PL211286B1 - Azotkowa dioda laserowa i sposób wytwarzania azotkowej diody laserowej - Google Patents

Azotkowa dioda laserowa i sposób wytwarzania azotkowej diody laserowej

Info

Publication number
PL211286B1
PL211286B1 PL369597A PL36959704A PL211286B1 PL 211286 B1 PL211286 B1 PL 211286B1 PL 369597 A PL369597 A PL 369597A PL 36959704 A PL36959704 A PL 36959704A PL 211286 B1 PL211286 B1 PL 211286B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
layer
type
substrate
temperature
layers
Prior art date
Application number
PL369597A
Other languages
English (en)
Other versions
PL369597A1 (pl
Inventor
Czesław Skierbiszewski
Sylwester Porowski
Izabella Grzegory
Piotr Perlin
Michał Leszczyński
Marcin Siekacz
Anna Feduniewicz
Przemysław Wiśniewski
Tadeusz Suski
Michał Boćkowski
Original Assignee
Inst Wysokich Ciśnień Polskiej Akademii Nauk
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Inst Wysokich Ciśnień Polskiej Akademii Nauk filed Critical Inst Wysokich Ciśnień Polskiej Akademii Nauk
Priority to PL369597A priority Critical patent/PL211286B1/pl
Priority to DK05769150T priority patent/DK1787366T3/da
Priority to EP05769150A priority patent/EP1787366B1/en
Priority to CN200580027807A priority patent/CN100578877C/zh
Priority to PL05769150T priority patent/PL1787366T3/pl
Priority to AT05769150T priority patent/ATE413710T1/de
Priority to JP2007525570A priority patent/JP2008510298A/ja
Priority to DE602005010878T priority patent/DE602005010878D1/de
Priority to ES05769150T priority patent/ES2317279T3/es
Priority to PCT/PL2005/000050 priority patent/WO2006019326A1/en
Priority to US11/660,345 priority patent/US7936798B2/en
Publication of PL369597A1 publication Critical patent/PL369597A1/pl
Priority to HK08101647.7A priority patent/HK1108068A1/xx
Publication of PL211286B1 publication Critical patent/PL211286B1/pl

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/30Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/34333Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer based on Ga(In)N or Ga(In)P, e.g. blue laser
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S2304/00Special growth methods for semiconductor lasers
    • H01S2304/02MBE
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/20Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/2004Confining in the direction perpendicular to the layer structure
    • H01S5/2009Confining in the direction perpendicular to the layer structure by using electron barrier layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/30Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/305Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure
    • H01S5/3054Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure p-doping
    • H01S5/3063Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure p-doping using Mg
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/30Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/3211Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures characterised by special cladding layers, e.g. details on band-discontinuities
    • H01S5/3216Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures characterised by special cladding layers, e.g. details on band-discontinuities quantum well or superlattice cladding layers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Description

(22) Data zgłoszenia: 15.08.2004
Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (19) PL (11) 211286 (13) B1 (51) Int.Cl.
H01L 21/00 (2006.01) H01L 21/318 (2006.01) H01L 33/00 (2010.01) H01S 5/00 (2006.01)
H01S 5/30 (2006.01) (54) Azotkowa dioda laserowa i sposób wytwarzania azotkowej diody laserowej (73) Uprawniony z patentu:
INSTYTUT WYSOKICH CIŚNIEŃ POLSKIEJ AKADEMII NAUK, Warszawa, PL (43) Zgłoszenie ogłoszono:
20.02.2006 BUP 04/06 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono:
30.04.2012 WUP 04/12 (72) Twórca(y) wynalazku:
CZESŁAW SKIERBISZEWSKI, Warszawa, PL SYLWESTER POROWSKI, Warszawa, PL IZABELLA GRZEGORY, Warszawa, PL
PIOTR PERLIN, Warszawa, PL
MICHAŁ LESZCZYŃSKI, Warszawa, PL
MARCIN SIEKACZ, Turek, PL
ANNA FEDUNIEWICZ, Rzeszów, PL PRZEMYSŁAW WIŚNIEWSKI, Warszawa, PL TADEUSZ SUSKI, Warszawa, PL
MICHAŁ BOĆKOWSKI, Warszawa, PL (74) Pełnomocnik:
rzecz. pat. Piotr Adamczyk
PL 211 286 B1
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest azotkowa dioda laserowa i sposób wytwarzania azotkowej diody laserowej metodą wiązek molekularnych (MBE) z użyciem wiązki zawierającej wzbudzone molekuły lub/i atomy azotu (RN-MBE).
Materiały półprzewodnikowe od dłuższego czasu wytwarza się rozmaitymi metodami wzrostu epitaksjalnego. Do najstarszych znanych metod wzrostu epitaksjalnego należą epitaksja z fazy ciekłej (LPE - liquid-phase epitaxy) i epitaksja z fazy gazowej z chlorków (CIVPE - chloride vapor-phase epitaxy), z wodorków (HVPE -hydride vapor-phase epitaxy), epitaksja z wiązek molekularnych (MBE - molecular beam epitaxy), wiązek chemicznych (CBE - chemical beam epitaxy) i epitaksja z fazy gazowej ze związków organicznych (MOVPE - metal-organic vapour-phase epitaxy). Szczegóły dotyczące metody MBE ujawniono między innymi w publikacji 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.
Azot występuje w formie cząsteczek dwuatomowych, których energia wiązania jest na tyle duża, że azot nie rozkłada się na pojedyncze atomy niezbędne do prowadzenie wzrostu epitaksjalnego w wyniku zetknięcia się atomów azotu z gorącym podł o ż em. W zwią zku z tym w procesach epitaksjalnych azotków stosuje się dwie podstawowe metody wytwarzania atomów azotu. W pierwszej metodzie atomowy azot powstaje z rozkładu amoniaku NH3 (który rozkłada się pod wpływem temperatury na powierzchni wzrostu), ale jednocześnie powstają wtedy również duże ilości atomowego wodoru. W drugiej metodzie nastę puje rozkł ad lub wzbudzenie cz ąsteczek azotu przed dostarczeniem ich do powierzchni wzrostu.
Dotychczas znane były dwie metody wytwarzania półprzewodnikowych diod laserowych na bazie azotku galu, azotku indu, azotku aluminium i ich stopów metodą wzrostu epitaksjalnego metoda MOVPE i metoda GSMBE.
Metoda MOVPE polega na wykorzystaniem procesu epitaksji z fazy gazowej ze związków organicznych („Metal-Organic Vapour-Phase Epitazy” - MOVPE)przy użyciu amoniaku (NH3), opisana na przykład w publikacji Shuji Nakamura, Gerhard Fasol „The Blue Laser Diode, Gan Based Emitters and Lasers” Springer-Verlag 1997 (ISBN 3-540-61590-3). Wykorzystując tę metodę, w roku 1995 roku otrzymano pierwszą niebieską diodę laserową, mogącą pracować w sposób impulsowy (S. Nakamura z firmy Nichia). Niedł ugo potem udał o się uzyskać laser pół przewodnikowy do pracy cią g ł ej, a w 1999 roku ukazał się w sprzedaży fioletowy laser o mocy 5 mW oferowany przez firmę Nichia. Do chwili obecnej akcję laserową uzyskało tylko kilka zespołów badawczych na świecie (m. in. trzy w USA, trzy w Europie - w tym w Centrum Badań Wysokociś nieniowych PAN - i po jednym w Korei i na Tajwanie). Konstrukcja i sposób wytwarzania takiej diody laserowej opisano m.in. w wymienionej wcześniej pracy S.
Nakamury i G. Fasol'a. Przykładowa konstrukcja takiej diody jest następująca. Na podłoże szafirowe nakłada się zespół kolejno warstwy: 30nm GaN bufor, 3 μm GaN:Si, 0.1 μm In0.05Ga0.95N:Si, 0.5 μm Al -Ga0 93N:Si, 0.1 μm Gan:Si, 3 studnie kwantowe (5 nm In0.14Ga0.86N studnie, 10 nm Ina02Gaa98N bariery), 20 nm Al0.2Ga0.8N:Mg, 0.1 μm GaN:Mg, 0.5 μm Al0.07Ga0.93N:Mg, 0.2 μm GaN:Mg. Domieszkowanie na p-typ uzyskuje się wprowadzając do układu reaktora związek Cp2Mg.
Metoda GSMBE polega wykorzystaniu procesu epitaksji z wiązek molekularnych ze źródłem gazowym („Gas Source Molecular Beam Epitazy” - GSMBE) gdzie podobnie jak w metodzie MOVPE gazem dostarczającym azot do hodowanej powierzchni jest NH3, zaś domieszkowanie na typ p uzyskuje się poprzez wprowadzenie gazu Cp2Mg. Szczegóły tej metody ujawnia m.in. publikacja S.E. Hooper, M. Kauer, V. Bousquet, K. Johnson, J.M. Bames and J. Heffeman, Electronic Letters vol.40, 8th January 2004. Wspólną cechą obu powyższych metod jest wykorzystanie rozkładu amoniaku, jako źródła azotu w wytwarzanych warstwach. Podczas rozkładu amoniaku na powierzchni hodowanej warstwy uwalniają się duże ilości wodoru, który wchodząc do hodowanego kryształu może powodować niekorzystne skutki. Na przykład wodór kompensuje akceptory magnezowe (tworzą się wiązanie H-Mg) i potrzebna jest specjalna procedura wygrzewania materiału po procesie wzrostu w celu aktywacji p-typu. wymienionej wcześniej pracy S. Nakamury i G. Fasol'a oraz w patencie. Co prawda autorzy metody GSMBE twierdzą, że nie potrzeba wygrzewać warstw po procesie w celu otrzymania p-typu - nie jest jednak jasne czy słabe parametry lasera produkowanego metodą GSMBE nie wynikają ze złej aktywacji warstwy głęboko w krysztale bezpośrednio przy warstwie aktywnej studni kwantowych. W ogólności należy stwierdzić, że wodór obecny w bardzo dużych koncentracjach może niekorzystnie wpływać na różne inne istotne cechy hodowanych laserów metodą MOVPE i GSMBE takich jak trwałość,
PL 211 286 B1 niezawodność własności studni kwantowych InGaN, wysoka gęstość prądu dla progu laserowego.
Brak innych metod wytwarzanie diod laserowych na bazie GaN uniemożliwiał do tej pory wykonanie porównań ilościowych.
W technologii wzrostu epitaksjalnego znana jest także epitaksja metodą wiązek molekularnych z użyciem wiązki aktywnych chemicznie atomów i molekuł azotu, ogólnie nazywanej RN-MBE (Reactive Nitrogen MBE). Odmianą metody RN-MBE jest metoda MBE z użyciem plazmy azotowej (Plasma Assisted Molecular Beam Epitaxy - PAMBE). PAMBE jest odmianą opisanej wcześniej metody MBE (Molecular Beam Epitaxy), i polega na tym, że atomy składowe warstwy takie jak Ga, In, Al, Si, Mg dostarczane są poprzez parowanie tych składników w komórkach efuzyjnych (gdzie strumień padających atomów danego składnika jest funkcją temperatury komórki efuzyjnej), natomiast azot dostarczany jest w postaci wzbudzonej plazmy po przejściu przez urządzenie plazmowe. Urządzeniem plazmowym nazywamy takie urządzenie, które pobudza (lub rozkłada) molekuły zawierające azot, aby umożliwić tworzenie się azotków galu, indu, aluminium oraz ich stopów. Na przykład może być to urządzenie wykorzystujący efekt mikrofalowego pobudzania cząsteczek zawierających azot („RF plasma source”) lub wykorzystujące efekt rezonansu cyklotronowego (ECR plasma source) lub inne. W ogólności, urządzenie plazmowe może być zastąpione inną metodą przygotowania wiązki aktywnych chemicznie atomów i cząsteczek azotu.
Dioda laserowa według wynalazku ma podłoże krystaliczne, na którym naniesione są kolejno zespół warstw typu n, zespół warstw optycznie czynny oraz zespól warstw typu p. Zespół warstw typu n stanowią, co najmniej warstwa buforowa, dolna warstwa okładkowa typu n i dolna warstwa falowodu typu n. Zespół warstw typu p stanowią, co najmniej górna warstwa falowodu typu p zawierająca w sobie warstwę blokują c ą elektrony, górna warstwa okł adkową typu p oraz warstwa podkontaktowa typu p. Wynalazek dotyczący diody polega na tym, że warstwę blokującą elektrony stanowi domieszkowany magnezem stop InxAlyGal-x-yN, w którym 1 > x > 0,001 a 1 > y > 0.
W jednym w wariantów wynalazku dotyczącym diody koncentracja wodoru w warstwie blokującej elektrony jest mniejsza niż 5 x 1017 cm-3.
W innym wariancie wynalazku dotyczącym diody górną warstwę okładkową typu p stanowi domieszkowany magnezem zespół warstw, w którym w co najmniej jednej warstwie zawartość indu (x)
-3 jest większa niż 0.001, a koncentracja wodoru w warstwie okładkowej jest mniejsza niż 5 x 1017 cm-3.
W kolejnym wariancie wynalazku dotyczącym diody górną warstwę okładkową typu p, stanowi domieszkowany magnezem zespół warstw, w którym we wszystkich warstwach zawartość indu (x) jest większa niż 0.001.
Następny wariant wynalazku dotyczący diody polega na tym, że koncentracja wodoru w warstwie okładkowej typ p jest mniejsza niż 5 x 1017 cm-3.
W kolejnym wariancie wynalazku dotyczącym dioda podłożem krystalicznym jest podłoże hodowane metodą HVPE i o koncentracji dyslokacji mniejszej niż 108 cm-2.
W kolejnym wariancie wynalazku dotyczącym diody podłożem krystalicznym jest podłoże typu ELOG o koncentracji dyslokacji mniejszej niż 105 cm2.
W kolejnym wariancie wynalazku dotyczącym diody koncentracja dyslokacji w podłożu krystalicznym jest mniejsza niż 103 cm2.
W jeszcze innym wariancie wynalazku dotyczącym diody podłożem krystalicznym jest podłoże wykonane metodą wysokociśnieniową i o koncentracji dyslokacji mniejszej niż 103 cm2.
Sposób według wynalazku, polegający na epitaksjalnym nanoszeniu na podłoże krystaliczne kolejno zespołu warstw typu n, zespołu warstw optycznie czynnego oraz zespołu warstw typu p, przy czym zespół warstw typu n stanowią, co najmniej warstwa buforowa, dolna warstwa okładkowa typu n i dolna warstwa falowodu typu n, zaś zespół warstw typu p stanowią, co najmniej górna warstwa falowodu typu p zawierająca w sobie warstwę blokującą elektrony, górna warstwa okładkową typu p oraz warstwa podkontaktowa typu p, charakteryzuje się tym, że warstwę falowodu typu p oraz warstwę okładkową typu p nanosi się w procesie epitaksji metodą wiązek molekularnych z użyciem plazmy azotowej, prowadzonym w obecności indu. W jednym z wariantów wynalazku dotyczącym sposobu warstwę blokującą elektrony nanosi się w procesie epitaksji metodą wiązek molekularnych z użyciem wiązki aktywnych chemicznie atomów i molekuł azotu, prowadzonym w obecności indu.
W innym wariancie wynalazku dotyczącym sposobu warstwę okładkową typu p nanosi się w procesie epitaksji metodą wiązek molekularnych z użyciem plazmy azotowej, prowadzonym w obecno ś ci indu.
PL 211 286 B1
W kolejnym wariancie wynalazku dotyczą cym sposobu warstwę okł adkową typu n nanosi się w procesie epitaksji metodą wiązek molekularnych z uż yciem plazmy azotowej, prowadzonym w obecności indu.
W kolejnym wariancie wynalazku dotyczą cym sposobu, jako podł o ż a krystaliczne stosuje się podłoża hodowane metodą HVPE o koncentracji dyslokacji mniejszej niż 108 cm-2.
W kolejnym wariancie wynalazku dotyczącym sposobu, jako podłoża krystaliczne stosuje się podłoża typu ELOG o koncentracji dyslokacji mniejszej niż 108 cm-2.
W innym wariancie wynalazku dotyczą cym sposobu, jako podłoża krystaliczne stosuje się podłoża o koncentracji dyslokacji mniejszej niż 105 cm2.
W jeszcze innym wariancie wynalazku dotyczącym sposobu, jako podłoż a krystaliczne stosuje się podłoża wykonane metodą wysokociśnieniową i o koncentracji dyslokacji mniejszej niż 103 cm2.
W sposobie według wynalazku wzrost epitaksjalny azotków może następować bez obecności wodoru, co pozwala na pełną kontrolę przewodnictwa typu p, poprawę wydajności studni kwantowych InGaN, AlGaN oraz obniżenie gęstości prądu dla progu laserowego. Obecność indu podczas procesu umożliwia hodowanie idealnie płaskich warstw metodą płynięcia stopni atomowych w pełnym zakresie składów aluminium, indu i galu. Umożliwia to konstrukcję diod laserowych w szerokim zakresie widmowym od głębokiego ultrafioletu do bliskiej podczerwieni, ograniczonego jedynie wielkościami przerw energetycznych azotku aluminium i azotku indu.
Wynalazek zostanie objaśniony w oparciu o rysunek, na którym fig. 1 przedstawia układ warstw półprzewodnikowej diody laserowej, fig. 2 przedstawia sposób mocowania podłoży do wzrostu na sprężynkach molibdenowych, fig. 3 przedstawia widmo świecenia półprzewodnikowej diody laserowej wykonanej metodą PAMBE dla dwóch prądów zasilających - poniżej wartości prądu progowego akcji laserowej oraz powyżej wartości prądu progowego akcji laserowej, fig. 4 przedstawia zależność mocy oraz napięcia półprzewodnikowej diody laserowej wykonanej metodą PAMBE w funkcji prądu zasilającego diodę, fig. 5 przedstawia zależność strumienia galu (mierzonego przy pomocy wielkości prądu głowicy jonizacyjnej) od temperatury efuzyjnej komórki galowej, fig. 6 przedstawia zależność strumienia galu (mierzonego przy pomocy wielkości prądu głowicy jonizacyjnej) od temperatury dodatkowej efuzyjnej komórki galowej, fig. 7 przedstawia zależność strumienia indu (mierzonego przy pomocy wielkości prądu głowicy jonizacyjnej) od temperatury efuzyjnej komórki indowej, fig. 8 przedstawia zależność strumienia aluminium przy pomocy wielkości prądu głowicy jonizacyjnej) od temperatury efuzyjnej komórki aluminiowej, fig. 9 przedstawia zależność ilości atomów Si mierzonego przy pomocy metody SIMS w funkcji temperatury efuzyjnej komórki krzemowej, fig. 10 przedstawia zależność ilości atomów Mg mierzonego przy pomocy metody SIMS w funkcji temperatury efuzyjnej komórki magnezowej.
Typowa struktura półprzewodnikowej diody laserowej pokazana jest na fig. 1. Na podłożu krystalicznym 1, na przykład z GaN naniesione są kolejno zespół warstw typu n (2, 3, 4), zespół warstw optycznie czynnych 5 oraz zespól warstw typu p (6, 7, 8). Zespół warstw typu n stanowią co najmniej warstwa buforowa 2, dolna warstwa okładkowa 3 i dolna warstwa falowodu 5. Zespół warstw typu p stanowią co najmniej górna warstwa falowodu 6 (zawierająca w sobie niezaznaczoną na rysunku warstwę blokującą elektrony), górna warstwa okładkową 7 oraz warstwa podkontaktowa 8.
Posługując się opisaną wyżej strukturą diody laserowej podano poniżej szereg konkretnych przykładów realizacji wynalazku.
Przykład I.
Konstrukcja i wykonanie diody laserowej, w której obszar optycznie czynny 5 składa się z pięciu studni kwantowych InGaN/InGaN na bazie azotku galu azotku indu azotku aluminium i ich stopów, emitującej światło laserowe o długości 408 nm.
a) Przygotowanie podłoża.
Podłoże krystaliczne 1 o gęstości dyslokacji mniejszej niż 105 cm-2 przygotowano do wzrostu w sposób ujawniony w polskim opisie patentowym nr 180448. W wyniku realizacji takiej procedury otrzymano powierzchnię kryształu pokrytą stopniami atomowymi o szerokości wynikającej ze stopnia dezorientacji. Dla dezorientacji równej 1° szerokość stopni atomowych wynosiła 14.3 nm. Następnie tylną część podłoża 1 pokryto warstwą molibdenu o grubości 1 μm. Warstwa molibdenu pozwala na jednorodne nagrzewanie podłoża podczas wzrostu w maszynie MBE. Mocowanie podłoży krystalicznych i do wzrostu w maszynie MBE odbywa się w sposób, zwany dalej grawitacyjnym, który polega na zawieszeniu podłoża 1 na specjalnych sprężynkach 9 i przykryciu podłoża płytką szafirową 10. Molibdenowy sprężysty pierścień 11 zapewnia mechaniczna stabilność zamocowania. Układ ze sprężynkami 9 zawieszony jest w pewnej odległości od grzejnika maszyny MBE i nagrzewanie podłoża i odbywa się poprzez
PL 211 286 B1 absorpcję promieniowania światła grzejnika (maksimum promieniowania grzejnika znajduje się w bliskiej podczerwieni) podającego na to podłoże. Tak przygotowane podłoże umieszczono w maszynie MBE VG-90 firmy W Oxford Instruments i wygrzewano w komorze wstępnej maszyny MBE w temperaturze 450°C przez 24 godziny i w temperaturze 600°C przez 30 minut. Po uzyskaniu próżni poniżej 1 x 10-10 torr podłoże przeniesiono do komory wzrostu. Kolejne etapy wzrostu struktury laserowej opisane w punktach od b) do h) przeprowadzono w komorze wzrostu maszyny MBE VG-90 firmy Oxford Instruments.
b) Wzrost warstwy buforowej 2
Do wzrostu epitaksjalnego warstw zastosowano metodę wzrostu z wiązek molekularnych z wykorzystaniem wiązki aktywnych chemicznie atomów i cząsteczek azotu (RN-MBE, „Reactive Nitrogen Molecular Beam Epitazy”), w szczególności metodę z użyciem plazmy azotowej („Plasma Assisted Molecular Beam Epitazy” - PAMBE). Metoda ta polega na tym, że atomy składowe warstwy takie jak Ga, In, Al, Si, Mg dostarczane są poprzez parowanie tych składników w komórkach efuzyjnych (gdzie strumień padających atomów danego składnika jest funkcją temperatury komórki efuzyjnej), natomiast azot dostarczany jest w postaci wiązki wzbudzonych cząsteczek lub/i atomów azotu po przejściu przez urządzenie plazmowe. Urządzeniem plazmowym nazywamy takie urządzenie, które pobudza (lub rozkłada) molekuły zawierające azot, aby umożliwić tworzenie się azotków galu, indu, aluminium oraz ich stopów. Przykładowo może być to urządzenie wykorzystujący efekt mikrofalowego pobudzania cząsteczek zawierających azot („RF plasma source”) lub wykorzystujące efekt rezonansu cyklotronowego (ECR plasma source) lub inne. W przykładzie pierwszym wykorzystano urządzenie typu RF plasma source (Unibulb EPI-RFS-450-G-N firmy Veeco).
W komorze wzrostu podgrzano podł o ż e i do temperatury 710°C w próż ni nie mniejszej niż 5·10-10 torr. Rozgrzano galową komórkę efuzyjną do temperatury 1010°C (komórka typu VG-300-SUMO-L firmy Veeco) oraz krzemową komórkę efuzyjną do temperatury 1180°C (komórka efuzyjną firmy Oxford VG-40cc/KM-28 standard). Na fig. od 7 do 9 przedstawiono zależności strumieni galu, indu oraz aluminium w funkcji temperatur galowej, indowej, i aluminiowej komórki efuzyjnej zmierzonej monitorem jonów („Monitor lon Gauge”) zasilanego prądem 1 mA będącym na wyposażeniu maszyny PAMBE VG-90. Następnie ustalono przepływ azotu o bardzo wysokiej czystości (poziom zanieczyszczeń - poniżej 1 ppb) na poziomie 1 sccm, przy czym przepływ azotu kontrolowany był przez przepływowy kontroler masy, po czym włączono źródło plazmowe (Unibulb EP1-RFS-450-G-N firmy Veeco) zasilane mocą 240 W. Po otwarciu przesłony dla komórek efuzyjnych Ga, Si oraz źródła plazmowego
N przez 20 minut hodowano 0.1 μm GaN domieszkowanego Si. Poziom domieszkowania Si wynosił 5·1018 cm-3 (zmierzony metodą SIMS - „Secondary Ion Mass Spectroscopy”). Następnie zamknięto przesłony dla komórek efuzyjnych Ga, Si oraz źródła plazmowego N.
c) Wzrost dolnej warstwy okładkowej typu n 3.
W komorze wzrostu podgrzano podłoże 1 wraz z warstwą buforową 2 do temperatury 710°C, zaś parametry pracy źródła plazmowego azotu ustalono takie jak w punkcie b) pierwszego przykładu I. Po rozgrzaniu galowej komórki efuzyjnej do temperatury 1007°C, krzemowej komórki efuzyjnej do temperatury 1180°C oraz aluminiowej komórki efuzyjnej do 1025°C (komórka typu VG-300-SUMO-AL-L firmy Veeco) otwarto przesłony komórek efuzyjnych Ga, Al, Si oraz źródła plazmowego N. Następnie przez 100 minut hodowano przez 0.5 μm Al0.08Ga0.92N domieszkowanego Si na poziomie 5·1018 cm-3 (poziom Si zmierzony został metodą SIMS - fig. 9) i zamknięto przesłony komórek efuzyjnych Al, Ga, Si oraz źródła plazmowego N.
d) Wzrost dolnej warstwy falowodowej typu n 4.
Podłoże do wzrostu 1 wraz z warstwami 2 oraz 3 podgrzano do temperatury 710°C. Galową komórkę efuzyjna rozgrzano do temperatury 1007°C, a krzemową komórkę efuzyjną - do temperatury 1180°C, natomiast parametry pracy źródła plazmowego azotu były takie same jak w punkcie b) przykładu I. Po otwarciu przesłon komórek efuzyjnych Ga, Si oraz źródła plazmowego N przez 20 minut hodowano 0.1 μm Gan domieszkowanego Si na poziomie 5·1018 cm-3. Następnie zamknięto przesłony komórek efuzyjnych Ga, Si oraz źródła plazmowego N po czym rozgrzano galową komórkę efuzyjną do temperatury 970°C, krzemową komórkę efuzyjną do temperatury 1180°C oraz indową komórkę efuzyjna (komórka efuzyjną firmy Oxford VG-40cc / KM-28 standard) do temperatury 890°C. Parametry pracy źródła plazmowego azotu takie same jak w punkcie b) przykładu I. Następnie rozgrzano podłoże do temperatury 620°C, po czym otwarto przesłony komórek efuzyjnych In, Ga, Si oraz źródła plazmowego N i przez 6 minut hodowano 30 nm In0.02Ga0.98N domieszkowanego Si na poziomie 5·1018 cm-3. Następnie zamknięto przesłony komórek efuzyjnych In, Ga, Si oraz źródła plazmowego N.
PL 211 286 B1
e) Wzrost zespołu warstw optycznie czynnych 5.
W zależ noś ci od wymaganej liczby studni kwantowych (w laserach pół przewodnikowych stosuje się od 1 studni do 20 takich studni) procedurę opisaną w punktach (A) oraz (B) powtarzano tyle razy ile wynosi liczba studni kwantowych minus 1. Na przykład dla zespołu pięciu studni kwantowych procedurę opisaną w punktach (A) oraz (B) powtarzano 4 razy. (A) Podłoże 1 z warstwami 2, 3 i 4 rozgrzano do temperatury 620°C, zaś parametry pracy źródła plazmowego azotu były takie same jak w punkcie b) przykładu I, galową komórkę efuzyjną rozgrzano do temperatury 963°C, oraz indową komórkę efuzyjną rozgrzano do temperatury 890°C. Następnie otwarto przesłony Ga, In oraz N i przez 36 sekund hodowano 3 nm In0.12Ga0.88N. Następnie zamknięto przesłony Ga, In oraz N. (B) Rozgrzano podłoże do temperatury 620°C, galową komórkę efuzyjną do temperatury 970°C, indową komórkę efuzyjną do temperatury 890°C oraz krzemową komórkę efuzyjna do temperatury 1180°C, zaś parametry pracy źródła plazmowego azotu były takie jak w punkcie b) przykładu I. Następnie otwarto przesłony Ga, In, Si oraz N i przez 84 sekund hodowano 7 nm In0.02Ga0.98N domieszkowanego Si na poziomie 5·1018 cm-3. Następnie zamknięto przesłony Ga, In, Si oraz N. Po 4-krotnym powtórzeniu punktów (A) oraz (B) rozgrzano podłoże do temperatury 620°C, galową komórkę efuzyjną do temperatury 963°C, oraz indową komórkę efuzyjną do temperatury 890°C zaś parametry pracy źródła plazmowego azotu były takie jak w punkcie b) przykładu I. Następnie otwarto przesłony Ga, In oraz N i przez 36 sekund hodowano 3 nm In0.12Ga0.88N, po czym zamknięto przesłony Ga, In oraz N, rozgrzano podłoże do temperatury 620°C galową komórkę efuzyjną do temperatury 970°C, oraz indową komórkę efuzyjną do temperatury 890°C zaś parametry pracy źródła plazmowego azotu takie jak w punkcie b) przykładu 1. Po czym otwarto przesłony Ga, In, oraz N i przez 12 sekund hodowano 1 nm In0.02Ga0.98N. Następnie zamknięto przesłony Ga, In oraz N.
f) Wzrost górnej warstwy falowodu 6.
Po rozgrzaniu podłoża 1 z już uzyskanymi warstwami 2, 3, 4 i 5 do temperatury 620°C, rozgrzano galową komórkę efuzyjną do temperatury 958°C, indową komórkę efuzyjną do temperatury 890°C, aluminiową komórkę efuzyjną do 1045°C oraz magnezową komórkę efuzyjną (komórka efuzyjna firmy Oxford VG-40cc / KM-28 standard) do temperatury 420°C. Następnie ustalono parametry pracy źródła plazmowego azotu takie jak w punkcie b) przykładu I i otwarto przesłony komórek Al, Ga, In, Mg oraz N, po czym przez 4 minuty hodowano 20 nm In0.02Al0.16Ga0.82N domieszkowanego Mg na poziomie 7·1019 cm-3. Warstwa ta jest warstwą blokującą elektrony. Ilość wodoru w warstwie blokującej elektrony zmierzona metodą SIMS była mniejsza niż 1 x 1017 cm-3. Następnie zamknięto przesłony komórek Al, Ga, In, Mg oraz N. rozgrzano galową komórkę efuzyjną do temperatury 970°C, indową komórkę efuzyjną do temperatury 890°C oraz magnezową komórkę efuzyjną do 420°C i otwarto przesłony Ga, In, Mg oraz N. Przez 14 minut hodowano 70 nm warstwy In0.02Ga0.98N domieszkowanej Mg na poziomie 7·1019 cm-3 (poziom Mg zmierzony został za pomocą metody SIMS - fig. 10). Następnie zamknięto przesłony komórek Al, Ga, In, Mg oraz źródła azotu N.
g) Wzrost górnej warstwy okładkowej typu p 7
Po rozgrzaniu podłoża z warstwami od 2 do 6, do temperatury 620°C, galowej komórki efuzyjnej
- do temperatury 958°C, indowej komórki efuzyjnej do temperatury 890°C, aluminiowej komórki efuzyjnej do 1045°C, magnezowej komórki efuzyjnej do 420°C, ustaleniu parametrów pracy źródła plazmowego azotu takich jak w punkcie b) przykładni otwarto przesłony komórek Al, Ga, In, Mg oraz N i przez 30 sekund hodowano 2.5 nm In0.02Al0.16Ga0.82N domieszkowanej Mg na poziomie 7·10-19 cm-3 po czym zamknięto przesłony komórek Al, Ga, In, Mg oraz N. Następnie po rozgrzaniu podłoża do temperatury 620°C, galowej komórki efuzyjnej do temperatury 970°C, indowej komórki efuzyjnej do temperatury 890°C, oraz magnezowej komórki efuzyjnej do 420°C, i ustaleniu parametrów pracy źródła plazmowego azotu takie jak w punkcie b) przykładu I, otwarto przesłony komórek Ga, In, Mg oraz N i przez 30 sekund hodowano 2.5 nm In0.02Ga0.98N domieszkowanego Mg. Następnie zamknięto przesłony komórek Ga, In, Mg oraz N. Procedurę powyższą powtarzano 80 razy.
h) Wzrost warstwy podkontaktowej 8.
Po rozgrzaniu podłoża z warstwami od 2 do 7 do temperatury 620°C, galowej komórki efuzyjnej
- do temperatury 970°C, indowej komórki efuzyjnej - do temperatury 890°C, magnezowej komórki efuzyjnej do 420°C, (parametry pracy źródła plazmowego azotu były takie jak w punkcie b) przykładu I) otwarto przesłony komórek Ga, In, Mg oraz N i przez 4 minuty hodowano 20 nm In0.02Ga0.98N domieszkowanego Mg. Następnie zamknięto przesłony komórek Ga, In, Mg oraz N i schłodzono podłoże z warstwami od 1 do 8 do temperatury 30°C i wyjęto z maszyny MBE.
PL 211 286 B1
Na fig. 3 przedstawiono charakterystykę widmową azotkowej diody laserowej, w której układ warstw wykonany był według przykładu I, natomiast przyrząd laserowy o wymiarach 0.3 mm x 0.1 mm x 0.5 mm z paskiem kontaktowym o wymiarach 15 μm x 500 μm wykonany był standardową procedurą processingową, gdzie zwierciadła laserowe wykonane były metodą łupnięcia kryształu. Na fig. 4 podana jest charakterystyka prądowo-napięciowa i zależność mocy lasera od prądu.
Przykład II.
Konstrukcja i wykonanie diody laserowej, w której obszar optycznie czynny 5 składa się z pięciu studni InGaN/InGaN na bazie azotku galu azotku indu azotku aluminium i ich stopów, emitującej światło laserowe o długości 408 nm, ze zmodyfikowaną warstwą podkontaktowa 8.
a) Przygotowanie podłoża i wzrost warstw od 2 do 7 prowadzono tak jak w punktach od a) do g) przykładu I
h) Wzrost warstwy podkontaktowej 8.
Po rozgrzaniu podłoża z otrzymanymi warstwami od 2 do 7 do temperatury 620°C, galowej komórki efuzyjnej - do temperatury 970°C, indowej komórki efuzyjnej do temperatury 890°C, magnezowej komórki efuzyjnej do 420°C, (parametry pracy źródła plazmowego azotu były takie jak w punkcie
b) przykładu I) otwarto przesłony komórek Ga, In, Mg oraz N i przez 4 minuty hodowano 20 nm In0.02Ga0.98N domieszkowanego Mg. Następnie zamknięto przesłony komórek Ga, In, Mg oraz N i rozgrzano galową komórkę efuzyjną do temperatury 963°C, indową komórkę efuzyjną do temperatury 890°C oraz magnezową komórkę efuzyjną do 420°C, podłoże - do temperatury 620°C, przy czym parametry pracy źródła plazmowego azotu były takie jak w punkcie b) przykładu I. Następnie otwarto przesłony Ga, In, Mg oraz N i przez 36 sekund hodowano 3 nm In0.12Ga0.88N domieszkowanego Mg. Po czym zamknięto przesłony Ga, In, Mg oraz N i schłodzono podłoże z warstwami od 1 do 8, do temperatury 30°C i wyjęto z maszyny MBE.
Przykład III.
Konstrukcja i wykonanie diody laserowej, w której obszar aktywny składa się z dwóch studni InGaN/InGaN na bazie azotku galu azotku indu azotku aluminium i ich stopów, emitującej światło laserowe o długości 408 nm, przy czym obszar aktywny 5 wytwarza się przy użyciu dwóch źródeł Ga.
a) Przygotowanie podłoża i wzrost warstw od 2 do 4 prowadzono tak jak w punktach od a) do d) przykładu I.
e) Wzrost warstw optycznie czynnych 5.
Dla zespołu dwóch studni kwantowych (w laserach półprzewodnikowych stosuje się od jednej do dwudziestu studni kwantowych) stosowano następującą procedurę. Po rozgrzaniu podłoża do temperatury 620°C, galowej komórki efuzyjnej - do temperatury 963°C, dodatkowej galowej komórki efuzyjnej (była nią komórka efuzyjna firmy Oxford VG-40cc/KM-28 standard) do temperatury 969°C (zależność strumienia Ga od temperatury dodatkowej komórki galowej podana jest na fig. 6), krzemowej komórki efuzyjnej do temperatury 1180°C oraz indowej komórkę efuzyjnej do temperatury 890°C (parametry pracy źródła plazmowego azotu były takie jak w punkcie b) przykładu I), otwarto przesłony komórek Ga, In oraz źródła azotu N i przez 36 sekund hodowano 3 nm In0.12Ga0.88N. Następnie otwarto przesłony dodatkowej komórki Ga oraz komórki Si i przez 84 sekund hodowano 7 nm In0.02Ga0.98N domieszkowanego Si na poziomie 5·1018 cm-3. Po czym zamknięto przesłony dodatkowej komórki efuzyjnej Ga oraz komórki efuzyjnej Si i przez 36 sekund hodowano 3 nm In0.12Ga0.88N. Po czym otwarto przesłony dodatkowej komórki efuzyjnej Ga i przez 12 sekund hodowano 1 nm In0.02Ga0.98N. Następnie zamknięto przesłony komórek efuzyjnych Ga, dodatkowej komórki Ga oraz źródła azotowego N.
Wzrost warstw 6, 7 i 8 prowadzony był tak jak w punktach od f) do h) przykładu I.
Przykład IV
Konstrukcja i wykonanie diody laserowej, w której obszar aktywny 5 składa się z dwóch studni InGaN/InGaN na bazie azotku galu azotku indu azotku aluminium i ich stopów, emitującej światło laserowe o długości 408 nm, przy czym obszar aktywny 5 wytwarza się przy użyciu dwóch źródeł Ga zaś warstwa blokująca elektrony była położona bezpośrednio po ostatniej studni kwantowej.
a) Przygotowanie podłoża i wzrost warstw 2, 3 i 4 prowadzono tak jak w punktach od a) do d) przykładu I
e) Wzrost warstw optycznie czynnych 5.
W opisywanym przykładzie dla zespołu dwóch studni kwantowych zastosowano następującą procedurę. Po rozgrzaniu podłoża do temperatury 620°C, galowej komórki efuzyjnej do temperatury 963°C,
PL 211 286 B1 dodatkowej galowej komórki efuzyjnej (była nią komórka efuzyjna firmy Oxford VG-40cc / KM-28 standard) do temperatury 969°C (zależność strumienia Ga od temperatury dodatkowej komórki galowej podana jest na fig. 6), krzemowej komórki efuzyjnej do temperatury 1180°C oraz indowej komórki efuzyjnej do temperatury 890°C (parametry pracy źródła plazmowego azotu były takie jak w punkcie b) przykładu I) otwarto przesłony komórek Ga, In oraz źródła azotu N i przez 36 sekund hodowano 3 nm In0.12Ga0.88N. Następnie otwarto przesłony dodatkowej komórki efuzyjnej Ga oraz komórki efuzyjnej Si i przez 84 sekundy hodowano 7 nm In0.02Ga0.98N domieszkowanego Si na poziomie 5·1018 cm-3. Po czym zamknięto przesłony dodatkowej komórki efuzyjnej Ga oraz komórki efuzyjnej Si i przez 36 sekund hodowano 3 nm In0.12Ga0.88N. Następnie zamknięto przesłony dodatkowej komórki efuzyjnej Ga, komórki efuzyjnej Ga, oraz źródła azotowego N. Wzrost kolejnych warstw (od 6 do 8) prowadzony był tak jak w punktach od f) do h) przykładu I.
Przykład V
Konstrukcja i wykonanie diody laserowej, w której obszar aktywny 5 składa się z dwóch studni InGaN/InGaN na bazie azotku galu azotku indu azotku aluminium i ich stopów, emitującej światło laserowe o długości 408 nm. Obszar aktywny 5 wytwarza się przy użyciu dwóch źródeł Ga. Warstwa blokująca elektrony była położona bezpośrednio po ostatniej studni kwantowej zaś górna warstwa okładkowa zbudowana jest z pojedynczej warstwy In AlGaN domieszkowanej magnezem.
a) Przygotowanie podłoża i wzrost warstw od 2 do 6 prowadzono tak jak w punktach od a) do f) przykładu IV.
g) Wzrost górnej warstwy okładkowej typu p 7.
Po rozgrzaniu podłoża z warstwami 2-6 do temperatury 620°C, galowej komórki efuzyjnej do temperatury 962°C, indowej komórki efuzyjnej do temperatury 890°C, aluminiowej komórki efuzyjnej do 1025°C, magnezowej komórki efuzyjnej do 420°C, ustaleniu parametrów pracy źródła plazmowego azotu takie jak w punkcie b) przykładni otwarto przesłony komórek Al, Ga, In, Mg oraz N i przez 70 minut hodowano 0.35 μm Ino.o2Alo.o8Ga0.82N domieszkowanej Mg na poziomie 7·1019 cm-3 po czym zamknięto przesłony komórek efuzyjnych Al, Ga, In, Mg oraz N. Wzrost warstwy 8 prowadzony był tak jak w punkcie h) przykładu I.
Przykład VI
Konstrukcja i wykonanie diody laserowej w której obszar aktywny 5 składa się z dwóch studni InGaN/InGaN na bazie azotku galu azotku indu azotku aluminium i ich stopów, emitującej światło laserowe o długości 500 nm
a) Przygotowanie podłoża i wzrost warstw od 2 do 4 prowadzono tak jak w punktach od a) do d) przykładu I.
e) Wzrost warstw optycznie czynnych 5.
W opisywanym przykładzie dla zespołu dwóch studni kwantowych stosowano następującą procedurę. Po rozgrzaniu podłoża do temperatury 600°C, galowej komórki efuzyjnej do temperatury 934°C, dodatkowej galowej komórki efuzyjnej (była nią komórka efuzyjna firmy Oxford VG-40cc/KM28 standard) do temperatury 975°C, krzemowej komórki efuzyjnej do temperatury 1180°C oraz indowej komórkę efuzyjnej do temperatury 900°C (parametry pracy źródła plazmowego azotu były takie jak w punkcie b) przykładu I) otwarto przesłony komórek Ga, In oraz źródła azotu N i przez 24 sekundy hodowano 2 nm In0.46Ga0.54N. Następnie otwarto przesłony dodatkowej komórki efuzyjnej Ga oraz komórki efuzyjnej Si i przez 84 sekundy hodowano 7 nm In0.2Ga0.8N domieszkowanego Si na poziomie 5·1018 cm-3. Po czym zamknięto przesłony dodatkowej komórki efuzyjnej Ga oraz komórki efuzyjnej Si i przez 24 sekundy hodowano 2 nm In0.46Ga0.54N. Następnie zamknięto przesłony dodatkowej komórki efuzyjnej Ga, komórki efuzyjnej Ga, oraz źródła azotowego N.
Wzrost warstw 6, 2 i 8 prowadzony był tak jak w punktach od f) do h) przykładu I.
Przykład VII
Konstrukcja i wykonanie diody laserowej w której obszar aktywny 5 składa się z dwóch studni InGaN/InGaN na bazie azotku galu azotku indu azotku aluminium i ich stopów, emitującej światło laserowe o długości 460 nm
a) Przygotowanie podłoża i wzrost warstw 2, 3 i 4 prowadzono tak jak w punktach od a) do d) przykładu I
e) Wzrost warstw optycznie czynnych 5.
W przytaczanym przykładzie dla zespołu dwóch studni kwantowych stosowano następującą procedurę: Po rozgrzaniu podłoża do temperatury 605°C, galowej komórki efuzyjnej do temperatury 942°C,
PL 211 286 B1 dodatkowej galowej komórki efuzyjnej (była nią komórka efuzyjna firmy Oxford VG-40cc/KM-28 standard) do temperatury 975°C, krzemowej komórki efuzyjnej do temperatury 1180°C oraz indowej komórki efuzyjnej do temperatury 900°C (parametry pracy źródła plazmowego azotu były takie jak w punkcie b) przykładu I) otwarto przesłony komórek Ga, In oraz źródła azotu N i przez 24 sekundy hodowano 2 nm In0.3Ga0.7N. Następnie otwarto przesłony dodatkowej komórki efuzyjnej Ga oraz komórki efuzyjnej Si i przez 84 sekundy hodowano 7 nm In0.04Ga0.96N domieszkowanego Si na poziomie 5·1018 cm-3. Po czym zamknięto przesłony dodatkowej komórki efuzyjnej Ga oraz komórki efuzyjnej Si i przez 24 sekundy hodowano 2 nm In0.3Ga0.7N. Następnie zamknięto przesłony drugiej komórki efuzyjnej Ga, komórki efuzyjnej Ga, oraz źródła azotowego N.
Wzrost warstw 6, 7 i 8 prowadzony był tak jak w punktach od f) do h) przykładu I.
Przykład VIII
Konstrukcja i wykonanie diody laserowej, w której obszar aktywny 5 składa się z dwóch studni InGaN/InGaN na bazie azotku galu azotku indu azotku aluminium i ich stopów, emitującej światło laserowe o długości 408 nm i wykonanej na podłożu HVPE o gęstości dyslokacji mniejszej niż 107 cm-2.
a) Przygotowanie podłoża.
Podłoże GaN wyhodowane metodą HVPE na płytce szafirowej o gęstości dyslokacji mniejszej niż 107 cm-2 przygotowano do wzrostu w sposób ujawniony w polskim opisie patentowym nr 180448. W wyniku realizacji takiej procedury otrzymano powierzchnię kryształu pokrytą stopniami atomowymi o szerokości wynikającej ze stopnia dezorientacji. Następnie tylną część podłoża i pokryto warstwą molibdenu o grubości 1 μm. Warstwa molibdenu pozwala na jednorodne nagrzewanie podłoża podczas wzrostu w maszynie MBE. Mocowanie podłoży krystalicznych i do wzrostu w maszynie MBE odbywa się w sposób, zwany dalej grawitacyjnym, który polega na zawieszeniu podłoża i na specjalnych sprężynkach 9 i przykryciu podłoża płytką szafirową 10. Układ ze sprężynkami 9 zawieszony jest w pewnej odległości od grzejnika maszyny MBE i nagrzewanie podłoża odbywa się poprzez absorpcję promieniowania światła grzejnika (maksimum promieniowania grzejnika znajduje się w bliskiej podczerwieni) podającego na podłoże 1.
Tak przygotowane podłoże i umieszczono w maszynie MBE VG-90 firmy Oxford Instruments i wygrzewano w komorze wstępnej maszyny MBE w temperaturze 450°C przez 24 godziny i w temperaturze 600°C przez 30 minut. Po uzyskaniu próżni poniżej 1 x 10-10 torr podłoże i przeniesiono do komory wzrostu. Kolejne etapy wzrostu struktury laserowej przeprowadzono w sposób opisany w przykładzie i w punktach od b) do h), w komorze wzrostu maszyny MBE VG-90 firmy Oxford Instruments.
Przykład IX
Konstrukcja i wykonanie diody laserowej, w której obszar aktywny 5 składa się z dwóch studni InGaN/InGaN na bazie azotku galu azotku indu azotku aluminium i ich stopów, emitującej światło laserowe o długości 408 nm i wykonanej na podłożu HVPE typu „free standing” o gęstości dyslokacji mniejszej niż 106 cm-2.
a) Przygotowanie podłoża.
Podłoże GaN wyhodowane metodą HVPE o grubości 200 μm (które zostało uprzednio zdjęte z podłoża krystalicznego na którym było hodowane) o gęstości dyslokacji mniejszej niż 106 cm-2 przygotowano do wzrostu w sposób znany z polskiego opisu patentowego nr 180448. W wyniku realizacji takiej procedury otrzymano powierzchnię kryształu pokrytą stopniami atomowymi o szerokości wynikającej ze stopnia dezorientacji. Następnie tylną część podłoża i pokryto warstwą molibdenu o grubości 1 μm. Warstwa molibdenu pozwala na jednorodne nagrzewanie podłoża 1 podczas wzrostu w maszynie MBE. Mocowanie podłoży krystalicznych i do wzrostu w maszynie MBE odbywa się w sposób, zwany dalej grawitacyjnym, który polega na zawieszeniu podłoża 1 na specjalnych sprężynkach 9 i przykryciu podłoża płytką szafirową 10. Układ ze sprężynkami 9 zawieszony jest w pewnej odległości od grzejnika maszyny MBE i nagrzewanie podłoża 1 odbywa się poprzez absorpcję promieniowania światła grzejnika (maksimum promieniowania grzejnika znajduje się w bliskiej podczerwieni) podającego na podłoże 1.
Tak przygotowane podłoże i umieszczono w maszynie MBE VG-90 firmy Oxford Instruments i wygrzewano w komorze wstępnej maszyny MBE w temperaturze 450°C przez 24 godziny i w temperaturze 600°C przez 30 minut. Po uzyskaniu próżni poniżej 1 x 10-10 torr podłoże i przeniesiono do komory wzrostu. Kolejne etapy wzrostu struktury laserowej przeprowadzono w sposób opisany w przykładzie I w punktach od b) do h), w komorze wzrostu maszyny MBE VG-90 firmy Oxford Instruments.
PL 211 286 B1
Przykład X
Konstrukcja i wykonanie diody laserowej, w której obszar aktywny składa się z dwóch studni InGaN/InGaN na bazie azotku galu azotku indu azotku aluminium i ich stopów, emitującej światło laserowe o długości 408 nm i wykonanej na podłożu HVPE typu „free standing”
-2 o gę stoś ci dyslokacji mniejszej niż 105 cm-2. a) Przygotowanie podłoża.
Podłoże GaN wyhodowane metodą HVPE o grubości 200 μm (które zostało uprzednio zdjęte
-2 z podłoża krystalicznego na którym było hodowane) o gęstości dyslokacji mniejszej niż 105 cm-2 przygotowano do wzrostu w sposób z polskiego opisu patentowego nr 180448. W wyniku realizacji takiej procedury otrzymano powierzchnię kryształu pokrytą stopniami atomowymi o szerokości wynikającej ze stopnia dezorientacji. Następnie tylną część podłoża i pokryto warstwą molibdenu o grubości 1 μm. Warstwa molibdenu pozwala na jednorodne nagrzewanie podłoża podczas wzrostu w maszynie MBE. Mocowanie podłoży krystalicznych i do wzrostu w maszynie MBE odbywa się w sposób, zwany dalej grawitacyjnym, który polega na zawieszeniu podłoża i na specjalnych sprężynkach 9 i przykryciu podłoża płytką szafirową 10. Układ ze sprężynkami 9 zawieszony jest w pewnej odległości od grzejnika maszyny MBE i nagrzewanie podłoża i odbywa się poprzez absorpcję promieniowania światła grzejnika (maksimum promieniowania grzejnika znajduje się w bliskiej podczerwieni) podającego na podłoże 1.
Tak przygotowane podłoże i umieszczono w maszynie MBE VG-90 firmy Oxford Instruments i wygrzewano w komorze wstępnej maszyny MBE w temperaturze 450°C przez 24 godziny i w temperaturze 600°C przez 30 minut. Po uzyskaniu próżni poniżej 1 x 10-10 torr podłoże przeniesiono do komory wzrostu. Kolejne etapy wzrostu struktury laserowej przeprowadzono w sposób opisany w przykładzie I w punktach od b) do h) w komorze wzrostu maszyny MBE VG-90 firmy Oxford Instruments.
Przykład XI
Konstrukcja i wykonanie diody laserowej, w której obszar aktywny 5 składa się z dwóch studni InGaN/InGaN na bazie azotku galu azotku indu azotku aluminium i ich stopów emitująca światło laserowe o długości 403 nm na podłożu HVPE na stronie niepolarnej.
a) Przygotowanie podłoża.
Podłoże GaN wyhodowane metodą HVPE o grubości 2 mm (które zostało uprzednio zdjęte
-2 z podłoża krystalicznego na którym było hodowane) o gęstości dyslokacji mniejszej niż 105 cm-2 przygotowano do wzrostu na stronie prostopadłej do osi a w sposób znany z polskiego opisu patentowego nr 180448. W wyniku realizacji takiej procedury otrzymano powierzchnię kryształu pokrytą stopniami atomowymi o szerokości wynikającej ze stopnia dezorientacji płaszczyzny wzrostu do osi a. Następnie tylną część podłoża i pokryto warstwą molibdenu o grubości 1 μ^ι. Warstwa molibdenu pozwala na jednorodne nagrzewanie podłoża podczas wzrostu w maszynie MBE.
Mocowanie podłoży krystalicznych i do wzrostu w maszynie MBE odbywa się w sposób, zwany dalej grawitacyjnym, który polega na zawieszeniu podłoża i na specjalnych sprężynkach 9 i przykryciu podłoża płytką szafirową 10. Układ ze sprężynkami 9 zawieszony jest w pewnej odległości od grzejnika maszyny MBE i nagrzewanie podłoża i odbywa się poprzez absorpcję promieniowania światła grzejnika (maksimum promieniowania grzejnika znajduje się w bliskiej podczerwieni) podającego na podłoże.
Tak przygotowane podłoże i umieszczono w maszynie MBE VG-90 firmy Oxford Instruments i wygrzewano w komorze wstępnej maszyny MBE w temperaturze 450°C przez 24 godziny i w temperaturze 600°C przez 30 minut. Po uzyskaniu próżni poniżej 1 x 10-10 torr podłoże przeniesiono do komory wzrostu.
Kolejne etapy wzrostu struktury laserowej przeprowadzono w sposób opisany w przykładzie I w punktach od b) do h) w komorze wzrostu maszyny MBE VG-90 firmy Oxford Instruments.
Przykład XII.
Konstrukcja i wykonanie diody laserowej gdzie obszar aktywny składa się z dwóch studni InGaN/InGaN na bazie azotku galu azotku indu azotku aluminium i ich stopów, emitującej światło laserowe o długości 408 nm, wykonanej na podłożu typu ELOG o gęstości dyslokacji mniejszej niż 107 cm-2.
a) Przygotowanie podłoża.
Podłoże GaN typu ELOG o gęstości dyslokacji mniejszej niż 107 cm-2. przygotowano do wzrostu w sposób znany z polskiego patentu nr 180448. W wyniku realizacji takiej procedury otrzymano powierzchnię kryształu pokrytą stopniami atomowymi o szerokości wynikającej ze stopnia dezorientacji. Następnie tylną część podłoża i pokryto warstwą molibdenu o grubości 1 μ^ι. Warstwa molibdenu
PL 211 286 B1 pozwala na jednorodne nagrzewanie podłoża podczas wzrostu w maszynie MBE. Mocowanie podłoży krystalicznych i do wzrostu w maszynie MBE odbywa się w sposób, zwany dalej grawitacyjnym, który polega na zawieszeniu podłoża 1 na specjalnych sprężynkach 9 i przykryciu podłoża płytką szafirową 10. Układ ze sprężynkami 9 zawieszony jest w pewnej odległości od grzejnika maszyny MBE i nagrzewanie podłoża 1 odbywa się poprzez absorpcję promieniowania światła grzejnika (maksimum promieniowania grzejnika znajduje się w bliskiej podczerwieni) podającego na podłoże. Tak przygotowane podłoże 1 umieszczono w maszynie MBE VG-90 firmy Oxford Instruments i wygrzewano w komorze wstępnej maszyny MBE w temperaturze 450°C przez 24 godziny i w temperaturze 600°C przez 30 minut. Po uzyskaniu próżni poniżej 1 x 10-10 torr podłoże przeniesiono do komory wzrostu. Kolejne etapy wzrostu struktury laserowej przeprowadzono w sposób opisany w przykładzie I w punktach od
b) do h) w komorze wzrostu maszyny MBE VG-90 firmy Oxford Instruments.
Przykład XIII
Konstrukcja i wykonanie diody laserowej gdzie obszar aktywny składa się z dwóch studni InGaN/InGaN na bazie azotku galu azotku indu azotku aluminium i ich stopów, emitującej światło laserowe o długości 500 nm i wykonanej na krystalicznym podłożu hodowanym metodą wysokociśnieniową o gęstości dyslokacji mniejszej niż 103 cm-2.
a) Przygotowanie podłoża.
Podłoże GaN wyhodowane metodą wysokociśnieniową w sposób opisany między innymi w publikacji /. Grzegory, J. Phys.: Condens. Matter 14, 11055 (2002), o gęstości dyslokacji mniejszej niż 103 cm-2 przygotowano do wzrostu w sposób znany polskiego opisu patentowego nr 180448. W wyniku realizacji takiej procedury otrzymano powierzchnię kryształu pokrytą stopniami atomowymi o szerokości wynikającej ze stopnia dezorientacji. Następnie tylną część podłoża 1 pokryto warstwą molibdenu o grubości 1 μm. Warstwa molibdenu pozwala na jednorodne nagrzewanie podłoża podczas wzrostu w maszynie MBE. Mocowanie podłoży krystalicznych i do wzrostu w maszynie MBE odbywa się w sposób, zwany dalej grawitacyjnym, który polega na zawieszeniu podłoża 1 na specjalnych sprężynkach 9 i przykryciu podłoża płytką szafirową 10. Układ ze sprężynkami 9 zawieszony jest w pewnej odległości od grzejnika maszyny MBE i nagrzewanie podłoża i odbywa się poprzez absorpcję promieniowania światła grzejnika (maksimum promieniowania grzejnika znajduje się w bliskiej podczerwieni) podającego na podłoże.
Tak przygotowane podłoże 1 umieszczono w maszynie MBE VG-90 firmy Oxford Instruments i wygrzewano w komorze wstępnej maszyny MBE w temperaturze 450°C przez 24 godziny i w temperaturze 600°C przez 30 minut. Po uzyskaniu próżni poniżej 1 x 10-10 torr podłoże przeniesiono do komory wzrostu. Kolejne etapy wzrostu struktury laserowej przeprowadzono w sposób opisany w przykładzie I w punktach od b) do h) w komorze wzrostu maszyny MBE VG-90 firmy Oxford Instruments. Wzrost warstw 2, 3 i 4 prowadzono tak jak w punktach od a) do d) przykładu I.
e) Wzrost warstw optycznie czynnych 5.
W opisywanym przykładzie dla zespołu dwóch studni kwantowych stosowano następującą procedurę: Po rozgrzaniu podłoża do temperatury 600°C, galowej komórki efuzyjnej do temperatury 934°C, dodatkowej galowej komórki efuzyjnej (była nią komórka efuzyjna firmy Oxford VG-40cc / KM-28 standard) do temperatury 975°C, krzemowej komórki efuzyjnej do temperatury 1180°C oraz indowej komórkę efuzyjnej do temperatury 900°C (parametry pracy źródła plazmowego azotu były takie jak w punkcie b) przykładu I) otwarto przesłony komórek Ga, In oraz źródła azotu N i przez 24 sekundy hodowano 2 nm In0.46Ga0.54N. Następnie otwarto przesłony komórki Ga oraz komórki Si i przez 84 sekund hodowano 7 nm In0.2Ga0.8N domieszkowanego Si na poziomie 5·1018 cm-3. Po czym zamknięto przesłony przesłony drugiej komórki Ga oraz komórki Si i przez 24 sekundy hodowano 2 nm In0.46Ga0.54N. Następnie zamknięto przesłony komórki Ga, drugiej komórki Ga, oraz źródła azotowego N.
Wzrost warstw 6, 7 i 8 prowadzony był tak jak w punktach od f) do h) przykładu I.
Przykład XIV
Konstrukcja i wykonanie diody laserowej, w której obszar aktywny składa się z dwóch studni InN/InGaN na bazie azotku galu azotku indu azotku aluminium i ich stopów, emitującej światło laserowe o długości 950 nm.
a) Przygotowanie podłoża i wzrost warstwy 2 prowadzono tak jak w punktach a) i b) przykładu XI.
c) Wzrost dolnej warstwy okładkowej typu n 3.
W komorze wzrostu podgrzano podłoże 1 z warstwą 2 do temperatury 710°C. Rozgrzano galową komórkę efuzyjną do temperatury 1010°C oraz krzemową komórkę efuzyjną do temperatury 1180°C. Po otwarciu przesłony dla komórek efuzyjnych Ga, Si oraz źródła plazmowego N przez
PL 211 286 B1
100 minut hodowano 0.5 μm GaN domieszkowanego Si. Poziom domieszkowania Si wynosi 5·1018 cm-3 (zmierzony metodą SIMS „Secondary Ion Mass Spectroscopy”). Następnie zamknięto przesłony dla komórek efuzyjnych Ga, Si oraz źródła plazmowego N.
d) Wzrost dolnej warstwy falowodowej typu n 4.
Po rozgrzaniu podłoża do temperatury 600°C, galowej komórki efuzyjnej do temperatury 934°C, drugiej galowej komórki efuzyjnej (była nią komórka efuzyjna firmy Oxford VG-40cc / KM-28 standard) do temperatury 975°C, krzemowej komórki efuzyjnej do temperatury 1180°C oraz indowej komórkę efuzyjnej do temperatury 900°C (parametry pracy źródła plazmowego azotu były takie jak w punkcie
b) przykładu I) otwarto przesłony komórek In, Ga, Si oraz źródła azotu N i przez 20 minut hodowano 0.1 μm In0.46Ga0.54N domieszkowanego Si.
e) Wzrost zespołu warstw optycznie czynnych 5·
W przytaczanym przykładzie dla zespołu dwóch studni kwantowych stosowano następującą procedurę. Po rozgrzaniu podłoża do temperatury 600°C, galowej komórki efuzyjnej do temperatury 934°C, krzemowej komórki efuzyjnej do temperatury 1180°C oraz indowej komórkę efuzyjnej do temperatury 900°C zaś parametry pracy źródła plazmowego azotu były takie jak w punkcie b) przykładu I, otwarto przesłony komórek In oraz źródła azotu N i przez 18 sekund hodowano 1.5 nm InN. Następnie otwarto przesłony komórek Ga oraz Si i przez 84 sekundy hodowano 7 nm In0.46Ga0.54N domieszkowanego Si na poziomie 5·1018 cm-3. Po czym zamknięto przesłony komórek Ga oraz Si i przez 18 sekund hodowano 1.5 nm InN. Następnie zamknięto przesłony komórek Ga, oraz źródła azotowego N.
f) Wzrost górnej warstwy falowodu typu p 6.
Po rozgrzaniu podłoża 1 z warstwami 2-5 do temperatury 600°C, galowej komórkę efuzyjnej do temperatury 970°C, indowej komórki efuzyjnej do temperatury 900°C, oraz magnezowej komórki efuzyjnej (komórka efuzyjna firmy Oxford VG-40cc / KM-28 standard) do temperatury 420°C i ustaleniu parametrów pracy źródła plazmowego azotu takich jak w punkcie b) przykładu I, otwarto przesłony komórek Ga, In, Mg oraz N i przez 4 minuty hodowano 20 nm In0.2Ga0.98N domieszkowanego Mg na poziomie 7·1019 cm-3. Warstwa ta jest warstwą blokującą elektrony. Następnie zamknięto przesłony komórek Ga, In, Mg oraz N.
Następnie rozgrzano galową komórkę efuzyjną do temperatury 934°C, indową komórkę efuzyjną do temperatury 900°C oraz magnezową komórkę efuzyjną do 420°C i otwarto przesłony Ga, In, Mg oraz N. Przez 14 minut hodowano 70 nm warstwy In0.46Ga0.54N domieszkowanej Mg. Następnie zamknięto przesłony komórek Ga, In, Mg oraz źródła azotu N.
g) Wzrost górnej warstwy okładkowej typu p 7
Po rozgrzaniu podłoża z warstwami 2-6 do temperatury 620°C, galowej komórki efuzyjnej do temperatury 970°C, indowej komórki efuzyjnej do temperatury 890°C, magnezowej komórki efuzyjnej do 420°C, ustaleniu parametrów pracy źródła plazmowego azotu takie jak w punkcie b) przykładu I otwarto przesłony komórek Ga, In, Mg oraz N i przez 80 minut hodowano 0.4 μm In0.02Ga0.82N domieszkowanej Mg po czym zamknięto przesłony komórek Ga, In, Mg oraz N.
h) Wzrost warstwy podkontaktowej 8.
Po rozgrzaniu podłoża z warstwami 2-7 do temperatury 620°C, galowej komórki efuzyjnej do temperatury 970°C, indowej komórki efuzyjnej do temperatury 890°C, magnezowej komórki efuzyjnej do 420°C, przy czym parametry pracy źródła plazmowego azotu były takie jak w punkcie b) przykładu I, otwarto przesłony komórek Ga, In, Mg oraz N i przez 4 minuty hodowano 20 nm I In0.02Ga0.98N domieszkowanego Mg. Następnie zamknięto przesłony komórek Ga, In, Mg oraz N i schłodzono podłoże z warstwami 1-8. do temperatury 30°C i wyjęto z maszyny MBE.
Przykład XV
Konstrukcja i wykonanie diody laserowej w której obszar aktywny składa się z dwóch studni AlGaN/AlGaN na bazie azotku galu azotku indu azotku aluminium i ich stopów, emitującej światło laserowe o długości 260 nm.
a) Przygotowanie podłoża.
Podłoże krystaliczne 1 AIN przygotowano do wzrostu w sposób znany z polskiego opisu patentowego nr 180448. W wyniku realizacji takiej procedury otrzymano powierzchnię kryształu pokrytą stopniami atomowymi o szerokości wynikającej ze stopnia dezorientacji. Dla dezorientacji równej 1° szerokość stopni atomowych wynosiła 14.3 nm. Następnie tylną część podłoża i pokryto warstwą molibdenu o grubości 1 μ^ι. Warstwa molibdenu pozwala na jednorodne nagrzewanie podłoża podczas wzrostu w maszynie MBE. Mocowanie podłoży krystalicznych 1 do wzrostu w maszynie MBE odbywa się w sposób, zwany dalej grawitacyjnym, który polega na zawieszeniu podłoża i na specjalnych sprężynkach 9
PL 211 286 B1 i przykryciu podłoża płytką szafirową 10. Molibdenowy sprężysty pierścień 11 zapewnia mechaniczna stabilność zamocowania. Układ ze sprężynkami 9 zawieszony jest w pewnej odległości od grzejnika maszyny MBE i nagrzewanie podłoża odbywa się poprzez absorpcję promieniowania światła grzejnika (maksimum promieniowania grzejnika znajduje się w bliskiej podczerwieni) podającego na podłoże.
Tak przygotowane podłoże 1 umieszcza się w maszynie MBE VG-90 firmy Oxford Instruments i wygrzewano w komorze wstępnej maszyny MBE w temperaturze 450°C przez 24 godziny i w temperaturze 600°C przez 30 minut. Po uzyskaniu próżni poniżej 1 x 10-10 torr podłoże i przeniesiono do komory wzrostu. Kolejne etapy wzrostu struktury laserowej opisane w punktach od b) do h) przeprowadzono w komorze wzrostu maszyny MBE VG-90 firmy Oxford Instruments.
b) Wzrost warstwy buforowej 2.
W komorze wzrostu podgrzano podłoże i do temperatury 710°C w próżni nie niniejszej niż 5· 10-10 torr. Rozgrzano galową komórkę efuzyjną do temperatury 972°C aluminiową komórkę efuzyjną do temperatury 1138°C oraz krzemową komórkę efuzyjną do temperatury 1180°C. Następnie ustalono przepływ azotu o bardzo wysokiej czystości (poziom zanieczyszczeń - poniżej 1 ppb) na poziomie 1 sccm, przy czym przepływ azotu kontrolowany był przez przepływowy kontroler masy, po czym włączono źródło plazmowe (Unibulb EPI-RFS-450-G-N firmy Veeco) zasilane mocą 240 W. Po otwarciu przesłony dla komórek efuzyjnych Ga, Si oraz źródła plazmowego N przez 20 minut hodowano 0.1 μm Al0.95Ga0.05N domieszkowanego Si. Następnie zamknięto przesłony dla komórek efuzyjnych Ga, Si oraz źródła plazmowego N.
c) Wzrost dolnej warstwy okładkowej typu n 3.
W komorze wzrostu podgrzano podłoże 1 z warstwą 2 do temperatury 710°C w próżni nie niniejszej niż 5· 10-10 torr. Rozgrzano galową komórkę efuzyjną do temperatury 972°C aluminiową komórkę efuzyjną do temperatury 1138°C oraz krzemową komórkę efuzyjną do temperatury 1180°C. Następnie ustalono przepływ azotu o bardzo wysokiej czystości (poziom zanieczyszczeń - poniżej 1 ppb) na poziomie 1 sccm, przy czym przepływ azotu kontrolowany był przez przepływowy kontroler masy, po czym włączono źródło plazmowe (Unibulb EPI-RFS-450-G-N firmy Veeco) zasilane mocą 240 W. Po otwarciu przesłony dla komórek efuzyjnych Ga, Si oraz źródła plazmowego N przez 80 minut hodowano 0.4 μ^ι Al0.95Ga0.05N domieszkowanego Si. Następnie zamknięto przesłony dla komórek efuzyjnych Ga, Si oraz źródła plazmowego N.
d) Wzrost dolnej warstwy falowodowej typu n 4.
Podłoże do 1 wraz z warstwami 2 i 3 podgrzano do temperatury 710°C. Rozgrzano galową komórkę efuzyjną do temperatury 985°C, krzemową komórkę efuzyjną do temperatury 1180°C, aluminiową komórkę efuzyjną do temperatury 1122°C, natomiast parametry pracy źródła plazmowego azotu były takie jak w punkcie b) przykładu I. Po otwarciu przesłon komórek efuzyjnych Ga, Si oraz źródła plazmowego N przez 20 minut hodowano 0.1 μm Al07Ga03N domieszkowanego Si. Następnie zamknięto przesłony komórek efuzyjnych Ga, Si oraz źródła plazmowego N.
e) Wzrost zespołu warstw optycznie czynnych 5.
Podłoże 1 z warstwami 2-4 rozgrzano do temperatury 710°C, zaś parametry pracy źródła plazmowego azotu były takie jak w punkcie b) przykładu I. Galową komórkę efuzyjną rozgrzano do temperatury 991°C, a aluminiową komórkę efuzyjną rozgrzano do temperatury 1100°C. Następnie otwarto przesłony Ga, Al oraz N i przez 24 sekund hodowano 2 nm Al0. 5Ga0.5N. Następnie zamknięto przesłony Ga, Al oraz N. (B) Rozgrzano podłoże do temperatury 710°C, galową komórkę efuzyjną do temperatury 970°C, aluminiową komórkę efuzyjną do temperatury 1122°C oraz krzemową komórkę efuzyjną do temperatury 1180°C, przy czym parametry pracy źródła plazmowego azotu były takie jak w punkcie b) przykładu I. Następnie otwarto przesłony Ga, Al, Si oraz N i przez 84 sekund hodowano 7 nm Al0.7Ga0.3N. Następnie zamknięto przesłony Ga, Al, Si oraz N. Po czym rozgrzano podłoże do temperatury 710°C, galową komórkę efuzyjną do temperatury 991°C, oraz aluminiową komórkę efuzyjną do temperatury 1100°C zaś parametry pracy źródła plazmowego azotu były takie jak w punkcie b) przykładu I. Następnie otwarto przesłony Ga, Al oraz N i przez 24 sekund hodowano 2 nm Al0.5Ga0.5N. Następnie zamknięto przesłony Ga, Al oraz N.
f) Wzrost górnej warstwy falowodu 6.
Po rozgrzaniu podłoża 1 z warstwami 2-5 do temperatury 620°C, indowej komórki efuzyjnej do temperatury 890°C, aluminiowej komórki efuzyjnej do 1045°C oraz magnezowej komórki efuzyjnej (komórka efuzyjna firmy Oxford VG-40cc / KM-28 standard) do temperatury 420°C i ustaleniu parametrów pracy źródła plazmowego azotu takie jak w punkcie b) przykładu I otwarto przesłony komórek Al, In, Mg oraz N i przez 4 minuty hodowano 20 nm Al0.05Ga0.95N domieszkowanego Mg. Warstwa ta jest
PL 211 286 B1 warstwą blokującą elektrony. Ilość wodoru w warstwie blokującej elektrony zmierzona metodą SIMS była mniejsza niż 1 x 1017 cm-3. Następnie zamknięto przesłony komórek Al, In, Mg oraz N. Rozgrzano galową komórkę efuzyjną do temperatury 910°C, indową komórkę efuzyjną do temperatury 890°C, aluminiową komórkę efuzyjną do temperatury 1122°C oraz magnezową komórkę efuzyjną do 420°C i otwarto przesłony Ga, In, Mg oraz N. Przez 14 minut hodowano 70 nm warstwy In0.02Al0.07Ga0.03N domieszkowanej Mg Następnie zamknięto przesłony komórek Al, Ga, In, Mg oraz źródła azotu N.
g) Wzrost górnej warstwy okładkowej typu p 7.
Po rozgrzaniu podłoża z warstwami 2-6 do temperatury 620°C, indowej komórki efuzyjnej do temperatury 890°C, aluminiowej komórki efuzyjnej do 1138°C, magnezowej komórki efuzyjnej do 420°C, ustaleniu parametrów pracy źródła plazmowego azotu takie jak w punkcie b) przykładu I otwarto przesłony komórek Al, In, Mg oraz N i przez 80 minut hodowano 0.4 μm In0.05Al0.95N domieszkowanej Mg po czym zamknięto przesłony komórek Al, In, Mg oraz N.
h) Wzrost warstwy podkontaktowej 8.
Po rozgrzaniu podłoża 1 z warstwami 2-7 do temperatury 620°C, galowej komórki efuzyjnej do temperatury 970°C, indowej komórki efuzyjnej do temperatury 890°C, magnezowej komórki efuzyjnej do 420°C (parametry pracy źródła plazmowego azotu były takie jak w punkcie b) przykładu I) otwarto przesłony komórek Ga, In, Mg oraz N i przez 40 minuty hodowano 0.2 μm In0.02Ga0.98N domieszkowanego Mg. Następnie zamknięto przesłony komórek Ga, In, Mg oraz N i schłodzono podłoże z warstwami od 1 do 8 do temperatury 30°C i wyjęto z maszyny MBE.
Przykład XVI
Konstrukcja i wykonanie diody laserowej, w której obszar aktywny składa się z dwóch studni InGaN/InGaN na bazie azotku galu azotku indu azotku aluminium i ich stopów, emitującej światło laserowe o długości 408 nm, przy czym obszar aktywny 5 wytwarza się przy użyciu dwóch źródeł Ga, zaś dolna warstwa okładkowa zawiera warstwę InGaN redukującą naprężenia.
a) Przygotowanie podłoża i wzrost warstwy 2 prowadzono tak jak w punktach od a) do b) przykładu I.
c) Wzrost dolnej warstwy okładkowej typu n 3.
W komorze wzrostu podgrzano podłoże 1 wraz z warstwą buforową 2 do temperatury 620°C, galową komórkę efuzyjną do temperatury 963°C, oraz indową komórkę efuzyjną do temperatury 890°C zaś parametry pracy źródła plazmowego azotu były takie jak w punkcie b) przykładu I. Następnie otwarto przesłony Ga, In oraz N i przez 20 minut hodowano 0.1 μm In0.12Ga0.88N, po czym zamknięto przesłony Ga, In oraz N. Następnie podgrzano podłoże do temperatury 710°C, zaś parametry pracy źródła plazmowego azotu ustalono takie jak w punkcie b) pierwszego przykładu I. Po rozgrzaniu galowej komórki efuzyjnej do temperatury 1007°C, krzemowej komórki efuzyjnej do temperatury 1180°C oraz aluminiowej komórki efuzyjnej do 1025°C otwarto przesłony komórek efuzyjnych Ga, Al, Si oraz źródła plazmowego N. Następnie przez 120 minut hodowano przez 0.6 μ^ι Al0.08Ga0.92N domieszkowanego Si na poziomie 5·1018 cm-3 (poziom Si zmierzony został metodą SIMS - fig. 9) i zamknięto przesłony komórek efuzyjnych Al, Ga, Si oraz źródła plazmowego N.
Wzrost warstw 4, 5, 6, 7 i 8 prowadzony był tak jak w punktach od d) do h) przykładu I.

Claims (17)

  1. Zastrzeżenia patentowe
    1. Azotkowa dioda laserowa, mająca podłoże krystaliczne, na którym naniesione są kolejno zespół warstw typu n, zespół warstw optycznie czynny oraz zespól warstw typu p, przy czym zespół warstw typu n stanowią, co najmniej warstwa buforowa, dolna warstwa okładkowa typu n i dolna warstwa falowodu typu n, zaś zespół warstw typu p stanowią, co najmniej górna warstwa falowodu typu p zawierająca w sobie warstwę blokującą elektrony, górna warstwa okładkową typu p oraz warstwa podkontaktowa typu p, znamienna tym, że warstwę blokującą elektrony stanowi domieszkowany magnezem stop InxAlyGa1-x-yN, w którym 1 > x > 0,001 a 1 > y > 0.
  2. 2. Azotkowa dioda laserowa według zastrz. 1, znamienna tym, że koncentracja wodoru w warstwie blokującej elektrony jest mniejsza niż 5 x 1017 cm-3.
  3. 3. Azotkowa dioda laserowa według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że górną warstwę okładkową typu p (7) stanowi domieszkowany magnezem zespół warstw, w którym w co najmniej jednej warstwie zawartość indu (x) jest większa niż 0.001, a koncentracja wodoru w warstwie okładkowej jest mniejsza niż 5 x 1017 cm-3.
    PL 211 286 B1
  4. 4. Azotkowa dioda laserowa według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że górną warstwę okładkową typu p (7) stanowi domieszkowany magnezem zespół warstw, w którym we wszystkich warstwach zawartość indu (x) jest większa niż 0.001.
  5. 5. Azotkowa dioda laserowa według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że koncentracja wodoru w warstwie okładkowej typ p (7) jest mniejsza niż 5 x 1017 cm-3.
  6. 6. Azotkowa dioda laserowa według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że podłożem krystalicznym (1) jest podłoże hodowane metodą HVPE i o koncentracji dyslokacji mniejszej niż 108 cm-2.
  7. 7. Azotkowa dioda laserowa według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że podłożem krystalicznym (1) jest podłoże typu ELOG o koncentracji dyslokacji mniejszej niż 108 cm-2.
  8. 8. Azotkowa dioda laserowa według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że koncentracja dyslokacji w podłożu krystalicznym (1) jest mniejsza niż 105 cm2.
  9. 9. Azotkowa dioda laserowa według zastrz. 1, albo 2, znamienna tym, że podłożem krystalicznym (1 jest podłoże wykonane metodą wysokociśnieniową i o koncentracji dyslokacji mniejszej niż 103 cm2.
  10. 10. Sposób wytwarzania azotkowej diody laserowej polegający na epitaksjalnym nanoszeniu na podłoże krystaliczne kolejno zespołu warstw typu n, zespołu warstw optycznie czynnego oraz zespołu warstw typu p, przy czym zespół warstw typu n stanowią co najmniej warstwa buforowa, dolna warstwa okładkowa typu n i dolna warstwa falowodu typu n, zaś zespół warstw typu p stanowią co najmniej górna warstwa falowodu typu p zawierająca w sobie warstwę blokującą elektrony, górna warstwa okładkową typu p oraz warstwa podkontaktowa typu p, znamienny tym, że warstwę falowodu typu p (6) oraz warstwę okładkową typu p (7) nanosi się w procesie epitaksji metodą wiązek molekularnych z użyciem plazmy azotowej, prowadzonym w obecności indu.
  11. 11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że warstwę blokującą elektrony nanosi się w procesie epitaksji metodą wiązek molekularnych z użyciem plazmy azotowej, prowadzonym w obecności indu.
  12. 12. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że warstwę okładkową typu p (7) nanosi się w procesie epitaksji metodą wiązek molekularnych z użyciem plazmy azotowej, prowadzonym w obecności indu.
  13. 13. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że warstwę okładkową typu n (3) nanosi się w procesie epitaksji metodą wiązek molekularnych z użyciem plazmy azotowej, prowadzonym w obecności indu.
  14. 14. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że jako podłoża krystaliczne (1) stosuje się podłoża hodowane metodą HVPE o koncentracji dyslokacji mniejszej niż 108 cm-2.
  15. 15. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że jako podłoża krystaliczne (1) stosuje się podłoża typu ELOG o koncentracji dyslokacji mniejszej niż 108 cm-2.
  16. 16. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że jako podłoża krystaliczne (1) stosuje się podłoża o koncentracji dyslokacji mniejszej niż 105 cm2.
  17. 17. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że jako podłoża krystaliczne (1) stosuje się podłoża wykonane metodą wysokociśnieniową koncentracji dyslokacji mniejszej niż 103 cm2.
PL369597A 2004-08-15 2004-08-15 Azotkowa dioda laserowa i sposób wytwarzania azotkowej diody laserowej PL211286B1 (pl)

Priority Applications (12)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL369597A PL211286B1 (pl) 2004-08-15 2004-08-15 Azotkowa dioda laserowa i sposób wytwarzania azotkowej diody laserowej
AT05769150T ATE413710T1 (de) 2004-08-15 2005-08-09 Auf nitrid basierende laserdiode und verfahren zur herstellung einer auf nitrid basierenden laserdiode
EP05769150A EP1787366B1 (en) 2004-08-15 2005-08-09 Nitride based laser diode and method of manufacturing nitride based laser diode
CN200580027807A CN100578877C (zh) 2004-08-15 2005-08-09 氮化物基激光二极管和制造氮化物基激光二极管的方法
PL05769150T PL1787366T3 (pl) 2004-08-15 2005-08-09 Azotkowa dioda laserowa i sposób wytwarzania azotkowej diody laserowej
DK05769150T DK1787366T3 (da) 2004-08-15 2005-08-09 Nitridbaseret laserdiode og fremgangsmåde til fremstilling af en nitridbaseret laserdiode
JP2007525570A JP2008510298A (ja) 2004-08-15 2005-08-09 窒化物を用いたレーザーダイオード、並びに該レーザーダイオードの製造方法
DE602005010878T DE602005010878D1 (de) 2004-08-15 2005-08-09 Auf nitrid basierende laserdiode und verfahren zur herstellung einer auf nitrid basierenden laserdiode
ES05769150T ES2317279T3 (es) 2004-08-15 2005-08-09 Diodo laser a base de nitruro y metodo de fabricacion de un diodo laser a base de nitruro.
PCT/PL2005/000050 WO2006019326A1 (en) 2004-08-15 2005-08-09 Nitride based laser diode and method of manufacturing nitride based laser diode
US11/660,345 US7936798B2 (en) 2004-08-15 2005-08-09 Nitride based laser diode and method of manufacturing nitride based laser diode
HK08101647.7A HK1108068A1 (en) 2004-08-15 2008-02-14 Nitride based laser diode and method of manufacturing nitride based laser diode

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL369597A PL211286B1 (pl) 2004-08-15 2004-08-15 Azotkowa dioda laserowa i sposób wytwarzania azotkowej diody laserowej

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL369597A1 PL369597A1 (pl) 2006-02-20
PL211286B1 true PL211286B1 (pl) 2012-04-30

Family

ID=35064928

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL369597A PL211286B1 (pl) 2004-08-15 2004-08-15 Azotkowa dioda laserowa i sposób wytwarzania azotkowej diody laserowej
PL05769150T PL1787366T3 (pl) 2004-08-15 2005-08-09 Azotkowa dioda laserowa i sposób wytwarzania azotkowej diody laserowej

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL05769150T PL1787366T3 (pl) 2004-08-15 2005-08-09 Azotkowa dioda laserowa i sposób wytwarzania azotkowej diody laserowej

Country Status (11)

Country Link
US (1) US7936798B2 (pl)
EP (1) EP1787366B1 (pl)
JP (1) JP2008510298A (pl)
CN (1) CN100578877C (pl)
AT (1) ATE413710T1 (pl)
DE (1) DE602005010878D1 (pl)
DK (1) DK1787366T3 (pl)
ES (1) ES2317279T3 (pl)
HK (1) HK1108068A1 (pl)
PL (2) PL211286B1 (pl)
WO (1) WO2006019326A1 (pl)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2439973A (en) * 2006-07-13 2008-01-16 Sharp Kk Modifying the optical properties of a nitride optoelectronic device
PL385048A1 (pl) * 2008-04-28 2009-11-09 Topgan Spółka Z Ograniczoną Odpowiedzialnością Sposób wytwarzania domieszkowanej magnezem warstwy epitaksjalnej InxAlyGa1-x-yN o przewodnictwie typu p, dla której )0 x 0,2 a 0 y 0,3 oraz półprzewodnikowych struktur wielowarstwowych zawierających taką warstwę epitaksjalną
JP5316276B2 (ja) * 2009-01-23 2013-10-16 住友電気工業株式会社 窒化物半導体発光素子、エピタキシャル基板、及び窒化物半導体発光素子を作製する方法
JP5540834B2 (ja) * 2010-03-30 2014-07-02 豊田合成株式会社 Iii族窒化物半導体発光素子
CN103518297B (zh) * 2011-04-05 2015-11-25 古河电气工业株式会社 半导体光器件及其制造方法
PL3767762T3 (pl) 2019-07-14 2022-12-12 Instytut Wysokich Ciśnień Polskiej Akademii Nauk Dioda laserowa z rozłożonym sprzężeniem zwrotnym i sposób wytwarzania takiej diody
CN114006266B (zh) * 2021-10-12 2023-10-13 厦门三安光电有限公司 激光二极管

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06152072A (ja) * 1992-11-16 1994-05-31 Asahi Chem Ind Co Ltd 半導体レーザ
JPH08264830A (ja) * 1995-03-23 1996-10-11 Furukawa Electric Co Ltd:The 発光素子の製造方法
US6266355B1 (en) * 1997-09-12 2001-07-24 Sdl, Inc. Group III-V nitride laser devices with cladding layers to suppress defects such as cracking
US6829273B2 (en) * 1999-07-16 2004-12-07 Agilent Technologies, Inc. Nitride semiconductor layer structure and a nitride semiconductor laser incorporating a portion of same
KR100425341B1 (ko) * 2000-02-08 2004-03-31 삼성전기주식회사 질화물 반도체 발광 소자
US6586762B2 (en) * 2000-07-07 2003-07-01 Nichia Corporation Nitride semiconductor device with improved lifetime and high output power
JP2002076519A (ja) * 2000-08-30 2002-03-15 Fujitsu Ltd 半導体レーザ
US6858882B2 (en) * 2000-09-08 2005-02-22 Sharp Kabushiki Kaisha Nitride semiconductor light-emitting device and optical device including the same
JP4315583B2 (ja) * 2000-09-19 2009-08-19 パイオニア株式会社 Iii族窒化物系半導体レーザ素子
JP3729065B2 (ja) * 2000-12-05 2005-12-21 日立電線株式会社 窒化物半導体エピタキシャルウェハの製造方法及び窒化物半導体エピタキシャルウェハ
TW536859B (en) * 2001-03-28 2003-06-11 Nichia Corp Nitride semiconductor device
EP1432853B1 (en) * 2001-06-06 2013-04-24 AMMONO Sp.z o.o. Process for obtaining bulk monocrystalline gallium- containing nitride
CN1236535C (zh) * 2001-11-05 2006-01-11 日亚化学工业株式会社 氮化物半导体元件
US7058105B2 (en) * 2002-10-17 2006-06-06 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Semiconductor optoelectronic device
US6943377B2 (en) * 2002-11-21 2005-09-13 Sensor Electronic Technology, Inc. Light emitting heterostructure
JP4422473B2 (ja) * 2003-01-20 2010-02-24 パナソニック株式会社 Iii族窒化物基板の製造方法
US7009215B2 (en) * 2003-10-24 2006-03-07 General Electric Company Group III-nitride based resonant cavity light emitting devices fabricated on single crystal gallium nitride substrates
US7138648B2 (en) * 2003-12-17 2006-11-21 Palo Alto Research Center Incorporated Ultraviolet group III-nitride-based quantum well laser diodes

Also Published As

Publication number Publication date
US20080107144A1 (en) 2008-05-08
WO2006019326A1 (en) 2006-02-23
DE602005010878D1 (de) 2008-12-18
PL369597A1 (pl) 2006-02-20
EP1787366A1 (en) 2007-05-23
ES2317279T3 (es) 2009-04-16
CN100578877C (zh) 2010-01-06
PL1787366T3 (pl) 2009-04-30
US7936798B2 (en) 2011-05-03
CN101036272A (zh) 2007-09-12
EP1787366B1 (en) 2008-11-05
HK1108068A1 (en) 2008-04-25
JP2008510298A (ja) 2008-04-03
DK1787366T3 (da) 2009-03-02
ATE413710T1 (de) 2008-11-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7498182B1 (en) Method of manufacturing an ultraviolet light emitting AlGaN composition and ultraviolet light emitting device containing same
US7709284B2 (en) Method for deposition of magnesium doped (Al, In, Ga, B)N layers
EP3331035B1 (en) Group iii nitride semiconductor light-emitting element and manufacturing method therefor
Denbaars Gallium-nitride-based materials for blue to ultraviolet optoelectronics devices
Matsuoka InGaAlN and II–VI Systems for Blue–Green Light‐Emitting Devices
US10629770B2 (en) Semiconductor method having annealing of epitaxially grown layers to form semiconductor structure with low dislocation density
JP4767020B2 (ja) 窒化物系化合物半導体素子の製造方法
TW200529476A (en) Gallium nitride-based compound semiconductor multilayer structure and production method thereof
JP3269344B2 (ja) 結晶成長方法および半導体発光素子
US20080230800A1 (en) N-Type Group III Nitride Semiconductor Layered Structure
US6861340B2 (en) Method of heat-treating nitride compound semiconductor layer and method of producing semiconductor device
JP2016511938A (ja) 単結晶窒化アルミニウム基板を組み込む光電子デバイス
US7936798B2 (en) Nitride based laser diode and method of manufacturing nitride based laser diode
US6605485B2 (en) III-nitride optoelectronic device
KR20060085662A (ko) 3족 질화물 p형 반도체의 제조방법, 및 3족 질화물 반도체발광 소자
KR100742986B1 (ko) 컴플라이언트 기판을 갖는 질화갈륨계 화합물 반도체 소자의 제조 방법
Dong et al. Continuous-wave operation of AlGaInP/GaInP quantum-well lasers grown by metalorganic chemical vapor deposition using tertiarybutylphosphine
Dong et al. 650-nm AlGaInP multiple-quantum-well lasers grown by metalorganic chemical vapor deposition using tertiarybutylphosphine
JPH11274555A (ja) 半導体素子
JP2004266287A (ja) 半導体素子
JP2006019713A (ja) Iii族窒化物半導体発光素子およびそれを用いたled
Beccard et al. Multiwafer Movpe of III-Nitride Films for Led and Laser Applications
Kaeding The heteroepitaxial growth of semipolar gallium nitride for light emitting diodes
Sung et al. Thermal-treatment induced deep electron traps in AlInP
Ugolini Optical and structural properties of Er-doped GaN/InGaN materials and devices synthesized by metal organic chemical vapor deposition

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Decisions on the lapse of the protection rights

Effective date: 20070815