[發明專利]基于導電氧化物DBR的氮化物垂直腔面發射激光器及制作方法

在審

• 申請號: 202110604143.3
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113363805A
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 張保平;陳衍暉;龍浩;梅洋;應磊瑩
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: H01S5/183
• 分類號: H01S5/183
• 代理公司: 廈門原創專利事務所(普通合伙) 35101
• 代理人: 吳廷正

本發明公開了基于導電氧化物DBR的氮化物垂直腔面發射激光器及制作方法，激光器結構方法包括激光器A、激光器B和激光器C三種結構形式，本方案使用具有導電性的氧化物材料制作分布式布拉格反射鏡，不僅具有優良的導電性能，能夠同時作為激光器電極使用。另外地，使用p型層+隧道結+n型層代替傳統激光器中的p型層，結合隧道結的使用，可以有效提高器件的性能。這些方案的應用，使得本發明所提出的激光器結構中不需要使用透明電流擴展層以及腔內接觸電極結構，從而顯著地簡化了激光器結構以及制備工藝；本方案制作方法與標準半導體制備工藝兼容，可以滿足大規模光電器件制備與集成的需要，有著廣泛的應用前景。

技術領域

本發明涉及光電子、半導體激光器技術領域，尤其涉及基于導電氧化物DBR的氮化物垂直腔面發射激光器及制作方法。

背景技術

垂直腔面發射激光器(VCSEL)以其面發射結構為特點，與傳統邊發射激光器具有顯著的區別，垂直腔面發射的結構，使其能夠通過簡單的工藝實現密集二維集成。得益于更短的諧振腔，也獲得了相較于邊發射激光器更好的性能，有更窄的線寬、更低的閾值電流，并實現單縱模工作。而其圓形光斑也提高了與光纖對準的效率。在應用上具有廣闊的前景，近年來受到了科研界與產業界的廣泛關注。

氮化物材料包含氮化鎵(GaN)、氮化銦(InN)、氮化鋁(AlN)等，往往具有優良的理化特性。作為一種寬禁帶直接帶隙半導體，氮化物材料具有很高的輻射復合效率。借助于較寬且可調節的禁帶寬度，其發光波段可以覆蓋紅外到深紫外，是目前高效率半導體發光器件的主要材料之一。

氮化物垂直腔面發射激光器通過使用氮化物材料，可以實現相較于傳統的GaAs垂直腔面激光器更寬的波段覆蓋。目前，正以其結構簡單、腔長可控、低閾值以及小發散角等優點，在激光投影、高分辨率打印、光通信、精細化醫療、智能識別以及3D成像等領域有廣泛的應用前景。

在現有的氮化物垂直腔面發射激光器結構中，諧振腔的上下反射鏡通常是由外延生長的氮化物或沉積制備的氧化物介質膜分布式布拉格反射鏡(DBR)構成。氮化物以其制備工藝成熟，與氮化物外延材料位錯小等優點，成為目前氮化物垂直腔面發射激光器上下反射鏡的主要材料體系。目前，在氮化物體系中常用的DBR材料主要有AlN/GaN、AlInN/GaN、AlGaN/GaN等，主要用于在n型一側的反射鏡。而在p型一側，常用SiO₂、Ti₃O₅、HfO等氧化物作為DBR材料，上述氧化物材料在生長制備技術上已經較為成熟，但是具有無法導電的缺點，這會增加器件結構和工藝制備的復雜程度。另外，由于外延生長p型氮化物電導率較低，金屬/半導體接觸電阻偏高，直接制備的電極無法實現有效的電流注入。目前主流的解決方案是增加透明電流擴展層，并在DBR下方制備環形電極，從而實現有效的腔內接觸和電流注入。這些步驟需要高精度光刻、高質量材料生長等半導體工藝的支持，增加了制備工藝的復雜與困難程度。

因此，在氮化物垂直腔面發射激光器中，找到一種能導電的氧化物DBR材料體系用于p型側反射鏡，能夠有效地簡化制備工藝，并提高器件穩定性。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提出一種工藝簡單、器件穩定性佳、能夠有效規避氧化物DBR不導電的問題的基于導電氧化物DBR的氮化物垂直腔面發射激光器及制作方法。

為了實現上述的技術目的，本發明所采用的技術方案為：

一種基于導電氧化物DBR的氮化物垂直腔面發射激光器，其包括依序層疊設置的襯底、第一反射鏡、第一n型層、有源區、p型層、電流限制層、第二反射鏡和p電極；

其中，第一n型層上還設置由n電極；

另外，所述第二反射鏡由導電性氧化物DBR構成。

作為一種可能的實施方式，進一步，本發明還提供一種激光器實施結構，所述p型層和電流限制層之間還設有第二n型層，第二n型層與p型層之間還設有隧道結。