单一ＥＬＯＧ生长的横向Ｐ－Ｎ结氮化物半导体激光器制造技术

可以通过ＥＬＯＧ（外延横向过度生长）制造垂直量子阱氮化物激光器，通过在横向生长边缘的垂直ａ－面上方沉积和在单一ＥＬＯＧ－ＭＯＣＶＤ（金属有机化学汽相沉积）生长步骤中形成横向结而生成的垂直量子阱。垂直量子阱可以用于ＧａＮ垂直腔表面发射激光器（ＶＣＳＥＬ）和ＧａＮ边缘发射激光器。

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
GaInN量子阱结构用于GaN基LED和激光器。典型的GaN基LED和激光器结构具有平行于衬底定向的量子阱结构，对于边缘发射器其限制可用于p接触的面积并且对于VCSEL结构其一般限制谐振腔的大小，从而限制VCSEL放大。
技术实现思路
可以通过ELOG(外延横向过度生长)制造垂直量子阱氮化物激光器，该垂直量子阱是通过在横向生长的边缘的垂直a-面上方沉积并且在单一ELOG-MOCVD(金属有机化学汽相沉积)生长步骤中形成横向结来产生的。垂直量子阱可以从将量子阱定向为的垂直a-面生长，或者垂直量子阱可以从将量子阱定向为 的垂直c-面生长。垂直量子阱可以用于GaN垂直腔表面发射激光器(VCSEL)和GaN边缘发射激光器。附图说明图1a-1e显示根据本专利技术用于制造VCSEL的步骤。图1f显示根据本专利技术的实施例的顶视图。图2a-b显示根据本专利技术制造VCSEL。图2c显示根据本专利技术的实施例的顶视图。图3显示根据本专利技术的边缘发射激光器的实施例。图4显示根据本专利技术的边缘发射激光器的实施例。具体实施例方式对于GaN而言，应变量子阱结构基于纤锌矿晶体结构。例如，在适当的外延横向过度生长(ELOG)的条件下，获得的垂直平面是a-面或者如K.Hiramatsu等人在Journal of Crystal Growth 221，316-326，2000中描述的并以参考形式引入的(11-20)。当沿着c-面或者(0001)对准水平面时，在大约800托的反应压力和大约1000℃的温度下执行ELOG可以提供(11-20)的GaN垂直平面。作为替换，可以执行引起与a-面或者(11-20)对准的GaN薄膜的ELOG，使得GaN垂直平面是(0001)。以大约1300的V/III比率，例如，氨与镓，典型的生长温度是大约1100℃。由Craven等人在Applied Physics Letters 81，7，1201-1203，2002和Haskell等人在Applied Physics Letters 83，4，644-646，2003叙述了与(11-20)对准的ELOG，以参考形式在这里引入。可以通过ELOG制造垂直量子阱氮化物激光器。根据平面状GaN薄膜是沿着c-面还是沿着a-面，确定通过在ELOG的横向生长边缘的垂直a-面上方生长或者通过在ELOG的横向生长边缘的垂直c-面上方生长来产生垂直量子阱。图1a显示根据本专利技术的一个实施例。在图1a中，在Al2O3衬底120的上方生长可选的n型GaN缓冲层130，之后如图1b所示在n型GaN层130上方沉积分散的布拉格反射器(DBR)140。然而，作为替代，可以直接在Al2O3衬底120上生长DBR 140。注意对DBR 140的构图需要从MOCVD反应器移出。DBR 140必须具有电介质顶表面141，通常是氧化物，以用作ELOG掩模。用于DBR 140的合适的材料包含用电介质顶表面141例如SiO2覆盖的交替的AlGaN/GaN层，电介质顶表面141具有大约1000埃的典型厚度以避免“针孔”存在于下面的包含氮化物的层中。用于DBR 140的其他合适的材料包含固有地提供电介质顶表面141的SiO2/HfO2、TiO2/SiO2或者ZrO2/SiO2的交替氧化层。在沉积DBR 140之后，如图1c所示，用光致抗蚀剂对DBR 140构图并用反应离子刻蚀(RIE)、化学辅助离子束腐蚀(CAIBE)或者感应耦合等离子体刻蚀(ICP)来刻蚀掉DBR的一部分。图1d显示n型AlGaN/GaN区150、InGaN/InGaN多量子阱区160和p型AlGaN区170的ELOG生长。注意垂直生长没有发生在电介质顶表面141上，相反地，横向过生长了电介质顶表面141。当n型AlGaN/GaN区150的ELOG生长发生在DBR 140上方时，横向生长沉积前面是平滑的。根据生长条件，可以获得如图1d所示的垂直侧壁或者角状侧壁。当n型AlGaN/GaN区150在DBR 140上方生长地足够远以致已经形成晶面侧壁时，通过将反应器温度降低至大约700℃至大约800℃来改变ELOG生长条件以允许并入In用于生长InGaN/InGaN多量子阱区160。注意提供单一ELOG-MOVCD生长步骤的ELOG生长的整个过程中样品留在MOVCD反应器中。因此，防止了再生长。n型AlGaN/GaN区150的生长时间用作用于调整InGaN/InGaN多量子阱区160的长度(深度)的控制参数。参照图1d，注意多量子阱区160的一部分是垂直的，多量子阱区160的一部分是水平的。根据本专利技术的实施例，在n型AlGaN/GaN区150的c-面上方生长多量子阱区域160的水平部分162，并且与多量子阱区160的垂直部分161相比，水平部分162具有较薄的层和较低的铟含量。这是由于ELOG中高的横向对垂直的生长率增强。水平部分162的p-n结的导通电压与垂直部分161的横向p-n结的导通电压相比一般高几十个伏特。因此，注入电流一般被很好地限制在多量子阱区160的垂直部分161。在生长InGaN/InGaN多量子阱区160之后，通过将温度增加到大约800℃至大约1100℃来再次改变ELOG生长条件，发生p型AlGaN/GaN区170的生长。依据对p型掺杂的需求来支配生长条件的改变。保持p型AlGaN/GaN区170的ELOG生长，直到从多量子阱区160的垂直部分161横向生长大约0.5μm至大约10μm以提供覆盖层。注意覆盖层的最小厚度是0.5μm。然后在p型AlGaN/GaN区170的上方沉淀DBR 180。用于DBR 180的适合材料包含SiO2/HfO2或者ZrO2/SiO2的交替氧化层。在沉淀DBR 180之后，利用光致抗蚀剂对其构图，并且刻蚀掉暴露的部分以得到如图1e所示的DBR 180。为了沉积n型接触175，一般是Ti-Au，使用例如下面将更详细论述的化学辅助离子束腐蚀(CAIBE)刻蚀掉区域170的一部分、多量子阱区域160的水平部分162的一部分和区域150的一部分。另外，一般也使用CAIBE将沟槽183刻蚀至接近或者到多量子阱区域160的深度以提供在如图1f的顶视图所示的载体和光学限制，通过包围DBR 180和p型接触190以强制电流通过VCSEL结构100的电流孔区域。注意如由DBR 180′虚线轮廓显示，DBR 180可以部分地覆盖沟槽183。然后，如图1e所示，沉淀n型接触175和p型接触190，产生VCSEL结构100。与边缘发射器相比，VCSEL结构100产生具有阈值增益的VCSEL。图2a显示根据如果考虑寄生效应而使用的本专利技术的实施例。VCSEL结构100和VCSEL结构200之间的差异包括除去多量子阱区域260的水平部分262(见图2a)。图2a与图1d相似。在Al2O3衬底220上方生长可选的n型GaN层230，之后在n型GaN层230上方沉积分布的布拉格反射器(DBR)240。然而，作为替代，可以直接在Al2O3衬底220上生长DBR 240。DBR 240一般具有电介质顶表面241，通常是氧化物，以用作ELOG掩模。用于DBR 240的合适的材料包含用电介质顶表面241覆盖的交替的AlGaN/GaN本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造单一ＥＬＯＧ生长横向ｐ－ｎ结氮化物半导体激光器的方法，包括：在衬底上方沉淀和构图电介质层；以及在所述衬底上方采用单一生长步骤生长ＥＬＯＧ区域，所述ＥＬＯＧ区域包括位于ｎ型和ｐ型区域之间的ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ多量子阱区域，所述ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ多量子阱区域的第一部分被定向为基本上不平行于所述衬底。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：DP鲍尔，SW科尔齐尼，
申请(专利权)人：阿瓦戈科技ECBUIP新加坡股份有限公司，
类型：发明
国别省市：SG[新加坡]