[發明專利]一種深紫外垂直腔半導體激光器外延結構及制備方法

有效

• 申請號: 201911370015.6
• 申請日: 2019-12-26
• 公開（公告）號: CN111064075B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 喬忠良;趙志斌;李再金;任永學;李林;曲軼
• 申請（專利權）人: 海南師范大學
• 主分類號: H01S5/183
• 分類號: H01S5/183
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 趙徐平

1.一種深紫外垂直腔半導體激光器的外延結構，其特征在于，包括：

襯底，所述襯底為N型襯底；

在所述襯底上表面依次生長的N型過渡層、下DBR反射鏡層、下波導層、下勢壘層、量子阱層、上勢壘層、上波導層、上DBR反射鏡層及P型重摻雜層；

在所述P型重摻雜層上表面制備的P面電極；

及在所述襯底下表面制備的N面電極；

所述N型過渡層的厚度為100-500nm，材料為Al_xN_y，其中，x/y＝1-0.95；

所述下DBR反射鏡層為80-120對，每對所述下DBR反射鏡層包括高折射率DBR反射鏡層和低折射率DBR反射鏡層；所述DBR反射鏡中的高折射率層厚度為50-53nm，材料為Al_xN_y，其中，x/y＝1.05-0.95；所述DBR反射鏡中低折射率層的厚度為45-48nm，材料為Al_xN_y，其中，x/y＝0.9-0.85；

所述上DBR反射鏡層為50-80對，每對所述上DBR反射鏡層包括高折射率DBR反射鏡層和低折射率DBR反射鏡層；反射鏡層中的高折射率層的厚度為45-50nm，材料為Al_xN_y，其中，x/y＝0.45-0.35；所述反射鏡層中的低折射率層厚度為35-39nm，材料為Al_xN_y，其中，x/y＝0.3-0.2；

所述P型重摻雜層的厚度為100-500nm，材料為Al_xN_y，其中，x/y＝0.45-1；

所述下波導層的厚度為0.10-0.70μm，材料為Al_xN_y，其中，x/y＝0.75-0.85；所述上波導層的厚度為0.10-0.70μm，材料為Al_xN_y，其中，x/y＝0.7-0.55；

所述下勢壘層的厚度為30-80nm，材料為Al_xN_y，其中，x/y＝0.85-0.9；所述上勢壘層的厚度為30-80nm，材料為Al_xN_y，其中，x/y＝0.9-0.8。

2.一種權利要求1所述的深紫外垂直腔半導體激光器的外延結構的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)對單晶襯底進行熱處理，備用；其中，熱處理時間為5-20min，熱處理溫度為700-900℃；

(2)通過控制原子束流及氨氣流量在襯底上依次在襯底上依次生長N型過渡層、下DBR反射鏡層、下波導層、下勢壘層、量子阱層、上勢壘層、上波導層、上DBR反射鏡層及P型重摻雜層；

(3)在襯底下表面制備N面電極，通過光刻工藝在P型重摻雜層上表面制備P面電極；

所述步驟(2)中，控制原子束流及氨氣流量的具體操作為：

生長N型過渡層：鋁源束流控制在0.03-0.1mol/min，氨氣流量控制在16-30sccm，Si原子摻雜束流控制在0.001-0.005mol/min；

生長下DBR反射鏡層：①鋁源束流控制在0.03-0.1mol/min，氨氣流量控制在20-35sccm，Si原子摻雜束流控制在0.001-0.005mol/min；②鋁源束流控制在0.03-0.1mol/min，氨氣流量控制在30-40sccm，Si原子摻雜束流控制在0.001-0.005mol/min；

生長下波導層：鋁源束流控制在0.03-0.1mol/min，氨氣流量控制在50-70sccm；

生長下勢壘層：鋁源束流控制在0.03-0.1mol/min，氨氣流量控制在35-40sccm；

生長量子阱層：鋁源束流控制在0.03-0.1mol/min，氨氣流量控制在40-45sccm；

生長上勢壘層：鋁源束流控制在0.03-0.1mol/min，氨氣流量控制在40-35sccm；

生長上波導層：鋁源束流控制在0.03-0.1mol/min，氨氣流量控制在35-25sccm；

生長上DBR反射鏡層：①高折射率層生長，鋁源束流控制在0.03-0.1mol/min，氨氣流量控制在50-60sccm，Si原子摻雜束流控制在0.001-0.005mol/min；②低折射率層生長，鋁源束流控制在0.03-0.1mol/min，氨氣流量控制在65-85sccm，C或Be原子摻雜束流控制在0.001-0.005mol/min；

生長P型重摻雜層：鋁源束流控制在0.03-0.1mol/min，氨氣流量控制在30-16sccm，氨氣流量隨時間漸變遞減，C或Be原子摻雜束流控制在0.005-0.01mol/min；

步驟(2)中，

所述單晶N型過渡層的生長時間為20-50min，生長溫度為550-900℃；

所述下DBR反射鏡層①高折射率層，生長時間為0.5-3min，生長溫度為550-900℃，②低折射率層，生長時間為0.5-3min，生長溫度為550-900℃；

所述下波導層的生長時間為20-50min，生長溫度為550-900℃；

所述下勢壘層的生長時間為1-5min，生長溫度為550-900℃；

所述量子阱層的生長時間為0.5-5min，生長溫度為550-900℃；

所述上勢壘層的生長時間為1-5min，生長溫度為550-900℃；

所述上波導層的生長時間為20-50min，生長溫度為550-900℃；

所述上DBR反射鏡層①高折射率層，生長時間為0.5-3min，生長溫度為550-900℃，②低折射率層，生長時間為0.5-3min，生長溫度為550-900℃；

所述P型重摻雜層的生長時間為20-50min，生長溫度為550-900℃。