[发明专利]基于导电氧化物DBR的氮化物垂直腔面发射激光器及制作方法

说明书

本发明公开了基于导电氧化物DBR的氮化物垂直腔面发射激光器及制作方法，激光器结构方法包括激光器A、激光器B和激光器C三种结构形式，本方案使用具有导电性的氧化物材料制作分布式布拉格反射镜，不仅具有优良的导电性能，能够同时作为激光器电极使用。另外地，使用p型层+隧道结+n型层代替传统激光器中的p型层，结合隧道结的使用，可以有效提高器件的性能。这些方案的应用，使得本发明所提出的激光器结构中不需要使用透明电流扩展层以及腔内接触电极结构，从而显著地简化了激光器结构以及制备工艺；本方案制作方法与标准半导体制备工艺兼容，可以满足大规模光电器件制备与集成的需要，有着广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及光电子、半导体激光器技术领域，尤其涉及基于导电氧化物DBR的氮化物垂直腔面发射激光器及制作方法。

背景技术

垂直腔面发射激光器(VCSEL)以其面发射结构为特点，与传统边发射激光器具有显著的区别，垂直腔面发射的结构，使其能够通过简单的工艺实现密集二维集成。得益于更短的谐振腔，也获得了相较于边发射激光器更好的性能，有更窄的线宽、更低的阈值电流，并实现单纵模工作。而其圆形光斑也提高了与光纤对准的效率。在应用上具有广阔的前景，近年来受到了科研界与产业界的广泛关注。

氮化物材料包含氮化镓(GaN)、氮化铟(InN)、氮化铝(AlN)等，往往具有优良的理化特性。作为一种宽禁带直接带隙半导体，氮化物材料具有很高的辐射复合效率。借助于较宽且可调节的禁带宽度，其发光波段可以覆盖红外到深紫外，是目前高效率半导体发光器件的主要材料之一。

氮化物垂直腔面发射激光器通过使用氮化物材料，可以实现相较于传统的GaAs垂直腔面激光器更宽的波段覆盖。目前，正以其结构简单、腔长可控、低阈值以及小发散角等优点，在激光投影、高分辨率打印、光通信、精细化医疗、智能识别以及3D成像等领域有广泛的应用前景。

在现有的氮化物垂直腔面发射激光器结构中，谐振腔的上下反射镜通常是由外延生长的氮化物或沉积制备的氧化物介质膜分布式布拉格反射镜(DBR)构成。氮化物以其制备工艺成熟，与氮化物外延材料位错小等优点，成为目前氮化物垂直腔面发射激光器上下反射镜的主要材料体系。目前，在氮化物体系中常用的DBR材料主要有AlN/GaN、AlInN/GaN、AlGaN/GaN等，主要用于在n型一侧的反射镜。而在p型一侧，常用SiO₂、Ti₃O₅、HfO等氧化物作为DBR材料，上述氧化物材料在生长制备技术上已经较为成熟，但是具有无法导电的缺点，这会增加器件结构和工艺制备的复杂程度。另外，由于外延生长p型氮化物电导率较低，金属/半导体接触电阻偏高，直接制备的电极无法实现有效的电流注入。目前主流的解决方案是增加透明电流扩展层，并在DBR下方制备环形电极，从而实现有效的腔内接触和电流注入。这些步骤需要高精度光刻、高质量材料生长等半导体工艺的支持，增加了制备工艺的复杂与困难程度。

因此，在氮化物垂直腔面发射激光器中，找到一种能导电的氧化物DBR材料体系用于p型侧反射镜，能够有效地简化制备工艺，并提高器件稳定性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种工艺简单、器件稳定性佳、能够有效规避氧化物DBR不导电的问题的基于导电氧化物DBR的氮化物垂直腔面发射激光器及制作方法。

为了实现上述的技术目的，本发明所采用的技术方案为：

一种基于导电氧化物DBR的氮化物垂直腔面发射激光器，其包括依序层叠设置的衬底、第一反射镜、第一n型层、有源区、p型层、电流限制层、第二反射镜和p电极；

其中，第一n型层上还设置由n电极；

另外，所述第二反射镜由导电性氧化物DBR构成。

作为一种可能的实施方式，进一步，本发明还提供一种激光器实施结构，所述p型层和电流限制层之间还设有第二n型层，第二n型层与p型层之间还设有隧道结。