氮化物基激光二极管和制造氮化物基激光二极管的方法
阅读：902发布：2024-02-10
专利汇可以提供氮化物基激光二极管和制造氮化物基激光二极管的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且包含结晶衬底(1)的激光 二极管 ，其中沉积随后的n－型层的组、光学 活性层 (5)的组和p－型层的组。n－型层的组至少包含 缓冲层 (2)、底部n－型 覆盖 层 (3)和n－型底部 波导 层。p－型层的组至少包含含有 电子 阻挡层的p－型上部波导、上部p－型覆盖层(7)和p－型 接触 层(8)。所述电子阻挡层包含掺杂有镁的Inx，AlyGa1－x－y，N 合金 ，其中1≥x＞0,001 a 1≥y≥0。制造本 发明 的方法是基于随后的n－型层(2，3，4)的组、光学活性层(5)的组和p－型层(6，7，8)的组的 外延 沉积，其中p－型波导层(6)和p－型接触层(7)在铟存在下以 等离子体 辅助的分子束外延方法沉积。，下面是氮化物基激光二极管和制造氮化物基激光二极管的方法专利的具体信息内容。
1.氮化物基激光二极管，其包含结晶衬底，在所述结晶衬底上顺序生 长n-型层的组、光学活性的层的组和p-型层的组，而所述n-型层的组至少 包含缓冲层、底部n-型覆盖层和底部n-型波导层，而所述p-型层的组至少 包含含有电子阻挡层(EBL)的上部p-型波导层、上部p-型覆盖层和p-型接 触层，其特征在于，所述电子阻挡层包含镁掺杂的合金InxAlyGa1-x-yN其中 1≥x＞0,001 a 1≥y≥0。
2.根据权利要求1的氮化物基半导体激光二极管，其特征在于，所述 电子阻挡层中的氢浓度小于5×1017cm-3。
3.根据权利要求1或2的氮化物基半导体激光二极管，其特征在于， 所述上部p-型覆盖层(7)包含镁掺杂层的组，其中至少在一层中铟含量高于 0.001并且在所述覆盖层中的氢浓度低于5×1017cm-3。
4.根据权利要求1或2的氮化物基半导体激光二极管，其特征在于， 所述上部p-型覆盖层(7)包含镁掺杂层的组，其中在全部层中铟含量高于 0.001。
5.根据权利要求1或2的氮化物基半导体激光二极管，其特征在于， 在所述p-型覆盖层(7)中的氢浓度低于5×1017cm-3。
6.根据权利要求1或2的氮化物基半导体激光二极管，其特征在于， 所述结晶衬底(1)是位错密度小于108cm-2的HVPE衬底。
7.根据权利要求1或2的氮化物基半导体激光二极管，其特征在于， 所述结晶衬底(1)是位错密度小于108cm-2的ELOG衬底。
8.根据权利要求1或2的氮化物基半导体激光二极管，其特征在于， 所述结晶衬底(1)中的位错密度小于105cm-2。
9.根据权利要求1或2的氮化物基半导体激光二极管，其特征在于， 所述结晶衬底(1)是通过高压法制造的并且位错密度小于103cm-2的衬底。
10.制造氮化物基半导体激光二极管的方法，该方法基于在结晶衬底 上按顺序外延地沉积n-型层的组、光学活性的层的组和p-型层的组，而所 述n-型层的组至少包含缓冲层、底部n-型覆盖层和底部n-型波导层，而所 述p-型层的组至少包含含有电子阻挡层(EBL)的上部p-型波导层、上部p- 型覆盖层和p-型接触层，其特征在于，在铟存在下，通过PAMBE生长所 述p-型波导层(6)和p-型覆盖层(7)。
11.根据权利要求1的方法，其特征在于，在铟存在下，通过PAMBE 生长所述电子阻挡层。
12.根据权利要求1的方法，其特征在于，在铟存在下，通过PAMBE 生长所述p-型覆盖层(7)。
13.根据权利要求1的方法，其特征在于，在铟存在下，通过PAMBE 生长所述n-型覆盖层(3)。
14.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，将位错密度小于108cm-2 的HVPE衬底用作所述结晶衬底(1)。
15.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，将位错密度小于108cm-2 的ELOG衬底用作所述结晶衬底(1)。
16.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，将位错密度小于105cm-2 的结晶衬底用作所述结晶衬底(1)。
17.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，将通过高压法制造的 并且位错密度小于103cm-2的结晶衬底用作所述结晶衬底(1)。
技术领域
本发明的主题是一种氮化物基半导体激光二极管和一种通过利用受激 分子和/或氮原子的分子束外延(RN MBE)制造所述氮化物基激光二极管的 方法。
背景技术
半导体材料长期是通过不同的外延方法合成的。有数种已知的外延生 长工艺例如液相外延(LPE)、氯化物蒸气外延(ClVPE)、氢化物蒸气外延 (HVPE)、分子束外延(MBE)、化学束外延(CBE)和金属有机相外延 (MOVPE)。关于MBE法的详细资料表示在，例如，M.A.Herman的著作 (M.A.Herman，H.Sitter″Molecular Beam Epitaxy，Fundamentals and Current Status″in Springer Series in Materials Science，2nd Editon Springer- Verlag Berlin Heidelberg New York 1996，ISBN 3-540-60594-0)中。
氮作为双原子分子存在，其结合能太高以致当它们与热衬底接触时氮 分子不能分解成单一原子(对于外延生长是必要的)。由于这个事实，在氮 化物外延工艺中使用产生活性的氮原子的两种方法。在第一种方法中，原 子的氮作为氨(NH3)分解(由于生长衬底上的高温，分解是可以的)的结果产 生但是并行地，产生原子的氢。在第二种方法中，氮分子的分解或激发发 生后将其供给到所述表面。
直到现在，通过外延生长制备基于氮化镓、氮化铟、氮化铝和它们的 合金的半导体激光二极管的两种方法已经是已知的-MOVPE和气体源 MBE(GSMBE)。
MOVPE法依赖于用氨(NH3)的MOVPE外延的利用，例如，描述于S. Nakamura的著作(Shuji Nakamura，Gerhard Fasol″The Blue Laser Diode， GaN Based Emitters and Lasers″Springer-Verlag 1997(ISBN 3-540-61590-3))。使用这个方法，首次在1995年，展示了脉冲操作的蓝色 二极管。在1999年获得了连续波激光作用不久之后，由Nichija公司在市 场上提供了光强度为5mW的紫色激光二极管。直到现在，仅在少数研究 小组中展示了激光作用(例如美国的三个，欧洲的三个(包括Institute of High Pressure PAS)，还有韩国的一个以及中国台湾的一个)。蓝-紫色半导 体激光二极管制造的设计和方法描述在例如已经引用过的S.Nakamura和 G.Fasol的著作(Shuji Nakamura，Gerhard Fasol″The Blue Laser Diode，GaN Based Emitters and Lasers″Springer-Verlag 1997(ISBN 3-540-61590-3))中。 这样的二极管的实例设计由其上生长下列层的蓝宝石衬底组成：30nm GaN缓冲层，3μm GaN:Si，0.1μm In0.05Ga0.95N:Si，0.5μm Al0.07Ga0.93N:Si， 0.1μm GaN:Si，三个量子阱(5nm In0.14Ga0.86N阱，10nm In0.02Ga0.98N势垒)， 20nm Al0.2Ga0.8N:Mg，0.1μm GaN:Mg，0.5μm Al0.07Ga0.93N:Mg，0.2μm GaN:Mg。通过将Cp2Mg化合物引入到反应器室实现p-型掺杂。
GSMBE法依赖于外延工艺，其中通过气体源供给元素周期表V族元 素。氮化物的GSMBE，类似于MOVPE法，使用NH3作为递送氮到所述 层的气体和Cp2Mg作为p-型掺杂源。这个方法的详细资料表示在例如(S.E. Hooper，M.Kauer，V.Bousquet，K.Johnson，J.M.Barnes和J.Heffernan， Electronic Letters 40卷，2004年1月8日)的著作中。
因而，两种方法的共同特征是氨作为合成层中氮源的使用。在热表面 上的氨分解期间，释放大量氢，其进入所述生长晶体并可以恶化所述层的 品质。例如，氢抵消镁受体(产生H-Mg键)并且在所述生长过程以后需要 特殊的热程序以活化p-型电导率，如早先在S.Nakamura和G.Fasol的著作 中所示。虽然GSMBE方法的作者主张为了实现p-型电导率，在生长过程 以后不需要所述层的热激活，但是由GSMBE产生的激光二极管的低劣参 数可能由于在远离所述量子阱附近表面的所述层中Mg活化的困难。通常， 值得注意的是，以高浓度存在于用NH3生长的层中的氢可以降低品质并且 改变由MOVPE和GSMBE生长的层的参数。这可以负面地影响性质例如 InGaN量子阱的稳定性或提高阈值电流密度的值。
在外延生长工艺中，分子束外延方法也是已知的，称为反应性氮 MBE(RN-MBE)，其使用化学活性的氮原子和分子。RN-MBE的方案之一 是等离子体辅助的MBE(PAMBE)。PAMBE依赖于下列事实，即，组成层 原子例如Ga、In、Al、Si、Mg是通过从泻流室(在那里特定成分的通量是 泻流室温度的函数)蒸发这些种而供给的。PA MBE中的活性氮是通过等离 子体装置以受激分子和原子束的形式供给。等离子体装置是激发(或分解) 氮分子的装置(为了产生镓、铟、铝和它们的合金的氮化物)。例如，它可 以是射频幅射(RF等离子源)或回旋共振效应(ECR等离子体源)激发氮分子 的装置。
氮作为双原子分子存在，其结合能太高以致当它们与热衬底接触时氮 分子不能分解成单一原子(对于外延生长是必要的)。由于这个事实，在氮 化物外延工艺中使用产生活性的氮原子的两种方法。在第一种方法中，原 子的氮作为氨(NH3)分解(由于生长衬底上的高温，分解是可以的)的结果产 生但是并行地，产生原子的氢。在第二种方法中，氮分子的分解或激发发 生后将其供给到所述表面。
直到现在，通过外延生长制备基于氮化镓、氮化铟、氮化铝和它们的 合金的半导体激光二极管的两种方法已经是已知的-MOVPE和气体源 MBE(GSMBE)。
MOVPE法依赖于用氨(NH3)的MOVPE外延的利用，例如，描述于S. Nakamura的著作(Shuji Nakamura，Gerhard Fasol″The Blue Laser Diode， GaN Based Emitters and Lasers″Springer-Verlag 1997(ISBN 3-540-61590-3))。使用这个方法，首次在1995年，展示了脉冲操作的蓝色 二极管。在1999年获得了连续波激光作用不久之后，由Nichija公司在市 场上提供了光强度为5mW的紫色激光二极管。直到现在，仅在少数研究 小组中展示了激光作用(例如美国的三个，欧洲的三个(包括Institute of High Pressure PAS)，还有韩国的一个以及中国台湾的一个)。蓝-紫色半导 体激光二极管制造的设计和方法描述在例如已经引用过的S.Nakamura和 G.Fasol的著作(Shuji Nakamura，Gerhard Fasol″The Blue Laser Diode，GaN Based Emitters and Lasers″Springer-Verlag 1997(ISBN 3-540-61590-3))中。 这样的二极管的实例设计由其上生长下列层的蓝宝石衬底组成：30nm GaN缓冲层，3μm GaN:Si，0.1μm In0.05Ga0.95N:Si，0.5μm Al0.07Ga0.93N:Si， 0.1μm GaN:Si，三个量子阱(5nm In0.14Ga0.86N阱，10nm In0.02Ga0.98N势垒)， 20nm Al0.2Ga0.8N:Mg，0.1μm GaN:Mg，0.5μm Al0.07Ga0.93N:Mg，0.2μm GaN:Mg。通过将Cp2Mg化合物引入到反应器室实现p-型掺杂。
GSMBE法依赖于外延工艺，其中通过气体源供给元素周期表V族元 素。氮化物的GSMBE，类似于MOVPE法，使用NH3作为递送氮到所述 层的气体和Cp2Mg作为p-型掺杂源。这个方法的详细资料表示在例如(S.E. Hooper，M.Kauer，V.Bousquet，K.Johnson，J.M.Barnes和J.Heffernan， Electronic Letters 40卷，2004年1月8日)的著作中。
因而，两种方法的共同特征是氨作为合成层中氮源的使用。在热表面 上的氨分解期间，释放大量氢，其进入所述生长晶体并可以恶化所述层的 品质。例如，氢抵消镁受体(产生H-Mg键)并且在所述生长过程以后需要 特殊的热程序以活化p-型电导率，如早先在S.Nakamura和G.Fasol的著作 中所示。虽然GSMBE方法的作者主张为了实现p-型电导率，在生长过程 以后不需要所述层的热激活，但是由GSMBE产生的激光二极管的低劣参 数可能由于在远离所述量子阱附近表面的所述层中Mg活化的困难。通常， 值得注意的是，以高浓度存在于用NH3生长的层中的氢可以降低品质并且 改变由MOVPE和GSMBE生长的层的参数。这可以负面地影响性质例如 InGaN量子阱的稳定性或提高阈值电流密度的值。
在外延生长工艺中，分子束外延方法也是已知的，称为反应性氮 MBE(RN-MBE)，其使用化学活性的氮原子和分子。RN-MBE的方案之一 是等离子体辅助的MBE(PAMBE)。PAMBE依赖于下列事实，即，组成层 原子例如Ga、In、Al、Si、Mg是通过从泻流室(在那里特定成分的通量是 泻流室温度的函数)蒸发这些种而供给的。PA MBE中的活性氮是通过等离 子体装置以受激分子和原子束的形式供给。等离子体装置是激发(或分解) 氮分子的装置(为了产生镓、铟、铝和它们的合金的氮化物)。例如，它可 以是射频幅射(RF等离子源)或回旋共振效应(ECR等离子体源)激发氮分子 的装置。
发明内容
根据本发明的激光二极管包含结晶衬底，其上按序生长n-型层的组、 光学活性的层的组和p-型层的组。所述n-型层的组至少包含缓冲层、底部 n-型覆盖层和底部n-型波导层。所述p-型层的组至少包含含有电子阻挡层 (EBL)的上部p-型波导层、上部p-型覆盖层和p-型接触层。在这样的结构 中，所述电子阻挡层包含镁掺杂的合金InxAlyGa1-x-yN，其中1≥x＞0,001 a 1≥y≥0。
在这个激光二极管的一种变体中，在所述电子阻挡层中的氢浓度小于 5×1017cm-3。
在这个激光二极管的另一种变体中，所述上部p-型覆盖层包含镁掺杂 层的组，其中至少在一层中铟含量高于0.001并且所述覆盖层中的氢浓度 低于5×1017cm-3。
在这激光二极管的另一种变体中，所述上部p-型覆盖层包含镁掺杂层 的组，其中在全部层中，铟含量高于0.001。
在这个激光二极管的又一种变体中，在所述p-型覆盖层中氢浓度低于 5×1017cm-3。
根据本发明这个激光二极管的结晶衬底可以是位错密度小于108cm-2 的HVPE衬底，或位错密度小于108cm-2的ELOG衬底。
在根据本发明的激光二极管的另一种变体中，所述结晶衬底的位错密 度小于105cm-2。
在这激光二极管的又一种变体中，所述结晶衬底是通过高压方法制造 的并且位错密度小于103cm-2的衬底。
根据本发明的方法基于在结晶衬底上顺序地外延沉积n-型层的组、光 学活性的层的组和p-型层的组。所述n-型层的组至少包含缓冲层、底部 n-型覆盖层和底部n-型波导层。所述p-型层的组至少包含上部含有电子阻 挡层(EBL)的p-型波导层、上部p-型覆盖层和p-型接触层。根据本发明， 所述的p-型波导层和p-型覆盖层在铟存在下通过PAMBE生长。
在根据本发明的方法的一种变体中，所述电子阻挡层是在铟存在下， 通过PAMBE生长的。
在这个方法的另一种变体中，p-型覆盖层是在铟存在下，通过PAMBE 生长的。
在这个方法的另一种变体中，所述n-型覆盖层是在铟存在下，通过 PAMBE生长的。
在根据本发明的方法中，位错密度小于108cm-2的HVPE衬底、位错 密度小于108cm-2的ELOG衬底、位错密度小于105cm-2的结晶衬底，或 通过高压法制造的并且位错密度小于103cm-2的衬底可以用作所述的外延 沉积用结晶衬底。
在制造这个发明的方法中，在氢不存在下进行氮化物的外延生长，这 便于完全控制p-型电导率并改善量子阱的效率，并且可以减少激光阈值电 流。在生长期间铟的存在可以通过阶式流(step flow)原子外延在Al和In含 量的全部范围中生长理想的平层。它可以设计从远紫外到近红外光的宽范 围内的激光二极管，所述的设计只受到AlN和InN能隙的限制。
附图简述
将基于附图解释本发明，其中：
图1示意性表示半导体激光二极管的层结构，
图2表示样品支架和利用钼弹簧安装生长用衬底的方式，
图3指示了由PAMBE制造的半导体激光二极管在低于和高于激光阈 值电流密度的能谱，
图4表示对于PAMBE制造的半导体激光二极管，光强度和电压，其 是电流的函数，
图5表示Ga通量(由Monitor Ion Gauge测定)，其是镓泻流室温度的 函数，
图6表示Ga通量(由Monitor Ion Gauge测定)，其是附加的镓泻流室 温度的函数，
图7表示In通量(由Monitor Ion Gauge测定)，其是铟泻流室温度的函 数，
图8表示Al通量(由Monitor Ion Gauge测定)，其是铝泻流室温度的函 数，
图9表示由SIMS测定的Si浓度，其是Si泻流室温度的函数，
图10表示由SIMS测定的Mg浓度，其是Mg泻流室温度的函数。
实施本发明的方式
半导体激光二极管的典型结构表示在图1中。n-型层(2，3，4)的组、光学 活性层5的组和p-型层(6，7，8)的组连续地生长在结晶衬底1上(例如在块状 GaN上)。所述n-型层的组至少包含缓冲层2、底部覆盖层3和所述波导的 底部部分。所述p-型层的组至少包含上部波导(其也包括未指示在这图中 的电子阻挡层)、上部覆盖层7和接触层8。
利用这个激光二极管结构，下面表示了制造根据本发明的激光二极管 的许多实施例。
实施例I
半导体激光二极管的设计和制造，其中光学活性区域5由在氮化镓、 氮化铟氮化铝和它的合金的基础上的五个InGaN/InGaN量子阱组成，它发 408nm波长的光。
a)衬底制备
根据在波兰专利号180448中描述的方法，制备位错密度小于105cm-2 的结晶衬底1用于生长。作为这个程序的结果，获得了由原子台阶覆盖的 晶体表面，所述台阶的宽度与晶体混乱取向度有关。对于混乱取向度等于 1°，原子台阶的宽度等于14.3nm。接着，用1μm的钼覆盖晶体1的背面。 在MBE中生长期间，钼层便于所述衬底的均匀加热。以称作“重力安装”的 方式安装MBE生长用的结晶衬底，所述方式依赖于衬底1在特殊弹簧9 上的悬吊，随后用蓝宝石片10覆盖所述衬底。钼保留环11容许这个安装 的机械稳定性。具有弹簧的系统位于离MBE加热器一些距离并且通过来 自所述加热器的辐射(辐射能的最大值在红外区域中)吸收实现衬底1的加 热。将这样方式制备的衬底装载到VG-90 Oxford Instruments MBE系统。 然后在除气阶段在450℃下除气24小时，然后在600℃下除气30分钟。 在达到低于1×10-10托的真空水平后，将衬底转移到生长室。在实施例I 的步骤b)至h)中描述的激光二极管生长的以下步骤是在VG-90 Oxford Instruments MBE系统的生长室中进行的。
b)缓冲层2的生长
对于层的外延生长，使用装有氮原子和分子的化学活性源的分子束外 延系统(反应性氮MBE)。特别是，等离子体辅助的MBE法是实现RN MBE 的方法之一。在这个工艺中，构成层的原子例如Ga、In、Al、Si、Mg来 源于来自泻流室(在那里碰撞原子的通量是泻流室温度的函数)的这些原子 的蒸发，同时从来源于等离子体源装置的激发分子或/和氮原子的通量供给 氮。等离子体源是激发(或分解)氮分子并且可以生长GaN、InN、AlN和它 们的合金的装置。例如，它可以是利用含氮的分子的射频(RF)微波激发(RF 等离子体源)或利用回旋共振效应(ECR等离子源)的装置。在实施例I中， 使用RF等离子体源装置(由Veeco制造的Unibulb EPI-RFS-450-G-N)。
在生长室中将衬底1(在优于5×10-10托的真空条件中)加热到710℃。 将Ga泻流室加热到1010℃(由Veeco制造的泻流室，VG-300-SUMO-L)， 并且将Si泻流室加热到1180℃(由Oxford Instruments制造的泻流室， VG-40cc/KM-28标准)。在图7、8和9上，显示了Ga、In、和Al的通量， 它们是Ga、In、Al泻流室温度的函数(由Varian制造的Monitor Ion Gauge 利用1mA离子电流测量)。接着，在1sccm的水平建立高纯度氮(优于1ppb 的水平)的流。通过质量流量控制器控制氮流。然后，在功率为240W下 接通RF等离子体源(由Veeco制造的Unibulb EPI-RFS-450-G-N)。在打开 Ga、Si室的和N等离子体源的闸门20分钟之后，生长0.1μm的掺杂有 Si的GaN。Si掺杂的水平是5×1018cm-3(在生长后用SIMS测量)。然后关 闭Ga、Si室的和N等离子体源的闸门。
c)底部n-型覆盖层3的生长
在生长室中将衬底1(在优于5×1010托的真空条件中)加热到710℃。 根据实施例I步骤b)建立等离子体源操作的参数。在将Ga泻流室加热到 1007℃、将Si泻流室加热到1180℃并将Al泻流室加热到1025℃(由Veeco 制造的VG-300-SUMO-Al-L)之后，打开Ga、Al、Si室的和N等离子体源 的闸门。然后将0.5μm的以5×1018cm-3的水平掺杂Si的Al0.08Ga0.92N生长 100分钟(由SIMS测定Si的浓度-图9)。然后关闭Ga、Al、Si泻流室的和 N等离子体源的闸门。
d)底部n-型波导层4的生长
将具有层2和3的衬底1加热到710℃。将Ga泻流室加热到1007℃， 将Si泻流室加热到1180℃并且根据实施例I的步骤b)建立等离子体源的 参数。在打开Ga和Si室还有N等离子体源的闸门20分钟后，生长0.1μm 的以5×1018cm-3的水平掺杂有Si的GaN。然后关闭Ga、Al、Si室的和N 等离子体源的闸门。然后将Ga泻流室加热到970℃，将Si泻流室加热到 1180℃并且将In泻流室加热到890℃(由Oxford Instruments制造的泻流 室，VG-40cc/KM-28标准)。根据实施例I的步骤b)建立N等离子体的参 数。然后将所述衬底加热到620℃，接着将In、Ga、Si室的和N等离子 体的闸门打开6分钟，生长30nm的以5×1018cm-3的水平掺杂有Si的 In0.02Ga0.98N。然后关闭In、Ga、Si室的和N等离子体源的闸门。
e)光学活性层5的组的生长
在所述半导体激光二极管结构中，光学活性量子阱的数目在1和20 之间变化。将在步骤(A)和(B)中所述的程序重复N-1次，其中N是量子阱 的数目。
例如对于五个量子阱的激光二极管，将在步骤(A)和(B)中所述的程序 重复4次。
步骤(A)：将具有层2、3、和4的衬底1加热到620℃。根据实施例I 的步骤b)建立等离子体源的参数。将Ga泻流室加热到963℃并且将In泻 流室加热到890℃。然后将Ga、In室的和N等离子体源的闸门打开36秒 并且生长3nm的In0.12Ga0.88N。然后关闭Ga、In室的和N等离子体源的 闸门。
步骤(B)：将具有层2、3、和4的衬底1加热到620℃。根据实施例I 的步骤b)建立等离子体源的参数。将Ga泻流室加热到970℃，将In泻流 室加热到890℃并且将Si泻流室加热到1180℃。然后将Ga、In室的和N 等离子体源的闸门打开84秒并且生长7nm的以5×1018cm-3的水平掺杂有 Si的In0.02Ga0.98N。然后关闭Ga、In室的和N等离子体源的闸门。
在重复步骤(A)和(B)四次后，将衬底1加热到620℃，将Ga泻流室加 热到963℃并且将In泻流室加热到890℃。根据实施例I的步骤b)建立等 离子体源的参数。然后将Ga、In室的和N等离子体源的闸门打开36秒并 且生长3nm的In0.12Ga0.88N。然后关闭Ga、In室的和N等离子体源的闸 门。接着将衬底1加热到620℃，将Ga泻流室加热到970℃并且将In泻 流室加热到890℃。根据实施例I的步骤b)建立等离子体源的参数。然后 将Ga、In室的和N等离子体源的闸门打开12秒并且生长1nm的 In0.02Ga0.98N。然后关闭Ga、In室的和N等离子体源的闸门。
f)上部波导层6的生长
将具有层2、3、4和5的衬底1加热到620℃，将Ga泻流室加热到 958℃并且将In泻流室加热到890℃，将Al泻流室加热到1045℃并且将 Mg泻流室(由Oxford Instruments制造的泻流室，VG-40cc/KM-28标准) 加热到420℃。接着根据实施例I的步骤b)建立等离子体源的参数。然后 将Al、Ga、In、Mg室的和N等离子体源的闸门打开4分钟并且生长20nm 的以7×1019cm-3的水平掺杂有Mg的In0.02Al0.16Ga0.82N。它是电子阻挡层。 通过SIMS测量的电子阻挡层中氢的量小于1×1017cm-3。然后关闭Al、Ga、 In、Mg室的和N等离子体源的闸门。将Ga泻流室加热到970℃，将In 泻流室加热到890℃并且将Mg泻流室加热到420℃。然后将Ga、In、 Mg室的和N等离子体源的闸门打开14分钟并且生长70nm的以 7×1019cm-3(由SIMS测定-图10)的水平掺杂有Mg的In0.02Ga0.98N。然后关 闭Ga、In、Mg室的和N等离子体源的闸门。
g)上部p-型覆盖层7的生长
将具有层2、3、4、5和6的衬底1加热到620℃，将Ga泻流室加热 到958℃，将In泻流室加热到890℃，将Al泻流室加热到1045℃并且将 Mg泻流室加热到420℃。根据实施例I的步骤b)建立等离子体源的参数。 然后将Al、Ga、In、Mg室的和N等离子体源的闸门打开30秒并且生长 2.5nm的以7×1018cm-3的水平掺杂有Mg的In0.02Al0.16Ga0.82N。然后关闭 Al、Ga、In、Mg室的和N等离子体源的闸门。然后将衬底加热到620℃， 将Ga泻流室加热到970℃，将In泻流室加热到890℃并且将Mg泻流室 加热到420℃。根据实施例I的步骤b)建立等离子体源的参数。然后将Al、 Ga、In、Mg室的和N等离子体源的闸门打开30秒并且生长2.5nm的掺 杂有Mg的In0.02Ga0.98N。然后关闭Ga、In、Mg室的和N等离子体源的闸 门。将上述程序重复80次。
h)接触层8的生长
将具有层2至7的衬底1加热到620℃。将Ga泻流室加热到970℃， 将In泻流室加热到890℃并且将Mg泻流室加热到420℃。根据实施例I 的步骤b)建立等离子体源的参数。然后将Ga、In、Mg室的和N等离子体 源的闸门打开4分钟并且生长20nm的掺杂有Mg的In0.02Ga0.98N。然后关 闭Ga、In、Mg室的和N等离子体源的闸门并且将具有层2至8的衬底1 冷却到30℃，并且从MBE移走。在图3上，显示了半导体激光二极管的 光谱特征。根据实施例I生长这些二极管用的层的组。具有15μm×500μm 脊状波导活性区域的尺寸为0.3mm×0.1mm×0.5mm的工作装置通过标准 加工程序制造，其中通过裂开制造激光镜。图4表示电压-电流特性和光强 度相关性，其是电流的函数。
实施例II
半导体激光二极管的设计和制造，其中光学活性区域5由在氮化镓、 氮化铟氮化铝和它的合金的基础上的五个InGaN/InGaN量子阱组成，它在 具有改性的接触层8的情况下发射408nm波长的光。
a)衬底1的制备和层2至7的生长根据实施例I的步骤a)至g)进行。
h)将具有获得的层2至7的衬底1加热到620℃。将Ga泻流室加热 到970℃，将In泻流室加热到890℃并且将Mg泻流室加热到420℃。根 据实施例I的步骤b)建立等离子体源的参数。然后将Ga、In、Mg室的和 N等离子体源的闸门打开4分钟并且生长20nm的掺杂有Mg的 In0.02Ga0.98N。然后关闭Ga、In、Mg室的和N等离子体源的闸门并且将 Ga泻流室加热到963℃，将In泻流室加热到890℃并且将Mg泻流室加 热到420℃。根据实施例I的步骤b)建立等离子体源的参数。然后将Ga、 In、Mg室的和N等离子体源的闸门打开36秒并且生长3nm的掺杂有 Mg的In0.12Ga0.88N。然后关闭Ga、In、Mg室的和N等离子体源的闸门并 且将具有层2至8的衬底1冷却到30℃并且从MBE移走。
实施例III
半导体激光二极管的设计和制造，其中光学活性区域5由在氮化镓、 氮化铟氮化铝和它的合金的基础上的两个InGaN/InGaN量子阱组成，它发 射408nm波长的光，其中活性区域5是利用两种Ga源制造的。
a)衬底1的制备和层2至4的生长根据实施例I的步骤a)至d)进行。
e)光学活性层5的组的生长
对于两个量子阱的生长(在所述半导体激光二极管结构中量子阱的数 目在1和20之间变化)，已经采用了下列程序。将具有层2、3和4的衬底 1加热到620℃。将Ga泻流室加热到963℃，将附加的Ga泻流室加热到 969℃(由Oxford Instruments制造的泻流室，VG-40cc/KM-28标准-图6 中给出了Ga通量，其是这个室温度的函数)，将Si泻流室加热到1180℃， 将In泻流室加热到890℃。根据实施例I的步骤b)建立等离子体源的参数。 然后将Ga、In室的和N等离子体源的闸门打开36秒并且生长3nm的 In0.12Ga0.88N。然后将Si和附加的Ga泻流室的闸门打开84秒并且生长7nm 的以5×1018cm-3的水平掺杂有Si的In0.02Ga0.98N。然后将Si和附加的Ga 泻流室的闸门关闭并用36秒生长3nm的In0.12Ga0.88N。然后将附加的Ga 室的闸门打开12秒，并生长1nm的In0.02Ga0.98N。然后关闭Ga、In、附 加的Ga泻流室的和N等离子体源的闸门。
根据实施例I的步骤f)至h)进行层6、7和8的生长。
实施例IV
半导体激光二极管的设计和制造，其中光学活性区域5由在氮化镓、 氮化铟氮化铝和它的合金的基础上的两个InGaN/InGaN量子阱组成，它发 射408nm波长的光，其中活性区域5是利用两个Ga源制造的并且电子阻 挡层位于最后量子阱的后面。
a)衬底1的制备和层2、3和4的生长根据实施例I的步骤a)至d)进 行。
e)光学活性层5的组的生长
在这个用于两个量子阱生长的实施例中已经应用了下列程序。将具有 层2、3和4的衬底1加热到620℃。将Ga泻流室加热到963℃，将附加 的Ga泻流室加热到969℃(由Oxford Instruments制造的泻流室，VG-40cc /KM-28标准-图6中给出了Ga通量，其是这个室温度的函数)，将Si泻 流室加热到1180℃，将In泻流室加热到890℃。根据实施例I的步骤b) 建立等离子体源的参数。然后将Ga、In室的和N等离子体源的闸门打开 36秒并且生长3nm的In0.12Ga0.88N。然后将Si和附加的Ga泻流室的闸门 打开84秒并且生长7nm的以5×1018cm-3的水平掺杂有Si的In0.02Ga0.98N。 然后将Si和附加的Ga泻流室的闸门关闭并用36秒生长3nm的 In0.12Ga0.88N。然后关闭Ga、In室的和N等离子体源的闸门。
根据实施例I的步骤f)至h)进行层6、7和8的生长。
实施例V
半导体激光二极管的设计和制造，其中光学活性区域5由在氮化镓、 氮化铟氮化铝和它的合金的基础上的2个InGaN/InGaN量子阱组成，它发 射408nm波长的光，其中活性区域5是利用两个Ga源制造的。电子阻挡 层位于在最后量子阱的后面并且上部覆盖层包含一层掺杂有镁的InAlGaN 层。
a)衬底1的制备和层2至4的生长根据实施例IV的步骤a)至f)进行。
g)p-型上部覆盖层7的生长
将具有层2至6的衬底1加热到620℃。将Ga泻流室加热到962℃， 将In泻流室加热到890℃，将Al泻流室加热到1025℃并且将Mg泻流室 加热到420℃。根据实施例I的步骤b)建立等离子体源的参数。然后将Al、 Ga、In、Mg室的和N等离子体源的闸门打开70分钟并且生长0.35μm的 以7×1019cm-3的水平掺杂有镁的In0.02Al0.08Ga0.9N。然后关闭Ga、In、Mg 室的和N等离子体源的闸门。根据实施例I中的步骤h)进行层8的生长。
实施例VI
半导体激光二极管的设计和制造，其中光学活性区域5由在氮化镓、 氮化铟氮化铝和它的合金的基础上的两个InGaN/InGaN量子阱组成，它发 射500nm波长的光。
a)衬底1的制备和层2、3和4的生长根据实施例I的步骤a)至d)进 行。
e)光学活性层5的生长
在这个用于两个量子阱生长的实施例中已经应用了下列程序。将具有 层2、3和4的衬底1加热到600℃。将Ga泻流室加热到934℃，将附加 的Ga泻流室加热到975℃(由Oxford Instruments制造的泻流室，VG-40cc /KM-28标准)，将Si泻流室加热到1180℃并且将In泻流室加热到900℃。 根据实施例I的步骤b)建立等离子体源的参数。然后将Ga、In室的和N 等离子体源的闸门打开24秒并且生长2nm的In0.46Ga0.54N。然后将Si和 附加的Ga泻流室的闸门打开84秒并且生长7nm的以5×1018cm-3的水平 掺杂有Si的In0.2Ga0.8N。然后将Si和附加的Ga泻流室的闸门关闭并保持 24秒生长2nm的In0.46Ga0.54N。然后关闭Ga、In室的和N等离子体源的 闸门。根据实施例I中的步骤f)至h)进行层6、7和8的生长。
实施例VII
半导体激光二极管的设计和制造，其中光学活性区域5由在氮化镓、 氮化铟氮化铝和它的合金的基础上的2个InGaN/InGaN量子阱组成，它发 射460nm波长的光。
a)衬底1的制备和层2、3和4的生长根据实施例I的步骤a)至d)进 行。
e)光学活性层5的生长
在这个用于两个量子阱生长的实施例中已经应用了下列程序。将具有 层2、3和4的衬底1加热到605℃。将Ga泻流室加热到942℃，将附加 的Ga泻流室加热到975℃(由Oxford Instruments制造的泻流室，VG-40cc /KM-28标准)，将Si泻流室加热到1180℃，将In泻流室加热到900℃。 根据实施例I的步骤b)建立等离子体源的参数。然后将Ga、In室的和N 等离子体源的闸门打开24秒并且生长2nm的In0.3Ga0.7N。然后将Si和附 加的Ga泻流室的闸门打开84秒并且生长7nm的以5×1018cm-3的水平掺 杂有Si的In0.04Ga0.96N。然后将Si和附加的Ga泻流室的闸门关闭并保持 24秒生长2nm的In0.3Ga0.7N。然后关闭Ga、In室的和N等离子体源的闸 门。根据实施例I中的步骤f)至h)进行层6、7和8的生长。
实施例VIII
半导体激光二极管的设计和制造，其中光学活性区域5由在氮化镓、 氮化铟氮化铝和它的合金的基础上的两个InGaN/InGaN量子阱组成，它在 位错密度小于107cm-2的HVPE衬底上发射408nm波长的光。
a)衬底制备
根据波兰专利号180448中描述的方法，进行由HVPE在位错密度小 于107cm-2的蓝宝石上生长的GaN衬底的制备。作为这个程序的结果，获 得了由原子台阶覆盖的晶体表面，所述台阶的宽度与晶体混乱取向度有 关。接着，用1μm的钼覆盖晶体1的背面。在MBE中生长期间钼层便于 所述衬底的均匀加热。以称作“重力安装”的方式安装MBE生长用的结晶 衬底1，所述方式依赖于衬底1在特殊弹簧9上的悬挂，随后用蓝宝石片 10覆盖所述衬底。钼保留环11容许这个安装的机械稳定性。具有弹簧9 的系统位于离MBE加热器一些距离并且通过来自所述加热器的辐射(辐射 能的最大值在红外区域中)吸收实现衬底1的加热。将这样方式制备的衬底 装载到VG-90 Oxford Instruments MBE系统。然后在除气阶段在450℃下 除气24小时，然后在600℃下除气30分钟。在达到低于1×10-10托的真 空水平后，将衬底转移到生长室。激光二极管生长的以下步骤-在实施例I 的步骤b)至h)中所描述-是在VG-90 Oxford Instruments MBE系统的生长室 中进行的。
实施例IX
半导体激光二极管的设计和制造，其中光学活性区域5由在氮化镓、 氮化铟氮化铝和它的合金的基础上的两个InGaN/InGaN量子阱组成，它在 位错密度小于106cm-2的自立式HVPE衬底上发射408nm波长的光。
a)衬底制备
以波兰专利号180448中所描述方式，制备由HVPE生长的、位错密 度小于106cm-2的200μm厚GaN衬底(其从HVPE衬底除去)用于生长。作 为这样程序的结果，获得了由原子台阶覆盖的的晶体表面，所述台阶的宽 度与晶体混乱取向度有关。接着，用1μm的钼覆盖晶体1的背面。在MBE 中生长期间钼层便于所述衬底的均匀加热。以称作“重力安装”的方式安装 MBE生长用的结晶衬底1，所述方式依赖于衬底1在特殊弹簧9上的悬挂， 随后用蓝宝石片10覆盖所述衬底。钼保留环11容许这个安装的机械稳定 性。具有弹簧9的系统位于离MBE加热器一些距离并且通过来自所述加 热器的辐射(辐射能的最大值在红外区域中)吸收实现衬底1的加热。将这 样方式制备的衬底1装载到VG-90 Oxford Instruments MBE系统。然后在 除气阶段在450℃下除气24小时，然后在600℃下除气30分钟。在达到 低于1×10-10托的真空水平后，将衬底转移到生长室。激光二极管生长的以 下步骤-在实施例I的步骤b)至h)中所描述-是在VG-90 Oxford Instruments MBE系统的生长室中进行的。
实施例X
半导体激光二极管的设计和制造，其中光学活性区域5由在氮化镓、 氮化铟氮化铝和它的合金的基础上的两个InGaN/InGaN量子阱组成，它在 位错密度小于105cm-2的自立式HVPE衬底上发射408nm波长的光。
a)衬底制备
以波兰专利号180448中所描述方式，制备由HVPE生长的、位错密 度小于105cm-2的200μm厚GaN衬底(其从HVPE衬底除去)用于生长。作 为这样程序的结果，获得了由原子台阶覆盖的晶体表面，所述台阶的宽度 与晶体混乱取向度有关。接着，用1μm的钼覆盖晶体1的背面。在MBE 中生长期间钼层便于所述衬底的均匀加热。以称作“重力安装”的方式安装 MBE生长用的结晶衬底1，所述方式依赖于衬底1在特殊弹簧9上的悬挂， 随后用蓝宝石片10覆盖所述衬底。钼保留环11容许这个安装的机械稳定 性。具有弹簧的系统位于离MBE加热器一些距离并且通过来自所述加热 器的辐射(辐射能的最大值在红外区域中)吸收实现衬底1的加热。将这样 方式制备的衬底1装载到VG-90 Oxford Instruments MBE系统。然后在除 气阶段在450℃下除气24小时，然后在600℃下除气30分钟。在达到低 于1×10-10托的真空水平后，将衬底1转移到生长室。在步骤b)至h)中描 述的激光二极管生长的以下步骤是在VG-90 Oxford Instruments MBE系统 的生长室中进行的。
实施例XI
半导体激光二极管的设计和制造，其中光学活性区域5由在氮化镓、 氮化铟氮化铝和它的合金的基础上的两个InGaN/InGaN量子阱组成，它在 非极性取向的自立式HVPE衬底上发射403nm波长的光。
a)衬底制备
以波兰专利号180448中描述的方式，制备由HVPE生长的位错密度 小于105cm-2的2μm厚GaN衬底(其从HVPE衬底除去)用于在垂直于轴 (1120)的平面上生长。作为这样程序的结果，获得了由原子台阶覆盖的的 晶体表面，所述台阶的宽度与晶体混乱取向度有关。接着，用1μm的钼覆 盖晶体1的背面。在MBE中生长期间钼层便于所述衬底的均匀加热。以 称作“重力安装”的方式安装MBE生长用的结晶衬底1，所述方式依赖于衬 底1在特殊弹簧9上的悬挂，随后用蓝宝石片10覆盖所述衬底。钼保留 环11容许这个安装的机械稳定性。具有弹簧的系统位于离MBE加热器一 些距离并且通过来自所述加热器的辐射(辐射能的最大值在红外区域中)吸 收实现衬底1的加热。将这样方式制备的衬底1装载到VG-90 Oxford Instruments MBE系统。然后在除气阶段在450℃下除气24小时，然后在 600℃下除气30分钟。在达到低于1×10-10托的真空水平后，将衬底1转 移到生长室。激光二极管生长的以下步骤-在实施例I的步骤b)至h)中所描 述-是在VG-90 Oxford Instruments MBE系统的生长室中进行的。
实施例XII
半导体激光二极管的设计和制造，其中光学活性区域5由在氮化镓、 氮化铟氮化铝和它的合金的基础上的两个InGaN/InGaN量子阱组成，它在 位错密度小于107cm-2的ELOG衬底上发射408nm波长的光。
a)衬底制备
以波兰专利号180448中所描述方式，制备由MOVPE生长的位错密度 小于107cm-2的GaN ELOG衬底用于生长。作为这样程序的结果，获得了 由原子台阶覆盖的晶体表面，所述台阶的宽度与晶体混乱取向度有关。接 着，用1μm的钼覆盖晶体1的背面。在MBE中生长期间钼层便于所述衬 底的均匀加热。以称作“重力安装”的方式安装MBE生长用的结晶衬底1， 所述方式依赖于衬底1在特殊弹簧9上的悬挂，随后用蓝宝石片10覆盖 所述衬底。钼保留环11容许这个安装的机械稳定性。具有弹簧的系统位 于离MBE加热器一些距离并且通过来自所述加热器的辐射(辐射能的最大 值在红外区域中)吸收实现衬底1的加热。将这样方式制备的衬底1装载到 VG-90 Oxford Instruments MBE系统。然后在除气阶段在450℃下除气24 小时，然后在600℃下除气30分钟。在达到低于1×10-10托的真空水平后， 将衬底1转移到生长室。激光二极管生长的以下步骤-在实施例I的步骤 b)至h)中所描述-是在VG-90 Oxford Instruments MBE系统的生长室中进行 的。
实施例XIII
半导体激光二极管的设计和制造，其中光学活性区域5由在氮化镓、 氮化铟氮化铝和它的合金的基础上的两个InGaN/InGaN量子阱组成，它在 由高压法生长的位错密度小于103cm-2的GaN结晶衬底上发射500nm波 长的光。
a)衬底制备
以波兰专利号180448中描述的方式，制备由高压法(例如在I.Grzegory， J.Phys.：Condens.Matter 14，11055(2002)的论文中所描述)生长的位错密度 小于107cm-2的GaN衬底用于生长。作为这样程序的结果，获得了由原子 台阶覆盖的晶体表面，所述台阶的宽度与晶体混乱取向度有关。接着，用 1μm的钼覆盖晶体1的背面。在MBE中生长期间钼层便于所述衬底的均 匀加热。以称作“重力安装”的方式安装MBE生长用的结晶衬底1，所述方 式依赖于衬底1在特殊弹簧9上的悬挂，随后用蓝宝石片10覆盖所述衬 底。钼保留环11容许这个安装的机械稳定性。具有弹簧9的系统位于离 MBE加热器一些距离并且通过来自所述加热器的辐射(辐射能的最大值在 红外区域中)吸收实现衬底1的加热。将这样方式制备的衬底1装载到 VG-90 Oxford Instruments MBE系统。然后在除气阶段在450℃下除气24 小时，然后在600℃下除气30分钟。在达到低于1×10-10托的真空水平后， 将衬底1转移到生长室。激光二极管生长的以下步骤-在实施例I的步骤 b)至h)中所描述-是在VG-90 Oxford Instruments MBE系统的生长室中进行 的。层2、3和4的生长根据实施例I的步骤a)至d)进行。
e)光学活性层5的生长
在这个用于两个量子阱生长的实施例中已经应用了下列程序。将具有 层2、3和4的衬底1加热到600℃。将Ga泻流室加热到934℃，将附加 的Ga泻流室加热到975℃(由Oxford Instruments制造的泻流室，VG-40cc /KM-28标准)，将Si泻流室加热到1180℃，将In泻流室加热到900℃。 根据实施例I的步骤b)建立等离子体源的参数。然后将Ga、In室的和N 等离子体源的闸门打开24秒并且生长2nm的In0.46Ga0.54N。然后将Si和 附加的Ga泻流室的闸门打开84秒并且生长7nm的以5×1018cm-3的水平 掺杂有Si的In0.04Ga0.96N。然后将Si和附加的Ga泻流室的闸门打开84秒 并且生长7nm的以5×1018cm-3的水平掺杂有Si的In0.2Ga0.8N。然后将Si 和附加的Ga泻流室的闸门关闭并保持24秒生长2nm的In0.46Ga0.54N。然 后关闭Ga、In室的和N等离子体源的闸门。
根据实施例I中的步骤f)至h)进行层6、7和8的生长。
实施例XIV
半导体激光二极管的设计和制造，其中光学活性区域5由在氮化镓、 氮化铟氮化铝和它的合金的基础上的两个InGaN/InGaN量子阱组成，它发 射950nm波长的光。
a)衬底1的制备和层2的生长根据实施例I的步骤a)至b)进行。
c)底部n-型覆盖层3的生长
在生长室中，将具有缓冲层2的衬底1加热到710℃并且根据实施例 I的b)点建立等离子体源的参数。将Ga泻流室加热到1010℃，将Si泻流 室加热到1180℃。然后将Ga、Si和N等离子体源闸门打开100分钟，生 长0.5μm的以5×1018cm-3的水平掺杂有Si的GaN(通过SIMS测定Si浓度)。 然后关闭Ga、Si室的和N等离子体源的闸门。
d)底部n-型波导层4的生长
将具有缓冲层2和3的衬底1加热到600℃，将Ga泻流室加热到 934℃，将附加的Ga源加热到975℃，将In泻流室加热到900℃并且将 Si泻流室加热到1180℃。根据实施例I的b)点建立等离子体源的参数。将 In、Ga、Si室和N等离子体源的闸门打开20分钟并生长0.1μm的以 5×1018cm-3的水平掺杂有Si的In0.46Ga0.54N(通过SIMS测定Si浓度)。然后 关闭Ga、In、Si室的和N等离子体源的闸门。
e)光学活性层5的组的生长
对于两个量子阱的生长，已经应用了下列程序。将具有层2、3和4 的衬底1加热到600℃。将Ga泻流室加热到934℃，将Si泻流室加热到 1180℃，将In泻流室加热到900℃。根据实施例I的b)点建立等离子体源 的参数。然后将In室的和N等离子体源的闸门打开18秒并且生长1.5nm 的InN。然后将Si和附加的Ga泻流室的闸门打开84秒并且生长7nm的 以5×1018cm-3的水平掺杂有Si的In0.46Ga0.54N。然后将Si和Ga泻流室的 闸门关闭并用18秒生长1.5nm的InN。然后关闭Ga、In室的和N等离子 体源的闸门。
f)上部波导层6的生长
将具有层2、3、4和5的衬底1加热到600℃，将Ga泻流室加热到 970℃，将In泻流室加热到900℃，并且将Mg泻流室(由Oxford Instruments 制造的泻流室，VG-40cc/KM-28标准)加热到420℃。接着根据实施例I 的步骤b)建立等离子体源的参数。然后将Ga、In、Mg室的和N等离子体 源的闸门打开4分钟并且生长20nm的以7×1018cm-3的水平掺杂有Mg的 In0.02Ga0.82N。它是电子阻挡层。然后关闭Ga、In、Mg室的和N等离子体 源的闸门。将Ga泻流室加热到934℃，将In泻流室加热到900℃并且将 Mg泻流室加热到420℃。然后将Ga、In、Mg室的和N等离子体源的闸 门打开14分钟并且生长70nm的掺杂有Mg的In0.46Ga0.54N。然后关闭Ga、 In、Mg室的和N等离子体源的闸门。
g)上部p-型覆盖层7的生长
将具有层2、3、4、5和6的衬底1加热到620℃，将Ga泻流室加热 到970℃，将In泻流室加热到890℃并且将Mg泻流室加热到420℃。根 据实施例I的步骤b)建立等离子体源的参数。然后将Ga、In、Mg室的和 N等离子体源的闸门打开80分钟并且生长0.4μm的掺杂有Mg的 In0.02Ga0.98N。然后关闭Ga、In、Mg室的和N等离子体源的闸门。
h)接触层8的生长
将具有层2至7的衬底1加热到620℃。将Ga泻流室加热到963℃， 将In泻流室加热到890℃并且将Mg泻流室加热到420℃。根据实施例I 的步骤b)建立等离子体源的参数。然后将Ga、In、Mg室的和N等离子体 源的闸门打开4分钟并且生长20nm的掺杂有Mg的In0.12Ga0.88N。然后关 闭Ga、In、Mg室的和N等离子体源的闸门并且将具有层2至8的衬底1 冷却直到30℃并且从MBE移走。
实施例XV
半导体激光二极管的设计和制造，其中光学活性区域 5由在氮化镓、 氮化铟氮化铝和它的合金的基础上的两个InGaN/InGaN量子阱组成，它发 射260nm波长的光。
a)衬底制备
根据在波兰专利号180448中的发明，制备AlN的结晶衬底1。作为这 个程序的结果，获得了由原子台阶覆盖的晶体表面，所述台阶的宽度与晶 体混乱取向度有关。对于混乱取向度等于1°，原子台阶的宽度等于14.3 nm。接着，用1μm的钼覆盖晶体1的背面。在MBE中生长期间钼层便于 所述衬底的均匀加热。以称作“重力安装”的方式安装MBE生长用的结晶 衬底1，所述方式依赖于衬底1在特殊弹簧9上的的悬挂并随后用蓝宝石 片10覆盖所述衬底。钼保留环11容许这个安装的机械稳定性。具有弹簧 9的系统位于离MBE加热器一些距离并且通过来自所述加热器的辐射(辐 射能的最大值在红外区域中)吸收实现衬底 1的加热。将这样方式制备的衬 底1装载到VG-90 Oxford Instruments MBE系统。然后在除气阶段在450℃ 下除气24小时，然后在600℃下除气30分钟。在达到低于1×10-10托的 真空水平后，将衬底1转移到生长室。激光二极管生长的以下步骤-在实施 例I的步骤b)至h)中所描述-是在VG-90 Oxford Instruments MBE系统的生 长室中进行的。
b)缓冲层2的生长
在生长室中将衬底1(在优于5×10-10托的真空条件中)加热到710℃。 将Ga泻流室加热到972℃，将Al泻流室加热到1138℃并且将Si泻流室 加热到1180℃。接着在1sccm的水平建立高纯度氮(优于1ppb的水平)流。 通过质量流量控制器控制氮流。然后在功率为240W下接通RF等离子体 源(由Veeco制造的Unibulb EPI-RFS-450-G-N)。在打开Al、Ga、Si室的 和N等离子体源的闸门20分钟之后，生长0.1μm的掺杂有Si的 Al0.95Ga0.05N。Si掺杂的水平是5×1018cm-3。然后关闭Al、Ga、Si室的和N 等离子体源的闸门。
c)底部覆盖层 3的生长
在生长室中，将具有缓冲层2的衬底1(在优于5×10-10托的真空条件中) 加热到710℃。将Ga泻流室加热到972℃、将Al泻流室加热到1138℃ 并且将Si泻流室加热到1180℃。接着在1sccm的水平建立高纯度氮(优于 1ppb的水平)流。通过质量流量控制器控制氮流。然后在功率为240W下 接通RF等离子体源(由Veeco制造的Unibulb EPI-RFS-450-G-N)。然后打 开Ga、Al、Si室的和N等离子体源的闸门。然后用80分钟生长0.4μm 的以5×1018cm-3的水平掺杂有Si的Al0.95Ga0.08N。然后关闭Ga、Al、Si泻 流室的和N等离子体源的闸门。
d)底部n-型波导层4的生长
将含有层2和3的衬底1加热到710℃。将Ga泻流室加热到958℃， 将Si泻流室加热到1180℃，将Al泻流室加热到1122℃。根据实施例I 的步骤b)建立等离子体源的参数。然后打开Ga、Al、Si室的和N等离子 体源的闸门。然后用20分钟生长0.1μm的掺杂有Si的Al0.95Ga0.05N。然 后关闭Ga、Al、Si室的和N等离子体源的闸门。
e)光学活性层 5的组的生长
将具有层2至4的衬底 1加热到710℃并且根据实施例I的b)点建立 等离子体源的参数。将Ga泻流室加热到991℃，将Al泻流室加热到 1100℃。然后将Ga、In和N等离子体源的闸门打开24秒并且生长2nm 的Al0.5Ga0.5N。然后关闭Ga、Al、和N等离子体源的闸门。然后将Ga泻 流室加热到970℃，将Si泻流室加热到1180℃。根据实施例I的b)点建立 等离子体源的参数。然后将Ga、Al、Si室的和N等离子体源的闸门打开 84秒并且生长7nm的Al0.7Ga0.3N。然后关闭Ga、Al、Si室的和N等离子 体源的闸门。
然后将Ga泻流室加热到991℃，将Al泻流室加热到1100℃。然后将 Ga、Al室的和N等离子体源的闸门打开24秒并且生长2nm的Al0.5Ga0.5N。 然后关闭Ga、Al室的和N等离子体源的闸门。
f)上部波导层 6的生长
将具有层2至5的衬底 1加热到620℃，将In泻流室加热到890℃， 将Al泻流室加热到1138℃并且将Mg泻流室加热到420℃。接着根据实 施例I的b)点建立等离子体源的参数。然后将Al、In、Mg室的和N等离 子体源的闸门打开4分钟并且生长20nm的掺杂有Mg的In0.05Al0.95N。它 是电子阻挡层。通过SIMS测量的电子阻挡层中氢的量小于1×1017cm-3。 然后关闭Al、In、Mg室的和N等离子体源的闸门。将Ga泻流室加热到 910℃，将In泻流室加热到890℃，将Al泻流室加热到1122℃并且将 Mg泻流室加热到420℃。然后将Ga、In、Mg室的和N等离子体源的闸 门打开14分钟并且生长70nm的掺杂有Mg的In0.02Al0.7Ga0.28N。然后关 闭Ga、In、Mg室的和N等离子体源的闸门。
g)上部p-型覆盖层7的生长
将具有层2至6的衬底1加热到620℃，将In泻流室加热到890℃， 将Al泻流室加热到1138℃并且将Mg泻流室加热到420℃。根据实施例 I的步骤b)建立N等离子体源的参数。然后将Al、In、Mg室的和N等离 子体源的闸门打开80分钟并且生长0.4μm的掺杂有Mg的In0.05Al0.95N。 然后关闭Al、In、Mg室的和N等离子体源的闸门。
h)接触层8的生长
将具有层2至7的衬底1加热到620℃。将Ga泻流室加热到970℃， 将In泻流室加热到890℃并且将Mg泻流室加热到420℃。根据实施例I 的步骤b)建立等离子体源的参数。然后将Ga、In、Mg室的和N等离子体 源的闸门打开40分钟并且生长0.2μm的掺杂有Mg的In0.02Ga0.98N。然后 关闭Ga、In、Mg室的和N等离子体源的闸门并且将具有层2至8的衬底 1冷却到30℃，并且从MBE移走。
实施例XVI
半导体激光二极管的设计和制造，其中光学活性区域5由在氮化镓、 氮化铟氮化铝和它的合金的基础上的两个InGaN/InGaN量子阱组成，它利 用两个Ga源发射408nm波长的光，并且底部覆盖层包含应变补偿的 InGaN层。
a)衬底1的制备和层2的生长根据实施例I的步骤a)至b)进行。
c)n-型底部覆盖层3的生长
在生长室中，将具有缓冲层2的衬底1加热到620℃。将Ga泻流室加 热到963℃，将In泻流室加热到890℃，将Si泻流室加热到1180℃。根 据实施例I的步骤b)建立N等离子体源的参数。然后将Ga、In、Si室的 和N等离子体源的闸门打开20分钟并且生长0.1μm的掺杂有Si的 In0.12Ga0.88N。然后关闭Ga、Al、Si室的和N等离子体源的闸门。然后将 衬底1加热到710℃并且根据实施例I的b)点建立等离子体源的参数。在 将Ga泻流室加热到1007℃，将Si泻流室加热到1180℃并将Al泻流室加 热到1025℃，打开Ga、Al、Si和N等离子体源闸门。然后用120分钟生 长0.6μm的以5×1018cm-3的水平掺杂有Si的Al0.08Ga0.92N(由SIMS测定 Si浓度)。然后关闭Ga、Al、Si室的和N等离子体源的闸门。
层4、5、6、7和8的生长根据实施例I的步骤d)至h)进行。
(按照条约第19条的修改)
1.氮化物基激光二极管，其包含结晶衬底，在所述结晶衬底上顺序生 长n-型层的组、光学活性的层的组和p-型层的组，而所述n-型层的组至少 包含缓冲层、底部n-型覆盖层和底部n-型波导层，而所述p-型层的组至少 包含含有电子阻挡层(EBL)的上部p-型波导层、上部p-型覆盖层和p-型接 触层，其特征在于，所述电子阻挡层包含镁掺杂的合金InxAlyGa1-x-yN其中 1≥x＞0,001 a 1≥y≥0并且在所述电子阻挡层中的氢浓度小于5×1017 cm-3。
2.根据权利要求1的氮化物基半导体激光二极管，其特征在于，所述 上部p-型覆盖层(7)包含镁掺杂层的组，其中至少在一层中铟含量高于 0.001并且在所述覆盖层中的氢浓度低于5×1017cm-3。
3.根据权利要求1的氮化物基半导体激光二极管，其特征在于，所述 上部p-型覆盖层(7)包含镁掺杂层的组，其中在全部层中铟含量高于0.001。
4.根据权利要求1的氮化物基半导体激光二极管，其特征在于，在所 述p-型覆盖层(7)中的氢浓度低于5×1017cm-3。
5.根据权利要求1的氮化物基半导体激光二极管，其特征在于，所述 结晶衬底(1)是位错密度小于108cm-2的HVPE衬底。
6.根据权利要求1的氮化物基半导体激光二极管，其特征在于，所述 结晶衬底(1)是位错密度小于108cm-2的ELOG衬底。
7.根据权利要求1的氮化物基半导体激光二极管，其特征在于，所述 结晶衬底(1)中的位错密度为小于105cm-2。
8.根据权利要求1的氮化物基半导体激光二极管，其特征在于，所述 结晶衬底(1)是通过高压法制造的并且位错密度小于103cm-2的衬底。
9.制造氮化物基半导体激光二极管的方法，基于在结晶衬底上按顺序 外延地沉积n-型层的组、光学活性的层的组和p-型层的组，而所述n-型层 的组至少包含缓冲层、底部n-型覆盖层和底部n-型波导层，而所述p-型层 的组至少包含含有电子阻挡层(EBL)的上部p-型波导层、上部p-型覆盖层 和p-型接触层，其特征在于，在铟存在下，通过PAMBE生长所述p-型波 导层(6)和p-型覆盖层(7)。
10.根据权利要求9的方法，其特征在于，在铟存在下，通过PAMBE 生长所述电子阻挡层。
11.根据权利要求9的方法，其特征在于，在铟存在下，通过PAMBE 生长所述p-型覆盖层(7)。
12.根据权利要求9的方法，其特征在于，在铟存在下，通过PAMBE 生长所述n-型覆盖层(3)。
13.根据权利要求9或10的方法，其特征在于，将位错密度小于108 cm-2的HVPE衬底用作所述结晶衬底(1)。
14.根据权利要求9或10的方法，其特征在于，将位错密度小于108 cm-2的ELOG衬底用作所述结晶衬底(1)。
15.根据权利要求9或10的方法，其特征在于，将位错密度小于105 cm-2的结晶衬底用作所述结晶衬底(1)。
16.根据权利要求9或10的方法，其特征在于，将通过高压法制造的 并且位错密度小于103cm-2的结晶衬底用作所述结晶衬底(1)。
在这个激光二极管的一种变体中，在所述电子阻挡层中的氢浓度小于 5×1017cm-3。
在这个激光二极管的另一种变体中，所述上部p-型覆盖层包含镁掺杂 层的组，其中至少在一层中铟含量高于0.001并且所述覆盖层中的氢浓度 低于5×1017cm-3。
在这激光二极管的另一种变体中，所述上部p-型覆盖层包含镁掺杂层 的组，其中在全部层中，铟含量高于0.001。
在这个激光二极管的又一种变体中，在所述p-型覆盖层中氢浓度低于 5×1017cm-3。
根据本发明这个激光二极管的结晶衬底可以是位错密度小于108cm-2 的HVPE衬底，或位错密度小于108cm-2的ELOG衬底。
在根据本发明的激光二极管的另一种变体中，所述结晶衬底的位错密 度小于105cm-2。
在这激光二极管的又一种变体中，所述结晶衬底是通过高压方法制造 的并且位错密度小于103cm-2的衬底。
根据本发明的方法基于在结晶衬底上顺序地外延沉积n-型层的组、光 学活性的层的组和p-型层的组。所述n-型层的组至少包含缓冲层、底部 n-型覆盖层和底部n-型波导层。所述p-型层的组至少包含上部含有电子阻 挡层(EBL)的p-型波导层、上部p-型覆盖层和p-型接触层。根据本发明， 所述的p-型波导层和p-型覆盖层在铟存在下通过PAMBE生长。
在根据本发明的方法的一种变体中，所述电子阻挡层是在铟存在下， 通过PAMBE生长的。
在这个方法的另一种变体中，p-型覆盖层是在铟存在下，通过PAMBE 生长的。
在这个方法的另一种变体中，所述n-型覆盖层是在铟存在下，通过 PAMBE生长的。
在根据本发明的方法中，位错密度小于108cm-2的HVPE衬底、位错 密度小于108cm-2的ELOG衬底、位错密度小于105cm-2的结晶衬底，或 通过高压法制造的并且位错密度小于103cm-2的衬底可以用作所述的外延 沉积用结晶衬底。
在制造这个发明的方法中，在氢不存在下进行氮化物的外延生长，这 便于完全控制p-型电导率并改善量子阱的效率，并且可以减少激光阈值电 流。在生长期间铟的存在可以通过阶式流(step flow)原子外延在Al和In含 量的全部范围中生长理想的平层。它可以设计从远紫外到近红外光的宽范 围内的激光二极管，所述的设计只受到AlN和InN能隙的限制。
附图简述
将基于附图解释本发明，其中：
图1示意性表示半导体激光二极管的层结构，
图2表示样品支架和利用钼弹簧安装生长用衬底的方式，
图3指示了由PAMBE制造的半导体激光二极管在低于和高于激光阈 值电流密度的能谱，
图4表示对于PAMBE制造的半导体激光二极管，光强度和电压，其 是电流的函数，
图5表示Ga通量(由Monitor Ion Gauge测定)，其是镓泻流室温度的 函数，
图6表示Ga通量(由Monitor Ion Gauge测定)，其是附加的镓泻流室 温度的函数，
图7表示In通量(由Monitor Ion Gauge测定)，其是铟泻流室温度的函 数，
图8表示Al通量(由Monitor Ion Gauge测定)，其是铝泻流室温度的函 数，
图9表示由SIMS测定的Si浓度，其是Si泻流室温度的函数，
图10表示由SIMS测定的Mg浓度，其是Mg泻流室温度的函数。
实施本发明的方式
半导体激光二极管的典型结构表示在图1中。n-型层(2，3，4)的组、光学 活性层5的组和p-型层(6，7，8)的组连续地生长在结晶衬底1上(例如在块状 GaN上)。所述n-型层的组至少包含缓冲层2、底部覆盖层3和所述波导的 底部部分。所述p-型层的组至少包含上部波导(其也包括未指示在这图中 的电子阻挡层)、上部覆盖层7和接触层8。
利用这个激光二极管结构，下面表示了制造根据本发明的激光二极管 的许多实施例。
实施例I
半导体激光二极管的设计和制造，其中光学活性区域5由在氮化镓、 氮化铟氮化铝和它的合金的基础上的五个InGaN/InGaN量子阱组成，它发 408nm波长的光。
a)衬底制备
根据在波兰专利号180448中描述的方法，制备位错密度小于105cm-2 的结晶衬底1用于生长。作为这个程序的结果，获得了由原子台阶覆盖的 晶体表面，所述台阶的宽度与晶体混乱取向度有关。对于混乱取向度等于 1°，原子台阶的宽度等于14.3nm。接着，用1μm的钼覆盖晶体1的背面。 在MBE中生长期间，钼层便于所述衬底的均匀加热。以称作“重力安装”的 方式安装MBE生长用的结晶衬底，所述方式依赖于衬底1在特殊弹簧9 上的悬吊，随后用蓝宝石片10覆盖所述衬底。钼保留环11容许这个安装 的机械稳定性。具有弹簧的系统位于离MBE加热器一些距离并且通过来 自所述加热器的辐射(辐射能的最大值在红外区域中)吸收实现衬底1的加 热。将这样方式制备的衬底装载到VG-90 Oxford Instruments MBE系统。 然后在除气阶段在450℃下除气24小时，然后在600℃下除气30分钟。 在达到低于1×10-10托的真空水平后，将衬底转移到生长室。在实施例I 的步骤b)至h)中描述的激光二极管生长的以下步骤是在VG-90 Oxford Instruments MBE系统的生长室中进行的。
b)缓冲层2的生长
对于层的外延生长，使用装有氮原子和分子的化学活性源的分子束外 延系统(反应性氮MBE)。特别是，等离子体辅助的MBE法是实现RN MBE 的方法之一。在这个工艺中，构成层的原子例如Ga、In、Al、Si、Mg来 源于来自泻流室(在那里碰撞原子的通量是泻流室温度的函数)的这些原子 的蒸发，同时从来源于等离子体源装置的激发分子或/和氮原子的通量供给 氮。等离子体源是激发(或分解)氮分子并且可以生长GaN、InN、AlN和它 们的合金的装置。例如，它可以是利用含氮的分子的射频(RF)微波激发(RF 等离子体源)或利用回旋共振效应(ECR等离子源)的装置。在实施例I中， 使用RF等离子体源装置(由Veeco制造的Unibulb EPI-RFS-450-G-N)。
在生长室中将衬底1(在优于5×10-10托的真空条件中)加热到710℃。 将Ga泻流室加热到1010℃(由Veeco制造的泻流室，VG-300-SUMO-L)， 并且将Si泻流室加热到1180℃(由Oxford Instruments制造的泻流室， VG-40cc/KM-28标准)。在图7、8和9上，显示了Ga、In、和Al的通量， 它们是Ga、In、Al泻流室温度的函数(由Varian制造的Monitor Ion Gauge 利用1mA离子电流测量)。接着，在1sccm的水平建立高纯度氮(优于1ppb 的水平)的流。通过质量流量控制器控制氮流。然后，在功率为240W下 接通RF等离子体源(由Veeco制造的Unibulb EPI-RFS-450-G-N)。在打开 Ga、Si室的和N等离子体源的闸门20分钟之后，生长0.1μm的掺杂有 Si的GaN。Si掺杂的水平是5×1018cm-3(在生长后用SIMS测量)。然后关 闭Ga、Si室的和N等离子体源的闸门。
c)底部n-型覆盖层3的生长
在生长室中将衬底1(在优于5×1010托的真空条件中)加热到710℃。 根据实施例I步骤b)建立等离子体源操作的参数。在将Ga泻流室加热到 1007℃、将Si泻流室加热到1180℃并将Al泻流室加热到1025℃(由Veeco 制造的VG-300-SUMO-Al-L)之后，打开Ga、Al、Si室的和N等离子体源 的闸门。然后将0.5μm的以5×1018cm-3的水平掺杂Si的Al0.08Ga0.92N生长 100分钟(由SIMS测定Si的浓度-图9)。然后关闭Ga、Al、Si泻流室的和 N等离子体源的闸门。
d)底部n-型波导层4的生长
将具有层2和3的衬底1加热到710℃。将Ga泻流室加热到1007℃， 将Si泻流室加热到1180℃并且根据实施例I的步骤b)建立等离子体源的 参数。在打开Ga和Si室还有N等离子体源的闸门20分钟后，生长0.1μm 的以5×1018cm-3的水平掺杂有Si的GaN。然后关闭Ga、Al、Si室的和N 等离子体源的闸门。然后将Ga泻流室加热到970℃，将Si泻流室加热到 1180℃并且将In泻流室加热到890℃(由Oxford Instruments制造的泻流 室，VG-40cc/KM-28标准)。根据实施例I的步骤b)建立N等离子体的参 数。然后将所述衬底加热到620℃，接着将In、Ga、Si室的和N等离子 体的闸门打开6分钟，生长30nm的以5×1018cm-3的水平掺杂有Si的 In0.02Ga0.98N。然后关闭In、Ga、Si室的和N等离子体源的闸门。
e)光学活性层5的组的生长
在所述半导体激光二极管结构中，光学活性量子阱的数目在1和20 之间变化。将在步骤(A)和(B)中所述的程序重复N-1次，其中N是量子阱 的数目。
例如对于五个量子阱的激光二极管，将在步骤(A)和(B)中所述的程序 重复4次。
步骤(A)：将具有层2、3、和4的衬底1加热到620℃。根据实施例I 的步骤b)建立等离子体源的参数。将Ga泻流室加热到963℃并且将In泻 流室加热到890℃。然后将Ga、In室的和N等离子体源的闸门打开36秒 并且生长3nm的In0.12Ga0.88N。然后关闭Ga、In室的和N等离子体源的 闸门。
步骤(B)：将具有层2、3、和4的衬底1加热到620℃。根据实施例I 的步骤b)建立等离子体源的参数。将Ga泻流室加热到970℃，将In泻流 室加热到890℃并且将Si泻流室加热到1180℃。然后将Ga、In室的和N 等离子体源的闸门打开84秒并且生长7nm的以5×1018cm-3的水平掺杂有 Si的In0.02Ga0.98N。然后关闭Ga、In室的和N等离子体源的闸门。
在重复步骤(A)和(B)四次后，将衬底1加热到620℃，将Ga泻流室加 热到963℃并且将In泻流室加热到890℃。根据实施例I的步骤b)建立等 离子体源的参数。然后将Ga、In室的和N等离子体源的闸门打开36秒并 且生长3nm的In0.12Ga0.88N。然后关闭Ga、In室的和N等离子体源的闸 门。接着将衬底1加热到620℃，将Ga泻流室加热到970℃并且将In泻 流室加热到890℃。根据实施例I的步骤b)建立等离子体源的参数。然后 将Ga、In室的和N等离子体源的闸门打开12秒并且生长1nm的 In0.02Ga0.98N。然后关闭Ga、In室的和N等离子体源的闸门。
f)上部波导层6的生长
将具有层2、3、4和5的衬底1加热到620℃，将Ga泻流室加热到 958℃并且将In泻流室加热到890℃，将Al泻流室加热到1045℃并且将 Mg泻流室(由Oxford Instruments制造的泻流室，VG-40cc/KM-28标准) 加热到420℃。接着根据实施例I的步骤b)建立等离子体源的参数。然后 将Al、Ga、In、Mg室的和N等离子体源的闸门打开4分钟并且生长20nm 的以7×1019cm-3的水平掺杂有Mg的In0.02Al0.16Ga0.82N。它是电子阻挡层。 通过SIMS测量的电子阻挡层中氢的量小于1×1017cm-3。然后关闭Al、Ga、 In、Mg室的和N等离子体源的闸门。将Ga泻流室加热到970℃，将In 泻流室加热到890℃并且将Mg泻流室加热到420℃。然后将Ga、In、 Mg室的和N等离子体源的闸门打开14分钟并且生长70nm的以 7×1019cm-3(由SIMS测定-图10)的水平掺杂有Mg的In0.02Ga0.98N。然后关 闭Ga、In、Mg室的和N等离子体源的闸门。
g)上部p-型覆盖层7的生长
将具有层2、3、4、5和6的衬底1加热到620℃，将Ga泻流室加热 到958℃，将In泻流室加热到890℃，将Al泻流室加热到1045℃并且将 Mg泻流室加热到420℃。根据实施例I的步骤b)建立等离子体源的参数。 然后将Al、Ga、In、Mg室的和N等离子体源的闸门打开30秒并且生长 2.5nm的以7×1018cm-3的水平掺杂有Mg的In0.02Al0.16Ga0.82N。然后关闭 Al、Ga、In、Mg室的和N等离子体源的闸门。然后将衬底加热到620℃， 将Ga泻流室加热到970℃，将In泻流室加热到890℃并且将Mg泻流室 加热到420℃。根据实施例I的步骤b)建立等离子体源的参数。然后将Al、 Ga、In、Mg室的和N等离子体源的闸门打开30秒并且生长2.5nm的掺 杂有Mg的In0.02Ga0.98N。然后关闭Ga、In、Mg室的和N等离子体源的闸 门。将上述程序重复80次。
h)接触层8的生长
将具有层2至7的衬底1加热到620℃。将Ga泻流室加热到970℃， 将In泻流室加热到890℃并且将Mg泻流室加热到420℃。根据实施例I 的步骤b)建立等离子体源的参数。然后将Ga、In、Mg室的和N等离子体 源的闸门打开4分钟并且生长20nm的掺杂有Mg的In0.02Ga0.98N。然后关 闭Ga、In、Mg室的和N等离子体源的闸门并且将具有层2至8的衬底1 冷却到30℃，并且从MBE移走。在图3上，显示了半导体激光二极管的 光谱特征。根据实施例I生长这些二极管用的层的组。具有15μm×500μm 脊状波导活性区域的尺寸为0.3mm×0.1mm×0.5mm的工作装置通过标准 加工程序制造，其中通过裂开制造激光镜。图4表示电压-电流特性和光强 度相关性，其是电流的函数。
实施例II
半导体激光二极管的设计和制造，其中光学活性区域5由在氮化镓、 氮化铟氮化铝和它的合金的基础上的五个InGaN/InGaN量子阱组成，它在 具有改性的接触层8的情况下发射408nm波长的光。
a)衬底1的制备和层2至7的生长根据实施例I的步骤a)至g)进行。
h)将具有获得的层2至7的衬底1加热到620℃。将Ga泻流室加热 到970℃，将In泻流室加热到890℃并且将Mg泻流室加热到420℃。根 据实施例I的步骤b)建立等离子体源的参数。然后将Ga、In、Mg室的和 N等离子体源的闸门打开4分钟并且生长20nm的掺杂有Mg的 In0.02Ga0.98N。然后关闭Ga、In、Mg室的和N等离子体源的闸门并且将 Ga泻流室加热到963℃，将In泻流室加热到890℃并且将Mg泻流室加 热到420℃。根据实施例I的步骤b)建立等离子体源的参数。然后将Ga、 In、Mg室的和N等离子体源的闸门打开36秒并且生长3nm的掺杂有 Mg的In0.12Ga0.88N。然后关闭Ga、In、Mg室的和N等离子体源的闸门并 且将具有层2至8的衬底1冷却到30℃并且从MBE移走。
实施例III
半导体激光二极管的设计和制造，其中光学活性区域5由在氮化镓、 氮化铟氮化铝和它的合金的基础上的两个InGaN/InGaN量子阱组成，它发 射408nm波长的光，其中活性区域5是利用两种Ga源制造的。
a)衬底1的制备和层2至4的生长根据实施例I的步骤a)至d)进行。
e)光学活性层5的组的生长
对于两个量子阱的生长(在所述半导体激光二极管结构中量子阱的数 目在1和20之间变化)，已经采用了下列程序。将具有层2、3和4的衬底 1加热到620℃。将Ga泻流室加热到963℃，将附加的Ga泻流室加热到 969℃(由Oxford Instruments制造的泻流室，VG-40cc/KM-28标准-图6 中给出了Ga通量，其是这个室温度的函数)，将Si泻流室加热到1180℃， 将In泻流室加热到890℃。根据实施例I的步骤b)建立等离子体源的参数。 然后将Ga、In室的和N等离子体源的闸门打开36秒并且生长3nm的 In0.12Ga0.88N。然后将Si和附加的Ga泻流室的闸门打开84秒并且生长7nm 的以5×1018cm-3的水平掺杂有Si的In0.02Ga0.98N。然后将Si和附加的Ga 泻流室的闸门关闭并用36秒生长3nm的In0.12Ga0.88N。然后将附加的Ga 室的闸门打开12秒，并生长1nm的In0.02Ga0.98N。然后关闭Ga、In、附 加的Ga泻流室的和N等离子体源的闸门。
根据实施例I的步骤f)至h)进行层6、7和8的生长。
实施例IV
半导体激光二极管的设计和制造，其中光学活性区域5由在氮化镓、 氮化铟氮化铝和它的合金的基础上的两个InGaN/InGaN量子阱组成，它发 射408nm波长的光，其中活性区域5是利用两个Ga源制造的并且电子阻 挡层位于最后量子阱的后面。
a)衬底1的制备和层2、3和4的生长根据实施例I的步骤a)至d)进 行。
e)光学活性层5的组的生长
在这个用于两个量子阱生长的实施例中已经应用了下列程序。将具有 层2、3和4的衬底1加热到620℃。将Ga泻流室加热到963℃，将附加 的Ga泻流室加热到969℃(由Oxford Instruments制造的泻流室，VG-40cc /KM-28标准-图6中给出了Ga通量，其是这个室温度的函数)，将Si泻 流室加热到1180℃，将In泻流室加热到890℃。根据实施例I的步骤b) 建立等离子体源的参数。然后将Ga、In室的和N等离子体源的闸门打开 36秒并且生长3nm的In0.12Ga0.88N。然后将Si和附加的Ga泻流室的闸门 打开84秒并且生长7nm的以5×1018cm-3的水平掺杂有Si的In0.02Ga0.98N。 然后将Si和附加的Ga泻流室的闸门关闭并用36秒生长3nm的 In0.12Ga0.88N。然后关闭Ga、In室的和N等离子体源的闸门。
根据实施例I的步骤f)至h)进行层6、7和8的生长。
实施例V
半导体激光二极管的设计和制造，其中光学活性区域5由在氮化镓、 氮化铟氮化铝和它的合金的基础上的2个InGaN/InGaN量子阱组成，它发 射408nm波长的光，其中活性区域5是利用两个Ga源制造的。电子阻挡 层位于在最后量子阱的后面并且上部覆盖层包含一层掺杂有镁的InAlGaN 层。
a)衬底1的制备和层2至4的生长根据实施例IV的步骤a)至f)进行。
g)p-型上部覆盖层7的生长
将具有层2至6的衬底1加热到620℃。将Ga泻流室加热到962℃， 将In泻流室加热到890℃，将Al泻流室加热到1025℃并且将Mg泻流室 加热到420℃。根据实施例I的步骤b)建立等离子体源的参数。然后将Al、 Ga、In、Mg室的和N等离子体源的闸门打开70分钟并且生长0.35μm的 以7×1019cm-3的水平掺杂有镁的In0.02Al0.08Ga0.9N。然后关闭Ga、In、Mg 室的和N等离子体源的闸门。根据实施例I中的步骤h)进行层8的生长。
实施例VI
半导体激光二极管的设计和制造，其中光学活性区域5由在氮化镓、 氮化铟氮化铝和它的合金的基础上的两个InGaN/InGaN量子阱组成，它发 射500nm波长的光。
a)衬底1的制备和层2、3和4的生长根据实施例I的步骤a)至d)进 行。
e)光学活性层5的生长
在这个用于两个量子阱生长的实施例中已经应用了下列程序。将具有 层2、3和4的衬底1加热到600℃。将Ga泻流室加热到934℃，将附加 的Ga泻流室加热到975℃(由Oxford Instruments制造的泻流室，VG-40cc /KM-28标准)，将Si泻流室加热到1180℃并且将In泻流室加热到900℃。 根据实施例I的步骤b)建立等离子体源的参数。然后将Ga、In室的和N 等离子体源的闸门打开24秒并且生长2nm的In0.46Ga0.54N。然后将Si和 附加的Ga泻流室的闸门打开84秒并且生长7nm的以5×1018cm-3的水平 掺杂有Si的In0.2Ga0.8N。然后将Si和附加的Ga泻流室的闸门关闭并保持 24秒生长2nm的In0.46Ga0.54N。然后关闭Ga、In室的和N等离子体源的 闸门。根据实施例I中的步骤f)至h)进行层6、7和8的生长。
实施例VII
半导体激光二极管的设计和制造，其中光学活性区域5由在氮化镓、 氮化铟氮化铝和它的合金的基础上的2个InGaN/InGaN量子阱组成，它发 射460nm波长的光。
a)衬底1的制备和层2、3和4的生长根据实施例I的步骤a)至d)进 行。
e)光学活性层5的生长
在这个用于两个量子阱生长的实施例中已经应用了下列程序。将具有 层2、3和4的衬底1加热到605℃。将Ga泻流室加热到942℃，将附加 的Ga泻流室加热到975℃(由Oxford Instruments制造的泻流室，VG-40cc /KM-28标准)，将Si泻流室加热到1180℃，将In泻流室加热到900℃。 根据实施例I的步骤b)建立等离子体源的参数。然后将Ga、In室的和N 等离子体源的闸门打开24秒并且生长2nm的In0.3Ga0.7N。然后将Si和附 加的Ga泻流室的闸门打开84秒并且生长7nm的以5×1018cm-3的水平掺 杂有Si的In0.04Ga0.96N。然后将Si和附加的Ga泻流室的闸门关闭并保持 24秒生长2nm的In0.3Ga0.7N。然后关闭Ga、In室的和N等离子体源的闸 门。根据实施例I中的步骤f)至h)进行层6、7和8的生长。
实施例VIII
半导体激光二极管的设计和制造，其中光学活性区域5由在氮化镓、 氮化铟氮化铝和它的合金的基础上的两个InGaN/InGaN量子阱组成，它在 位错密度小于107cm-2的HVPE衬底上发射408nm波长的光。
a)衬底制备
根据波兰专利号180448中描述的方法，进行由HVPE在位错密度小 于107cm-2的蓝宝石上生长的GaN衬底的制备。作为这个程序的结果，获 得了由原子台阶覆盖的晶体表面，所述台阶的宽度与晶体混乱取向度有 关。接着，用1μm的钼覆盖晶体1的背面。在MBE中生长期间钼层便于 所述衬底的均匀加热。以称作“重力安装”的方式安装MBE生长用的结晶 衬底1，所述方式依赖于衬底1在特殊弹簧9上的悬挂，随后用蓝宝石片 10覆盖所述衬底。钼保留环11容许这个安装的机械稳定性。具有弹簧9 的系统位于离MBE加热器一些距离并且通过来自所述加热器的辐射(辐射 能的最大值在红外区域中)吸收实现衬底1的加热。将这样方式制备的衬底 装载到VG-90 Oxford Instruments MBE系统。然后在除气阶段在450℃下 除气24小时，然后在600℃下除气30分钟。在达到低于1×10-10托的真 空水平后，将衬底转移到生长室。激光二极管生长的以下步骤-在实施例I 的步骤b)至h)中所描述-是在VG-90 Oxford Instruments MBE系统的生长室 中进行的。
实施例IX
半导体激光二极管的设计和制造，其中光学活性区域5由在氮化镓、 氮化铟氮化铝和它的合金的基础上的两个InGaN/InGaN量子阱组成，它在 位错密度小于106cm-2的自立式HVPE衬底上发射408nm波长的光。
a)衬底制备
以波兰专利号180448中所描述方式，制备由HVPE生长的、位错密 度小于106cm-2的200μm厚GaN衬底(其从HVPE衬底除去)用于生长。作 为这样程序的结果，获得了由原子台阶覆盖的的晶体表面，所述台阶的宽 度与晶体混乱取向度有关。接着，用1μm的钼覆盖晶体1的背面。在MBE 中生长期间钼层便于所述衬底的均匀加热。以称作“重力安装”的方式安装 MBE生长用的结晶衬底1，所述方式依赖于衬底1在特殊弹簧9上的悬挂， 随后用蓝宝石片10覆盖所述衬底。钼保留环11容许这个安装的机械稳定 性。具有弹簧9的系统位于离MBE加热器一些距离并且通过来自所述加 热器的辐射(辐射能的最大值在红外区域中)吸收实现衬底1的加热。将这 样方式制备的衬底1装载到VG-90 Oxford Instruments MBE系统。然后在 除气阶段在450℃下除气24小时，然后在600℃下除气30分钟。在达到 低于1×10-10托的真空水平后，将衬底转移到生长室。激光二极管生长的以 下步骤-在实施例I的步骤b)至h)中所描述-是在VG-90 Oxford Instruments MBE系统的生长室中进行的。
实施例X
半导体激光二极管的设计和制造，其中光学活性区域5由在氮化镓、 氮化铟氮化铝和它的合金的基础上的两个InGaN/InGaN量子阱组成，它在 位错密度小于105cm-2的自立式HVPE衬底上发射408nm波长的光。
a)衬底制备
以波兰专利号180448中所描述方式，制备由HVPE生长的、位错密 度小于105cm-2的200μm厚GaN衬底(其从HVPE衬底除去)用于生长。作 为这样程序的结果，获得了由原子台阶覆盖的晶体表面，所述台阶的宽度 与晶体混乱取向度有关。接着，用1μm的钼覆盖晶体1的背面。在MBE 中生长期间钼层便于所述衬底的均匀加热。以称作“重力安装”的方式安装 MBE生长用的结晶衬底1，所述方式依赖于衬底1在特殊弹簧9上的悬挂， 随后用蓝宝石片10覆盖所述衬底。钼保留环11容许这个安装的机械稳定 性。具有弹簧的系统位于离MBE加热器一些距离并且通过来自所述加热 器的辐射(辐射能的最大值在红外区域中)吸收实现衬底1的加热。将这样 方式制备的衬底1装载到VG-90 Oxford Instruments MBE系统。然后在除 气阶段在450℃下除气24小时，然后在600℃下除气30分钟。在达到低 于1×10-10托的真空水平后，将衬底1转移到生长室。在步骤b)至h)中描 述的激光二极管生长的以下步骤是在VG-90 Oxford Instruments MBE系统 的生长室中进行的。
实施例XI
半导体激光二极管的设计和制造，其中光学活性区域5由在氮化镓、 氮化铟氮化铝和它的合金的基础上的两个InGaN/InGaN量子阱组成，它在 非极性取向的自立式HVPE衬底上发射403nm波长的光。
a)衬底制备
以波兰专利号180448中描述的方式，制备由HVPE生长的位错密度 小于105cm-2的2μm厚GaN衬底(其从HVPE衬底除去)用于在垂直于轴 (1120)的平面上生长。作为这样程序的结果，获得了由原子台阶覆盖的的 晶体表面，所述台阶的宽度与晶体混乱取向度有关。接着，用1μm的钼覆 盖晶体1的背面。在MBE中生长期间钼层便于所述衬底的均匀加热。以 称作“重力安装”的方式安装MBE生长用的结晶衬底1，所述方式依赖于衬 底1在特殊弹簧9上的悬挂，随后用蓝宝石片10覆盖所述衬底。钼保留 环11容许这个安装的机械稳定性。具有弹簧的系统位于离MBE加热器一 些距离并且通过来自所述加热器的辐射(辐射能的最大值在红外区域中)吸 收实现衬底1的加热。将这样方式制备的衬底1装载到VG-90 Oxford Instruments MBE系统。然后在除气阶段在450℃下除气24小时，然后在 600℃下除气30分钟。在达到低于1×10-10托的真空水平后，将衬底1转 移到生长室。激光二极管生长的以下步骤-在实施例I的步骤b)至h)中所描 述-是在VG-90 Oxford Instruments MBE系统的生长室中进行的。
实施例XII
半导体激光二极管的设计和制造，其中光学活性区域5由在氮化镓、 氮化铟氮化铝和它的合金的基础上的两个InGaN/InGaN量子阱组成，它在 位错密度小于107cm-2的ELOG衬底上发射408nm波长的光。
a)衬底制备
以波兰专利号180448中所描述方式，制备由MOVPE生长的位错密度 小于107cm-2的GaN ELOG衬底用于生长。作为这样程序的结果，获得了 由原子台阶覆盖的晶体表面，所述台阶的宽度与晶体混乱取向度有关。接 着，用1μm的钼覆盖晶体1的背面。在MBE中生长期间钼层便于所述衬 底的均匀加热。以称作“重力安装”的方式安装MBE生长用的结晶衬底1， 所述方式依赖于衬底1在特殊弹簧9上的悬挂，随后用蓝宝石片10覆盖 所述衬底。钼保留环11容许这个安装的机械稳定性。具有弹簧的系统位 于离MBE加热器一些距离并且通过来自所述加热器的辐射(辐射能的最大 值在红外区域中)吸收实现衬底1的加热。将这样方式制备的衬底1装载到 VG-90 Oxford Instruments MBE系统。然后在除气阶段在450℃下除气24 小时，然后在600℃下除气30分钟。在达到低于1×10-10托的真空水平后， 将衬底1转移到生长室。激光二极管生长的以下步骤-在实施例I的步骤 b)至h)中所描述-是在VG-90 Oxford Instruments MBE系统的生长室中进行 的。
实施例XIII
半导体激光二极管的设计和制造，其中光学活性区域5由在氮化镓、 氮化铟氮化铝和它的合金的基础上的两个InGaN/InGaN量子阱组成，它在 由高压法生长的位错密度小于103cm-2的GaN结晶衬底上发射500nm波 长的光。
a)衬底制备
以波兰专利号180448中描述的方式，制备由高压法(例如在I.Grzegory， J.Phys.：Condens.Matter 14，11055(2002)的论文中所描述)生长的位错密度 小于107cm-2的GaN衬底用于生长。作为这样程序的结果，获得了由原子 台阶覆盖的晶体表面，所述台阶的宽度与晶体混乱取向度有关。接着，用 1μm的钼覆盖晶体1的背面。在MBE中生长期间钼层便于所述衬底的均 匀加热。以称作“重力安装”的方式安装MBE生长用的结晶衬底1，所述方 式依赖于衬底1在特殊弹簧9上的悬挂，随后用蓝宝石片10覆盖所述衬 底。钼保留环11容许这个安装的机械稳定性。具有弹簧9的系统位于离 MBE加热器一些距离并且通过来自所述加热器的辐射(辐射能的最大值在 红外区域中)吸收实现衬底1的加热。将这样方式制备的衬底1装载到 VG-90 Oxford Instruments MBE系统。然后在除气阶段在450℃下除气24 小时，然后在600℃下除气30分钟。在达到低于1×10-10托的真空水平后， 将衬底1转移到生长室。激光二极管生长的以下步骤-在实施例I的步骤 b)至h)中所描述-是在VG-90 Oxford Instruments MBE系统的生长室中进行 的。层2、3和4的生长根据实施例I的步骤a)至d)进行。
e)光学活性层5的生长
在这个用于两个量子阱生长的实施例中已经应用了下列程序。将具有 层2、3和4的衬底1加热到600℃。将Ga泻流室加热到934℃，将附加 的Ga泻流室加热到975℃(由Oxford Instruments制造的泻流室，VG-40cc /KM-28标准)，将Si泻流室加热到1180℃，将In泻流室加热到900℃。 根据实施例I的步骤b)建立等离子体源的参数。然后将Ga、In室的和N 等离子体源的闸门打开24秒并且生长2nm的In0.46Ga0.54N。然后将Si和 附加的Ga泻流室的闸门打开84秒并且生长7nm的以5×1018cm-3的水平 掺杂有Si的In0.04Ga0.96N。然后将Si和附加的Ga泻流室的闸门打开84秒 并且生长7nm的以5×1018cm-3的水平掺杂有Si的In0.2Ga0.8N。然后将Si 和附加的Ga泻流室的闸门关闭并保持24秒生长2nm的In0.46Ga0.54N。然 后关闭Ga、In室的和N等离子体源的闸门。
根据实施例I中的步骤f)至h)进行层6、7和8的生长。
实施例XIV
半导体激光二极管的设计和制造，其中光学活性区域5由在氮化镓、 氮化铟氮化铝和它的合金的基础上的两个InGaN/InGaN量子阱组成，它发 射950nm波长的光。
a)衬底1的制备和层2的生长根据实施例I的步骤a)至b)进行。
c)底部n-型覆盖层3的生长
在生长室中，将具有缓冲层2的衬底1加热到710℃并且根据实施例 I的b)点建立等离子体源的参数。将Ga泻流室加热到1010℃，将Si泻流 室加热到1180℃。然后将Ga、Si和N等离子体源闸门打开100分钟，生 长0.5μm的以5×1018cm-3的水平掺杂有Si的GaN(通过SIMS测定Si浓度)。 然后关闭Ga、Si室的和N等离子体源的闸门。
d)底部n-型波导层4的生长
将具有缓冲层2和3的衬底1加热到600℃，将Ga泻流室加热到 934℃，将附加的Ga源加热到975℃，将In泻流室加热到900℃并且将 Si泻流室加热到1180℃。根据实施例I的b)点建立等离子体源的参数。将 In、Ga、Si室和N等离子体源的闸门打开20分钟并生长0.1μm的以 5×1018cm-3的水平掺杂有Si的In0.46Ga0.54N(通过SIMS测定Si浓度)。然后 关闭Ga、In、Si室的和N等离子体源的闸门。
e)光学活性层5的组的生长
对于两个量子阱的生长，已经应用了下列程序。将具有层2、3和4 的衬底1加热到600℃。将Ga泻流室加热到934℃，将Si泻流室加热到 1180℃，将In泻流室加热到900℃。根据实施例I的b)点建立等离子体源 的参数。然后将In室的和N等离子体源的闸门打开18秒并且生长1.5nm 的InN。然后将Si和附加的Ga泻流室的闸门打开84秒并且生长7nm的 以5×1018cm-3的水平掺杂有Si的In0.46Ga0.54N。然后将Si和Ga泻流室的 闸门关闭并用18秒生长1.5nm的InN。然后关闭Ga、In室的和N等离子 体源的闸门。
f)上部波导层6的生长
将具有层2、3、4和5的衬底1加热到600℃，将Ga泻流室加热到 970℃，将In泻流室加热到900℃，并且将Mg泻流室(由Oxford Instruments 制造的泻流室，VG-40cc/KM-28标准)加热到420℃。接着根据实施例I 的步骤b)建立等离子体源的参数。然后将Ga、In、Mg室的和N等离子体 源的闸门打开4分钟并且生长20nm的以7×1018cm-3的水平掺杂有Mg的 In0.02Ga0.82N。它是电子阻挡层。然后关闭Ga、In、Mg室的和N等离子体 源的闸门。将Ga泻流室加热到934℃，将In泻流室加热到900℃并且将 Mg泻流室加热到420℃。然后将Ga、In、Mg室的和N等离子体源的闸 门打开14分钟并且生长70nm的掺杂有Mg的In0.46Ga0.54N。然后关闭Ga、 In、Mg室的和N等离子体源的闸门。
g)上部p-型覆盖层7的生长
将具有层2、3、4、5和6的衬底1加热到620℃，将Ga泻流室加热 到970℃，将In泻流室加热到890℃并且将Mg泻流室加热到420℃。根 据实施例I的步骤b)建立等离子体源的参数。然后将Ga、In、Mg室的和 N等离子体源的闸门打开80分钟并且生长0.4μm的掺杂有Mg的 In0.02Ga0.98N。然后关闭Ga、In、Mg室的和N等离子体源的闸门。
h)接触层8的生长
将具有层2至7的衬底1加热到620℃。将Ga泻流室加热到963℃， 将In泻流室加热到890℃并且将Mg泻流室加热到420℃。根据实施例I 的步骤b)建立等离子体源的参数。然后将Ga、In、Mg室的和N等离子体 源的闸门打开4分钟并且生长20nm的掺杂有Mg的In0.12Ga0.88N。然后关 闭Ga、In、Mg室的和N等离子体源的闸门并且将具有层2至8的衬底1 冷却直到30℃并且从MBE移走。
实施例XV
半导体激光二极管的设计和制造，其中光学活性区域 5由在氮化镓、 氮化铟氮化铝和它的合金的基础上的两个InGaN/InGaN量子阱组成，它发 射260nm波长的光。
a)衬底制备
根据在波兰专利号180448中的发明，制备AlN的结晶衬底1。作为这 个程序的结果，获得了由原子台阶覆盖的晶体表面，所述台阶的宽度与晶 体混乱取向度有关。对于混乱取向度等于1°，原子台阶的宽度等于14.3 nm。接着，用1μm的钼覆盖晶体1的背面。在MBE中生长期间钼层便于 所述衬底的均匀加热。以称作“重力安装”的方式安装MBE生长用的结晶 衬底1，所述方式依赖于衬底1在特殊弹簧9上的的悬挂并随后用蓝宝石 片10覆盖所述衬底。钼保留环11容许这个安装的机械稳定性。具有弹簧 9的系统位于离MBE加热器一些距离并且通过来自所述加热器的辐射(辐 射能的最大值在红外区域中)吸收实现衬底 1的加热。将这样方式制备的衬 底1装载到VG-90 Oxford Instruments MBE系统。然后在除气阶段在450℃ 下除气24小时，然后在600℃下除气30分钟。在达到低于1×10-10托的 真空水平后，将衬底1转移到生长室。激光二极管生长的以下步骤-在实施 例I的步骤b)至h)中所描述-是在VG-90 Oxford Instruments MBE系统的生 长室中进行的。
b)缓冲层2的生长
在生长室中将衬底1(在优于5×10-10托的真空条件中)加热到710℃。 将Ga泻流室加热到972℃，将Al泻流室加热到1138℃并且将Si泻流室 加热到1180℃。接着在1sccm的水平建立高纯度氮(优于1ppb的水平)流。 通过质量流量控制器控制氮流。然后在功率为240W下接通RF等离子体 源(由Veeco制造的Unibulb EPI-RFS-450-G-N)。在打开Al、Ga、Si室的 和N等离子体源的闸门20分钟之后，生长0.1μm的掺杂有Si的 Al0.95Ga0.05N。Si掺杂的水平是5×1018cm-3。然后关闭Al、Ga、Si室的和N 等离子体源的闸门。
c)底部覆盖层 3的生长
在生长室中，将具有缓冲层2的衬底1(在优于5×10-10托的真空条件中) 加热到710℃。将Ga泻流室加热到972℃、将Al泻流室加热到1138℃ 并且将Si泻流室加热到1180℃。接着在1sccm的水平建立高纯度氮(优于 1ppb的水平)流。通过质量流量控制器控制氮流。然后在功率为240W下 接通RF等离子体源(由Veeco制造的Unibulb EPI-RFS-450-G-N)。然后打 开Ga、Al、Si室的和N等离子体源的闸门。然后用80分钟生长0.4μm 的以5×1018cm-3的水平掺杂有Si的Al0.95Ga0.08N。然后关闭Ga、Al、Si泻 流室的和N等离子体源的闸门。
d)底部n-型波导层4的生长
将含有层2和3的衬底1加热到710℃。将Ga泻流室加热到958℃， 将Si泻流室加热到1180℃，将Al泻流室加热到1122℃。根据实施例I 的步骤b)建立等离子体源的参数。然后打开Ga、Al、Si室的和N等离子 体源的闸门。然后用20分钟生长0.1μm的掺杂有Si的Al0.95Ga0.05N。然 后关闭Ga、Al、Si室的和N等离子体源的闸门。
e)光学活性层 5的组的生长
将具有层2至4的衬底 1加热到710℃并且根据实施例I的b)点建立 等离子体源的参数。将Ga泻流室加热到991℃，将Al泻流室加热到 1100℃。然后将Ga、In和N等离子体源的闸门打开24秒并且生长2nm 的Al0.5Ga0.5N。然后关闭Ga、Al、和N等离子体源的闸门。然后将Ga泻 流室加热到970℃，将Si泻流室加热到1180℃。根据实施例I的b)点建立 等离子体源的参数。然后将Ga、Al、Si室的和N等离子体源的闸门打开 84秒并且生长7nm的Al0.7Ga0.3N。然后关闭Ga、Al、Si室的和N等离子 体源的闸门。
然后将Ga泻流室加热到991℃，将Al泻流室加热到1100℃。然后将 Ga、Al室的和N等离子体源的闸门打开24秒并且生长2nm的Al0.5Ga0.5N。 然后关闭Ga、Al室的和N等离子体源的闸门。
f)上部波导层 6的生长
将具有层2至5的衬底 1加热到620℃，将In泻流室加热到890℃， 将Al泻流室加热到1138℃并且将Mg泻流室加热到420℃。接着根据实 施例I的b)点建立等离子体源的参数。然后将Al、In、Mg室的和N等离 子体源的闸门打开4分钟并且生长20nm的掺杂有Mg的In0.05Al0.95N。它 是电子阻挡层。通过SIMS测量的电子阻挡层中氢的量小于1×1017cm-3。 然后关闭Al、In、Mg室的和N等离子体源的闸门。将Ga泻流室加热到 910℃，将In泻流室加热到890℃，将Al泻流室加热到1122℃并且将 Mg泻流室加热到420℃。然后将Ga、In、Mg室的和N等离子体源的闸 门打开14分钟并且生长70nm的掺杂有Mg的In0.02Al0.7Ga0.28N。然后关 闭Ga、In、Mg室的和N等离子体源的闸门。
g)上部p-型覆盖层7的生长
将具有层2至6的衬底1加热到620℃，将In泻流室加热到890℃， 将Al泻流室加热到1138℃并且将Mg泻流室加热到420℃。根据实施例 I的步骤b)建立N等离子体源的参数。然后将Al、In、Mg室的和N等离 子体源的闸门打开80分钟并且生长0.4μm的掺杂有Mg的In0.05Al0.95N。 然后关闭Al、In、Mg室的和N等离子体源的闸门。
h)接触层8的生长
将具有层2至7的衬底1加热到620℃。将Ga泻流室加热到970℃， 将In泻流室加热到890℃并且将Mg泻流室加热到420℃。根据实施例I 的步骤b)建立等离子体源的参数。然后将Ga、In、Mg室的和N等离子体 源的闸门打开40分钟并且生长0.2μm的掺杂有Mg的In0.02Ga0.98N。然后 关闭Ga、In、Mg室的和N等离子体源的闸门并且将具有层2至8的衬底 1冷却到30℃，并且从MBE移走。
实施例XVI
半导体激光二极管的设计和制造，其中光学活性区域5由在氮化镓、 氮化铟氮化铝和它的合金的基础上的两个InGaN/InGaN量子阱组成，它利 用两个Ga源发射408nm波长的光，并且底部覆盖层包含应变补偿的 InGaN层。
a)衬底1的制备和层2的生长根据实施例I的步骤a)至b)进行。
c)n-型底部覆盖层3的生长
在生长室中，将具有缓冲层2的衬底1加热到620℃。将Ga泻流室加 热到963℃，将In泻流室加热到890℃，将Si泻流室加热到1180℃。根 据实施例I的步骤b)建立N等离子体源的参数。然后将Ga、In、Si室的 和N等离子体源的闸门打开20分钟并且生长0.1μm的掺杂有Si的 In0.12Ga0.88N。然后关闭Ga、Al、Si室的和N等离子体源的闸门。然后将 衬底1加热到710℃并且根据实施例I的b)点建立等离子体源的参数。在 将Ga泻流室加热到1007℃，将Si泻流室加热到1180℃并将Al泻流室加 热到1025℃，打开Ga、Al、Si和N等离子体源闸门。然后用120分钟生 长0.6μm的以5×1018cm-3的水平掺杂有Si的Al0.08Ga0.92N(由SIMS测定 Si浓度)。然后关闭Ga、Al、Si室的和N等离子体源的闸门。
层4、5、6、7和8的生长根据实施例I的步骤d)至h)进行。
(按照条约第19条的修改)
1.氮化物基激光二极管，其包含结晶衬底，在所述结晶衬底上顺序生 长n-型层的组、光学活性的层的组和p-型层的组，而所述n-型层的组至少 包含缓冲层、底部n-型覆盖层和底部n-型波导层，而所述p-型层的组至少 包含含有电子阻挡层(EBL)的上部p-型波导层、上部p-型覆盖层和p-型接 触层，其特征在于，所述电子阻挡层包含镁掺杂的合金InxAlyGa1-x-yN其中 1≥x＞0,001 a 1≥y≥0并且在所述电子阻挡层中的氢浓度小于5×1017 cm-3。
2.根据权利要求1的氮化物基半导体激光二极管，其特征在于，所述 上部p-型覆盖层(7)包含镁掺杂层的组，其中至少在一层中铟含量高于 0.001并且在所述覆盖层中的氢浓度低于5×1017cm-3。
3.根据权利要求1的氮化物基半导体激光二极管，其特征在于，所述 上部p-型覆盖层(7)包含镁掺杂层的组，其中在全部层中铟含量高于0.001。
4.根据权利要求1的氮化物基半导体激光二极管，其特征在于，在所 述p-型覆盖层(7)中的氢浓度低于5×1017cm-3。
5.根据权利要求1的氮化物基半导体激光二极管，其特征在于，所述 结晶衬底(1)是位错密度小于108cm-2的HVPE衬底。
6.根据权利要求1的氮化物基半导体激光二极管，其特征在于，所述 结晶衬底(1)是位错密度小于108cm-2的ELOG衬底。
7.根据权利要求1的氮化物基半导体激光二极管，其特征在于，所述 结晶衬底(1)中的位错密度为小于105cm-2。
8.根据权利要求1的氮化物基半导体激光二极管，其特征在于，所述 结晶衬底(1)是通过高压法制造的并且位错密度小于103cm-2的衬底。
9.制造氮化物基半导体激光二极管的方法，基于在结晶衬底上按顺序 外延地沉积n-型层的组、光学活性的层的组和p-型层的组，而所述n-型层 的组至少包含缓冲层、底部n-型覆盖层和底部n-型波导层，而所述p-型层 的组至少包含含有电子阻挡层(EBL)的上部p-型波导层、上部p-型覆盖层 和p-型接触层，其特征在于，在铟存在下，通过PAMBE生长所述p-型波 导层(6)和p-型覆盖层(7)。
10.根据权利要求9的方法，其特征在于，在铟存在下，通过PAMBE 生长所述电子阻挡层。
11.根据权利要求9的方法，其特征在于，在铟存在下，通过PAMBE 生长所述p-型覆盖层(7)。
12.根据权利要求9的方法，其特征在于，在铟存在下，通过PAMBE 生长所述n-型覆盖层(3)。
13.根据权利要求9或10的方法，其特征在于，将位错密度小于108 cm-2的HVPE衬底用作所述结晶衬底(1)。
14.根据权利要求9或10的方法，其特征在于，将位错密度小于108 cm-2的ELOG衬底用作所述结晶衬底(1)。
15.根据权利要求9或10的方法，其特征在于，将位错密度小于105 cm-2的结晶衬底用作所述结晶衬底(1)。
16.根据权利要求9或10的方法，其特征在于，将通过高压法制造的 并且位错密度小于103cm-2的结晶衬底用作所述结晶衬底(1)。
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