[發明專利]一種GaN基激光器制備方法和結構

有效

• 申請號: 201510828233.5
• 申請日: 2015-11-25
• 公開（公告）號: CN105406358B
• 公開（公告）日: 2018-11-02
• 發明（設計）人: 李亮;劉應軍;湯寶;王任凡
• 申請（專利權）人: 武漢電信器件有限公司
• 主分類號: H01S5/343
• 分類號: H01S5/343;H01S5/22
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司 11228
• 代理人: 張瑾;程殿軍

本發明適用于半導體光電技術領域，提供了一種GaN基激光器制備方法和結構，所述制備方法包括：在第一外延片的表面p?GaN層上沉積介質膜；通過光刻或者刻蝕方式，在所述介質膜上形成雙脊窗口區，所述雙脊窗口區貫穿到所述p?GaN層；在所述雙脊窗口區范圍內的所述p?GaN層上外延生長p?GaN；在外延生長的p?GaN表面交替沉積高低折射率材料，形成介質膜上限制層。在介質膜上限制層上沉積金屬，由所述沉積金屬構成p電極。本發明所述的激光器采用介質膜形成激光器上限制層，可有效增加激光器的限制因子，降低內損耗；此外電流通過p?GaN注入，可有效減小激光器電阻，降低激光器工作電壓，提升激光器的性能。

技術領域

本發明屬于半導體光電技術領域，尤其涉及一種GaN基激光器制備方法和結構。

背景技術

III-V族氮化物半導體被稱為第三代半導體材料，具有禁帶寬度大，化學穩定性好，抗輻照性強等優點；其禁帶寬度涵蓋整個可見光范圍，因此可用于制作半導體發光器件，如發光二極管、激光器和超輻射管等?；贗II-V族氮化物半導體的激光器和超輻射管具有制作簡單，體積小，重量輕，壽命長，效率高等優點，在光通信、光泵浦、光存儲和激光顯示等領域得到了廣泛應用。

通常GaN基激光器的串聯電阻較大，工作電壓較高，遠高于激光器二極管的內建電壓，這主要是由于激光器中有約0.5um后的p-AlGaN限制層。對于GaN或AlGaN，常采用CP2Mg作為摻雜劑，然而由于Mg受主在GaN中的電離能較高，高達170meV，通常少于1％的Mg受主電離，產生空穴，p型AlGaN或GaN中的空穴濃度較低，電阻較高，從而造成激光器的串聯電阻較大，激光器的工作電壓較高，嚴重影響激光器的性能。

此外，相對于GaAs或InP基激光器，GaN基激光器的吸收系數較大，約為十幾或幾十cm^-1，造成激光器的閾值電流較高，通常大于1kA/cm²，這主要是來自于p型層中的Mg受主吸收，文獻報道，通常非摻雜GaN中的吸收系數約為1cm^-1，n型GaN中的吸收系數約為5cm^-1，而對于p-GaN，其吸收系數高達100cm^-1，這主要是由于為提升p-GaN中的空穴濃度，p-GaN中的Mg摻很高，高達1019cm^-3量級，而Mg是深受主，會對光產生吸收，造成激光器中的吸收損耗很大。

另外，GaN基激光器的多量子阱有源區生長溫度通常較低，約為750℃左右，這就決定了生長在多量子阱有源區上方的激光器功能層的生長溫度不能太高，同時生長時間亦不能太長，否則會導致激光器的有源區退化，從而惡化多量子阱有源區的晶體質量；而激光器上限制層通常為AlGaN結構，為保證較高的晶體質量，降低AlGaN限制層中的C摻雜，AlGaN的生長溫度不能太低，否則會導致AlGaN的缺陷多、電導差，從而影響激光器的性能，因此需在多量子阱有源區和上限制層之間尋找平衡，如生長AlGaN的蓋層保護多量子阱，防止高溫退火等等。

鑒于以上所述，很多專利都著力于提升P型層的電導率、改善P型歐姆接觸或從腔面著手降低激光器的損耗，如專利201410580361.8提出了通過改變p-GaN的生長氣氛，有效提升p-GaN空穴濃度的方法；專利：200710009955.3提出了一種降低p-GaN歐姆接觸電阻的方法；專利200810050920.9提出了一種鈍化激光器腔面降低激光器損耗的方法；本專利與上述所有專利不同，本專利從激光器結構設計的角度，提出了一種GaN基激光器制備方法。

發明內容

本發明實施例的目的在于提供一種GaN基激光器制備方法和結構，以解決現有技術的采用AlGaN作上限制層時，由于其要求的溫度所造成的影響激光器性能的問題。

本發明實施例是這樣實現的，一方面，本發明實施例提供了一種GaN基激光器制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

在第一外延片的表面p-GaN層上沉積介質膜；