[发明专利]一种电注入GaN垂直腔面发射激光器结构及其制备方法

权利要求书

1.一种电注入GaN垂直腔面发射激光器结构，其特征在于，包括底部分布布拉格反射镜层、多量子阱有源区、隧道结、电流注入层以及顶部分布布拉格反射镜层；引入电流注入层，通过优化电流注入层结构来限制侧向电流的扩散，提高电流注入多量子阱有源区的均匀性，降低器件的阈值电流密度，从而有利于实现电注入垂直腔面发射激光器光源；

由下至上依次包括：蓝宝石衬底(1)，该衬底用于在其上外延生长垂直腔面发射激光器各层材料；缓冲层(2)，为GaN材料，该缓冲层制作在衬底上，用于阻止衬底中缺陷的转移；底部分布布拉格反射镜层(3)，为外延生长不同掺杂浓度的n型n-GaN/n⁺-GaN分布布拉格反射镜同质结构材料；下势垒层(4)，为GaN材料，制作在底部分布布拉格反射镜层上；有源区(5)，为多量子阱，制作在下势垒层上；隧道结(6)，制作在有源区(5)上，为重掺杂n⁺⁺-GaN/p⁺⁺-GaN，n⁺⁺-GaN和p⁺⁺-GaN的掺杂浓度均为5×10¹⁹/cm³，厚度分别为15nm和10nm；电流注入层(7)，为厚度是50nm的n⁺-GaN材料，掺杂浓度为n＝1×10¹⁹/cm³，该层制作在隧道结上；上势垒层(8)，为GaN材料，制作在电流注入层(7)上；顶部分布布拉格反射镜层(9)，为外延生长不同掺杂浓度的n型n-GaN/n⁺-GaN分布布拉格反射镜同质结构材料，该层制作在上势垒层上；欧姆接触层(10)，为n⁺-GaN材料，该层制作在顶部分布布拉格反射镜层上。

2.根据权利要求1所述的一种电注入GaN垂直腔面发射激光器结构，其特征在于只需一次外延生长即完成包括底部分布布拉格反射镜层、多量子阱有源区、隧道结、电流注入层以及顶部分布布拉格反射镜层在内的GaN垂直腔面发射激光器完整外延结构，无需二次外延生长顶部分布布拉格反射镜结构，从而能够保证获得高质量的外延材料。

3.根据权利要求1所述的电注入GaN垂直腔面发射激光器结构制备方法，其特征在于具体步骤为：首先GaN垂直腔面发射激光器外延片第一次光刻、ICP刻蚀，然后利用脉冲直流电压电化学刻蚀法，进行GaN垂直腔面发射激光器外延片顶部分布布拉格反射镜的刻蚀钝化工艺；其次进行GaN垂直腔面发射激光器外延片第二次光刻、ICP刻蚀，然后利用脉冲直流电压电化学刻蚀法，进行GaN垂直腔面发射激光器外延片电流注入孔径的刻蚀钝化工艺；最后进行GaN垂直腔面发射激光器外延片第三次光刻、ICP刻蚀，然后利用恒定电压电化学刻蚀法，制作出GaN垂直腔面发射激光器外延片顶部分布布拉格反射镜和底部分布布拉格反射镜完整结构。

4.根据权利要求3中所述的电注入GaN垂直腔面发射激光器结构制备方法，其特征在于脉冲直流电压电化学刻蚀法是根据刻蚀溶液选择合适的刻蚀电压，控制样品开始刻蚀时的反应速率，刻蚀速率为1nm/s-3nm/s，刻蚀一段时间达到所设计的刻蚀深度后，升高电压至原来刻蚀电压的1.5倍以上，刻蚀速度急剧下降，如刻蚀反应终止一样，不能继续进行有效刻蚀，即使再降低刻蚀电压至原来的数值，刻蚀反应同样不能继续进行，这个过程为刻蚀钝化工艺。

5.根据权利要求3中所述的电注入GaN垂直腔面发射激光器结构制备方法，其特征在于脉冲直流电压电化学刻蚀法采用脉冲直流恒压电源，调节起始刻蚀电压、矩形波电压脉冲宽度和间隔时间，控制样品纳米孔的刻蚀速率。