮層、氮化鎵層、鋁鎵氮層三層疊合而成，各層厚度為0.005-0.1μm，三層總厚度為0.05-0.15μm。優(yōu)選地，銦鎵氮層、氮化鎵層、鋁鎵氮層依次疊合形成復合上波導層14。

p型電子阻擋層15的材料為重摻雜的鋁鎵氮材料，鋁組分為0.1-0.3，厚度為0.01-0.025μm。

作為一種具體實施方式，p型限制層16的材料為p型鋁鎵氮材料，厚度為0.45-0.65μm，鋁組分為0.05-0.12。

p型接觸層17的材料為重摻雜的p型氮化鎵材料，厚度為0.02-0.04μm。

圖2為具有不同上波導層的激光器的輸出光功率和斜率效率的比較圖。如圖2所示，激光器結(jié)構(gòu)1的上波導層為100nm-in0.02ga0.98n、激光器結(jié)構(gòu)2的上波導層為100nm-gan、激光器結(jié)構(gòu)3的上波導層為100nm-al0.05ga0.95n、激光器結(jié)構(gòu)4的上波導層為100nm-in0.02ga0.98n-gan-al0.05ga0.95n(各層厚度分別為35nm、60nm、5nm)，由圖2可以得到，在相同120ma注入電流下，采用100nm-in0.02ga0.98n-gan-al0.05ga0.95n的復合上波導層結(jié)構(gòu)的紫光激光器(結(jié)構(gòu)4)的輸出光功率明顯高于其他激光器，同時斜率效率得到明顯提升。

圖3為具有不同上波導層的激光器的光學損耗和電子阻擋層的有效勢。如圖3所示，由圖3可以得到，對于電子阻擋層的有效勢壘，采用100nm-in0.02ga0.98n-gan-al0.05ga0.95n的復合上波導層結(jié)構(gòu)的紫光激光器(結(jié)構(gòu)4)比其他激光器的都高，閾值電流也較低。

本發(fā)明還提供了一種gan基紫光激光器，其包括：

依次生長在氮化鎵襯底10上的n型限制層11、下波導層12、量子阱有源區(qū)13、復合上波導層14、p型電子阻擋層15、p型限制層16、p型歐姆接觸層17。

其中，復合上波導層14為銦鎵氮層-氮化鎵層-鋁鎵氮層的復合結(jié)構(gòu)，各層厚度為0.005-0.1μm，三層總厚度為0.05-0.15μm。

至此，已經(jīng)結(jié)合附圖對本實施例進行了詳細描述。依據(jù)以上描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應當對本發(fā)明gan基激光器及其制備方法有了清楚的認識。

需要說明的是，在附圖或說明書正文中，未繪示或描述的實現(xiàn)方式，均為所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所知的形式，并未進行詳細說明。此外，上述對各元件和方法的定義并不僅限于實施例中提到的各種具體結(jié)構(gòu)、形狀或方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可對其進行簡單地更改或替換，例如：

通過改變有源區(qū)量子阱或壘的組分，得到其他激射波長的激光器結(jié)構(gòu)。

還需要說明的是，本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但這些參數(shù)無需確切等于相應的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計約束內(nèi)近似于相應值。實施例中提到的方向用語，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向，并非用來限制本發(fā)明的保護范圍。此外，除非特別描述或必須依序發(fā)生的步驟，上述步驟的順序并無限制于以上所列，且可根據(jù)所需設(shè)計而變化或重新安排。并且上述實施例可基于設(shè)計及可靠度的考慮，彼此混合搭配使用或與其他實施例混合搭配使用，即不同實施例中的技術(shù)特征可以自由組合形成更多的實施例。

綜上所述，本發(fā)明提供一種gan基激光器及其制備方法。本發(fā)明的核心為采用銦鎵氮-氮化鎵-鋁鎵氮復合上波導層結(jié)構(gòu)，可同時降低光學損耗和提高電子阻擋層的有效勢壘，從而提高光功率和斜率效率。

應注意，貫穿附圖，相同的元素由相同或相近的附圖標記來表示。在以下描述中，一些具體實施例僅用于描述目的，而不應該理解為對本發(fā)明有任何限制，而只是本發(fā)明實施例的示例。在可能導致對本發(fā)明的理解造成混淆時，將省略常規(guī)結(jié)構(gòu)或構(gòu)造。應注意，圖中各部件的形狀和尺寸不反映真實大小和比例，而僅示意本發(fā)明實施例的內(nèi)容。

以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。