InGaN外延层长厚的方法

InGaN材料的外延厚度长厚不容易的原因主要有以下几点：

组分比和温度限制：InGaN材料的组分比直接影响其晶格结构和物理性质，当In的组分比例较高时，需要较低的生长温度以保持材料的晶体质量。然而，生长温度较低时，In的并入效率会降低，这限制了材料的厚度增加。

生长动力学：AlGaN和InGaN材料在生长过程中的动力学差异很大。生长AlGaN材料需要较高的温度来提高Al的表面迁移率，而生长InGaN材料则需要低温以抑制In的解吸附。这种差异导致了在生长过程中对温度和反应条件的精细调控要求很高。

缺陷生成：随着InGaN厚度的增加，材料中的缺陷数量也会增加。这些缺陷主要来自于材料的晶格失配和相变效应，如V型缺陷、堆垛层错等。缺陷的存在不仅影响材料的物理性质，如电子和光的传播，还会降低材料的整体质量。

上面内容是AI回答的。

为了生长高质量的InGaN材料，除了需要精确控制生长温度、生长速率和生长气氛等参数。我们可以了解下其它一些方法，如采用应变弛豫方法。

在绿光及更长波长的 InGaN 基激光二极管的工作上仍面临着一系列挑战，首先，由于铟的挥发性比氮化镓高得多，高In组分InGaN的生长温度就越低；然而，低温生长也会导致结晶质量下降。其次，InN和GaN之间10% 的晶格失配使高In 含量的晶体生长困难；在 InGaN 中产生的高应变会导致失配位错、相分离和 In 掺入减少，这也称作组分拉伸效应。再者，III 族 (Al, Ga, In) 氮化物在 C方向上具有强压电性，使得 InGaN 有源区的电子、空穴波函数分离，即出现量子限制斯塔克效应 (QCSE)，该现象将降低激光二极管内的辐射复合效率和光学增益。

随着 In 组分的增大，将导致晶格失配加大并加剧有源区内产生更强的 QCSE。此外，由于折射率对比度随着波长的增加而减小，因此针对长波长激光二极管的波导结构设计也将更具挑战性。尽管 AlGaN 常被用作底部包层，但其也面临存在临界厚度限制和衬底模型问题，另一方面，InGaN 作为波导层，可以提供足够的约束而不降低来自衬底模式的激光束质量。高 In 组分的 InGaN 的高质量生长需求再次将研究重点指向了解决 InGaN 的生长问题。

本研究首次报道了在 c 面 GaN 上采用应变弛豫方法制备得到的激光二极管。InGaN 缓冲层的弛豫度为 26.6%，研究通过在应变弛豫基板中采用更高的温度和生长更厚的 GaN 来减少缺陷，获得了均方根 (RMS) 粗糙度为 0.65 nm 的光滑表面形貌。在室温下施加脉冲电压，测试得到激光二极管的波长为 459 nm，阈值电流密度为 52 kA/cm²。此外，应变弛豫基板上制备得到的激光二极管内部损耗为 30~35 cm^-1，是未使用应变弛豫基板的激光二极管 (对照组) 的三倍多。

图1 (a) 在应变弛豫基板 (SRT) 上制备的激光二极管和 (b) 参照组激光二极管的外延结构示意图。

另，有文献报道，对于InGaN外延层，如In%>6%，厚度增加，容易出现相分离，厚度>200nm,出现组分调制，化学势和应力相互竞争，相分离增加会加大薄膜的应力。

InGaN外延层长厚，如组分>8%以上，厚度>300nm，获得较高的晶体质量和外观，大家有什么好的办法，可以留言讨论。

参考：

[1]Chang H M, Chan P, Lim N, et al. Demonstration of C-plane InGaN-based blue laser diodes grown on a strain-relaxed template[J]. Crystals, 2022, 12(9): 1208

[2]薛俊俊.高In组分InGaN化合物半导体的生长与表征[D].南京大学,2014.

原文始发于微信公众号（未来芯研究）：InGaN外延层长厚的方法