專利名稱：具有偏離有源區(qū)的錯(cuò)配位錯(cuò)的GaN基激光二極管的制作方法
具有偏離有源區(qū)的錯(cuò)配位錯(cuò)的GaN基激光二極管
要求在先提交的美國(guó)申請(qǐng)的權(quán)益
本申請(qǐng)要求2010年5月28日提交的美國(guó)申請(qǐng)系列第12/789，936號(hào)的權(quán)益。此文件的內(nèi)容以及本文提到的出版物、專利和專利文件的所有內(nèi)容都通過(guò)參考結(jié)合入本文中。
背景
GaN基激光器往往生長(zhǎng)在GaN襯底的極性面上，這帶來(lái)了強(qiáng)內(nèi)場(chǎng)，該強(qiáng)內(nèi)場(chǎng)會(huì)妨礙發(fā)光所需的電子-空穴復(fù)合。非極性面如m面和a面可用來(lái)消除這些場(chǎng)。GaN襯底也可沿著半極性晶面切割，產(chǎn)生弱得多的內(nèi)場(chǎng)，并可在有源區(qū)形成高銦濃度，這可使發(fā)射波長(zhǎng)延伸至綠光。本公開(kāi)的具體實(shí)施方式
涉及在GaN襯底的20^[晶面上的生長(zhǎng)，在此情況下，可稱GaN襯底限定了 20 晶體生長(zhǎng)面。
簡(jiǎn)要概述
本發(fā)明人認(rèn)識(shí)到，在半極性GaN襯底上生長(zhǎng)的長(zhǎng)波長(zhǎng)發(fā)光器件能夠表現(xiàn)出提高的輻射效率。例如，高效綠光激光二極管可在半極性2(^1 GaN襯底上生長(zhǎng)，即使在高In組成的情況下也能得到均勻的GaInN量子阱。本發(fā)明人還認(rèn)識(shí)到，在這種器件中，由于GaN與 InN之間或GaN與AlN之間的大晶格失配，在GaN襯底上生長(zhǎng)的異質(zhì)外延GaInN和GaAlN層通常要承受顯著的機(jī)械應(yīng)力。更具體地，錯(cuò)配應(yīng)變能在異質(zhì)外延層生長(zhǎng)期間累積起來(lái)，若層厚度超過(guò)該層的應(yīng)變弛豫臨界值，則會(huì)因產(chǎn)生錯(cuò)配位錯(cuò)而發(fā)生塑性弛豫。在半極性GaN襯底上生長(zhǎng)應(yīng)變層時(shí)產(chǎn)生的這些錯(cuò)配位錯(cuò)可以是非輻射復(fù)合的位置，若錯(cuò)配位錯(cuò)形成于有源區(qū)內(nèi)或靠近有源區(qū)，則會(huì)降低激光器的性能。根據(jù)本公開(kāi)的主題，對(duì)GaN基激光二極管進(jìn)行設(shè)計(jì)，使錯(cuò)配位錯(cuò)發(fā)生在遠(yuǎn)離有源區(qū)的 地方。
根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施方式，提供一種GaN基邊緣發(fā)射激光器，該激光器包含半極性GaN襯底、有源區(qū)、N側(cè)波導(dǎo)層、P側(cè)波導(dǎo)層、N型包覆層和P型包覆層。GaN襯底的特征是穿透位錯(cuò)密度(threading dislocationdensity)約為IxlO6/cm2。N側(cè)波導(dǎo)層的應(yīng)變-厚度積超過(guò)其應(yīng)變弛豫臨界值。此外，對(duì)弛豫的N側(cè)波導(dǎo)層上的生長(zhǎng)所計(jì)算的有源區(qū)的累計(jì)應(yīng)變-厚度積小于其應(yīng)變弛豫臨界值。結(jié)果，N型包覆層與N側(cè)波導(dǎo)層之間的N側(cè)界面包含一組N側(cè)錯(cuò)配位錯(cuò)，而P型包覆層與P側(cè)波導(dǎo)層之間的P側(cè)界面包含一組P側(cè)錯(cuò)配位錯(cuò)。 本文還描述了其他的實(shí)施方式，并要求專利保護(hù)。


當(dāng)結(jié)合以下附圖閱讀下面對(duì)本公開(kāi)的具體實(shí)施方式
的詳細(xì)描述時(shí)，可對(duì)其形成最好的理解，附圖中相同的結(jié)構(gòu)用相同的編號(hào)表示，其中
圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的GaN邊緣發(fā)射激光器；以及
圖2顯示了為圖1所示的GaN邊緣發(fā)射激光器構(gòu)思的許多變化形式之一。
具體實(shí)施方式
綜合參考圖1和2，本公開(kāi)的GaN邊緣發(fā)射激光器100、100’包含半極性GaN襯底10、緩沖層15、有源區(qū)20、N側(cè)波導(dǎo)層30、P側(cè)波導(dǎo)層40、N型包覆層50和P型包覆層60。 GaN襯底10可限定2021或其他半極性晶體生長(zhǎng)面，其特征是穿透位錯(cuò)密度約為lX106/cm2， 即大于IxlOVcm2但小于lxl07/cm2。如圖1和2所示，有源區(qū)20介于N側(cè)波導(dǎo)層30與P側(cè)波導(dǎo)層40之間，并基本上平行于這兩個(gè)層延伸。N型包覆層50介于N側(cè)波導(dǎo)層30與GaN 襯底10之間。P型包覆層60在P側(cè)波導(dǎo)層40上形成。
本領(lǐng)域已有完整記錄的馬修斯-布萊克斯利(Matthews-Blakeslee)平衡理論對(duì)應(yīng)變異質(zhì)外延層開(kāi)始發(fā)生錯(cuò)配位錯(cuò)的臨界厚度提供了預(yù)測(cè)。根據(jù)該理論，如果層厚度超過(guò)該層的馬修斯-布萊克斯利臨界厚度，就會(huì)因產(chǎn)生錯(cuò)配位錯(cuò)而發(fā)生弛豫。此厚度與層中應(yīng)變的數(shù)學(xué)乘積在本文中稱作該層的應(yīng)變-厚度積。
作為圖示而非限制，參見(jiàn)圖1和2，對(duì)于根據(jù)本公開(kāi)的GaN邊緣發(fā)射激光器100、 100’，N側(cè)波導(dǎo)層30的應(yīng)變-厚度積超過(guò)其應(yīng)變弛豫臨界值例如但不限于約10%。結(jié)果，N 型包覆層50與N側(cè)波導(dǎo)層30之間的N側(cè)界面將包含一組N側(cè)錯(cuò)配位錯(cuò)75，該N側(cè)界面可包含N側(cè)界面層70。此外，有源區(qū)20中每個(gè)層的應(yīng)變-厚度積以及整個(gè)有源區(qū)20的累計(jì)應(yīng)變-厚度積小于應(yīng)變弛豫臨界值，該累計(jì)應(yīng)變-厚度積是激光器100、100’的整個(gè)有源區(qū) 20中每個(gè)層的應(yīng)變-厚度積之和。對(duì)于有源區(qū)，在計(jì)算臨界厚度時(shí)，應(yīng)假定它生長(zhǎng)在弛豫的 N側(cè)波導(dǎo)層上。
P側(cè)波導(dǎo)層40的平均晶格常數(shù)接近于N側(cè)波導(dǎo)層30的平均晶格常數(shù)。結(jié)果，在有源區(qū)20和P側(cè)波導(dǎo)層40的生長(zhǎng)過(guò)程中不再累積應(yīng)變，因此沒(méi)有發(fā)生更多的應(yīng)變弛豫。P側(cè)波導(dǎo)層有可能具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。例如，它不一定是用具有特定的In濃度的單一本體InGaN 層制成。在這種情況下，可以設(shè)想這樣生長(zhǎng)P側(cè)波導(dǎo)層40，也就是使得對(duì)于在弛豫的N側(cè)波導(dǎo)層上的生長(zhǎng)，所計(jì)算的P側(cè)波導(dǎo)層40和有源區(qū)20的累計(jì)應(yīng)變-厚度積均小于其應(yīng)變弛豫臨界值。
然而，當(dāng)P型包覆層60在P型波導(dǎo)層40頂部生長(zhǎng)時(shí)，P型包覆層可能發(fā)生應(yīng)變。 與上述N側(cè)界面的情況類似，P側(cè) 界面可包含位于P型包覆層60與P側(cè)波導(dǎo)層40之間的 P側(cè)界面層80，并且將包含一組P側(cè)錯(cuò)配位錯(cuò)85。所得到的GaN基激光器結(jié)構(gòu)僅在離有源區(qū)20較遠(yuǎn)的位置包含錯(cuò)配位錯(cuò)。
雖然本公開(kāi)的主題主要是就圖1和2所示的GaN邊緣發(fā)射激光器100、100’的結(jié)構(gòu)討論的，但可以設(shè)想，本公開(kāi)的理念同樣適用于制造本公開(kāi)的GaN邊緣發(fā)射激光器的方法。 例如，如圖1和2所示，N側(cè)錯(cuò)配位錯(cuò)75往往在N側(cè)界面層70的靠近N型包覆層的一側(cè)形成。類似的，P側(cè)界面層80可設(shè)計(jì)得足夠薄，以便在界面層80的與P型包覆層60交界的一側(cè)產(chǎn)生P側(cè)錯(cuò)配位錯(cuò)85。
N側(cè)界面層70和P側(cè)界面層80可包含與半極性GaN基激光器相容的任何類型的生長(zhǎng)層。例如，界面層70、80可包含在相應(yīng)的下層上生長(zhǎng)的過(guò)渡層，用來(lái)使下層變得平滑， 并在生長(zhǎng)過(guò)程中使得更容易向后續(xù)生長(zhǎng)層的材料過(guò)渡。更具體地，在一個(gè)設(shè)想的實(shí)施方式中，N側(cè)界面層70包含處于壓縮狀態(tài)的N型GaN過(guò)渡層，并對(duì)層70加以設(shè)計(jì)，使得N側(cè)界面層70的應(yīng)變-厚度積小于其應(yīng)變弛豫臨界值。類似的，P側(cè)界面層80可包含P型GaN過(guò)渡層。
在圖1和2中，盡管本發(fā)明人設(shè)想了各種常規(guī)的或者待開(kāi)發(fā)的有源區(qū)來(lái)補(bǔ)充本公開(kāi)的內(nèi)容，但有源區(qū)20可包含單一量子阱或多周期量子阱(包括壓縮應(yīng)變量子阱)和拉伸勢(shì)壘層，它們?cè)趫D1和2中僅示為重復(fù)層，并且為了保持簡(jiǎn)潔而未按比例顯示。在一個(gè)實(shí)施方式中，有源區(qū)20包含含有GaInN量子阱的單一量子阱或多周期量子阱結(jié)構(gòu)以及AlGaInN 勢(shì)壘層。在此情況下，可將N側(cè)波導(dǎo)層30構(gòu)造成GaInN波導(dǎo)層，可將GaInN量子阱的In含量調(diào)節(jié)至大于N側(cè)GaInN波導(dǎo)層30的In含量，并且AlGaInN勢(shì)壘層的In含量小于N側(cè) GaInN波導(dǎo)層的In含量。例如,在一個(gè)實(shí)施方式中,有源區(qū)的In含量約大于20%。
在任何情況下，可以設(shè)想，壓縮應(yīng)變量子阱和拉伸勢(shì)壘層各自的應(yīng)變-厚度積優(yōu)選小于該層的應(yīng)變弛豫臨界值。在許多情況下，優(yōu)選確保量子阱的壓縮應(yīng)變-厚度積大致等于勢(shì)壘層的拉伸應(yīng)變-厚度積。還可以設(shè)想，可對(duì)有源區(qū)20、N側(cè)波導(dǎo)層30和P側(cè)波導(dǎo)層40加以選擇，以限定基本連貫的晶格常數(shù)區(qū)，該晶格常數(shù)區(qū)的特征在于晶格匹配度相對(duì)于激光器結(jié)構(gòu)的其余部分提高了。
通常對(duì)P側(cè)波導(dǎo)層40和N側(cè)波導(dǎo)層30各自的組成加以選擇，使它們?cè)诔谠顟B(tài)下具有彼此較為接近的晶格周期——至少在發(fā)生弛豫的方向上如此。雖然不作要求，但N 側(cè)波導(dǎo)層30往往至少與P側(cè)波導(dǎo)層40 —樣厚，不過(guò)應(yīng)當(dāng)理解，N側(cè)波導(dǎo)層30可以做得比P 側(cè)波導(dǎo)層更薄或更厚，只不過(guò)更厚的N側(cè)波導(dǎo)層30常常有助于在本公開(kāi)所設(shè)想的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中獲得更低的損耗。如圖所示，P側(cè)波導(dǎo)層40通常包含例如GaInN的本體波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。相比之下，N側(cè)波導(dǎo)層30可包含GaInN本體波導(dǎo)層(參見(jiàn)圖2)或超晶格波導(dǎo)層(參見(jiàn)圖1)。在任何情況下，往往優(yōu)選確保各波導(dǎo)層30、40具有平均In濃度大致相等的特征。
N型包覆層50和P型包覆層60可包含GaN、AlGaN或AlGaInN的本體晶體，如圖 2中的示意圖所示，或者包含AlGaN/AlGaN或AlGaN/GaN的超晶格，如圖1中P型包覆層60 的示意圖所示。在包覆層50和60中使用Al可減小包覆層的折射率，有助于加強(qiáng)光學(xué)限制作用。在P型包覆層60和/或N型包覆層包含Al的情況下，通常較佳的是，確保該層的應(yīng)變-厚度積超過(guò)其應(yīng)變弛豫臨界值例如但不限于至少約10%。
在圖1所示的本公開(kāi)的實(shí)施方式中，GaN邊緣發(fā)射激光器100包含位于有源區(qū)20 上方和下方的電流阻擋層90，也就是位于有源區(qū)20與相應(yīng)的N側(cè)和P側(cè)波導(dǎo)層30、40之間。僅在有源區(qū)20上方設(shè)置阻擋層90通常就足夠了。不管在哪種情況下，阻擋層90可包含AlGaN電流阻擋層 。這些阻擋層90往往處于拉伸應(yīng)變下，并且在許多情況下，較佳的是確保它們具有應(yīng)變-厚度積小于阻擋層90的相應(yīng)應(yīng)變弛豫臨界值的特征。
如上文所指出，有源區(qū)(包括阻擋層以及η側(cè)與P側(cè)波導(dǎo)層之間的附加層)的應(yīng)變-厚度積應(yīng)足夠小，以免發(fā)生弛豫。此外，此區(qū)內(nèi)的每個(gè)層應(yīng)足夠薄，不發(fā)生弛豫。
GaN基激光器往往生長(zhǎng)在GaN襯底的極性面上，這帶來(lái)了強(qiáng)內(nèi)場(chǎng)，該強(qiáng)內(nèi)場(chǎng)會(huì)妨礙發(fā)光所需的電子-空穴復(fù)合。非極性面如m面和a面可用來(lái)消除這些場(chǎng)。GaN襯底也可沿著半極性晶面切割，產(chǎn)生弱得多的內(nèi)場(chǎng)，并可在有源區(qū)形成高銦濃度，這可使發(fā)射波長(zhǎng)延伸至綠光。本公開(kāi)的具體實(shí)施方式
涉及在GaN襯底的2021晶面上的生長(zhǎng)，在此情況下，可稱 GaN襯底限定了 2021晶體生長(zhǎng)面。
還應(yīng)指出，對(duì)于某些襯底取向，前述弛豫僅沿著GaN襯底的單向滑移面發(fā)生。在其他方向上沒(méi)有滑移面可供發(fā)生弛豫。然而，即使一個(gè)方向上的弛豫也有助于減小應(yīng)變能，從而幫助獲得質(zhì)量更好的應(yīng)變層。錯(cuò)配位錯(cuò)限于界面，沒(méi)有產(chǎn)生能穿透界面上方各層的其他位錯(cuò)。可釋放的應(yīng)變受到襯底中初始穿透位錯(cuò)的限制。例如，若初始穿透位錯(cuò)為106/cm2， 且滑移面方向的襯底尺寸為Icm,則最大錯(cuò)配位錯(cuò)密度為106/cm,這意味著間距為IOnm,相當(dāng)于應(yīng)變釋放大約2%。原始襯底中更高的穿透位錯(cuò)密度能使弛豫超過(guò)2%的應(yīng)變，但在這種襯底上生長(zhǎng)的器件有可能質(zhì)量差、可靠性差。例如，雖然約lxlOVcm2的穿透位錯(cuò)密度能釋放更多的應(yīng)變，但所得到的器件可能具有較差的質(zhì)量和可靠性。
如上文所指出，GaN襯底10可限定2021晶體生長(zhǎng)面，并且可額外限定滑移面，在此情況下，應(yīng)變弛豫優(yōu)選在沿著GaN襯底10的滑移面的單向上，該方向一般在朝向c軸的方向上。如上文所指出，GaN襯底10的特征一般是穿透位錯(cuò)密度約為1x107cm2，此密度足以促進(jìn)錯(cuò)配位錯(cuò)在N型包覆層與N側(cè)波導(dǎo)層之間的界面層處形成。更嚴(yán)格地說(shuō)，可以設(shè)想， 約低于1x107cm2的穿透位錯(cuò)密度往往也足以促進(jìn)上述錯(cuò)配位錯(cuò)的形成。
出于描述和限定本發(fā)明的目的，應(yīng)當(dāng)指出，本文提到的GaN基激光二極管應(yīng)理解為表示在GaN襯底上生長(zhǎng)的激光二極管結(jié)構(gòu)。本文提到的GaN襯底應(yīng)理解為表示襯底由高純GaN制成。
應(yīng)當(dāng)指出，本文所用的諸如“優(yōu)選”、“常規(guī)”和“通?！敝惖脑~語(yǔ)不是用來(lái)限制本發(fā)明要求保護(hù)的范圍，也不表示某些特征對(duì)要求保護(hù)的發(fā)明的結(jié)構(gòu)或者功能來(lái)說(shuō)是重要的、關(guān)鍵的甚至是必不可少的。相反地，這些詞語(yǔ)僅僅用來(lái)表明本公開(kāi)實(shí)施方式的特定方面，或者強(qiáng)調(diào)可以用于或者可以不用于本公開(kāi)特定實(shí)施方式的可選或附加的特征。
出于描述和限定本發(fā)明的目的，應(yīng)當(dāng)指出，詞語(yǔ)“基本上”和“約”在本文中用來(lái)表示可歸屬于任何定量比較、數(shù)值、測(cè)量或其他表達(dá)的固有不確定程度。詞語(yǔ)“基本上”和“約” 在本文中還用來(lái)表示在 不會(huì)導(dǎo)致所討論的主題的基本功能發(fā)生改變的情況下定量表達(dá)值與特定基準(zhǔn)的偏離程度。
在結(jié)合具體實(shí)施方式
詳細(xì)描述了本公開(kāi)的主題之后，應(yīng)當(dāng)指出，本文披露的各種細(xì)節(jié)不應(yīng)理解為暗示著這些細(xì)節(jié)涉及屬于本文所述各種實(shí)施方式的實(shí)質(zhì)性組成的要素，即便在本文所附的每幅圖中都示出了特定要素的情況下也是如此。相反，本文所附權(quán)利要求書(shū)應(yīng)理解為唯一表達(dá)了本公開(kāi)的廣度和本文所述各項(xiàng)發(fā)明的相應(yīng)范圍。此外，在不背離所附權(quán)利要求書(shū)所限定的發(fā)明范圍的前提下，顯然可以作出各種改變和變化。更具體來(lái)說(shuō)， 盡管本公開(kāi)的一些方面在本文中被認(rèn)為是優(yōu)選的或者特別有益的，但應(yīng)該可以想到，本公開(kāi)沒(méi)必要限于這些方面。
應(yīng)當(dāng)指出，以下權(quán)利要求書(shū)中的一項(xiàng)或多項(xiàng)權(quán)利要求使用短語(yǔ)“其特征在于”作為過(guò)渡語(yǔ)。出于限定本發(fā)明的目的，應(yīng)當(dāng)指出，在權(quán)利要求中用該短語(yǔ)作為開(kāi)放式過(guò)渡短語(yǔ)來(lái)引出對(duì)一系列結(jié)構(gòu)特征的描述，應(yīng)當(dāng)對(duì)其作出與更常用的開(kāi)放式引導(dǎo)語(yǔ)“包括/包含”類似的解釋。
權(quán)利要求
1.一種GaN基邊緣發(fā)射激光器，它包含半極性GaN襯底、有源區(qū)、N側(cè)波導(dǎo)層、P側(cè)波導(dǎo)層、N型包覆層和P型包覆層，其中 GaN襯底的特征是穿透位錯(cuò)密度約為IxlOfVcm2 ； 有源區(qū)介于N側(cè)波導(dǎo)層與P側(cè)波導(dǎo)層之間，并基本上平行于這兩個(gè)層延伸； N型包覆層介于N側(cè)波導(dǎo)層與GaN襯底之間； P型包覆層在P側(cè)波導(dǎo)層上形成； N側(cè)波導(dǎo)層的應(yīng)變-厚度積超過(guò)其應(yīng)變弛豫臨界值； 對(duì)于在弛豫的N側(cè)波導(dǎo)層上的生長(zhǎng)，所計(jì)算的有源區(qū)的累計(jì)應(yīng)變-厚度積小于其應(yīng)變弛豫臨界值； N型包覆層與N側(cè)波導(dǎo)層之間的N側(cè)界面包含一組N側(cè)錯(cuò)配位錯(cuò)；以及 P型包覆層與P側(cè)波導(dǎo)層之間的P側(cè)界面包含一組P側(cè)錯(cuò)配位錯(cuò)。
2.如權(quán)利要求1所述的GaN邊緣發(fā)射激光器，其特征在于，所述GaN襯底限定了2021晶體生長(zhǎng)面和滑移面，所述應(yīng)變弛豫在沿著GaN襯底的滑移面的單向上。
3.如權(quán)利要求1所述的GaN邊緣發(fā)射激光器，其特征在于，所述GaN襯底限定了半極性晶體生長(zhǎng)面和滑移面，所述應(yīng)變弛豫在沿著GaN襯底的滑移面的單向上。
4.如權(quán)利要求1所述的GaN邊緣發(fā)射激光器，其特征在于，所述GaN襯底的穿透位錯(cuò)密度足以促進(jìn)錯(cuò)配位錯(cuò)在N型包覆層與N側(cè)波導(dǎo)層之間的界面處形成。
5.如權(quán)利要求1所述的GaN邊緣發(fā)射激光器，其特征在于，所述GaN襯底的特征是穿透位錯(cuò)密度約小于IxlOfVcm2。
6.如權(quán)利要求1所述的GaN邊緣發(fā)射激光器，其特征在于 所述有源區(qū)包含含有壓縮應(yīng)變量子阱的單一量子阱或多周期量子阱和拉伸勢(shì)壘層；以及 所述壓縮應(yīng)變量子阱和拉伸勢(shì)壘層各自的應(yīng)變-厚度積小于該層的應(yīng)變弛豫臨界值。
7.如權(quán)利要求1所述的GaN邊緣發(fā)射激光器，其特征在于 所述有源區(qū)包含含有壓縮應(yīng)變量子阱的單一量子阱或多周期量子阱和拉伸勢(shì)壘層，所述壓縮應(yīng)變量子阱的特征是壓縮應(yīng)變-厚度積，所述拉伸勢(shì)壘層的特征是拉伸應(yīng)變-厚度積；以及 所述量子阱的壓縮應(yīng)變-厚度積約等于所述勢(shì)壘層的拉伸應(yīng)變-厚度積。
8.如權(quán)利要求1所述的GaN邊緣發(fā)射激光器，其特征在于，所述有源區(qū)、N側(cè)波導(dǎo)層和P側(cè)波導(dǎo)層限定了基本連貫的晶格常數(shù)區(qū)，所述晶格常數(shù)區(qū)的特征是晶格匹配度相對(duì)于所述激光器結(jié)構(gòu)的其余部分提高了。
9.如權(quán)利要求1所述的GaN邊緣發(fā)射激光器，其特征在于 所述有源區(qū)包含含有GaInN量子阱的單一量子阱或多周期量子阱和AlGaInN勢(shì)壘層；以及 所述N側(cè)波導(dǎo)層包含GaInN波導(dǎo)層。
10.如權(quán)利要求9所述的GaN邊緣發(fā)射激光器，其特征在于 GaInN量子阱的In含量大于N側(cè)GaInN波導(dǎo)層的In含量；以及 AlGaInN勢(shì)壘層的In含量小于N側(cè)GaInN波導(dǎo)層的In含量。
11.如權(quán)利要求1所述的GaN邊緣發(fā)射激光器，其特征在于，所述P側(cè)波導(dǎo)層和N側(cè)波導(dǎo)層包含平均In濃度大致相等的GaInN本體波導(dǎo)層或超晶格波導(dǎo)層。
12.如權(quán)利要求1所述的GaN邊緣發(fā)射激光器，其特征在于，所述N型包覆層和所述P型包覆層包含GaN、AlGaN或AlGaInN的本體晶體，或者AlGaN/AlGaN或AlGaN/GaN的超晶格。
13.如權(quán)利要求1所述的GaN邊緣發(fā)射激光器，其特征在于 所述P型包覆層和所述N型包覆層包含Al ； 所述P型包覆層的應(yīng)變-厚度積超過(guò)其應(yīng)變弛豫臨界值；以及 所述N型包覆層的應(yīng)變-厚度積超過(guò)其應(yīng)變弛豫臨界值。
14.如權(quán)利要求13所述的GaN邊緣發(fā)射激光器，其特征在于，所述N型包覆層的應(yīng)變-厚度積超過(guò)其應(yīng)變弛豫臨界值至少約10%。
15.如權(quán)利要求1所述的GaN邊緣發(fā)射激光器，其特征在于，所述N側(cè)界面包含N側(cè)界面層。
16.如權(quán)利要求15所述的GaN邊緣發(fā)射激光器，其特征在于 所述N側(cè)界面層包含處于壓縮狀態(tài)的N型GaN過(guò)渡層；以及 所述N側(cè)界面層的應(yīng)變-厚度積小于其應(yīng)變弛豫臨界值。
17.如權(quán)利要求16所述的GaN邊緣發(fā)射激光器，其特征在于，所述N側(cè)錯(cuò)配位錯(cuò)位于N型GaN過(guò)渡層的靠近N型包覆層的一側(cè)。
18.如權(quán)利要求1所述的GaN邊緣發(fā)射激光器，其特征在于，所述P側(cè)界面包含P側(cè)界面層。
19.如權(quán)利要求18所述的GaN邊緣發(fā)射激光器，其特征在于 所述P側(cè)界面層包含P型GaN過(guò)渡層；以及 所述P型GaN過(guò)渡層足夠薄，以便在P型GaN過(guò)渡層的與P型包覆層交界的一側(cè)產(chǎn)生P側(cè)錯(cuò)配位錯(cuò)。
20.如權(quán)利要求1所述的GaN邊緣發(fā)射激光器，其特征在于，對(duì)于在弛豫的N側(cè)波導(dǎo)層上的生長(zhǎng)，所計(jì)算的P側(cè)波導(dǎo)層和有源區(qū)的累計(jì)應(yīng)變-厚度積均小于其應(yīng)變弛豫臨界值。
21.如權(quán)利要求1所述的GaN邊緣發(fā)射激光器，其特征在于 所述有源區(qū)包含一個(gè)或多個(gè)電流阻擋層；以及 對(duì)于在弛豫的N側(cè)波導(dǎo)層上的生長(zhǎng)，所計(jì)算的阻擋層的應(yīng)變-厚度積小于其應(yīng)變弛豫臨界值。
22.一種制造GaN邊緣發(fā)射激光器的方法，所述激光器包含半極性GaN襯底、有源區(qū)、N側(cè)波導(dǎo)層、P側(cè)波導(dǎo)層、N型包覆層和P型包覆層，其中 所述GaN襯底的特征是穿透位錯(cuò)密度約為lxl06/cm2 ； 所述有源區(qū)介于N側(cè)波導(dǎo)層與P側(cè)波導(dǎo)層之間，并基本上平行于這兩個(gè)層延伸； 所述N型包覆層介于所述N側(cè)波導(dǎo)層與所述GaN襯底之間； 所述P型包覆層在P側(cè)波導(dǎo)層上形成； 所述有源層這樣制造，也就是在制造過(guò)程中使有源區(qū)的應(yīng)變-厚度積小于其應(yīng)變弛豫臨界值； 所述N側(cè)波導(dǎo)層這樣制造，也就是在制造過(guò)程中使N側(cè)波導(dǎo)層的應(yīng)變-厚度積超過(guò)其應(yīng)變弛豫臨界值；所述N型包覆層與所述N側(cè)波導(dǎo)層之間的N側(cè)界面包含一組N側(cè)錯(cuò)配位錯(cuò)；以及 所述P型包覆層與所述P側(cè)波導(dǎo)層之間的P側(cè)界面包含一組P側(cè)錯(cuò)配位錯(cuò)。
全文摘要
提供了一種GaN基邊緣發(fā)射激光器，它包含半極性GaN襯底10、有源區(qū)20、N側(cè)波導(dǎo)層30、P側(cè)波導(dǎo)層40、N型包覆層50和P型包覆層60。GaN襯底的特征是穿透位錯(cuò)密度約為1x106/cm2。N側(cè)波導(dǎo)層的應(yīng)變-厚度積超過(guò)其應(yīng)變弛豫臨界值。此外，對(duì)于在弛豫的N側(cè)波導(dǎo)層30上的生長(zhǎng)，所計(jì)算的有源區(qū)20的累計(jì)應(yīng)變-厚度積小于其應(yīng)變弛豫臨界值。結(jié)果，N型包覆層50與N側(cè)波導(dǎo)層30之間的N側(cè)界面70包含一組N側(cè)錯(cuò)配位錯(cuò)75，而P型包覆層60與P側(cè)波導(dǎo)層40之間的P側(cè)界面80包含一組P側(cè)錯(cuò)配位錯(cuò)85。
文檔編號(hào)H01S5/343GK103026561SQ201180026342
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2011年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月28日
發(fā)明者R·巴特, D·茲佐夫 申請(qǐng)人:康寧股份有限公司