[发明专利]GaN基复合DBR谐振腔激光器外延片、激光器及制备方法

说明书

本发明公开了GaN基复合DBR谐振腔激光器外延片、激光器及制备方法，所述GaN基复合DBR谐振腔激光器外延片由下至上依次包括：衬底、缓冲层、AlN/GaN布拉格反射镜、n‑GaN层、下波导层、多量子阱层、上波导层、超晶格电子阻挡层、p‑GaN层，所述超晶格电子阻挡层的材料为Al组分渐变的p‑Al_xGa_1‑xN/GaN，其中，0x0.5。所述GaN基复合DBR谐振腔激光器由下至上依次包括：所述GaN复合DBR谐振腔激光器外延片、介质膜、ITO电流扩展层、介质膜布拉格反射镜、正电极、负电极。本发明所述GaN基复合DBR谐振腔激光器阀值低、光学损耗低、晶格失配度低，p型层的空穴注入效率高。

技术领域

本发明涉及一种半导体激光器件技术领域，具体的，本发明涉及一种GaN基复合DBR谐振腔激光器外延片、激光器及制备方法。

背景技术

GaN及其化合物的禁带宽度从0.7eV(InN)到6.2eV(AlN)连续可调，以GaN基半导体材料作为有源区发光材料，发光波长可从近红外到深紫外，涵盖了整个可见光波段。相比于传统LED器件，GaN基半导体激光器具有效率高、体积小、光功率密度高、方向性好及输出光谱半宽小等优点，在高密度信息储存、激光显示、可见光通信以及海底无线通信等领域有着广泛的应用。

对于GaN基布拉格反射镜(DBR)谐振腔激光器而言，GaN系列材料相互之间折射率差较小，其制备的氮化物DBR高反带带宽较窄；而介质膜DBR材料相互之间折射率差较大，高反带带宽较宽，较少的周期数即可达到较高的折射效率，且介质膜禁带宽度相对较宽，对蓝光自吸收减小。

对于GaN基蓝光激光器而言，其量子阱深度较小，对载流子的束缚力弱，从n型区注入的有效质量较小的电子容易越过量子阱区到达p型区与空穴发生非辐射复合，降低发光效率。为提高发光效率，通常的做法是在量子阱区和p型区之间插入禁带间隙更宽的AlGaN电子阻挡层来消除。但是，p-AlGaN层在阻挡电子泄露的同时，会增加空穴注入的难度。并且AlGaN和GaN材料存在一定晶格失配，导致量子阱区和p-AlGaN层间形成张应力。

为克服上述问题，诸多专利致力于提升P型层空穴注入效率，降低激光器损耗，优化激光器结构及生产工艺。如专利201620861190.0提出采用p-NiO代替p-GaN作为空穴注入层和光散射层；专利201610183087.x提出了一种应力调控波导层，降低量子阱层的应力；专利201510828233.5提出了一种介质膜上限制层结构，增加激光器限制因子及降低损耗。然而，上述专利提出的方案仍存在激光材料自身光吸收强、器件内微分量子效率低等不足。

发明内容

基于此，本发明在于克服现有技术的缺陷，提供一种GaN基复合DBR谐振腔激光器外延片，所述GaN基复合DBR谐振腔激光器外延片采用Al组分渐变的AlGaN/GaN超晶格结构作为电子阻挡层，增加了激光器光场限制因子，降低了材料的晶格失配度，提高了p型层的空穴注入效率。

本发明的另一目的在于提供一种GaN基复合DBR谐振腔激光器，所述GaN基复合DBR谐振腔激光器阀值低、光学损耗低、晶格失配度低，p型层的空穴注入效率高。

其技术方案如下：

一种GaN基复合DBR谐振腔激光器外延片，由下至上依次包括：衬底、缓冲层、AlN/GaN布拉格反射镜、n-GaN层、下波导层、多量子阱层、上波导层、超晶格电子阻挡层、p-GaN层，所述超晶格电子阻挡层的材料为Al组分渐变的p-Al_xGa_1-xN/GaN，其中，0x0.5。

本发明采用Al组分渐变的AlGaN/GaN超晶格结构作为电子阻挡层，可以增加激光器光场限制因子，降低材料的晶格失配度，提高p型层的空穴注入效率。