20、氮化镓衬底上生长激光二极管的技术进展

氮化镓衬底上生长激光二极管的技术进展

1. 氮化镓衬底用于激光二极管的背景与需求

在激光二极管的发展中，抑制电磁模式向衬底区域的泄漏是一个关键需求。与基于蓝宝石的激光二极管不同，在某些情况下不存在额外的反射界面（如蓝宝石 / 氮化镓）。尽管未明确报道在独立氮化镓材料上制作的激光二极管阈值参数的改善情况，但这些器件的寿命似乎有所提高，超过了 10000 小时，这为在氮化镓衬底上生产激光二极管迈出了重要一步。

2. 氮化镓衬底的生长方法

2.1 氢化物气相外延（HVPE）法

• 原理与过程 ：HVPE 生长是在约 1323K 的温度和环境压力下，将氮化镓沉积在异质衬底（如蓝宝石、砷化镓、碳化硅）上。之后通过蚀刻或激光剥离技术去除异质衬底，从而获得大直径的独立氮化镓晶圆。
• 优点 ：该方法在 c 方向上具有相对较快的生长速率，有时超过 100 - 200µm/h。例如住友电气通过结合异质外延横向过生长（HELO）和缺陷消除外延生长（DEEP）方法，生长出了高质量的准块状独立氮化镓晶体。
• 应用情况 ：尽管住友电气的晶体中位错密度不均匀，在 5 × 10⁵cm⁻² 到 5 × 10⁸cm⁻² 之间，但通过金属有机化学气相沉积（MOCVD）和分子束外延（MBE）方法，仍在这些衬底上生长出了高质量的激光结构。此外，日亚化学也经常报道在 ELOG/HVPE 独立衬底上生长其激光结构。

2.2 超临界氨溶液结晶法（氨热法）