[发明专利]一种新型氮化物垂直结构激光器及其制备方法

说明书

一种新型氮化物垂直结构激光器，其特征在于：包括由下而上依次设置的衬底、下DBR结构、横向P‑N结有源层、电流限制层和上DBR结构，所述横向P‑N结有源层的上表面且位于左右两侧边缘处分别设有P型金属电极和N型金属电极。该新型氮化物垂直结构激光器能较好地实现光场限制和电流注入之间的平衡、降低电流拥堵效应、从而提高了激光器功率并降低激射阈值。另外还提供一种新型氮化物垂直结构激光器的制备方法。

技术领域

本发明涉及半导体激光器技术领域，具体涉及一种新型氮化物垂直结构激光器及其制备方法。

背景技术

Ⅲ族氮化物半导体紫外激光器具有光子能量大、聚焦精度高、调制解调速度快、寿命长、体积小、易集成、工艺兼容性高等优势，且在理论上可实现更高的转换效率、更大的输出功率，从而在国民经济和军事领域中有着重要的应用前景。相比于边发射激光器(EEL)激光器，垂直结构激光器(包括垂直腔面激光器(VCSEL)和极化基元激光器(Polaritonlaser))依靠分布布拉格反射镜(DBR)对光线的反射作用，使得激光垂直于外延结构出射。垂直结构激光器因为其有着圆形输出光斑，单纵模输出，阈值电流低，易于二维面阵集成等优点，被广泛应用于光互连、光纤通讯、光存储、光计算、局域网、原子钟等领域，并且其制备工艺与LED兼容，大规模制备的成本较低。

现有的一种氮化物垂直结构激光器，如图1所示，包括由下而上依次设置的衬底10a、下DBR结构9a、N型接触层7a、有源层6a、P型接触层5a、电流限制层4a、ITO透明导电薄膜3a、上DBR结构1a，所述N型接触层7a的上表面且位于左右两侧均设有N型金属电极8a，所述ITO透明导电薄膜3a的上表面且位于左右两侧均设有P型金属电极2a。

但是现有的氮化物垂直结构激光器仍然存在以下技术问题：无论是垂直腔面激光器还是极化基元激光器，其共同特点为采用上下DBR结构对光进行限制，从而在纵向区域产生谐振；另一方面，氮化物垂直结构激光器外延层的掺杂通常通过金属有机气相外延(MOCVD)或分子束外延(MBE)实现，因此P-N结有源层都为纵向结构，其电流注入方向也是纵向，因此与光场限制存在冲突；考虑到氮化物DBR结构或介质DBR结构本身的不导电性，因此N或P型金属电极通常沉积在谐振腔体之外，直接导致了电流注入效率的降低和电流拥堵现象，因此无法提供足够高的电流密度实现激光激射。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种能较好地实现光场限制和电流注入之间的平衡、降低电流拥堵效应、从而提高了激光器功率并降低激射阈值的新型氮化物垂直结构激光器。

本发明的技术解决方案是：一种新型氮化物垂直结构激光器，其特征在于：包括由下而上依次设置的衬底、下DBR结构、横向P-N结有源层、电流限制层和上DBR结构，所述横向P-N结有源层的上表面且位于左右两侧边缘处分别设有P型金属电极和N型金属电极。

采用上述结构后，本发明具有以下优点：

本发明新型氮化物垂直结构激光器，在增益区摈弃了常规的纵向P-N结，而是采用横向的P-N结作为器件的有源层，电流依靠横向P-N结横向扩展和注入，与光学限制方向垂直，因此电流注入不会受到不导电的DBR结构的阻挡作用，电流均匀注入到中间的窗口区，上下DBR结构在纵向方向对光子进行限制，从而不会产生电流拥堵现象且能获得较大的光增益，能够较好地实现光场限制和电流注入之间的平衡；另外由于不会产生电流拥堵现象，还可避免在电流注入窗口的边缘部分产生击穿或崩塌效应，能够实现较高的电流密度，获得较大的光增益，从而提升激光器功率，降低激射阈值；除此之外，电流完全由横向N型区域和P型区域注入，金属电极可以直接与氮化物有源层接触，避免了传统垂直结构激光器中需要使用ITO、AZO等电流扩展层，从而降低了器件制备难度和工艺复杂性。

本发明要解决的另一技术问题是：提供一种能较好地实现光场限制和电流注入之间的平衡、降低电流拥堵效应、从而提高了激光器功率并降低激射阈值的新型氮化物垂直结构激光器的制备方法。