[发明专利]在氮化镓衬底的半极化（20-2-1）面上制造的III族氮化物光电子器件的高铟吸收和高极化率

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求由Yuji Zhao，Shinichi Tanaka，Chia-yen Huang，Daniel F.Feezell，James S.Speck，Steven P.Denbaars和Shuji Nakamura于2011年4月29日提交的题为“HIGH INDIUM UPTAKES AND HIGH POLARIZATION RATIO ON GALLIUM NITRIDE SEMIPOLAR(20-2-1)SUBSTRATES FOR III-NITRIDE OPTOELECTRONIC DEVICES”的共同待决且共同转让的美国临时专利申请序列号61/480,968（代理人案号30794.411-US-P1（2011-580-1））基于美国法典第35条第119(e)节的权益，该申请通过引用合并于此。

技术领域

本发明整体涉及光电子器件领域，并且更具体地涉及在氮化镓（GaN）衬底的半极化（20-2-1）面上制造的III族氮化物发光器件，其中所述器件的特征在于高铟吸收和高极化率。

背景技术

（注意：如贯穿说明书所指出，本申请通过使用方括号内的一个或多个参考数字例如[x]来引用多个不同的出版物。根据这些参考数字排序的这些不同出版物的列表可在以下标题为“参考文献”的部分中找到。这些出版物中的每一个均通过引用合并于此。）

现有III族氮化物光电子器件通常生长在极化{0001}面、非极化{10-10}和{11-20}面或者半极化{11-22}和{10-1-1}面上。图1中的阴影表面提供了在纤维锌矿III族氮化物晶体内的极化取向、非极化取向和半极化取向的示例。

为了实现高效的发光二极管（LED）[1]和激光二极管（LD）[2]，III族氮化物的半极化和非极化（m面或a面）取向已经受到了广泛的关注。半极化和非极化结构超越可购置的极化（c面）结构的几个优势已经凸显，包括量子阱（QW）中减少的极化感应电场[3-5]、增加的铟吸收[6-8]和极化发光[9-11]。

前两个减少极化和增加铟吸收的特征有望实现高性能的绿发光器，而后面的极化发光特征对在这些面上制造的LD的各向异性光学增益有所贡献[12]。例如，在非极化面（m面）上，沿a轴和c轴极化的发射分量分别包含最高和次高价带。由于沿a轴的较高发射强度[13]，沿c轴取向的LD条纹显示出较低的阈值电流并因此对于m面LD是优选的[14]。平行于和垂直于c轴的强度的相对量值可以由极化率来描述，并且高数值对于提高LD性能是优选的。在半极化{11-22}[15-16]和（20-21）器件[17]上也已经观察到相似的光学增益和阈值行为。

虽然已经报道了m面器件的高极化率[18-19]，但由于在高铟成分处产生缺陷，在该面上难以实现长波长发射。另一方面，半极化（20-21）取向已经显示出长波长下的理想性能，但是所报道的极化率相对较低[17]。

因此，在本领域有必要改善在半极化取向上制造III族氮化物光电子器件的方法。本发明满足这种需求。

发明内容

为克服上述现有技术的局限并且克服在阅读和理解本说明书后将变得显而易见的局限，本发明公开了在GaN衬底的半极化（20-2-1）面上制造的III族氮化物光电子器件，其特征在于高铟吸收和高极化率。在GaN衬底的半极化（20-2-1）面上生长的光电子器件（该半极化面是包含在c方向的m面的空切（miscut）的半极化面）与其他半极化面（即{11-22}、{10-1-1}等）相比具有最小极化相关电场。此外，在GaN衬底的半极化（20-2-1）面上生长的III族氮化物光电子器件与例如c面器件和其他非极化或半极化器件相比在其输出波长中具有较低的QCSE（量子限制Stark效应）感应的依赖于注入电流的蓝移，并且具有增加的振子强度，导致较高的材料增益等。另外，由于半极化面被认为能更容易地吸收铟，因此在GaN衬底的半极化（20-2-1）面上生长的光电子器件有可能在长波长下显示出更好的性能。

附图说明

现在参考附图，其中相同的参考数字始终代表相应的部分：

图1包括纤维锌矿III族氮化物晶体的示意图，其中阴影表面提供了晶体中的极化取向、非极化取向和半极化取向的示例。

图2是纤维锌矿III族氮化物晶体的原子结构的示意图，其显示了晶体结构中不同的（20-21）、（20-2-1）和m面（10-10）晶体面。

图3是说明根据本发明的一个实施例的示例性器件结构的示意图。