[發明專利]一種氮化鎵基激光二極管外延結構及其制備方法

有效

• 申請號: 202010547047.5
• 申請日: 2020-06-16
• 公開（公告）號: CN111697428B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發明（設計）人: 賈傳宇
• 申請（專利權）人: 東莞理工學院
• 主分類號: H01S5/343
• 分類號: H01S5/343;H01S5/20
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 姚招泉

1.一種氮化鎵基激光二極管外延結構，其特征在于，從下到上依次層疊設有氮化鎵單晶襯底(101)、n型GaN層(102)、n型限制層(103)、下波導層(104)、有源區(105)、上波導層(106)、p型限制層(107)和p型GaN層(108)；

所述有源區(105)為非對稱摻雜的InGaN/GaN雙量子阱結構，從下到上依次層疊設有有源區下壘層、In_x2Ga_1-x2N阱層、有源區中間壘層、In_x2Ga_1-x2N阱層和有源區上壘層；

所述有源區下壘層為重摻n⁺-GaN+u-GaN復合結構，重摻n⁺-GaN位于u-GaN下方，其中，n⁺-GaN厚度為10～15nm，Si摻雜濃度為10¹⁸～10¹⁹cm^-3，采用恒溫生長，生長溫度為850℃～900℃；u-GaN厚度為0.5nm-1.5nm，采用變溫生長，生長溫度從850℃～950℃線性降低至750℃～800℃；

所述In_x2Ga_1-x2N阱層厚度為3nm～6nm，In組分滿足0.01≤x2≤0.30，采用恒溫生長，生長溫度為750℃～800℃；

所述有源區中間壘層從下到上依次層疊設有中間下變溫GaN壘層、中間恒溫GaN壘層和中間上變溫GaN壘層，所述有源區中間壘層中GaN總厚度為3.5nm～10nm，其中，中間下變溫GaN壘層厚度為0.5nm～1.5nm，生長溫度從750℃～800℃線性增加至850℃～900℃；中間恒溫GaN壘層厚度為2.5～7nm,生長溫度為850℃～900℃；中間上變溫GaN壘層厚度為0.5nm～1.5nm，生長溫度從850℃～900℃線性降低至750℃～800℃；

所述有源區上壘層為非摻雜u-GaN+u-Al_y3Ga_1-y3N/In_x3Ga_1-x3N超晶格復合結構，非摻雜u-GaN位于u-Al_y3Ga_1-y3N/In_x3Ga_1-x3N超晶格下方，其中，u-GaN厚度為0.5nm～1.5nm，采用變溫生長，生長溫度從750℃～800℃線性增加至850℃～900℃；u-Al_y3Ga_1-y3N/In_x3Ga_1-x3N超晶格結構采用恒溫生長，生長溫度為850℃～900℃，超晶格周期數為10～15，超晶格中InGaN阱層厚度為0.5nm～1nm，AlGaN壘層厚度為0.5nm～1nm，隨著超晶格生長周期數的增加InGaN阱層中的In組分x3階梯式下降，In組分x3小于有源區的In_x2Ga_1-x2N阱層的In組分x2，AlGaN壘層中的Al組分y3階梯式增加，Al組分滿足0.05≤y3≤0.2。

2.根據權利要求1所述氮化鎵基激光二極管外延結構，其特征在于，所述n型限制層(103)為n-Al_y1Ga_1-y1N/GaN超晶格光限制層，其超晶格周期數為100～150，n-Al_y1Ga_1-y1N/GaN超晶格中AlGaN厚度為2.5nm～3nm，GaN厚度為2.5nm～3nm，Si摻雜濃度為10¹⁸-10¹⁹cm^-3，Al組分y1滿足0.05≤y1≤0.15。