本公開涉及半導(dǎo)體光電器件，具體涉及一種gan基激光芯片及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、gan基材料稱為iii族氮化物材料（包括inn、gan、aln、ingan、algan等，禁帶寬度范圍為0.7~6.2ev），光譜覆蓋了近紅外到深紫外波段，被認(rèn)為是繼si、gaas之后的第三代半導(dǎo)體，在光電子學(xué)領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價(jià)值。gan激光器由n-algan、量子阱、p-algan組成異質(zhì)結(jié)，其中p-algan不僅是空位注入層，還是光限制層。在gan基激光器結(jié)構(gòu)中，p-algan的厚度一般在500nm以上以保障高光場(chǎng)限制因子。然而，由于p-algan雜質(zhì)激活難，p-algan電阻率高，造成厚層p-algan電阻大。同時(shí)厚層p-algan增加外延層的應(yīng)力，同時(shí)高溫生長(zhǎng)p-algan也會(huì)造成量子阱熱退化，從而限制了gan基激光器的性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本公開第一方面提供了一種gan基激光芯片，其特征在于，至下而上依次包括：n型電極、襯底、n型限制層、下波導(dǎo)層、有源層、上波導(dǎo)層、上限制層和p型電極；其中，上限制層至下而上依次包括：p型限制層、電流擴(kuò)展層和空氣層；p型限制層兩側(cè)設(shè)有鈍化層，空氣層形成于p型電極的中間，p型電極在xy平面內(nèi)的正投影不覆蓋p型限制層在xy平面內(nèi)的正投影。

2、根據(jù)本公開的實(shí)施例，p型限制層的材料為algan，生長(zhǎng)溫度為900~1200℃，厚度為50~200nm；p型限制層經(jīng)icp刻蝕形成脊形區(qū)域。

3、根據(jù)本公開的實(shí)施例，電流擴(kuò)展層的材料為ito或其他折射率小于p型限制層的金屬材料，厚度為10~100nm；電流擴(kuò)展層經(jīng)蒸鍍形成于p型限制層上。

4、根據(jù)本公開的實(shí)施例，鈍化層的材料為二氧化硅或氮化硅，厚度與p型限制層的厚度相同；鈍化層經(jīng)蒸鍍形成于p型限制層脊形區(qū)域的兩側(cè)。

5、根據(jù)本公開的實(shí)施例，p型電極的位置與鈍化層的位置相對(duì)應(yīng)；p型電極和n型電極經(jīng)蒸鍍形成。

6、根據(jù)本公開的實(shí)施例，有源層為由量子阱層和量子壘層組成的單量子阱結(jié)構(gòu)或者多量子阱結(jié)構(gòu)，發(fā)光波長(zhǎng)為300～600nm；有源層的生長(zhǎng)溫度為700~900℃；量子阱層的材料為algan、gan、ingan或alingan中的一種，量子壘層的材料為algan、gan或ingan中的一種。

7、根據(jù)本公開的實(shí)施例，襯底的材料為氮化鎵、碳化硅或硅中的一種。

8、根據(jù)本公開的實(shí)施例，上波導(dǎo)層為非摻雜上波導(dǎo)層，材料為ingan、gan或algan中的一種；上波導(dǎo)層的生長(zhǎng)溫度高于有源層的生長(zhǎng)溫度。

9、根據(jù)本公開的實(shí)施例，襯底與n型限制層之間還包括非摻雜gan層。

10、本公開第二方面提供了一種根據(jù)上述的gan基激光芯片的制備方法，包括：s1，在襯底上依次生長(zhǎng)n型限制層、下波導(dǎo)層、有源層、上波導(dǎo)層和p型限制層；s2，刻蝕去除p型限制層兩側(cè)的區(qū)域，在刻蝕后的樣品表面蒸鍍鈍化材料，去除p型限制層上方多余的鈍化材料，形成兩側(cè)存在的鈍化層；s3，在p型限制層和鈍化層上方進(jìn)行蒸鍍，形成電流擴(kuò)展層；s4，蒸鍍p型電極材料，去除p型限制層上方的p型電極材料，使電流擴(kuò)展層中至少部分暴露于空氣中，得到p型電極；其中，p型限制層、電流擴(kuò)展層和空氣層共同構(gòu)成上限制層；s5，在襯底下進(jìn)行蒸鍍，形成n型電極，得到gan基激光芯片。

11、本公開的gan基激光芯片利用p型限制層、電流擴(kuò)展層和空氣層共同構(gòu)成上限制層，減薄了p型限制層的厚度和縮短了p型限制層的生長(zhǎng)時(shí)間，降低了激光器的電阻，減少了對(duì)量子阱的破壞；并通過引入低折射率的電流擴(kuò)展層和空氣層，增加了激光器光場(chǎng)限制，提高了gan基激光器的輸出功率和光電轉(zhuǎn)化效率。

技術(shù)特征：

1.一種gan基激光芯片，其特征在于，至下而上依次包括：n型電極（20）、襯底（10）、n型限制層（12）、下波導(dǎo)層（13）、有源層（14）、上波導(dǎo)層（15）、上限制層和p型電極（19）；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的gan基激光芯片，其特征在于，所述p型限制層（16）的材料為algan，生長(zhǎng)溫度為900~1200℃，厚度為50~200nm；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的gan基激光芯片，其特征在于，所述電流擴(kuò)展層（17）的材料為ito或其他折射率小于所述p型限制層（16）的金屬材料，厚度為10~100nm；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的gan基激光芯片，其特征在于，所述鈍化層（18）的材料為二氧化硅或氮化硅，厚度與所述p型限制層（16）的厚度相同；

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的gan基激光芯片，其特征在于，所述p型電極（19）的位置與所述鈍化層（18）的位置相對(duì)應(yīng)；

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的gan基激光芯片，其特征在于，所述有源層（14）為由量子阱層和量子壘層組成的單量子阱結(jié)構(gòu)或者多量子阱結(jié)構(gòu)，發(fā)光波長(zhǎng)為300～600nm；所述有源層（14）的生長(zhǎng)溫度為700~900℃；

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的gan基激光芯片，其特征在于，所述襯底（10）的材料為氮化鎵、碳化硅或硅中的一種。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的gan基激光芯片，其特征在于，所述上波導(dǎo)層（15）為非摻雜上波導(dǎo)層，材料為ingan、gan或algan中的一種；

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的gan基激光芯片，其特征在于，所述襯底（10）與所述n型限制層（12）之間還包括非摻雜gan層（11）。

10.一種根據(jù)權(quán)利要求1~9中任意一項(xiàng)所述的gan基激光芯片的制備方法，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
本公開提供了一種GaN基激光芯片及其制備方法，該GaN基激光芯片至下而上依次包括：n型電極（20）、襯底（10）、n型限制層（12）、下波導(dǎo)層（13）、有源層（14）、上波導(dǎo)層（15）、上限制層和p型電極（19）；其中，上限制層至下而上依次包括：p型限制層（16）、電流擴(kuò)展層（17）和空氣層；p型限制層（16）兩側(cè)設(shè)有鈍化層（18），空氣層形成于p型電極（19）的中間，p型電極（19）在XY平面內(nèi)的正投影不覆蓋p型限制層（16）在XY平面內(nèi)的正投影。本公開的GaN基激光芯片利用p型限制層（16）、電流擴(kuò)展層（17）和空氣層共同構(gòu)成上限制層，增加激光器光場(chǎng)限制，減小激光器的模式損耗，并降低激光器的串聯(lián)電阻。

技術(shù)研發(fā)人員：楊靜,趙德剛,張宇恒,梁鋒,劉宗順
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6