一种紫外激光器外延片及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种紫外激光器外延片及其制备方法，该制备方法包括：在n型GaN层上制备第一AlGaN限制层，其中，第一AlGaN限制层的Al的组分浓度沿第一方向增加，第一方向为n型GaN层朝向第一AlGaN限制层的方向；在第一AlGaN限制层上制备第一波导层；在第一波导层上制备量子阱发光层，其中，量子阱发光层的发光波长范围包括330nm至390nm；在量子阱发光层上制备第二波导层；以及在第二波导层上制备第二AlGaN限制层，其中，第二AlGaN限制层的Al的组分浓度沿第一方向减小。沿第一方向减小。沿第一方向减小。

【技术实现步骤摘要】
一种紫外激光器外延片及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体器件
，尤其一种紫外激光器外延片及其制备方法。

技术介绍

[0002]GaN基材料也称为III族氮化物材料(包括InN、GaN、AlN、InGaN、AlGaN等，其禁带宽度范围为0.7～6.2eV)，其光谱覆盖了近红外到深紫外波段，被认为是继Si、GaAs之后的第三代半导体，在光电子学领域有重要的应用价值。与蓝绿光激光器相比，紫外激光器难度更大。到目前为止，仅有日本日亚公司可以生长375nm紫外激光器产品，但单管芯售价高达几万元。国际上可以实现紫外激射的科研单位也仅有日本、美国和中国的少数几家单位。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术提供了一种紫外激光器外延片及其制备方法，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。
[0004]作为本专利技术的一个方面，公开了一种紫外激光器外延片的制备方法，包括：
[0005]在n型GaN层上制备第一AlGaN限制层，其中，第一AlGaN限制层的Al的组分浓度沿第一方向增加，第一方向为上述n型GaN层朝向第一AlGaN限制层的方向；
[0006]在第一AlGaN限制层上制备第一波导层；
[0007]在第一波导层3上制备量子阱发光层，其中，量子阱发光层的发光波长范围包括330nm至390nm；
[0008]在量子阱发光层上制备第二波导层；以及
[0009]在第二波导层上制备第二AlGaN限制层，其中，第二AlGaN限制层的Al的组分浓度沿第一方向减小。
[0010]作为本专利技术的另一方面，还公开了一种紫外激光器外延片，包括：
[0011]n型GaN层1；
[0012]第一AlGaN限制层2，设置在所述n型GaN层1上，其中，所述第一AlGaN限制层2的Al的组分浓度沿第一方向增加，所述第一方向为所述n型GaN层1朝向所述第一AlGaN限制层2的方向；
[0013]第一波导层3，设置在所述第一AlGaN限制层2上；
[0014]量子阱发光层4，设置在所述第一波导层3上，其中，所述量子阱发光层4的发光波长范围包括330nm至390nm；
[0015]第二波导层5，设置在所述量子阱发光层4上；以及
[0016]第二AlGaN限制层6，设置在所述第二波导层5上，其中，所述第二AlGaN限制层6的Al的组分浓度沿所述第一方向减小；
[0017]其中，所述第一AlGaN限制层2与所述第二AlGaN限制层6用于阻止载流子泄漏。
[0018]基于以上技术方案，本专利技术的一种紫外激光器外延片及其制备方法至少具有如下有益效果之一：
[0019]本专利技术提供的紫外激光器外延片及其制备方法，通过将均一组分或者超晶格结构的AlGaN上下限制层改为Al组分渐变的限制层(即第一AlGaN限制层与第二AlGaN限制层)，一方面使得AlGaN限制层与波导层(即第一AlGaN限制层与第一波导层之间，第二AlGaN限制层与第二波导层之间)的组分差增加，从而增加激光器的光场限制，另一方面采用Al组分渐变的极化掺杂可以减少Mg掺杂剂的并入，有效的降低激光器的吸收损耗，同时去掉高Al组分AlGaN电子阻挡层，降低紫外激光器的工作电压，提高载流子的限制作用，防止载流子的泄漏，最终提高紫外激光器的性能。
附图说明
[0020]图1是本专利技术实施例中提供的紫外激光器外延片制备方法流程图；
[0021]图2是本专利技术实施例中提供的紫外激光器外延片结构示意图。
[0022]附图标记说明
[0023]1：n型GaN层；
[0024]2：第一AlGaN限制层；
[0025]3：第一波导层；
[0026]4：量子阱发光层；
[0027]5：第二波导层；
[0028]6：第二AlGaN限制层；
[0029]7：衬底；
[0030]8：GaN成核层；
[0031]9：非掺杂GaN层；
[0032]10：p型GaN层。
具体实施方式
[0033]为使本专利技术的目的、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，对本专利技术作进一步的详细说明。
[0034]目前，制约紫外激光器激射的主要难点在于：
[0035](1)由于紫外激光器的量子阱In组分很低，或者完全没有In造成紫外激光器的量子阱发光效率低。
[0036](2)由于紫外激光器采用大量高Al组分AlGaN，造成外延片应力大，易出现裂纹。
[0037](3)高Al组分n型AlGaN层和p型AlGaN层掺杂困难，造成紫外激光器的器件电阻大，载流子注入效率低。
[0038](4)AlGaN/(Al,In)GaN量子阱阱深度浅，造成载流子泄漏量大，尤其是大电流(例如电流可以为3A)注入情况下，电子和空穴存在严重的泄漏问题。
[0039]本专利技术公开了一种紫外激光器外延片的制备方法，包括：
[0040]一种紫外激光器外延片的制备方法，包括：
[0041]在n型GaN层1上制备第一AlGaN限制层2，其中，上述第一AlGaN限制层2的Al的组分浓度沿第一方向增加，上述第一方向为上述n型GaN层1朝向上述第一AlGaN限制层2的方向；
[0042]在上述第一AlGaN限制层2上制备第一波导层3；
[0043]在上述第一波导层3上制备量子阱发光层4，其中，上述量子阱发光层4的发光波长范围包括330nm至390nm；
[0044]在上述量子阱发光层4上制备第二波导层5；以及
[0045]在上述第二波导层5上制备第二AlGaN限制层6，其中，上述第二AlGaN限制层6的Al的组分浓度沿上述第一方向减小。
[0046]在本专利技术的一些实施例中，上述第一AlGaN限制层2与上述第二AlGaN限制层6的Al的组分浓度为5％至30％。
[0047]在本专利技术的一些实施例中，上述第一AlGaN限制层2的制备温度为1000℃至1200℃；
[0048]上述第一AlGaN限制层2的厚度为0.5μm至1μm。
[0049]在本专利技术的一些实施例中，上述第二AlGaN限制层6的制备温度为1000℃至1200℃；
[0050]上述第二AlGaN限制层6的厚度为0.5μm至1μm。
[0051]在本专利技术的一些实施例中，
[0052]上述第一AlGaN限制层2中硅的掺杂浓度为0；
[0053]上述第二AlGaN限制层6中镁的掺杂浓度为0。
[0054]在本专利技术的一些实施例中，上述制备方法还包括：
[0055]在衬底7上制备GaN成核层8；
[0056]在上述GaN成核层8上制备非掺杂GaN层9；
[0057]在上述非掺杂GaN层9上制备上述n型GaN层1；以及
[0058]在上述第二AlGaN限制层6上制备p型GaN层10。
[0059本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种紫外激光器外延片的制备方法，包括：在n型GaN层(1)上制备第一AlGaN限制层(2)，其中，所述第一AlGaN限制层(2)的Al的组分浓度沿第一方向增加，所述第一方向为所述n型GaN层(1)朝向所述第一AlGaN限制层(2)的方向；在所述第一AlGaN限制层(2)上制备第一波导层(3)；在所述第一波导层(3)上制备量子阱发光层(4)，其中，所述量子阱发光层(4)的发光波长范围包括330nm至390nm；在所述量子阱发光层(4)上制备第二波导层(5)；以及在所述第二波导层(5)上制备第二AlGaN限制层(6)，其中，所述第二AlGaN限制层(6)的Al的组分浓度沿所述第一方向减小。2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述第一AlGaN限制层(2)与所述第二AlGaN限制层(6)的Al的组分浓度为5％至30％。3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述第一AlGaN限制层(2)的制备温度为1000℃至1200℃；所述第一AlGaN限制层(2)的厚度为0.5μm至1μm。4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述第二AlGaN限制层(6)的制备温度为1000℃至1200℃；所述第二AlGaN限制层(6)的厚度为0.5μm至1μm。5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述第一AlGaN限制层(2)中硅的掺杂浓度为0；所述第二AlGaN限制层(6)中镁的掺杂浓度为0。6.根据权利要求1所述的制备方法，还包括：在衬底(7)上制备GaN成核层(8)；在所述GaN成核层(8)上制备非掺杂GaN层(9)；在所述非掺杂GaN层(9)上制备所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨静，赵德刚，梁锋，刘宗顺，陈平，
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：