一种超薄GaN量子阱深紫外激光器制备方法及深紫外激光器技术

一种超薄GaN量子阱深紫外激光器制备方法，所述方法包括步骤：准备MOCVD反应室及蓝宝石衬底；在所述蓝宝石衬底上沉积第一厚度的AIN缓冲层；在所述AIN缓冲层上生长第二厚度的AIN模板；在所述AIN模板上形成预设周期的量子阱结构；在所述量子阱结构上生长第三厚度的AIN帽层；从所述蓝宝石衬底的背面抛光减薄至预设厚度；在所述蓝宝石衬底上形成隐形凹槽；沿所述隐形凹槽方向在所述蓝宝石衬底上形成光泵浦激光条。本申请提供的一种超薄GaN量子阱深紫外激光器制备方法及深紫外激光器将多周期超薄GaN量子阱作为深紫外激光器的增益区，该量子阱具有较高的辐射发光效率，同时具备横电(TE)模式的偏振特性。备横电(TE)模式的偏振特性。备横电(TE)模式的偏振特性。

【技术实现步骤摘要】
一种超薄GaN量子阱深紫外激光器制备方法及深紫外激光器


[0001]本专利技术属于深紫外激光器
，具体涉及一种超薄GaN量子阱深紫外激光器制备方法及深紫外激光器。

技术介绍

[0002]深紫外激光器具有光子能量高、聚焦能力强、光谱分辨率高等优点，在激光武器、保密通信、生物试剂检测、高密度光学存储、皮肤病学、材料精细加工等军用和民用领域具有广阔的应用前景。其中，半导体深紫外激光器具有体积小、寿命长、易集成、发光波长可调、节能环保等优势，可作为大型有毒气体激光器和低效率固体激光器的替代品，是未来紫外激光器发展的主要趋势，具有巨大的社会和经济价值。
[0003]目前，半导体深紫外激光器最常用的材料体系是III族氮化物中的AIGaN合金。作为一种直接带隙宽禁带半导体材料，AIGaN合金的禁带宽度可通过改变AI元素的掺入量从3.4eV(GaN)到6.2eV(AIN)间连续可调，实现365nm
‑
200nm光谱范围内的发光。通常，AIGaN基半导体深紫外激光器可由MOCVD技术外延生长多层不同组分和掺杂的AIGaN薄膜堆叠构成，包括AIN模板、量子阱、波导层、载流子限制层等结构。其中，作为增益区的AIGaN量子阱可在波导层的限制下实现受激光放大，是深紫外激光器的核心结构。通过提高量子阱的AI组分(AI组分＞0.4)，可以实现其波长从200nm
‑
280nm间的深紫外光发射。
[0004]然而，AIGaN量子阱中普遍存在强极化场下的量子限制斯塔克效应，电子和空穴的波函数在极化电场的作用下发生空间分离，难以实现高效率的辐射发光，只有在大幅提升注入载流子的浓度下才能对极化电场产生屏蔽作用，因此会增大激光器的激射阈值。此外，随着发光波长的蓝移，高AI组分的AIGaN材料的能带结构逐渐从GaN向AIN转变，其发光偏振模式也从GaN的横电模式(TE)转变为AIN的横磁模式(TM)。通过求解Maxwell方程组可以得到，解理面腔镜反射具有很强的偏振选择性，TM模式(Ez≠0，Ey＝0，Ex≠0)下的光的反射率普遍低于TE模式(Ez＝0，Ey≠0，Ex＝0)下的光的反射率，即TM模的反射损耗普遍高于TE模的反射损耗，这使得TM偏振光难以有效地应用于边发射的深紫外激光器中。

技术实现思路

[0005]鉴于上述问题，本专利技术提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种超薄GaN量子阱深紫外激光器制备方法及深紫外激光器。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种超薄GaN量子阱深紫外激光器制备方法，所述方法包括步骤：
[0007]准备MOCVD反应室及蓝宝石衬底；
[0008]在所述蓝宝石衬底上沉积第一厚度的AIN缓冲层；
[0009]在所述AIN缓冲层上生长第二厚度的AIN模板；
[0010]在所述AIN模板上形成预设周期的量子阱结构；
[0011]在所述量子阱结构上生长第三厚度的AIN帽层；
[0012]从所述蓝宝石衬底的背面抛光减薄至预设厚度；
[0013]在所述蓝宝石衬底上形成隐形凹槽；
[0014]沿所述隐形凹槽方向在所述蓝宝石衬底上形成光泵蒲激光条。
[0015]优选地，所述在所述蓝宝石衬底上沉积第一厚度的AIN缓冲层包括步骤：
[0016]设置所述MOCVD反应室的温度为750℃；
[0017]设置所述MOCVD反应室的压力为55torr；
[0018]向所述MOCVD反应室内持续通入5.2分钟的氢气、三甲基铝和NH3；
[0019]在所述蓝宝石衬底上沉积15nm的AIN缓冲层。
[0020]优选地，所述在所述AIN缓冲层上生长第二厚度的AIN模板包括步骤：
[0021]设置所述MOCVD反应室的温度为1230℃；
[0022]设置所述MOCVD反应室的压力为50torr；
[0023]向所述MOCVD反应室内持续通入70分钟的氢气、三甲基铝和NH3；
[0024]在所述AIN缓冲层上生长3μm厚的AIN模板。
[0025]优选地，所述在所述AIN模板上形成预设周期的量子阱结构包括步骤：
[0026]在所述AIN模板上生长第四厚度的AIN量子垒；
[0027]在所述AIN量子垒上生长第五厚度的GaN量子阱，并返回所述在所述AIN模板上生长第四厚度的AIN量子垒步骤直至形成预设周期的量子阱结构。
[0028]优选地，所述在所述AIN模板上生长第四厚度的AIN量子垒包括步骤：
[0029]设置所述MOCVD反应室的温度为1040℃；
[0030]设置所述MOCVD反应室的压力为50torr；
[0031]向所述MOCVD反应室内持续通入18秒的氢气、三甲基铝和NH3；
[0032]在所述AIN模板上生长1.5nm厚的AIN量子垒。
[0033]优选地，所述在所述AIN量子垒上生长第五厚度的GaN量子阱包括步骤：
[0034]设置所述MOCVD反应室的温度为1040℃；
[0035]设置所述MOCVD反应室的压力为50torr；
[0036]向所述MOCVD反应室内持续通入5.4秒的氢气、三甲基镓和NH3；
[0037]在所述AIN量子垒上生长1nm厚的GaN量子阱。
[0038]优选地，所述在所述量子阱结构上生长第三厚度的AIN帽层包括步骤：
[0039]设置所述MOCVD反应室的温度为1040℃；
[0040]设置所述MOCVD反应室的压力为50torr；
[0041]向所述MOCVD反应室内持续通入1.5分钟的氢气、三甲基铝和NH3；
[0042]在所述量子阱结构上生长10nm厚的AIN帽层。
[0043]优选地，所述在所述蓝宝石衬底上形成隐形凹槽包括步骤：
[0044]沿平行于所述蓝宝石衬底的切边面方向对其进行激光划刻形成所述隐形凹槽。
[0045]优选地，所述沿所述隐形凹槽方向在所述蓝宝石衬底上形成光泵蒲激光条包括步骤：
[0046]准备裂片机；
[0047]使用所述裂片机沿所述隐形凹槽方向在所述蓝宝石衬底上施力自然解理形成腔长1mm的所述光泵浦激光条；
[0048]将解理形成的光滑侧面作为所述深紫外激光器的Fabry
‑
P
é
rot腔面。
[0049]本申请还提供了一种超薄GaN量子阱深紫外激光器，由上述中任一所述的超薄GaN量子阱深紫外激光器制备方法制备得到。
[0050]本专利技术实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：本申请提供的一种超薄GaN量子阱深紫外激光器制备方法及深紫外激光器，将厚度只有数个原子单层的多周期超薄GaN/AIN量子阱取代传统的AIGaN量子阱作为深紫外激光器的增益区，从而将GaN的带隙从3.4eV拉宽至约5eV左右，相应的发光波长可到达242249nm之本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超薄GaN量子阱深紫外激光器制备方法，其特征在于，所述方法包括步骤：准备MOCVD反应室及蓝宝石衬底；在所述蓝宝石衬底上沉积第一厚度的AlN缓冲层；在所述AIN缓冲层上生长第二厚度的AIN模板；在所述AIN模板上形成预设周期的量子阱结构；在所述量子阱结构上生长第三厚度的AIN帽层；从所述蓝宝石衬底的背面抛光减薄至预设厚度；在所述蓝宝石衬底上形成隐形凹槽；沿所述隐形凹槽方向在所述蓝宝石衬底上形成光泵浦激光条。2.根据权利要求1所述的超薄GaN量子阱深紫外激光器制备方法，其特征在于，所述在所述蓝宝石衬底上沉积第一厚度的AIN缓冲层包括步骤：设置所述MOCVD反应室的温度为750℃；设置所述MOCVD反应室的压力为55torr；向所述MOCVD反应室内持续通入5.2分钟的氢气、三甲基铝和NH3；在所述蓝宝石衬底上沉积15nm的AIN缓冲层。3.根据权利要求1所述的超薄GaN量子阱深紫外激光器制备方法，其特征在于，所述在所述AIN缓冲层上生长第二厚度的AIN模板包括步骤：设置所述MOCVD反应室的温度为1230℃；设置所述MOCVD反应室的压力为50torr；向所述MOCVD反应室内持续通入70分钟的氢气、三甲基铝和NH3；在所述AIN缓冲层上生长3μm厚的AIN模板。4.根据权利要求1所述的超薄GaN量子阱深紫外激光器制备方法，其特征在于，所述在所述AIN模板上形成预设周期的量子阱结构包括步骤：在所述AIN模板上生长第四厚度的AIN量子垒；在所述AIN量子垒上生长第五厚度的GaN量子阱，并返回所述在所述AIN模板上生长第四厚度的AIN量子垒步骤直至形成预设周期的量子阱结构。5.根据权利要求4所述的超薄GaN量子阱深紫外激光器制备方法，其特征在于，所述在所述AIN模板上生长第四厚度的AIN量子垒包括步骤：设置所述MOCVD反应室的温度为1040℃；...

【专利技术属性】
技术研发人员：单茂诚，张毅，张会雪，赵永明，陈长清，李晓航，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：