[發明專利]GaN基復合DBR諧振腔激光器外延片、激光器及制備方法

有效

• 申請號: 201711013670.7
• 申請日: 2017-10-26
• 公開（公告）號: CN107809057B
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 孫慧卿;張秀;郭志友;侯玉菲;汪鑫;龔星;徐智鴻;劉天意
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: H01S5/34
• 分類號: H01S5/34;H01S5/125
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林偉斌;鄭永泉

本發明公開了GaN基復合DBR諧振腔激光器外延片、激光器及制備方法，所述GaN基復合DBR諧振腔激光器外延片由下至上依次包括：襯底、緩沖層、AlN/GaN布拉格反射鏡、n?GaN層、下波導層、多量子阱層、上波導層、超晶格電子阻擋層、p?GaN層，所述超晶格電子阻擋層的材料為Al組分漸變的p?Al_xGa_1?xN/GaN，其中，0x0.5。所述GaN基復合DBR諧振腔激光器由下至上依次包括：所述GaN復合DBR諧振腔激光器外延片、介質膜、ITO電流擴展層、介質膜布拉格反射鏡、正電極、負電極。本發明所述GaN基復合DBR諧振腔激光器閥值低、光學損耗低、晶格失配度低，p型層的空穴注入效率高。

技術領域

本發明涉及一種半導體激光器件技術領域，具體的，本發明涉及一種GaN基復合DBR諧振腔激光器外延片、激光器及制備方法。

背景技術

GaN及其化合物的禁帶寬度從0.7eV(InN)到6.2eV(AlN)連續可調，以GaN基半導體材料作為有源區發光材料，發光波長可從近紅外到深紫外，涵蓋了整個可見光波段。相比于傳統LED器件，GaN基半導體激光器具有效率高、體積小、光功率密度高、方向性好及輸出光譜半寬小等優點，在高密度信息儲存、激光顯示、可見光通信以及海底無線通信等領域有著廣泛的應用。

對于GaN基布拉格反射鏡(DBR)諧振腔激光器而言，GaN系列材料相互之間折射率差較小，其制備的氮化物DBR高反帶帶寬較窄；而介質膜DBR材料相互之間折射率差較大，高反帶帶寬較寬，較少的周期數即可達到較高的折射效率，且介質膜禁帶寬度相對較寬，對藍光自吸收減小。

對于GaN基藍光激光器而言，其量子阱深度較小，對載流子的束縛力弱，從n型區注入的有效質量較小的電子容易越過量子阱區到達p型區與空穴發生非輻射復合，降低發光效率。為提高發光效率，通常的做法是在量子阱區和p型區之間插入禁帶間隙更寬的AlGaN電子阻擋層來消除。但是，p-AlGaN層在阻擋電子泄露的同時，會增加空穴注入的難度。并且AlGaN和GaN材料存在一定晶格失配，導致量子阱區和p-AlGaN層間形成張應力。

為克服上述問題，諸多專利致力于提升P型層空穴注入效率，降低激光器損耗，優化激光器結構及生產工藝。如專利201620861190.0提出采用p-NiO代替p-GaN作為空穴注入層和光散射層；專利201610183087.x提出了一種應力調控波導層，降低量子阱層的應力；專利201510828233.5提出了一種介質膜上限制層結構，增加激光器限制因子及降低損耗。然而，上述專利提出的方案仍存在激光材料自身光吸收強、器件內微分量子效率低等不足。

發明內容

基于此，本發明在于克服現有技術的缺陷，提供一種GaN基復合DBR諧振腔激光器外延片，所述GaN基復合DBR諧振腔激光器外延片采用Al組分漸變的AlGaN/GaN超晶格結構作為電子阻擋層，增加了激光器光場限制因子，降低了材料的晶格失配度，提高了p型層的空穴注入效率。

本發明的另一目的在于提供一種GaN基復合DBR諧振腔激光器，所述GaN基復合DBR諧振腔激光器閥值低、光學損耗低、晶格失配度低，p型層的空穴注入效率高。

其技術方案如下：

一種GaN基復合DBR諧振腔激光器外延片，由下至上依次包括：襯底、緩沖層、AlN/GaN布拉格反射鏡、n-GaN層、下波導層、多量子阱層、上波導層、超晶格電子阻擋層、p-GaN層，所述超晶格電子阻擋層的材料為Al組分漸變的p-Al_xGa_1-xN/GaN，其中，0x0.5。

本發明采用Al組分漸變的AlGaN/GaN超晶格結構作為電子阻擋層，可以增加激光器光場限制因子，降低材料的晶格失配度，提高p型層的空穴注入效率。