一種n型外延襯底雷射二極體的製作方法

2023-04-27 15:19:41 2

一種n型外延襯底雷射二極體的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種n型外延襯底雷射二極體，包括藍寶石襯底，在藍寶石襯底上具有n-GaN外延襯底，在n-GaN外延襯底上具有發光結構;其中，所述發光結構設置於n型外延襯底的中部區域，該發光結構由下至上依次具有n型界面層、發光層、p型界面層、p型注入層以及p電極；n-GaN外延襯底的外圍區域上具有n電極;其中，所述p型注入層為空穴注入層;所述n電極環繞所述發光結構；所述n電極的厚度不大於n型界面層的厚度，並且n電極與n型界面層之間具有空隙。
【專利說明】一種n型外延襯底雷射二極體
【技術領域】
[0001]本發明屬於半導體【技術領域】，特別是涉及一種η型外延襯底雷射二極體。
【背景技術】
[0002]氧化鋅(ZnO)是一種新型的I1-VI族直接帶隙寬禁帶半導體材料。氧化鋅(ZnO)無論在晶格結構、晶胞參數還是在禁帶寬度上都與GaN相似，且具有比GaN更高的熔點和更大的激子束縛能，又具有較低的光致發光和受激輻射的閾值以及良好的機電耦合特性、熱穩定性和化學穩定性。在室溫下，氧化鋅(ZnO)的禁帶寬度為3.37eV,自由激子結合能高達60meV,遠大於GaN，因此更容易在室溫或更高溫度下實現激子增益。但是，作為襯底的GaN中一般都會包括各種缺陷，例如位錯、間隙或空位等，缺陷會引起晶體應變，應變會造成襯底上外延層的品質及性能降低，導致雷射二極體的壽命縮短。減少了半導體襯底材料生長過程中形成的缺陷密度已成為本領域急需解決的問題。 [0003]而且，現有技術中電極一般都形成在襯底的臺面結構上，例如中國授權專利CN12099976A所公開的二極體雷射器，其中金屬陰極形成在活性區的一側，該金屬陰極的高度與活性區的高度幾乎持平，因此，金屬陰極勢必會妨礙作為發光結構的活性區的發光，即使金屬陰極採用透明的導電材料，活性區所發出的光也不可能毫無阻礙地透過金屬陰極；因此上述結構也會在一定程度上影響發光效率。

【發明內容】

[0004]為了克服現有技術中存在的缺陷，本發明提供了一種η型外延襯底雷射二極體，其可以明顯的減小雷射二極體襯底中的晶體缺陷密度，並且通過對電極的特殊設置方式，避免了電極對發光區域所造成的影響，從而提高雷射二極體的性能和壽命。
[0005]本發明的雷射二極體包括藍寶石襯底，在藍寶石襯底上具有η-GaN外延襯底，其中，η-GaN外延襯底的中部區域上依次具有η型界面層、發光層、ρ型界面層、P型注入層以及P電極；n-GaN外延襯底的外圍區域上具有η電極；
[0006]其中，η型界面層是 I1-AlxInyGa1IyN,其中 0<x< 1,0 < y ^ I 並且 x+y ( I ；
[0007]其中，發光層是超晶格結構的多量子阱層，該多量子阱層的材料為ZnCVZrvaMgaO/ZnhbAsbO,其中 O < a < 0.2、0 < b ^ 0.3 ；
[0008]其中，ρ型界面層為P-AlxInyGanyP,其中O < χ≤1，O < y≤1並且x+y≤1 ;
[0009]其中，ρ型注入層為P型NiO注入層；
[0010]其中，ρ電極為Au、Pt、Pt/N1、Au/Ni或ITO (氧化銦錫)，所述P電極的厚度不大於所述P型界面層的厚度。η電極為In、Al、Ga、Ag或ΙΤ0。
[0011]本發明的雷射二極體的有益效果為:
[0012]1.採用I1-AlxInyGa1TyN的η型界面層以及P-AlxInyGa1TyP的ρ型界面層,可以有效降低半導體襯底材料生長過程中形成的缺陷密度；
[0013]2.採用多量子阱層ZnO/ZrihMgW/ZrVbASbO作為發光層，能夠大大提高了載流子的複合機率，提高雷射二極體的發光效率；
[0014]3.採用p型NiO作為空穴注入層形成異質結注入，這種異質結具有超注入的優點，從而進一步提聞發光效率。
[0015]4.將n電極的厚度設定為不大於n型界面層的厚度，從而避免了 n電極對n型界面層上的發光層所發出的光造成的幹擾，進而有利於提高發光效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發明雷射二極體的截面結構示意圖。
[0017]圖2為本發明雷射二極體的俯視圖。
【具體實施方式】
[0018]參見圖1，本發明的n型外延襯底雷射二極體包括藍寶石襯底I ;在藍寶石襯底I上具有n-GaN外延襯底2，n_GaN外延襯底2的中部區域上具有發光結構，所述發光結構由下至上依次具有n型界面層3、發光層4、p型界面層5、p型注入層6以及p電極7 ；n-GaN外延襯底的外圍區域上具有n電極8，該n電極8環繞所述發光結構形成，見圖2所示；其中n電極8的厚度不大於n型界面層3的厚度，並且n電極8與n型界面層3之間具有空隙；
[0019]其中,n型界面層 3 是 n-Alx InyGa1HN,其中 0<x^l,0<y^l 並且 x+y ^ I,作為優選地，其中0 < X≤0.55，0 < y≤0.45 ;
[0020]其中，發光層4是超晶格結構的多量子阱層，該多量子阱層的材料為ZnO/ZrvaMgaOZZrvbAsbO,其中 0<a<0.2、0<b<0.3 ;作為優選地，0 < a≤ 0.l、0<b<0.15 ;為了進一歩提高載流子的複合機率，進而提高雷射二極體的發光效率，發光層4可由多個周期的ZncVZrvaMgaCVZrvbAsbO構成。該發光層的結構具體為:ZnO層依次上具有ZrvaMgaO層和ZrvbAsbO層，這三層形成如三明治的結構，每三層作為ー個周期，在本發明中，共形成10-20個周期，優選地形成15-18個周期。
[0021]其中，p型界面層5為P-AlxInyGa1IyP,其中0< X く 1，0 < y≤I並且x+y≤，作為優選地，0 < X ^ 0.55,0 < y ^ 0.45
[0022]其中，p型注入層6為p型NiO注入層；
[0023]其中，p電極 7 為 Au、Pt、Pt/N1、Au/Ni 或 ITO (氧化銦錫);n 電極 8 為 In、Al、Ga、Ag 或 IT0。
[0024]至此已對本發明做了詳細的說明，但前文的描述的實施例僅僅只是本發明的優選實施例，其並非用於限定本發明。本領域技術人員在不脫離本發明精神的前提下，可對本發明做任何的修改，而本發明的保護範圍由所附的權利要求來限定。
【權利要求】
1.ー種n型外延襯底雷射二極體，其特徵在於:包括藍寶石襯底，在藍寶石襯底上具有n-GaN外延襯底，在n_GaN外延襯底上具有發光結構； 其中，所述發光結構設置於n型外延襯底的中部區域，該發光結構由下至上依次具有n型界面層、發光層、P型界面層、P型注入層以及P電極；n-GaN外延襯底的外圍區域上具有n電極； 其中，所述P型注入層為空穴注入層； 所述n電極環繞所述發光結構；所述n電極的厚度不大於n型界面層的厚度，並且n電極與n型界面層之間具有空隙。
2.如權利要求1所述的n型外延襯底雷射二極體，其特徵在於: 其中，n 型界面層是 n_AlxInyGah_yN,0 < x ≤ 1,0 < y く 1 並且 x+y ( 1 ； 其中，發光層是超晶格結構的多量子阱層，該多量子阱層的材料為ZnCVZrvaMgaO/Zn1^AsbO, 0 く a<0.2、0 く b<0.3; 其中，P 型界面層為 P-AlxInyGa1^yPjO < x ≤ 1,0 < y ^ 1 並且 x+y ( 1 ； 其中，P型注入層為P型NiO注入層； 其中，P電極為Au,Pt,Pt/Ni,Au/Ni或ITO (氧化銦錫);n電極為In、Al、Ga、Ag或ITO0
3.如權利要求2所述的n型外延襯底雷射二極體，其特徵在於:
優選地,0 < X ≤ 0.45，0 < y ≤ 0.55 ;0 < a ≤ 0.1、0 < b ≤ 0.15。
【文檔編號】H01S5/343GK103594929SQ201310500560
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年10月22日 優先權日:2013年10月22日
【發明者】叢國芳 申請人:溧陽市東大技術轉移中心有限公司