[發明專利]一種基于氮化鎵材料的雙波長同時發射激光器

有效

• 申請號: 201710326448.6
• 申請日: 2017-05-10
• 公開（公告）號: CN107123928B
• 公開（公告）日: 2019-09-20
• 發明（設計）人: 張保平;許榮彬;梅洋;應磊瑩;鄭志威
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: H01S5/343
• 分類號: H01S5/343
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應森

一種基于氮化鎵材料的雙波長同時發射激光器，涉及發射激光器。采用垂直內腔接觸結構，結構從下到上包括了襯底、金屬層、下分布布拉格反射鏡、電流限制層、GaN基外延層、上電極、上分布布拉格反射鏡，所述電流限制層中包含用于電流擴展的ITO透明導電孔，所述GaN基外延層包含n型層和p型層以及有源區，其中有源區為量子阱內嵌量子點結構。利用垂直諧振腔及量子阱內嵌量子點的有源結構，獲得了雙波長同時發射的半導體激光器。本發明具有結構簡單、集成度高、光束方向集中、發射波長易于控制等特點，在實現多色半導體激光器光源和雙波長合成干涉測量等領域中有著廣泛的應用前景。

技術領域

本發明涉及發射激光器，尤其是涉及一種基于氮化鎵材料的雙波長同時發射激光器。

背景技術

雙波長同時發射激光器由于其在光盤的讀寫，光學顯示器和生物科學基因分類上有很強的應用而成為目前的研究熱點。其主要實現方式包括了上轉換光纖激光器、光學倍增激光器。然而這兩種類型的激光器都存在輸出波長難以控制，激發過程中存在吸收和能量損耗導致效率低下等問題。

氮化鎵基材料包含氮化鎵、氮化銦和氮化鋁，是直接帶隙半導體材料，具有連續可調的帶隙，室溫下發光波長涵蓋了近紅外、可見光及深紫外波段(M.Koike,et al.,Development of high efficiency GaN-based multiquantum-well light-emittingdiodes and their applications,IEEE J Sel Topics Quantum Electron,8:271–277(2002))。由于其穩定的機械和化學性能，基于氮化鎵基材料制作的光電器件在照明、全色顯示、光學存儲、信號檢測、激光打印以及通訊等領域具有廣泛的應用。垂直腔面發射氮化鎵基半導體激光器以其結構簡單、光束方向集中、腔長易于控制等特點(J.Gustavsson,etal.,Progress and challenges in electrically pumped GaN-based VCSELs,∥Proc.SPIE,9892:98920Y(2016))使其在實現多色半導體激光器光源和雙波長合成干涉測量等領域成為可能，同時通過調整有源層的結構，可以有效的提高器件的內量子效率，降低器件的閾值電流。

發明內容

本發明的目的是克服現有雙波長同時發射激光器的不足，提供在實現雙波長同時發射的同時，提高了器件的內量子效率，降低了器件的閾值電流的一種基于氮化鎵材料的雙波長同時發射激光器。

本發明采用垂直內腔接觸結構，從下到上包括襯底、金屬層、下分布布拉格反射鏡、電流限制層、GaN基外延層、上電極和上分布布拉格反射鏡，所述電流限制層中包含用于電流擴展的ITO透明導電孔，所述GaN基外延層包含n型層、p型層和有源區，所述有源區為量子阱內嵌量子點結構。

所述量子點和量子阱的材料分別可為In_xGa_1-xN和Al_zIn_yGa_1-y-zN，其中，0<x<1，0<y<1，0<z<1，y+z<1，并且x>y。

所述電流限制層可采用SiO₂、SiN_x等中的一種。

所述上電極可采用Ni/Au、Cr/Au、Ti/Au等中的一種。

所述上分布布拉格反射鏡和下分布布拉格反射鏡可由兩種不同折射率的介質膜交錯疊加而成，每層介質膜的厚度為1/4中心波長，介質膜組合采用TiO₂/SiO₂、Ta₂O₅/SiO₂、Ti₃O₅/SiO₂等中的一種。

所述襯底可采用藍寶石、GaN、Cu等中的一種。