[发明专利]一种具有阶梯状上波导的InGaN/GaN量子阱激光器及其制备方法

说明书

一种具有阶梯状上波导的InGaN/GaN量子阱激光器，包括：下波导层；多量子阱层，形成于所述下波导层上；以及阶梯状上波导层，形成于所述多量子阱层上；其中，所述阶梯状上波导层包括：In_xGa_1‑xN层和In_yGa_l‑yN层；In_xGa_1‑xN层，形成于所述多量子阱层上，In_yGa_l‑yN层，形成于所述In_xGa_l‑xN层上；x、y分别满足：0.01≤x≤0.1，0≤y≤0.015，并且x≠y。本发明通过调控具有阶梯状上波导的InGaN/GaN量子阱激光器的能带可有效的增加激光器的空穴注入效率，同时降低了光学损耗，从而改善了InGaN/GaN量子阱激光器的斜率效率和功率转换效率。

技术领域

本发明涉及氮化镓基半导体激光器件技术领域，特别涉及一种具有阶梯状上波导的InGaN/GaN量子阱激光器及其制备方法。

背景技术

第三代GaN基半导体材料包含氮化镓(GaN)、氮化铝(A1N)、氮化铟(InN)及其三元、四元合金，因其化学性质稳定、电子迁移率高、带隙调节范围广、耐腐蚀性强，是制备光电子器件尤其是激光器、发光二极管(LED)的理想材料。GaN基半导体激光器是激光器发展史的一个重大突破，具有小体积、高效率、长寿命、快响应速率等优点，在生化医疗、紫外固化、可见光通信、激光显示、原子钟等领域应用广泛而备受人们的关注。

然而，GaN基激光器需要较复杂的结构来满足光电限制和高发射效率，其功率转换效率远小于GaN基LED。GaN基LED的功率转化效率高达80％，而GaN基激光器的功率转化效率却低于40％，低的功率转化效率抑制了GaN基半导体激光器的市场拓展速度。载流子的注入效率是影响激光器功率转化效率的一个重要原因。激光器的P型层一般采用Mg掺杂，且掺杂浓度较高。实际上，Mg掺杂的p-(Al)GaN材料具有较大的电离能，并且电离能随着Al组分的增加而增大。镁原子被电离成自由空穴的概率非常低，而大部分镁原子形成受主束缚空穴，导致从P型层注入量子阱中的空穴浓度较低。而且，激光器中的电子阻挡层在阻挡电子的同时也阻碍了空穴的注入。低的空穴注入效率会降低电子和空穴在量子阱中发生辐射复合的机率，加剧电子的泄露，从而载流子的非辐射复合率增加。另外，低功率转换效率的另一个原因是高光学损耗。Mg掺杂的P型层的吸收系数较大，分布在P型层中的光容易被吸收，导致激光器内部的光学损耗增加。大的光学损耗会降低斜率效率，增加阈值电流，从而降低了激光器的功率转换效率。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供具有阶梯状上波导的InGaN/GaN量子阱激光器及其制备方法，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供了一种具有阶梯状上波导的InGaN/GaN量子阱激光器，包括：下波导层；多量子阱层，形成于所述下波导层上；以及阶梯状上波导层，形成于所述多量子阱层上；其中，所述阶梯状上波导层包括：In_xGa_1-xN层和In_yGa_1-yN层；In_xGa_1-xN层，形成于所述多量子阱层上，In_yGa_1-yN层，形成于所述In_xGa_1-xN层上；x、y分别满足：0.01≤x≤0.1，0≤y≤0.015，并且x≠y。

作为本发明的第二个方面，提供了一种如上所述的具有阶梯状上波导的InGaN/GaN量子阱激光器的制备方法，包括以下步骤：制作下波导层；

在所述下波导层上制作多量子阱层；

在所述多量子阱层上制作阶梯状上波导层；