ES2317279T3 - Diodo laser a base de nitruro y metodo de fabricacion de un diodo laser a base de nitruro. - Google Patents
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Abstract
Diodo láser a base de nitruro, que comprende un sustrato (1) cristalino sobre el cual se hacen crecer en secuencia un conjunto de capas de tipo n, un conjunto ópticamente activo de capas (5) y un conjunto de capas de tipo p, mientras que dicho conjunto de capas de tipo n comprende al menos una capa (2) tampón, una capa (3) de revestimiento de tipo n inferior y una capa (4) guiaondas de tipo n inferior y mientras que dicho conjunto de capas de tipo p comprende al menos una capa (6) guiaondas de tipo p superior que contiene una capa de bloqueo de electrones, una capa (7) de revestimiento de tipo p superior y una capa (8) de contacto de tipo p, caracterizado porque dicha capa de bloqueo de electrones comprende una aleación dopada con magnesio InxAlyGa1-x-yN en la que 1> = x > 0,001 y 1= y= 0 y la concentración de hidrógeno en dicha capa de bloqueo de electrones es inferior a 5 x 10 17 cm -3 .
Description
Diodo láser a base de nitruro y método de
fabricación de un diodo láser a base de nitruro.
Es objeto de esta invención un diodo láser
semiconductor a base de nitruro y un método de fabricación del
diodo láser a base de nitruro mediante epitaxia de haces moleculares
con el uso de átomos de nitrógeno y/o moléculas excitados (RN
MBE).
Los materiales semiconductores se han
sintetizado durante mucho tiempo mediante diferentes métodos
epitaxiales. Hay varias técnicas de crecimiento epitaxial conocidas
tales como epitaxia en fase líquida (LPE, liquid phase
epitaxy), epitaxia en fase vapor con cloruro (ClVPE, chloride
vapor epitaxy), epitaxia en fase vapor con hidruro (HVPE,
hydride vapor epitaxy), epitaxia de haces moleculares (MBE,
molecular beam epitaxy), epitaxia de haces químicos (CBE,
chemical beam epitaxy) y epitaxia en fase vapor con
compuestos organometálicos (MOVPE, metal organic phase
epitaxy). Los detalles con respecto al método de MBE se muestran
por ejemplo en el trabajo de M.A. Herman (M.A. Herman, H. Sitter
"Molecular Beam Epitaxy, Fundamentals and Current Status" en
Springer Series in Materials Science, 2ª Edición,
Springer-Verlag Berlín Heidelberg Nueva York 1996,
ISBN
3-540-60594-0).
El nitrógeno existe como moléculas de dos átomos
cuya energía de unión es tan alta que las moléculas de nitrógeno no
pueden descomponerse en átomos individuales (necesario para el
crecimiento epitaxial) cuando están en contacto con un sustrato
caliente. Debido a este hecho, en el procedimiento epitaxial con
nitruro se usan dos métodos de generación de átomos de nitrógeno
activos. En el primer método se crea nitrógeno atómico como
resultado de la descomposición de amoniaco (NH_{3}) (la
descomposición es posible debido a la alta temperatura en el
sustrato crecido) pero en paralelo, se crea hidrógeno atómico. En el
segundo método, la descomposición o excitación de las moléculas de
nitrógeno tiene lugar antes de suministrárselo a la superficie.
Hasta ahora, se conocen dos métodos de
fabricación de diodos láser semiconductores a base de nitruro de
galio, nitruro de indio, nitruro de aluminio y sus aleaciones
mediante crecimiento epitaxial - MOVPE y MBE con fuente gaseosa
(GSMBE).
El método de MOVPE, se basa en hacer uso de
epitaxia MOVPE con amoniaco (NH_{3}) descrita por ejemplo en el
trabajo de S. Nakamura (Shuji Nakamura, Gerhard Fasol "The Blue
Laser Diode, GaN Based Emitters and Lasers" Springer -Verlag
1997 (ISBN
3-540-61590-3)).
Usando este método, en 1995 se demostró el primer diodo láser azul
con funcionamiento por pulsos. Poco después de obtener la acción
láser de onda continua en 1999, se ofrecieron en el mercado diodos
láser violetas con una potencia óptica de 5 mW por Nichija company.
Hasta ahora, la acción láser se demostró solamente en pocos grupos
de investigación (por ejemplo tres en EE.UU., tres en Europa
incluyendo el Institute of High Pressure PAS así como uno en Corea
y uno en Taiwán). El diseño y el modo de fabricación de un diodo
láser semiconductor azul-violeta se describe por
ejemplo en el trabajo ya citado de S. Nakamura y G. Fasol (Shuji
Nakamura, Gerhard Fasol "The Blue Laser Diode, GaN Based Emitters
and Lasers" Springer - Verlag 1997 (ISBN
3-540-61590-3)). Un
diseño de ejemplo de un diodo de ese tipo consiste en un sustrato de
zafiro sobre el cual se hacen crecer la siguientes capas: 30 nm de
tampón GaN, 3 \mum de GaN:Si, 0,1 \mum de
In_{0,05}Ga_{0,95}N:Si, 0,5 \mum de
Al_{0,07}Ga_{0,93}N:Si, 0,1 \mum de GaN:Si, tres pozos
cuánticos (5 nm de pozos de In_{0,14}Ga_{0,86}N, 10 nm de
barreras de In_{0,02}Ga_{0,98}N), 20 nm de
Al_{0,2}Ga_{0,8}N:Mg, 0,1 \mum de GaN:Mg, 0,5 \mum de
Al_{0,07}Ga_{0,93}N:Mg, 0,2 \mum de GaN:Mg. El dopado de tipo
p se alcanza mediante la introducción en la cámara del reactor del
compuesto Cp_{2}Mg.
El método de GSMBE se basa en un procedimiento
epitaxial en el que los elementos del grupo V se suministran
mediante fuentes gaseosas. La GSMBE de nitruros, de manera similar
al método de MOVPE usa NH_{3} como gas que suministra nitrógeno a
la capa y Cp_{2}Mg como fuente de dopado de tipo p. Los detalles
de este método se muestran por ejemplo en el trabajo de (S.E.
Hooper, M. Kauer, V. Bousquet, K. Johnson, J.M. Barnes y J.
Heffernan, Electronic Letters vol. 40, 8 de enero de 2004).
Por tanto, una característica común de ambos
métodos es el uso de amoniaco como fuente de nitrógeno en las capas
sintetizadas. Durante la descomposición del amoniaco en la
superficie caliente, se libera una gran cantidad de hidrógeno, que
entra en el cristal crecido y puede deteriorar la calidad de las
capas. Por ejemplo, el hidrógeno compensa los aceptores de magnesio
(se crea un enlace H-Mg) y se requiere un
procedimiento térmico especial tras el procedimiento de crecimiento
para activar la conductividad de tipo p tal como se mostró
anteriormente en el trabajo de S. Nakamura y G. Fasol. Aunque los
autores del método de GSMBE reivindiquen que no hay necesidad de
activación térmica de las capas tras el procedimiento de crecimiento
con el fin de lograr la conductividad de tipo p, los parámetros
inferiores de los diodos láser producidos mediante la GSMBE pueden
deberse a las dificultades en la activación de Mg en las capas
lejanas de la superficie en las inmediaciones de los pozos
cuánticos. En general, merece la pena observar que el hidrógeno que
está presente en alta concentración en las capas crecidas con
NH_{3} puede degradar la calidad y cambiar los parámetros de las
capas crecidas mediante MOVPE y GSMBE. Esto puede tener un impacto
negativo en propiedades tales como la estabilidad de los pozos
cuánticos de InGaN o elevar los valores de densidad de corriente
umbral.
También se conocen dispositivos de emisión de
luz a base de GaN crecido mediante MOCVD del documento
US-B1-6 455 337.
En la tecnología de crecimiento epitaxial
también se conoce un método de epitaxia de haces moleculares,
denominado MBE con nitrógeno reactivo (RN-MBE), que
usa moléculas de nitrógeno y átomos químicamente activos. Una de
las versiones de la RN-MBE es MBE asistida por
plasma (PAMBE, Plasma Assisted MBE). La PAMBE se basa en el
hecho de que los átomos constituyentes de capa tales como Ga, In,
Al, Si, Mg se suministran mediante la evaporación de estas especies
a partir de las células de efusión (en las que el flujo de
componentes dados es una función de la temperatura de la célula de
efusión). El nitrógeno activo en la PAMBE se suministra mediante la
unidad de plasma en forma de un haz de átomos y moléculas excitados.
La unidad de plasma es un dispositivo que excita (o disocia) las
moléculas de nitrógeno (con el fin de crear nitruros de galio,
indio, aluminio y sus aleaciones). Por ejemplo, puede ser un
dispositivo en el que la radiación de radiofrecuencia (fuente de
plasma de RF) o el efecto de resonancia ciclotrónica (fuente de
plasma de ECR) excita las moléculas de nitrógeno.
El diodo láser según esta invención comprende un
sustrato cristalino sobre el cual se hace crecer en secuencia un
conjunto de capas de tipo n, un conjunto ópticamente activo de capas
y un conjunto de capas de tipo p. Dicho conjunto de capas de tipo n
comprende al menos una capa tampón, una capa de revestimiento de
tipo n inferior y una capa guiaondas de tipo n inferior. Dicho
conjunto de capas de tipo p comprende al menos una capa guiaondas
de tipo p superior que contiene una capa de bloqueo de electrones
(EBL, electron blocking layer), una capa de revestimiento de
tipo p superior y una capa de contacto de tipo p. En tal estructura
dicha capa de bloqueo de electrones comprende una aleación dopada
con magnesio
In_{x}Al_{y}Ga_{1-x-y}N en la
que 1 \geq x > 0,001 a 1 \geq y \geq 0, en la que la
concentración de hidrógeno en dicha capa de bloqueo de electrones
es inferior a 5 x 10^{17} cm^{-3}.
En otra variedad de este diodo láser dicha capa
de revestimiento de tipo p superior comprende un conjunto de capas
dopado con magnesio, en el que al menos en una capa el contenido en
indio es superior a 0,001 y la concentración de hidrógeno en dicha
capa de revestimiento es inferior a 5 x 10^{17} cm^{-3}.
En otra variedad de este diodo láser dicha capa
de revestimiento de tipo p superior comprende un conjunto de capas
dopadas con magnesio en las que en todas las capas el contenido en
indio es superior a 0,001.
En aún otra variedad de este diodo láser la
concentración de hidrógeno en dicha capa de revestimiento de tipo p
es inferior a 5 x 10^{17} cm^{-3}.
Según la invención dicho sustrato cristalino de
este diodo láser puede ser un sustrato de HVPE con una densidad de
dislocaciones inferior a 10^{8} cm^{-2}, o un sustrato de ELOG
con una densidad de dislocaciones inferior a 10^{8}
cm^{-2}.
En otra variedad del diodo láser según la
invención, la densidad de dislocaciones en dicho sustrato cristalino
es inferior a 10^{5} cm^{-2}.
En aún otra variedad de este diodo láser dicho
sustrato cristalino es un sustrato fabricado mediante un método de
alta presión y con una densidad de dislocaciones inferior a 10^{3}
cm^{-2}.
El método según esta invención se basa en
depositar epitaxialmente sobre un sustrato cristalino de modo
secuencial un conjunto de capas de tipo n, un conjunto ópticamente
activo de capas y un conjunto de capas de tipo p. Dicho conjunto de
capas de tipo n comprende al menos una capa tampón, una capa de
revestimiento de tipo n inferior y una capa guiaondas de tipo n
inferior. Dicho conjunto de capas de tipo p comprende al menos una
capa guiaondas de tipo p superior que contiene una capa de bloqueo
de electrones (EBL), una capa de revestimiento de tipo p superior y
una capa de contacto de tipo p. Según la invención dicha capa
guiaondas de tipo p y dicha capa de revestimiento de tipo p se
hacen crecer mediante PAMBE en presencia de indio.
Según la invención dicha capa de bloqueo de
electrones se hace crecer mediante PAMBE en presencia de indio.
En otra variedad de este método, la capa de
revestimiento de tipo p se hace crecer mediante PAMBE en presencia
de indio.
En otra variedad de este método, dicha capa de
revestimiento de tipo n se hace crecer mediante PAMBE en presencia
de indio.
En el método según la invención sustratos de
HVPE con una densidad de dislocaciones inferior a 10^{8}
cm^{-2}, sustratos de ELOG con una densidad de dislocaciones
inferior a 10^{8} cm^{-2}, sustratos cristalinos con una
densidad de dislocaciones inferior a 10^{5} cm^{-2} o un
sustrato fabricado mediante un método de alta presión y con una
densidad de dislocaciones inferior a 10^{3} cm^{-2} pueden
usarse como dicho sustrato cristalino para la deposición
epitaxial.
Como modo de poner en práctica esta invención,
el crecimiento epitaxial de nitruros se realiza sin presencia de
hidrógeno, lo que permite el control total de la conductividad de
tipo p y la mejora de la eficacia de los pozos cuánticos y puede
disminuir la corriente umbral de acción láser. La presencia de indio
durante el crecimiento permite el crecimiento de capas planas
ideales mediante epitaxia de capas atómicas por flujo con escalones
en todo el intervalo del contenido en Al e In. Permite un diseño de
diodo láser en un amplio intervalo de luz emitida desde el UV
profundo hasta el infrarrojo cercano, limitado únicamente por el
intervalo de energía de AlN e InN.
Esta invención se explicará basándose en los
dibujos en los que:
la figura 1 muestra esquemáticamente la
estructura de capas de un diodo láser semiconductor,
la figura 2 presenta un soporte de muestra y un
modo de montaje del sustrato para el crecimiento usando muelles de
molibdeno,
la figura 3 indica el espectro de energía de un
diodo láser semiconductor fabricado mediante PAMBE por debajo de y
por encima de la densidad de corriente umbral de acción láser,
la figura 4 muestra la potencia óptica y el
voltaje como función de la corriente para el diodo láser
semiconductor fabricado mediante PAMBE,
la figura 5 muestra el flujo de Ga (determinado
mediante medidor de iones con monitor) como función de la
temperatura de la célula de efusión de galio,
la figura 6 muestra el flujo de Ga (determinado
mediante medidor de iones con monitor) como función de la
temperatura de la célula de efusión de galio adicional,
la figura 7 muestra el flujo de In (determinado
mediante medidor de iones con monitor) como función de la
temperatura de la célula de efusión de indio,
la figura 8 muestra el flujo de Al (determinado
mediante medidor de iones con monitor) como función de la
temperatura de la célula de efusión de aluminio,
la figura 9 presenta la concentración de Si
medida mediante SIMS como función de la temperatura de la célula de
efusión de Si,
la figura 10 muestra la concentración de Mg
medida mediante SIMS como función de la temperatura de la célula de
efusión de Mg.
La estructura típica de un diodo láser
semiconductor se muestra en la figura 1. El conjunto de capas (2, 3,
4) de tipo n, el conjunto de capas 5 ópticamente activas y el
conjunto de capas (6, 7, 8) de tipo p se hacen crecer
consecutivamente sobre el sustrato 1 cristalino (por ejemplo sobre
GaN a granel). El conjunto de capas de tipo n comprende al menos
una capa 2 tampón, una capa 3 de revestimiento inferior y la parte
inferior del guiaondas. El conjunto de las capas de tipo p
comprende al menos un guiaondas superior (que también incluye, no
indicado en esta figura, una capa de bloqueo de electrones), una
capa 7 de revestimiento superior y una capa 8 de contacto.
Se muestran a continuación varios ejemplos de
fabricación del diodo láser según la invención, utilizando la
estructura de este diodo láser.
El sustrato 1 cristalino con una densidad de
dislocaciones inferior a 10^{5} cm^{-2} se preparó para el
crecimiento según el método descrito en la patente polaca número
180448. Como resultado de tal procedimiento se obtuvo una
superficie cristalina cubierta por escalones atómicos de la anchura
que se relaciona con el grado de desorientación cristalina. Para
una desorientación igual a 1º, la anchura de los escalones atómicos
era igual a 14,3 nm. A continuación, se cubrió el lado trasero del
cristal 1 con 1 \mum de molibdeno. La capa de molibdeno permite
el calentamiento uniforme del sustrato durante el crecimiento por
MBE. El montaje de los sustratos cristalinos para el crecimiento
por MBE es de la manera denominada "montaje por gravedad" que
se basa en la suspensión del sustrato 1 de muelles 9 especiales y el
posterior recubrimiento del sustrato con la placa 10 de zafiro. El
anillo 11 de retención de molibdeno permite la estabilidad mecánica
de este montaje. El sistema con los muelles se ubica a cierta
distancia del calentador de MBE y el calentamiento del sustrato 1
se realiza mediante la absorción de radiación del calentador (el
máximo de la energía de radiación está en la región infrarroja). El
sustrato preparado de tal manera se cargó en un sistema de MBE de
Oxford Instruments VG-90. Después se desgasificó en
una fase de desgasificación durante 24 horas a 450ºC y después
durante 30 minutos a 600ºC. Tras alcanzar un nivel de vacío inferior
a 1 x 10^{-10} torr, se transfirió el sustrato a la cámara de
crecimiento. Las siguientes etapas de crecimiento de diodo láser,
descritas en las etapas b) a h) del ejemplo I, se realizaron en la
cámara de crecimiento del sistema de MBE de Oxford Instruments
VG-90.
Para el crecimiento epitaxial de las capas, se
usó el sistema de epitaxia de haces moleculares equipado con una
fuente químicamente activa de moléculas y átomos de nitrógeno (MBE
con nitrógeno reactivo). En particular, el método de MBE asistida
por plasma es una de las implementaciones de RN MBE. En esta
técnica, los átomos que forman capas tales como Ga, In, Al, Si, Mg
se originan de la evaporación de estos átomos de las células de
efusión (en las que el flujo de átomos incidentes es función de la
temperatura de la célula de efusión) mientras que el nitrógeno se
suministra a partir del flujo de átomos de nitrógeno o/y moléculas
excitados que se originan de la unidad de fuente de plasma. La
fuente de plasma es un dispositivo que excita (o disuelve) las
moléculas de nitrógeno y permite el crecimiento de GaN, InN, AlN y
sus aleaciones. Por ejemplo, puede ser un dispositivo que utiliza
excitación por microondas y radiofrecuencia (RF) de moléculas que
comprenden nitrógeno (fuente de plasma de RF) o que utiliza el
efecto de resonancia ciclotrónica (fuente de plasma de ECR). En el
ejemplo I se usó un dispositivo de fuente de plasma de RF (Unibulb
EPI-RFS-450- G-N
fabricado por Veeco).
El sustrato 1 (en condiciones de vacío mejores
que 5 x 10^{-10} torr) se calentó hasta 710ºC en la cámara de
crecimiento. La célula de efusión de Ga se calentó hasta 1010ºC
(célula de efusión fabricada por Veeco,
VG-300-SUMO-L) y la
célula de efusión de Si hasta 1180ºC (célula de efusión fabricada
por Oxford Instruments, VG-40cc/norma
KM-28). En las figuras 7, 8 y 9 se muestran los
flujos de Ga, In y Al como función de las temperaturas de las
células de efusión de Ga, In, Al (medidas mediante medidor de iones
con monitor fabricado por Varian usando corriente iónica de 1 mA).
A continuación se estableció el flujo de nitrógeno de alta pureza
(a un nivel mejor que 1 ppb) a un nivel de 1 sccm. Se controló el
flujo de nitrógeno mediante controlador de flujo de masa. Después
se encendió la fuente de plasma de RF (Unibulb
EPI-RFS-450-G-N
fabricada por Veeco) a una potencia de 240 W. Tras abrir los
obturadores de las células de Ga, Si y de la fuente de plasma de N
durante 20 minutos, se hicieron crecer 0,1 \mum de GaN dopado con
Si. El nivel de dopado de Si era de 5 x 10^{18} cm^{-3} (medido
mediante SIMS tras el crecimiento). Después se cerraron los
obturadores de las células de Ga, Si y de la fuente de plasma de
N.
El sustrato 1 (en condiciones de vacío mejores
que 5 x 10^{-10} torr) se calentó hasta 710ºC en la cámara de
crecimiento. Los parámetros de funcionamiento de la fuente de plasma
se establecieron según la etapa b) del ejemplo I. Tras calentar la
célula de efusión de Ga hasta 1007ºC, la célula de efusión de Si
hasta 1180ºC y la célula de efusión de Al hasta 1025ºC
(VG-300-SUMO-Al-L
fabricada por Veeco) se abrieron los obturadores de las células de
Ga, Al, Si y de la fuente de plasma de N. Después durante 100
minutos se hicieron crecer 0,5 \mum de Al_{0,08}Ga_{0,92}N
dopada con Si a un nivel de 5 x 10^{18} cm^{-3} (se determinó la
concentración de Si mediante SIMS - figura 9). Después se cerraron
los obturadores de las células de efusión de Ga, Al, Si y de la
fuente de plasma de N.
El sustrato 1 con las capas 2 y 3 se calentó
hasta 710ºC. La célula de efusión de Ga se calentó hasta 1007ºC, la
célula de efusión de Si se calentó hasta 1180ºC y los parámetros de
la fuente de plasma se establecieron según la etapa b) del ejemplo
I. Tras abrir de los obturadores de las células de Ga y Si así como
de la fuente de plasma de N durante 20 minutos, se hicieron crecer
0,1 \mum de GaN dopado con Si a un nivel de 5 x 10^{18}
cm^{-3}. Después se cerraron los obturadores de las células de Ga,
Al, Si y de la fuente de plasma de N. Después, la célula de efusión
de Ga se calentó hasta 970ºC, la célula de efusión de Si se calentó
hasta 1180ºC y la célula de efusión de In se calentó hasta 890ºC
(célula de efusión fabricada por Oxford Instruments,
VG-40cc / norma KM-28). Los
parámetros de la fuente de plasma de N se establecieron según la
etapa b) del ejemplo I. Después, el sustrato se calentó hasta 620ºC
y a continuación se abrieron los obturadores de las células de In,
Ga, Si y de la fuente de plasma de N durante 6 minutos, se hicieron
crecer 30 nm de In_{0,02}Ga_{0,98}N dopada con Si a un nivel de
5 x 10^{18} cm^{-3}. Después se cerraron los obturadores de las
células de In, Ga, Si y de la fuente de plasma de N.
En las estructuras de diodo láser semiconductor,
el número de los pozos cuánticos ópticamente activos varía entre 1
y 20. Se repitió el procedimiento descrito en las etapas (A) y (B)
N-1 veces, en el que N es un número de pozos
cuánticos.
Por ejemplo para un diodo láser de cinco pozos
cuánticos, se repite el procedimiento descrito en las etapas (A) y
(B) 4 veces.
Etapa
(A)
El sustrato 1 con las capas 2, 3, y 4 se calentó
hasta 620ºC. Los parámetros de la fuente de plasma se establecieron
según la etapa b) del ejemplo I. La célula de efusión de Ga se
calentó hasta 963ºC y la célula de efusión de In se calentó hasta
890ºC. Después se abrieron los obturadores de las células de Ga, In
y de la fuente de plasma de N durante 36 segundos y se hicieron
crecer 3 nm de In_{0,12}Ga_{0,88}N. Después se cerraron los
obturadores de las células de Ga, In y de la fuente de plasma de
N.
Etapa
(B)
El sustrato 1 con las capas 2, 3, y 4 se calentó
hasta 620ºC. Los parámetros de la fuente de plasma se establecieron
según la etapa b) del ejemplo I. La célula de efusión de Ga se
calentó hasta 970ºC, la célula de efusión de In se calentó hasta
890ºC y la célula de efusión de Si se calentó hasta 1180ºC. Después
se abrieron los obturadores de las células de efusión de Ga, In, Si
y de la fuente de plasma de N durante 84 segundos y se hicieron
crecer 7 nm de In_{0,02}Ga_{0,98}N dopada con Si a un nivel de 5
x 10^{18} cm^{-3}. Después se cerraron los obturadores de las
células de Ga, In y de la fuente de plasma de N.
Tras repetir las etapas (A) y (B) cuatro veces,
el sustrato se calentó I hasta 620ºC, la célula de efusión de Ga se
calentó hasta 963ºC y la célula de efusión de In se calentó hasta
890ºC. Los parámetros de la fuente de plasma se establecieron según
la etapa b) del ejemplo I. Después se abrieron los obturadores de
las células de efusión de Ga, In y de la fuente de plasma de N
durante 36 segundos y se hicieron crecer 3 nm de
In_{0,12}Ga_{0,88}N.
Después se cerraron los obturadores de las
células de Ga, In y de la fuente de plasma de N. A continuación, el
sustrato 1 se calentó hasta 620ºC, la célula de efusión de Ga se
calentó hasta 970ºC y la célula de efusión de In se calentó hasta
890ºC.
Los parámetros de la fuente de plasma se
establecieron según la etapa b) del ejemplo I. Después se abrieron
los obturadores de las células de Ga, In y de la fuente de plasma de
N durante 12 segundos y se hizo crecer 1 nm de
In_{0,02}Ga_{0,98}N. Después se cerraron los obturadores de las
células de Ga, In y de la fuente de plasma de N.
El sustrato 1 con las capas 2, 3, 4 y 5 se
calentó hasta 620ºC, la célula de efusión de Ga se calentó hasta
958ºC y la célula de efusión de In se calentó hasta 890ºC, la célula
de efusión de Al se calentó hasta 1045ºC y la célula de efusión de
Mg (célula de efusión fabricada por Oxford Instruments,
VG-40cc/norma KM-28) hasta 420ºC. A
continuación, los parámetros de la fuente de plasma se establecieron
según la etapa b) del ejemplo I. Después se abrieron los
obturadores de las células de Al, Ga, In, Mg y de la fuente de
plasma de N durante 4 minutos y se hicieron crecer 20 nm de
In_{0,02}Al_{0,16}Ga_{0,8}2N dopada con Mg a un nivel de 7 x
10^{19} cm^{-3}. Es una capa de bloqueo de electrones. La
cantidad de hidrógeno en la capa de bloqueo de electrones medida
mediante SIMS era inferior a 1 x 10^{17} cm^{-3}. Después se
cerraron los obturadores de las células de Al, Ga, In, Mg y de la
fuente de plasma de N. La célula de efusión de Ga se calentó hasta
970ºC, la célula de efusión de In se calentó hasta 890ºC y la célula
de efusión de Mg se calentó hasta 420ºC. Después se abrieron los
obturadores de las células de Ga, In, Mg y de la fuente de plasma de
N durante 14 minutos y se hicieron crecer 70 nm de
In_{0,02}Ga_{0,98}N dopada con Mg a un nivel de 7 x 10^{19}
cm^{-3} (determinado mediante SIMS - figura 10). Después se
cerraron los obturadores de las células de Ga, In, Mg y de la
fuente de plasma de N.
El sustrato 1 con las capas 2, 3, 4, 5 y 6 se
calentó hasta 620ºC, la célula de efusión de Ga se calentó hasta
958ºC, la célula de efusión de In se calentó hasta 890ºC, la célula
de efusión de Al se calentó hasta 1045ºC y la célula de efusión de
Mg hasta 420ºC. Los parámetros de la fuente de plasma se
establecieron según la etapa b) del ejemplo I. Después se abrieron
los obturadores de las células de Al, Ga, In, Mg y de la fuente de
plasma de N durante 30 segundos y se hicieron crecer 2,5 nm de
In_{0,02}Al_{0,16}Ga_{0,82}N dopada con Mg a un nivel de 7 x
10^{18} cm^{-3}. Después se cerraron los obturadores de las
células de Al, Ga, In, Mg y de la fuente de plasma de N. Después,
el sustrato se calentó hasta 620ºC, la célula de efusión de Ga se
calentó hasta 970ºC, la célula de efusión de In se calentó hasta
890ºC y la célula de efusión de Mg hasta 420ºC. Los parámetros de
la fuente de plasma se establecieron según la etapa b) del ejemplo
I. Después se abrieron los obturadores de las células de Al, Ga,
In, Mg y de la fuente de plasma de N durante 30 segundos y se
hicieron crecer 2,5 nm de In_{0,02}Ga_{0,98}N dopada con Mg.
Después se cerraron los obturadores de las células de Ga, In, Mg y
de la fuente de plasma de N. Se repitió el procedimiento anterior 80
veces.
El sustrato 1 con las capas 2 a 7 se calentó
hasta 620ºC. La célula de efusión de Ga se calentó hasta 970ºC, la
célula de efusión de In se calentó hasta 890ºC y la célula de
efusión de Mg se calentó hasta 420ºC. Los parámetros de la fuente
de plasma se establecieron según la etapa b) del ejemplo I. Después
se abrieron los obturadores de las células de Ga, In, Mg y de la
fuente de plasma de N durante 4 minutos y se hicieron crecer 20 nm
de In_{0,02}Ga_{0,98}N dopada con Mg. Después se cerraron los
obturadores de las células de Ga, In, Mg y de la fuente de plasma
de N y se enfrió el sustrato 1 con las capas 2 a 8 hasta 30ºC y se
retiró de la MBE. En la figura 3 se muestra la característica
espectral del diodo láser semiconductor. Se hicieron crecer el
conjunto de capas para este diodo según el ejemplo I. Se fabricaron
dispositivos de trabajo con dimensiones de 0,3 mm x 0,1 mm x 0,5 mm
con 15 \mum x 500 \mum de región activa guiaondas con estriados
internos mediante un procedimiento de procesamiento convencional en
el que se fabricaron los espejos de láser por escisión. La figura 4
presenta las características de voltaje - corriente y dependencia de
potencia óptica como función de la corriente.
a) La preparación del sustrato 1 y el
crecimiento de las capas 2 a 7 se realizaron según las etapas desde
a) hasta g) del ejemplo I.
b) El sustrato 1 con las capas 2 a 7 obtenidas
se calentó hasta 620ºC. La célula de efusión de Ga se calentó hasta
970ºC, la célula de efusión de In se calentó hasta 890ºC y la célula
de efusión de Mg se calentó hasta 420ºC. Los parámetros de la
fuente de plasma se establecieron según la etapa b) del ejemplo I.
Después se abrieron los obturadores de las células de efusión de
Ga, In, Mg y de la fuente de plasma de N durante 4 minutos y se
hicieron crecer 20 nm de In_{0,02}Ga_{0,98}N dopada con Mg.
Después se cerraron los obturadores de las células de efusión de
Ga, In, Mg y de la fuente de plasma de N y la célula de efusión de
Ga se calentó hasta 963ºC, la célula de efusión de In se calentó
hasta 890ºC y la célula de efusión de Mg hasta 420ºC. Los
parámetros de la fuente de plasma se establecieron según la etapa b)
del ejemplo I. Después se abrieron los obturadores de las células
de efusión de Ga, In, Mg y de la fuente de plasma de N durante 36
segundos y se hicieron crecer 3 nm de In_{0,12}Ga_{0,88}N
dopada con Mg. Después se cerraron los obturadores de las células
de efusión de Ga, In, Mg y de la fuente de plasma de N y se enfrió
el sustrato 1 con las capas 2 a 8 hasta 30ºC y se retiró de la
MBE.
a) La preparación del sustrato 1 y el
crecimiento de las capas 2 a 4 se realizaron según las etapas desde
a) hasta d) del ejemplo I.
Para el crecimiento de dos pozos cuánticos (en
diodo láser semiconductor el número de pozos cuánticos varía entre
1 y 20) se ha aplicado el siguiente procedimiento. El sustrato 1 con
las capas 2, 3 y 4 se calentó hasta 620ºC. La célula de efusión de
Ga se calentó hasta 963ºC, la célula de efusión de Ga adicional se
calentó hasta 969ºC (célula de efusión fabricada por Oxford
Instruments, VG-40cc/norma KM-28 -
se muestra el flujo de Ga como función de la temperatura para esta
célula en la figura 6), la célula de efusión de Si se calentó hasta
1180ºC, la célula de efusión de In se calentó hasta 890ºC. Los
parámetros de la fuente de plasma se establecieron según el punto
b) del ejemplo I. Después se abrieron los obturadores de las células
de efusión de Ga, In y de la fuente de plasma de N durante 36
segundos y se hicieron crecer 3 nm de In_{0,12}Ga_{0,88}N.
Después se abrieron los obturadores de las células de efusión de Ga
adicionales y de Si durante 84 segundos y se hicieron crecer 7 nm
de In_{0,02}Ga_{0,98}N dopada con Si a un nivel 5 x 10^{18}
cm^{-3}. Después se cerraron los obturadores de las células de
efusión de Ga adicionales y de Si y durante 36 segundos se hicieron
crecer 3 nm de In_{0,12}Ga_{0,88}N. Después se abrió el
obturador de la célula de Ga adicional durante 12 segundos y se
hizo crecer 1 nm de In_{0,02}Ga_{0,98}N. Después se cerraron los
obturadores de las células de efusión de Ga, In, Ga adicional y de
la fuente de plasma de N. El crecimiento de las capas 6, 7 y 8 se
realizó según las etapas f) a h) del ejemplo I.
a) La preparación del sustrato 1 y el
crecimiento de las capas 2, 3 y 4 se realizaron según las etapas a)
a d) del ejemplo I.
En este ejemplo para el crecimiento de dos pozos
cuánticos se ha aplicado el siguiente procedimiento.
El sustrato 1 con las capas 2, 3 y 4 se calentó
hasta 620ºC. La célula de efusión de Ga se calentó hasta 963ºC, la
célula de efusión de Ga adicional se calentó hasta 969ºC (célula de
efusión fabricada por Oxford Instruments,
VG-40cc/norma KM-28 - se muestra el
flujo de Ga como función de la temperatura para esta célula en la
figura 6), la célula de efusión de Si se calentó hasta 1180ºC, la
célula de efusión de In se calentó hasta 890ºC. Los parámetros de
la fuente de plasma se establecieron según la etapa b) del ejemplo
I. Después se abrieron los obturadores de las células de Ga, In y
de la fuente de plasma de N durante 36 segundos y se hicieron crecer
3 nm de In_{0,12}Ga_{0,88}N. Después se abrieron los
obturadores de las células de efusión de Ga adicionales y de Si
durante 84 segundos y se hicieron crecer 7 nm de
In_{0,02}Ga_{0,98}N dopada con Si a un nivel 5 x 10^{18}
cm^{-3}. Después se cerraron los obturadores de las células de
efusión de Ga adicionales y de Si y durante 36 segundos se hicieron
crecer 3 nm de In_{0,12}Ga_{0,88}N.
Después se cerraron los obturadores de las
células de Ga, In y de la fuente de plasma de N.
El crecimiento de las capas 6, 7 y 8 se realizó
según las etapas f) a h) del ejemplo I.
a) La preparación del sustrato 1 y el
crecimiento de las capas 2 a 6 se realizaron según las etapas a) a
f) del ejemplo IV.
El sustrato 1 con las capas 2 a 6 se calentó
hasta 620ºC. La célula de efusión de Ga se calentó hasta 962ºC, la
célula de efusión de In se calentó hasta 890ºC, la célula de efusión
de Al se calentó hasta 1025ºC y la célula de efusión de Mg hasta
420ºC. Los parámetros de la fuente de plasma se establecieron según
la etapa b) del ejemplo I. Después se abrieron los obturadores de
las células de Al, Ga, In, Mg y de la fuente de plasma de N durante
70 minutos y se hicieron crecer 0,35 \mum de
In_{0,02}Al_{0,08}Ga_{0,9}N dopada con Mg a un nivel de 7 x
10^{19} cm^{-3}. Después se cerraron los obturadores de las
células de Ga, In, Mg y de la fuente de plasma de N. El crecimiento
de la capa 8 se realizó según la etapa h) del ejemplo I.
a) La preparación del sustrato 1 y el
crecimiento de las capas 2, 3 y 4 se realizaron según las etapas a)
a d) del ejemplo I.
En este ejemplo para el crecimiento de dos pozos
cuánticos se ha aplicado el siguiente procedimiento. El sustrato 1
con las capas 2, 3 y 4 se calentó hasta 600ºC. La célula de efusión
de Ga se calentó hasta 934ºC, la célula de efusión de Ga adicional
se calentó hasta 975ºC (célula de efusión fabricada por Oxford
Instruments, VG-40cc / norma
KM-28), la célula de efusión de Si se calentó hasta
1180ºC y la célula de efusión de In se calentó hasta 900ºC. Los
parámetros de la fuente de plasma se establecieron según la etapa b)
del ejemplo I. Después se abrieron los obturadores de las células
de Ga, In y de la fuente de plasma de N durante 24 segundos y se
hicieron crecer 2 nm de In_{0,46}Ga_{0,54}N. Después se abrieron
los obturadores de las células de efusión de Ga adicionales y de Si
durante 84 segundos y se hicieron crecer 7 nm de
In_{0,2}Ga_{0,8}N dopada con Si a un nivel 5 x 10^{18}
cm^{-3}.
Después se cerraron los obturadores de las
células de efusión de Ga adicionales y de Si y durante 24 segundos
se hicieron crecer 2 nm de In_{0,46}Ga_{0,54}N. Después se
cerraron los obturadores de las células de Ga, In y de la fuente de
plasma de N. El crecimiento de las capas 6, 7 y 8 se realizó según
las etapas f) a h) del ejemplo I.
a) La preparación del sustrato 1 y el
crecimiento de las capas 2, 3 y 4 se realizaron según las etapas
desde a) hasta d) del ejemplo I.
En este ejemplo para el crecimiento de dos pozos
cuánticos se ha aplicado el siguiente procedimiento: El sustrato 1
con las capas 2, 3 y 4 se calentó hasta 605ºC. La célula de efusión
de Ga se calentó hasta 942ºC, la célula de efusión de Ga adicional
se calentó hasta 975ºC (célula de efusión fabricada por Oxford
Instruments, VG-40cc / norma
KM-28), la célula de efusión de Si se calentó hasta
1180ºC, la célula de efusión de In se calentó hasta 900ºC. Los
parámetros de la fuente de plasma se establecieron según la etapa b)
del ejemplo I. Después se abrieron los obturadores de las células
de Ga, In y de la fuente de plasma de N durante 24 segundos y se
hicieron crecer 2 nm de In_{0,3}Ga_{0,7}N. Después se abrieron
los obturadores de las células de efusión de Ga adicionales y de Si
durante 84 segundos y se hicieron crecer 7 nm de
In_{0,04}Ga_{0,96}N dopada con Si a un nivel 5 x 10^{18}
cm^{-3}. Después se cerraron los obturadores de las células de
efusión de Ga adicionales y de Si y durante 24 segundos se hicieron
crecer 2 nm de In_{0,3}Ga_{0,7}N. Después se cerraron
obturadores de las células de Ga, In y de la fuente de plasma de N.
El crecimiento de las capas 6, 7 y 8 se realizó según las etapas f)
a h) del ejemplo 1.
La preparación del sustrato de GaN crecido
mediante HVPE sobre zafiro con una densidad de dislocaciones
inferior a 10^{7} cm^{-2} se realizó según el método descrito
en la patente polaca número 180448. Como resultado de tal
procedimiento se obtuvo una superficie cristalina cubierta por
escalones atómicos de la anchura que se relaciona con el grado de
desorientación cristalina. A continuación, se cubrió el lado trasero
del sustrato 1 cristalino con 1 \mum de molibdeno. La capa de
molibdeno permite el calentamiento uniforme del sustrato durante el
crecimiento en MBE. El montaje de los sustratos 1 cristalinos para
el crecimiento por MBE es de la manera denominada "montaje por
gravedad" que se basa en el colgamiento del sustrato 1 de muelles
9 especiales y el posterior recubrimiento del sustrato con una
placa 10 de zafiro. El anillo 11 de retención de molibdeno permite
la estabilidad mecánica de este montaje. El sistema con los muelles
9 se ubica a cierta distancia del calentador de MBE y el
calentamiento del sustrato 1 se realiza mediante la absorción de
radiación del calentador (el máximo de la energía de radiación está
en la región infrarroja). El sustrato preparado de tal manera se
cargó en un sistema de MBE de Oxford Instruments
VG-90. Después se desgasificó en una fase de
desgasificación durante 24 horas a 450ºC y después durante 30
minutos a 600ºC. Tras alcanzar un nivel de vacío inferior a 1 x
10^{-10} torr, se transfirió el sustrato a la cámara de
crecimiento. Las siguientes etapas de crecimiento de diodo láser -
descritas en los puntos b) a h) del ejemplo I - se realizaron en la
cámara de crecimiento del sistema de MBE de Oxford Instruments
VG-90.
El sustrato de GaN de 200 \mum de espesor
crecido mediante HVPE (que se retiró del sustrato de HVPE) con una
densidad de dislocaciones inferior a 10^{6} cm^{-2} se prepara
para el crecimiento de la manera descrita en la patente polaca
número 180448. Como resultado de tal procedimiento se obtuvo la
superficie cristalina cubierta por escalones atómicos de la anchura
que se relaciona con el grado de desorientación cristalina. A
continuación, se cubrió el lado trasero del cristal 1 con 1 \mum
de molibdeno. La capa de molibdeno permite el calentamiento
uniforme del sustrato durante el crecimiento en MBE. El montaje de
los sustratos cristalinos para el crecimiento por MBE es de la
manera denominada "montaje por gravedad" que se basa en el
colgamiento del sustrato 1 de muelles 9 especiales y el posterior
recubrimiento del sustrato con una placa 10 de zafiro. El anillo 11
de retención de molibdeno permite la estabilidad mecánica de este
montaje. El sistema con los muelles 9 se ubica a cierta distancia
del calentador de MBE y el calentamiento del sustrato 1 se realiza
mediante la absorción de radiación del calentador (el máximo de la
energía de radiación está en la región infrarroja). El sustrato 1
preparado de tal manera se cargó en un sistema de MBE de Oxford
Instruments VG-90. Después se desgasificó en una
fase de desgasificación durante 24 horas a 450ºC y después durante
30 minutos a 600ºC. Tras alcanzar un nivel de vacío inferior a 1 x
10^{-10} torr, se transfirió el sustrato a la cámara de
crecimiento. Las siguientes etapas de crecimiento de diodo láser -
descritas en los puntos b) a h) del ejemplo I -se realizaron en la
cámara de crecimiento del sistema de MBE de Oxford Instruments
VG-90.
El sustrato de GaN de 200 \mum de espesor
crecido mediante HVPE (que se retiró del sustrato de HVPE) con una
densidad de dislocaciones inferior a 10^{5} cm^{-2} se prepara
para el crecimiento de la manera descrita en la patente polaca
número 180448. Como resultado de tal procedimiento se obtuvo la
superficie cristalina cubierta por escalones atómicos de la anchura
que se relaciona con el grado de desorientación cristalina. A
continuación, se cubrió el lado trasero del cristal 1 con 1 \mum
de molibdeno. La capa de molibdeno permite el calentamiento
uniforme del sustrato durante el crecimiento en MBE. El montaje de
los sustratos cristalinos para el crecimiento por MBE es de la
manera denominada "montaje por gravedad" que se basa en el
colgamiento del sustrato 1 de muelles 9 especiales y el posterior
recubrimiento del sustrato con una placa 10 de zafiro. El anillo I
de retención de molibdeno permite la estabilidad mecánica de este
montaje. El sistema con los muelles se ubica a cierta distancia del
calentador de MBE y el calentamiento del sustrato 1 se realiza
mediante la absorción de radiación del calentador (el máximo de la
energía de radiación está en la región infrarroja). El sustrato 1
preparado de tal manera se cargó en un sistema de MBE de Oxford
Instruments VG-90.
Después se desgasificó en una fase de
desgasificación durante 24 horas a 450ºC y después durante 30
minutos a 600ºC.
Tras alcanzar un nivel de vacío inferior a 1 x
10^{-10} torr, se transfirió el sustrato 1 a la cámara de
crecimiento. Las siguientes etapas de crecimiento de diodo láser
descritas en los puntos b) a h) se realizaron en la cámara de
crecimiento del sistema de MBE de Oxford Instruments
VG-90.
El sustrato de GaN de 2 mm de espesor crecido
mediante HVPE (que se retiró del sustrato de HVPE) con una densidad
de dislocaciones inferior a 10^{5} cm^{-2} se prepara para el
crecimiento en el plano perpendicular a un eje (1120) de la manera
descrita en la patente polaca número 180448. Como resultado de tal
procedimiento se obtuvo la superficie cristalina cubierta por
escalones atómicos de la anchura que se relaciona con el grado de
desorientación cristalina. A continuación, se cubrió el lado trasero
del cristal 1 con 1 \mum de molibdeno. La capa de molibdeno
permite el calentamiento uniforme del sustrato durante el
crecimiento en MBE. El montaje de los sustratos cristalinos para el
crecimiento por MBE es de la manera denominada "montaje por
gravedad" que se basa en el colgamiento del sustrato 1 de
muelles 9 especiales y el posterior recubrimiento del sustrato con
una placa 10 de zafiro. El anillo 11 de retención de molibdeno
permite la estabilidad mecánica de este montaje. El sistema con los
muelles se ubica a cierta distancia del calentador de MBE y el
calentamiento del sustrato I se realiza mediante la absorción de
radiación del calentador (el máximo de la energía de radiación está
en la región infrarroja). El sustrato 1 preparado de tal manera se
cargó en un sistema de MBE de Oxford Instruments
VG-90. Después se desgasificó en una fase de
desgasificación durante 24 horas a 450ºC y después durante 30
minutos a 600ºC. Tras alcanzar un nivel de vacío inferior a 1 x
10^{-10} torr, se transfirió el sustrato a la cámara de
crecimiento. Las siguientes etapas de crecimiento de diodo láser -
descritas en los puntos b) a h) del ejemplo I - se realizaron en la
cámara de crecimiento del sistema de MBE de Oxford Instruments
VG-90.
El sustrato de ELOG de GaN crecido mediante
MOVPE con una densidad de dislocaciones inferior a 10^{7}
cm^{-2} se prepara para el crecimiento de la manera descrita en
la patente polaca número 180448. Como resultado de tal
procedimiento se obtuvo la superficie cristalina cubierta por
escalones atómicos de la anchura que se relaciona con el grado de
desorientación cristalina. A continuación, se cubrió el lado trasero
del cristal 1 con 1 \mum de molibdeno. La capa de molibdeno
permite el calentamiento uniforme del sustrato durante el
crecimiento en MBE. El montaje de los sustratos cristalinos para el
crecimiento por MBE es de la manera denominada "montaje por
gravedad" que se basa en el colgamiento del sustrato 1 de muelles
9 especiales y el posterior recubrimiento del sustrato con una
placa 10 de zafiro. El anillo 11 de retención de molibdeno permite
la estabilidad mecánica de este montaje. El sistema con los muelles
9 se ubica a cierta distancia del calentador de MBE y el
calentamiento del sustrato 1 se realiza mediante la absorción de
radiación del calentador (el máximo de la energía de radiación está
en la región infrarroja). El sustrato preparado de tal manera se
cargó en un sistema de MBE de Oxford Instruments
VG-90. Después se desgasificó en una fase de
desgasificación durante 24 horas a 450ºC y después durante 30
minutos a 600ºC. Tras alcanzar un nivel de vacío inferior a 1 x
10^{-10} torr, se transfirió el sustrato a la cámara de
crecimiento. Las siguientes etapas de crecimiento de diodo láser -
descritas en los puntos b) a h) del ejemplo I - se realizaron en la
cámara de crecimiento del sistema de MBE de Oxford Instruments
VG-90.
El sustrato de GaN crecido mediante un método de
alta presión (descrito por ejemplo en el artículo de I. Grzegory,
J. Phys.: Condens. Matter 14, 11055 (2002)) con una densidad de
dislocaciones inferior a 10^{7} cm^{-2} se prepara para el
crecimiento de la manera descrita en la patente polaca número
180448. Como resultado de tal procedimiento se obtiene la
superficie cristalina cubierta por escalones atómicos de la anchura
que se relaciona con el grado de desorientación cristalina. A
continuación, se cubrió el lado trasero del cristal 1 con 1 \mum
de molibdeno. La capa de molibdeno permite el calentamiento uniforme
del sustrato durante el crecimiento en MBE. El montaje de los
sustratos cristalinos para el crecimiento por MBE es de la manera
denominada "montaje por gravedad" que se basa en el
colgamiento del sustrato 1 de muelles 9 especiales y el posterior
recubrimiento del sustrato con una placa 10 de zafiro. El anillo 11
de retención de molibdeno permite la estabilidad mecánica de este
montaje. El sistema con los muelles 9 se ubica a cierta distancia
del calentador de MBE y el calentamiento del sustrato 1 se realiza
mediante la absorción de radiación del calentador (el máximo de la
energía de radiación está en la región infrarroja). El sustrato 1
preparado de tal manera se cargó en un sistema de MBE de Oxford
Instruments VG-90. Después se desgasificó en una
fase de desgasificación durante 24 horas a 450ºC y después durante
30 minutos a 600ºC. Tras alcanzar un nivel de vacío inferior a 1 x
10^{-10} torr, se transfirió el sustrato a la cámara de
crecimiento. Las siguientes etapas de crecimiento de diodo láser -
descritas en los puntos b) a h) del ejemplo I - se realizaron en la
cámara de crecimiento del sistema de MBE de Oxford Instruments
VG-90. El crecimiento de las capas 2, 3 y 4 se
realizó según las etapas a) a d) del ejemplo I.
En este ejemplo para el crecimiento de dos pozos
cuánticos se ha aplicado el siguiente procedimiento. El sustrato 1
con las capas 2, 3 y 4 se calentó hasta 600ºC. La célula de efusión
de Ga se calentó hasta 934ºC, la célula de efusión de Ga adicional
se calentó hasta 975ºC (célula de efusión fabricada por Oxford
Instruments, VG-40cc / norma
KM-28), la célula de efusión de Si se calentó hasta
1180ºC, la célula de efusión de In se calentó hasta 900ºC. Los
parámetros de la fuente de plasma se establecieron según el punto b)
del ejemplo I. Después se abrieron los obturadores de las células
de Ga, In y de la fuente de plasma de N durante 24 segundos y se
hicieron crecer 2 nm de In_{0,46}Ga_{0,54}N. Después se abrieron
los obturadores de las células de efusión de Ga adicionales y de Si
durante 84 segundos y se hicieron crecer 7 nm de
In_{0,2}Ga_{0,8}N dopada con Si a un nivel de 5 x 10^{18}
cm^{-3}. Después se cerraron los obturadores de las células de
efusión de Ga adicionales y de Si y durante 24 segundos se hicieron
crecer 2 nm de In_{0,46}Ga_{0,54}N. Después se cerraron los
obturadores de las células de Ga, In y la fuente de plasma de N.
El crecimiento de las capas 6, 7 y 8 se realizó
según las etapas f) a h) del ejemplo I.
a) La preparación del sustrato 1 y el
crecimiento de la capa 2, se realizaron según las etapas a) y b) del
ejemplo XI.
En la cámara de crecimiento, el sustrato 1 con
la capa 2 tampón se calentó hasta 710ºC y los parámetros de la
fuente de plasma se establecieron según el punto b) del ejemplo I.
La célula de efusión de Ga se calentó hasta 1010ºC, la célula de
efusión de Si hasta 1180ºC. Después se abrieron los obturadores de
la fuente de plasma de Ga, Si y N y durante 100 minutos se hicieron
crecer 0,5 \mum de GaN dopado con Si a un nivel de 5 x 10^{18}
cm^{-3} (la concentración de Si se determinó mediante SIMS).
Entonces se cerraron los obturadores de las células de Ga, Si y de
la fuente de plasma de N.
El sustrato 1 con las capas 2 y 3 se calentó
hasta 600ºC. La célula de efusión de Ga se calentó hasta 934ºC, la
fuente de Ga adicional hasta 975ºC, la célula de efusión de In se
calentó hasta 900ºC y la célula de efusión de Si se calentó hasta
1180ºC. Los parámetros de la fuente de plasma de N se establecieron
según el punto b) del ejemplo I. Tras abrir los obturadores de las
células de In, Ga, Si y de la fuente de plasma de N durante 20
minutos, se hicieron crecer 0,1 \mum de In_{0,46}Ga_{0,54}N
dopada con Si a un nivel de 5 x 10^{18} cm^{-3} (la
concentración de Si se determinó mediante SIMS). Después se cerraron
los obturadores de las células de Ga, In, Si y de la fuente de
plasma de N.
Se ha aplicado el siguiente procedimiento para
el crecimiento de dos pozos cuánticos. El sustrato 1 con las capas
2, 3 y 4 se calentó hasta 600ºC. La célula de efusión de Ga se
calentó hasta 934ºC, la célula de efusión de Si se calentó hasta
1180ºC, la célula de efusión de In se calentó hasta 900ºC. Los
parámetros de la fuente de plasma de N se establecieron según el
punto b) del ejemplo I. Después se abrieron los obturadores de las
células de In y de la fuente de plasma de N durante 18 segundos y se
hicieron crecer 1,5 nm de InN.
Después se abrieron los obturadores de las
células de efusión de Si y Ga durante 84 segundos y se hicieron
crecer 7 nm de In_{0,46}Ga_{0,54}N dopada con Si a un nivel de
5\cdot10^{18} cm^{-3}. Después se cerraron los obturadores de
las células de efusión de Si y Ga y durante 18 segundos se hicieron
crecer 1,5 nm de InN. Después se cerraron los obturadores de las
células de Ga, In y la fuente de plasma de N.
El sustrato 1 con las capas 2, 3, 4 y 5 se
calentó hasta 600ºC, la célula de efusión de Ga se calentó hasta
970ºC y la célula de efusión de In se calentó hasta 900ºC y la
célula de efusión de Mg (Oxford VG40cc/norma KM-28)
hasta 420ºC. Los parámetros de la fuente de plasma se establecieron
según la etapa b) del ejemplo I. Después se abrieron los
obturadores de las células de Ga, In, Mg y de la fuente de plasma de
N durante 4 minutos y se hicieron crecer 20 nm de
In_{0,02}Ga_{0,82}N dopada con Mg a un nivel de 7 x 10^{18}
cm^{-3}. Era una capa de bloqueo de electrones. Después se
cerraron los obturadores de las células de Ga, In, Mg y de la
fuente de plasma de N. Después, la célula de efusión de Ga se
calentó hasta 934ºC, la célula de efusión de In se calentó hasta
900ºC y la célula de efusión de Mg se calentó hasta 420ºC. Después
se abrieron los obturadores de las células de Ga, In, Mg y de la
fuente de plasma de N durante 14 minutos y se hicieron crecer 70 nm
de In_{0,46}Ga_{0,54}N dopada con Mg. Después se cerraron los
obturadores de las células de Ga, In, Mg y de la fuente de plasma
de N.
El sustrato 1 con las capas 2, 3, 4, 5 y 6 se
calentó hasta 620ºC, la célula de efusión de Ga se calentó hasta
970ºC y la célula de efusión de In se calentó hasta 890ºC y la
célula de efusión de Mg hasta 420ºC.
Los parámetros de la fuente de plasma de N se
establecieron según la etapa b) del ejemplo I.
Después se abrieron los obturadores de las
células de Ga, In, Mg y de la fuente de plasma de N durante 80
minutos y se hicieron crecer 0,4 \mum de In_{0,02}Ga_{0,98}N
dopada con Mg. Después se cerraron los obturadores de las células
de Ga, In, Mg y de la fuente de plasma de N.
El sustrato 1 con las capas de 2 a 7 se calentó
hasta 620ºC. La célula de efusión de Ga se calentó hasta 963ºC, la
célula de efusión de In se calentó hasta 890ºC y la célula de
efusión de Mg hasta 420ºC. Los parámetros de la fuente de plasma de
N se establecieron según la etapa b) del ejemplo I. Después se
abrieron los obturadores de las células de Ga, In, Mg y de la
fuente de plasma de N durante 4 minutos y se hicieron crecer 20 nm
de In_{0,12}Ga_{0,88}N dopada con Mg. Después se cerraron los
obturadores de las células de Ga, In, Mg y de la fuente de plasma
de N y se enfrió el sustrato 1 con las capas de 2 a 8 hasta 30ºC y
se retiró de la MBE.
\vskip1.000000\baselineskip
El sustrato 1 cristalino de AlN se preparó para
el crecimiento según la invención en la patente polaca número
180448. Como resultado de tal procedimiento se obtuvo la superficie
cristalina cubierta por escalones atómicos de la anchura que se
relaciona con el grado de desorientación cristalina. Para una
desorientación igual a 1º, la anchura de los escalones atómicos era
igual a 14,3 nm. A continuación, se cubrió el lado trasero del
cristal 1 con 1 \mum de molibdeno. La capa de molibdeno permite el
calentamiento uniforme del sustrato durante el crecimiento en MBE.
El montaje de los sustratos cristalinos para el crecimiento por MBE
es de la manera denominada "montaje por gravedad" que se basa
en el colgamiento del sustrato 1 de muelles 9 especiales y el
posterior recubrimiento del sustrato con una placa 10 de zafiro. El
anillo 11 de retención de molibdeno permite la estabilidad mecánica
de este montaje. El sistema con los muelles 9 se ubica a cierta
distancia del calentador de MBE y el calentamiento del sustrato 1
se realiza mediante la absorción de radiación del calentador (el
máximo de la energía de radiación está en la región infrarroja). El
sustrato 1 preparado de tal manera se cargó en un sistema de MBE de
Oxford Instruments VG-90. Después se desgasificó en
una fase de desgasificación durante 24 horas a 450ºC y después
durante 30 minutos a 600ºC. Tras alcanzar un nivel de vacío inferior
a 1 x 10^{-10} torr, se transfirió el sustrato 1 a la cámara de
crecimiento. Las siguientes etapas de crecimiento de diodo láser -
descritas en los puntos b) a h) de este ejemplo - se realizaron en
la cámara de crecimiento del sistema de MBE de Oxford Instruments
VG-90.
En la cámara de crecimiento, el sustrato 1 (en
condiciones de vacío mejores que 5 x 10^{-10} torr) se calentó
hasta 710ºC. La célula de efusión de Ga se calienta hasta 972ºC, la
célula de efusión de Al se calienta hasta 1138ºC y la célula de
efusión de Si hasta 1180ºC. Después el flujo de nitrógeno de alta
pureza (a un nivel mejor que 1 ppb) se estableció a un nivel de 1
sccm. El flujo de nitrógeno se controló mediante un controlador de
flujo de masa. Después se encendió la fuente de plasma de RF
(Unibulb
EPI-RFS-450-G-N
fabricado por Veeco) a una potencia de 240 W. Tras abrir los
obturadores de las células de Al, Ga, Si y de la fuente de plasma de
N durante 20 minutos, se hicieron crecer 0,1 \mum de
Al_{0,95}Ga_{0,05}N dopada con Si. El nivel de dopado con Si
era de 5 x 10^{18} cm^{-3}. Después se cerraron los obturadores
de las células de Al, Ga, Si y de la fuente de plasma de N.
En la cámara de crecimiento, el sustrato 1 con
la capa 2 tampón se calentó hasta 710ºC (en condiciones de vacío
mejores que 5 x 10^{-10} torr) La célula de efusión de Ga se
calienta hasta 972ºC, la célula de efusión de Al hasta 1138ºC y la
célula de efusión de Si hasta 1180ºC. A continuación, el flujo de
nitrógeno de alta pureza (a un nivel mejor que 1 ppb) se estableció
a un nivel de 1 sccm. El flujo de nitrógeno se controló mediante un
controlador de flujo de masa. Después se encendió la fuente de
plasma de RF (Unibulb
EPI-RFS-450-G-N
fabricado por Veeco) a una potencia de 240 W. Después se abrieron
los obturadores de las células de Ga, Al, Si y de la fuente de
plasma de N. Después se hicieron crecer durante 80 minutos 0,4
\mum de Al_{0,95}Ga_{0,05}N dopada con Si a un nivel de 5 x
10^{18} cm^{-3}. Después se cerraron los obturadores de las
células de Ga, Al, Si y de la fuente de plasma de N.
El sustrato 1 con las capas 2 y 3 se calentó
hasta 710ºC. La célula de efusión de Ga se calentó hasta 958ºC, la
célula de efusión de Si se calentó hasta 1180ºC, la célula de
efusión de Al se calentó hasta 1122ºC. Los parámetros de la fuente
de plasma de N se establecieron según la etapa b) del ejemplo I.
Después se abrieron los obturadores de las células de Ga, Al, Si y
de la fuente de plasma de N. Después se hicieron crecer durante 20
minutos 0,1 \mum de Al_{0,95}Ga_{0,05}N dopada con Si. Después
se cerraron los obturadores de las células de Ga, Al, Si y de la
fuente de plasma de N.
El sustrato 1 con las capas 2 a 4 se calentó
hasta 710ºC y los parámetros de la fuente de plasma se establecieron
según el punto b) del ejemplo I. La célula de efusión de Ga se
calentó hasta 991ºC, la célula de efusión de Al hasta 1100ºC.
Después se abrieron los obturadores de la fuente de plasma de Ga, Al
y N durante 24 segundos y se hicieron crecer 2 nm de
Al_{0,5}Ga_{0,5}N. Después se cerraron los obturadores de la
fuente de plasma de Ga, Al y N. Después la célula de efusión de Ga
se calentó hasta 970ºC, la célula de efusión de Si se calentó hasta
1180ºC. Los parámetros de la fuente de plasma se establecieron según
el punto b) del ejemplo I. Después se abrieron los obturadores de
las células de Ga, Al, Si y de la fuente de plasma de N durante 84
segundos y se hicieron crecer 7 nm de Al_{0,7}Ga_{0,3}N.
Después se cerraron los obturadores de las células de Ga, Al, Si y
de la fuente de plasma de N.
Después, la célula de efusión de Ga se calentó
hasta 991ºC, la célula de efusión de Al hasta 1100ºC. Después se
abrieron los obturadores de las células de Ga, Al y de la fuente de
plasma de N durante 24 segundos y se hicieron crecer 2 nm de
Al_{0,5}Ga_{0,5}N. Después se cerraron los obturadores de las
células de Ga, Al y de la fuente de plasma de N.
El sustrato 1 con las capas 2 a 5 se calentó
hasta 620ºC, la célula de efusión de In se calentó hasta 890ºC, la
célula de efusión de Al se calentó hasta 1138ºC y la célula de
efusión de Mg hasta 420ºC. Los parámetros de la fuente de plasma se
establecieron según el punto b) del ejemplo I. Después se abrieron
los obturadores de las células de Al, In, Mg y de la fuente de
plasma de N durante 4 minutos y se hicieron crecer 20 nm de
In_{0,05}Al_{0,95}N dopada con Mg. Es una capa de bloqueo de
electrones. La cantidad de hidrógeno en la capa de bloqueo de
electrones medida mediante SIMS era inferior a 1 x 10^{17}
cm^{-3}. Después se cerraron los obturadores de las células de
Al, In, Mg y de la fuente de plasma de N. La célula de efusión de Ga
se calentó hasta 910ºC, la célula de efusión de In se calentó hasta
890ºC, la célula de efusión de Al se calentó hasta 1122ºC y la
célula de efusión de Mg se calentó hasta 420ºC. Después se abrieron
los obturadores de las células de Ga, In, Mg y de la fuente de
plasma de N durante 14 minutos y se hicieron crecer 70 nm de
In_{0,02}Al_{0,7}Ga_{0,28}N dopada con Mg. Después se
cerraron los obturadores de las células de Ga, In, Mg y de la fuente
de plasma de N.
\newpage
El sustrato 1 con las capas 2 a 6 se calentó
hasta 620ºC, la célula de efusión de In se calentó hasta 890ºC, la
célula de efusión de Al se calentó hasta 1138ºC y la célula de
efusión de Mg hasta 420ºC. Los parámetros de la fuente de plasma de
N se establecieron según la etapa b) del ejemplo I.
Después se abrieron los obturadores de las
células de Al, In, Mg y de la fuente de plasma de N durante 80
minutos y se hicieron crecer 0,4 \mum de In_{0,05}Al_{0,95}N
dopada con Mg. Después se cerraron los obturadores de las células
de Al, In, Mg y de la fuente de plasma de N.
El sustrato 1 con las capas 2 a 7 se calentó
hasta 620ºC. La célula de efusión de Ga se calentó hasta 970ºC, la
célula de efusión de In se calentó hasta 890ºC y la célula de
efusión de Mg hasta 420ºC. Los parámetros de la fuente de plasma de
N se establecieron según la etapa b) del ejemplo I. Después se
abrieron los obturadores de las células de Ga, In, Mg y de la
fuente de plasma de N durante 40 minutos y se hicieron crecer 0,2
\mum de In_{0,02}Ga_{0,98}N dopada con Mg. Después se
cerraron los obturadores de las células de Ga, In, Mg y de la
fuente de plasma de N y el sustrato 1 con las capas 2 a 8 se enfrió
hasta 30ºC y después se retiró de la MBE.
a) La preparación del sustrato 1 y el
crecimiento de la capa 2 se realizaron según las etapas a) y b) del
ejemplo I.
En la cámara de crecimiento, el sustrato 1 con
la capa 2 tampón se calentó hasta 620ºC. La célula de efusión de Ga
se calentó hasta 963ºC, la célula de efusión de In hasta 890ºC, la
célula de efusión de Si hasta 1180ºC.
Los parámetros de la fuente de plasma de N se
establecieron según la etapa b) del ejemplo I.
Después se abrieron las células de Ga, In, Si y
de la fuente de plasma de N durante 20 minutos, se hicieron crecer
0,1 \mum de In_{0,12}Ga_{0,88}N dopada con Si. Después se
cerraron los obturadores de las células de Ga, Al, Si y de la
fuente de plasma de N. Después, el sustrato 1 se calentó hasta 710ºC
y los parámetros de la fuente de plasma se establecieron según el
punto b) del ejemplo I. Tras calentar la célula de efusión de Ga
hasta 1007ºC, la célula de efusión de Si hasta 1180ºC y la célula de
efusión de Al hasta 1025ºC, se abrieron los obturadores de la
fuente de las plasma de Ga, Al, Si y N. Después se hicieron crecer
durante 120 minutos 0,6 \mum de Al_{0,08}Ga_{0,92}N dopada
con Si a un nivel de 5 x 10^{18} cm^{-3} (la concentración de
Si se determinó mediante SIMS). Después se cerraron los obturadores
de las células de Ga, Al, Si y de la fuente de plasma de N.
El crecimiento de las capas 4, 5, 6, 7 y 8 se
realizó según las etapas d) a h) del ejemplo I.
Claims (16)
1. Diodo láser a base de nitruro, que comprende
un sustrato (1) cristalino sobre el cual se hacen crecer en
secuencia un conjunto de capas de tipo n, un conjunto ópticamente
activo de capas (5) y un conjunto de capas de tipo p, mientras que
dicho conjunto de capas de tipo n comprende al menos una capa (2)
tampón, una capa (3) de revestimiento de tipo n inferior y una capa
(4) guiaondas de tipo n inferior y mientras que dicho conjunto de
capas de tipo p comprende al menos una capa (6) guiaondas de tipo p
superior que contiene una capa de bloqueo de electrones, una capa
(7) de revestimiento de tipo p superior y una capa (8) de contacto
de tipo p, caracterizado porque dicha capa de bloqueo de
electrones comprende una aleación dopada con magnesio
In_{x}Al_{y}Ga_{1-x-y}N en la
que 1 \geq x > 0,001 y 1 \geq y \geq 0 y la concentración
de hidrógeno en dicha capa de bloqueo de electrones es inferior a 5
x 10^{17} cm^{-3}.
2. Diodo láser semiconductor a base de nitruro
según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha capa
(7) de revestimiento de tipo p superior comprende un conjunto de
capas dopado con magnesio, en el que al menos en una capa el
contenido en indio es superior a 0,001 y la concentración de
hidrógeno en dicha capa de revestimiento es inferior a 5 x
10^{17} cm^{-3}.
3. Diodo láser semiconductor a base de nitruro
según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha capa
(7) de revestimiento de tipo p superior comprende un conjunto de
capas dopadas con magnesio en el que en todas las capas el
contenido en indio es superior a 0,001.
4. Diodo láser semiconductor a base de nitruro
según la reivindicación 1, caracterizado porque la
concentración de hidrógeno en dicha capa (7) de revestimiento de
tipo p es inferior a 5 x 10^{17} cm^{-3}.
5. Diodo láser semiconductor a base de nitruro
según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho
sustrato (1) cristalino es un sustrato de HVPE con una densidad de
dislocaciones inferior a 10^{8} cm^{-2}.
6. Diodo láser semiconductor a base de nitruro
según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho
sustrato (1) cristalino es un sustrato de ELOG con una densidad de
dislocaciones inferior a 10^{8} cm^{-2}.
7. Diodo láser semiconductor a base de nitruro
según la reivindicación 1, caracterizado por una densidad de
dislocaciones en dicho sustrato (1) cristalino inferior a 10^{5}
cm^{-2}.
8. Diodo láser semiconductor a base de nitruro
según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho
sustrato (1) cristalino es un sustrato fabricado mediante un método
de alta presión y con una densidad de dislocaciones inferior a
10^{3} cm^{-2}.
9. Método de fabricación de un diodo láser
semiconductor a base de nitruro, basado en depositar epitaxialmente
sobre el sustrato (1) cristalino de modo secuencial un conjunto de
capas de tipo n, un conjunto ópticamente activo de capas (5) y un
conjunto de capas de tipo p, mientras que dicho conjunto de capas de
tipo n comprende al menos una capa (2) tampón, una capa (3) de
revestimiento de tipo n inferior y una capa (4) guiaondas de tipo n
inferior y mientras que dicho conjunto de capas de tipo p comprende
al menos una capa (6) guiaondas de tipo p superior que contiene una
capa de bloqueo de electrones, una capa (7) de revestimiento de tipo
p superior y una capa (8) de contacto de tipo p,
caracterizado porque se hacen crecer dichas capa (6)
guiaondas de tipo p y capa (7) de revestimiento de tipo p mediante
MBE asistida por plasma, en lo sucesivo denominada PAMBE, en
presencia de indio.
10. Método según la reivindicación 9,
caracterizado porque se hace crecer dicha capa de bloqueo de
electrones mediante PAMBE en presencia de indio.
11. Método según la reivindicación 9,
caracterizado porque se hace crecer la capa (7) de
revestimiento de tipo p mediante PAMBE en presencia de indio.
12. Método según la reivindicación 9,
caracterizado porque se hace crecer dicha capa (3) de
revestimiento de tipo n mediante PAMBE en presencia de indio.
13. Método según la reivindicación 9 ó 10,
caracterizado porque se usan sustratos de HVPE con una
densidad de dislocaciones inferior a 10^{8} cm^{-2} como dicho
sustrato (1) cristalino.
14. Método según la reivindicación 9 ó 10,
caracterizado porque se usan sustratos de ELOG con una
densidad de dislocaciones inferior a 10^{8} cm^{-2} como dicho
sustrato (1) cristalino.
15. Método según la reivindicación 9 ó 10,
caracterizado porque se usan sustratos cristalinos con una
densidad de dislocaciones inferior a 10^{5} cm^{-2} como dicho
sustrato (1) cristalino.
16. Método según la reivindicación 9 ó 10,
caracterizado porque se usan sustratos fabricados mediante el
método de alta presión y con una densidad de dislocaciones inferior
a 10^{3} cm^{-2} como dicho sustrato (1) cristalino.
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