CN115588720A - 一种p-NiO为盖层的光通信波段InN红外光发光管和激光器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种p‑NiO为盖层的光通信波段InN红外光发光管和激光器及其制备方法，属于半导体发光器件及其制备技术领域。器件依次由衬底、n型掺Si的GaN外延下限制层、InN材料有源发光层、p型掺Mg的GaN电子限制层，p‑NiO盖层、上电极6和下电极7构成。本发明利用了InN材料是窄直接带隙材料，适合于制备应用于光纤通信领域的近红外1.55μm左右的LED和LD的特性，同时利用p‑NiO高空穴浓度、低电阻率、带隙宽和有比GaN材料折射率低，同时又有生长温度很低的特点，可以使器件有良好的空穴注入，同时有良好的光限制和载流子限制，制备出温度特性好的新型的光通信波段红外光发光管和激光器，可拓展器件的应用范围。
Description
技术领域
本发明属于半导体发光器件及其制备技术领域，具体涉及一种p-NiO为盖层的光通信波段InN红外光发光管和激光器及其制备方法。
背景技术
当前人类已经迈入了一个高度信息化的社会，社会对信息量的需求呈爆炸式增长，光子已成为信息的重要载体。光纤通信是信息传输的重要手段。石英光纤在1.55μm左右这一波长范围有极低的损耗，这一波段是光纤通信系统的理想波段。目前这一波段光源使用的是InGaAsP/InP材料系制备的半导体发光管(LED)和激光器(LD)。然而InGaAsP/InP材料系半导体发光器件温度特性不好，波长随温度变化较大，不能在较高温度下工作。人们不得不在这种发光器件的光发射组件中加上半导体制冷器和温敏电阻以及温度控制电路，极大的限制了这种器件的应用范围。
近年来人们发现Ga(In)N系材料发光器件有良好的温度特性。而InN材料的带隙仅为约0.77eV，是窄直接带隙材料，非常适合于制备应用于光纤通信领域中无污染、高性能的近红外1.55μm左右的LED(发光管)和LD(激光管)，这很可能为光通讯的发展带来新的突破。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述InGaAsP/InP材料系发光管和激光器这一困难，利用InN材料的带隙仅为约0.77eV，是窄直接带隙材料，非常适合于制备应用于光纤通信领域的近红外1.55μm左右的LED(发光管)和LD(激光管)的特性，同时利用p-NiO的宽禁带、高空穴浓度、低折射率和生长温度低的特性，提供一种以p-NiO为盖层(光限制层暨空穴注入层)的光通信波段InN红外光发光管和激光器及其制备方法。本发明制备的p-NiO空穴浓度可高达1018～1020/cm3，电阻率非常低，仅2～4Ω·cm(见表1)，同时NiO的折射率和AlN相差无几，完全可以对InN材料有源发光层发射的光进行限制，制备出特性良好的红外光发光管和激光器件。
本发明的技术方案是：
本发明所设计的p-NiO为盖层(光限制层暨空穴注入层)的光通信波段InN红外光发光管(见附图1(a)和附图说明)，由下至上依次由衬底1、衬底1上面制备的GaN缓冲层12、GaN缓冲层12上制备的n型掺Si(Si的掺杂浓度范围为1.0×1018/cm3～9.9×1019/cm3)的GaN外延下限制层(光、空穴限制层暨电子注入层)2、GaN下限制层2上面制备的相互分立的不掺杂的InN材料有源发光层3和下电极7、InN材料有源发光层3上面制备的p型掺Mg(Mg的掺杂浓度范围为1.0×1017/cm3～5.0×1018/cm3)的GaN电子限制层4、GaN电子限制层4上面制备的盖层(光限制层暨空穴注入层)5、盖层5上面制备的上电极6构成，其特征在于：衬底1是Al2O3或Si晶体片；盖层(光限制层暨空穴注入层)5是p-NiO，空穴浓度为1.0×1018/cm3～9.9×1020/cm3；为了方便光纤耦合上电极6制备成外方内圆的环状(见附图1(b)和附图说明)结构，光在有源发光层3产生后从上电极6的内圆处发出。
进一步地，为了制备光通信波段InN红外光激光器，本发明设计一种p-NiO为盖层(光限制层暨空穴注入层)的光通信波段InN红外光激光器(见附图2和附图说明)，由下至上依次由衬底1、衬底1上面制备的n型掺Si(掺杂浓度范围为1.0×1018/cm3～9.9×1019/cm3)的GaN外延下限制层(光、空穴限制层暨电子注入层)2、GaN下限制层2上面制备的不掺杂的InN材料有源发光层3、InN材料有源发光层3上面制备的p型掺Mg(掺杂浓度范围为1.0×1017/cm3～5.0×1018/cm3)的GaN电子限制层4、GaN电子限制层4上面制备的盖层(光限制层暨空穴注入层)5、盖层5上面制备的上电极6，在衬底1的下面制备有下电极7构成，其特征在于：衬底1是n型SiC或n型GaN晶体片，其掺杂浓度范围为1×1018/cm3～9.9×1019/cm3；盖层(光限制层暨空穴注入层)5是p-NiO，空穴浓度为1.0×1018/cm3～9.9×1020/cm3；由上述外延片解理的前、后端面构成前反射镜8和后反射镜9，激光器的光在有源发光层3产生后由盖层5下面的前反射镜8和后反射镜9出光。
再进一步地，为了将注入激光器的电流限制在一个面积较小的条形区域，以降低阈值。本发明提出一种脊台条形结构的p-NiO为盖层(光限制层暨空穴注入层)的光通信波段InN红外光激光器(见附图3和附图说明)，由下至上依次由衬底1、衬底1上面制备的n型掺Si(掺杂浓度范围为1.0×1018/cm3～9.9×1019/cm3)的GaN外延下限制层(光、空穴限制层暨电子注入层)2、GaN下限制层2上面制备的不掺杂的InN材料有源发光层3、InN材料有源发光层3上面制备的p型掺Mg(掺杂浓度范围为1.0×1017/cm3～5.0×1018/cm3)的GaN电子限制层4、衬底1的下面制备有下电极7构成，其特征在于：衬底1是n型SiC或n型GaN晶体片，其掺杂浓度范围为1×1018/cm3～9.9×1019/cm3；在GaN电子限制层4上面制备有脊台条形结构的盖层(光限制层暨空穴注入层)5，盖层(光限制层暨空穴注入层)5是p-NiO，空穴浓度为1.0×1018/cm3～9.9×1020/cm3；在盖层5和GaN电子限制层4上面制备有一层二氧化硅电流隔离层10，在脊台条形盖层5台顶部的二氧化硅电流隔离层10上制备出条形电流限制窗口11(即将脊台条形盖层5台顶部的二氧化硅电流隔离层10全部剥离去掉)，在二氧化硅电流隔离层10和条形电流限制窗口11上面制备上电极6，上电极6通过条形电流限制窗口11与盖层5相接触，从而进行电流注入；由上述外延片沿与脊台条形盖层5条形方向相垂直平面解理的前、后端面构成前反射镜8和后反射镜9，激光器的光在有源发光层3产生后由脊台条形盖层5下面的前反射镜8和后反射镜9出光。
更进一步地，为了将注入激光器的电流限制在一个面积较小的条形区域，以降低阈值，同时又可以大面积欧姆接触改善器件热特性和降低串联电阻。本发明提出一种内条形(二氧化硅隔离内条形电流限制窗口)结构的p-NiO为盖层(光限制层暨空穴注入层)的光通信波段InN红外光激光器(见附图4和附图说明)，由下至上依次由衬底1、衬底1上面制备的n型掺Si(掺杂浓度范围为1.0×1018/cm3～9.9×1019/cm3)的GaN外延下限制层(光、空穴限制层暨电子注入层)2、GaN下限制层2上面制备的InN材料有源发光层3、InN材料有源发光层3上面制备的p型掺Mg的(掺杂浓度范围为1.0×1017/cm3～5.0×1018/cm3)GaN电子限制层4、衬底1的下面制备的下电极7构成，其特征在于：衬底1是n型SiC或n型GaN晶体片，其掺杂浓度范围为1×1018/cm3～9.9×1019/cm3；在GaN电子限制层4上面制备有一层二氧化硅电流隔离层10，在二氧化硅电流隔离层10上制备出条形电流限制窗口11，在二氧化硅电流隔离层10和条形电流限制窗口11上面制备盖层(光限制层暨空穴注入层)5，盖层5是p-NiO，空穴浓度为1.0×1018/cm3～9.9×1020/cm3；盖层5通过条形电流限制窗口11接触到GaN电子限制层4，从而进行电流注入；在盖层5上面制备有上电极6，从而形成大面积欧姆接触；由外延芯片沿与条形电流限制窗口11条形方向相垂直平面解理的前、后端面构成前反射镜8和后反射镜9，激光器的光在有源发光层3产生后由条形电流限制窗口11下面的前反射镜8和后反射镜9出光。
制备方法：本发明所设计的p-NiO为盖层(光限制层暨空穴注入层)的光通信波段InN红外光发光管和激光器的GaN缓冲层12、GaN外延下限制层(光、空穴限制层暨电子注入层)2采用目前工艺较成熟的常规MOCVD(金属有机化合物化学气相沉淀)工艺进行外延生长制备。InN材料有源发光层3和GaN电子限制层4可采用MBE(分子束外延)工艺进行外延生长制备；目前MOCVD和MBE方法制备p-NiO薄膜材料的工艺还不成熟，所以p-NiO盖层5用磁控溅射方法进行制备。制备上电极6的材料可用Au或Ni-Au、Ti-Au、Zn-Au或Pt-Au等单一金属或二元合金材料，也可以用Ti-Pt-Au、Ti-Ni-Au或Ni-Pt-Au等三元合金材料，制备的方法可采用热蒸镀、电子束蒸镀或磁控激射方法制备；下电极7材料也可用Au、Ni、Ni-Au、Ti-Au、Zn-Au或Pt-Au等单一金属或二元合金材料，也可以用Ti-Pt-Au、Ti-Ni-Au或Ni-Pt-Au等三元合金及Ti-Al-Ni-Au四元合金材料，制备的方法可采用热蒸镀、电子束蒸镀或磁控激射方法制备；上、下电极的材料一般情况下是不相同的。对于激光器的制备：脊台条形盖层5的制备，外延片制备好后，先溅射一层p-NiO盖层，然后光刻，用光刻胶掩蔽，用热稀硫酸刻蚀p-NiO盖层使之形成脊台条形结构，稀硫酸的配比是硫酸：水为20：100(体积比)，加热到60℃；这种腐蚀液仅能腐蚀p-NiO盖层5，而不能腐蚀GaN电子限制层4；所以脊台条形盖层5的制备选用这种腐蚀液刻蚀，而不用常规的等离子刻蚀技术刻蚀。二氧化硅电流隔离层10可采电子束蒸镀或硅烷热分解淀积或磁控溅射等常规技术制备；电流限制窗口11的制备采用常规的光刻和二氧化硅腐蚀技术或用光刻胶剥离(life off)技术制备；然后可用手工研磨或磨片机研磨等常规工艺对衬底1进行减薄至60～150微米；最后，沿衬底1的
或
面将蒸镀好上、下电极的外延芯片解理(注意制备的脊台条形盖层5或电流限制窗口11的条形方向需要和这个解理面的方向相垂直)成宽度为100微米～2毫米的巴条，再将巴条锯切成宽100微米～500微米的管芯，这样就制备成了长方型(矩形)激光器管芯，外延片解理的前、后端面构成前反射镜8和后反射镜9，器件在前反射镜8和后反射镜9出光，原来的巴条宽度就是激光器谐振腔的腔长，脊台条形盖层5及条形电流限制窗口11的条形方向和外延片解理的前、后端面相垂直；管芯制备好后，将管芯倒装，即将上电极6焊接在热沉或支架上，下电极7用引线键合到支架的另一电极上，这样便制成了激光器件。
本发明所述的以p-NiO为盖层(光限制层暨空穴注入层)的光通信波段InN红外光发光管和激光器的制备方法，其特征在于：GaN缓冲层12、GaN外延下限制层2使用MOCVD方法进行制备，InN材料有源发光层3和GaN电子限制层4使用MBE方法进行制备，p-NiO盖层5用磁控溅射方法进行制备，上电极6和下电极7采用热蒸镀、电子束蒸镀或磁控激射方法制备。
本发明的效果和益处是：
本发明制备的p-NiO为盖层(光限制层暨空穴注入层)的光通信波段InN红外光发光管和激光器利用了InN材料是窄直接带隙材料，适合于制备应用于光纤通信领域的近红外1.55μm左右的LED(发光管)和LD(激光管)的特性，同时利用p-NiO高空穴浓度、低电阻率、带隙宽和有比GaN材料折射率低，同时又有生长温度很低的特点，可以使器件有良好的空穴注入，同时有良好的光限制和载流子限制，制备出新型的温度特性好的光通信波段红外光发光管和激光器，可拓展器件的应用范围。
附图说明
图1：(a)p-NiO为盖层(光限制层暨空穴注入层)的光通信波段InN红外光发光管结构示意图，(b)器件上电极结构示意图。
图2：p-NiO为盖层(光限制层暨空穴注入层)的光通信波段InN红外光激光器结构示意图。
图3：脊台条形结构的p-NiO为盖层(光限制层暨空穴注入层)的光通信波段InN红外光激光器构示意图。
图4：内条形结构的p-NiO为盖层的光通信波段InN红外红光激光器结构示意图。
图5：实施例1中p型GaN和InN组成的发光管室温不同注入电流的发光光谱。可以看出所设计结构发出光通信波段红外光的可行性。
图6：实施例1中p型GaN和InN组成的发光管高温110℃的电注入发光光谱。图6和图5对比可以看出这种110℃光谱的峰值和室温的峰值相比移动很少，说明这种发光器件温度特性很好。
表1：不同温度下溅射的p-NiO薄膜样品霍尔测试结果
| 温度(℃) | 电阻率(Ω·cm) | 迁移率(cm<sup>2</sup>/v.s) | 载流子浓度(/cm<sup>3</sup>) |
| 室温 | 2.818 | 0.0466 | +9.638×10<sup>20</sup> |
| 150° | 3.629 | 0.0657 | +9.417×10<sup>19</sup> |
| 250° | 3.853 | 0.244 | +6.647×10<sup>19</sup> |
| 350° | 4.038 | 0.594 | +5.153×10<sup>18</sup> |
图中各部分的名称为：衬底1、GaN外延下限制层2、InN材料有源发光层3、GaN电子限制层4、盖层(光限制层暨空穴注入层)5、上电极6、下电极7、前反射镜8、后反射镜9、二氧化硅电流隔离层10、条形电流限制窗口11、GaN缓冲层12。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施例和实施工艺。
实施例1
p-NiO为盖层(光限制层暨空穴注入层)的光通信波段InN红外光发光管见附图1(a)。其制备过程为，采用Al2O3晶体片为衬底1，由于Al2O3晶体和高温生长的GaN晶体的晶格失配较大，所以首先采用MOCVD在衬底1上低温(550℃)生长一层50nm厚的不掺杂GaN缓冲层12，然后再用常规MOCVD工艺高温1030℃生长2微米厚的n型(掺Si，掺杂浓度为4×1018/cm3)GaN外延下限制层2；由于目前MOCVD方法制备InN薄膜材料的工艺还不成熟，所以InN材料发光层3、以及InN材料发光层3上面的GaN电子限制层4均用MBE方法进行制备；外延片制备好后采用磁控溅射方法在GaN电子限制层4上面制备p-NiO盖层5；InN材料有源发光层3厚为100nm，生长温度为480℃；由于p-NiO盖层5空穴浓度很高，因此电子限制层4(掺Mg)可以制备成弱p型，掺杂浓度1017/cm3即可，为了防止有源发光层3的InN材料受高温分解，GaN电子限制层4分两步生长，第一步500℃生长10nm，第二步680℃生长10nm，总厚度为20nm；MOCVD工艺在衬底上外延生长n型(掺Si)GaN外延下限制层2用的MO源为：镓源是三甲基镓(TMGa)，氮源是氨气(NH3)，掺杂的硅源是硅烷(SiH4)；MBE方法制备InN有源发光层和GaN电子限制层用的铟源为高纯(7个9纯度)铟，用的镓源为高纯(7个9纯度)镓，掺杂用的镁源为高纯(6个9纯度)镁，氮源是离子化的氮气；磁控溅射p-NiO盖层5采用的靶源为NiO加质量分数2％Li2O的陶瓷靶，表1为不同温度下溅射的p-NiO薄膜样品霍尔测试结果，我们初步试验选取温度为150℃，p-NiO盖层5厚度为200nm；然后，用常规的等离子刻蚀技术光刻刻蚀去掉部分区域的p-NiO盖层5、GaN电子限制层4和InN有源发光层3，在这部分区域露出GaN外延下限制层2；再利用光刻胶掩蔽剥离技术(Lift of)在这露出GaN外延下限制层2的部分区域蒸镀Ni-Au制备下电极7，其厚度约为300纳米；然后，再利用光刻胶掩蔽剥离技术在p-NiO盖层5的部分区域蒸镀Au制备上电极6，其厚度约为300纳米，为了方便光纤耦合上电极6制成外方内圆的环状，见附图1(b)；再合金退火，退火温度为450℃，时间3分钟；最后划片制成管芯。实验初期为了检验这种发光管的发光效果，我们研制了一种简易的p型GaN和InN组成的发光二级管，图5为我们研制的p型GaN和InN组成的发光管室温下电注入发光光谱，图6为我们研制的p型GaN和InN组成的发光管高温电注入发光光谱。
实施例2
p-NiO为盖层(光限制层暨空穴注入层)的光通信波段InN红外光激光器见附图2。其制备过程为，采用n型GaN晶体片(掺杂浓度为5×1018/cm3)为衬底1，由于采用晶格完全匹配的同质衬底，因而不需要生长缓冲层，用目前成熟的常规MOCVD工艺在n型GaN晶体片衬底1上直接1030℃生长2微米厚的n型(掺Si，掺杂浓度为4×1018/cm3)GaN外延下限制层2；由于目前MOCVD方法制备InN薄膜材料的工艺还不成熟，所以InN材料发光层3、以及InN材料发光层3上面的GaN电子限制层4均用MBE方法进行制备；外延片制备好后采用磁控溅射方法在GaN电子限制层4上制备p-NiO盖层5；不掺杂的InN材料有源发光层3厚为100nm，生长温度为480℃；由于p-NiO盖层5空穴浓度很高，因此GaN电子限制层4(掺Mg)可以制备成弱p型，掺杂浓度1017/cm3即可，为了防止有源发光层3的InN材料受高温分解，GaN电子限制层4分两步生长，第一步500℃生长10nm，第二步680℃生长10nm，总厚度为20nm；外延生长用的MO源，MBE源均同实施例1；磁控溅射p-NiO盖层5采用的靶源为NiO加质量分数2％Li2O的陶瓷靶，表1为不同温度下溅射的NiO薄膜样品霍尔测试结果，我们初步试验选取温度为150℃，p-NiO盖层5厚度为200nm；然后用热蒸发台或电子束蒸发台蒸镀金属在p-NiO盖层5上面制备的上电极6；然后，将衬底减薄至90微米，再在衬底面蒸镀金属下电极7，然后在惰性气体保护下合金退火，退火温度为450℃，时间3分钟；最后，沿衬底的
或
面将蒸镀好上、下电极的外延芯片解理成宽度为1000微米的巴条，再将巴条锯切成宽300微米的管芯，这样就制备成了长方型(矩形)激光器管芯，外延片解理的前、后端面构成前反射镜8和后反射镜9，器件在前反射镜8和后反射镜9出光，原来的巴条宽度就是激光器谐振腔的腔长；上电极6材料用Au，下电极7材料用Ni-Au，其厚度均约为300纳米。
实施例3
脊台条形结构的p-NiO为盖层(光限制层暨空穴注入层)的光通信波段InN红外光激光器见附图3。其制备过程为，采用n型GaN晶体片(掺杂浓度为5×1018/cm3)为衬底1，由于采用晶格完全匹配的同质衬底，因而不需要生长缓冲层，用目前成熟的常规MOCVD工艺在n型GaN晶体片衬底1上直接1030℃外延生长2微米厚的n型(掺Si，掺杂浓度为4×1018/cm3)GaN外延下限制层2；由于目前MOCVD方法制备InN薄膜材料的工艺还不成熟，所以InN材料发光层3、以及InN材料发光层3上面的GaN电子限制层4均用MBE方法进行制备；不掺杂的InN材料有源发光层3厚为100nm，生长温度为480℃；由于p-NiO盖层5空穴浓度很高，因此GaN电子限制层4(掺Mg)可以制备成弱p型，掺杂浓度1017/cm3即可，为了防止有源发光层3的InN材料受高温分解，GaN电子限制层4分两步生长，第一步500℃生长10nm，第二步680℃生长10nm，总厚度为20nm；外延生长用的MO源，MBE源均同实施例1；外延片制备好后采用磁控溅射方法在GaN电子限制层4上制备p-NiO盖层5；磁控溅射p-NiO盖层5采用的靶源为NiO加质量分数2％Li2O的陶瓷靶，溅射温度为150℃，p-NiO厚度为200nm；然后，然后光刻，用光刻胶掩蔽，用热稀硫酸刻蚀p-NiO盖层使之形成脊台条形，稀硫酸的配比是硫酸：水为20:100(体积比)，加热到60℃，在脊台条形p-NiO盖层5的外侧露出GaN电子限制层4，脊台条形p-NiO盖层5的宽度为10微米；然后保留光刻胶，在脊台条形盖层5和露出的GaN电子限制层4上面采用电子束蒸镀方法制备一层二氧化硅电流隔离层10(厚度为200nm)，再去掉光刻胶，光刻胶上面的二氧化硅跟着被剥离去掉，从而形成约10微米宽的条形电流限制窗口11，再在二氧化硅电流隔离层10和条形电流限制窗口11上面用蒸发台蒸镀金属制备上电极6，上电极6通过条形电流限制窗口11接触到盖层5，进行电流注入；然后，将衬底减薄至90微米，再在衬底面蒸镀金属下电极7，然后在惰性气体保护下合金退火，退火温度为450℃，时间3分钟；最后，沿衬底的
或
面将蒸镀好上、下电极的外延芯片解理成宽度为1000微米的巴条(注意制备的脊台条形盖层5需要和这个解理面方向相垂直)，再将巴条锯切成宽300微米的管芯，这样就制备成了长方型(矩形)激光器管芯，外延片解理的前、后端面构成前反射镜8和后反射镜9，器件由脊台条形下面的前反射镜8和后反射镜9出光，原来的巴条宽度就是激光器谐振腔的腔长，条形电流限制窗口11的条形方向和外延片解理的前、后端面相垂直；上电极6材料用Au，下电极7材料用Ni-Au，其厚度均约为300纳米。
实施例4
内条形结构的p-NiO为盖层的光通信波段InN红外光激光器见附图4。其制备过程为，采用n型GaN晶体片(掺杂浓度为5×1018/cm3)为衬底1，由于采用晶格完全匹配的同质衬底，因而不需要生长缓冲层，用目前成熟的常规MOCVD工艺在n型GaN晶体片衬底1上直接1030℃外延生长2微米厚的n型(掺Si，掺杂浓度为4×1018/cm3)GaN外延下限制层2；由于目前MOCVD方法制备InN薄膜材料的工艺还不成熟，所以InN材料发光层3以及InN材料发光层3上面的GaN电子限制层4均用MBE方法进行制备；不掺杂的InN材料有源发光层3厚为100nm，生长温度为480℃；由于p-NiO盖层5空穴浓度很高，因此GaN电子限制层4(掺Mg)可以制备成弱p型，掺杂浓度1017/cm3即可，为了防止有源发光层3的InN材料受高温分解，GaN电子限制层4分两步生长，第一步500℃生长10nm，第二步680℃生长10nm，总厚度为20nm；然后，在电子限制层4上面采用电子束蒸镀方法制备一层二氧化硅电流隔离层10，在二氧化硅电流隔离层10上用常规光刻腐蚀工艺光刻腐蚀出约3微米宽的条形电流限制窗口11，再在二氧化硅电流隔离层10和条形电流限制窗口11上面采用磁控溅射方法制备p-NiO盖层5，磁控溅射p-NiO盖层5采用的靶源为NiO加质量分数2％Li2O的陶瓷靶，溅射温度为150℃，厚度为200nm；然后，在p-NiO盖层5上面用蒸发台蒸镀金属制备上电极6；将衬底减薄至90微米，再在衬底面蒸镀金属下电极7，然后在惰性气体保护下合金退火，退火温度为450℃，时间3分钟；最后，沿衬底的
或
面将蒸镀好上、下电极的外延芯片解理成宽度为1000微米的巴条(注意制备的电流限制窗口11需要和这个解理面方向相垂直)，再将巴条锯切成宽300微米的管芯，这样就制备成了长方型(矩形)激光器管芯，外延片解理的前、后端面构成前反射镜8和后反射镜9，器件由电流限制窗口11下面的前反射镜8和后反射镜9出光，原来的巴条宽度就是激光器谐振腔的腔长，条形电流限制窗口11的条形方向和外延片解理的前、后端面相垂直；上电极6材料用Au，下电极7材料用Ni-Au，其厚度均约为300纳米。
Claims (9)
1.一种p-NiO为盖层的光通信波段InN红外光发光管，由下至上依次由衬底(1)、衬底(1)上面制备的GaN缓冲层(12)、GaN缓冲层(12)上制备的n型掺Si的GaN外延下限制层(2)、GaN下限制层(2)上面制备的相互分立的不掺杂的InN材料有源发光层(3)和下电极(7)、InN材料有源发光层(3)上面制备的p型掺Mg的GaN电子限制层(4)、GaN电子限制层(4)上面制备的盖层(5)、盖层(5)上面制备的上电极(6)构成，其特征在于：衬底(1)是Al2O3或Si晶体片；盖层(5)是p-NiO，空穴浓度为1.0×1018/cm3～9.9×1020/cm3；上电极(6)制备成外方内圆的环状结构，光在有源发光层(3)产生后从上电极(6)的内圆处发出。
2.一种p-NiO为盖层的光通信波段InN红外光激光器，由下至上依次由衬底(1)、衬底(1)上面制备的n型掺Si的GaN外延下限制层(2)、GaN下限制层(2)上面制备的不掺杂的InN材料有源发光层(3)、InN材料有源发光层(3)上面制备的p型掺Mg的GaN电子限制层(4)、GaN电子限制层(4)上面制备的盖层(5)、盖层(5)上面制备的上电极(6)、衬底(1)下面制备的下电极(7)构成，其特征在于：衬底(1)是n型SiC或n型GaN晶体片，其掺杂浓度范围为1×1018/cm3～9.9×1019/cm3；盖层(5)是p-NiO，空穴浓度为1.0×1018/cm3～9.9×1020/cm3；由上述外延片解理的前、后端面构成前反射镜(8)和后反射镜(9)，激光器的光在有源发光层(3)产生后由盖层(5)下面的前反射镜(8)和后反射镜(9)出光。
3.一种脊台条形结构的p-NiO为盖层的光通信波段InN红外光激光器，由下至上依次由衬底(1)、衬底(1)上面制备的n型掺Si的GaN外延下限制层(2)、GaN下限制层(2)上面制备的不掺杂的InN材料有源发光层(3)、InN材料有源发光层(3)上面制备的p型掺Mg的GaN电子限制层(4)、衬底(1)下面制备的下电极(7)构成，其特征在于：衬底(1)是n型SiC或n型GaN晶体片，其掺杂浓度范围为1×1018/cm3～9.9×1019/cm3；在GaN电子限制层(4)上面制备有脊台条形结构的盖层(5)，盖层(5)是p-NiO，空穴浓度为1.0×1018/cm3～9.9×1020/cm3；在盖层(5)和GaN电子限制层(4)上面制备有一层二氧化硅电流隔离层(10)，在脊台条形盖层(5)台顶部的二氧化硅电流隔离层(10)上制备出条形电流限制窗口(11)，在二氧化硅电流隔离层(10)和条形电流限制窗口(11)上面制备上电极(6)，上电极(6)通过条形电流限制窗口(11)与盖层(5)相接触，从而进行电流注入；由上述外延片沿与脊台条形盖层(5)条形方向相垂直平面解理的前、后端面构成前反射镜(8)和后反射镜(9)，激光器的光在有源发光层(3)产生后由脊台条形盖层(5)下面的前反射镜(8)和后反射镜(9)出光。
4.一种内条形结构的p-NiO为盖层的光通信波段InN红外光激光器，由下至上依次由衬底(1)、衬底(1)上面制备的n型掺Si的GaN外延下限制层(2)、GaN下限制层(2)上面制备的InN材料有源发光层(3)、InN材料有源发光层(3)上面制备的p型掺Mg的GaN电子限制层(4)、衬底(1)下面制备的下电极(7)构成，其特征在于：衬底(1)是n型SiC或n型GaN晶体片，其掺杂浓度范围为1×1018/cm3～9.9×1019/cm3；在GaN电子限制层(4)上面制备有一层二氧化硅电流隔离层(10)，在二氧化硅电流隔离层(10)上制备出条形电流限制窗口(11)，在二氧化硅电流隔离层(10)和条形电流限制窗口(11)上面制备盖层(5)，盖层(5)是p-NiO，空穴浓度为1.0×1018/cm3～9.9×1020/cm3；盖层(5)通过条形电流限制窗口(11)接触到GaN电子限制层(4)，进行电流注入；在盖层(5)上面制备有上电极(6)，形成大面积欧姆接触；由外延芯片沿与条形电流限制窗口(11)条形方向相垂直平面解理的前、后端面构成前反射镜(8)和后反射镜(9)，激光器的光在有源发光层(3)产生后由条形电流限制窗口(11)下面的前反射镜(8)和后反射镜(9)出光。
5.如权利要求1所述的一种p-NiO为盖层的光通信波段InN红外光发光管的制备方法，其特征在于：GaN缓冲层(12)、n型掺Si的GaN外延下限制层(2)使用MOCVD方法进行制备，InN材料有源发光层(3)和p型掺Mg的GaN电子限制层(4)使用MBE方法进行制备，p-NiO盖层(5)用磁控溅射方法进行制备，上电极(6)和下电极(7)采用热蒸镀、电子束蒸镀或磁控激射方法制备。
6.如权利要求2所述的一种p-NiO为盖层的光通信波段InN红外光激光器的制备方法，其特征在于：n型掺Si的GaN外延下限制层(2)使用MOCVD方法进行制备，InN材料有源发光层(3)和p型掺Mg的GaN电子限制层(4)使用MBE方法进行制备，p-NiO盖层(5)用磁控溅射方法进行制备，上电极(6)和下电极(7)采用热蒸镀、电子束蒸镀或磁控激射方法制备。
7.如权利要求3所述的一种脊台条形结构的p-NiO为盖层的光通信波段InN红外光激光器的制备方法，其特征在于：n型掺Si的GaN外延下限制层(2)使用MOCVD方法进行制备，InN材料有源发光层(3)和p型掺Mg的GaN电子限制层(4)使用MBE方法进行制备，p-NiO盖层(5)用磁控溅射方法进行制备，上电极(6)和下电极(7)采用热蒸镀、电子束蒸镀或磁控激射方法制备。
8.如权利要求7所述的一种脊台条形结构的p-NiO为盖层的光通信波段InN红外光激光器的制备方法，其特征在于：用热稀硫酸刻蚀p-NiO盖层(5)使之形成脊台条形结构。
9.如权利要求4所述的一种内条形结构的p-NiO为盖层的光通信波段InN红外光激光器的制备方法，其特征在于：n型掺Si的GaN外延下限制层(2)使用MOCVD方法进行制备，InN材料有源发光层(3)和p型掺Mg的GaN电子限制层(4)使用MBE方法进行制备，p-NiO盖层(5)用磁控溅射方法进行制备，上电极(6)和下电极(7)采用热蒸镀、电子束蒸镀或磁控激射方法制备。
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