CN103594929B - 一种n型外延衬底激光二极管 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种n型外延衬底激光二极管，包括蓝宝石衬底，在蓝宝石衬底上具有n-GaN外延衬底，在n-GaN外延衬底上具有发光结构;其中，所述发光结构设置于n型外延衬底的中部区域，该发光结构由下至上依次具有n型界面层、发光层、p型界面层、p型注入层以及p电极；n-GaN外延衬底的外围区域上具有n电极;其中，所述p型注入层为空穴注入层;所述n电极环绕所述发光结构；所述n电极的厚度不大于n型界面层的厚度，并且n电极与n型界面层之间具有空隙。

Description

一种n型外延衬底激光二极管
技术领域
本发明属于半导体技术领域，特别是涉及一种n型外延衬底激光二极管。
背景技术
氧化锌(ZnO)是一种新型的II-VI族直接带隙宽禁带半导体材料。氧化锌（ZnO）无论在晶格结构、晶胞参数还是在禁带宽度上都与GaN相似，且具有比GaN更高的熔点和更大的激子束缚能，又具有较低的光致发光和受激辐射的阈值以及良好的机电耦合特性、热稳定性和化学稳定性。在室温下，氧化锌（ZnO）的禁带宽度为3.37eV，自由激子结合能高达60meV，远大于GaN，因此更容易在室温或更高温度下实现激子增益。但是，作为衬底的GaN中一般都会包括各种缺陷，例如位错、间隙或空位等，缺陷会引起晶体应变，应变会造成衬底上外延层的品质及性能降低，导致激光二极管的寿命缩短。减少了半导体衬底材料生长过程中形成的缺陷密度已成为本领域急需解决的问题。
而且，现有技术中电极一般都形成在衬底的台面结构上，例如中国授权专利CN12099976A所公开的二极管激光器，其中金属阴极形成在活性区的一侧，该金属阴极的高度与活性区的高度几乎持平，因此，金属阴极势必会妨碍作为发光结构的活性区的发光，即使金属阴极采用透明的导电材料，活性区所发出的光也不可能毫无阻碍地透过金属阴极；因此上述结构也会在一定程度上影响发光效率。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种n型外延衬底激光二极管，其可以明显的减小激光二极管衬底中的晶体缺陷密度，并且通过对电极的特殊设置方式，避免了电极对发光区域所造成的影响，从而提高激光二极管的性能和寿命。
本发明的激光二极管包括蓝宝石衬底，在蓝宝石衬底上具有n-GaN外延衬底，其中，n-GaN外延衬底的中部区域上依次具有n型界面层、发光层、p型界面层、p型注入层以及p电极；n-GaN外延衬底的外围区域上具有n电极；
其中，n型界面层是n-AlxInyGa1-x-yN，其中0＜x≤1，0＜y≤1并且x+y≤1；
其中，发光层是超晶格结构的多量子阱层，该多量子阱层的材料为ZnO/Zn1-aMgaO/Zn1-bAsbO，其中0＜a≤0.2、0＜b≤0.3；
其中，p型界面层为P-AlxInyGa1-x-yP，其中0＜x≤1，0＜y≤1并且x+y≤1；
其中，p型注入层为p型NiO注入层；
其中，p电极为Au、Pt、Pt/Ni、Au/Ni或ITO（氧化铟锡），所述p电极的厚度不大于所述p型界面层的厚度。n电极为In、Al、Ga、Ag或ITO。
本发明的激光二极管的有益效果为：
1.采用n-AlxInyGa1-x-yN的n型界面层以及p-AlxInyGa1-x-yP的p型界面层，可以有效降低半导体衬底材料生长过程中形成的缺陷密度；
2.采用多量子阱层ZnO/Zn1-aMgaO/Zn1-bAsbO作为发光层，能够大大提高了载流子的复合几率，提高激光二极管的发光效率；
3.采用p型NiO作为空穴注入层形成异质结注入，这种异质结具有超注入的优点，从而进一步提高发光效率。
4.将n电极的厚度设定为不大于n型界面层的厚度，从而避免了n电极对n型界面层上的发光层所发出的光造成的干扰，进而有利于提高发光效率。
附图说明
图1是本发明激光二极管的截面结构示意图。
图2为本发明激光二极管的俯视图。
具体实施方式
参见图1，本发明的n型外延衬底激光二极管包括蓝宝石衬底1；在蓝宝石衬底1上具有n-GaN外延衬底2，n-GaN外延衬底2的中部区域上具有发光结构，所述发光结构由下至上依次具有n型界面层3、发光层4、p型界面层5、p型注入层6以及p电极7；n-GaN外延衬底的外围区域上具有n电极8，该n电极8环绕所述发光结构形成，见图2所示；其中n电极8的厚度不大于n型界面层3的厚度，并且n电极8与n型界面层3之间具有空隙；
其中，n型界面层3是n-AlxInyGa1-x-yN，其中0＜x≤1，0＜y≤1并且x+y≤1，作为优选地，其中0＜x≤0.55，0＜y≤0.45；
其中，发光层4是超晶格结构的多量子阱层，该多量子阱层的材料为ZnO/Zn1-aMgaO/Zn1-bAsbO，其中0＜a≤0.2、0＜b≤0.3；作为优选地，0＜a≤0.1、0＜b≤0.15；为了进一步提高载流子的复合几率，进而提高激光二极管的发光效率，发光层4可由多个周期的ZnO/Zn1-aMgaO/Zn1-bAsbO构成。该发光层的结构具体为：ZnO层依次上具有Zn1-aMgaO层和Zn1-bAsbO层，这三层形成如三明治的结构，每三层作为一个周期，在本发明中，共形成10-20个周期，优选地形成15-18个周期。
其中，p型界面层5为p-AlxInyGa1-x-yP，其中0＜x≤1，0＜y≤1并且x+y≤1，作为优选地，0＜x≤0.55，0＜y≤0.45
其中，p型注入层6为p型NiO注入层；
其中，p电极7为Au、Pt、Pt/Ni、Au/Ni或ITO（氧化铟锡）；n电极8为In、Al、Ga、Ag或ITO。
至此已对本发明做了详细的说明，但前文的描述的实施例仅仅只是本发明的优选实施例，其并非用于限定本发明。本领域技术人员在不脱离本发明精神的前提下，可对本发明做任何的修改，而本发明的保护范围由所附的权利要求来限定。

Claims (1)

1.一种n型外延衬底激光二极管，其特征在于：包括蓝宝石衬底，在蓝宝石衬底上具有n-GaN外延衬底，在n-GaN外延衬底上具有发光结构；
其中，所述发光结构设置于n型外延衬底的中部区域，该发光结构由下至上依次具有n型界面层、发光层、p型界面层、p型注入层以及p电极；n-GaN外延衬底的外围区域上具有n电极；
其中，所述p型注入层为空穴注入层；
所述n电极环绕所述发光结构；所述n电极的厚度不大于n型界面层的厚度，并且n电极与n型界面层之间具有空隙；
其中，n型界面层是n-AlxInyGa1-x-yN，0＜x≤1，0＜y≤1并且x+y≤1；
其中，发光层是超晶格结构的多量子阱层，该多量子阱层的材料为ZnO/Zn1-aMgaO/Zn1-bAsbO，0＜a≤0.2、0＜b≤0.3；
其中，p型界面层为p-AlxInyGa1-x-yP，0＜x≤1，0＜y≤1并且x+y≤1；
其中，p型注入层为p型NiO注入层；
其中，p电极为Au、Pt、Pt/Ni、Au/Ni或ITO(氧化铟锡)；n电极为In、Al、Ga、Ag或ITO。
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