[发明专利]一种GaN基激光器制备方法和结构

说明书

本发明适用于半导体光电技术领域，提供了一种GaN基激光器制备方法和结构，所述制备方法包括：在第一外延片的表面p‑GaN层上沉积介质膜；通过光刻或者刻蚀方式，在所述介质膜上形成双脊窗口区，所述双脊窗口区贯穿到所述p‑GaN层；在所述双脊窗口区范围内的所述p‑GaN层上外延生长p‑GaN；在外延生长的p‑GaN表面交替沉积高低折射率材料，形成介质膜上限制层。在介质膜上限制层上沉积金属，由所述沉积金属构成p电极。本发明所述的激光器采用介质膜形成激光器上限制层，可有效增加激光器的限制因子，降低内损耗；此外电流通过p‑GaN注入，可有效减小激光器电阻，降低激光器工作电压，提升激光器的性能。

技术领域

本发明属于半导体光电技术领域，尤其涉及一种GaN基激光器制备方法和结构。

背景技术

III-V族氮化物半导体被称为第三代半导体材料，具有禁带宽度大，化学稳定性好，抗辐照性强等优点；其禁带宽度涵盖整个可见光范围，因此可用于制作半导体发光器件，如发光二极管、激光器和超辐射管等。基于III-V族氮化物半导体的激光器和超辐射管具有制作简单，体积小，重量轻，寿命长，效率高等优点，在光通信、光泵浦、光存储和激光显示等领域得到了广泛应用。

通常GaN基激光器的串联电阻较大，工作电压较高，远高于激光器二极管的内建电压，这主要是由于激光器中有约0.5um后的p-AlGaN限制层。对于GaN或AlGaN，常采用CP2Mg作为掺杂剂，然而由于Mg受主在GaN中的电离能较高，高达170meV，通常少于1％的Mg受主电离，产生空穴，p型AlGaN或GaN中的空穴浓度较低，电阻较高，从而造成激光器的串联电阻较大，激光器的工作电压较高，严重影响激光器的性能。

此外，相对于GaAs或InP基激光器，GaN基激光器的吸收系数较大，约为十几或几十cm^-1，造成激光器的阈值电流较高，通常大于1kA/cm²，这主要是来自于p型层中的Mg受主吸收，文献报道，通常非掺杂GaN中的吸收系数约为1cm^-1，n型GaN中的吸收系数约为5cm^-1，而对于p-GaN，其吸收系数高达100cm^-1，这主要是由于为提升p-GaN中的空穴浓度，p-GaN中的Mg掺很高，高达1019cm^-3量级，而Mg是深受主，会对光产生吸收，造成激光器中的吸收损耗很大。

另外，GaN基激光器的多量子阱有源区生长温度通常较低，约为750℃左右，这就决定了生长在多量子阱有源区上方的激光器功能层的生长温度不能太高，同时生长时间亦不能太长，否则会导致激光器的有源区退化，从而恶化多量子阱有源区的晶体质量；而激光器上限制层通常为AlGaN结构，为保证较高的晶体质量，降低AlGaN限制层中的C掺杂，AlGaN的生长温度不能太低，否则会导致AlGaN的缺陷多、电导差，从而影响激光器的性能，因此需在多量子阱有源区和上限制层之间寻找平衡，如生长AlGaN的盖层保护多量子阱，防止高温退火等等。

鉴于以上所述，很多专利都着力于提升P型层的电导率、改善P型欧姆接触或从腔面着手降低激光器的损耗，如专利201410580361.8提出了通过改变p-GaN的生长气氛，有效提升p-GaN空穴浓度的方法；专利：200710009955.3提出了一种降低p-GaN欧姆接触电阻的方法；专利200810050920.9提出了一种钝化激光器腔面降低激光器损耗的方法；本专利与上述所有专利不同，本专利从激光器结构设计的角度，提出了一种GaN基激光器制备方法。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种GaN基激光器制备方法和结构，以解决现有技术的采用AlGaN作上限制层时，由于其要求的温度所造成的影响激光器性能的问题。

本发明实施例是这样实现的，一方面，本发明实施例提供了一种GaN基激光器制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

在第一外延片的表面p-GaN层上沉积介质膜；