CN106711764B - GaN基激光器和超辐射发光二极管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种GaN基激光器和超辐射发光二极管及其制备方法。所述激光器和超辐射发光二极管的脊型结构通过外延生长直接形成，其包括表面分布有条形台阶结构的衬底，设置在所述衬底上并包覆所述条形台阶结构的、具有脊型结构的外延层，所述外延层包括依次于衬底上形成的下接触层、下限制层、下波导层、有源层、上波导层、电子阻挡层、上限制层和上接触层。本发明通过在衬底上形成窗口区或预先刻蚀形成台阶结构的方法，直接在衬底上生长激光器和超辐射发光二极管脊型，脊型结构的两侧生长有光学限制层，不仅可有效提升器件的横向限制，降低器件的阈值电流，同时还可省去刻蚀操作，从而避免刻蚀损伤，进一步降低器件阈值电流，提高器件可靠性。

Description

GaN基激光器和超辐射发光二极管及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种半导体激光器和超辐射发光二极管及其制备方法，特别涉及一种具有脊形波导结构的GaN基激光器和超辐射发光二极管及其制备方法，属于半导体光电技术领域。

背景技术

III-V族氮化物半导体被称为第三代半导体材料，具有禁带宽度大，化学稳定性好，抗辐照性强等优点；其禁带宽度涵盖整个可见光范围，因此可用于制作半导体发光器件，如发光二极管、激光器和超辐射发光二极管等。基于III-V族氮化物半导体的激光器和超辐射发光二极管具有制作简单，体积小，重量轻，寿命长，效率高等优点，在光通信、光泵浦、光存储和激光显示等领域得到了广泛应用。

相对于GaAs或InP基材料，GaN基材料的化学稳定性好，耐酸碱，不易腐蚀，因此对GaN基脊型激光器和超辐射发光二极管，脊型需干法刻蚀形成。由于干法刻蚀通常会引入表面态和缺陷，这些表面态和缺陷会成为漏电通道，影响器件的可靠性和稳定性。为减少刻蚀损伤的影响，通常在刻蚀处沉积介质膜来钝化表面态和缺陷，然而介质膜通常与氮化物之间晶格失配和热失配较大，无法完全钝化刻蚀损伤。为减少刻蚀损伤的影响，常规激光器和超辐射发光二极管基本都采用浅刻蚀，通常只刻蚀到上限制层，然而刻蚀损伤仍然会影响激光器特性。

由于激光器和超辐射发光二极管采用浅刻蚀只刻蚀到上限制层，残留的上限制层、上波导层和量子阱将会成为光波导，使光场发生泄漏，从而导致横向限制减弱，因此导致激光器和超辐射发光二极管光斑的横向发散角很小，纵横比较大，呈现椭圆形，影响光斑的耦合等。

又及，激光器和超辐射发光二极管上限制层通常为AlGaN/GaN超晶格结构，由于极化效应，超晶格界面处GaN中存在二维空穴气，导致超晶格的横向传输电阻较小，远小于其纵向传输电阻，因此没有被完全刻蚀的上限制层会充当电流扩展通道，从脊型注入的空穴易在此处发生横向扩展，扩展到脊型以外的电流与光场不重合，无法产生增益，对激光器激射无帮助，等同于泄漏电流，导致电流注入效率降低，激光器和超辐射发光二极管的阈值电流增加，器件性能恶化。

此外，激光器和超辐射发光二极管中的功能层都均匀连续生长在异质衬底上，随着衬底尺寸增加，激光器和超辐射发光二极管中的应力逐渐增加，易导致外延片翘曲过大，不利于后续器件工艺制作，同时影响器件良率；当应力足够大时还会在外延片中产生裂纹，严重影响器件性能和良率。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种GaN基激光器和超辐射发光二极管及其制备方法，以克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

在一些实施例中，提供了一种GaN基激光器和超辐射发光二极管，其包括表面分布有条形台阶结构的衬底以及具有脊型结构的外延层，所述外延层设置在所述衬底上并包覆所述条形台阶结构，且所述外延层包括依次于衬底上形成的下接触层、下限制层、下波导层、量子阱有源层、上波导层、电子阻挡层、上限制层和上接触层。

在一些实施例中还提供了一种制备GaN基激光器和超辐射发光二极管的方法，其包括：

提供表面分布有条形台阶结构的衬底，

在所述衬底上依次生长下接触层、下限制层、下波导层、量子阱有源层、上波导层、电子阻挡层、上限制层和上接触层，从而形成包覆所述条形台阶结构的、具有脊型结构的外延层。

较之现有技术，本发明的优点包括：通过在衬底上形成窗口区或预先刻蚀形成台阶的方法，直接在衬底上生长激光器和超辐射发光二极管脊型结构，脊型结构的两侧生长有光学限制层，不仅可有效提升器件的横向限制，降低器件的阈值电流，同时还可省去刻蚀操作，从而避免刻蚀损伤，进一步降低器件的阈值电流，提高器件可靠性。

附图说明

图1是本发明一典型实施例中在衬底上生长GaN薄膜的示意图；

图2是本发明一典型实施例中经过光刻刻蚀露出窗口区之后的外延片的示意图；

图3是本发明一典型实施例中经过二次外延之后的GaN薄膜的示意图；

图4是本发明一典型实施例中生长器件结构之后的外延片的示意图；

图5是本发明另一典型实施例中表面有条形台阶结构衬底的示意图；

图6是本发明另一典型实施例中生长器件结构之后的外延片的示意图；

附图标记说明：衬底1，GaN层2，介质膜3，二次外延的GaN层4，下接触层5，下限制层6，下波导层7，量子阱有源区8，上波导层9，电子阻挡层10，上限制层11，上接触层12。

具体实施方式

鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。

本发明的一个方面提供了GaN基激光器和超辐射发光二极管，其包括表面分布有条形台阶结构的衬底以及设置在所述衬底上并包覆所述条形台阶结构的、具有脊型结构的外延层，所述外延层包括依次于衬底上形成的下接触层、下限制层、下波导层、量子阱有源层、上波导层、电子阻挡层、上限制层和上接触层。

本发明的另一个方面还提供了一种制作GaN基激光器和超辐射发光二极管的方法，其包括：

提供表面分布有条形台阶结构的衬底。

在所述衬底上依次生长下接触层、下限制层、下波导层、量子阱有源层、上波导层、电子阻挡层、上限制层和上接触层，从而形成包覆所述条形台阶结构的、具有脊型结构的外延层。

在一些实施例中，所述上、下接触层，上、下限制层和上、下波导层的材料包括Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N，其中，x1和y1均大于或等于0，而小于或等于1，0≤(x1+y1)≤1。

在一些实施例中，所述量子阱有源层的材料包括Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N/Al_x3In_y3Ga_1-x3-y3N，x2、y2，x3和y3均大于或等于0，而小于或等于1，且(x2+y2)和(x3+y3)均大于或等于0，而小于或等于1。

在一些较为具体的实施例中，所述外延层包括从下向上依次设置的n-GaN下接触层、n-AlGaN/GaN超晶格下限制层、n-InGaN下波导层、InGaN/GaN量子阱有源层、u-InGaN上波导层、p-AlGaN电子阻挡层、p-AlGaN/GaN超晶格上限制层，以及p-GaN上接触层。

较为优选的，所述外延层中至少一结构层完全包覆设置于其下方的至少一结构层。

尤为优选的，所述外延层中的任一结构层均完全包覆分布于其下方的各结构层。

较为优选的，所述衬底上条形台阶结构的宽度为0.5μm～20μm，高度大于0而小于或等于100μm。

在一些实施例中，所述条形台阶结构是通过对所述衬底表面进行物理或化学刻蚀而形成。

或者，在一些实施例中，所述条形台阶结构是通过沉积介质膜等方法形成窗口区，进行选区外延生长形成。

其中，所述衬底的材质包括GaN、AlN、蓝宝石、SiC、Si中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。

在一些实施例中，所述的制作方法可以包括：对所述衬底表面进行物理或化学刻蚀，从而形成所述条形台阶结构。

在一些实施例中，所述的制作方法可以包括：通过沉积介质膜等方法形成窗口区，进行选区外延生长形成所述条形台阶结构。

优选的，所述选区外延生长工艺采用的掩膜材料包括氧化硅(SiO_x)、氮化硅(SiN_x)、SiON和W中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。

在一些较佳实施例中，所述的制作方法包括：在高温、低压和高V/III生长条件下生长形成所述外延层，其中温度范围为700℃～1100℃，压力范围为50Torr～500Torr，V/III为300～10000。

进一步的，所述的制作方法还包括利用金属沉积、解理等工艺制备GaN基激光器和超辐射发光二极管。

本发明的GaN基激光器中脊型严格垂直于激光器腔面，通过腔面反射回的光场在脊型中得到增益，当增益等于光场损耗时，产生激光。

本发明的超辐射发光二极管需控制光场的增益始终小于光场损耗，超辐射发光二极管内部的载流子发生受激辐射而产生光放大，这种放大的光经过腔面出射即形成超辐射发光二极管的出射光。

在一定程度上来说，相对于激光器，超辐射发光二极管只是脊型形状不同。

在本发明中，所述GaN基激光器和超辐射发光二极管的脊型通过自对准生长形成，侧壁优选由p-AlGaN/GaN超晶格限制层保护，所述p-AlGaN/GaN超晶格层共格生长，可以保护量子阱有源区，同时p-AlGaN/GaN超晶格层的表面为外延生长形成的原子面，因此所述激光器和超辐射发光二极管的脊型无需刻蚀，侧壁亦无需钝化，此举可有效避免刻蚀损伤的影响，降低激光器和超辐射发光二极管的阈值，提升激光器和超辐射发光二极管的性能。

在本发明中，所述的激光器和超辐射发光二极管的脊型宽度可通过控制衬底上条形台阶结构的宽度控制，脊型两侧均被斜面生长的上波导层、上限制层保护，在横向方向上，这些上波导层和上限制层形成波导结构，对量子阱有源区中的光场形成横向限制。因此相对于传统的半导体激光器和超辐射发光二极管，本发明的激光器和超辐射发光二极管的横向限制更强，激光器和超辐射发光二极管的阈值电流更小。此外由于横向限制加强，激光器和超辐射发光二极管光斑的横向发散角减小，纵横比增加，激光器和超辐射发光二极管的光斑更接近于圆形，可以提升激光器和超辐射发光二极管与光纤的耦合效率。

在本发明中，在表面有条形台阶结构的衬底上生长激光器和超辐射发光二极管时，通常激光器和超辐射发光二极管的脊型生长在(0001)面上，激光器和超辐射发光二极管的侧壁则为其它晶面，控制生长条件，改变各面的生长速率，通过在侧壁增加电阻大的p-AlGaN/GaN超晶格限制层厚度的方法，形成电流注入窗口，使电流只从脊型上方注入，而不发生或者很少发生横向扩散，电流全部注入到激光器和超辐射发光二极管的量子阱有源区，产生增益。相对于传统脊型激光器和超辐射发光二极管，本发明所述的激光器和超辐射发光二极管的电流注入效率更高，激光器和超辐射发光二极管的性能更好。

在本发明中，所述激光器和超辐射发光二极管生长在图形衬底上，相邻器件的功能层生长在不同晶面上，有些器件之间相互隔离，可减少外延片中的应力，降低外延片的翘曲，降低后续器件工艺难度，提升器件良率。

在本发明中所述的激光器和超辐射发光二极管生长在刻蚀形成的表面有台阶的衬底或选区外延生长形成的衬底上，激光器和超辐射发光二极管的截面呈现梯形，梯形截面形状可通过控制生长条件调控。

在本发明中，所述的激光器和超辐射发光二极管的侧壁可通过沉积绝缘介质膜，等离子体处理或生长n型外延层等方法形成侧壁绝缘，防止电流从侧壁注入，从而保证高电流注入效率，降低激光器和超辐射发光二极管的阈值电流。

以下结合附图及若干具体实施例对本发明的技术方案作更为详尽的解释说明。

如下实施例涉及GaN基激光器和超辐射发光二极管的制备方法，其中采用金属有机化学气相沉积设备(MOCVD)进行外延生长，使用NH₃、TMGa/TEGa、TMIn、TMAl等分别作为N、Ga、In、Al源,SiH₄和CP₂Mg作为掺杂剂，H₂和N₂作为金属有机源的载气，以及采用常用的蓝宝石平片作为生长激光器和超辐射发光二极管的衬底。

实施例1本实施例的GaN基蓝光激光器和超辐射发光二极管结构可参考图4，其可采用选区外延方法生长形成，具体包括如下步骤：

S1：将衬底放入MOCVD中，升高温度到约1080℃，氢气气氛下高温预处理衬底约5分钟，去除衬底表面的杂质，随后通入少量的NH₃氮化衬底表面；

S2：降温到约530℃，生长约25nm的GaN成核层，对GaN成核层进行高温(约1000℃)退火，并在高温下生长约1μm非掺杂的GaN层和约2μm的n-GaN层，如图1所示；

S3：生长结束后，取出外延片，在样品表面采用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)沉积约200nm的SiO₂介质膜；

S4：在样品表面涂胶、光刻和显影，形成沿GaN的(1-100)方向的窗口区，窗口区的宽度约4μm，长约1cm，以光刻胶为掩膜，将样品放入氢氟酸溶液中腐蚀，去除窗口区的SiO₂介质膜，随后用丙酮去除光刻胶，反复清洗样品，去除杂质，如图2所示；

S5：将样品放入MOCVD中进行二次外延，为保证完整地去除样品表面杂质，在升温过程中，通入H₂而不通NH₃，使窗口区被氧化后的GaO和部分GaN层在H₂气氛下分解，随后进行GaN的二次外延，生长中通入NH₃约2500sccm，生长温度约1080℃，反应室压力约100Torr，TMGa的流量为20sccm，对应的V/III比约1700，SiH₄的流量为约10sccm，保证n-GaN中Si掺浓度为约1×10¹⁸cm^-3，生长时间约5400s，如图3所示；

S6：增加SiH₄的气体流量到约20sccm，使n-GaN中Si掺浓度约2×10¹⁸cm^-3，生长约3600s；随后通入约50sccm的TMAl，并通入少量的TMIn作为活性剂，生长n-AlGaN下限制层，Al组分约为8％，Si掺浓度约为2×10¹⁸cm^-3；

S7：在n-AlGaN下限制层上依次生长约120nm的n-In_0.03Ga_0.97N(Si:5×10¹⁷cm^-3)下波导层，3对In_0.16Ga_0.84N/GaN量子阱，其中In_0.16Ga_0.84N阱宽约为2.5nm，GaN垒层约为15nm，约90nm的u-In_0.03Ga_0.97N上波导层，约20nm的p-Al_0.2Ga_0.8N(Mg:5×10¹⁹cm^-3)电子阻挡层，约500nm的p-Al_0.16Ga_0.84N/GaN超晶格限制层；

S8：生长约50nm的p-GaN接触层，完成蓝光激光器和超辐射发光二极管的生长。

S9：通过光刻、沉积等工艺，形成激光器和超辐射发光二极管器件。

实施例2本实施例的GaN基蓝光激光器和超辐射发光二极管可基于图5所示的衬底生长形成，具体包括如下步骤：

S1：将衬底放入MOCVD中，升高温度到约1080℃，氢气气氛下高温预处理衬底约5分钟，去除衬底表面的杂质，随后通入少量的NH₃氮化衬底表面；

S2：降温到约530℃，生长约25nm的GaN成核层，对GaN成核层进行高温(约1000℃)退火，并在高温下生长约1μm非掺杂的GaN层和约2μm的n-GaN层，如图1所示；

S3：生长结束后，取出外延片，在样品表面采用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)沉积约200nm的SiO₂介质膜；

S4：在样品表面涂胶、光刻和显影，形成沿GaN的(1-100)方向的窗口区和掩膜区，掩膜区的宽度约4μm，长约2cm，以光刻胶为掩膜，将样品放入氢氟酸溶液中腐蚀，去除窗口区的SiO₂介质膜，随后用丙酮去除光刻胶，反复清洗样品，去除杂质，然后用电感耦合等离子体(ICP)刻蚀窗口区的GaN层，随后用氢氟酸溶液清洗样品，去除表面的SiO₂介质膜，从而形成表面分布有条形台阶结构的衬底，如图5所示；

S5：将衬底放入MOCVD中生长，通入NH₃约2500sccm，生长温度约1040℃，反应室压力约100Torr，TMGa的气体流量约为20sccm，对应的V/III比约为1700，SiH₄的气体流量约为10sccm，保证n-GaN中Si掺浓度约为1×10¹⁸cm^-3，生长时间约5400s；

S6：增加SiH₄的气体流量到约20sccm，使n-GaN中Si掺浓度约2×10¹⁸cm^-3，生长约3600s；随后通入气体流量约为50sccm的TMAl，并通入少量的TMIn作为活性剂，生长n-AlGaN下限制层，Al组分约为8％，Si掺浓度约为2×10¹⁸cm^-3；

S7：在n-AlGaN下限制层上依次生长约120nm的n-GaN(Si:5×10¹⁷cm^-3)下波导层，3对In_0.16Ga_0.84N/GaN量子阱，其中In_0.16Ga_0.84N阱宽约为2.5nm，GaN垒层约为15nm，约90nm的u-GaN上波导层。

S8：设定反应温度960℃，通入NH₃约3200sccm，反应室压力约为50Torr，TMGa的流量约为10sccm，TMAl的气体流量约为125sccm和50sccm，对应的V/III比约为4352，生长约20nm的p-Al_0.2Ga_0.8N(Mg:5×10¹⁹cm^-3)电子阻挡层，改变TMAl的气体流量约为50sccm，生长约500nm的p-Al_0.16Ga_0.84N/GaN超晶格限制层；

S9：生长约30nm的p-GaN接触层，完成GaN基蓝光激光器和超辐射发光二极管的生长，如图6所示。

S10：通过光刻、沉积等工艺，形成GaN基蓝光激光器和超辐射发光二极管。

采用相同生长条件，可以在蓝宝石衬底上生长GaN基蓝光激光器，并采用类似的器件工艺制作两种激光器，激光器脊型尺寸约为4μm×400μm。对前述器件的测试结果显示，传统脊型激光器的阈值电流约为64mA，对应的阈值电流密度约为4kA/cm²，而本发明所制作的激光器的器件阈值电流仅为32mA，对应的阈值电流密度约为2kA/cm²，降低了约50％，因此相对于传统的脊型激光器，本发明所述激光器电流注入效率更高，激光器的阈值更低。

应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (36)

1.一种GaN基激光器，其特征在于包括表面分布有条形台阶结构的衬底以及具有脊型结构的外延层，所述外延层设置在所述衬底上并包覆所述条形台阶结构，且所述外延层包括依次于衬底上形成的下接触层、下限制层、下波导层、量子阱有源层、上波导层、电子阻挡层、上限制层和上接触层。

2.根据权利要求1所述的GaN基激光器，其特征在于：所述上、下接触层，上、下限制层和上、下波导层的材料包括Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N，其中，x1和y1均大于或等于0，而小于或等于1，0≤(x1+y1)≤1；和/或，所述量子阱有源层的材料包括Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N/Al_x3In_y3Ga_1-x3-y3N，x2、y2，x3和y3均大于或等于0，而小于或等于1，且(x2+y2)和(x3+y3)均大于或等于0，而小于或等于1。

3.根据权利要求1或2所述的GaN基激光器，其特征在于：所述外延层中至少一结构层完全包覆设置于其下方的至少一结构层。

4.根据权利要求3所述的GaN基激光器，其特征在于：所述外延层中的任一结构层均完全包覆分布于其下方的各结构层。

5.根据权利要求1所述的GaN基激光器，其特征在于：所述条形台阶结构的宽度为0.5μm～20μm，高度大于0而小于或等于100μm。

6.根据权利要求1所述的GaN基激光器，其特征在于：所述条形台阶结构是通过对所述衬底表面进行物理或化学刻蚀而形成。

7.根据权利要求1所述的GaN基激光器，其特征在于：所述条形台阶结构是通过掩膜采用选区外延生长工艺于所述衬底表面生长形成，所述选区外延生长工艺采用的掩膜材料包括氧化硅、氮化硅、SiON和W中的任意一种或两种以上的组合。

8.根据权利要求1所述的GaN基激光器，其特征在于：所述衬底的材质包括GaN、AlN、蓝宝石、SiC、Si中的任意一种或两种以上的组合。

9.一种超辐射发光二极管，其特征在于包括表面分布有条形台阶结构的衬底以及具有脊型结构的外延层，所述外延层设置在所述衬底上并包覆所述条形台阶结构，且所述外延层包括依次于衬底上形成的下接触层、下限制层、下波导层、量子阱有源层、上波导层、电子阻挡层、上限制层和上接触层。

10.根据权利要求9所述的超辐射发光二极管，其特征在于：所述上、下接触层，上、下限制层和上、下波导层的材料包括Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N，其中，x1和y1均大于或等于0，而小于或等于1，0≤(x1+y1)≤1；和/或，所述量子阱有源层的材料包括Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N/Al_x3In_y3Ga_1-x3-y3N，x2、y2，x3和y3均大于或等于0，而小于或等于1，且(x2+y2)和(x3+y3)均大于或等于0，而小于或等于1。

11.根据权利要求9或10所述的超辐射发光二极管，其特征在于：所述外延层中至少一结构层完全包覆设置于其下方的至少一结构层。

12.根据权利要求11所述的超辐射发光二极管，其特征在于：所述外延层中的任一结构层均完全包覆分布于其下方的各结构层。

13.根据权利要求9所述的超辐射发光二极管，其特征在于：所述条形台阶结构的宽度为0.5μm～20μm，高度大于0而小于或等于100μm。

14.根据权利要求9所述的超辐射发光二极管，其特征在于：所述条形台阶结构是通过对所述衬底表面进行物理或化学刻蚀而形成。

15.根据权利要求9所述的超辐射发光二极管，其特征在于：所述条形台阶结构是通过掩膜采用选区外延生长工艺于所述衬底表面生长形成，所述选区外延生长工艺采用的掩膜材料包括氧化硅、氮化硅、SiON和W中的任意一种或两种以上的组合。

16.根据权利要求9所述的超辐射发光二极管，其特征在于：所述衬底的材质包括GaN、AlN、蓝宝石、SiC、Si中的任意一种或两种以上的组合。

17.一种GaN基激光器的制备方法，其特征在于包括：

提供表面分布有条形台阶结构的衬底，以及在所述衬底上依次生长下接触层、下限制层、下波导层、量子阱有源层、上波导层、电子阻挡层、上限制层和上接触层，从而形成包覆所述条形台阶结构的、具有脊型结构的外延层。

18.根据权利要求17所述的制备方法，其特征在于：所述上、下接触层，上、下限制层和上、下波导层的材料包括Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N，其中，x1和y1均大于或等于0，而小于或等于1，0≤(x1+y1)≤1；和/或，所述量子阱有源层的材料包括Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N/Al_x3In_y3Ga_1-x3-y3N，x2、y2，x3和y3均大于或等于0，而小于或等于1，且(x2+y2)和(x3+y3)均大于或等于0，而小于或等于1。

19.根据权利要求17所述的制备方法，其特征在于包括：所述条形台阶结构是通过对所述衬底表面进行物理或化学刻蚀而形成。

20.根据权利要求17所述的制备方法，其特征在于包括：所述条形台阶结构是通过掩膜采用选区外延生长工艺于所述衬底表面生长形成。

21.根据权利要求20所述的制备方法，其特征在于包括：所述选区外延生长工艺采用的掩膜材料包括氧化硅、氮化硅、SiON和W中的任意一种或两种以上的组合。

22.根据权利要求17所述的制备方法，其特征在于包括：所述条形台阶结构的宽度为0.5μm～20μm，高度大于0而小于或等于100μm。

23.根据权利要求17所述的制备方法，其特征在于：所述外延层中至少一结构层完全包覆设置于其下方的至少一结构层。

24.根据权利要求23所述的制备方法，其特征在于：所述外延层中的任一结构层均完全包覆分布于其下方的各结构层。

25.根据权利要求17所述的制备方法，其特征在于：所述衬底的材质包括GaN、AlN、蓝宝石、SiC、Si中的任意一种或两种以上的组合。

26.根据权利要求17所述的制备方法，其特征在于包括：在高温、低压和高V/III生长条件下生长形成所述外延层，其中温度范围为700℃～1100℃，压力范围为50Torr～500Torr，V/III为300～10000。

27.一种超辐射发光二极管的制备方法，其特征在于包括：

提供表面分布有条形台阶结构的衬底，以及在所述衬底上依次生长下接触层、下限制层、下波导层、量子阱有源层、上波导层、电子阻挡层、上限制层和上接触层，从而形成包覆所述条形台阶结构的、具有脊型结构的外延层。

28.根据权利要求27所述的制备方法，其特征在于：所述上、下接触层，上、下限制层和上、下波导层的材料包括Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N，其中，x1和y1均大于或等于0，而小于或等于1，0≤(x1+y1)≤1；和/或，所述量子阱有源层的材料包括Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N/Al_x3In_y3Ga_1-x3-y3N，x2、y2，x3和y3均大于或等于0，而小于或等于1，且(x2+y2)和(x3+y3)均大于或等于0，而小于或等于1。

29.根据权利要求27所述的制备方法，其特征在于包括：所述条形台阶结构是通过对所述衬底表面进行物理或化学刻蚀而形成。

30.根据权利要求27所述的制备方法，其特征在于包括：所述条形台阶结构是通过掩膜采用选区外延生长工艺于所述衬底表面生长形成。

31.根据权利要求30所述的制备方法，其特征在于包括：所述选区外延生长工艺采用的掩膜材料包括氧化硅、氮化硅、SiON和W中的任意一种或两种以上的组合。

32.根据权利要求27所述的制备方法，其特征在于包括：所述条形台阶结构的宽度为0.5μm～20μm，高度大于0而小于或等于100μm。

33.根据权利要求27所述的制备方法，其特征在于：所述外延层中至少一结构层完全包覆设置于其下方的至少一结构层。

34.根据权利要求33所述的制备方法，其特征在于：所述外延层中的任一结构层均完全包覆分布于其下方的各结构层。

35.根据权利要求27所述的制备方法，其特征在于：所述衬底的材质包括GaN、AlN、蓝宝石、SiC、Si中的任意一种或两种以上的组合。

36.根据权利要求27所述的制备方法，其特征在于包括：在高温、低压和高V/III生长条件下生长形成所述外延层，其中温度范围为700℃～1100℃，压力范围为50Torr～500Torr，V/III为300～10000。