一种基于氮化物半导体的垂直腔面发射激光器

本技术涉及半导体激光，尤其涉及一种基于氮化物半导体的垂直腔面发射激光器。

背景技术：

1、氮化物半导体材料包含氮化镓半导体及其合金材料，如ingan，algan，gan,inn,aln等。作为一种宽禁带的直接带隙半导体，发光复合效率高，并且具有连续可调的禁带宽度，对应的发光波长覆盖了红外、可见光和深紫外波段，因此氮化物半导体材料被广泛应用于制作高效率半导体发光器件。基于氮化物材料的vcsel(vertical-cavity surface-emitting laser，一般指垂直腔面发射激光器)，因为其结构简单、光束方向单一、腔长易于控制、体积小、效率高等特点，在高密度光存储、激光投影、激光显示、高速扫描和塑料光纤通信等方面具有极大的应用前景和市场需求。

2、但目前氮化物vcsel的制作工艺复杂，特别是为了得到较大的电流注入密度，需要把电流限制在一个较小的窗口内，一般直径在10微米左右。这就需要在电流窗口以外的区域用绝缘层(如低热导率的sio2或sinx等绝缘层)覆盖，实现电流绝缘，禁止电流流通。但是这些绝缘层的导入带来以下问题：(1)由于绝缘层复杂的淀积工艺和对应的电流注入窗口制作工艺，使得vcsel制作工艺变得复杂化，生产周期变得更长；(2)由于绝缘层与半导体层粘附性不好，窗口对准工艺难度大，图案非常容易偏移等原因，大幅度降低了器件成品率；(3)由于绝缘层的散热性能不佳，导致器件性能降低，寿命变短。

技术实现思路

1、有鉴于此，本实用新型的目的在于提出一种基于氮化物半导体的垂直腔面发射激光器，工艺简单，且解决了绝缘材料粘附性和散热性不好的问题，成本率高，寿命长，可靠性高，在大功率光显示、高速率光通信等领域中有着广泛的应用前景。

2、为了实现上述的技术目的，本实用新型所采用的技术方案之一为：

3、一种基于氮化物半导体的垂直腔面发射激光器，采用垂直内腔接触结构，包括：支撑基板、第一电极、第一分布布拉格反射镜、透明导电层、外延层、第二分布布拉格反射镜和第二电极，所述外延层包括从下到上依次设置的p型氮化物、有源区和n型氮化物；所述第二分布布拉格反射镜设置于n型氮化物的上表面中部，所述第二电极设置于n型氮化物的上表面两侧；所述p型氮化物的下方两侧设置有辐照区，所述辐照区由高能粒子辐照形成电流限制层，所述p型氮化物的中部设置有非辐照区，所述透明导电层设置于非辐照区的下表面，所述第一分布布拉格反射镜设置于透明导电层的下表面，所述第一电极包覆于第一分布布拉格反射镜和透明导电层的外表面及电流限制层的下表面，所述支撑基板设置于第一电极的下表面。

4、进一步的，所述高能粒子为钽离子、锗离子、电子、质子或中子。

5、进一步的，所述第二电极的内边缘贴合于第二分布布拉格反射镜的外表面，且所述第二电极的外边缘与n型氮化物的外边缘位于同一水平面上。

6、进一步的，所述有源区为氮化镓、氮化铟和氮化铝中至少两种材料混合而成的量子阱或量子点发光结构，所述p型氮化物为氮化镓、氮化铟和氮化铝中至少一种；所述n型氮化物为氮化镓、氮化铟和氮化铝中至少一种，所述电流限制层和p型氮化物的材料相同。

7、进一步的，所述第一电极和第二电极采用ni/au、cr/au或ti/au。

8、为了实现上述的技术目的，本实用新型所采用的技术方案之二为：

9、一种基于氮化物半导体的垂直腔面发射激光器，采用垂直内腔接触结构，包括：第一分布布拉格反射镜、第一电极、透明导电层、外延层和第二电极，所述外延层包括从上到下依次设置的p型氮化物、有源区、n型氮化物、第二分布布拉格反射镜和衬底；所述第二分布布拉格反射镜设置于n型氮化物的上表面中部，所述第二电极设置于n型氮化物的上表面两侧；所述p型氮化物的上方两侧设置有辐照区，所述辐照区由高能粒子辐照形成电流限制层，所述p型氮化物的中部设置有非辐照区，所述透明导电层设置于非辐照区的上表面，所述第一分布布拉格反射镜设置于透明导电层的上表面，所述第一电极包覆于电流限制层的上表面、透明导电层的外表面和第一分布布拉格反射镜的左右两侧。

10、进一步的，所述高能粒子为钽离子、锗离子、电子、质子或中子。

11、进一步的，所述衬底采用蓝宝石、氮化镓或铜。

12、进一步的，所述有源区为氮化镓、氮化铟和氮化铝中至少两种材料混合而成的量子阱或量子点发光结构，所述p型氮化物为氮化镓、氮化铟和氮化铝中至少一种；所述n型氮化物为氮化镓、氮化铟和氮化铝中至少一种，所述电流限制层和p型氮化物的材料相同。

13、进一步的，所述第一电极和第二电极采用ni/au、cr/au或ti/au。

14、采用上述的技术方案，本实用新型与现有技术相比，其具有的有益效果为：本实用新型是使用高能粒子选择性地辐照p型氮化物的辐照区，提高辐照区的电流阻抗，实现电流限制作用，形成电流限制层，通过高能粒子(离子、电子、质子、中子等)对氮化物材料进行辐照，可以在材料内部产生电离损伤和位移损伤，人为地引入缺陷，从而改变了氮化物材料的电学性能；由于本实用新型无需引入其他绝缘材料，工艺简单，从根本上解决了绝缘层与gan材料之间粘附性不良，窗口对准工艺困难所引起的器件成品率低下，以及散热性不佳的问题。

技术特征：

1.一种基于氮化物半导体的垂直腔面发射激光器，其特征在于，采用垂直内腔接触结构，包括：支撑基板、第一电极、第一分布布拉格反射镜、透明导电层、外延层、第二分布布拉格反射镜和第二电极，所述外延层包括从下到上依次设置的p型氮化物、有源区和n型氮化物；所述第二分布布拉格反射镜设置于n型氮化物的上表面中部，所述第二电极设置于n型氮化物的上表面两侧；所述p型氮化物的下方两侧设置有辐照区，所述辐照区由高能粒子辐照形成电流限制层，所述p型氮化物的中部设置有非辐照区，所述透明导电层设置于非辐照区的下表面，所述第一分布布拉格反射镜设置于透明导电层的下表面，所述第一电极包覆于第一分布布拉格反射镜和透明导电层的外表面及电流限制层的下表面，所述支撑基板设置于第一电极的下表面。

2.如权利要求1所述的一种基于氮化物半导体的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述高能粒子为钽离子、锗离子、电子、质子或中子。

3.如权利要求1所述的一种基于氮化物半导体的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第二电极的内边缘贴合于第二分布布拉格反射镜的外表面，且所述第二电极的外边缘与n型氮化物的外边缘位于同一水平面上。

4.如权利要求1所述的一种基于氮化物半导体的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述有源区为氮化镓、氮化铟和氮化铝中至少两种材料混合而成的量子阱或量子点发光结构，所述p型氮化物为氮化镓、氮化铟和氮化铝中至少一种；所述n型氮化物为氮化镓、氮化铟和氮化铝中至少一种，所述电流限制层和p型氮化物的材料相同。

5.如权利要求1所述的一种基于氮化物半导体的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第一电极和第二电极采用ni/au、cr/au或ti/au。

6.一种基于氮化物半导体的垂直腔面发射激光器，其特征在于，采用垂直内腔接触结构，包括：第一分布布拉格反射镜、第一电极、透明导电层、外延层和第二电极，所述外延层包括从上到下依次设置的p型氮化物、有源区、n型氮化物、第二分布布拉格反射镜和衬底；所述第二分布布拉格反射镜设置于n型氮化物的上表面中部，所述第二电极设置于n型氮化物的上表面两侧；所述p型氮化物的上方两侧设置有辐照区，所述辐照区由高能粒子辐照形成电流限制层，所述p型氮化物的中部设置有非辐照区，所述透明导电层设置于非辐照区的上表面，所述第一分布布拉格反射镜设置于透明导电层的上表面，所述第一电极包覆于电流限制层的上表面、透明导电层的外表面和第一分布布拉格反射镜的左右两侧。

7.如权利要求6所述的一种基于氮化物半导体的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述高能粒子为钽离子、锗离子、电子、质子或中子。

8.如权利要求6所述的一种基于氮化物半导体的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述衬底采用蓝宝石、氮化镓或铜。

9.如权利要求6所述的一种基于氮化物半导体的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述有源区为氮化镓、氮化铟和氮化铝中至少两种材料混合而成的量子阱或量子点发光结构，所述p型氮化物为氮化镓、氮化铟和氮化铝中至少一种；所述n型氮化物为氮化镓、氮化铟和氮化铝中至少一种，所述电流限制层和p型氮化物的材料相同。

10.如权利要求6所述的一种基于氮化物半导体的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述第一电极和第二电极采用ni/au、cr/au或ti/au。

技术总结
本技术公开了一种基于氮化物半导体的垂直腔面发射激光器，包括：支撑基板、第一电极、第一分布布拉格反射镜、透明导电层、外延层、第二分布布拉格反射镜和第二电极，外延层包括P型氮化物、有源区和N型氮化物；第二分布布拉格反射镜设置于N型氮化物的上表面中部，第二电极设置于N型氮化物的上表面两侧；P型氮化物的下方两侧设置有辐照区，由高能粒子辐照形成电流限制层，中部设置有非辐照区，透明导电层设置于非辐照区下表面，第一分布布拉格反射镜设于透明导电层下表面，第一电极包覆于第一分布布拉格反射镜和透明导电层的外表面及电流限制层的下表面，支撑基板设于第一电极下表面。本技术工艺简单，散热性好。

技术研发人员：张保平,徐欢,李青璇,许荣彬,应磊莹,郑志威
受保护的技术使用者：厦门大学
技术研发日：20221222
技术公布日：2024/1/12