[發(fā)明專利]一種氮化鎵基激光二極管外延結(jié)構(gòu)及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010547047.5
• 申請(qǐng)日: 2020-06-16
• 公開（公告）號(hào): CN111697428B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賈傳宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東莞理工學(xué)院
• 主分類號(hào): H01S5/343
• 分類號(hào): H01S5/343;H01S5/20
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 姚招泉

本發(fā)明公開了一種氮化鎵基激光二極管外延結(jié)構(gòu)及其制備方法，所述氮化鎵基激光二極管外延結(jié)構(gòu)從下到上依次層疊設(shè)有氮化鎵單晶襯底、n型GaN層、n型限制層、下波導(dǎo)層、有源區(qū)、上波導(dǎo)層、p型限制層和p型GaN層，其中，下波導(dǎo)層為n^??Al_y2Ga_1?y2N+n^??GaN+n?In_x1Ga_1?x1N/GaN超晶格復(fù)合波導(dǎo)層，有源區(qū)為非對(duì)稱摻雜的InGaN/GaN雙量子阱結(jié)構(gòu)，上波導(dǎo)層為u?In_x4Ga_1?x4N/GaN超晶格+u?GaN+p?Al_y4Ga_1?y4N復(fù)合結(jié)構(gòu)。本專利申請(qǐng)通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)氮化鎵基激光器高量子效率漸變In組分梯形有源區(qū)結(jié)構(gòu)，并進(jìn)一步設(shè)計(jì)新型光波導(dǎo)層結(jié)構(gòu)，得到全新的氮化鎵基激光二極管外延結(jié)構(gòu)。該氮化鎵基激光二極管外延結(jié)構(gòu)用作激光器，進(jìn)行光泵激射時(shí)，半峰寬較窄，光束質(zhì)量高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光二極管技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種氮化鎵基激光二極管外延結(jié)構(gòu)及其制備方法。

背景技術(shù)

III-V族氮化物半導(dǎo)體材料，是繼硅，砷化鎵之后的第三代半導(dǎo)體材料，包含了氮化鎵(GaN)，氮化鋁(AlN)和氮化銦(InN)及它們的合金，是直接帶隙半導(dǎo)體，具有禁帶寬度大(范圍為0.7-6.2eV)、擊穿電場(chǎng)高、熱導(dǎo)率高、電子飽和速率高、抗輻射能力強(qiáng)以及耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。這些光電性質(zhì)上的優(yōu)勢(shì)使III-V族氮化物材料在光電子領(lǐng)域(如LED和LD)具有極強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，處于不可替代的地位。是制作從紫外到綠光波段半導(dǎo)體激光器的理想材料。

GaN基綠光激光器有著巨大的科研價(jià)值、經(jīng)濟(jì)價(jià)值及市場(chǎng)前景。GaN基綠光激光器是激光顯示三基色光源之一,在激光電影、激光電視、激光投影、激光照明、生物醫(yī)學(xué)、材料加工、光通訊、光存儲(chǔ)、醫(yī)療與美容、科研與國(guó)防、儀器和探測(cè)、圖像紀(jì)錄、娛樂(lè)等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值和廣闊的市場(chǎng)前景。GaN基綠光激光器目前最引人注目的應(yīng)用領(lǐng)域是激光顯示。GaN基激光器具有集成度高、光譜純凈、亮度高，分辨率高等優(yōu)點(diǎn)。激光全色顯示在顯示效果、效率、便攜性和易用性上具有發(fā)光二級(jí)管無(wú)法比擬的顯著優(yōu)越性。由于激光的高色純度，按三基色合成原理在色度圖上形成的色度三角形面積最大，色域覆蓋了自然色彩的90％，而目前液晶電視、等離子體電視僅能達(dá)到40％，因而激光顯示的圖像具有更大的色域、更高的對(duì)比度，可以更真實(shí)地再現(xiàn)客觀世界豐富、艷麗的色彩，更具表現(xiàn)力。

隨著激光顯示技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)GaN基激光器的需求變得更加迫切。但是，現(xiàn)有的GaN基激光器的半峰寬較寬，光束質(zhì)量有待提高。例如，中國(guó)專利201180045031.3公開了一種基于第III族氮化物的綠光激光二極管及其波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，該基于第III族氮化物的激光二極管包含由n-摻雜的(Al,In)GaN形成的n-側(cè)包覆層、由n-摻雜的(Al)InGaN形成的n-側(cè)波導(dǎo)層、有源區(qū)、由p-摻雜的(Al)InGaN形成的p-側(cè)波導(dǎo)層以及由p-摻雜的(Al,In)GaN形成的p-側(cè)包覆層；調(diào)節(jié)p-側(cè)包覆層和p-側(cè)波導(dǎo)層中的摻雜劑和組成分布，以降低光損耗并增加電光轉(zhuǎn)化效率。但是，其光束質(zhì)量仍有待提高。

因此，需要開發(fā)出光束質(zhì)量更高的GaN基激光器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術(shù)所述的光束質(zhì)量不高的缺陷，提供一種氮化鎵基激光二極管外延結(jié)構(gòu)，提供的氮化鎵基激光二極管外延結(jié)構(gòu)用作激光器，進(jìn)行光泵激射時(shí)，半峰寬較窄，光束質(zhì)量高。

本發(fā)明的另一目的在于提供上述氮化鎵基激光二極管外延結(jié)構(gòu)的制備方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種氮化鎵基激光二極管外延結(jié)構(gòu)，從下到上依次層疊設(shè)有氮化鎵單晶襯底、n型GaN層、n型限制層、下波導(dǎo)層有源區(qū)、上波導(dǎo)層、p型限制層和p型GaN層；