[发明专利]一种GaN基垂直腔面发射激光器及其制备方法

权利要求书

1.一种GaN基垂直腔面发射激光器，其特征在于，包括导电衬底，所述导电衬底上表面制作有金属层，金属层的上表面中间设置有窗口，所述金属层上表面中间部分窗口处制作有介质DBR层，所述介质DBR层上表面制作有透明导电层，所述透明导电层覆盖介质DBR层和金属层；所述透明导电层上表面依次制作有p型半导体层、多量子阱有源层和n型半导体层，所述n型半导体层上表面生长制备有多孔导电DBR层，所述多孔导电DBR层上表面制作有绝缘介质层，且绝缘介质层的中间形成电流窗口，所述绝缘介质层覆盖多孔导电DBR层、n型半导体层、多量子阱有源层、p型半导体层以及透明导电层，所述绝缘介质层上表面制作有n电极，所述n电极覆盖部分多孔导电DBR层和部分绝缘介质层。

2.根据权利要求1所述的GaN基垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述多孔导电DBR层为高孔洞率多孔GaN层和低孔洞率多孔GaN层交替堆叠形成的多周期DBR结构，所述高孔洞率多孔GaN层和低孔洞率多孔GaN层分别由重掺杂GaN层和轻掺杂GaN层经过电化学腐蚀后形成。

3.根据权利要求1所述的GaN基垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述多孔导电DBR层的周期数为5-50，多孔导电DBR层的孔径为1～300nm。

4.根据权利要求1所述的GaN基垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述介质DBR层为交替堆叠的两种折射率不同的材料构成，两种材料为SiO₂、TiO₂、Ta₂O₅、AlN、SiN_x其中任意两种；

所述导电衬底为金属或导电半导体材料。

5.根据权利要求1所述的GaN基垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述金属层为Au、In、Sn、Cu、Pb中的一种金属，或者至少两种金属的合金；

所述透明导电层为ITO、AZO或超薄金属，超薄金属的厚度为0.5-10nm。

6.根据权利要求1所述的GaN基垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述n型半导体层为掺硅的AlGaN或GaN；

所述多量子阱有源层为InGaN/GaN或AlGaN/GaN；

所述p型半导体层为掺镁的AlGaN、InGaN、AlInN或GaN。

7.根据权利要求1所述的GaN基垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述绝缘介质层为不导电介质，为SiO₂、HfO₂或Al₂O₃；

所述n电极为Ti、Al、Ni、Au、Cr金属之一或者任意组合。

8.一种权利要求1所述的GaN基垂直腔面发射激光器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在衬底上依次生长缓冲层、非故意掺杂GaN层、n型掺杂GaN层、交替堆叠的GaN重掺杂层和GaN轻掺杂层、n型半导体层、多量子阱有源层、p型半导体层、透明导电层、交替堆叠的介质DBR层；

(2)在介质DBR层上表面沉积金属层，在一导电衬底上表面也沉积金属层，将导电衬底上金属层与介质DBR层上表面的金属层键合在一起；

(3)通过剥离技术将衬底与外延结构分离，再通过干法、湿法刻蚀或减薄技术将缓冲层、非故意掺杂GaN层以及n型掺杂GaN层去除，露出交替堆叠的GaN重掺杂层和GaN轻掺杂层；

(4)采用选择性电化学腐蚀的方法对交替堆叠的重掺杂GaN层和轻掺杂GaN层进行腐蚀，分别形成高孔洞率多孔GaN层与低孔洞率多孔GaN层交替堆叠的多孔导电DBR层；

(5)通过光刻、干法刻蚀、湿法刻蚀、清洗工艺形成VCSEL图形；

(6)在多孔导电DBR层上沉积绝缘介质层，该绝缘介质层的中心形成有电流窗口，且绝缘介质层覆盖多孔导电DBR层、n型半导体层、多量子阱有源层、p型半导体层以及透明导电层；

(7)在电流窗口处的部分多孔导电DBR层和部分绝缘介质层上表面通过光刻金属沉积制备n电极。