本发明专利技术涉及一种具有极化补偿机制的氮化物量子阱，包括交替层叠生长的多层势阱层和多层势垒层，其特征在于：所述势阱层材料为InyGa1-yN或AlyGa1-yN，其中0＜y＜0.6，所述势阱层材料中y的取值在量子阱生长方向从低向高或从高向低连续渐变，且y值沿生长方向z的变化关系满足式Ⅰ，（Ⅰ）式中：E表示量子阱中的总极化电场，Eg,InN为氮化铟材料的能带宽度，Eg,GaN为氮化镓材料的能带宽度。这样的氮化物量子阱能够抵消量子阱内的极化电场对量子阱的扭曲，从而提高量子阱中导带电子的包络波函数与价带孔穴的包络波函数的空间重叠程度，使得量子阱内的电子与孔穴在空间上的偶合增加。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种具有极化补偿机制的氮化物量子阱，包括交替层叠生长的多层势阱层和多层势垒层，其特征在于：所述势阱层材料为InyGa1-yN或AlyGa1-yN，其中0＜y＜0.6，所述势阱层材料中y的取值在量子阱生长方向从低向高或从高向低连续渐变，且y值沿生长方向z的变化关系满足式Ⅰ，（Ⅰ）式中：E表示量子阱中的总极化电场，Eg,InN为氮化铟材料的能带宽度，Eg,GaN为氮化镓材料的能带宽度。这样的氮化物量子阱能够抵消量子阱内的极化电场对量子阱的扭曲，从而提高量子阱中导带电子的包络波函数与价带孔穴的包络波函数的空间重叠程度，使得量子阱内的电子与孔穴在空间上的偶合增加。【专利说明】具有极化补偿机制的氮化物量子阱、激光器及发光二极管
本专利技术涉及半导体光电子领域，具体涉及一种具有极化补偿机制的氮化物量子阱、包含有该氮化物量子阱的激光器以及包含有该氮化物量子阱的发光二极管。
技术介绍
基于InGaN/GaN量子阱结构的激光器的发光范围可以从紫外到绿光，其应用包括医疗，信息存储、高分辨率激光印刷等，其最大的应用前景是激光投影和激光电视，因为基于红绿蓝激光的显示系统具有更好的色彩饱和度，更能逼真地呈现自然界的色彩。自从1995年日本日亚公司的Nakamura等演示了 InGaN/GaN激光器以来，InGaN/GaN激光器已经取得了巨大进展，体现在器件的性能如阈值电流、外量子效率以及输出功率等。然而当激光器的波长向长波方向移动时，由于需要在InGaN/GaN量子阱材料组分中添加更多的In，导致量子阱的应变更高，而且量子阱材料的极化电场与其应变成正比，极化电场使得电子与空穴的包络函数耦合降低，导致了含有更高In组分的InGaN/GaN量子阱结构器件的光增益降低、阈值电流增加。在氮化物材料体系中，存在着两种机理不同的极化:其一是材料的自发极化，自发极化的本质在于氮化物材料的极性分子结构及其晶体结构；其二为由于材料的晶格失配而引起的压电极化。氮化物材料的晶格为六方对称铅锌矿结构，由于其晶体结构缺乏对称性，因而在六方体对称轴方向存在着自发极化。而压电极化是当延六方体对称轴方向有应力存在时，比如由于晶格失配而产生的应力，在六方体对称轴方向就会出现极化电场。自发极化与压电极化导致了量子阱内有很强的极化电场，这一电场使得导带量子阱中的电子与价带量子阱中的孔穴在空间上分离，大大降低了载流子的复合效率。例如，在量子阱的厚度只有3纳米的InGaN/GaN量子阱中导带电子的薛定谔波函数与价带孔穴的薛定谔波函数的空间重叠只有20%左右，而在非极化的量子阱中，这一重叠几乎达到100%，更为严峻的是随着InGaN/GaN量子阱材料中In的组分的增多以及量子阱尺寸的增加，这一效应更为显著。载流子复合效率的降低最直接的结果是激光的阈值电流增力口，光增益降低。鉴于激光显示技术的巨大应用前景，以及其对应的产值有可能超过数千亿元，显然研制具有极化补偿机制的InGaN/GaN量子阱，提高InGaN/GaN量子阱中导带电子的包络波函数(即薛定谔波函数)与价带孔穴的包络波函数的空间重叠程度，使InGaN/GaN激光器能够工作在更长的波长并且具有低阈值电流密度、高量子效率具有重要的学术意义与商业应用前景。
技术实现思路
本专利技术目的是为了克服现有技术的不足而提供一种具有极化补偿机制的氮化物量子讲。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是:一种具有极化补偿机制的氮化物量子阱，包括交替层叠生长的多层势阱层和多层势垒层，其特征在于:所述势阱层材料为InyGai_yN或AlyGai_yN，其中Ο < y < 0.6，所述势阱层材料中y的取值在量子阱生长方向从低向高或从高向低连续渐变，且y值沿生长方向z的变化关系满足式I，【权利要求】1.一种具有极化补偿机制的氮化物量子阱，包括交替层叠生长的多层势阱层和多层势垒层，其特征在于:所述势阱层材料为InyGai_yN或AlyGai_yN，其中0 < y < 0.6，所述势阱层材料中1的取值在量子阱生长方向从低向高或从高向低连续渐变，且y值沿生长方向z的变化关系满足式I， 2.根据权利要求1所述的具有极化补偿机制的氮化物量子阱，其特征在于:所述量子阱的能带宽度Eg满足式II， 3.根据权利要求1所述的具有极化补偿机制的氮化物量子阱，其特征在于:所述量子阱两侧的最外层均为势垒层。4.根据权利要求1所述的具有极化补偿机制的氮化物量子阱，其特征在于:所述势垒层的材料为AlxGai_xN，其中0 < X < 0.6。5.根据权利要求4所述的具有极化补偿机制的氮化物量子阱，其特征在于:所述势垒层的材料AlxGai_xN中X的取值在量子阱生长方向从0向0.6连续渐变或从0.6向0连续渐变。6.一种激光器，其特征在于:包括如权利要求1至4中任一所述的氮化物量子阱。7.一种发光二极管，其特征在于:包括如权利要求1至4中任一所述的氮化物量子阱。【文档编号】H01S5/343GK103682981SQ201310683537【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月13日 优先权日:2013年12月13日 【专利技术者】仇伯仓, 赵青春 申请人:广东高聚激光有限公司, 苏州华必大激光有限公司本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有极化补偿机制的氮化物量子阱，包括交替层叠生长的多层势阱层和多层势垒层，其特征在于：所述势阱层材料为InyGa1‑yN或AlyGa1‑yN，其中0＜y＜0.6，所述势阱层材料中y的取值在量子阱生长方向从低向高或从高向低连续渐变，且y 值沿生长方向z的变化关系满足式Ⅰ，（Ⅰ）式中：E表示量子阱中的总极化电场，Eg,InN为氮化铟材料的能带宽度，Eg,GaN为氮化镓材料的能带宽度。2013106835378100001dest_path_image001.jpg
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：仇伯仓，赵青春，
申请(专利权)人：广东高聚激光有限公司， 苏州华必大激光有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44
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