[发明专利]具有非极性、半极性面的图形蓝宝石衬底、可见光通信光源及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于非极性、半极性面的可见光通信光源及相应的图形蓝宝石衬底，选取一蓝宝石衬底加工出光栅状条形图案；在刻蚀工艺中讲台阶侧壁的角度进行优化，优化下一步的生长面角度；在此图形化蓝宝石衬底设计阻挡层，采用氧化硅薄膜作为外延阻挡层；利用化学气相外延法依次生长GaN层、N型GaN层、InGaN/GaN多量子阱层、电子阻挡层、p型GaN层，并公开了其生长方法。本发明利用非/半极性面在Ⅲ族氮化物极化调控上的优势减弱量子限制斯托克效应的影响，增加电子‑空穴波函数在实空间上的交叠，提高载流子的辐射复合占比和速率，该方法适用于利用非极性、半极性面技术有效提高可见光通信性能。

技术领域

本发明涉及一种具有非极性、半极性面的图形蓝宝石衬底、可见光通信光源及其制备方法，属于可见光通信领域。

背景技术

目前在c面蓝宝石外延的GaN基LED的调制带宽只有十几兆赫兹(MHz) 到几十兆赫兹，这从根本上制约着可见光通信集成芯片的通信速率。LED的调制带宽主要由RC时间常数和载流子辐射复合寿命决定，通过减小LED的尺寸，可以有效降低结电容和减小RC时间常数，从而提高LED的调制带宽,然而这种方法同时也会降低LED的光输出功率；提高LED调制带宽的另一个方法是降低载流子辐射复合寿命，已有研究表明LED的调制带宽与电流密度的关系接近线性关系，随着电流密度增大，载流子的复合寿命逐渐降低，但是当电流密度过大时，LED会出现Droop效应，制约着调制带宽的进一步提高。另一方面，尽管 InGaN基多量子阱可见光探测器已经取得了一些进展，但要实现大规模的商业化，仍然面临着一些挑战性的问题，例如外延层材料质量差、高背景载流子浓度和光吸收不足等问题，目前InGaN基探测器仍然存在响应速度慢等问题，器件性能水平与商用的硅基光电探测器还有比较大的差距，这些问题制约着可见光通信集成芯片通信速率进一步的提高。因此，开发高效率、低功耗、高调制带宽的 LED光源势在必行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有非极性、半极性面的图形蓝宝石衬底，可以降低量子限制斯塔克效应、提高发光效率。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种具有非极性、半极性面的图形蓝宝石衬底，其特征在于：所述蓝宝石衬底在r面上刻有台阶状光栅图形结构，在台阶的顶面、一侧侧壁及与该侧壁相连的底面上沉积有外延阻挡层。外延阻挡层能有效的抑制GaN成核层的形成，从而在后续的外延中抑制了该区域的生长。其中非极性面是指蓝宝石的a面，半极性面是指蓝宝石的m面。

优选的，所述台阶未沉积有外延阻挡层的侧壁角度与生长面角度重合。

优选的，所述台阶侧壁与台阶底部的夹角为75.09°±5％。蓝宝石台阶的侧壁选择75.09°的(0001)面方向，特别适合进行C面GaN的生长。

优选的，所述外延阻挡层为氧化硅、三氧化二铝或氮化硅。

优选的，所述外延阻挡层厚度为200-500nm。

优选的，所述光栅图形结构的宽度为1μm-5μm，周期为2μm-10μm。

本发明还公开了一种具有非极性、半极性面的可见光通信光源，其结构自下而上包括：

一r面蓝宝石衬底；

一生长在r面蓝宝石衬底上的外延阻挡层；

一生长在外延阻挡层上的GaN缓冲层；

一生长在GaN缓冲层上的n型GaN层；

一生长在n型GaN层上的In_xGa_1-xN/GaN多量子阱层；

一生长在In_xGa_1-xN/GaN多量子阱层上的p型GaN层；

还包括p型电极和n型电极；