InGaN/GaN量子阱激光器及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种InGaN/GaN量子阱激光器，其包括：衬底；依序在衬底上的低温GaN缓冲层、高温n型GaN层和n型AlGaN光限制层；在n型AlGaN光限制层上的n型InGaN下波导层；在n型InGaN下波导层上的InGaN/GaN量子阱有源区；在InGaN/GaN量子阱有源区上的u型InGaN上波导层；在u型InGaN上波导层上的p型AlGaN电子阻挡层；在p型AlGaN电子阻挡层上的p型AlGaN/GaN光限制层；在p型AlGaN/GaN光限制层上的p型GaN欧姆接触层。本发明专利技术还公开一种该InGaN/GaN量子阱激光器的制作方法。本发明专利技术采用1～2个单原子层厚度的In

InGaN/GaN quantum well laser and manufacturing method thereof

The invention discloses a InGaN/GaN quantum well laser, which comprises: a substrate; in a low-temperature GaN buffer layer on the substrate, sequence of high temperature n type GaN n type AlGaN layer and optical limiting layer; in the n AlGaN light confinement layer on the N type InGaN waveguide layer; InGaN/GaN quantum well active region in n InGaN waveguide layer; in InGaN/GaN quantum well active region on the U InGaN InGaN u in the waveguide layer; waveguide layer on the P type AlGaN electron blocking layer; in type P AlGaN type P AlGaN/GaN electron blocking layer on the optical confinement layer; in P type AlGaN/GaN optical limiting layer on the P GaN the ohmic contact layer. The invention also discloses a method for manufacturing the InGaN/GaN quantum well laser. The invention employs In with 1~2 single atomic layer thicknesses

【技术实现步骤摘要】
InGaN/GaN量子阱激光器及其制作方法
本专利技术属于半导体
，具体地讲，涉及一种InGaN/GaN量子阱激光器及其制作方法。
技术介绍
GaN基半导体激光器，通常采用InGaN/GaN量子阱作为有源区。由于In-N键能弱，分解温度低，但是Ga-N键能强，分解温度高，导致最优的InGaN量子阱的生长温度与最佳的GaN量子垒的生长温度有较大的差别。因此我们通常采用双温生长的方法生长InGaN/GaN量子阱有源区，即InGaN量子阱层采用较低温度生长(一般低于750℃)，GaN垒层采用较高温度生长(一般高于900℃)。但是在由较低的量子阱生长温度升高至较高的垒温的过程中，InGaN量子阱层往往发生分解。为了解决InGaN量子阱层发生分解的问题，现有的技术方案是在生长完低温InGaN量子阱后，生长一层薄层的GaN盖层，之后再升温至量子垒的温度。这样，GaN盖层可以保护InGaN层在升温过程中不分解。但是对于InGaN/GaN绿光量子阱，由于InGaN量子阱层有更高的In组分，在采用MOCVD的方法生长时，需要更低的温度与更高的In/Ga比。由于低温下原子迁移率低，InGaN的AFM(原子力显微镜)形貌一般是一些沿台阶分布的量子点或者二维岛状的形貌，二维岛的高度大约为1～2个单原子层。在这种二维岛的形貌之上再生长GaN盖层，导致GaN盖层的质量很差。并且高In组分的InGaN量子阱有源区本身InGaN相分离严重，再生长质量较差的低温GaN盖层后，升温到垒温以及高温垒生长过程中，会导致InGaN量子阱层的分解。在随后生长激光器结构的高温p型AlGaN限制层时，也会导致InGaN/GaN量子阱有源区发生热退化，在荧光显微镜照片中有很多发光暗斑。
技术实现思路
为了解决上述现有技术存在的问题，本专利技术的一目的在于提供一种InGaN/GaN量子阱激光器，其包括：衬底；在所述衬底上的低温GaN缓冲层；在所述低温GaN缓冲层上的高温n型GaN层；在所述高温n型GaN层上的n型AlGaN光限制层；在所述n型AlGaN光限制层上的n型InGaN下波导层；在所述n型InGaN下波导层上的InGaN/GaN量子阱有源区；在所述InGaN/GaN量子阱有源区上的u型InGaN上波导层；在所述u型InGaN上波导层上的p型AlGaN电子阻挡层；在所述p型AlGaN电子阻挡层上的p型AlGaN/GaN光限制层；在所述p型AlGaN/GaN光限制层上的p型GaN欧姆接触层。进一步地，所述InGaN/GaN量子阱有源区包括至少一个InGaN/GaN量子阱；当所述InGaN/GaN量子阱的数量为至少两个时，所述至少两个InGaN/GaN量子阱层叠在所述n型InGaN下波导层上；所述InGaN/GaN量子阱包括依序层叠的u型InGaN量子阱层、u型InGaN插入盖层、u型GaN盖层以及u型GaN量子垒层；所述u型InGaN插入盖层中的In组分小于所述u型InGaN量子阱层中的In组分。进一步地，所述u型InGaN插入盖层中的In组分均匀；或者所述u型InGaN插入盖层中的In组分随着所述u型InGaN插入盖层的厚度的增加而逐渐减小。进一步地，所述u型InGaN插入盖层的厚度为0.3nm～1nm。进一步地，采用n型AlGaN/GaN光限制层代替所述n型AlGaN光限制层；所述n型AlGaN/GaN光限制层包括层叠在所述高温n型GaN层上的多个n型AlGaN/GaN超晶格；每个n型AlGaN/GaN超晶格包括依序层叠的n型AlGaN层和n型GaN层。进一步地，所述n型InGaN下波导层和所述u型InGaN上波导层分别采用GaN层代替和/或采用厚度为200nm～1000nm的p型AlGaN层代替所述p型AlGaN/GaN光限制层和/或采用掺Mg浓度至少为1×1020cm-3的p型InGaN层替代所述p型GaN欧姆接触层。本专利技术的另一目的在于提供一种InGaN/GaN量子阱激光器的制作方法，其包括：在衬底上生长形成低温GaN缓冲层；在所述低温GaN缓冲层上生长形成高温n型GaN层；在所述高温n型GaN层上生长形成n型AlGaN光限制层；在所述n型AlGaN光限制层上生长形成n型InGaN下波导层；在所述n型InGaN下波导层上生长形成InGaN/GaN量子阱有源区；在所述InGaN/GaN量子阱有源区上生长形成u型InGaN上波导层；在所述u型InGaN上波导层上生长形成p型AlGaN电子阻挡层；在所述p型AlGaN电子阻挡层上生长形成p型AlGaN/GaN光限制层；在所述p型AlGaN/GaN光限制层上生长形成p型GaN欧姆接触层。进一步地，在所述n型InGaN下波导层上生长形成InGaN/GaN量子阱有源区的方法中，生长形成InGaN/GaN量子阱有源区的具体方法为：在所述n型InGaN下波导层上生长形成至少一个InGaN/GaN量子阱；其中，当所述InGaN/GaN量子阱的数量为至少两个时，所述至少两个InGaN/GaN量子阱层叠在所述n型InGaN下波导层上；生长形成每个InGaN/GaN量子阱的具体方法为：依序生长形成u型InGaN量子阱层、u型InGaN插入盖层、u型GaN盖层以及u型GaN量子垒层；其中，所述u型InGaN插入盖层中的In组分小于所述u型InGaN量子阱层的In组分。本专利技术的有益效果：本专利技术采用1～2个单原子层厚度(即厚度为0.3nm～1nm)的InxGa1-xN插入盖层可以使表面二维岛状的形貌变得平整，从而In组分分布更加均匀，并且使之后形成的GaN盖层有更好的质量，在升温过程中保证InGaN量子阱不会发生分解，并且在之后的高温生长p型AlGaN/GaN光限制层的过程中不会发生热退化。附图说明通过结合附图进行的以下描述，本专利技术的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：图1是根据本专利技术的实施例的InGaN/GaN量子阱激光器的结构示意图；图2是根据本专利技术的实施例的一个InxGa1-xN/GaN量子阱的结构示意图；图3是采用传统的GaN盖层的InGaN/GaN量子阱激光器和本专利技术的实施例的InGaN/GaN量子阱激光器的荧光显微镜图；图4是根据本专利技术的实施例的InGaN/GaN量子阱激光器的制备方法的流程图；图5是根据本专利技术的实施例的每个InGaN/GaN量子阱的生长示意图。具体实施方式以下，将参照附图来详细描述本专利技术的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本专利技术，并且本专利技术不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本专利技术的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本专利技术的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。在本专利技术的术语中，p型表示掺Mg，u型表示不掺杂，n型表示掺Si等。图1是根据本专利技术的实施例的InGaN/GaN量子阱激光器的结构示意图。参照图1，根据本专利技术的实施例的InGaN/GaN量子阱激光器包括：衬底1；生长在衬底1上的低温GaN缓冲层2a；生长在低温GaN缓冲层2a上的高温n型GaN层2b；生长在高温n型GaN层2b上的n型AlGaN光限制层3；生长在n型AlGaN光限制层3上的n型InGaN下波导层4；生长在n型InGaN下波导本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种InGaN/GaN量子阱激光器，其特征在于，包括：衬底；在所述衬底上的低温GaN缓冲层；在所述低温GaN缓冲层上的高温n型GaN层；在所述高温n型GaN层上的n型AlGaN光限制层；在所述n型AlGaN光限制层上的n型InGaN下波导层；在所述n型InGaN下波导层上的InGaN/GaN量子阱有源区；在所述InGaN/GaN量子阱有源区上的u型InGaN上波导层；在所述u型InGaN上波导层上的p型AlGaN电子阻挡层；在所述p型AlGaN电子阻挡层上的p型AlGaN/GaN光限制层；在所述p型AlGaN/GaN光限制层上的p型GaN欧姆接触层。

【技术特征摘要】
1.一种InGaN/GaN量子阱激光器，其特征在于，包括：衬底；在所述衬底上的低温GaN缓冲层；在所述低温GaN缓冲层上的高温n型GaN层；在所述高温n型GaN层上的n型AlGaN光限制层；在所述n型AlGaN光限制层上的n型InGaN下波导层；在所述n型InGaN下波导层上的InGaN/GaN量子阱有源区；在所述InGaN/GaN量子阱有源区上的u型InGaN上波导层；在所述u型InGaN上波导层上的p型AlGaN电子阻挡层；在所述p型AlGaN电子阻挡层上的p型AlGaN/GaN光限制层；在所述p型AlGaN/GaN光限制层上的p型GaN欧姆接触层。2.根据权利要求1所述的InGaN/GaN量子阱激光器，其特征在于，所述InGaN/GaN量子阱有源区包括至少一个InGaN/GaN量子阱；当所述InGaN/GaN量子阱的数量为至少两个时，所述至少两个InGaN/GaN量子阱层叠在所述n型InGaN下波导层上；所述InGaN/GaN量子阱包括依序层叠的u型InGaN量子阱层、u型InGaN插入盖层、u型GaN盖层以及u型GaN量子垒层；所述u型InGaN插入盖层中的In组分小于所述u型InGaN量子阱层中的In组分。3.根据权利要求2所述的InGaN/GaN量子阱激光器，其特征在于，所述u型InGaN插入盖层中的In组分均匀；或者所述u型InGaN插入盖层中的In组分随着所述u型InGaN插入盖层的厚度的增加而逐渐减小。4.根据权利要求2或3所述的InGaN/GaN量子阱激光器，其特征在于，所述u型InGaN插入盖层的厚度为0.3nm～1nm。5.根据权利要求1至4任一项所述的InGaN/GaN量子阱激光器，其特征在于，所述n型AlGaN光限制层由n型AlGaN/GaN光限制层替代；所述n型AlGaN/GaN光限制层包括层叠在所述高温n型GaN层上的多个n型AlGaN/GaN超晶格；每个n型AlGaN/GaN超晶格包括依序层叠的n型AlGaN层和n型GaN层。6.根据权利要求1至5任一项所述的InGaN/GaN量子阱激光器，其特征在于，所述n型InGaN下波导层和所述u型InGaN上波导层...

【专利技术属性】
技术研发人员：田爱琴，刘建平，张书明，李德尧，张立群，杨辉，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32