CN117477352A - 量子阱发光结构 - Google Patents
量子阱发光结构 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117477352A CN117477352A CN202311434131.6A CN202311434131A CN117477352A CN 117477352 A CN117477352 A CN 117477352A CN 202311434131 A CN202311434131 A CN 202311434131A CN 117477352 A CN117477352 A CN 117477352A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- barrier layer
- quantum well
- algan
- undoped
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 93
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000000969 carrier Substances 0.000 claims abstract description 10
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 claims description 50
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 claims description 44
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 9
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 claims description 8
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 claims description 8
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 claims description 7
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 3
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 3
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 1
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
- H01S5/3407—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers characterised by special barrier layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
- H01S5/3211—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures characterised by special cladding layers, e.g. details on band-discontinuities
- H01S5/3216—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures characterised by special cladding layers, e.g. details on band-discontinuities quantum well or superlattice cladding layers
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
本发明提供一种量子阱发光结构，包括：量子阱层；量子垒层，包括上垒层和下垒层，上垒层设置在量子阱层的表面，下垒层设置在量子阱层远离上垒层一端表面，量子垒层用以抑制载流子从量子阱层的溢出。本发明通过设置复合的量子垒层，既能保护量子阱层，防止量子阱层被破坏，又能抑制高温下载流子的逸散，进而能够有效提高半导体激光器的工作性能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件领域，具体涉及一种量子阱发光结构。
背景技术
紫外激光器在紫外固化，杀菌消毒、生物检测等领域有重要的应用前景。由于紫外半导体激光器光电转换效率低，同时材料对紫外光的吸收比较强，因此，紫外激光器的自发热效应更明显。紫外激光器在工作过程中温度一般比较高，特别是大功率紫外激光器。因此激光器性能容易受到高温的影响。
一方面，高温下载流子更容易从量子阱区逃逸，扩散到P区，从而形成漏电流。另一方面，高温下更多的非辐射复合会被激活，从而降低器件的发光效率。随着激光器的结温增加，激光器的阈值电流密度上升，斜率效率下降，甚至出现热翻滚效应。因此，设计出一种能够降低温度对半导体激光器的不良影响的结构是亟待解决的问题。
发明内容
(一)技术方案
鉴于此，为了克服上述问题的至少一个方面，本发明的实施例提供一种量子阱发光结构，包括：量子阱层160；量子垒层，包括上垒层162和下垒层161，上垒层162设置在量子阱层160的表面，下垒层161设置在量子阱层160远离上垒层162一端表面，量子垒层用以抑制载流子从量子阱层160的溢出。
可选地，上垒层162包括：上GaN垒层1621，设置在量子阱层160的表面；上AlGaN垒层1622，设置在上GaN垒层1621远离量子阱层160的一端表面；下垒层161包括：下GaN垒层1612，设置在量子阱层160远离上GaN垒层1621的一端表面；下AlGaN垒层1611，设置在下GaN垒层1612远离量子阱层160的一端表面。
可选地，上AlGaN垒层1622掺杂有Si，掺杂浓度包括1×1017cm-3至3×1019cm-3，下AlGaN垒层1611中掺杂有Mg，掺杂浓度包括1×1017cm-3至3×1020cm-3。
可选地，量子阱层160的材料包括InGaN或AlInGaN。
可选地，量子阱发光结构包括至少一个量子阱层160。
可选地，上AlGaN垒层1622和下AlGaN垒层1611中AlGaN的含量为1％-30％。
本发明的实施例提供一种包含量子阱发光结构的半导体激光器，包括：n型GaN层13；AlGaN下限制层14，设置在n型GaN层13的一端表面；非掺杂下波导层15，设置在AlGaN下限制层14远离n型GaN层13的一端表面；量子阱发光结构16，设置在非掺杂下波导层15远离AlGaN下限制层14的一端表面，下AlGaN垒层1611与非掺杂下波导层15表面相接触；非掺杂上波导层17，设置在量子阱发光结构远离非掺杂下波导层1的一端表面；AlGaN上限制层18，设置在非掺杂上波导层17远离上AlGaN垒层1622的一端表面；p型GaN层19，设置在AlGaN上限制层18远离非掺杂上波导层17的一端表面。
可选地，还包括衬底10；低温成核层11，设置在衬底表面；高温非掺杂GaN层12，一端设置在低温成核层11远离衬底10的一端表面，另一端与n型GaN层13相接触。
可选地，衬底的材料包括：蓝宝石或氮化镓或碳化硅或硅。
本发明的实施例提供一种量子阱发光结构的制备方法，其特征在于，包括：制备量子阱层160；在量子阱层160表面制备量子垒层，量子垒层包括上垒层162和下垒层161，上垒层162设置在量子阱层160的表面，下垒层161设置在量子阱层160远离上垒层162一端表面。
附图说明
图1示意性地示出了本发明实施例提供的一种量子阱发光结构的示意图。
图2示意性地示出了本发明实施例提供的包含量子阱发光结构的半导体激光器的结构示意图。
具体实施方式
使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步的详细说明。
在此公开本发明结构实施例和方法的描述。应当了解，这并不意图将本发明限制在特定公开的实施例中，本发明可以通过使用其它特征，元件、方法和实施例来加以实施。不同实施例中的相似元件通常会标示相似的号码。
图1示意性地示出了本发明实施例提供的一种量子阱发光结构的示意图。
如图1所示，本实施例中，量子阱发光结构包括量子阱层160；量子垒层为复合结构，包括上垒层162和下垒层161，所述上垒层162设置在所述量子阱层160的表面，所述下垒层161设置在所述量子阱层160远离所述上垒层162一端表面。
本实施例中，上垒层162包括上GaN垒层1621，设置在所述量子阱层160的表面；上AlGaN垒层1622，设置在所述上GaN垒层1621远离所述量子阱层160的一端表面。
本实施例中，下垒层161包括：下GaN垒层1612，设置在所述量子阱层160远离所述上GaN垒层1612的一端表面；下AlGaN垒层1611，设置在所述下GaN垒层1612远离所述量子阱层160的一端表面。
本实施例中，量子阱层160的材料包括InGaN或AlInGaN，同时采用同温生长GaN垒层保护量子阱层160，防止量子阱层160被破坏。
本实施例中，量子阱发光结构至少包括一个量子阱层160。
本实施例中，上AlGaN垒层1622和所述下AlGaN垒层1611中AlGaN的含量为1％-30％。
本实施例中，上AlGaN垒层1622掺杂有Si，掺杂浓度包括1×1017cm-3至3×1019cm-3，所述下AlGaN垒层1611中掺杂有Mg，掺杂浓度包括1×1017cm-3至3×1020cm-3。
本实施例中，通过采用较高Al组分的AlGaN作为部分垒层，并掺杂有离子，由于AlGaN的禁带宽度大，采用GaN/AlGaN复合垒层，可以增加量子阱的有效深度，进而提高量子垒层的有效势垒高度，
本实施例中，量子垒层通过提升载流子逃逸出量子阱层的势垒高度，增加载流子的限制，防止高温下载流子从量子阱层中溢出，进而提高能够有效半导体激光器的在高温下的工作性能。
图2示意性地示出了本发明实施例提供的包含量子阱发光结构的半导体激光器的结构示意图。
如图2所示，该半导体激光器沿生长方向包括依次叠设的衬底10、低温成核层11、高温非掺杂GaN层12、n型GaN层13、AlGaN下限制层14、非掺杂下波导层15、量子阱发光层结构16、非掺杂上波导层17、AlGaN上限制层18、p型GaN层19。
本实施例中，衬底的材料包括：蓝宝石或氮化镓或碳化硅或硅
本发明的实施例提供一种包含量子阱发光结构的半导体激光器的制备方法，包括：
步骤1：将衬底10在氢气气氛里进行退火，清洁所述衬底表面；
步骤2：将温度下降到500-620℃，生长20-30nm厚的低温GaN成核层11，为后续生长材料提供成核中心；
步骤3：在低温GaN成核层11上外延生长高温非掺杂GaN层12，为后续材料生长的模板；
步骤4：在高温非掺杂的GaN层12上生长高温n-GaN层13；
步骤5：在高温n-GaN层13上外延高温AlGaN下限制层14，所述的高温AlGaN下限制层的生长温度为1000-1200℃，厚度为0.5-1μm。
步骤6：在高温AlGaN下限制层14上外延生长非掺杂下波导层15，利用AlGaN下限制层14与非掺杂下波导层15之间的折射率差使光被限制在波导层中。
步骤7：在非掺杂下波导层15上外延生长量子阱发光结构16，其发光波长在330nm～390nm，下垒层采用较高的生长温度，一般为800℃-1100℃，所述上垒层采用与量子阱层相同的生长温度，一般为650-850℃。通过提升载流子从量子阱层160中逃逸的势垒高度，增加载流子的限制，防止高温下载流子的溢出，提高紫外半导体激光器温度特性。
步骤8：在量子阱发光层结构16上外延生长非掺杂上波导层17；
步骤9：在非掺杂上波导层17上外延生长AlGaN上限制层18，利用AlGaN上限制层与非掺杂上波导层之间的折射率差使光被限制在波导层中。所述AlGaN上限制层，其生长温度为1000-1200℃，厚度为0.5-1μm。
步骤10：在AlGaN上限制层18上外延生长p-GaN层19，形成器件结构的欧姆接触层。
以上的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种量子阱发光结构，其特征在于，包括：
量子阱层(160)；
量子垒层，包括上垒层(162)和下垒层(161)，所述上垒层(162)设置在所述量子阱层(160)的表面，所述下垒层(161)设置在所述量子阱层(160)远离所述上垒层(162)一端表面，所述量子垒层用以抑制载流子从所述量子阱层(160)的溢出。
2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述上垒层(162)包括：
上GaN垒层(1621)，设置在所述量子阱层(160)的表面；
上AlGaN垒层(1622)，设置在所述上GaN垒层(1621)远离所述量子阱层(160)的一端表面；
所述下垒层(161)包括：
下GaN垒层(1612)，设置在所述量子阱层(160)远离所述上GaN垒层(1621.)的一端表面；
下AlGaN垒层(1611)，设置在所述下GaN垒层(1612)远离所述量子阱层(160)的一端表面。
3.根据权利要求2所述的结构，其特征在于，所述上AlGaN垒层(1622)掺杂有Si，掺杂浓度包括1×1017cm-3至3×1019cm-3，所述下AlGaN垒层(1611)中掺杂有Mg，掺杂浓度包括1×1017cm-3至3×1020cm-3。
4.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述量子阱层(160)的材料包括InGaN或AlInGaN。
5.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述量子阱发光结构包括至少一个量子阱层(160)。
6.根据权利要求2所述的结构，其特征在于，所述上AlGaN垒层(1622)和所述下AlGaN垒层(1611)中AlGaN的含量为1％-30％。
7.一种包含权利要求1～6任意一项所述的量子阱发光结构的半导体激光器，其特征在于，包括：
n型GaN层(13)；
AlGaN下限制层(14)，设置在所述n型GaN层(13)的一端表面；
非掺杂下波导层(15)，设置在所述AlGaN下限制层(14)远离所述n型GaN层(13)的一端表面；
量子阱发光结构(16)，设置在所述非掺杂下波导层(15)远离所述AlGaN下限制层(14)的一端表面，所述下AlGaN垒层(1611)与所述非掺杂下波导层(15)表面相接触；
非掺杂上波导层(17)，设置在所述量子阱发光结构远离所述非掺杂下波导层(1)的一端表面；
AlGaN上限制层(18)，设置在所述非掺杂上波导层(17)远离所述上AlGaN垒层(1622)的一端表面；
p型GaN层(19)，设置在所述AlGaN上限制层(18)远离所述非掺杂上波导层(17)的一端表面。
8.根据权利要求7所述的半导体激光器，其特征在于，还包括：
衬底(10)；
低温成核层(11)，设置在所述衬底表面；
高温非掺杂GaN层(12)，一端设置在所述低温成核层(11)远离所述衬底(10)的一端表面，另一端与所述n型GaN层(13)相接触。
9.根据权利要求8所述的半导体激光器，其特征在于，所述衬底的材料包括：蓝宝石或氮化镓或碳化硅或硅。
10.一种如权利要求1～6任意一项所述的量子阱发光结构的制备方法，其特征在于，包括：
制备量子阱层(160)；
在所述量子阱层(160)表面制备量子垒层，所述量子垒层包括上垒层(162)和下垒层(161)，所述上垒层(162)设置在所述量子阱层(160)的表面，所述下垒层(161)设置在所述量子阱层(160)远离所述上垒层(162)一端表面。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311434131.6A CN117477352A (zh) | 2023-10-31 | 2023-10-31 | 量子阱发光结构 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311434131.6A CN117477352A (zh) | 2023-10-31 | 2023-10-31 | 量子阱发光结构 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117477352A true CN117477352A (zh) | 2024-01-30 |
Family
ID=89637357
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311434131.6A Pending CN117477352A (zh) | 2023-10-31 | 2023-10-31 | 量子阱发光结构 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117477352A (zh) |
-
2023
- 2023-10-31 CN CN202311434131.6A patent/CN117477352A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6881602B2 (en) | Gallium nitride-based semiconductor light emitting device and method | |
| KR100844722B1 (ko) | 나노콘 성장방법 및 이를 이용한 발광 다이오드의제조방법 | |
| JP3614070B2 (ja) | 窒化物半導体発光ダイオード | |
| KR20150025264A (ko) | 정공주입층을 구비하는 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법 | |
| CN111404024B (zh) | 具有复合波导层的氮化镓基近紫外激光器 | |
| CN109873299B (zh) | 低V型缺陷密度的GaN基多量子阱激光器外延片及制备方法 | |
| CN105206726A (zh) | 一种led结构及其生长方法 | |
| CN110752279A (zh) | 一种具有超薄铝铟氮***层的紫外发光二极管及其制备方法 | |
| CN103258927A (zh) | 一种提高GaN基LED抗静电能力的外延结构及其生长方法 | |
| KR101181182B1 (ko) | 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법 | |
| CN116598396A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、led | |
| CN103337571B (zh) | 改善GaN基外延片内波长集中度的外延结构及生长方法 | |
| CN111404029B (zh) | 具有AlInN镁反向扩散阻挡层的氮化镓基紫外激光器 | |
| CN214043696U (zh) | 一种提升GaN基绿光LED发光效率的外延层 | |
| CN111786259A (zh) | 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 | |
| CN201766093U (zh) | 一种氮化镓系发光二极管 | |
| CN116469979A (zh) | 一种led外延结构及其制备方法 | |
| CN117477352A (zh) | 量子阱发光结构 | |
| CN115733052A (zh) | 一种紫外激光器外延片及其制备方法 | |
| CN114220891A (zh) | 半导体器件的外延片及其制作方法和应用 | |
| CN113851546A (zh) | 一种绿光氮化物激光电池外延片及其制备方法 | |
| CN115036402B (zh) | 诱导增强型Micro-LED同质外延结构及其制备方法 | |
| CN220189680U (zh) | 一种改善短波长紫外led限制的外延结构 | |
| CN214254447U (zh) | 一种led芯片的外延结构 | |
| CN217361615U (zh) | 一种led外延结构及led芯片 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |