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GaN基激光器多量子阱垒材料的研究

Research on AlInGaN Quaternary Alloys as MQW Barriers in GaN-Based Laser Diodes

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摘要

在(0001)蓝宝石衬底上分别用金属有机化学气相沉积技术外延生长了InGaN/GaN, InGaN/InGaN, InGaN/AlInGaN多量子阱激光器结构, 并分别制作了脊形波导GaN基激光器。 同步辐射X射线衍射, 电注入受激发射光谱测试及光功率-电流(L-I)测试证明, 相对于GaN垒材料, InGaN垒材料, AlInGaN四元合金垒材料更能改善多量子阱的晶体质量, 提高量子阱的量子效率及降低激光器阈值电流。 相关的机制为: 组分调节合适的四元合金垒层中Al的掺入使得量子阱势垒高度增加, 阱区收集载流子的能力增强; In的掺入能更多地补偿应力, 减少了由于缺陷和位错所产生的非辐射复合中心密度; In的掺入还减小了量子阱中应力引致的压电场, 电子空穴波函数空间交叠得以加强, 使得辐射复合增加。

Abstract

InGaN/GaN, InGaN/InGaN and InGaN/AlInGaN multi-quantum-well (MQW) laser diodes (LDs) were grown on (0001) sapphire substrate by metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD). The GaN (0002) synchrotron X-ray diffraction (XRD), electroluminescence (EL) and optical power-current (L-I) measurement reveal that AlInGaN quaternary alloys as barriers in MQWs can improve the crystal quality, optical emission performance, threshold current and slope efficiency of the laser diode structure to a large extent compared with other barriers. The relevant mechanisms are that: 1. The Al component increases the barrier height of the MQWs so that more current carriers will be caught in. 2. The In component counteracts the strain in the MQWs that decreases the dislocations and defects, thereby the nonradiative recombination centers are decreased. 3. The In component decreases the piezoelectric electric field that makes the electrons and the holes recombine more easily.

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补充资料

中图分类号:O47

基金项目:国家自然科学基金项目(60776042), “863”计划项目(2007AA03Z403)和国家重大科学研究计划项目(2006CB921607)资助

收稿日期:2008-05-10

修改稿日期:2008-08-20

网络出版日期:0001-01-01

作者单位    点击查看

陈伟华:人工微结构与介观物理国家重点实验室, 北京大学物理学院, 北京 100871
廖辉:人工微结构与介观物理国家重点实验室, 北京大学物理学院, 北京 100871
胡晓东:人工微结构与介观物理国家重点实验室, 北京大学物理学院, 北京 100871
李睿:人工微结构与介观物理国家重点实验室, 北京大学物理学院, 北京 100871
贾全杰:中国科学院高能物理研究所, 北京 100039
金元浩:北京大学现代光学研究所, 北京 100871
杜为民:北京大学现代光学研究所, 北京 100871
杨志坚:人工微结构与介观物理国家重点实验室, 北京大学物理学院, 北京 100871
张国义:人工微结构与介观物理国家重点实验室, 北京大学物理学院, 北京 100871

联系人作者:陈伟华(Whchen919@gmail.com)

备注:陈伟华, 女, 1977年生, 北京大学物理学院工程师

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引用该论文

CHEN Wei-hua,LIAO Hui,HU Xiao-dong,LI Rui,JIA Quan-jie,JIN Yuan-hao,DU Wei-min,YANG Zhi-jian,ZHANG Guo-yi. Research on AlInGaN Quaternary Alloys as MQW Barriers in GaN-Based Laser Diodes[J]. Spectroscopy and Spectral Analysis, 2009, 29(6): 1441-1444

陈伟华,廖辉,胡晓东,李睿,贾全杰,金元浩,杜为民,杨志坚,张国义. GaN基激光器多量子阱垒材料的研究[J]. 光谱学与光谱分析, 2009, 29(6): 1441-1444

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