[发明专利]基于第III族氮化物的绿光激光二极管及其波导结构

说明书

相关申请交叉参考

本申请根据35U.S.C.§120，要求2010年9月20日提交的美国申请系列第12/885,951号的优先权。

技术领域

本发明涉及半导体激光，更具体地，涉及发射绿光的基于第III族氮化物的激光二极管及其波导结构。

背景技术

在激光二极管中需要高光学限值和低内部光损耗的组合来实现高电光转换效率（WPE）。电光转换效率是常用品质因数，定义为从激光二极管输出的光学功率与输入到激光二极管的电功率之比。例如内部光损耗，如光子被器件层或者器件层内的载流子吸收会使得光学输出功率减小。同时具有低内部光损耗和高输出光损耗的结构可实现高WPE。但是高输出光损耗要求高的光增益。如果光学材料增益受到所选材料的固有限制，则需要大的光限制因子来增加光增益。

对于导致低内部光损耗、高光增益、低串联电阻以及有源区附近失配缺陷降低的绿光激光二极管构型仍然存在持续的需求。特别地，对于确定最佳材料、层结构以及层结构中的掺杂剂分布从而增加电光转化效率仍然存在持续的需求。

发明内容

根据本文所述实施方式的基于第III族氮化物的激光二极管可包含由n-掺杂的(Al,In)GaN形成的n-侧包覆层、由n-掺杂的(Al)InGaN形成的n-侧波导层、有源区、由p-掺杂的(Al)InGaN形成的p-侧波导层以及由p-掺杂的(Al,In)GaN形成的p-侧包覆层。

所述有源区介于n-侧包覆层与p-侧包覆层之间，并基本上平行于所述n-侧包覆层和p-侧包覆层延伸。有源区包含一个或多个InGaN量子阱，所述InGaN量子阱配置成电泵送受激发射的光子，使得有源区在510-580nm的激光波长产生光增益。n-侧波导层介于有源区与n-侧包覆层之间。所述n-侧波导层的n-侧波导层厚度为1-300nm。p-侧波导层介于有源区与p-侧包覆层之间。

所述p-侧波导层的p-侧波导层受体浓度小于3×10¹⁷cm^-3，并且所述p-侧波导层的厚度小于100nm，从而使得p-侧波导层的厚度小于n-侧波导层的厚度。p-侧包覆层包含第一厚度部分和第二厚度部分，所述第一厚度部分介于第二厚度部分与p-侧波导层之间。

根据一个实施方式，p-侧包覆层的第一厚度部分的第一部分厚度为20-200nm，并且第一部分受体浓度小于3×10¹⁷cm^-3。p-侧包覆层的第二厚度部分的第二部分受体浓度大于3×10¹⁷cm^-3。还描述了其他实施方式。

通过以下详述、所附权利要求书和附图可以更好地理解本发明的这些特征、方面和优点，以及其他的特征、方面和优点。

附图简要说明

尽管说明书以及权利要求书得出结论并具体指出和明确要求保护本发明的主题,但是据信结合附图，从以下描述能够更好地理解本发明，其中：

图1A是本文所述实施方式的基于第III族氮化物的激光二极管的侧视图；

图1B是图1A所示的基于第III族氮化物的激光二极管的有源区的放大图；以及

图2所示是迭加模拟光模块强度以及层折射率与本文所述实施方式的基于第III族氮化物的激光二极管的顶部至底部的深度的关系图。

具体实施方式

下面不时参考具体实施方式描述了本发明的特征和优点。但是，本发明可以以不同的方式实施，不应被解读成限定于在此提出的实施方式。相反，这些实施方式使得说明透彻而完整，能够向本领域技术人员完全地展示本发明的范围。

本文所用关于器件或器件层的术语“基于第III族氮化物的”指的是器件或器件层是在第III族元素氮化物的基材上制造的。第III族元素氮化物材料包括但不限于，氮化二镓、三元合金如氮化铝镓（AlGaN）和氮化铟镓（InGaN）、以及四元合金如氮化铝铟镓（AlInGaN）。