[發明專利]一種氮化鎵基光子晶體面發射激光器及制備方法

在審

• 申請號: 202310441061.0
• 申請日: 2023-04-23
• 公開（公告）號: CN116169560A
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發明（設計）人: 劉啟發;劉珂;撒同良
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H01S5/18
• 分類號: H01S5/18;H01S5/343;H01S5/323;H01S5/20;H01S5/10
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

1.一種氮化鎵基光子晶體面發射激光器,其特征在于，包括：

襯底層；

底層GaN層，位于襯底層之上；

DBR層，位于底層GaN層之上；

AlGaN-n層，位于DBR層之上；

GaN-n層，位于AlGaN-n層之上；

量子阱有源層，位于GaN-n層之上；

AlGaN-p阻擋層，位于量子阱有源層之上；

GaN-p層，位于AlGaN-p阻擋層之上；

TiO₂光子晶體層，位于GaN-p層之上；

p電極，位于GaN-p層的表面；

n電極，位于AlGaN-n層的表面；

所述DBR層為20~60對交替生長的多孔GaN與GaN-n，其中GaN-n的折射率為2.42~2.49，多孔GaN的折射率1.6~2.0；

所述TiO₂光子晶體層的厚度為100~500nm，將TiO₂層刻蝕成設定深度的周期性孔洞結構。

2.?根據權利要求1所述的一種氮化鎵基光子晶體面發射激光器,其特征在于，所述DBR層中GaN-n的層厚40~50nm、GaN?的層厚為50~60nm。

3.根據權利要求1所述的一種氮化鎵基光子晶體面發射激光器,其特征在于，所述底層GaN層厚度為100~10000nm，折射率為2.42~2.49。

4.根據權利要求1所述的一種氮化鎵基光子晶體面發射激光器,其特征在于，所述AlGaN-n層厚度為100~5000nm，折射率為2.3~2.4；

所述GaN-n層厚度為500~5000nm，折射率為2.42~2.49。

5.根據權利要求1所述的一種氮化鎵基光子晶體面發射激光器,其特征在于，所述量子阱有源層為InGaN/GaN成對組成的3~12層量子阱層,每層包括：InGaN阱層3nm和GaN壘層6nm，其中InGaN層折射率為2.58~2.65，GaN壘層折射率為2.42~2.49。

6.根據權利要求1所述的一種氮化鎵基光子晶體面發射激光器,其特征在于，所述AlGaN-p阻擋層厚度為10~5000nm，折射率為2.3~2.4，其中Al含量為10~20%。

7.根據權利要求1所述的一種氮化鎵基光子晶體面發射激光器,其特征在于，所述GaN-p層厚度為50~1000nm,折射率為2.42~2.49。

8.根據權利要求1所述的一種氮化鎵基光子晶體面發射激光器,其特征在于，所述TiO₂光子晶體層晶格類型為三角晶格或正方晶格或蜂窩晶格，刻蝕深度為30~500nm，周期為150~250nm，孔半徑為10~200nm。

9.根據權利要求1所述的一種氮化鎵基光子晶體面發射激光器,其特征在于，所述p電極為歐姆接觸金屬電極或金屬電極與ITO的復合電極；所述n電極為歐姆接觸金屬電極。

10.一種氮化鎵基光子晶體面發射激光器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟（1）：在藍寶石襯底或硅襯底外延生長GaN基Ⅲ-Ⅴ族材料，襯底之上依次生長底層GaN、GaN-n和重摻雜GaN-n交替組成的“準DBR層”、AlGaN-n層、GaN-n層、GaN和InGaN交替組成的量子阱有源層、AlGaN-p阻擋層、GaN-p層；

步驟（2）：采用物理氣相沉積或者化學氣相沉積等方法在GaN-p層上沉積一層設定厚度的TiO₂薄膜；

步驟（3）：采用光刻膠覆蓋在TiO₂薄膜表面，通過EBL或FIB或UV光刻進行曝光和顯影，形成光子晶體的模板；

步驟（4）：進行干法腐蝕，去除光刻膠未覆蓋的區域的TiO₂，形成孔洞結構；

步驟（5）：去除光刻膠殘留、清洗、烘干，獲得TiO₂光子晶體薄膜；

步驟（6）：進行光刻-介質保護-電化學腐蝕工藝，將重摻雜GaN-n層變為多孔GaN層；得到多孔GaN/GaN交替組成的DBR結構；

步驟（7）：采用光刻及lift?off工藝，在GaN-p表面設定區域進行p電極的制備；

步驟（8）：光刻，定義出光刻窗口，干法刻蝕至AlGaN-n層，形成mesa島；

步驟（9）：采用光刻及lift?off工藝，在AlGaN-n表面設定區域進行n電極的制備。