[发明专利]一种氮化镓基绿光激光器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氮化镓基绿光激光器及其制备方法。氮化镓基绿光激光器，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；所述有源区为变温变生长速率的量子阱结构，下波导层和上波导层为梯度掺杂的复合波导层。本发明通过设置变温变生长速率的InGaN/InGaN量子阱结构作为有源区、梯度掺杂的u‑InGaN+u‑GaN+p‑GaN+p⁺‑AlGaN复合上波导层，以及梯度掺杂的n⁺‑Al_y1Ga_1‑y1N+n‑GaN+u‑GaN+u‑In_x5Ga_1‑x5N复合下波导层，有效降低了激光器P型层光学吸收损耗，提高了激光器的量子效率，进一步提高了氮化镓基绿光激光器的绿光发光强度。

技术领域

本发明涉及半导体光电子技术领域，更具体的，涉及一种氮化镓基绿光激光器及其制备方法。

背景技术

III-V族氮化物半导体材料，包含了氮化镓(GaN)，氮化铝(AlN)和氮化铟(InN)及它们的合金，III-V族氮化物是继硅，砷化镓之后的第三代半导体材料，是制作从紫外到绿光波段半导体激光器的理想材料。

氮化镓基绿光激光器在激光显示、生物医学、材料加工、光通讯、光存储、仪器和探测、图像纪录等领域具有重要应用价值。氮化镓基半导体激光器目前最引人注目的应用领域是激光显示，激光显示是以红、绿、蓝三基色激光为光源的显示技术，可以最真实地再现客观世界丰富、艳丽的色彩，提供更具震撼的表现力。随着激光显示技术的快速发展，对GaN基激光器的需求变得更加迫切。然而目前激光器量子效率较低，使得发光强度较弱，进一步影响了氮化镓基绿光激光器的使用寿命、可靠性及稳定性。

中国专利申请CN101937954A公开了一种提高氮化镓基发光二极管内量子效率的外延生长方法，通过在生长有源区的铟镓氮量子阱层期间，使氨气和Ⅲ族金属有机源材料镓和铟交替脉冲地输入生长反应室，以形成高发光效率的铟镓氮量子阱发光层。但该外延生长方法制得的氮化镓基发光二极管的量子效率、发光强度仍达不到实际的高需求。

因此，需要开发出一种发光强度更高的氮化镓基绿光激光器。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的发光强度弱的缺陷，提供一种氮化镓基绿光激光器，该氮化镓基绿光激光器具有变温变生长速率的InGaN/InGaN量子阱结构作为有源区，以及梯度掺杂的u-InGaN+u-GaN+p-GaN+p⁺-AlGaN复合上波导层结构，能够有效降低激光器P型层光学吸收损耗，提高绿光发光强度。

本发明的另一目的在于提供上述氮化镓基绿光激光器的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种氮化镓基绿光激光器，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；