[发明专利]一种提高载流子注入效率的氮化镓基激光器外延结构及其制备方法

说明书

本发明提供了一种提高载流子注入效率的氮化镓基激光器外延片结构及其制备方法，属于半导体器件技术领域。外延片结构从下到上包括衬底、高温n型GaN层、高温n型AlGaN限制层、非故意掺杂下波导层、InGaN/GaN多量子阱发光层结构、C掺杂上波导层、p型AlGaN电子阻挡层、p型AlGaN限制层和p型GaN层。本发明通过在上波导层中进行少量的C杂质掺杂，补偿上波导层中的施主缺陷，降低本底载流子浓度，减少载流子在波导层的复合，增加空穴注入效率。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种提高载流子注入效率的氮化镓基激光器外延结构及其制备方法。

背景技术

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。尤其是GaN基蓝绿光激光器在激光照明、激光投影等领域有重要的应用。随着发光波长增加，AlGaN限制层与GaN波导层之间的折射率差变小，光场限制因子变小，使长波长激光器的阈值电流显著增加。为了增加光场限制，一般长波长激光器采用InGaN材料做波导结构。InGaN生长温度低，表面形貌差、本底载流子浓度高，但波导层的表面形貌及载流子浓度等对激光器性能都有重要影响，粗糙的表面会引起光的散射，波导层中的各类杂质以及缺陷会对光产生吸收，增加载流子的复合；尤其是上波导层，本底载流子浓度增加时，会显著增加上波导层的复合速率，降低空穴的注入效率，造成激光器器件性能的退化。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种提高载流子注入效率的氮化镓基激光器外延结构及其制备方法，解决长波长激光器中波导层本底载流子浓度高、空穴注入效率低的问题。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种提高载流子注入效率的氮化镓基激光器外延结构的制备方法，包括如下步骤：

步骤(1)，衬底退火，并去除衬底表面杂质；

步骤(2)，在衬底上生长高温n型GaN层；

步骤(3)，高温n型GaN层上外延高温n型AlGaN限制层；

步骤(4)，高温n型AlGaN限制层上外延生长非故意掺杂下波导层；

步骤(5)，非故意掺杂下波导层外延生长InGaN/GaN多量子阱发光层结构；

步骤(6)，InGaN/GaN多量子阱发光层结构上外延p型AlGaN电子阻挡层；

步骤(7)，p型AlGaN电子阻挡层外延生长C掺杂上波导层；

步骤(8)，C掺杂上波导层外延生长p型GaN层，形成器件结构的表面欧姆接触层。

上述技术方案中，所述C掺杂上波导层为GaN基材料或InGaN材料，其生长温度为700℃-1050℃，厚度为0.05-0.3μm。

进一步的技术方案，生长所述C掺杂上波导层的C源为三甲基镓或三乙基镓或三甲基铟。

进一步的技术方案，所述C掺杂上波导层中的C杂质浓度通过调整生长条件调控，C掺杂浓度范围是1×10¹⁶-1×10¹⁸cm^-3。

上述技术方案中，所述高温n型AlGaN限制层的生长温度为1000-1200℃，厚度为0.5-3μm，Al组分为0.05-0.2。

上述技术方案中，所述InGaN/GaN多量子阱发光层结构包括1-5个InGaN/GaN周期结构，发光波长范围为400nm～550nm。