GaN基材料半导体激光器综述

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第2 7卷

第 4期

激

光

技

术Y

Vd. 7 No 4 2, . Au m t 2 0 g,0 3

20 0 3年 8月

LAS ER TECHNo

文章编号：1 0 .8 6 2 0 ) 40 2 .4 0 13 0 ( 0 3 0 .3 10

Ga N基材料半导体激光器综述 *郎 顾 徐 秦 佳红，彪，茵，福文， 2 2 2 2(大连理工大学三束材料改性国家重点实验室，。大连， l o 4 l62 ) (大连理工大学电气工程与应用电子技术系，连， lo 4 大 l6 2 )摘要：叙述了激光器材料的发展，回顾了 Ga N薄膜制备的几个技术进展，总结了 C N基材料激光嚣 ( a U )的发展历程。

关键词：G N; a半导体激光器； O V: M C D外延生长中囝分类号：TN 4 . 284文献标识码：A

The G a ba e e i o u t r m a e i l N. s d s m c nd c o t r a s LDsLa gJa o g。 Gu Bio一， n。 Qi we n i h n一， a。 Xu Yi一， n Fu n。( a o M Ke aoa r f t i df ai y3B a, lnUnvr t Teh ooy D 1, 10 4 N f n yL brt yo e a Mo ict nb - emsDaa i m yd cn l, I i o Ma r l i o i e g岫 . 16 2 ) ( eau et f l t cl n ier ga dAp ldEeu ncT cn l, ai ie i f eI o|, at 16 2 ) D pr n n e r a E gnei n pi l ' i eh o￣ D l nUnv rt o cI b口 D l oE ci n e co o a sy T玎，￣ 10 4Ab ta l Th d v lp n o e i n u tr Ds er￣￣ e e eo me t f sm c d co L maeil n a e o tr s a a d fw tc ncl rg ess f r e h i p o rse o Ca -ae a N bsds mio d co e c n u t rma e il r e iwe tras a e r ve d.Th e eo m e to u s fCa b s d LDsi lod s r e i t e d vlp n D reo N— a e s as e c i d n he b Ke r s Ga; e i n u t r

L; OCVD; p t x r wt y wo d: N s m c d c o Ds M o e i yg o h a .

引

言。

的带隙能，因此，Ⅲ族氮化物能覆董从紫外光到可见光这样一个很宽范围的频谱，这是它们成为倒备短波长蓝光激光器倍受关注的材料原因之一。目前，短波长蓝光半导体激光器集中研究的是 Gl系和 I N

在半导体产业发展中，经过了第 1代半导体材料( i e等)第 2代半导体材料 ( a, a s, G, G i G P等 ) n, 第3代半导体材料 (, n e G N等 ) S ZS, a。第 3代半导体材料与第 1 2代相比，代、具有禁带宽度大、电子漂移饱和速度高、电常数小、热性能好等特介导点，加适合于制作高温、频及大功率电子器件。更高蓝光短波长激光器在增大信息的光存储密度、海深

Z S系。信息时代高密度化的信息处理技术的需 ne要更促进了短波长激光器的发展，9 1年，M公司 19 3

7 K l.l Z S基 (5 h -5 0 m)冲发振蓝 7 V族 n e 4 O m- 3 n脉 I色激光器研制成功，9 3年，温连续波 Z S 19室 n e系激光器研制成功。随之Ⅲ. V族 G N系电注入式、 a窒

通信、材料加工、激光打印、气污染监测等方面有大着巨大的应用市场。Ⅱ.Ⅵ族材料 Z s和 Z S n n e等是直接带隙半导体材料，波长正好落在蓝光区，广其是大科学工作者寄于实现短波长蓝光激光器的理想材料。尤其采用 Z T/ n e缓变异质结突破了欧姆 n eZ S

温脉冲、连续工作蓝色激光器也陆续开发成功。近年来，用这些材料研制蓝绿光短波长激光器的过利

程中， n e G N系已相继突破关■技术，成 ZS和 a形 Z S首占先机， a ne G N异军突起的两极争雄的局面。

接触的难点之后，对此的研究加快了步伐。在 19 91年 Ni i e和 19 s ma h 93年 K i ebr l g neg用 Z S n n e材料分

l主要技术进展上世纪 9 0年代初，日本日亚化学公司研制的 G N蓝光 L D一出现 .亮度、出功率、 a E其输可簟性

别实现了脉冲【和连续波蓝绿光的激光发射[。 I】 2】QI及其相关Ⅲ族氮化物材料通过

调整合金组分， N可以获得从 1 9 V(I到 6 2 v( . e I N) l .e*国家自然科学基金资助项目。 作者简介：郎佳红。 17男。 9 3年 l O月出生。助教，士硕研究生。从事等离子体在微电子领域中的应用研究。 收稿日期：0 21 .6收到修改稿日期：0 30 .3 2 0 .12; 20 .30

方面就远远超过了 Z S, i neS C系的 T I; . 3存储是 L E D重要应用之一.光盘记录密度一般与激光波长平方成反比，了适应高密度存储的需要，为短波长光源是

)续可调连

关键，但是考虑光盘所涉及零部件、光学基板材料透光率等的限制，又不能使光源波长太短。日本的波多腰、玄一等人综合这两方面的考虑，认为波长范围

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最好是 (0 40~4 0 n l而直接带隙的 G N基材料 3 ) n, a波长正好在这一范围，能做到红外到紫外全可见光范围的光发射。 G i基材料是性质极为稳定的化 a n合物，化学稳定性和热稳定性有利于制备高温电其

E R等离子体辅助增强技术激发 N2为 N源， C作取得了满意的结果。这种方法的生长速度较慢，以可

精确控制膜厚，适合于量子阱、晶格等超薄层结构超材料的生长，但对于外延层较厚的器件 L D L, E, D需生长时间长，不能满足大规模生产的需求。 11 3 HVP . . E方法这种方法就是人们最早采用的制备 G N单晶的方法，技术可以快速生长低位 a此错密度的薄膜 .长速度最快可以达到每小时几百生

子器件；其优良的物理特性，如宽带隙、高击穿等有利于制备高功率电子器件，而且 A a IG卜 N, I a一 N的禁带宽度随组分的改变而可调。G N nG l a

发光器件获得快速发展是在蓝宝石 ( 1 3衬底上 A2 ) 0异质外延成功高质量 Ga薄膜和高浓度的 P型掺 N杂技术获得重大突破后出现的。到 9 0年代中期 . G蓝色 L D和 L{ E D相继问世，工作寿命长和采其用了适合于商品化的大规模生产的 MO vD技术， C 引起了国际光电子学界的普遍关注。Ⅲ族氮化

物材料受到了广泛的关注，主要是为了获得高质量的这短波长的激光二极管和发光二极管。因此。们把人实用化蓝光激光器的希望集中在 G N基材料激光 a技术的突破上。

微米，位错密度可以降到 1’= 2 0/m以下，可以并用工作为采用其它方法进行同质外延生长的衬底。此方法生长的 Ga和衬底，以改善后续的外延层的表 N可

面形貌，降低串联电阻，于制作 G N基材料激光便 a器的解理腔面。HV E的缺点是很难精确控制膜 P厚，应气体对设备具有腐蚀性，响了 C N材料反影 a纯度的进一步提高。对这几种技术方法进行了比较 .表 1见。表 1几种外延生长技术的比较

1 1外延生长设备技术 .

随着外延技术和设备技术的发展，特别是上世纪8 0年代以后， H,( E卤化物气相外延 )MB分、 E(子束外延 ) MOC、 vD(机金属化学气相外延 )有等方法日趋成熟， G N膜的生长带来新的生机。目给 a 前 Ga材料的生长，要采用以下 3种方法： N主MOC, E, P。 MB和 MOC D已成为 VD MB HV E E V

技名：影度优术称 : 点缺 点 :一…学一

达

望

制备 G N和其它化合物半导体外延膜和微结构的 a两大主流技术。1 1 1 MOc厂方法 MOC方法的生长速率 . .、【 ) 1眦

釜

主

适中，以比较精确地控制膜厚，别适合于 L,可特 ED L D的大规模工业化生产。Arn rao等人最早采用射 l频感应加热大气压 MO VD方法生长出了高质量 C1 2 P型掺杂技术 .

由于非故意掺杂的 G样品的 n型本底载流{子浓度较高，般都大于 1坞 c,给制造 P型一 0/m3这 G N样品曾带来了不少的难题。 19 a 9 8年， ma o等 A n人首先通过低能 …… 此处隐藏：9960字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……