具有極化補償機制的氮化物量子阱、激光器及發(fā)光二極管的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具有極化補償機制的氮化物量子阱，包括交替層疊生長的多層勢阱層和多層勢壘層，其特征在于：所述勢阱層材料為InyGa1-yN或AlyGa1-yN，其中0＜y＜0.6，所述勢阱層材料中y的取值在量子阱生長方向從低向高或從高向低連續(xù)漸變，且y值沿生長方向z的變化關(guān)系滿足式Ⅰ，（Ⅰ）式中：E表示量子阱中的總極化電場，Eg,InN為氮化銦材料的能帶寬度，Eg,GaN為氮化鎵材料的能帶寬度。這樣的氮化物量子阱能夠抵消量子阱內(nèi)的極化電場對量子阱的扭曲，從而提高量子阱中導(dǎo)帶電子的包絡(luò)波函數(shù)與價帶孔穴的包絡(luò)波函數(shù)的空間重疊程度，使得量子阱內(nèi)的電子與孔穴在空間上的偶合增加。
【專利說明】具有極化補償機制的氮化物量子阱、激光器及發(fā)光二極管
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電子領(lǐng)域，具體涉及一種具有極化補償機制的氮化物量子阱、包含有該氮化物量子阱的激光器以及包含有該氮化物量子阱的發(fā)光二極管。
【背景技術(shù)】
[0002]基于InGaN/GaN量子阱結(jié)構(gòu)的激光器的發(fā)光范圍可以從紫外到綠光，其應(yīng)用包括醫(yī)療，信息存儲、高分辨率激光印刷等，其最大的應(yīng)用前景是激光投影和激光電視，因為基于紅綠藍激光的顯示系統(tǒng)具有更好的色彩飽和度，更能逼真地呈現(xiàn)自然界的色彩。
[0003]自從1995年日本日亞公司的Nakamura等演示了 InGaN/GaN激光器以來，InGaN/GaN激光器已經(jīng)取得了巨大進展，體現(xiàn)在器件的性能如閾值電流、外量子效率以及輸出功率等。然而當(dāng)激光器的波長向長波方向移動時，由于需要在InGaN/GaN量子阱材料組分中添加更多的In，導(dǎo)致量子阱的應(yīng)變更高，而且量子阱材料的極化電場與其應(yīng)變成正比，極化電場使得電子與空穴的包絡(luò)函數(shù)耦合降低，導(dǎo)致了含有更高In組分的InGaN/GaN量子阱結(jié)構(gòu)器件的光增益降低、閾值電流增加。在氮化物材料體系中，存在著兩種機理不同的極化:其一是材料的自發(fā)極化，自發(fā)極化的本質(zhì)在于氮化物材料的極性分子結(jié)構(gòu)及其晶體結(jié)構(gòu)；其二為由于材料的晶格失配而引起的壓電極化。氮化物材料的晶格為六方對稱鉛鋅礦結(jié)構(gòu)，由于其晶體結(jié)構(gòu)缺乏對稱性，因而在六方體對稱軸方向存在著自發(fā)極化。而壓電極化是當(dāng)延六方體對稱軸方向有應(yīng)力存在時，比如由于晶格失配而產(chǎn)生的應(yīng)力，在六方體對稱軸方向就會出現(xiàn)極化電場。自發(fā)極化與壓電極化導(dǎo)致了量子阱內(nèi)有很強的極化電場，這一電場使得導(dǎo)帶量子阱中的電子與價帶量子阱中的孔穴在空間上分離，大大降低了載流子的復(fù)合效率。例如，在量子阱的厚度只有3納米的InGaN/GaN量子阱中導(dǎo)帶電子的薛定諤波函數(shù)與價帶孔穴的薛定諤波函數(shù)的空間重疊只有20%左右，而在非極化的量子阱中，這一重疊幾乎達到100%，更為嚴(yán)峻的是隨著InGaN/GaN量子阱材料中In的組分的增多以及量子阱尺寸的增加，這一效應(yīng)更為顯著。載流子復(fù)合效率的降低最直接的結(jié)果是激光的閾值電流增力口，光增益降低。
[0004]鑒于激光顯示技術(shù)的巨大應(yīng)用前景，以及其對應(yīng)的產(chǎn)值有可能超過數(shù)千億元，顯然研制具有極化補償機制的InGaN/GaN量子阱，提高InGaN/GaN量子阱中導(dǎo)帶電子的包絡(luò)波函數(shù)(即薛定諤波函數(shù))與價帶孔穴的包絡(luò)波函數(shù)的空間重疊程度，使InGaN/GaN激光器能夠工作在更長的波長并且具有低閾值電流密度、高量子效率具有重要的學(xué)術(shù)意義與商業(yè)應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種具有極化補償機制的氮化物
量子講。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種具有極化補償機制的氮化物量子阱，包括交替層疊生長的多層勢阱層和多層勢壘層，其特征在于:所述勢阱層材料為InyGai_yN或AlyGai_yN，其中Ο < y < 0.6，所述勢阱層材料中y的取值在量子阱生長方向從低向高或從高向低連續(xù)漸變，且y值沿生長方向z的變化關(guān)系滿足式I，
【權(quán)利要求】
1.一種具有極化補償機制的氮化物量子阱，包括交替層疊生長的多層勢阱層和多層勢壘層，其特征在于:所述勢阱層材料為InyGai_yN或AlyGai_yN，其中0 < y < 0.6，所述勢阱層材料中1的取值在量子阱生長方向從低向高或從高向低連續(xù)漸變，且y值沿生長方向z的變化關(guān)系滿足式I，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有極化補償機制的氮化物量子阱，其特征在于:所述量子阱的能帶寬度Eg滿足式II，
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有極化補償機制的氮化物量子阱，其特征在于:所述量子阱兩側(cè)的最外層均為勢壘層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有極化補償機制的氮化物量子阱，其特征在于:所述勢壘層的材料為AlxGai_xN，其中0 < X < 0.6。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有極化補償機制的氮化物量子阱，其特征在于:所述勢壘層的材料AlxGai_xN中X的取值在量子阱生長方向從0向0.6連續(xù)漸變或從0.6向0連續(xù)漸變。
6.一種激光器，其特征在于:包括如權(quán)利要求1至4中任一所述的氮化物量子阱。
7.一種發(fā)光二極管，其特征在于:包括如權(quán)利要求1至4中任一所述的氮化物量子阱。
【文檔編號】H01S5/343GK103682981SQ201310683537
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】仇伯倉, 趙青春 申請人:廣東高聚激光有限公司, 蘇州華必大激光有限公司