[发明专利]一种垂直结构电注入金字塔微腔激光器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种垂直结构电注入金字塔微腔激光器及其制备方法，属于半导体技术领域，本发明采用Ⅲ族氮化物作为增益介质，棱台形的金字塔微腔作为谐振腔，垂直结构的衬底作为底电极，在金字塔顶部制作顶电极，其可根据Ⅲ族氮化物中Ⅲ族元素(In，Ga，Al)可调的特点，覆盖从红外(InN)到深紫外(AlN)的波段，金字塔台微腔采用湿法刻蚀氮极性面得到，工艺简单，能提高晶体质量，利用金字塔侧壁和底面的金属反射镜层的光限制效应从而实现激射。本发明利用氮极性面的湿法蚀刻对垂直结构外延进行蚀刻，得到分立的金字塔台型微腔，采用电子束曝光、金属蒸镀等工艺在金字塔台顶部制作顶电极，在正向偏压下注入电流，实现电注入和金字塔台微腔定向光输出。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，涉及一种垂直结构电注入金字塔微腔激光器及其制备方法，特别涉及一种新型Ⅲ族氮化物垂直结构电注入金字塔台微腔激光器及其制备方法。

背景技术

激光二极管是当前最为常用的激光器之一，通过在二极管的PN结两侧电子与空穴的自发复合，从而产生自发辐射的荧光。激光器的小型化，即激光器具有接近或小于发射光波长的尺寸或模式体积；同电子产品的发展一样，光电子系统的升级也需要光电子器件和组件向小型化和集成化发展。微激光器具有特殊的应用前景，包括芯片上光通信和数据处理，有望突破电子器件数据速率的上限，同时，具有生物相容性和可植入性的微激光器可以在医学成像和传感中开辟新的应用领域。另外，三维(3D)显示器和高级全息术可以受益于微激光器的发展，而具有更高的显示精度，更宽的显示阈值等。

微激光器的实际应用，需要实现电注入激射。现有的关于III-Nitrides微激光器的报道绝大部分是光激励的，电注入激射报道较少，电注入激射存在较大技术困难。除了微腔本身的设计制造外，还需要考虑材料生长中的p，n型掺杂，有源区质量，散热管理和电极设计等。目前，激光器的微腔设计还存在许多不足之处，例如III-Nitrides微盘微腔激光器存在生长工艺复杂、不成熟，干法刻蚀损伤材料质量，底切结构不利于电注入实现等缺点，光子晶体激光器具有制作工艺复杂，需要高精加工设备的缺点，金属等离激元激光器的损耗大，实现要求高，电注入困难等缺点。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种垂直结构电注入金字塔微腔激光器及其制备方法，其制备工艺简单，能提高晶体质量，所得激光器有利于电注入激射的实现。

本发明提供的这种垂直结构电注入金字塔微腔激光器，包括底电极，所述底电极一侧由内至外依次设有金属反射镜层、垂直结构的Ⅲ族氮化物金字塔微腔、顶电极，金属反射镜层与垂直结构的Ⅲ族氮化物金字塔微腔底部连接，顶电极与垂直结构的Ⅲ族氮化物金字塔微腔顶部连接；

所述垂直结构的Ⅲ族氮化物金字塔微腔由p型Ⅲ族氮化物层、多量子阱、n型Ⅲ族氮化物层组成，其形貌为“金字塔台形”，上表面为平面，p型Ⅲ族氮化物层位于该金字塔微腔底部，n型Ⅲ族氮化物层位于金字塔微腔顶部，所述p型Ⅲ族氮化物层与金属反射镜层连接，所述n型Ⅲ族氮化物层与顶电极连接；

所述垂直结构的Ⅲ族氮化物金字塔微腔旁边设有绝缘介质层，绝缘介质层的顶部与顶电极连接，绝缘介质层的底部与金属反射镜层连接，绝缘介质层用于隔离顶电极与金属反射镜层。

作为优选，所述Ⅲ族氮化物包括GaN，InN，AlN，In_xGa_1-xN，Al_xGa_1-xN中的至少一种。

作为优选，所述衬底由Cu、Si、W、Ni、Cu、W中的一种元素组成，且衬底中各元素为零价；衬底的厚度为0.1～1000μm；进一步优选为50～150μm。

作为优选，所述金属反射镜层由Ni、Ag、Pt、Au、Al、Ti中至少一种元素组成，且金属反射镜层中各元素为零价。