[发明专利]一种氮化镓基绿光激光器及其制备方法

权利要求书

1.一种氮化镓基绿光激光器，其特征在于，包括从下到上依次层叠设置的氮化镓单晶衬底、n-GaN层、n-AlGaN/GaN超晶格限制层、下波导层、有源区、p型电子阻挡层、上波导层、p-AlGaN/GaN超晶格限制层、p-GaN接触层；

所述有源区为从下到上依次层叠设置的第一垒层、第一变温层、第一阱层、第一变温保护层、第二垒层、第二变温层、第二阱层、第二变温保护层、第三垒层；

所述第一垒层为n⁺-GaN，Si掺杂浓度为10¹⁸～10¹⁹cm^-3，n⁺-GaN的厚度为10～15nm；

所述第一变温层为In_x1Ga_1-x1N变温层，随着生长厚度的增加x1由0.005～0.01增加到0.25～0.3，In_x1Ga_1-x1N变温层的总厚度为0.5～1nm；

所述第一阱层为In_x2Ga_1-x2N阱层，厚度为1～1.5nm，0.25≤x2≤0.3；

所述第一变温保护层为In_x3Ga_1-x3N变温保护层，随着生长厚度的增加x3由0.25～0.3下降到0.005～0.01，In_x3Ga_1-x3N变温保护层的总厚度为0.5～1nm；

所述第二垒层为u-In_x4Ga_1-x4N，厚度为5～10nm，0.005≤x4≤0.01；

所述第二变温层为In_x5Ga_1-x5N变温层，随着生长厚度的增加x5由0.005～0.01增加到0.25～0.3，In_x5Ga_1-x5N变温层的总厚度为0.5～1nm；

所述第二阱层为In_x6Ga_1-x6N阱层，厚度为1～1.5nm，0.25≤x6≤0.3；

所述第二变温保护层为In_x7Ga_1-x7N变温保护层，随着生长厚度的增加x7由0.25～0.3下降到0.005～0.01，In_x7Ga_1-x7N变温保护层的总厚度为0.5～1nm；

所述第三垒层为非掺杂u-AlGaN/In_x8Ga_1-x8N超晶格结构，其中u-AlGaN厚度为0.5～1nm，In_x8Ga_1-x8N厚度为0.5～1nm，超晶格周期数为10～20，0.01≤x8≤0.03；

所述下波导层为n⁺-Al_y1Ga_1-y1N+n-GaN+u-GaN+u-In_x9Ga_1-x9N结构的复合下波导层，以SiH₄作为n型掺杂源；

所述下波导层中n⁺-Al_y1Ga_1-y1N的厚度为5～15nm，0.05≤y1≤0.15，随着n⁺-Al_y1Ga_1-y1N生长厚度的增加，Si的掺杂浓度从10¹⁹～10²⁰cm^-3下降至10¹⁸～10¹⁹cm^-3；

所述下波导层中n-GaN的厚度为50～100nm，随着n-GaN生长厚度的增加，Si的掺杂浓度从10¹⁸～10¹⁹cm^-3下降至0；

所述下波导层中u-GaN的厚度为50～100nm；

所述下波导层中u-In_x9Ga_1-x9N的厚度为50～100nm，0.01≤x9≤0.03；

所述上波导层为u-In_x10Ga_1-x10N+u-GaN+p-GaN+p⁺-Al_y2Ga_1-y2N结构的复合上波导层，以Cp₂Mg作为p型掺杂源；

所述上波导层中u-In_x10Ga_1-x10N的厚度为50～100nm，0.01≤x10≤0.03；

所述上波导层中u-GaN的厚度为50～100nm；

所述上波导层中p-GaN的厚度为50～100nm，随着p-GaN生长厚度的增加，Mg的掺杂浓度从0增加至10¹⁹cm^-3；

所述上波导层中p⁺-Al_y2Ga_1-y2N的厚度为5～15nm，0.05≤y2≤0.15，随着p⁺-Al_y2Ga_1-y2N生长厚度的增加，Mg的掺杂浓度从10¹⁹cm^-3增加至10²⁰cm^-3；

所述氮化镓基绿光激光器由如下方法制备得到：

在氮气氛围中，温度750～850℃条件下，通入三甲基镓作为III族源，氨气作为V族源，在下波导层上生长有源区，所述有源区为从下到上依次层叠设置的第一垒层、第一变温层、第一阱层、第一变温保护层、第二垒层、第二变温层、第二阱层、第二变温保护层、第三垒层；

第一垒层的生长温度为850～900℃；第一变温层的生长速率为0.01～0.02nm/s，生长温度随着生长厚度的增加由800～850℃降至700～750℃；第一阱层的生长温度为700～750℃，生长速率为0.01～0.02nm/s；第一变温保护层的生长速率为0.03～0.06nm/s，生长温度随着生长厚度的增加由700～750℃升至800～850℃；第二垒层的生长温度为800～850℃，生长速率为0.03～0.06nm/s；第二变温层的生长速率为0.01～0.02nm/s，生长温度随着生长厚度的增加由800～850℃降至700～750℃；第二阱层的生长温度为700～750℃，生长速率为0.01～0.02nm/s；第二变温保护层的生长速率为0.03～0.06nm/s，生长温度随着生长厚度的增加由700～750℃升至800～850℃；第三垒层的生长温度为800～850℃。