SiC為襯底製備InGaN綠光雷射器及其關鍵科學問題研究

《SiC為襯底製備InGaN綠光雷射器及其關鍵科學問題研究》是依託吉林大學，由杜國同擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：SiC為襯底製備InGaN綠光雷射器及其關鍵科學問題研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：杜國同
• 依託單位：吉林大學

項目摘要

InGaN基藍色和綠色半導體雷射器，與現有的紅色半導體雷射器一起構成全半導體化的三基色光源，在雷射顯示等領域有巨大套用和市場。可是，InGaN綠光雷射器發展緩慢，主要原因是，其有源區In組分增加，材料生長困難增大，極化效應對量子阱發光效率不利影響變大，後續p型外延層的高溫生長也容易破壞有源區量子阱結構，加之Al2O3襯底與GaN有16%的晶格失配。所以1996年以Al2O3為襯底研製成功了InGaN基藍、紫光雷射器，而綠光雷射器卻沒能成功，直到2009年才以GaN單晶為襯底研製成功。我國至今還沒有見到有InGaN綠色雷射器實現激射的報導。為克服上述困難，本項目提出採用和GaN晶格匹配較好的SiC為襯底，研製解理腔InGaN綠光雷射器，並創新提出p-n結倒置結構。如能成功，將使我國InGaN基紫、藍、綠光雷射器研究領域形成有核心專利的自主智慧財產權，將產生重大的經濟和社會效益。

結題摘要

InGaN基藍色和綠色半導體雷射器，與現有的紅色半導體雷射器一起構成全半導體化的三基色光源，在雷射顯示等領域有巨大套用和市場。     我們針對目前InGaN基綠色雷射器研製存在的科學和技術問題，按照申請書規定的研究內容進行了以下四個方面的研究： （1）對在藍寶石和SiC襯底上生長的GaN外延層和InGaN/GaN量子阱材料的質量提高進行了研究，通過外延方法的改進和最佳化，獲得了高質量GaN和InGaN/GaN量子阱外延層。 （2）對GaN材料系量子阱結構中應力和極化效應及其調控進行了研究，在藍寶石和SiC襯底上進行高質量氮極性GaN薄膜外延生長和極化效應對發光管發光特性的影響研究。 （3）對GaN薄膜上低維ZnO納米結構可控生長和準回音壁模式ZnO基雷射器進行研究。 （4）對n-SiC襯底垂直結構鎵極性和氮極性的InGaN基綠光LED進行了研製，對以氧化鎳為空穴注入層的InGaN基綠光雷射器進行了研製。 重要結果：通過外延方法改進，在藍寶石和SiC襯底上生長出高質量GaN外延層和高質量InGaN/GaN量子阱材料。對GaN薄膜的p型摻雜進行了最佳化研究，極化誘導摻雜方法得到空穴濃度高達1×E+18cm-3，電阻率低至0.8Ω•cm的p型GaN系外延薄膜。在藍寶石和SiC襯底上外延生長出高質量氮極性GaN薄膜，XRD測試(0002)和(10-12)搖擺曲線半峰寬最小可達91 arcsec和170 arcsec；製備了兩種不同級性的ZnO/GaN組合LED，並對其發光特性進行了對比研究，對極化效應有了進一步了解。採用光輔助MOCVD技術實現了GaN薄膜上低維ZnO納米結構可控生長。製備出空穴濃度高達E+19/cm3的p型NiO薄膜材料。研製出基於納米牆網路結構準回音壁模式ZnO基雷射器，可高溫430 K連續激射。研製出SiC襯底垂直結構氮極性GaN基綠光LED；研製出SiC襯底解理腔垂直結構GaN基雷射器，實現了415nm的光泵浦激射；研製出以氧化鎳為空穴注入層的GaN基綠光雷射器，實現了激射波長500nm左右的電注入室溫連續綠光雷射發射。許多成果在國內外是首次實現，對推動我國寬頻半導體器件的發展有重要作用,具有重要的科學意義和社會效益。