半导体激光二极管的MBE生长制造技术

一种以（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ材料系统制造连续波半导体激光二极管的方法包括：依次生长第一覆层区域（４），第一光制导区（５），有源区域（６），第二光制导区（７）和一第二覆层（８）。该第一覆层区域（４），该第一光制导区（５），该有源区域（６），该第二光制导区（７）和该第二覆层（８）中的每一个都是由分子束外延生长淀积的。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体发光器件的生长，尤其是一种在氮化材料系统中，举例如(Al，Ga，In)N材料系统的半导体发光器件的生长。本专利技术可以应用于例如半导体激光二极管(LD)的生长。本专利技术的背景(Al，Ga，In)N材料系统包括具有一般公式为AlxGayIn1-x-yN的材料，其中0≤x≤1并且0≤y≤1。在该应用中，(Al，Ga，In)N材料系统中的一个具有非零克分子比的铝、镓和铟的成员将作为AlGaInN被谈到，一个具有零的铝克分子比但是具有非零的镓和铟克分子比的成员将作为InGaN被谈到，一个具有零的铟克分子比但是具有非零的镓和铝克分子比的成员将被作为AlGaN被谈到，等等。因为以(Al，Ga，In)N材料系统制造的器件能够发射出在蓝—紫光谱的波长范围内的光(对应于近似380-450nm范围内的波长)，当前对以该系统制造半导体发光器件具有很大的兴趣。例如S.Nakamura et al在“Jap.j.Appl.Phys.”Vol.35，ppL74-L76(1996)中，描述了以(Al，Ga，In)N材料系统制造的半导体发光器件。在教授了使用金属有机化学气相淀积(MOCVD))生长工艺来制造以(Al，Ga，In)N材料系统制造的发光器件的US-A-5 777 350中也有描述。MOCVD(也公知为金属有机汽相外延或MOVPE)一般在通常为大气压下的装置中发生，但是有时在轻微减小的压力下，一般约10kPa。提供氨和具有一种或更多种用于外延生长的三族元素的种类基本平行于将要在其上发生外延生长的衬底的表面，因此形成与衬底表面相邻并流经衬底表面的边界层。在该气态边界层中发生分解以形成外延淀积的氮气和其它元素，因此外延生长是由汽相均衡驱动的。另外一个已知的半导体生长技术是分子束外延(MBE)。与MOCVD相比，MBE是在高真空环境下进行的。在MBE例如被应用到该(Al，Ga，In)N系统的情况下，使用一般约1×10-3Pa的超高真空环境(UHV)。氮前体气以供应管道的方式提供给MBE容器，并且在外延生长过程中具有了铝、镓和/或铟的种类、也可能具有适当的掺杂种类由适当的源供应，该源位于安装有可控制的闸门来控制供应到MBE容器中的种类的量的热渗出单元内。该控制闸门从渗出单元输出并且氮提供管道面对其上将发生外延生长的衬底的表面。原始的氮和从渗出单元提供的种类穿过MBE容器，并且到达衬底，在该衬底上以淀积动力驱动方式发生外延生长。现有技术的确认MBE生长工艺已经被成功地应用于以各种材料系统的生长。例如，US-A-5 513 199揭露了以II-VI材料系统并且具有例如CdZnSe有源层的激光器件的MBE生长。但是目前为止将MBE生长技术用于氮化半导体材料的生长一直都很困难，并且由MBE生长的GaN，InGaN和p-型氮化材料的质量如M.Johnson et al.在“Ma.Res.Soc.Proc.”Vol.537，G5.10.(1999)中报道的一样，普遍地低。因此，目前，高质量的氮化半导体层的生长主要是使用MOCVD工艺来操作的。该MOCVD工艺允许在超过1000∶1的V/III优选比率下发生生长。该V/III比率是在生长工艺期间V族元素对III族元素的摩尔比率。氮化物半导体材料的生长中优选高的V/III比率，由于它允许使用更高的衬底温度，该温度依次产生更高质量的半导体层。目前，以MBE生长高质量的氮化半导体层比用MOCVD生长这样的层更困难。对于用具有蓝—紫光谱区域的发射波长并且使用分子束外延生长的氮化半导体制造的动造作的激光二极管还没有已知的示范或是报道。首要的困难在于在生长工艺中提供足够的氮。EP-A-1 182 697描述了以(Al，Ga，In)N材料系统的半导体器件的制造。该文件主要涉及由MOVCD技术的生长，并且包括一个适当的MOCVD生长条件的详细描述。该文件建议MBE也可以是一个可选择的生长方法，但是没有给出例如由MBE工艺怎样生长半导体器件的细节。US-A-6 456 640，US-A-5 972 730，和JP-A-2000 072 692与EP-A-1 182 697包含相类似的揭示内容。这些文件涉及到以(Al，Ga，In)N材料系统的以MOCVD生长的半导体器件(例如在US-A-6 456 640的情况下的自脉动激光器件)，他们建议MBE作为半导体器件生长的一个可能选择的生长方法，但是没有包含怎样把MBE工艺实际应用到该器件的生长的细节。
技术实现思路
当前专利技术的第一方面提供一种以(Al，Ga，In)N材料系统制造半导体发光器件的方法，该方法包括在衬底上方依次生长第一覆层区域，第一光制导区，有源区域，第二光制导区和第二覆层区域；其中该方法包括使用氨气作为氮前体，通过分子束外延淀积每一个第一覆层区域，该第一光制导区，该有源区域，该第二光制导区和该第二覆层区域；其中该衬底是GaN衬底或是GaN模板衬底；并且其中生长有源区域的步骤包括生长一个包含铟的层。在本专利技术的方法中，第一覆层区域，第一光制导区，第二光制导区和第二覆层区域的每一个区都是使用氨气作为氮前体通过MBE生长的，并且每一个包含一种(Al，Ga，In)N材料系统的一员的材料。该有源区域包括一层或是多层有源层，和/或有源区域的每个有源层由MBE生长并包含一种(Al，Ga，In)N材料系统的一员的材料。至少该有源区域的层的一层含有铟。作为MOCVD的一个选择，本专利技术可能使用MBE生长技术制造半导体发光器件，例如一个具有在光谱的蓝—紫区域的发射波长的连续波激光二极管。使用MBE生长代替MOCVD生长给出下列优点i)当使用MBE的时候，源材料例如氨气和氢气的明显较低的污染；ii)器件中更少的杂质，因为MBE是一个UHV工艺；iii)在由MBE生长的器件中，p型注入(通常是镁)的热激活是不必要的。但是在由MOCVD生长的器件中，氢必须被热退火从镁注入半导体层中出来以激活p-型的传导。iv)MBE比MOCVD更适宜于环境。该第一覆层区域可以在衬底的表面的第一部分上方生长，并且该方法可以包括在该衬底表面的第二部分上方淀积第一电极。可在衬底的第一表面上生长第一覆盖区，并且其方法可包括在衬底的第二表面上淀积第一电极。其方法可包括在第二覆盖区上淀积第二电极。该器件可以是一个半导体激光二极管，并且它可以是一个连续波激光二极管。连续波激光二极管是一个激光二极管，当施加持续驱动电流(超过了激光振动的电流门限)时，放射其强度基本上随着时间恒定的激光——如果希望，尽管使用变量的驱动电流可以控制连续波激光器以致提供一个随时间变化的输出强度。相反地，一个自振动激光，如在US-A-6456 640中揭示的，当施加持续电流时，具有在高亮度和低(或零)亮度之间变化的光学输出。本专利技术的第二方面提供由第一方面的方法制造的半导体发光器件。附图的具体描述当前专利技术的首选特征将结合附图以举例说明的形式进行描述，其中附图说明图1是一个在(Al，Ga，In)N材料系统中由MBE制造的半导体激光二极管的一般结构的截面示意图；图2是一个在(Al，Ga，In)N材料系统中由MBE制造的半导体激光二极管的截面示意图；图3示出了图2中激光二极管的受激发射光谱；图4示出了图2中的激光二极管本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ材料系统制造半导体发光器件的方法，该方法包括：在衬底上方依次生长第一覆层区域，第一光制导区，有源区域，第二光制导区和第二覆层区域；其中该方法包括通过分子束外延使用氨气作为氮前体来淀积该第一覆层区域，该第一光制导区，该有源区域，该第二光制导区和该第二覆层区域的每一个；其中该衬底选自由ＧａＮ衬底和ＧａＮ模板衬底构成的组；并且其中生长有源区域的步骤包括生长包含铟的层。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：S胡帕，V鲍斯奎特，KL约翰逊，M考厄，J赫弗南，
申请(专利权)人：夏普株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]