一种GaN基激光器和相应制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于半导体激光器领域，尤其涉及一种GaN基激光器和相应制造方法。
【背景技术】
[0002]半导体激光器由于制作简单，体积小，重量轻，寿命长，效率高等，在照明、光通信、光栗浦和光存储等领域得到广泛应用。GaN基激光器的出现，填补了激光器可见光波段的空白，利用GaN基激光器输出的蓝光和绿光，结合红光激光器，可以组成光的三基色，具有广阔的应用前景。然而目前GaN基激光器的输出功率较小，限制了 GaN基激光器的应用，业界一直致力于提升GaN基激光器的性能，提尚激光器的效率。
【发明内容】
[0003]本发明实施例的目的在于提供一种GaN基激光器和相应制造方法，以解决现有技术输出功率较小的问题。
[0004]本发明实施例是这样实现的:
[0005]一方面，本发明实施例提供了一种GaN基激光器和相应制造方法，所述方法包括以下步骤:
[0006]在衬底上生长非掺的GaN层；
[0007]在所述非掺的GaN层上生长非掺的AlGaN/GaN超晶格层；
[0008]在所述非掺的AlGaN/GaN超晶格层上生长多量子阱有源区；
[0009]分别向用于转化为P型电流注入层和N型电流注入层的量子阱区域注入Mg和Si ;
[0010]退火活化所述Mg离子和Si离子；
[0011]在没有注入Mg或Si的量子阱区域沉积生成上限制层。
[0012]优选的，所述的衬底包括蓝宝石衬底、Si衬底、SiC衬底或GaN衬底。
[0013]优选的，注入Mg和Si的区域分布在多量子阱的两侧。
[0014]优选的，所述退火温度为500-1200°C。
[0015]优选的，所述退火过程中还使用保护气，所述保护气具体包括:氮气、氩气、氦气和氧气中的一种或者多种组合。
[0016]优选的，所述的上限制层包括ΙΤ0、Si02、A1203、SiN和1102中的任意一种。
[0017]另一方面，本发明实施例提供了一种GaN基激光器，所述激光器由下到上包括衬底、非掺的GaN层、非掺的AlGaN/GaN超晶格层、多量子阱有源区和上限制层，具体的:
[0018]所述多量子阱有源区的两侧包括由注入Mg离子和Si离子后退火活化生成的P型电流注入层、N型电流注入层。
[0019]优选的，所述的衬底包括蓝宝石衬底、Si衬底、SiC衬底或GaN衬底。
[0020]优选的，所述的上限制层包括ΙΤ0、Si02、A1203、SiN和1102中的任意一种。
[0021]本发明实施例提供的一种GaN基激光器和相应制造方法的有益效果包括:本发明实施例通过注入的方法形成P型和N型电流注入层，因此对上限制层材料的导电性无要求，因此可低温生长沉积ITO、Si02、A1203、SiN和1102等低折射率材料，形成上限制层，限制光场。与传统GaN基激光器相比，本发明所述的激光器低温形成上限制层，可有效防止生长上限制层对多量子阱的破坏，有效提升多量子阱的界面质量。
【附图说明】
[0022]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1是本发明实施例提供的一种GaN基激光器制造方法流程示意图；
[0024]图2是本发明实施例提供的一种GaN基激光器的结构示意图；
[0025]图3是本发明实施例提供的本发明的GaN基激光器与现有技术激光器的性能比较示意图；
[0026]图1中，1为衬底，2为非掺的GaN层，3为非掺的AlGaN/GaN超晶格层，4为多量子阱有源区，5为P型电流注入层，6为N型电流注入层，7为上限制层。
【具体实施方式】
[0027]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0028]通常GaN基激光器多量子阱中In组分较高，在升温过程中InGaN量子阱容易发生相分离，形成In团簇，影响量子阱的质量。然而为保持激光器中的光限制，需生长约500nm的p-AlGaN/GaN上限制层，因此在生长激光器的P型上限制层时，生长温度不能太高，且生长时间不能过长，否则容易引起热退化，恶化多量子阱的质量，影响激光器的效率。然而低温生长的P-AlGaN/GaN上限制层的晶体质量较差，空穴浓度较低，造成上限制层的电阻较高，激光器的工作电压高，影响了激光器的效率和寿命。
[0029]此外，在激光器中需生长一定厚度的光学限制层，以保持对光场的有效限制，通常采用AlGaN/GaN超晶格限制层，实验中发现当A1组分较低时，光场无法完全限制，激光器中存在漏模现象，然而当A1组分较高时，激光器中的应力较大，容易裂片，因此需选择合适的A1组分，同时采用厚p型AlGaN/GaN上限制层，这种限制模式的限制因子较小，不利于激光器的光场限制。现有专利中较少考虑这点，如专利CN 102299482A采用p-AlGaN作为光学限制因子，通过极化掺杂来提高Mg杂质的活化效率，而没有考虑到增强激光器的光场限制；专利CN 1812214A采用p型AlGaN作为光学限制层，谐振器在谐振器端部有离子注入部，立柱注入部为增强激光器腔面的可靠性，以延长激光器的寿命，较少考虑到利用离子注入实现激光器的P型和N型电流注入区，同时没有考虑到增加激光器的光学限制。
[0030]为了解决以上问题，本发明设计了一种GaN基激光器和相应制造方法结构，采用离子注入的方法实现P型和N型电流注入，在多量子阱上方通过物理沉积形成上限制层。
[0031]实施例一
[0032]如图1所示为本发明实施例提供的一种GaN基激光器制造方法，所述制造方法具体包括:
[0033]在步骤201中，在衬底上生长非掺的GaN层。
[0034]其中，所述的衬底可以使用蓝宝石衬底、Si衬底、SiC衬底或GaN衬底。
[0035]在步骤202中，在所述非掺的GaN层上生长非掺的AlGaN/GaN超晶格层。
[0036]在步骤203中，在所述非掺的AlGaN/GaN超晶格层上生长多量子阱有源区。