[发明专利]一种氮化物半导体垂直腔面发射激光器

说明书

一种氮化物半导体垂直腔面发射激光器，涉及半导体激光器。采用垂直内腔接触结构，从下到上依次设有支撑基板、下分布布拉格反射镜、下电极、透明电流扩展层、电流限制层、外延层、上电极和上分布布拉格反射镜；所述电流限制层使用氧化铝材料，氧化铝材料的分子式为Al₂O₃。外延层为氮化镓、氮化铟、氮化铝等组成的混合物外延层。上电极和下电极采用Ni/Au、Cr/Au或Ti/Au。氧化铝Al₂O₃的制备方法为物理镀膜或化学镀膜。制作方法多样简单，改善了原有电流限制层在垂直结构上对热传导的阻碍效果，降低了热效应对激光器的不良影响，增强散热性，提高器件的稳定性并延长其寿命。

技术领域

本发明涉及半导体激光器，尤其是涉及一种氮化物半导体垂直腔面发射激光器。

背景技术

垂直腔面发射激光器与传统的边发射激光器相比不仅仅有着动态单模工作、阈值低、与光纤高效耦合、圆形对称光斑和制作成本低等优势，还因为可以实现高密度二维集成和高功率输出的特点使其有着广阔的应用前景，在近年来一直是国际研究的热点。

氮化物材料包含氮化镓(GaN)、氮化铟(InN)、氮化铝(AlN)等，其作为一种宽禁带的直接带隙半导体，复合效率高，有着十分优异的物理和化学特性，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。

但目前氮化物基垂直腔面发射激光器面临着输出功率有限的问题，以氮化镓基激光器为例，有报道和发表的垂直腔面发射激光器的最大功率仅为3mW。影响功率问题的因素众多，其中一个重要的因素是热效应的存在。热效应的存在使激光器难以在较大连续驱动电流和输出功率下工作，严重限制了激光器的输出功率，并且会使激光器稳定性降低，缩短器件的寿命。传统垂直腔面发射激光器普遍使用SiO₂或SiN_x等低热导率材料作为电流限制层，研究表明该电流限制层大幅度降低了激光器内部的热传导，加剧了热效应(Y.Mei,etal.,A comparative study of thermalcharacteristics of GaN-based VCSELswiththree different typical structures,2018 Semicond.Sci.Technol.33 015016)。

发明内容

本发明的目的在于主要解决的技术问题是克服上述垂直腔面发射激光器的不足，提供一种氮化物半导体垂直腔面发射激光器。

本发明采用垂直内腔接触结构，从下到上依次设有支撑基板、下分布布拉格反射镜、下电极、透明电流扩展层、电流限制层、外延层、上电极和上分布布拉格反射镜；

所述电流限制层使用氧化铝材料，氧化铝材料的分子式为Al₂O₃,可以有多种不同晶体结构。这种材料的散热系数为33W/K·m(梁基照，邱玉林.三氧化二铝/硅橡胶复合材料热导率的预测.橡胶工业，2009，56：476-478)，远大于SiO₂的散热系数1.5W/K·m(Y.Mei,etal.,A comparative study of thermalcharacteristics of GaN-based VCSELswiththree different typical structures,2018Semicond.Sci.Technol.33 015016)。

所述外延层为氮化镓(GaN)、氮化铟(InN)、氮化铝(AlN)等组成的混合物外延层。

所述上电极和下电极可采用Ni/Au、Cr/Au或Ti/Au。