CN213520698U

CN213520698U - 一种蓝光纳米环光放大器

Info

Publication number: CN213520698U
Application number: CN202022091165.8U
Authority: CN
Inventors: 曾丽娜; 李林; 李再金; 杨云帆; 乔忠良; 李功捷; 陈浩; 赵志斌; 刘国军; 曲轶; 彭鸿雁
Original assignee: Hainan Normal University
Current assignee: Hainan Normal University
Priority date: 2020-09-22
Filing date: 2020-09-22
Publication date: 2021-06-22
Anticipated expiration: 2030-09-22

Abstract

本实用新型属于半导体光电子技术领域，涉及一种蓝光纳米环光放大器技术方案，该方案包括蓝宝石衬底，缓冲层，底部GaN同质结分布布拉格反射镜层，下势垒层，有源层，电流注入层，上势垒层，顶部GaN同质结分布布拉格反射镜层，欧姆接触层。该方案先采用ICP刻蚀出纳米环基本结构，再利用电化学刻蚀技术继续刻蚀，最终实现一种蓝光纳米环光放大器，能有效减小ICP刻蚀所引入的缺陷。本实用新型之方法易于控制，工艺稳定。

Description

一种蓝光纳米环光放大器

技术领域

本实用新型属于半导体光电子技术领域，具体涉及一种蓝光纳米环光放大器。

背景技术

半导体纳米环等低维结构是近年来半导体物理和半导体光电子技术领域最重要研究内容之一，蓝光纳米环材料及器件是国际上前沿的研究课题之一。量子化效应更加显著，诸如量子尺寸效应、量子干涉效应、量子隧穿效应和库仑阻塞效应等，这些效应直接影响电子结构、输运和光学等各种物理性质，在新一代的量子器件中有十分诱人的应用前景。理论和实验研究表明，纳米环在光、电和磁学等方面有明显的不同。纳米环中心有一个圆孔，能对电子形成环形的限制势阱，因而具有显著不同与量子点的光、电和磁学性质。半导体纳米环的电子结构和磁性随电子数目而变化，当纳米环含有一系列特定数目的电子时，具有自发的铁磁态。

目前，纳米环的结构中对光场的限制较弱，造成纳米环的发光特性较差。同时，纳米环光放大器的制备方法非常有限，通常使用电感耦合等离子体刻蚀技术（ICP）制备纳米环器件结构。然而利用ICP技术制备的纳米环，在ICP过程中容易引入刻蚀缺陷。

本实用新型提出一种蓝光纳米环光放大器结构及其制备方法。该结构中包含底部GaN同质结分布布拉格反射镜层和顶部GaN同质结分布布拉格反射镜层，能够对蓝光纳米环有源层的光场有效限制，有效增强纳米环发光特性。同时，该制备方法先采用ICP刻蚀出纳米环基本结构，再利用电化学刻蚀技术继续刻蚀，最终实现一种蓝光纳米环光放大器。该方法的优点是能够有效减少ICP刻蚀引入的缺陷。

发明内容

为了克服现有蓝光纳米环光放大器由ICP刻蚀引入的缺陷，本实用新型提供了一种蓝光纳米环光放大器结构及其制备方法。

本实用新型的技术效果在于改善现有纳米环光放大器的刻蚀缺陷，从而能够保证获得高质量的蓝光纳米环光放大器材料。本实用新型之方法易于控制，工艺稳定。

为了实现上述目的，本实用新型提出了一种蓝光纳米环光放大器外延结构，在衬底层上由下至上依次包括：蓝宝石衬底，该衬底用于在其上外延生长蓝光纳米环光放大器各层材料；缓冲层，为厚度是1000nm的GaN材料，该缓冲层制作在衬底上，用于阻止衬底中缺陷的转移；底部GaN同质结分布布拉格反射镜层，为外延生长不同掺杂浓度的n型 n-GaN/n+-GaN 分布布拉格反射镜同质结材料；下势垒层，为厚度是150nm的GaN材料，制作在底部分布布拉格反射镜层上；有源层，为多量子阱，该层制作在下势垒层上；电流注入层，该层制作在有源层上；上势垒层，为厚度是150nm的GaN材料，制作在电流注入层上；顶部GaN同质结分布布拉格反射镜层，为外延生长不同掺杂浓度的n-GaN/n+-GaN 分布布拉格反射镜同质结构材料，该层制作在上势垒层上；欧姆接触层，为厚度是300nm的n+-GaN材料，该层制作在顶部分布布拉格反射镜层上。

附图说明

图1是一种蓝光纳米环光放大器外延结构示意图，1为蓝宝石衬底，2为缓冲层，3为底部GaN同质结分布布拉格反射镜层，4为下势垒层，5为有源层，6为电流注入层，7为上势垒层，8为顶部GaN同质结分布布拉格反射镜层，9为欧姆接触层。

图2是经ICP刻蚀后形成的一种蓝光纳米环光放大器俯视图，11为初级蓝光纳米环，12为初级蓝光锥形放大器。

图3是经电化学刻蚀技术刻蚀后形成的一种蓝光纳米环光放大器俯视图，21为蓝光纳米环外环，22为蓝光纳米环，23为蓝光纳米环内环，24为蓝光锥形放大器。

具体实施方式

请参阅图1，图1是本实用新型的一种具体实施方式：本实用新型提出了一种蓝光纳米环光放大器外延结构，在衬底层上由下至上依次包括：蓝宝石衬底1，该衬底用于在其上外延生长GaN基纳米环光放大器各层材料；缓冲层2，为厚度是1000nm的GaN材料，该缓冲层制作在衬底上，用于阻止衬底中缺陷的转移，该层制作在蓝宝石衬底1之上；底部GaN同质结分布布拉格反射镜层3，为外延生长不同掺杂浓度的n型n-GaN/n+-GaN 分布布拉格反射镜同质结构材料，底部分布布拉格反射镜总共5对，厚度分别为40nm和55nm，n-GaN掺杂浓度为n=3×10¹⁸/cm³，n+-GaN掺杂浓度为n=3×10¹⁹/cm³ ，该层制作在缓冲层2之上；下势垒层4，为厚度是150nm的GaN材料，该层制作在底部GaN同质结分布布拉格反射镜层3之上；有源层5，为多量子阱，其发光波长为420nm-430nm，该层制作在下势垒层4之上；电流注入层6，为厚度是35nm的n+-GaN材料，掺杂浓度为n=5×10¹⁹/cm³，该层制作在有源层5之上；上势垒层7，为厚度是150nm的GaN材料，该层制作在电流注入层6之上；顶部GaN同质结分布布拉格反射镜层8，为外延生长不同掺杂浓度的n型n-GaN/n+-GaN 分布布拉格反射镜同质结材料，总共5对，厚度分别为40nm和55nm，n-GaN掺杂浓度为n=3×10¹⁸/cm³，n+-GaN掺杂浓度为n=5×10¹⁹/cm³，该层制作在上势垒层7之上；欧姆接触层9，为厚度是300nm的n+-GaN材料，掺杂浓度为n=3×10¹⁸/cm³，该层制作在顶部分布布拉格反射镜层8之上。

蓝光纳米环光放大器外延片首先经过光刻、ICP刻蚀，刻蚀出基本的纳米环放大器结构。

请参阅图2，一种蓝光纳米环光放大器具体制作步骤如下：首先进行蓝光纳米环光放大器外延片光刻和ICP刻蚀工艺流程，形成一种初级蓝光纳米环光放大器结构。图2是经ICP刻蚀后形成的一种蓝光纳米环光放大器俯视图，11为初级蓝光纳米环，12为初级蓝光锥形放大器。

在初级蓝光纳米环放大器结构基础上，再进行电化学刻蚀反应继续刻蚀，从而完成一种蓝光纳米环光放大器的制备工艺。在电化学刻蚀反应中，刻蚀溶液为硝酸（硝酸质量分数约为68%），采用脉冲直流恒压电源。具体刻蚀反应参数为：直流电压为1.5V、矩形波电压脉冲宽度为30s和间隔时间为10s，纳米环的刻蚀速率2nm/s，刻蚀约4.5小时左右反应结束。当电化学反应结束时，形成一种蓝光纳米环光放大器结构，该蓝光纳米环光放大器结构包含蓝光纳米环外环、蓝光纳米环、蓝光纳米环内环和蓝光锥形放大器。

请参阅图3，本实用新型提出一种蓝光纳米环光放大器及其制备方法。该方法先采用ICP刻蚀出纳米环基本结构，再利用电化学刻蚀技术继续刻蚀，最终实现一种蓝光纳米环光放大器。该方法的优点是能够有效减少ICP刻蚀引入的缺陷。图3是经电化学刻蚀技术刻蚀后形成的一种蓝光纳米环光放大器俯视图，21为蓝光纳米环外环，22为蓝光纳米环，23为蓝光纳米环内环，24为蓝光锥形放大器。

本实用新型在使用ICP刻蚀出初级蓝光纳米环放大器结构的基础上，再利用电化学刻蚀反应继续刻蚀，最终实现一种蓝光纳米环光放大器。该方法明显改善了蓝光纳米环光放大器在ICP刻蚀过程中所产生的缺陷。

以上所述，仅为本实用新型中的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本实用新型所揭露的技术范围内，可轻易想到的变换或替换，都应涵盖在本实用新型的包含范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims

1.一种蓝光纳米环光放大器，其特征在于，在衬底层上由下至上依次包括：蓝宝石衬底（1），该衬底用于在其上外延生长蓝光纳米环光放大器各层材料；缓冲层（2），为厚度是1000nm的GaN材料，该层制作在衬底（1）之上；底部GaN同质结分布布拉格反射镜层（3），为外延生长5对不同掺杂浓度的n型n-GaN/n+-GaN 分布布拉格反射镜同质结材料，该层制作在缓冲层（2）之上；下势垒层（4），为厚度是150nm的GaN材料，制作在底部GaN同质结分布布拉格反射镜层（3）之上；有源层（5），为多量子阱，该层制作在下势垒层（4）之上；电流注入层（6），为厚度是35nm的n+-GaN材料，该层制作在有源层（5）之上；上势垒层（7），为厚度是150nm的GaN材料，制作在电流注入层（6）之上；顶部GaN同质结分布布拉格反射镜层（8），为外延生长5对不同掺杂浓度的n型n-GaN/n+-GaN 分布布拉格反射镜同质结材料，该层制作在上势垒层（7）之上；欧姆接触层（9），为厚度是300nm的n+-GaN材料，该层制作在顶部GaN同质结分布布拉格反射镜层（8）之上。