InGaN量子点的可控生长及其在GaN基激光器有源区中的应用研究

本项目将进行InGaN量子点的MOCVD的外延生长及其在GaN基蓝光激光器有源区的应用研究。研究内容包括通过S-K模式自组织生长结合ALE方法实现InGaN量子点尺寸和位置分布的可控生长，重点研究利用GaN表面原子台阶的边缘效应控制InGaN量子点的位置和分布，同时将对InGaN量子点的材料结构特征、光学性质进行表征。在了解InGaN量子点基本生长规律、物理性质的基础上，以多层InGaN/GaN量子点结构为有源区制备GaN基蓝光激光器，测试分析InGaN量子点激光器的光电特性，并以此为依据确定适宜GaN基激光器InGaN量子点有源区的结构及生长方案，为最终制备高效率InGaN量子点激光器打下坚实的基础。

本项目以实现以提升GaN 基激光器的性能为目的，以采用可控生长的InGaN量子点作为激光器的有源区为思路，对GaN基激光器结构的MOCVD 外延生长进行研究。主要研究成果如下：.1、提出了利用生长表面原子台阶对吸附原子扩散流的台阶势垒作用来可控生长InGaN 量子点的创新方法。采用这种方法，可以通过衬底斜切角来调控生长表面的台阶宽度和密度，从而调控 InGaN 量子点的尺寸和密度。利用MOCVD 设备在c面GaN/蓝宝石基板上成功实现了绿光 InGaN 量子点的可控生长，并研究了其生长机理，提出了一种新的“应力诱导相分离”的模型;.2、采用双温生长的方法生长InGaN 量子点的盖层，深入研究了低温盖层的组分、厚度、生长温度对量子点结构和光学性质的影响，改善了盖层的晶体质量，从而大幅度提高了量子点的发光强度，降低了量子点的发光半高宽。在此基础上，生长了室温PL发光强度高、发光半高宽窄的多层InGaN/GaN 有源区结构; .3、研究了绿光激光器结构外延生长过程中有源区的热退化机制，发现生长过程中有源区的热退化是由富In组分的InGaN 热分解导致。进而提出了一种新的热退化模型，认为热分解起源于界面处的富In团簇，其演变过程伴随着In 原子在有源区中的扩散与聚集。在此基础上，成功抑制了有源区的热退化，实现了发光均匀的绿光激光器结构生长。 .4、研究了激光器有源区微观结构与发光特性的关联机制。基于该研究结果，调控了有源区的微观结构，使生长的绿光激光器结构的发光半高宽达到国际先进水平。 . 通过本课题的研究，我们对InGaN量子点的生长机理及规律有了深刻的了解，并对其在GaN基激光器有源区中的应用做了大量的探索，成功实现了国内第一支GaN 基绿光激光器的室温电注入激射，激射波长为503nm，阈值电流密度为25kA/cm2。