[发明专利]一种三波长镓氮基半导体激光芯片结构

说明书

技术领域

本发明属于半导体激光器制备封装技术领域，尤其涉及一种三波长镓氮基半导体激光芯片结构。

背景技术

随着半导体激光技术的日趋成熟以及应用领域的不断扩展，半导体激光器件的应用范围已经覆盖了光电子学的诸多领域，成为当今光电子实用器件的核心技术。由于半导体激光器件具有体积小，质量轻，寿命长等优点，广泛应用于军事、工业及民用等领域。蓝宝石被称为当今最优秀的激光介质之一，以蓝宝石为衬底的半导体激光器件因其结构简单、工作稳定、价格低廉等优点在市场上有很高的占有率。由于其衬底是由非导电材料蓝宝石构成，故在生长器件时，要通过外延生长、刻蚀、扩散、制作电极等方法将其P型电极与N型电极置于同一表面，生长成具有高度差的台阶型表面结构。传统的制备方法为在蓝宝石基底材料上生长外延层，形成具有一个P型电极和一个N型电极的只能发射单一波长激光的芯片结构。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种三波长镓氮基半导体激光芯片结构，其可以同时发射出三种不同波长光的激光器，并且三种波长光的电极相互独立，可单独调节电流大小控制光束，使以蓝宝石为基底的激光器的应用范围更宽、更广、更灵活。

本发明的三波长镓氮基半导体激光芯片结构，其包括：蓝宝石衬底、缓冲层、三个外延生长层；

所述蓝宝石衬底为基板，依次覆上缓冲层和三个外延生长层；

所述三个外延生长层是采用金属有机化合物化学气相淀积的方式逐层沉积于所述蓝宝石衬底上方；

其中，每个外延生长层从下往上依次包括N面电极接触层、保护层、N面包层、N面波导层、有源区、P面电子阻挡层、P面波导层、P面包层、P面电极接触层；

在每个外延生长层的N面电极接触层生长相应的N型电极，在每个外延生长层的P面电极接触层生长相应的P型电极；

所述P型电极和N型电极是在每个外延生长层上经光刻腐蚀、蒸发或溅射的方法覆盖一层或多层金属，然后再进行合金化形成的低阻金属。

进一步的，三波长镓氮基半导体激光芯片结构的外延生长层有三层，从缓冲层开始分别为：黄光外延生长层、绿光外延生长层和蓝光外延生长层。

进一步的，所述缓冲层的材质为GaN，厚度为0.03μm。

进一步的，所述蓝宝石衬底为三方晶系，折光率为1.76-1.77。

进一步的，所述保护层的材质为In_0.1Ga_0.9N，厚度为0.1μm。

进一步的，所述P面电子阻挡层的材质为Al_0.2Ga_0.8N，厚度为0.02μm。

进一步的，所述N面包层和所述P面包层的材质为Al_0.15Ga_0.85N，厚度为0.4μm。

进一步的，所述N面波导层和所述P面波导层的材质为GaN，厚度为0.1μm。

本发明的有益效果在于：

本发明改变了同一芯片只能发射单色光的限制，提供了三波长镓氮基半导体激光芯片结构。该结构通过重复生长外延层，即在蓝宝石基底材料上生长一层外延层后，再累积生长两层同结构不同组分的外延层，使同一片芯片具有三个不同组分的有源区，该方法可以实现使一片芯片同时发射出三种不同波长的光，使以蓝宝石为基底的激光器的应用更宽泛、灵活。

附图说明

图1为本发明的三波长镓氮基半导体激光芯片结构示意图。

附图标记为：

(1)蓝宝石衬底

(2)缓冲层

(3)黄光外延生长层

(4)绿光外延生长层

(5)蓝光外延生长层

(6)蓝光P型电极

(7)蓝光N型电极

(8)绿光P型电极

(9)绿光N型电极

(10)黄光P型电极

(11)黄光N型电极

黄光外延生长层：

(301)P面电极接触层

(302)P面包层

(303)P面波导层

(304)P面电子阻挡层

(305)有源区

(306)N面波导层

(307)N面包层

(308)保护层

(309)N面电极接触层

绿光外延生长层：

(401)P面电极接触层

(402)P面包层

(403)P面波导层

(404)P面电子阻挡层