[發明專利]一種制備GaN基激光器的方法以及一種GaN基激光器

有效

• 申請號: 201410504147.4
• 申請日: 2014-09-28
• 公開（公告）號: CN104319631B
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 賈傳宇;張國義;童玉珍
• 申請（專利權）人: 北京大學東莞光電研究院;東莞市中鎵半導體科技有限公司
• 主分類號: H01S5/343
• 分類號: H01S5/343;H01S5/30
• 代理公司: 東莞市冠誠知識產權代理有限公司44272
• 代理人: 楊正坤

1.一種制備GaN基激光器的方法，其特征在于：采用金屬有機化合物氣相外延技術以及三甲基鎵、三甲基銦、三甲基鋁的至少一種作為III族源；氨氣作為V族源、硅烷作為n型摻雜源；二茂鎂作為p型摻雜源；三甲基鎵分子式為TMGa；三甲基銦分子式為TMIn；三甲基鋁分子式為TMAl；氨氣分子式為NH₃，硅烷分子式為SiH₄，二茂鎂分子式為Cp₂Mg；步驟為：1）GaN襯底在高溫下生長為2-4微米的n-GaN層；2）n-GaN層在通入III族源、NH₃作為V族源和SiH4作為n型摻雜源的條件下，生長為多周期非對稱結構的n型超晶格結構光限制層；3）n型超晶格結構光限制層在通入TMGa及TMIn作為III族源，NH₃作為V族源，SiH₄作為n型摻雜源的條件下，生長為多周期In組分線性漸變的n型超晶格波導層；4）超晶格波導層在通入TMIn作為III族源，NH₃作為V族源的條件下，生長為量子阱寬度及In組分階梯式變化的量子阱有源層；5）量子阱有源層在通入TMGa及TMAl作為III族源，NH₃作為V族源，二茂鎂作為p型摻雜源的條件下，在950℃下生長為p-AlGaN的電子阻擋層；6）電子阻擋層在通入TMGa及TMIn作為III族源，NH₃作為V族源，二茂鎂作為p型摻雜源的條件下，生長為多周期In組分線性漸變p-In_x3Ga_1-x3N/GaN 超晶格結構作為激光器的p型超晶格波導層；7）p型超晶格波導層在通入TMGa、TMAl及TMIn作為III族源，NH₃作為V族源，二茂鎂作為p型摻雜源的條件下，生長為p型超晶格結構光限制層；8）p型超晶格結構光限制層在通入TMGa作為III族源，NH₃作為V族源，二茂鎂作為p型摻雜源的條件下，生長為p-GaN接觸層。

2.根據權利要求1所述的制備GaN基激光器的方法，其特征在于：具體步驟為：

a、在氫氣氣氛下，在GaN襯底上，溫度1000℃～1500℃下，通入TMGa作為III族源，NH₃作為V族源，SiH₄作為n型摻雜源的條件下，生長時間1～2小時，生長2～4微米厚n-GaN層；

b、在氫氣氣氛下，在850℃～1050℃下,通入TMGa、TMAl及TMIn作為III族源，NH₃作為V族源，SiH₄作為n型摻雜源的條件下，生長多周期非對稱結構的調制摻雜Al組分、In組分漸變的n-Al_y1Ga_1-y1N/GaN/Al_y1In_x1Ga_1-x1-y1N超晶格作為GaN基激光器的n型超晶格結構光限制層，n型超晶格結構光限制層生長時間1～2小時，其中0≤x1≤0.1；0≤y1≤0.15；

c、在氮氣氣氛下，在820℃～850℃下，通入TMGa及TMIn作為III族源，NH3作為V族源，SiH₄作為n型摻雜源的條件下，生長多周期In組分線性漸變n-In_x2Ga_1-x2N/GaN 超晶格結構作為激光器的n型超晶格波導層；

d、在氮氣氣氛下，在750℃～850℃下，通入TMIn作為III族源，NH₃作為V族源的條件下，生長量子阱寬度及In組分階梯式變化的非對稱三角阱In_yGa_1-yN/In_xGa_1-xN/GaN量子阱結構作為GaN基藍光激光器的量子阱有源層；x、y為In組分,0<y<x<1；量子阱有源層生長時間5～15分鐘；

e、在氫氣氣氛下，通入TMGa及TMAl作為III族源，NH₃作為V族源，二茂鎂作為p型摻雜源在950℃的條件下，生長p-AlGaN電子阻擋層；電子阻擋層生長時間1～5分鐘，電子阻擋層厚度10～50納米；

f、在氮氣氣氛下，在820℃～850℃下，通入TMGa及TMIn作為III族源，NH₃作為V族源，二茂鎂作為p型摻雜源的條件下，生長多周期In組分線性漸變p-In_x3Ga_1-x3N/GaN 超晶格結構作為激光器的p型超晶格波導層，波導層生長時間15～30分鐘，其中In組分小于有源區中In的組分；

g、在氫氣氣氛下，在850℃～1050℃下，通入TMGa、TMAl及TMIn作為III族源，NH₃作為V族源，二茂鎂作為p型摻雜源的條件下，生長多周期非對稱結構的調制摻雜非對稱Al組分、In組分漸變的p-Al_y4Ga_1-y4N/GaN/Al_y4In_x4Ga_1-x4-y4N超晶格作為GaN基激光器的p型超晶格結構光限制層，p型超晶格結構光限制層生長時間1～2小時，其中0≤x4≤0.1；0≤y4≤0.15;

h、在氫氣（H2）氣氛下，在950℃,通入TMGa作為III族源，NH₃作為V族源，二茂鎂作為p型摻雜源的條件下，生長p-GaN接觸層；接觸層生長時間5～15分鐘。