[发明专利]一种具有位错折断结构的GaN基激光器外延结构及其生长方法

说明书

本发明涉及一种具有位错折断结构的GaN基激光器外延结构及其生长方法，自下至上依次包含衬底、成核层、高温GaN层、n型光限制层、n型波导层、发光层、电子阻挡层、P型GaN波导层、P型GaN/AlGaN光限制层和表面欧姆接触层，n型光限制层内设有位错折断层，位错折断层为Al_xGa_1‑xN与Si₃N₄的超晶格结构，0＜x≤0.6。本发明插入位错折断层，可以实现将GaN基激光器结构生长中所产生的穿透位错折断，从而降低延伸至发光层中的穿透位错密度，从而改善和提高GaN基激光器的性能和使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种具有位错折断结构的GaN基激光器外延结构及其生长方法，属于激光器(LD)制备技术领域。

背景技术

宽禁带半导体是继硅和砷化镓之后的第三代半导体材料，近年来越来越受到人们的重视，目前广泛研究的主要包含了III-V族与II-VI化合物半导体材料、碳化硅(SiC)和金刚石薄膜等，在蓝绿光、紫外光LED、LD、探测器和微波功率器件等方面获得了广泛的应用。由于其优良的特性和广泛的应用，受到广泛的关注。特别是Ⅲ-Ⅴ族半导体材料中的氮化镓(GaN)材料，由于其在半导体照明应力的商业化应用，成为了当今全球半导体领域的研究热点。

Ⅲ族氮化物材料包含AlN、GaN、InN和它们的合金，通过控制其组份，可使其禁带宽度从InN的0.9eV至AlN的6.2eV连续变化，对应的波长范围覆盖整个可见光区，并可延伸至紫外区域。这一类材料是直接带隙材料，并具有热导率高、发光效率高、介电常数小、化学性质稳定、硬度大和耐高温等特点，是制作激光二极管(LD)、高亮度蓝绿光发光二极管(LED)和异质结场效应晶体管(HFETs)等器件的理想材料。

现有技术中，GaN基激光器(LD)的生长过程中会产生大量的穿透位错，以释放外延薄膜内的应力，使得激光器工作过程中，存在较多的非辐射复合中心以及较大的漏电流，对GaN基激光器的性能造成影响，甚至对激光器的使用寿命造成致命性的影响。

因此，有必要提出一种LD生长工艺，降低GaN基激光器生长过程中所产生的穿透位错密度，提升晶体品质，提高LD产品的性能和寿命。

中国专利文献CN105552186A公开了一种具有抑制极化效应垒层蓝光LED外延结构，是在发光二极管(LED)生长工艺中，在浅量子阱层与有源区之间插入抑制极化效应垒层，所述抑制极化效应垒层从下至上包括AlGaN层和SiN层。以此来释放应力、抑制极化、降低缺陷密度从而提高辐射复合几率，降低极化效应，以达到增强LED内量子效率的目的。该方法是应用在LED的工艺中，且是在浅量子阱与有源区插入新型垒层，减少极化效应提升LED内量子效率，由于在有源区前引入Al_xGa_1-xN结构，会造成势垒高度的变化，阻挡电子的注入，反而会影响到注入电子的密度，对性能造成影响，而且该方法也并未涉及GaN基激光器的生长工艺。

中国专利文献CN102214740A公开了一种提高氮化镓基发光二极管抗静电能力的方法，包括：选择一衬底；在该衬底上生长一氮化镓成核层；在该氮化镓成核层上生长非故意掺杂氮化镓层；在该非故意掺杂氮化镓层上生长一氮化铝镓/氮化镓超晶格插入层；在该氮化铝镓/氮化镓超晶格插入层上生长N型掺杂的氮化镓层；在该N型掺杂的氮化镓层上生长氮化铝镓铟多量子阱发光层；在该氮化铝镓铟多量子阱发光层上生长P型掺杂的氮化铝镓铟层；以及在该P型掺杂的氮化铝镓铟层上生长P型掺杂的氮化镓层。但是，该专利应用在LED工艺中，且该发明中氮化铝镓/氮化镓超晶格结构主要是针对应力进行调制，对晶体中缺陷的转向和合并作用是非常有限的，且该结构仍属于GaN体系材料，并不能够起到折断或者阻断位错延伸蔓延的效果。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种具有位错折断结构的GaN基激光器外延结构；

本发明还提供了上述GaN基激光器外延结构的生长方法；