[發明專利]一種GaN基HEMT和LD單片集成的直接調制半導體激光器結構及其生長過程

有效

• 申請號: 201410665286.5
• 申請日: 2014-11-19
• 公開（公告）號: CN104377547B
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發明（設計）人: 王智勇;呂朝蕙;王清;堯舜;鄭建華
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H01S5/30
• 分類號: H01S5/30;H01S5/06
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司11203
• 代理人: 沈波

技術領域

本發明涉及化合物半導體材料及器件技術領域，尤其涉及到一種GaN基HEMT和LD單片集成的直接調制半導體激光器結構。

背景技術

由于對高輸出功率LED和高電子遷移率晶體管(HEMT)高功率容量的需求，LED和GaN基HEMTs的單片集成備受關注。與傳統的使用脈沖寬度調制(PWM)的AC-DC功率轉換控制或使用傳統硅電子的模擬電流控制相比，對于LED驅動，GaN基HEMTs具有內在優勢，這是因為GaN基HEMTs的優越性能，例如：高擊穿電壓、高工作頻率、寬工作溫度范圍等。使用相同的GaN基材料平臺，LED和HEMTs的單片集成能減小LED發光系統的制作成本，極大地提高系統的穩定性和可靠性。

LED成本低、易操控，但是可見光通訊性能受到材料載流子壽命的限制，在更高頻率條件下(高于1Gbit/s)，LED不能實現調制。因此，為了實現更高調制帶寬和無差錯傳輸，我們考慮用GaN基二極管激光器代替LED器件。使用綠光二極管激光器，漸變折射率塑料光纖在傳輸距離超過100m時，能夠實現1.25Gbit/s。用二極管激光器也可以實現海下短距離的光傳輸。

所以，將LD和GaN基高電子遷移率晶體管(HEMT)SEG在同一塊襯底上，形成GaN基HEMT和LD單片集成的直接調制半導體激光器結構，實現降低外延生長后再刻蝕方法對上包層Al_0.08Ga_0.92N的損傷和LD的直接調制是本發明的一個重要價值。

發明內容

本發明的目的在于提供一種GaN基HEMT和LD單片集成的直接調制半導體激光器結構，以將LD和GaN基HEMT集成在同一塊襯底上，實現單片集成LD和GaN基HEMT，以此來實現LD的直接調制。

為達到上述目的，本發明提供了一種GaN基HEMT和LD單片集成的直接調制半導體激光器結構，該結構由LD和GaN基HEMT兩部分組成，所述LD和所述GaN基HEMT被非摻雜GaN隔離層9隔開；所述GaN基LD由在GaN襯底1上依次分子束外延生長的Al_0.08Ga_0.92N下包層2、GaN下波導層3、In_0.02Ga_0.98N注入層4、有源層5(In_0.02Ga_0.98N壘層×3、In_0.12Ga_0.88N量子阱層×2)、Al_0.2Ga_0.8N電子阻擋層6、GaN上波導層7、Al_0.08Ga_0.92N上包層8構成；所述非摻雜GaN隔離層9在所述Al_0.08Ga_0.92N上包層8上分子束外延生長而成；所述GaN基HEMT由在非摻雜GaN隔離層9上依次分子束外延生長的非摻雜Al_0.15Ga_0.85N層10、非摻雜GaN通道層11、AlN空間隔離層12、非摻雜Al_0.3Ga_0.7N勢壘層13構成。

上述方案中，所述Al_0.08Ga_0.92N下包層2用于將發射光限制在包層內；該Al_0.08Ga_0.92N下包層2的厚度為800nm。

上述方案中，所述GaN下波導層3用于將載流子限制在有源區內，該GaN下波導層3的厚度為50nm。

上述方案中，所述In_0.02Ga_0.98N注入層4用于載流子的注入，同時也利用In_0.02Ga_0.98N把載流子束縛在有源區內；所述In_0.02Ga_0.98N注入層4的厚度為50nm。

上述方案中，所述有源層5用于激勵載流子受激發射形成放大的光，所述有源層5包括三層In_0.02Ga_0.98N勢壘層、兩層In_0.12Ga_0.88N量子阱層，這五層結構間隔分布。

上述方案中，所述Al_0.2Ga_0.8N電子阻擋層6用于將電子限制在有源層內，該Al_0.2Ga_0.8N電子阻擋層6的厚度為20nm。