低V型缺陷密度的GaN基多量子阱激光器外延片及制备方法技术

低V型缺陷密度的GaN基多量子阱激光器外延片及制备方法，制备方法包括：对衬底(10)进行退火及表面清洁，并在衬底(10)上依次外延生长n型GaN层(11)、n型AlGaN限制层(12)、非故意掺杂下波导层(13)、InGaN/GaN多量子阱发光层(14)、p型AlGaN电子阻挡层(15)、非故意掺杂上波导层(16)、p型AlGaN限制层(17)和p型欧姆接触层(18)，其中，InGaN/GaN多量子阱发光层(14)包括InGaN阱层和GaN垒层，生长GaN垒层时通入TMIn源，以抑制GaN垒层中V型缺陷的形成，消除InGaN/GaN多量子阱中常见的V型缺陷，从而降低器件反向漏电、减少器件吸收损耗并提高量子阱热稳定性。

Epitaxy wafers and fabrication methods of GaN-based multi-quantum well lasers with low V-type defect density

GaN-based multi-quantum well laser epitaxial wafers with low V-type defect density and their preparation methods include annealing and surface cleaning of substrate (10) and epitaxy growth of n-type GaN layer (11), n-type AlGaN limiting layer (12), unintentionally doped lower waveguide layer (13), InGaN/GaN multi-quantum well luminescent layer (14), p-type AlGaN electronic barrier layer (15) and unintentionally doped upper waveguide layer on substrate (10).\uff08 16), p-type AlGaN confinement layer (17) and p-type ohmic contact layer (18), in which InGaN/GaN multi-quantum well luminescent layer (14) includes InGaN well layer and GaN barrier layer. When GaN barrier layer is grown, TMIn source is introduced to inhibit the formation of V-type defects in GaN barrier layer, eliminate the common V-type defects in InGaN/GaN multi-quantum well, so as to reduce device reverse leakage, reduce device absorption loss and improve thermal stability of quantum well. \u3002

【技术实现步骤摘要】
低V型缺陷密度的GaN基多量子阱激光器外延片及制备方法
本公开涉及半导体器件
，具体地，涉及一种低V型缺陷密度的GaN基多量子阱激光器外延片及制备方法。
技术介绍
GaN基材料的光谱覆盖了近红外到深紫外波段，在光电子学领域有重要的应用价值，尤其以InGaN低维结构为有源区的GaN基半导体激光器，可以实现蓝光和绿光激光发射。其中，绿光激光器面临的难点主要有：(1)InGaN阱层In组分较高，一般为20-30％，高In组分InGaN量子阱材料生长困难大，缺陷密度高，发光效率低；(2)高In组分InGaN存在较强的相分凝，组分波动严重，使得后续生长高温P型时，量子阱发生热退化，尤其是存在缺陷的情况下，缺陷处应力不同，造成In组分分布更加不均匀，使量子阱热稳定性进一步变差；(3)由于量子阱层采用高In组分的InGaN材料，InGaN阱层和GaN层的晶格失配增加，量子阱区的应力大，极化效应导致的量子限制斯塔克效应变强；(4)由于GaN垒层采用较低的生长温度生长，原子表面迁移能力低，导致量子阱生长表面存在很多的V型缺陷。V型缺陷会恶化器件的反向漏电特性，并产生额外的热，缩短器件寿命，V型缺陷还会形成吸收中心，增加器件的吸收损耗，增加器件的阈值特性，此外，P型Mg杂质在激光器使用过程中可以通过V型缺陷迁移，造成器件失效。因此，抑制InGaN/GaN多量子阱区缺陷的形成，对增加InGaN/GaN多量子阱的热稳定性、激光器阈值、功率乃至寿命都会有重要影响，尤其是GaN基长波长激光器。经过前期研究，我们发现量子阱中的V-pit缺陷主要形成于低温生长的GaN垒层而不是形成于InGaN阱层，因此要消除GaN基多量子阱激光器外延片中的V型缺陷，对GaN垒层的生长方法的研究至关重要。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本公开提供了一种低V型缺陷密度的GaN基多量子阱激光器外延片及制备方法，解决以上技术问题。(二)技术方案本公开提供了一种低V型缺陷密度的GaN基多量子阱激光器外延片的制备方法，包括：步骤1：对衬底进行退火，并清洁所述衬底的表面；步骤2：在所述衬底上外延生长n型GaN层；步骤3：在所述n型GaN层上外延生长n型AlGaN限制层；步骤4：在所述n型AlGaN限制层上外延生长非故意掺杂下波导层；步骤5：在所述非故意掺杂下波导层上外延生长InGaN/GaN多量子阱发光层，其中，所述InGaN/GaN多量子阱发光层包括InGaN阱层和GaN垒层，在所述GaN垒层生长过程中通入TMIn源，以消除所述InGaN/GaN多量子阱发光层中的V型缺陷；步骤6：在所述InGaN/GaN多量子阱发光层上外延生长p型AlGaN电子阻挡层；步骤7：在所述p型AlGaN电子阻挡层上外延生长非故意掺杂上波导层；步骤8：在所述非故意掺杂上波导层上外延生长p型AlGaN限制层；步骤9：在所述p型AlGaN限制层上外延生长p型欧姆接触层。可选地，所述n型AlGaN限制层中Al组分为5％-20％，其生长温度为1000-1200℃，其厚度为0.1-1μm。可选地，所述非故意掺杂下波导层的材料为GaN或InGaN，其厚度为0.05-0.3μm。可选地，所述InGaN/GaN多量子阱发光层包括1-5个周期的所述InGaN阱层和GaN垒层，其发光波长为400-530nm，所述InGaN阱层中In组分为5％-25％。可选地，所述InGaN/GaN多量子阱发光层的生长温度为680-900℃，在所述GaN垒层生长过程中，通入极小流量的TMIn源，以使得所述GaN垒层的In组分在0-2％。可选地，所述p型AlGaN电子阻挡层中Al组分为10％-20％，其生长温度为900-1200℃，其厚度为10-20nm。可选地，所述非故意掺杂上波导层的材料为GaN或InGaN，其厚度为0.05-0.3μm。可选地，所述p型AlGaN限制层中Al组分为5％-20％，其生长温度为900-1200℃，其厚度为0.1-1μm，其空穴浓度为1×1017cm-3-1×1018cm-3。可选地，所述p型AlGaN限制层还可以设置为AlGaN/GaN超晶格结构。本公开还提供了一种低V型缺陷密度的GaN基多量子阱激光器外延片，包括：衬底；n型GaN层，外延生长在所述衬底上；n型AlGaN限制层，外延生长在所述n型GaN层上；非故意掺杂下波导层，外延生长在所述n型AlGaN限制层上；InGaN/GaN多量子阱发光层，外延生长在所述非故意掺杂下波导层上，其中，所述InGaN/GaN多量子阱发光层包括InGaN阱层和GaN垒层，所述GaN垒层生长过程中通入TMIn源；p型AlGaN电子阻挡层，外延生长在所述InGaN/GaN多量子阱发光层上；非故意掺杂上波导层，外延生长在所述p型AlGaN电子阻挡层上；p型AlGaN限制层，外延生长在所述非故意掺杂上波导层上；p型欧姆接触层，外延生长在所述p型AlGaN限制层上。(三)有益效果本公开提供的低V型缺陷密度的GaN基多量子阱激光器外延片及制备方法，通过在GaN垒层生长过程中通入少量的TMIn源，消除InGaN/GaN多量子阱生长过程中形成的V型缺陷，具有以下有益效果：(1)提高量子阱的热稳定性，增加量子阱的发光效率；(2)减少了器件的反向漏电，减少了InGaN/GaN多量子阱区的应力，抑制量子限制斯塔克效应；(3)减少高In组分InGaN量子阱中富In区的密度，提高量子阱的In组分均匀性，增加峰值增益；(4)减少缺陷密度和高In组分区域密度，减少量子阱区的吸收损耗，降低器件的阈值，增加器件斜率效率；(5)垒层掺入少量In，增加量子阱区的折射率，增加激光器光场限制作用，降低器件阈值；(6)减少量子阱非辐射复合产生的热、减少老化过程中杂质迁移的可能路径，提高器件的寿命和可靠性。附图说明图1示意性示出了本公开实施例提供的低V型缺陷密度的GaN基多量子阱激光器外延片的制备方法的流程图。图2示意性示出了本公开实施例提供的低V型缺陷密度的GaN基多量子阱激光器外延片的结构示意图。图3(a)和(b)分别示出了低温GaN垒层表面形貌图和本公开方法中少量掺入In的GaN表面形貌图。图4(a)和(b)分别示出了本公开方法生长的InGaN/GaN多量子阱表面形貌图和常规方法生长的InGaN/GaN多量子阱表面形貌图。附图标记说明：10-衬底；11-n型GaN层；12-n型AlGaN限制层；13-非故意掺杂下波导层；14-InGaN/GaN多量子阱发光层；15-p型AlGaN电子阻挡层；16-非故意掺杂上波导层；17-p型AlGaN限制层；18-p型欧姆接触层。具体实施方式为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。图1示意性示出了本公开实施例提供的低V型缺陷密度的GaN基多量子阱激光器外延片的制备方法的流程图。图2示意性示出了本公开实施例提供的低V型缺陷密度的GaN基多量子阱激光器外延片的结构示意图。结合图2，对图1所述制备方法进行详细说明，该制备方法包括：步骤1：对衬底10进行退火，并清洁衬底10的表面。在步骤1中，将衬底10在氢气气氛里进行退火，并清洁衬底10的表面。步骤2：在衬底10上外延生长n型GaN本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.低V型缺陷密度的GaN基多量子阱激光器外延片的制备方法，包括：步骤1：对衬底(10)进行退火，并清洁所述衬底(10)的表面；步骤2：在所述衬底(10)上外延生长n型GaN层(11)；步骤3：在所述n型GaN层(11)上外延生长n型AlGaN限制层(12)；步骤4：在所述n型AlGaN限制层(12)上外延生长非故意掺杂下波导层(13)；步骤5：在所述非故意掺杂下波导层(13)上外延生长InGaN/GaN多量子阱发光层(14)，其中，所述InGaN/GaN多量子阱发光层(14)包括InGaN阱层和GaN垒层，在所述GaN垒层生长过程中通入TMIn源，以消除所述InGaN/GaN多量子阱发光层(14)中的V型缺陷；步骤6：在所述InGaN/GaN多量子阱发光层(14)上外延生长p型AlGaN电子阻挡层(15)；步骤7：在所述p型AlGaN电子阻挡层(15)上外延生长非故意掺杂上波导层(16)；步骤8：在所述非故意掺杂上波导层(16)上外延生长p型AlGaN限制层(17)；步骤9：在所述p型AlGaN限制层(17)上外延生长p型欧姆接触层(18)。

【技术特征摘要】
1.低V型缺陷密度的GaN基多量子阱激光器外延片的制备方法，包括：步骤1：对衬底(10)进行退火，并清洁所述衬底(10)的表面；步骤2：在所述衬底(10)上外延生长n型GaN层(11)；步骤3：在所述n型GaN层(11)上外延生长n型AlGaN限制层(12)；步骤4：在所述n型AlGaN限制层(12)上外延生长非故意掺杂下波导层(13)；步骤5：在所述非故意掺杂下波导层(13)上外延生长InGaN/GaN多量子阱发光层(14)，其中，所述InGaN/GaN多量子阱发光层(14)包括InGaN阱层和GaN垒层，在所述GaN垒层生长过程中通入TMIn源，以消除所述InGaN/GaN多量子阱发光层(14)中的V型缺陷；步骤6：在所述InGaN/GaN多量子阱发光层(14)上外延生长p型AlGaN电子阻挡层(15)；步骤7：在所述p型AlGaN电子阻挡层(15)上外延生长非故意掺杂上波导层(16)；步骤8：在所述非故意掺杂上波导层(16)上外延生长p型AlGaN限制层(17)；步骤9：在所述p型AlGaN限制层(17)上外延生长p型欧姆接触层(18)。2.如权利要求1所述的低V型缺陷密度的GaN基多量子阱激光器外延片的制备方法，其中，所述n型AlGaN限制层(12)中Al组分为5％-20％，其生长温度为1000-1200℃，其厚度为0.1-1μm。3.如权利要求1所述的低V型缺陷密度的GaN基多量子阱激光器外延片的制备方法，其中，所述非故意掺杂下波导层(13)的材料为GaN或InGaN，其厚度为0.05-0.3μm。4.如权利要求1所述的低V型缺陷密度的GaN基多量子阱激光器外延片的制备方法，其中，所述InGaN/GaN多量子阱发光层(14)包括1-5个周期的所述InGaN阱层和GaN垒层，其发光波长为400-530nm，所述InGaN阱层中In组分为5％-25％。5.如权利要求1所述的低V型缺陷密度的GaN基多量子阱激光器外延片的制备方法，其中，所述InGaN/GaN多量子阱发光层(...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨静，赵德刚，朱建军，陈平，刘宗顺，梁锋，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11