[发明专利]一种超薄GaN量子阱深紫外激光器制备方法及深紫外激光器

说明书

一种超薄GaN量子阱深紫外激光器制备方法，所述方法包括步骤：准备MOCVD反应室及蓝宝石衬底；在所述蓝宝石衬底上沉积第一厚度的AIN缓冲层；在所述AIN缓冲层上生长第二厚度的AIN模板；在所述AIN模板上形成预设周期的量子阱结构；在所述量子阱结构上生长第三厚度的AIN帽层；从所述蓝宝石衬底的背面抛光减薄至预设厚度；在所述蓝宝石衬底上形成隐形凹槽；沿所述隐形凹槽方向在所述蓝宝石衬底上形成光泵浦激光条。本申请提供的一种超薄GaN量子阱深紫外激光器制备方法及深紫外激光器将多周期超薄GaN量子阱作为深紫外激光器的增益区，该量子阱具有较高的辐射发光效率，同时具备横电(TE)模式的偏振特性。

技术领域

本发明属于深紫外激光器技术领域，具体涉及一种超薄GaN量子阱深紫外激光器制备方法及深紫外激光器。

背景技术

深紫外激光器具有光子能量高、聚焦能力强、光谱分辨率高等优点，在激光武器、保密通信、生物试剂检测、高密度光学存储、皮肤病学、材料精细加工等军用和民用领域具有广阔的应用前景。其中，半导体深紫外激光器具有体积小、寿命长、易集成、发光波长可调、节能环保等优势，可作为大型有毒气体激光器和低效率固体激光器的替代品，是未来紫外激光器发展的主要趋势，具有巨大的社会和经济价值。

目前，半导体深紫外激光器最常用的材料体系是III族氮化物中的AIGaN合金。作为一种直接带隙宽禁带半导体材料，AIGaN合金的禁带宽度可通过改变AI元素的掺入量从3.4eV(GaN)到6.2eV(AIN)间连续可调，实现365nm-200nm光谱范围内的发光。通常，AIGaN基半导体深紫外激光器可由MOCVD技术外延生长多层不同组分和掺杂的AIGaN薄膜堆叠构成，包括AIN模板、量子阱、波导层、载流子限制层等结构。其中，作为增益区的AIGaN量子阱可在波导层的限制下实现受激光放大，是深紫外激光器的核心结构。通过提高量子阱的AI组分(AI组分＞0.4)，可以实现其波长从200nm-280nm间的深紫外光发射。

然而，AIGaN量子阱中普遍存在强极化场下的量子限制斯塔克效应，电子和空穴的波函数在极化电场的作用下发生空间分离，难以实现高效率的辐射发光，只有在大幅提升注入载流子的浓度下才能对极化电场产生屏蔽作用，因此会增大激光器的激射阈值。此外，随着发光波长的蓝移，高AI组分的AIGaN材料的能带结构逐渐从GaN向AIN转变，其发光偏振模式也从GaN的横电模式(TE)转变为AIN的横磁模式(TM)。通过求解Maxwell方程组可以得到，解理面腔镜反射具有很强的偏振选择性，TM模式(Ez≠0，Ey＝0，Ex≠0)下的光的反射率普遍低于TE模式(Ez＝0，Ey≠0，Ex＝0)下的光的反射率，即TM模的反射损耗普遍高于TE模的反射损耗，这使得TM偏振光难以有效地应用于边发射的深紫外激光器中。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种超薄GaN量子阱深紫外激光器制备方法及深紫外激光器。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种超薄GaN量子阱深紫外激光器制备方法，所述方法包括步骤：

准备MOCVD反应室及蓝宝石衬底；

在所述蓝宝石衬底上沉积第一厚度的AIN缓冲层；

在所述AIN缓冲层上生长第二厚度的AIN模板；

在所述AIN模板上形成预设周期的量子阱结构；

在所述量子阱结构上生长第三厚度的AIN帽层；

从所述蓝宝石衬底的背面抛光减薄至预设厚度；

在所述蓝宝石衬底上形成隐形凹槽；

沿所述隐形凹槽方向在所述蓝宝石衬底上形成光泵蒲激光条。

优选地，所述在所述蓝宝石衬底上沉积第一厚度的AIN缓冲层包括步骤：

设置所述MOCVD反应室的温度为750℃；