[發(fā)明專利]一種具有階梯狀上波導(dǎo)的InGaN/GaN量子阱激光器及其制備方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202110688710.8 | 申請日： | 2021-06-21 |
| 公開（公告）號： | CN113422293B | 公開（公告）日： | 2022-11-11 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 侯玉菲;趙德剛;梁鋒;陳平;楊靜;劉宗順 | 申請（專利權(quán)）人： | 中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所 |
| 主分類號： | H01S5/20 | 分類號： | H01S5/20;H01S5/343 |
| 代理公司： | 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021 | 代理人： | 吳夢圓 |
| 地址： | 100083 *** | 國省代碼： | 北京;11 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 具有 階梯 波導(dǎo) ingan gan 量子 激光器 及其 制備 方法 | ||
一種具有階梯狀上波導(dǎo)的InGaN/GaN量子阱激光器，包括：下波導(dǎo)層；多量子阱層，形成于所述下波導(dǎo)層上；以及階梯狀上波導(dǎo)層，形成于所述多量子阱層上；其中，所述階梯狀上波導(dǎo)層包括：InxGa1?xN層和InyGal?yN層；InxGa1?xN層，形成于所述多量子阱層上，InyGal?yN層，形成于所述InxGal?xN層上；x、y分別滿足：0.01≤x≤0.1，0≤y≤0.015，并且x≠y。本發(fā)明通過調(diào)控具有階梯狀上波導(dǎo)的InGaN/GaN量子阱激光器的能帶可有效的增加激光器的空穴注入效率，同時(shí)降低了光學(xué)損耗，從而改善了InGaN/GaN量子阱激光器的斜率效率和功率轉(zhuǎn)換效率。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及氮化鎵基半導(dǎo)體激光器件技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有階梯狀上波導(dǎo)的InGaN/GaN量子阱激光器及其制備方法。
背景技術(shù)
第三代GaN基半導(dǎo)體材料包含氮化鎵(GaN)、氮化鋁(A1N)、氮化銦(InN)及其三元、四元合金，因其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、電子遷移率高、帶隙調(diào)節(jié)范圍廣、耐腐蝕性強(qiáng)，是制備光電子器件尤其是激光器、發(fā)光二極管(LED)的理想材料。GaN基半導(dǎo)體激光器是激光器發(fā)展史的一個(gè)重大突破，具有小體積、高效率、長壽命、快響應(yīng)速率等優(yōu)點(diǎn)，在生化醫(yī)療、紫外固化、可見光通信、激光顯示、原子鐘等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛而備受人們的關(guān)注。
然而，GaN基激光器需要較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)來滿足光電限制和高發(fā)射效率，其功率轉(zhuǎn)換效率遠(yuǎn)小于GaN基LED。GaN基LED的功率轉(zhuǎn)化效率高達(dá)80％，而GaN基激光器的功率轉(zhuǎn)化效率卻低于40％，低的功率轉(zhuǎn)化效率抑制了GaN基半導(dǎo)體激光器的市場拓展速度。載流子的注入效率是影響激光器功率轉(zhuǎn)化效率的一個(gè)重要原因。激光器的P型層一般采用Mg摻雜，且摻雜濃度較高。實(shí)際上，Mg摻雜的p-(Al)GaN材料具有較大的電離能，并且電離能隨著Al組分的增加而增大。鎂原子被電離成自由空穴的概率非常低，而大部分鎂原子形成受主束縛空穴，導(dǎo)致從P型層注入量子阱中的空穴濃度較低。而且，激光器中的電子阻擋層在阻擋電子的同時(shí)也阻礙了空穴的注入。低的空穴注入效率會降低電子和空穴在量子阱中發(fā)生輻射復(fù)合的機(jī)率，加劇電子的泄露，從而載流子的非輻射復(fù)合率增加。另外，低功率轉(zhuǎn)換效率的另一個(gè)原因是高光學(xué)損耗。Mg摻雜的P型層的吸收系數(shù)較大，分布在P型層中的光容易被吸收，導(dǎo)致激光器內(nèi)部的光學(xué)損耗增加。大的光學(xué)損耗會降低斜率效率，增加閾值電流，從而降低了激光器的功率轉(zhuǎn)換效率。
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供具有階梯狀上波導(dǎo)的InGaN/GaN量子阱激光器及其制備方法，以期至少部分地解決上述提及的技術(shù)問題中的至少之一。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，作為本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種具有階梯狀上波導(dǎo)的InGaN/GaN量子阱激光器，包括：下波導(dǎo)層；多量子阱層，形成于所述下波導(dǎo)層上；以及階梯狀上波導(dǎo)層，形成于所述多量子阱層上；其中，所述階梯狀上波導(dǎo)層包括：InxGa1-xN層和InyGa1-yN層；InxGa1-xN層，形成于所述多量子阱層上，InyGa1-yN層，形成于所述InxGa1-xN層上；x、y分別滿足：0.01≤x≤0.1，0≤y≤0.015，并且x≠y。
作為本發(fā)明的第二個(gè)方面，提供了一種如上所述的具有階梯狀上波導(dǎo)的InGaN/GaN量子阱激光器的制備方法，包括以下步驟：制作下波導(dǎo)層；
在所述下波導(dǎo)層上制作多量子阱層；
在所述多量子阱層上制作階梯狀上波導(dǎo)層；
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