[發(fā)明專利]基于二氧化鈦光子晶體的氮化鎵基面激光器及制備方法

有效

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• 申請日: 2020-05-29
• 公開（公告）號: CN111641107B
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉啟發(fā);劉美玉;許涵蕾;徐嘉琪;皇甫甜
• 申請（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號: H01S5/183
• 分類號: H01S5/183;H01S5/343
• 代理公司: 南京縱橫知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本發(fā)明公開了一種基于二氧化鈦光子晶體的面發(fā)射型氮化鎵基激光器及制備方法，包括藍(lán)寶石襯底層、n?GaN層、n?AlGaN層、波導(dǎo)n?GaN層、n?電極、InGaN/GaN成對組成的多層量子阱有源層、p?GaN層、p?電極、TiO₂光子晶體層。本發(fā)明采用了TiO₂作為光子晶體層的材料，實(shí)現(xiàn)了對光場模式分布的有益調(diào)控，能實(shí)現(xiàn)在光子晶體內(nèi)的高效耦合，更有利于激光器低閾值的實(shí)現(xiàn)。采用了在晶片表面生長制備光子晶體層，相比傳統(tǒng)的在晶片材料內(nèi)部引入光子晶體的方法更為簡單方便，降低了制備加工的難度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明公開了基于二氧化鈦光子晶體的氮化鎵基面激光器及制備方法，涉及屬于有源光子器件領(lǐng)域。

背景技術(shù)

光子晶體面發(fā)射型激光器（PCSEL）具有發(fā)射面積大、能量高、發(fā)散角小、單模性好等優(yōu)點(diǎn)，而基于氮化鎵（GaN）材料的短波長/藍(lán)光激光器在高速通信、顯示系統(tǒng)、高密度存儲(chǔ)器等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用并能實(shí)現(xiàn)出色的性能和應(yīng)用前景。

然而目前氮化鎵基光子晶體面發(fā)射型激光器的報(bào)道都是基于在GaN內(nèi)部掩埋空氣孔形成光子晶體（PC），或是從表面GaN刻穿透有源量子阱層得到光子晶體。第一種方法工藝復(fù)雜，難度較高，且未能得到較好的光場與PC區(qū)的耦合強(qiáng)度；第二種方法對GaN體系和有源層產(chǎn)生了破壞，一般只能實(shí)現(xiàn)光泵浦激光。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對上述背景技術(shù)中的缺陷，提供基于二氧化鈦光子晶體的氮化鎵基面激光器及制備方法，結(jié)構(gòu)簡單，性能優(yōu)異，制備簡單。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：基于二氧化鈦光子晶體的氮化鎵基面發(fā)射型激光器，包括

藍(lán)寶石襯底層；

n-GaN層，位于藍(lán)寶石襯底層之上；

n-AlGaN層，位于n-GaN層之上；

波導(dǎo)n-GaN層，位于n-AlGaN層之上；

MQWs層，位于波導(dǎo)n-GaN層之上，所述MQWs層為InGaN/GaN成對組成的多層量子阱有源層；

p-GaN層，位于波導(dǎo)MQWs層之上；

TiO₂光子晶體層，位于p-GaN層之上；

n-電極，n-電極在波導(dǎo)n-GaN層的表面；

p-電極，p-電極在p-GaN層的表面。

進(jìn)一步的，TiO₂光子晶體層是將TiO₂層進(jìn)行刻透形成周期性孔洞的結(jié)構(gòu)，晶格為正方晶格或三角晶格或蜂窩型晶格，周期為150~250 nm，孔半徑為10~100 nm。

進(jìn)一步的，所述n-電極和p-電極采用四周環(huán)形電極結(jié)構(gòu)、中心實(shí)心電極結(jié)構(gòu)、邊角電極結(jié)構(gòu)和光泵浦結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；

所述四周環(huán)形電極結(jié)構(gòu)為：所述TiO₂光子晶體層，p-GaN層，MQWs層和波導(dǎo)n-GaN層采用圓形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，所述TiO₂光子晶體層、p-GaN層和波導(dǎo)n-GaN層直徑依次增大，所述的p-GaN層和MQWs層的直徑相同，p-電極在TiO₂光子晶體層周圍，n-電極在p-GaN層和MQWs層的周圍。

所述中心實(shí)心電極結(jié)構(gòu)為：所述TiO₂光子晶體層，p-GaN層，MQWs層和波導(dǎo)n-GaN層采用圓形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，所述TiO₂光子晶體層、p-GaN層和波導(dǎo)n-GaN層直徑依次增大，所述的p-GaN層和MQWs層的直徑相同，p-電極在TiO₂光子晶體層中心，n-電極在p-GaN層和MQWs層的周圍。