[发明专利]GaN基紫外激光器晶圆、激光器芯片及激光器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体光电子器件技术领域，更具体地涉及一种GaN基紫外激光器晶圆、激光器芯片及激光器及其制备方法。

背景技术

随着半导体光电子器件的迅速发展，氮化镓基激光器因其优越的性能被广泛研究和应用。由于氮化镓具有较宽的禁带宽度，因此它的发光波长可以覆盖整个可见光光谱，具有很大的可调性；另外，氮化镓基激光器具有发光效率高，热导率高，化学稳定性好的特点，可广泛应用于工业加工领域、医学治疗领域、军事领域以及理论研究领域。但目前为止，对氮化镓基激光器的研究制备比较成熟的是蓝紫光波段，而紫外激光器还处于研究阶段。

氮化镓基紫外激光器材料层主要分为三部分：单量子阱或多量子阱形成的有源区、有源区一侧为有源区提供电子的n区、有源区另一侧为有源区提供空穴的p区。通过施加外加偏压驱动电子和空穴在垂直于结平面的方向上注入激光器结构，进入有源区的大部分载流子进行复合并产生光，而另一部分载流子由于近紫外激光器结构中量子阱比较浅而泄漏到量子阱外，造成载流子的损失，从而导致激光器性能下降。通过侧面两端的解理镜面形成反馈腔，使得电子空穴复合产生的光在腔内不断谐振并且形成波前平行于镜面的驻波。如果有源区内的光增益超过了激光器结构里的光损耗，就会产生放大的受激辐射，激光便会从镜面端面发射出来。

为了提高激光器的性能、降低阈值电流以及增大光输出功率，必须降低载流子的泄漏。

发明内容

基于以上问题，本发明的主要目的在于提出一种GaN基紫外激光器晶圆、激光器芯片及激光器及其制备方法，用于解决以上技术问题的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，本发明提出了一种GaN基紫外激光器晶圆，包括叠置形成于GaN衬底正面上的n型限制层、n型波导层、有源区、u型波导层、p型限制层和p型接触层，其中：

在n型波导层和有源区之间还形成有一n型空穴阻挡层；

在u型波导层和p型限制层之间还形成有一p型电子阻挡层；

该GaN基紫外激光器晶圆为脊型结构。

在本发明的一些实施例中，上述n型空穴阻挡层为n型掺杂结构，掺杂浓度为5×10¹⁸cm^-3；p型电子阻挡层为p型掺杂结构，掺杂浓度为5×10¹⁹cm^-3；u型波导层无掺杂。

在本发明的一些实施例中，上述n型空穴阻挡层的主体材料包括AlGaN或InAlGaN；优选地，AlGaN材料中Al的原子个数百分比为5％～25％；InAlGaN材料中In的原子个数百分比为0～15％，Al的原子个数百分比为20％～40％；优选地，n型空穴阻挡层的厚度为5～30nm。

在本发明的一些实施例中，上述p型电子阻挡层的主体材料包括AlGaN或InAlGaN；优选地，AlGaN材料中Al的原子个数百分比为10％～30％；InAlGaN材料中In的原子个数百分比为0～15％，Al的原子个数百分比为0～40％；优选地，p型电子阻挡层的厚度为5～30nm。

在本发明的一些实施例中，上述有源区为量子阱有源区，其中的量子阱个数为1～5个，每个量子阱的厚度为1～10nm。

在本发明的一些实施例中，上述量子阱的主体材料为GaN或InGaN；相应地，量子阱有源区中的量子垒的主体材料为GaN或InGaN。

在本发明的一些实施例中，上述GaN衬底的厚度为0.5～2μm；n型限制层的厚度为0.5～2μm；n型波导层的厚度为0.03～0.15μm；u型波导层的厚度为0.03～0.15μm；p型限制层的厚度为0.05～0.12μm；p型接触层的厚度为0.02～0.05μm。

在本发明的一些实施例中，上述n型限制层的主体材料为Al原子个数百分比2％～10％的AlGaN；n型波导层的主体材料为GaN或In原子个数百分比0～2％的InGaN；u型波导层的主体材料为GaN或In原子个数百分比0.1％～2％的InGaN；p型限制层的主体材料为Al原子个数百分比5％～12％的AlGaN；p型接触层的主体材料为GaN。

为了实现上述目的，作为本发明的另一个方面，本发明提出了一种上述的GaN基紫外激光器晶圆的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、在GaN衬底上依次生长n型限制层、n型波导层、n型空穴阻挡层、有源区、u型波导层、p型电子阻挡层、p型限制层和p型接触层；

步骤2、部分的刻蚀u型波导层、p型电子阻挡层、p型限制层和p型接触层，形成脊型结构；