[发明专利]一种基于氮化镓单晶衬底的激光二极管及其制备方法

权利要求书

1.一种基于氮化镓单晶衬底的激光二极管，其特征在于，包括从下到上依次层叠设置的GaN单晶衬底(101)、n型GaN层(102)、n型限制层(103)、下波导层(104)、复合量子阱有源区(105)、电子阻挡层(106)、上波导层(107)、p型限制层(108)和p型GaN层(109)；

所述复合量子阱有源区(105)包括从下到上依次层叠设置的浅阱和发光区，所述浅阱为2～6个周期的In_x1Ga_1-x1N/GaN超晶格结构，所述浅阱的阱层厚度为2～3nm，所述浅阱的垒层厚度为2～5nm；所述发光区为2～6个周期的复合势垒层/In_xGa_1-xN/复合势垒层结构，复合势垒层为In_x2Ga_1-x2N/GaN/In_x2Ga_1-x2N结构，复合势垒层总厚度为5～11nm，In_xGa_1-xN阱层厚度为3～5nm；复合势垒层中In_x2Ga_1-x2N厚度为0.5～1nm，复合势垒层中In_x2Ga_1-x2N对称地分布在GaN上下两侧，复合势垒层中GaN厚度为4～9nm；In组分含量x1、x2、x满足0＜x2＜x1＜x＜1；

所述n型限制层(103)为三梯度n-AlGaN/GaN超晶格复合限制层，包括从下到上依次层叠设置的n型限制层第一梯度、n型限制层第二梯度和n型限制层第三梯度；所述n型限制层第一梯度为30～50个周期的n-Al_y1Ga_1-y1N/GaN超晶格，n型限制层第一梯度中n-Al_y1Ga_1-y1N和GaN厚度均为3nm；所述n型限制层第二梯度为30～50个周期的n-Al_y2Ga_1-y2N/GaN超晶格，n型限制层第二梯度中n-Al_y2Ga_1-y2N和GaN厚度均为2.5nm；所述n型限制层第三梯度为30～50个周期的n-Al_y3Ga_1-y3N/GaN超晶格，n型限制层第三梯度中n-Al_y3Ga_1-y3N和GaN厚度均为2nm；Al组分含量y1、y2、y3满足0.05＜y1＜y2＜y3＜0.15；SiH₄作为n型掺杂源，Si掺杂浓度为10¹⁸～10¹⁹cm^-3。

2.根据权利要求1所述的激光二极管，其特征在于，所述下波导层(104)为u-GaN+15个周期的n-In_x3Ga_1-x3N/GaN超晶格+n-GaN复合结构，所述下波导层的u-GaN厚度为15～25nm，所述下波导层的n-In_x3Ga_1-x3N/GaN超晶格的阱层厚度为2～2.5nm，所述下波导层的n-In_x3Ga_1-x3N/GaN超晶格的垒层的厚度为2～2.5nm，所述下波导层的n-GaN的厚度为25～40nm；In组分含量x3小于有源区中In组分x；SiH₄作为n型掺杂源，Si掺杂浓度为10¹⁸～10¹⁹cm^-3。

3.根据权利要求2所述的激光二极管，其特征在于，所述电子阻挡层(106)包括从下到上依次层叠设置的电子阻挡层第一梯度和电子阻挡层第二梯度，所述电子阻挡层第一梯度为u-GaN+4～6个周期的u-AlGaN/InGaN超晶格，所述电子阻挡层第一梯度的u-GaN厚度为5～6nm，所述电子阻挡层第一梯度的AlGaN层厚度为1.5～2.0nm，所述电子阻挡层第一梯度的InGaN层厚度为2～2.5nm；

所述电子阻挡层第二梯度为u-GaN+8～10个周期的p-AlGaN/InGaN超晶格，所述电子阻挡层第二梯度的u-GaN的厚度为4～5nm，所述电子阻挡层第二梯度中AlGaN层厚度为2～3nm，所述电子阻挡层第二梯度中InGaN层厚度为3～4nm。