[发明专利]一种基于氮化镓材料的双波长同时发射激光器

说明书

一种基于氮化镓材料的双波长同时发射激光器，涉及发射激光器。采用垂直内腔接触结构，结构从下到上包括了衬底、金属层、下分布布拉格反射镜、电流限制层、GaN基外延层、上电极、上分布布拉格反射镜，所述电流限制层中包含用于电流扩展的ITO透明导电孔，所述GaN基外延层包含n型层和p型层以及有源区，其中有源区为量子阱内嵌量子点结构。利用垂直谐振腔及量子阱内嵌量子点的有源结构，获得了双波长同时发射的半导体激光器。本发明具有结构简单、集成度高、光束方向集中、发射波长易于控制等特点，在实现多色半导体激光器光源和双波长合成干涉测量等领域中有着广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及发射激光器，尤其是涉及一种基于氮化镓材料的双波长同时发射激光器。

背景技术

双波长同时发射激光器由于其在光盘的读写，光学显示器和生物科学基因分类上有很强的应用而成为目前的研究热点。其主要实现方式包括了上转换光纤激光器、光学倍增激光器。然而这两种类型的激光器都存在输出波长难以控制，激发过程中存在吸收和能量损耗导致效率低下等问题。

氮化镓基材料包含氮化镓、氮化铟和氮化铝，是直接带隙半导体材料，具有连续可调的带隙，室温下发光波长涵盖了近红外、可见光及深紫外波段(M.Koike,et al.,Development of high efficiency GaN-based multiquantum-well light-emittingdiodes and their applications,IEEE J Sel Topics Quantum Electron,8:271–277(2002))。由于其稳定的机械和化学性能，基于氮化镓基材料制作的光电器件在照明、全色显示、光学存储、信号检测、激光打印以及通讯等领域具有广泛的应用。垂直腔面发射氮化镓基半导体激光器以其结构简单、光束方向集中、腔长易于控制等特点(J.Gustavsson,etal.,Progress and challenges in electrically pumped GaN-based VCSELs,∥Proc.SPIE,9892:98920Y(2016))使其在实现多色半导体激光器光源和双波长合成干涉测量等领域成为可能，同时通过调整有源层的结构，可以有效的提高器件的内量子效率，降低器件的阈值电流。

发明内容

本发明的目的是克服现有双波长同时发射激光器的不足，提供在实现双波长同时发射的同时，提高了器件的内量子效率，降低了器件的阈值电流的一种基于氮化镓材料的双波长同时发射激光器。

本发明采用垂直内腔接触结构，从下到上包括衬底、金属层、下分布布拉格反射镜、电流限制层、GaN基外延层、上电极和上分布布拉格反射镜，所述电流限制层中包含用于电流扩展的ITO透明导电孔，所述GaN基外延层包含n型层、p型层和有源区，所述有源区为量子阱内嵌量子点结构。

所述量子点和量子阱的材料分别可为In_xGa_1-xN和Al_zIn_yGa_1-y-zN，其中，0<x<1，0<y<1，0<z<1，y+z<1，并且x>y。

所述电流限制层可采用SiO₂、SiN_x等中的一种。

所述上电极可采用Ni/Au、Cr/Au、Ti/Au等中的一种。

所述上分布布拉格反射镜和下分布布拉格反射镜可由两种不同折射率的介质膜交错叠加而成，每层介质膜的厚度为1/4中心波长，介质膜组合采用TiO₂/SiO₂、Ta₂O₅/SiO₂、Ti₃O₅/SiO₂等中的一种。

所述衬底可采用蓝宝石、GaN、Cu等中的一种。