21、基于块状氮化镓衬底的激光二极管技术解析

基于块状氮化镓衬底的激光二极管技术解析

1. MOVPE技术生长激光二极管

在基于GaN半导体系统的紫蓝光激光二极管制造中，优化的金属有机气相外延（MOVPE）技术表现出色。在生长过程中，Mg掺杂层的生长温度比其他层大约高120 - 200ºC。对于一些激光二极管（LD）结构，在多量子阱（MQW）生长之前会添加一层50 - 200纳米厚的In₀.₀₂Ga₀.₉₈N:Si附加层，其作用是减少非辐射复合中心并增强发光。同时，该层还能作为缓冲层，适用于包层中Al成分增加和/或厚度增大的结构。

MQW区域在纯氮气载气中生长，且气相成分中铟含量很高，通常超过75%，这能实现铟的非常均匀、小尺度的偏析。一般来说，Mg浓度会保持在溶解度极限以下，大约为2 - 4×10¹⁹cm⁻³，这意味着气相中Ga/Mg的比例在10 - 300之间，具体取决于生长腔室和使用的条件。为了减少光波导内与Mg相关的吸收，核心部分会进行轻掺杂甚至完全不掺杂。

从技术角度看，最难生长的层是AlGaN:Mg电子阻挡层。这是因为它需要很高的掺杂水平，同时还要具备良好的结构性能，而其生长条件与下面的InGaN层差异很大，可能会对InGaN层造成损害。由于生长温度相对较低，在完美衬底和异质外延衬底上，带有电子阻挡层的有源区在生长动力学上存在重要差异。

LD器件的另一个重要部分是p型接触层。它可以是掺杂Mg浓度高达约1.2×10²⁰ cm⁻³的超薄GaN层，甚至可以采用InGaN:Mg，以实现隧穿或相应降低与接触金属之间的势垒高度。

MOVPE技术虽然涉及复杂的化学和物理反应，但因其具有良好的可重复性以及对合金成分和掺杂的精确控制而被广泛选择。此外，这种外延技术还可以通过光学方法（反射率、