光量子环形激光器及其制造方法技术

一种光量子环形（ＰＱＲ）激光器包括具有多量子阱（ＭＱＷ）结构和蚀刻的侧面的活性层。在承载基板上放置的反射体上外延生长的ｐ－ＧａＮ和ｎ－ＧａＮ层之间夹有所述活性层。在活性层的侧面的外侧上形成涂层，上部电极与ｎ－ＧａＮ层的上部电连接，和在ｎ－ＧａＮ层和上部电极上形成分布布喇格反射体（ＤＢＲ）。因此，ＰＱＲ激光器能够振荡适用于低能耗显示设备的节能垂直主导３Ｄ多模激光器，防止光散斑现象，并产生调焦３Ｄ柔和光。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术概括地涉及半导体激光器，更具体地涉及适于振荡用于低功率显示设备的 多模激光器的GaN基光量子环形激光器，以及其制造方法。
技术介绍
本领域内众所周知的是，发光二极管(LED)是显示领域内关注的焦点，因为其出 众的性能例如防振性、高可靠性、低能耗等。所述LED已经广泛用于不同领域的工业应用中，例如移动显示的背光源、公路上 的路标、机场标识、股票报价牌、地铁指示牌、交通工具中安装的发光体等，近来还用于交通 信号灯以降低能耗。具体而言，GaN基LED可以应用黄色荧光粉以产生互补色黄光和蓝光的组合，从而 很容易地产生白光。然而，结构上限制了其增强光提取效率，因为激光束仅通过自发发射而 不是受激发射产生。因此，已经有关于谐振腔LED (RCLED)的研究，其通过在LED中添加谐振器而形成， 以改善光的直线性和强度，或者减少半宽度(FWHM)至若干纳米，这样可以降低能耗而不消 弱亮度。垂直腔面发射激光器(VCSEL)的更加改善的谐振腔也用于尝试通过受激发射进行 垂直产生激光。然而，RCLED和VCSEL的缺点是，相比于其输出，它们需要高电压或强电流，这导致 产生大量的热损失。为了补救所述LED问题，尝试使用粗糙图案衬底(PS)LED或开发具有 粗糙表面(RS)的LED，但是都不能真正解决高电压的问题。为了解决现有RCLED和VCSEL中的不足，许多研究者都在积极开发较低能耗的3D VCSEL型光量子环形(PQR)激光器。PQR激光器，不同于VCSEL激光器，不需要高电流并且 非常耐热，因此相比于任何其它LED，光转化和热性能显著改善。
技术实现思路
因此，本专利技术的首要目的是提供适用于低功率显示设备的光量子环形激光器 (PQR)及其制造方法，其中在GaN基多量子阱(MQW)结构之上和之下形成反射体，以振荡节 能垂直主导3D多模激光器。本专利技术的另一个目的是提供能够防止光散斑现象并产生调焦3D柔和光的光量子 环形激光器及其制造方法，其中在GaN基MQW结构之上和之下形成反射体，以振荡节能垂直 主导3D多模激光器。依据本专利技术的一个方面，本专利技术提供一种光量子环形(PQR)激光器，其包括具有多量子阱(MQW)结构和蚀刻的侧面的活性层；外延生长的n-GaN和p_GaN层，所述活性层夹在其间；位于承载基板上的反射体，其上具有P-GaN层；在活性层的侧面的外侧上形成的涂层；与n-GaN层的上部电连接的上部电极；和在n-GaN层和上部电极上形成的分布布喇格反射体(DBR)。依据本专利技术的另一方面，本专利技术提供一种光量子环形激光器的制造方法，其包括 如下步骤在蓝宝石衬底上依次形成n-GaN层、活性层、p-GaNg层和反射体；在反射体上粘附承载基板，并去除蓝宝石衬底；实施选择性蚀刻以曝光活性层的侧面并在活性层的侧面的外侧上形成涂层；在所述涂层上形成与n-GaN层电连接的上部电极；以及在上部电极和n-GaN层上具有与活性层和n_GaN层相同宽度的区域内形成分布布 喇格反射体(DBR)。依据本专利技术，通过在GaN基活性层之上及之下沉积DBR和金属反射体制造光量子 环形激光器，以使其可以振荡适用于低功率显示设备的节能垂直主导3D多模激光器，防止 光散斑现象，并产生调焦3D柔和光。另外，相比于传统LED，所述PQR激光器的使用增大了响应速度至GHz范围。这导 致性能的显著改善，如高频调制和脉冲调制，从而使LED的应用范围可以扩展到不仅是照 明设备，还有便携式电话、下一代显示设备等。附图说明本专利技术的上述目的和其他目的及性能将由下面的优选实施方案结合附图进行说 明，其中图1显示了依据本专利技术的实施方案的光量子环形(PQR)激光器的3D环形空腔的 结构图；图2说明了依据本专利技术的实施方案的蓝色PQR激光器结构的截面图；图3图解显示依据本专利技术的蓝色PQR激光器的发光状态；图4-图11说明了依据本专利技术的实施方案蓝色PQR激光器的制造方法；图12显示了与依据本专利技术的PQR激光器的阵列芯片中的注入电流相关的振荡光 谱；和图13显示了依据本专利技术的PQR激光器的L-I曲线。 具体实施例方式如以下将被讨论的，本专利技术的技术要点是制造蓝色光量子环形(PQR)激光器，通 过在蓝宝石衬底上依次形成n-GaN层、活性层、p-GaN层和反射体；在其上粘附承载基板；去 除蓝宝石衬底；图案化以曝光活性层；形成钝化层；在其外侧上涂布聚酰亚胺并使其平坦 化；和在其上形成上部电极和分布布喇格反射体(DBR)。因此，所述技术方案的应用能克服 现有技术的问题。以下，将参考附图详细说明本专利技术的实施方案。图1A和1B显示了依据本专利技术的实施方案PQR激光器的3D环形空腔的结构。特 别是，图1A说明了一部分PQR激光器的透视图，图1B说明了具有在PQR激光器中产生的 Bessel场轮廓的螺旋形波的图案。图IA中显示的PQR激光器通常在3D Rayleigh-Fabry-Perot (RFP)条件下通过垂 直限制光子和水平限制光子形成环形空腔型回音廊(WG)模式，所述垂直限制光子具有在 活性多量子阱(MQW)层之上和之下排列的DBR，所述水平限制光子具有在包括PQR激光器的 活性MQW层的侧壁周围发生的总反射。此时，在定义为环形室的环内的MQW层的活性QW平 面上的载流子以量子线(QWR)的同心圆的形式通过光量子围栅效应再分布，这样通过电子 空穴复合产生光子。而且，PQR激光器的振荡模式波长和模间间隔(IMS)可以通过缩减PQR激光器的 半径R来调节。具体而言，通过缩减PQR激光器的半径R，也可以调节PQR激光器的IMS，其 在数nm至数十nm的PQR激光器的包迹波长范围内独立地在多个波长下振荡。IMS调节进 而可以确定PQR激光器的整个包迹线内的振荡模式的数量，从而控制PQR激光器中能耗的 量。在所述PQR激光器中，沿3D环形RFP空腔中的活性MQW层的圆周边缘确定 Rayleigh环。以超低阈值电流状态驱动PQR激光器，同时降低Rayleigh环中特定QWR同心 环的电子空穴复合。因此，在环上振荡的PQR激光器超越了在其中心内的自跃迁型LED的 发光性能，其输出波长可以依靠QWR性能而保持稳定。图2是显示依据本专利技术的实施方案的蓝色PQR激光器的结构的截面图。参考图2，蓝色PQR激光器包括半导体衬底200、反射体202、p_GaN层204、活性层 206、n-GaN层208、钝化层210、涂层212、上部电极214和DBR 216。半导体衬底200用于 支持在其上形成的上部结构，并可以由例如硅(Si)或其它金属制成。在半导体衬底200上相同的宽度的区域内形成活性层206、n-GaN层208和DBR 216，反射体202位于半导体衬底200上并由金属例如银(Ag)等制成以具有高达90%或更 高的反射率。而且，在反射体202上，活性层206夹在外延生长的分别使用镁(Mg)和硅(Si)的 P-GaN层204和n-GaN层208之间。活性层206具有MQW结构，在其中GaN层作为阻挡层和 InGaN或AlInGaN层作为阱层交替沉积以形成例如四层叠层。依据该MQW结构，例如，可形 成四个量子阱，而通过调节材料组成比例(例如铟(In)、铝(Al)等)，而后选择发光波长范 围可以产生蓝光、绿光和红光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光量子环形（ＰＱＲ）激光器，其包含：具有多量子阱（ＭＱＷ）结构和蚀刻的侧面的活性层；外延生长的ｐ－ＧａＮ和ｎ－ＧａＮ层，在其间夹有所述活性层；在承载基板上放置的并在其上具有所述ｐ－ＧａＮ层的反射体；在所述活性层的侧面的外侧上形成的涂层；与所述ｎ－ＧａＮ层的上部电连接的上部电极；和在所述ｎ－ＧａＮ层和上部电极上形成的分布布喇格反射体（ＤＢＲ）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】KR 2008-1-21 10-2008-0006300;KR 2008-4-10 10-2008-一种光量子环形(PQR)激光器，其包含具有多量子阱(MQW)结构和蚀刻的侧面的活性层；外延生长的p-GaN和n-GaN层，在其间夹有所述活性层；在承载基板上放置的并在其上具有所述p-GaN层的反射体；在所述活性层的侧面的外侧上形成的涂层；与所述n-GaN层的上部电连接的上部电极；和在所述n-GaN层和上部电极上形成的分布布喇格反射体(DBR)。2.权利要求1的PQR激光器，其中所述反射体是通过使用银(Ag)形成的。3.权利要求1的PQR激光器，其中所述DBR是通过使用Ti02/Si02或SiNx/Si02结构的 介电材料形成的。4.权利要求1的PQR激光器，其中所述DBR形成在GaN/AlxGai_xN结构中。5.权利要求1的PQR激光器，其中所述活性层是通过使用InGaN或InAlGaN形成的。6.权利要求5的PQR激光器，其中PQR激光器通过调节所述活性层中含有的铟(In)组 分和铝(A1)组分的组成比例来选择发光波长范围。7.权利要求1的PQR激光器，其中所述PQR激光器通过调节其半径确定模间间隔 (IMS)。8.权利要求1的PQR激光器，其还包含 在所述活性层和所述涂层之...

【专利技术属性】
技术研发人员：权五大，申美香，李承恩，张荣洽，金愥千，尹俊镐，
申请(专利权)人：浦项工科大学校产学协力团，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]