[发明专利]一种限制增强型GaN基深紫外激光器

说明书

本发明提供了一种限制增强型GaN基深紫外激光器，自下往上依次是N型电极、衬底、N型下限制层、N型Al_xGa_1‑xN下波导层、有源区、P型Al_xGa_1‑xN上波导层、P型电子阻挡层、P型上限制层、P型GaN欧姆接触层和P型电极；所述N型Al_xGa_1‑xN下波导层和P型Al_xGa_1‑xN上波导层均为Al组分渐变型，利用N型Al_xGa_1‑xN下波导层和P型Al_xGa_1‑xN上波导层中的Al组分渐变设计引导光场靠近有源区，降低光学损耗，增强量子阱对载流子的限制，抑制电子泄露，改善阈值和输出功率。

技术领域

本发明涉及半导体激光器件技术领域，尤其是一种限制增强型GaN基深紫外激光器。

背景技术

GaN基半导体材料包含GaN、InN、AlN及其三元、四元合金化合物，禁带宽度从0.7eV到6.2eV连续可调，发光光谱覆盖了从红外到深紫外波段，是制备GaN基紫外激光器的优选材料。相比于传统的固体、气体紫外激光器，GaN基紫外激光器具有响应速率快、寿命长、效率高、体积小、功耗低、节能环保、稳定性好等优良特性，在紫外固化、数据存储、材料加工、消毒杀菌、紫外光刻、生物检测等领域都有广泛的应用，是当前国内外研究的新热点。

然而，制备高性能的GaN基深紫外激光器却存在一定的困难。为了得到波长更短、能量更高的紫外激光器，需要增加AlGaN层中Al的含量。但高Al组分的AlGaN材料因其晶胞的非中心对称，会在晶体内部产生强的自发极化，而强的极化场则导致电子和空穴的波函数发生空间分离，降低了载流子的辐射复合率。同时，AlGaN材料在外延生长过程中由于缺乏晶格匹配的衬底会产生大量的位错和残余应变，造成晶圆弯曲、开裂，极大地增加了光学损耗，严重降低了晶体的质量。此外，对于GaN基紫外激光器而言，Mg通常被用作P型掺杂剂。但Mg受主的激活能较高，且随着AlGaN材料中Al组分的增加其激活能会相应增大，这会导致P型掺杂的难度增加，空穴的导电率降低，从而影响空穴向有源区传输，增加了GaN基深紫外激光器的吸收损耗和阈值电流。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种限制增强型GaN基深紫外激光器，本发明在量子阱附近的波导层采用Al组分渐变的AlGaN层，不仅可以有效的限制光场，而且还能增强载流子在量子阱中的限制、减少电子泄露，有望降低激光器的阈值、提高输出功率。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种限制增强型GaN基深紫外激光器，自下往上依次是N型电极、衬底、N型下限制层、N型Al_xGa_1-xN下波导层、有源区、P型Al_xGa_1-xN上波导层、P型电子阻挡层、P型上限制层、P型欧姆接触层和P型电极；其中，所述N型Al_xGa_1-xN下波导层（4）和P型Al_xGa_1-xN上波导层（6）的材料均为Al_xGa_1-xN；在N型Al_xGa_1-xN下波导层（4）中，自下往上Al_xGa_1-xN材料的x从0.6逐渐降低到0.5；在P型Al_xGa_1-xN上波导层（6）中，自下往上Al_xGa_1-xN材料的x从0.5逐渐增加到0.6；利用N型Al_xGa_1-xN下波导层和P型Al_xGa_1-xN上波导层中的Al的摩尔组分渐变设计引导光场靠近有源区，降低光学损耗，增强量子阱对载流子的限制，抑制电子泄露，改善阈值和输出功率。