22、氮化镓衬底上生长的激光二极管及III - 氮化物发光器件研究

氮化镓衬底上生长的激光二极管及III - 氮化物发光器件研究

氮化镓衬底激光二极管的缺陷问题

在氮化镓衬底上生长激光二极管（LD）时，存在多种缺陷问题，这些问题对器件的性能有着重要影响。
1. 位错密度与光学限制
对于415 nm的LD，通过选择性蚀刻和透射电子显微镜（TEM）观察发现，总位错密度在10⁵ cm⁻² - 10⁶ cm⁻²之间，其中20 - 30%的位错会穿过有源区。不过，要获得如此低的位错密度和无裂纹的结构，是以牺牲激光模式的光学限制为代价的。这意味着在追求低缺陷的同时，需要在光学性能上做出一定的妥协。
2. 与镁（Mg）相关的缺陷
- P型掺杂与Mg激活 ：氮化物半导体的P型掺杂对于LD的运行至关重要。由于Mg受主的激活能较大，在室温下，GaN中只有约1%的Mg原子被电离（在AlGaN中更少）。为了获得合理的空穴浓度，需要使用非常高的Mg浓度，但这会导致许多结构缺陷的产生。
- 缺陷表现 ：高度掺杂的GaN:Mg层中会形成尺寸为3 - 5 nm的三角形缺陷，这些缺陷以约150 nm的间距形成超晶格。这些缺陷的存在会导致层中P型导电性下降。当Mg浓度更高时，会观察到极性反转现象，在氮极性相中，Mg的掺入量会减少。
3. 与铟（In）相关的缺陷
- InGaN层的生长特性 ：InGaN化合物在相对较低的温度（如InN在大气压下约500°C）就会分解。因此，这些层的生长需要非常高的N/III比（20000 - 50