[发明专利]GaN边缘发射激光器中增强的平面性

说明书

要求在先提交的美国申请的权益

本申请要求2010年5月28日提交的美国申请系列第12/789,956号的权益。此文件的内容以及本文提到的出版物、专利和专利文件的所有内容都通过参考结合入本文中。

背景

本发明涉及GaN边缘发射激光器，更具体地涉及提高这种激光器的平面性的方案。

发明简述

本发明人认识到，在半极性GaN衬底上生长的长波长发光器件能够表现出提高的辐射效率。例如，高效绿光激光二极管可在半极性GaN衬底上生长，即使在高In组成的情况下也能得到均匀的GaInN量子阱。本发明人还认识到，在这种器件中，在GaN衬底上生长的异质外延GaInN和AlGaInN层在许多情况下难以保持平面性。更具体地说，对于许多在半极性GaN衬底上生长的长波长发光器件，一些层，特别是在低温下生长并包含In的那些层，发生小面化和起伏。这些起伏会产生厚度不均匀且/或In含量不均匀的非平面量子阱。所得到的激光器结构的非平面性会变得很高，特别是波导层和包覆层的非平面性会引起过度的光损耗。在量子阱中，厚度的不均匀和铟含量的变化会减小增益，并使发射光谱变宽。

根据本发明的一个实施方式，本发明提供了GaN边缘发射激光器，所述激光器包含半极性GaN衬底、有源区、N侧波导层、P侧波导层、N型包覆层和P型包覆层。GaN衬底限定了晶体生长面和滑移面。N侧和P侧波导层包含GaInN/GaN或GaInN/GaInN超晶格（SL）波导层。N侧和P侧SL波导层的超晶格层限定了针对波导平面性进行优化的相应层厚度，所述层厚度在约1nm与约5nm之间。根据本发明的另一实施方式，可以通过确保N侧和P侧GaN基波导层以超过约0.09nm/s的生长速率生长来促进平面化，而不管N侧和P侧GaN基波导层被设置为GaInN/GaN或GaInN/GaInN SL波导层还是本体（bulk）波导层。在其他一些实施方式中，可通过选择最佳SL层厚度和生长速率来促进平面化。

附图说明

当结合以下附图阅读下面对本发明的具体实施方式的详细描述时，可对其形成最好的理解，附图中相同的结构用相同的编号表示，其中：

图1是根据本发明的一个实施方式的GaN边缘发射激光器的示意图。本文在描述图中所示实施方式的各种变化形式时，将不再参考其他附图。

具体实施方式

首先参见图1，图中所示的GaN边缘发射激光器100包含半极性GaN衬底10、有源区20、N侧波导层30、P侧波导层40、N型包覆层50和P侧包覆层60。GaN衬底限定了晶体生长面和滑移面。出于描述和限定本发明的目的，应当指出，GaN激光器往往在GaN衬底的极性面上生长，这带来很强的内场，所述内场会妨碍发光所需的电子-空穴复合。非极性面如m面和a面可用来消除这些场。GaN衬底也可沿着半极性晶面切割，产生弱得多的内场，并可在有源区形成高铟浓度，这可使发射波长延伸至绿光。本发明的具体实施方式涉及在GaN衬底的晶面上的生长，在此情况下，可称GaN衬底限定了晶体生长面。GaN衬底的相应滑移面通常在朝向衬底c轴的方向延伸。

在图示实施方式中，N侧波导层30和P侧波导层40包含GaInN/GaN或GaInN/GaInN超晶格（SL）波导层。对于SL波导层，N侧和P侧SL波导层30、40的超晶格层限定了针对波导平面性进行优化的相应层厚度，所述层厚度在约1nm与约5nm之间。本发明人还设想，通过确保N侧和P侧GaN基波导层30、40以超过约0.09nm/s的生长速率生长来促进平面化，而不管N侧和P侧GaN基波导层30、40被设置为GaInN/GaN或GaInN/GaInN SL波导层还是本体波导层。

图中进一步显示，有源区20介于N侧SL波导层30与P侧SL波导层40之间，并基本上平行于这两个层延伸。N型包覆层50介于N侧波导层30与GaN衬底10之间。P型包覆层60在P侧波导层40上形成。P侧SL波导层与N侧SL波导层各自的组成通常基本上相同，虽然并不做这样的要求。此外，在许多情况下，N侧SL波导层30至少与P侧SL波导层40一样厚，N侧SL波导层30的厚度增加通常伴随着光损耗减少。

P侧接触结构70可按照与GaN基激光器中接触件的制作相关的常规技术或待开发技术形成，在图1中仅呈现了示意图。本发明人还设想，可在GaN衬底10上形成GaN基缓冲层15，用以辅助制造过程。此外，可在有源区20的上面和下面，也就是在有源区20与相应的N侧和P侧波导层30、40之间提供电流阻挡层80，用以提高器件性能。这些类型的激光二极管组件在最新的GaN基激光器设计文献中有完整的记录。