專利名稱：在{20-21}含鎵和氮的襯底上的低壓激光二極管的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光學器件(光學裝置)和相關方法。特別地，本發(fā)明提供用于使用非極性或半極性的含鎵襯底如GaN、AIN、InN, InGaN, AlGaN和AlInGaN等來發(fā)射電磁輻射的方法和器件(裝置)。更特別地，本發(fā)明提供使用在{20-21}族平面或{20-21}族平面朝向c面和/或朝向a面的斜切(off-cut)上構造的含鎵和氮的襯底的方法和器件。還更特別地，本發(fā)明提供使用含鎵和氮的物質的低壓激光器件。僅通過舉例說明，本發(fā)明可應用于光 學器件、激光器、發(fā)光二極管、太陽能電池、光電化學水裂解和氫產生器、光檢測器、集成電路和晶體管，連同其他器件一起。
背景技術：
在19世紀晚期，托馬斯愛迪生發(fā)明了燈泡。對于包括照明設備和顯示器的各種應用，通常稱作“愛迪生燈泡”的常規(guī)燈泡已經使用了超過一百年。常規(guī)燈泡使用封閉在玻璃燈泡中的鎢絲，所述玻璃燈泡密封在基底中，所述基底螺旋到插座中。所述插座與AC電源或DC電源耦接。常規(guī)燈泡通?？捎糜诜课?、建筑物和戶外照明設備以及需要光或顯示器的其他領域中。遺憾的是，常規(guī)愛迪生燈泡存在缺點。常規(guī)燈泡散逸大于90%的其接收的電能以作為熱能。而且，因為常規(guī)燈泡通常因絲元件的熱膨脹和收縮而失效，所以可靠性是個問題。另外，燈泡在廣譜內發(fā)光，由于人眼的光譜靈敏度，所述廣譜的大部分并不導致明亮的照明。另外，燈泡在所有方向上發(fā)光，且由此對于需要強定向性或聚焦的應用如投影顯示、光學數(shù)據(jù)儲存或專用定向照明不是理想的。在1960 年，首先由馬里布的 Hughes Research Laboratories 的 TheodoreH.Maiman證明了激光。這種激光利用固態(tài)閃光燈泵浦合成紅寶石晶體以在694nm處產生紅色激光。到1964年，利用稱作氬離子激光器的氣體激光器設計，由Hughes Aircraft的William Bridges證明了藍色和綠色激光輸出。Ar離子激光器使用稀有氣體(惰性氣體)作為活性介質且在包括 351nm、454. 6nm、457. 9nm、465. 8nm、476. 5nm、488. 0nm、496. 5nm、501. 7nm、514. 5nm和528. 7nm的UV、藍色和綠色波長中產生激光輸出。Ar離子激光器具有以窄光譜輸出產生高度定向和聚焦的光的優(yōu)勢，但是電光轉換效率(壁式插頭效率，壁式插座效率，功率轉換效率，wall plug efficiency)小于O. I %,且激光器的尺寸、重量和成本也是不期望的。隨著激光器技術的發(fā)展，對于紅色和紅外波長開發(fā)了更加有效的燈泵浦固態(tài)激光器設計，但是這些技術仍然存在對藍色和綠色和藍色激光器的挑戰(zhàn)。結果，在紅外線中開發(fā)了燈泵浦固態(tài)激光器，且使用具有非線性光學性能的專用晶體將輸出波長轉換至可見光。綠色燈泵浦固態(tài)激光器具有3個階段電驅動燈，燈激發(fā)在1064nm處產生激光的增益晶體，1064nm進入到轉換為可見的532nm的頻率轉換晶體。所得的綠色和藍色激光器被稱作“具有第二諧波產生的燈泵浦固態(tài)激光器”(具有SHG的LPSS)，其壁式插座效率為 1%，且比Ar離子氣體激光器更加有效率，但是對于專用科學和醫(yī)療應用之外的寬配置仍然是效率太低、大、昂貴、易碎。另外，用于固態(tài)激光器中的增益晶體典型地具有使得激光器難以以高速調整的能量儲存性能，這限制了其更寬的配置。為了提高這些可見激光器的效率，利用高功率二極管(或半導體)激光器。這些
“具有SHG的二極管泵浦固態(tài)二極管”(具有SHG的DPSS)具有三個階段電驅動808nm 二極管激光器，808nm激發(fā)在1064nm處產生激光的增益晶體，1064nm進入到轉換為可見的532nm的頻率轉換晶體。DPSS激光器技術延長了 LPSS激光器的壽命并將其電光轉換效率提高5-10%，并且進一步商業(yè)化，接著產生更高的終端專用工業(yè)、醫(yī)療和科學應用。然而，對二極管泵浦的變化提高了系統(tǒng)成本并需要精確的溫度控制，從而盡管未提出使得激光器難以以高速調整的能量儲存性能，但是留下具有大的尺寸、功率消耗的激光器。隨著高功率激光二極管的發(fā)展和新型專用SHG晶體的開發(fā)，變得可以直接轉換紅外二極管激光器的輸出以產生藍色和綠色激光輸出。這些“直接倍頻二極管激光器”或SHG二極管激光器具有2個階段電驅動1064nm半導體激光器，1064nm進入到轉換為可見的532nm綠光的頻率轉換晶體。與DPSS-SHG激光器相比，這些激光器設計旨在改善效率、成本和尺寸，但是當今，所需要的專用二極管和晶體使得這具有挑戰(zhàn)。另外，盡管二極管-SHG激光器具有可直接調整的優(yōu)勢，但是它們遭受對限制其應用的溫度的嚴重靈敏性之害。根據(jù)上文，可以看出，用于改善光學器件的技術是高度期望的。

發(fā)明內容
本發(fā)明涉及光學器件和相關方法。特別地，本發(fā)明提供使用非極性或半極性的含鎵襯底如GaN、AIN、InN, InGaN, AlGaN和AlInGaN等來發(fā)射電磁輻射的方法和器件。更特別地，本發(fā)明提供使用在{20-21}族平面或{20-21}族平面朝向c面和/或朝向a面的斜切上構造的含鎵和氮的襯底的方法和器件。還更特別地，本發(fā)明提供使用含鎵和氮的物質的低壓激光器件。僅通過舉例說明，本發(fā)明可應用于光學器件、激光器、發(fā)光二極管、太陽能電池、光電化學水裂解和氫產生器、光檢測器、集成電路和晶體管，連同其他器件一起。在優(yōu)選的實施方式中,本發(fā)明提供了不具有含招包覆區(qū)域(cladding region)的激光器結構。在一個具體實施方式
中，所述激光器件包括具有薄勢壘層的多量子阱有源區(qū)域，其中所述有源區(qū)域包括三個以上量子阱結構。在每個量子阱結構之間是薄勢壘層，例如8nm以下、7nm以下、6nm以下、5nm以下、4nm以下、3nm以下、2nm以下、I. 5nm以下。在一個優(yōu)選的實施方式中，在多量子阱結構中構造的薄勢壘層的組合使得低壓(例如7伏以下，6伏以下)激光二極管能夠不使用含鋁包覆區(qū)域。
在一個實施方式中，光學器件具有包含{20-21}結晶表面區(qū)域取向的含鎵和氮的襯底，其可以是斜切的。根據(jù)一個具體實施方式
，所述器件優(yōu)選具有覆蓋η型含鎵和氮的材料的η型包覆材料(覆層材料,cladding material)。所述η型包覆材料基本上不含含招材料。所述器件還具有包含至少三個量子阱的有源區(qū)域。所述量子阱中的每一個具有2. 5nm以上或3. 5nm以上的厚度和一個或多個勢壘層。根據(jù)一個具體實施方式
，所述勢壘層中的每一個具有約2nm至約4nm或約3nm至約6. 5nm的厚度且被構造在一對量子講之間。根據(jù)一個具體實施方式
，所述勢魚層中的至少一個或每一個具有約2nm至約4nm的厚度且被構造在一對量子阱之間或者被構造為與一個量子阱鄰接。根據(jù)一個具體實施方式
，所述勢壘層中的至少一個或每一個具有約3nm至約6. 5nm的厚度且被構造在一對量子阱之間或者被構造為與一個量子阱鄰接。優(yōu)選地，所述器件具有覆蓋所述有源區(qū)域的P型包覆材料。優(yōu)選地，根據(jù)一個具體實施方式
，所述P型包覆材料基本上不含含鋁材料。在一個優(yōu)選的實施方式中，對于用于輸出功率為60mW以上的器件的小于約7V或小于約6V的正向
電壓，可操作性地構造所述有源區(qū)域。在又一個可替換的實施方式中，本發(fā)明提供了一種光學器件(光學裝置)。所述器件具有含鎵和氮的襯底，所述含鎵和氮的襯底包括{20-21}結晶表面區(qū)域取向。所述器件還具有覆蓋η型含鎵和氮的材料的η型包覆材料。所述η型包覆材料基本上不含含鋁材料。所述器件還具有包含至少兩個量子阱的有源區(qū)域。根據(jù)一個具體實施方式
，所述量子阱中的每一個具有2. 5nm以上或3. 5nm以上的厚度和一個或多個勢壘層。根據(jù)一個具體實施方式
，所述勢魚層中的每一個具有約2nm至約5nm或約3nm至約8nm的厚度。根據(jù)一個或多個實施方式，所述勢壘層中的每一個被構造在一對量子阱之間。根據(jù)一個具體實施方式
，所述勢壘層中的至少一個或每一個具有約2nm至約5nm的厚度且被構造在一對量子阱之間或者被構造為與一個量子阱鄰接。根據(jù)一個具體實施方式
，所述勢壘層中的至少一個或每一個具有約3nm至約Snm的厚度且被構造在一對量子阱之間或者被構造為與一個量子阱鄰接。所述器件還具有覆蓋所述有源區(qū)域的P型包覆材料。根據(jù)一個優(yōu)選的實施方式，所述P型包覆材料基本上不含含鋁材料。所述器件可選地具有覆蓋所述P型包覆材料的P型材料。在其他實施方式中，本發(fā)明還提供一種可替換的光學器件，所述光學器件具有含鎵和氮的襯底，所述含鎵和氮的襯底包括{20-21}結晶表面區(qū)域取向。η型包覆材料覆蓋η型含鎵和氮的材料。優(yōu)選地，所述η型包覆材料基本上不含含鋁材料。所述器件具有包括至少兩個量子阱的有源區(qū)域，所述量子阱中的每一個具有2. 5nm以上的厚度。在一個或多個可替換的實施方式中，所述器件具有一個或多個勢壘層，所述勢壘層中的每一個具有η型雜質特性和約2nm至約5nm或約3nm至約8nm的厚度。優(yōu)選地,根據(jù)一個具體實施方式
，所述勢壘層中的每一個被構造在一對量子阱之間。根據(jù)一個具體實施方式
，所述器件還具有覆蓋所述有源區(qū)域的P型包覆材料。根據(jù)一個具體實施方式
，所述P型包覆材料基本上不含含鋁材料。所述器件還具有覆蓋所述P型包覆材料的P型材料。在其他實施方式中，本發(fā)明提供一種制造光學器件的方法，所述光學器件具有含鎵和氮的襯底，所述含鎵和氮的襯底包括{20-21}結晶表面區(qū)域取向。η型包覆材料覆蓋η型含鎵和氮的材料。優(yōu)選地，所述η型包覆材料基本上不含含鋁材料。所述方法包括形成包括至少兩個量子阱的有源區(qū)域，所述量子阱中的每一個具有2. 5nm以上的厚度。在一個或多個可替換的實施方式中，所述器件具有一個或多個勢壘層，所述勢壘層中的每一個具有η型雜質特性和約2nm至約5nm或約3nm至約8nm的厚度。優(yōu)選地,根據(jù)一個具體實施方式
，所述勢壘層中的每一個被構造在一對量子阱之間。根據(jù)一個具體實施方式
，所述方法還包括形成覆蓋所述有源區(qū)域的P型包覆材料。根據(jù)一個具體實施方式
，所述P型包覆材料基本上不含含鋁材料。所述方法還包括形成覆蓋所述P型包覆材料的P型材料。在一個具體實施方式
中，本發(fā)明提供一種光學器件如激光二極管。所述器件具有包括{20-21}結晶表面區(qū)域取向的含鎵和氮的襯底，根據(jù)一個或多個實施方式，其可以是斜切的。所述器件具有覆蓋η型含鎵和氮的材料的η型包覆材料。在一個優(yōu)選的實施方式中，所述η型包覆材料基本上不含含鋁材料。所述器件還具有包括至少兩個量子阱的有源區(qū)域。在一個具體實施方式
中，根據(jù)一個具體實施方式
，所述量子阱中的每一個具有2. 5nm以上的厚度和一個或多個勢壘層。在一個具體實施方式
中，所述勢壘層中的每一個具有P
型特性和約2nm至約3. 5nm的厚度。在一個可替換的具體實施方式
中，所述勢壘層中的每一個具有P型特性和約3. 5nm至約7nm的厚度。在一個優(yōu)選的實施方式中，所述勢魚層中的每一個被構造在一對量子阱之間。所述器件還具有覆蓋所述有源區(qū)域的P型包覆材料。優(yōu)選地，所述P型包覆材料基本上不含含鋁材料。并且，包括覆蓋P型材料。在一個優(yōu)選的實施方式中，對于輸出功率為60mW以上的器件,對于小于約6V或小于約7V的正向電壓,構造所述有源區(qū)域。在一個或多個實施方式中，本發(fā)明包括基本上不含含鋁包覆區(qū)域的激光二極管。為了形成不含含鋁包覆區(qū)域的激光二極管，本發(fā)明的激光二極管包括三個以上量子阱以對于達到產生激光充分的增益提供足夠的光模式限制。然而，當在有源區(qū)域中量子阱的數(shù)目增大時，作為折衷，二極管的正向電壓可以增大。本發(fā)明人已經確定了，通過使用比常規(guī)激光器薄得多的約5nm的薄勢壘可以在多量子阱有源區(qū)域中降低二極管的正向電壓，所述常規(guī)激光器如 Yoshizumi 等人，"Continuous-ffave operation of 520nmGreen InGaN-BasedLaser Diodes on Semi-Polar{20-21}GaN Substrates " , Applied Physics Express2(2009)092101中的激光器。本發(fā)明人還確定了，根據(jù)一個或多個其他實施方式，通過向有源區(qū)域中添加P或η型摻雜劑物質可以在多量子阱有源區(qū)域中降低正向電壓。盡管可以使用這些途徑(手段)的任一種或組合，但是本發(fā)明人認為，優(yōu)選使用薄勢壘途徑(手段)以避免向有源區(qū)域中添加雜質。根據(jù)一個或多個實施方式，雜質可以改變光損耗并改變電學結布置。因此，本發(fā)明提供不含含鋁包覆區(qū)域且在{20-21}襯底上具有低電壓的激光器件和方法。而且，本發(fā)明提供一種基本上不含含鋁包覆材料的光學器件。所述器件具有含鎵和氮的襯底構件，所述含鎵和氮的襯底構件具有{20-21}結晶表面區(qū)域。所述器件具有η型含鎵和氮的包覆材料。在一個具體實施方式
中，所述η型含鎵和氮的包覆材料基本上不含導致不完整、缺陷及其他限制的鋁物質。所述器件還具有覆蓋所述η型含鎵和氮的包覆材料的包含多量子阱結構的有源區(qū)域。在一個或多個優(yōu)選實施方式中，所述器件還具有以多個阱結構構造的薄勢壘層。所述器件具有覆蓋所述有源區(qū)域的P型含鎵和氮的包覆材料。在一個優(yōu)選的實施方式中，所述P型含鎵和氮的包覆材料基本上不含鋁物質。所述器件優(yōu)選包括由至少所述有源區(qū)域構成的激光條紋(條，帶，stripe)區(qū)域,并且其特征在于諧振腔取向與C方向上的投影基本平行。所述激光條紋區(qū)域具有第一端部和第二端部。所述器件還具有設置在所述激光條紋區(qū)域的所述第一端部上的第一解理刻面(裂開刻面，裂開小面，裂開面，cleaved facet)和設置在所述激光條紋區(qū)域的所述第二端部上的第二解理刻面。在另外的其他實施方式中，本發(fā)明的器件包括含鎵和氮的電子阻擋區(qū)域，其基本上不含鋁物質。在另外的其他實施方式中，所述器件不包括任何電子阻擋層，或者還在其他實施方式中，在所述包覆層和/或電子阻擋層中不存在鋁，盡管其他實施方式包括含鋁阻擋層。在另外的其他實施方式中，所述光學器件和方法不含導致缺陷、不完整等的任何鋁材料。在優(yōu)選的實施方式中，不與常規(guī)技術如Yoshizumi等人，"Continuous-Waveoperation of 520nm Green InGaN-Based Laser Diodes on Semi-Polar{20-21}GaNSubstrates" ,Applied Physics Express 2 (2009) 092101 中相同，本發(fā)明的方法和結構在包覆層中基本上不含InAlGaN或含鋁物質。即，本發(fā)明的激光器結構和方法在包覆區(qū)域中基本上不含任何鋁物質。鋁通常是有害的。鋁通常導致在反應器中引入氧，所述氧可充當
非輻射性重組中心從而降低輻射效率并引入其他限制。本發(fā)明人還確定了，氧可以抵消P包覆中的P型摻雜劑從而在光學器件中造成附加的電阻率。在其他方面中，本發(fā)明人還確定了，鋁對于MOCVD反應器是有害的且可以與其他生長前體發(fā)生反應或預反應。使用鋁包覆層也是麻煩的且可花費額外的生長時間。因此認為，與常規(guī)激光器結構相比，無鋁包覆的激光器方法和結構對于生長通常是更有效的。使用本發(fā)明實現(xiàn)了勝過現(xiàn)有技術的額外優(yōu)勢。特別地，本發(fā)明提供了用于激光器應用的成本有效的光學器件。在一個具體實施方式
中，本發(fā)明的光學器件可以以相對簡單和成本有效的方式制造。根據(jù)所述實施方式，本發(fā)明的裝置和方法可以按照本領域的普通技術人員使用常規(guī)材料和/或方法來制造。本發(fā)明的激光器件特別使用能夠實現(xiàn)綠色激光器件的半極性氮化鎵材料。在一個或多個實施方式中，所述激光器件能夠發(fā)射長波長如約500nm至大于約540nm的波長,但是也可以是其他波長。在另一個實施方式中，所述激光器件能夠在430nm至480nm的藍色區(qū)域或480nm至約500nm的藍綠色(青色)區(qū)域中操作(運行)。在又一個實施方式中，所述激光器件能夠在390nm至430nm的紫色區(qū)域中操作。在一個或多個優(yōu)選實施方式中，本發(fā)明提供在{20-21}含鎵和氮的材料上的激光二極管，所述{20-21}含鎵和氮的材料被構造為在約522nm以上的波長下發(fā)射，但也可以是其他。在一個具體實施方式
中，本發(fā)明的方法和結構使用用于激光器件結構中的改善的解理(裂開，cleaves)的上側跳躍和劃線(頂側跳躍式劃線，top-side skip and scribe)技術。在一個或多個實施方式中，本發(fā)明提供了使用用于c方向的投影中的良好刻面(good facets)的上側跳躍劃線技術的方法。在一個優(yōu)選的實施方式中，本發(fā)明的裝置和方法提供構造在含鎵和氮的襯底上的激光器件，所述含鎵和氮的襯底具有在有源區(qū)域內的薄勢壘區(qū)域且具有7V以下的正向電壓，這是期望的。本發(fā)明在已知處理技術的范圍內實現(xiàn)了這些優(yōu)勢和其他優(yōu)勢。然而，通過參考說明書和附圖的后面部分可以實現(xiàn)本發(fā)明的性質和優(yōu)點的進一步理解。


圖I是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式在含鎵和氮的襯底的{20-21}面上制造的激光器件的簡化透視圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式在含鎵和氮的襯底的{20-21}面上制造的激光器件的詳細截面圖。圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的外延激光器結構的簡化圖。圖3A至3C是示出了根據(jù)本發(fā)明其他實施方式的外延激光器結構的簡化圖。圖4和圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施方式的圖I的器件的解理刻面的照片。圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式在含鎵和氮的襯底上制造的可替換的激光器件的簡化透視圖。圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施方式的用于圖6的器件的解理刻面的照片。圖8至圖15示出了根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施方式的激光器件的簡化的后續(xù)(后段，后道)處理方法。圖16是示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的激光條紋(laser stripes)的光輸出電壓特性的簡化圖。圖17是示出了根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選實施方式的激光條紋的光輸出電壓特性的簡化圖。圖18是根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的522nm激光器件的電壓和光特性的簡化曲線圖。圖19是根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的連續(xù)長525nm激光器件的電壓和光特性的簡化曲線圖。圖20是根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的可以在45mW下操作的連續(xù)波520nm激光器件的電壓和光特性的簡化曲線圖。圖21是關于由具有各種勢壘厚度的5個量子阱激光二極管外延結構制造的微LED器件的在三種不同電流密度下的正向電壓的簡化示圖。圖22是根據(jù)一個具體實施方式
的來自具有 600微米諧振腔長度的單側模綠色激光二極管的電壓對電流特性的簡化示圖。
具體實施例方式根據(jù)本發(fā)明，提供了通常與光學器件相關的技術。特別地，本發(fā)明提供了使用非極性或半極性的含鎵襯底如GaN、AIN、InN, InGaN, AlGaN和AlInGaN等來發(fā)射電磁輻射的方法和器件。更特別地，本發(fā)明提供使用含鎵和氮的{20-21}襯底的方法和器件，根據(jù)一個或多個實施方式，所述襯底可以朝向c面或朝向a面被斜切，但是可以有其他構造。還更特別地，本發(fā)明提供使用含鎵和氮的物質的低壓激光器件。僅通過舉例說明，本發(fā)明可特別應用于光學器件、激光器、發(fā)光二極管、太陽能電池、光電化學水裂解和氫產生器、光檢測器、集成電路和晶體管。在一個具體實施方式
中，如下所述，本發(fā)明的激光器件可用于半極性或非極性含鎵襯底中。本發(fā)明人對在非極性m面和極性c面之間取向的半極性晶面研究了外延生長和解理性能。特別地，本發(fā)明人在{30-31}和{20-21}族晶面上進行了生長。本發(fā)明人實現(xiàn)了期望的外延結構和解理(cleaves),其會建立到在約400nm至綠色,例如500nm至540nm的波長下操作的有效激光二極管的通道。這些結果包括在450nm范圍中的蔚藍色外延、在520nm范圍中的鮮綠色外延以及平滑地自然產生與c方向的投影正交的解理面(cleaveplanes)。期望將為了最大增益而與c方向的投影平行的激光器諧振腔排列在該族晶面上。使用這些技術，本發(fā)明證明了具有在c方向的投影上取向的諧振腔的在522nm下操作的{20-21}上的激光器件，但也可以是其他。 盡管認為與在a方向中可獲得的相比，在c方向的投影中會提供更高的增益，但是還期望形成與在c方向的投影中取向的條紋正交的高品質解理面。在2009年9月17日提交的題為"Growth Structures and Methods for Forming Laser Diodes on {20-21}or Off Cut Gallium and Nitrogen Containing Substrates"的美國序列號 61/243，502和題為"Growth Structures and Method for Forming Laser Diodes on {20-21} or OffCut Gallium and Nitrogen Containing Substrates"的美國序列號中描述了這種激光器件的實例。更具體地，對于在{20-21}面上形成的激光條紋，本發(fā)明人期望與[10-1-7]正交的高品質解理面。在一個或多個優(yōu)選實施方式中，本發(fā)明人確定了基本上與c方向的投影，[10-1-7]正交的高品質解理面。特別地，根據(jù)一個或多個實施方式，本發(fā)明人確定了，如果使用上側跳躍劃線的劃線技術，然后進行斷裂步驟，則會在解理面的上部上形成高品
質平滑進和垂直的解理刻面(裂開刻面，裂開面，裂開小面)。根據(jù)一個或多個實施方式，在解理面(裂開面)的上部下方，所述刻面(小面)變得有角度，這可能對于激光二極管鏡不是最佳的。然而，在其他實施方式中，這種有角度的解理特性對于激光器制造是期望的，因為激光器鏡會布置在其中解理面垂直的襯底的上部上。在一個或多個實施方式中，當對試樣進行背面激光劃線并然后使其斷裂時，形成有角度但平滑的解理面。這種平滑的解理面對于激光器可能是期望的，但是不是最優(yōu)選的，因為激光器鏡會傾斜。根據(jù)一個或多個實施方式，上側跳躍劃線技術看起來是更優(yōu)選的。在整個本說明書中，更特別是在下面可以發(fā)現(xiàn)劃線和斷裂技術的進一步細節(jié)。圖I是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式在斜切的m面{20-21}襯底上制造的激光器件100的簡化透視圖。該圖僅是一個實例，其不應該不適當?shù)叵拗票疚牡臋嗬蟮姆秶１绢I域的普通技術人員會考慮到其他變化、修改和替代。如所示出的，所述光學器件包括具有斜切的m面結晶表面區(qū)域的氮化鎵襯底構件101。在一個具體實施方式
中，所述氮化鎵襯底構件是特征在于具有半極性或非極性結晶表面區(qū)域的塊狀GaN襯底，但可以是其他。在一個具體實施方式
中，所述塊狀氮化物GaN襯底包含氮且具有小于IO5CnT2的表面位錯密度。所述氮化物晶體或晶片可包含AlxInyGa1HN,其中O彡x, y, x+y ( I。在一個具體實施方式
中，所述氮化物晶體包含GaN，但可以是其他。在一個或多個實施方式中，所述GaN襯底在相對于所述表面基本正交或傾斜的方向上以約IO5CnT2到約IO8CnT2之間的濃度具有穿透位錯(threading dislocations)。作為位錯的正交或傾斜取向的結果,表面位錯密度在約105cm_2至107cm_2之間或小于約105cm_2。在一個具體實施方式
中，可以在稍微斜切的半極性襯底上制造器件，如在2010年3月29日提交的美國序列號12/749,466中所述的，其要求共同轉讓的在2009年3月28日提交的美國臨時申請?zhí)?1/164，409的優(yōu)先權，并且通過引用將其并入本文中。在一個具體實施方式
中，在{20_21}GaN上，所述器件具有覆蓋斜切的結晶取向表面區(qū)域的一部分而形成的激光條紋區(qū)域。在一個具體實施方式
中，所述激光條紋區(qū)域由基本上在c方向的投影中的諧振腔取向來表征，所述c方向的投影基本上與a方向垂直。在一個具體實施方式
中，所述激光條紋區(qū)域具有第一端部107和第二端部109。在一個優(yōu)選的實施方式中，在具有相互面對的一對解理鏡結構的{20-21}含鎵和氮的襯底上在c方向的投影上形成所述器件。在一個優(yōu)選的實施方式中，所述器件具有設置在所述激光條紋區(qū)域的所述第一端部上的第一解理刻面和設置在所述激光條紋區(qū)域的所述第二端部上的第二解理刻面。在一個或多個實施方式中，所述第一解理刻面與所述第二解理刻面基本平行。在解理表面的每一個上形成鏡面。所述第一解理刻面包含第一鏡面。在一個優(yōu)選的實施方式中，通過上側跳躍劃線(頂側跳躍式劃線，top-side skip-scribe)和斷裂處理來提供所述第一鏡面。所述劃線處理可以使用任何合適的技術如金剛石劃線或激光劃線或組合。在一個具體實施方式
中，所述第一鏡面包括反射涂層。所述反射涂層選自二氧化硅、二氧化鉿、和二氧化鈦、五氧化二鉭、氧化鋯，包括組合等。根據(jù)所述實施方式，所述第一鏡面還可包括抗反射涂層。另外，在一個優(yōu)選的實施方式中，所述第二解理刻面包括第二鏡面。根據(jù)一個具體實施方式
，通過上側跳躍劃線的劃線和斷裂處理來提供所述第二鏡面。優(yōu)選地，所述劃線是
金剛石劃線或激光劃線等。在一個具體實施方式
中，所述第二鏡面包括反射涂層如二氧化硅、二氧化鉿、和二氧化鈦、五氧化二鉭、氧化鋯、組合等。在一個具體實施方式
中，所述第二鏡面包括抗反射涂層。在一個具體實施方式
中，所述激光條紋具有長度和寬度。長度為約50微米至約3000微米或優(yōu)選約400微米至約650微米或約650微米至約1200微米。所述條紋還具有約O. 5微米至約50微米或優(yōu)選I微米至約I. 5微米，約I. 5微米至約2. O微米，或約2. O微米至約4微米的寬度，但可以是其他尺寸。在一個具體實施方式
中，所述寬度的尺寸基本恒定，但是它們可以稍微變化。所述寬度和長度通常使用本領域中常用的掩模和蝕刻工藝形成。在一個具體實施方式
中，本發(fā)明提供能夠在脊形激光器實施方式中發(fā)射501nm以上的光的備選器件結構。所述器件設置有一個或多個下列外延生長元件，但是沒有限制。η-GaN包覆層，其厚度為IOOnm至3000nm，且Si摻雜水平為5E17至3E18cm_3η-偵彳SCH層，其由InGaN構成，其中銦的摩爾分數(shù)在3%到10%之間，且厚度為20至 150nm多量子阱有源區(qū)域層，其由通過薄的2. 5nm以上，且可選地高達約8nm的GaN勢壘隔開的至少兩個2. 0-5. 5nm InGaN量子阱構成P-側SCH層，其由InGaN構成，其中銦的摩爾分數(shù)在I %到10%之間，且厚度為15nm 至 IOOnm電子阻擋層，其由AlGaN構成，其中鋁的摩爾分數(shù)在5%到20%之間，厚度為5nm至20nm且摻雜有Mgp-GaN包覆層，其厚度為400nm至lOOOnm，且Mg摻雜水平為2E17cm_3至2E19cm_3p++_GaN接觸層，其厚度為20nm至40nm，且Mg摻雜水平為lE19cm_3至lE21cm_3。當然，可以有其他實施方式如使用P-側GaN弓丨導層代替p_SCH、在SCH區(qū)域中使用多個不同的層或者省略EBL層。而且，可以有其他變化、修改和替代。圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式在{20-21}襯底上制造的激光器件200的詳細截面圖。該圖僅是實例，其不應該不適當?shù)叵拗票疚牡臋嗬蟮姆秶?。本領域的技術人員會考慮到其他變化、修改和替代。如所示出的，所述激光器件包括氮化鎵襯底203，其具有底部(基礎)的η型金屬背面接觸區(qū)域201。在一個具體實施方式
中，所述金屬背面接觸區(qū)域由合適的材料如下面所提及的材料等制成。在整個本說明書中，并且更特別是在下面可以發(fā)現(xiàn)接觸區(qū)域的進一步細節(jié)。在一個具體實施方式
中，所述器件還具有覆蓋η型氮化鎵層205、有源區(qū)域207和作為激光條紋區(qū)域209而構造的覆蓋P型氮化鎵層。在一個具體實施方式
中，這些區(qū)域中的每一個使用金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)、分子束外延(MBE)或適合于GaN生長的其他外延生長技術的至少一種外延沉積技術來形成。在一個具體實施方式
中，所述外延層是覆蓋η型氮化鎵的高品質外延層。在一些實施方式中，所述高品質層摻雜有例如Si或O以形成η型材料，其中摻雜劑濃度在約IO16CnT3到102°cm_3之間。在一個具體實施方式
中，在襯底上沉積η型AluIr^GamN層，其中O彡U，V，u+v彡I。在一個具體實施方式
中，載流子濃度可以在約IO16CnT3到102°cm_3之間的范圍內。所述沉積可以使用金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)或分子束外延(MBE)進行。作為一個實例，將塊狀GaN襯底置于MOCVD反應器中的襯托器(基座,susceptor)上。在關閉之后，抽真空，并將反應器回填充(或使用裝卸構造)至大氣壓，在含氮氣體的存在下將襯托器加熱至約1000°c到約1200°C之間的溫度。在一個具體實施方式
中，在流動的氨下將襯托器加熱至約900°C至1100°C。在載氣中，以約I到50標準立方厘米/分鐘(sccm)之間的總速度引發(fā)了含鎵金屬有機前體如三甲基鎵(TMG)或三乙基鎵(TEG)的流動。所述載氣可包含氫、氦、氮或氬。在生長期間，V族前體(氨)的流動速度與III族前體(三甲基鎵、三乙基鎵、三甲基銦、三甲基鋁)的流動速度的比率在約2000到約12000之間。引發(fā)了總流動速度在約O. I到IOsccm之間的乙硅烷在載氣中的流動。在一個具體實施方式
中，所述激光條紋區(qū)域由P型氮化鎵層209制成。在一個具體實施方式
中，通過選自干式蝕刻或濕式蝕刻的蝕刻工藝來提供激光條紋。在一個優(yōu)選的實施方式中，蝕刻工藝為干式的，但可以是其他。作為一個實例，干式蝕刻工藝是使用含氯物質的電感耦合工藝或者使用類似化學物質的反應性離子蝕刻工藝。另外，作為一個實例，含氯物質通常源自氯氣等。所述器件還具有覆蓋介電區(qū)域，其暴露出213接觸區(qū)域。在一個具體實施方式
中，所述介電區(qū)域是氧化物如二氧化硅或氮化硅，但可以是其他。所述接觸區(qū)域與覆蓋金屬層215耦接。所述覆蓋金屬層是包含金和鉬(Pt/Au)、鎳金(Ni/Au)的多層結構，但可以是其他。在一個具體實施方式
中，所述激光器件具有有源區(qū)域207。根據(jù)一個或多個實施方式，所述有源區(qū)域可以包括I至20個量子阱區(qū)域。作為一個實例，在將η型AluInvGai_u_vN層沉積預定時間以實現(xiàn)預定厚度之后，沉積有源層。所述有源層可以由多量子阱構成且具有2-10個量子阱。所述量子阱可以由InGaN構成，且用GaN勢壘層將它們隔開。在其他實施方式中，講層和勢魚層分別包括AlwInxGa1IxN和AlyInzGa1TzN,其中O彡w, x, y, z, w+x,y+z ( 1，其中w < u, y和/或X > v, z,從而使得一個或多個講層的帶隙小于一個或多個勢壘層和η型層的帶隙。所述阱層和勢壘層可各自具有約Inm到約20nm之間的厚度。選擇有源層的組成和結構以在預選的波長下提供光發(fā)射。所述有源層可以是未摻雜的(或非故意摻雜的)或者可以是摻雜的η型或P型。在一個具體實施方式
中，所述有源區(qū)域還可以包括電子阻擋區(qū)域和單獨的限制異質結構。在一些實施方式中，優(yōu)選沉積電子阻擋層。所述電子阻擋層可以包括AlsIntGa1^N,其中O ( s，t，s+t ( 1，具有比有源層更高的帶隙，且可以是摻雜的P型。在一個具體實施方式
中，所述電子阻擋層包含AlGaN。在另一個實施方式中，所述電子阻擋層包含AlGaN/GaN超晶格結構，其包含各自具有在約O. 2nm到約5nm之間厚度的AlGaN和GaN的交替層。在一個具體實施方式
中，所述有源區(qū)域(作用區(qū)域)結構不包括AlGaNEBL層。即，所述激光器件不含在這種實施方式中可選的任何電子阻擋層。如所提及的，在電子阻擋層和一個或多個有源層上沉積P型氮化鎵結構。所述P型層可被Mg摻雜至約IO16CnT3到IO22CnT3之間的水平，并且可具有約5nm到約IOOOnm之間的厚度。所述P型層的最外部l_50nm可以比所述層的剩下部分摻雜得更重，從而使得能夠提高電接觸。在一個具體實施方式
中，通過選自干式蝕刻或濕式蝕刻的蝕刻工藝來提供激光條紋。在一個優(yōu)選實施方式中，蝕刻工藝為干式的，但可以是其他。所述器件還具有覆蓋介電區(qū)域，其暴露出213接觸區(qū)域。在一個具體實施方式
中，所述介電區(qū)域是氧化物如二氧化硅。在一個具體實施方式
中，所述金屬接觸由合適的材料制成。所述反射電接觸可包含銀、金、鋁、鎳、鉬、銠、鈀、鉻等中的至少一種?？梢酝ㄟ^熱蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)、電鍍、濺射或其他合適技術來沉積所述電接觸。在一個優(yōu)選實施方式中，所述電接觸充當用于光學器件的P型電極。在另一個實施方式中，所述電接觸充當用于光學器件的η型電極。圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選實施方式的激光器結構的簡化圖。該圖僅是一個實例，其不應該不適當?shù)叵拗票疚牡臋嗬蟮姆秶?。本領域的技術人員會考慮到其他變化、修改和替代。在一個具體實施方式
中，所述器件包含原料如塊狀非極性或半極性GaN襯底,但可以是其他。在一個具體實施方式
中，所述器件被構造為實現(xiàn)390nm至420nm,420nm 至 440nm, 440nm 至 470nm, 470nm 至 490nm, 490nm 至 510nm,和 510nm 至 530nm 的發(fā)射波長范圍，但可以是其他。在一個優(yōu)選實施方式中，使用布置在η型GaN和P型GaN包覆層之間的3至5個或5至7個量子阱來構造生長結構。在一個具體實施方式
中，所述η型GaN包覆層的厚度為500nm至2000nm且具有η型摻雜劑如Si，其中摻雜水平在lE18cm_3到3E18cm_3之間。在一個具體實施方式
中，所述P型GaN包覆層的厚度為500nm至IOOOnm且具有p型摻雜劑如Mg，其中摻雜水平在lE17cm-3到7E19cm_3之間。在一個具體實施方式
中，將Mg摻雜水平分級，使得在更接近量子阱的區(qū)域中濃度更低。在一個特定優(yōu)選實施方式中，所述量子講具有2. 5nm到4nm之間，4nm到5. 5nm之間或5. 5nm到8nm之間的厚度，但可以是其他。在一個具體實施方式
中，所述量子阱會被厚度在2nm到3. 5nm之間或3. 5nm到6nm之間或6nm到8nm之間的勢魚層隔開。所述量子講和所述勢壘一起包含多量子阱(MQW)區(qū)域。在一個優(yōu)選實施方式中，所述器件具有由GaN，InGaN, AlGaN或InAlGaN形成的勢壘層。在一個具體實施方式
中，使用InGaN勢壘，銦含量為O %至5% (摩爾百分數(shù))，但可以是其他。另外，應注意，銦或鋁的％是摩爾分數(shù)，而不是重量百分比。根據(jù)一個或多個實施方式，InGaN分別限制異質結構層(分限異質結構層)(SCH)可以布置在η型GaN包覆(覆層)和MQW區(qū)域之間。典型地，這種分別限制層通常稱作η-側SCH。所述η-側SCH層的厚度為IOnm至60nm或60nm至150nm且銦組成為1%至12% (摩爾百分數(shù))，但可以是其他。在一個具體實施方式
中，所述η-側SCH層可以摻雜有η型摻雜劑如Si。在又一個優(yōu)選實施方式中，InGaN分別限制異質結構層(SCH)布置在ρ型GaN包覆(覆層)和MQW區(qū)域之間，其被稱作ρ-側SCH。在一個具體實施方式
中，所述P-側SCH層的厚度為IOnm至40nm或40nm至150nm且銦組成為0%至10% (摩爾百分數(shù))，但可以是其他。所述P-側SCH層可以摻雜有ρ型摻雜劑如Mg。在另一個實施方式中，所述結構會包含η-偵彳SCH和ρ-偵彳SCH兩者。在另一個實施方式中，會用P-側GaN引導層替換P-側SCH。在另一個實施方式中，η-側和/或ρ-側SCH區(qū)域會包含多個層。在另一個實施方式中，所述結構會包含布置在P型GaN包覆層和MQW區(qū)域之間的P-側上的GaN引導層。該GaN引導層的厚度可以為IOnm至60nm且可以被或不被ρ型物質
如Mg摻雜。在一個特定優(yōu)選實施方式中，在MQW和ρ-側SCH之間、在ρ-側SCH內、或者在ρ-側SCH和ρ型GaN包覆(覆層)之間，鋁含量在5%到20% (摩爾百分數(shù))之間的AlGaN電子阻擋層布置在MQW和ρ型GaN包覆層之間。根據(jù)一個具體實施方式
，所述AlGaN電子阻擋層的厚度范圍為5nm至20nm且以lE17cm_3至lE21cm_3摻雜有ρ型摻雜劑如Mg。在其他實施方式中，所述電子阻擋層不含任何鋁物質和/或可以將其完全消除。在又一個實施方式中，所述器件會基本上不含電子阻擋層。優(yōu)選地，ρ-接觸層布置在ρ型包覆層上方并覆蓋其而形成。所述P-接觸層會由以lE20cm-3至lE22cm_3水平摻雜有ρ摻雜劑如Mg的GaN構成。圖3Α至3C是示出了根據(jù)本發(fā)明其他實施方式的外延激光器結構的簡化圖。在一個優(yōu)選實施方式中，本發(fā)明提供了基本上不含含鋁包覆材料的光學器件。所述器件具有含鎵和氮的襯底構件(例如，塊狀氮化鎵)，其具有{20-21}結晶表面區(qū)域或其他表面構造。所述器件具有η型含鎵和氮的包覆材料。在一個具體實施方式
中，所述η型含鎵和氮的包覆材料基本上不含導致不完整、雜質和其他限制的鋁物質。在一個或多個優(yōu)選實施方式中，所述包覆材料不含鋁物質且由含鎵和氮的材料制成。當然，可以有其他變化、修改和替代。在一個具體實施方式
中，所述器件還具有有源區(qū)域，所述有源區(qū)域包括覆蓋η型含鎵和氮的包覆材料的多量子阱結構。在一個或多個實施方式中，所述有源區(qū)域可以包括所提及的那些以及其他。即，所述器件可以特別包括InGaN/InGaN和/或InGaN/GaN有源區(qū)域。在一個具體實施方式
中，所述光學器件可包含七個MQW,六個MQW,五個MQW,四個MQW,三個MQW，更多或更少MQW等。當然，可以有其他變化、修改和替代。在一個具體實施方式
中，所述器件具有覆蓋有源區(qū)域的ρ型含鎵和氮的包覆材料。在一個優(yōu)選實施方式中，所述P型含鎵和氮的包覆材料基本上不含導致不完整、缺陷和其他限制的鋁物質。在一個或多個優(yōu)選實施方式中，所述包覆材料不含鋁物質且由含鎵和氮的材料制成。在一個具體實施方式
中，所述器件優(yōu)選包含激光條紋區(qū)域，其由至少有源區(qū)域構成且由基本上與c方向上的投影平行的諧振腔取向表征。根據(jù)具體實施方式
，也可以存在其他構造。所述激光條紋區(qū)域具有第一端部和第二端部或其他構造。在一個具體實施方式
中，所述器件還具有設置在所述激光條紋區(qū)域的所述第一端部上的第一解理刻面和設置在所述激光條紋區(qū)域的所述第二端部上的第二解理刻面。在另外的其他實施方式中，本發(fā)明的器件包括基本上不含鋁物質的含鎵和氮的電子阻擋區(qū)域。在另外的其他實施方式中，本發(fā)明的器件不包括任何電子阻擋層或者還在其他實施方式中，在包覆層和/或電子阻擋層中不含鋁。在優(yōu)選實施方式中，不與常規(guī)技術如Yoshizumi等人，"Continuous-Waveoperation of 520nm Green InGaN-Based Laser Diodes on Semi-Polar{20-21}GaNSubstrates" ,Applied Physics Express 2 (2009) 092101 中相同，本發(fā)明的方法和結構在包覆層中基本上不含InAlGaN或含鋁物質。即，本發(fā)明的激光器結構和方法在包覆區(qū)域中基本上不含任何鋁物質。鋁通常是有害的。鋁通常導致在反應器中引入氧，所述氧可充當非輻射性重組中心從而降低輻射效率并引入其他限制。本發(fā)明人還確定了，氧可以抵消(補償)P包覆(覆層)中的P型摻雜劑從而在光學器件中造成附加的電阻率。在其他方面中，
本發(fā)明人還確定了，鋁對于MOCVD反應器是有害的且可以與其他生長前體發(fā)生反應或預反應。使用鋁包覆層也是麻煩的且可花費額外的生長時間。因此認為，與常規(guī)激光器結構相t匕，無鋁包覆激光器方法和結構對于生長通常是更有效的。圖4和圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施方式的用于圖I的器件的解理刻面的照片。這些照片僅是實例，且不應該不適當?shù)叵拗票疚牡臋嗬蟮姆秶?。圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式在含鎵和氮的襯底上制造的備選激光器件的簡化透視圖。該圖僅是一個實例，其不應該不適當?shù)叵拗票疚牡臋嗬蟮姆秶?。本領域的技術人員會考慮到其他變化、修改和替代。如所示出的，根據(jù)一個或多個實施方式，所述光學器件包括具有斜切的m面結晶表面區(qū)域的含鎵和氮的襯底構件601。在一個具體實施方式
中，所述氮化鎵襯底構件是特征在于具有半極性或非極性結晶表面區(qū)域的塊狀GaN襯底，但可以是其他。在一個具體實施方式
中，所述塊狀氮化物GaN襯底包含氮且具有在IO5CnT2到IO7CnT2之間或小于IO5CnT2的表面位錯密度。所述氮化物晶體或晶片可包含AlxInyGa1TyN,其中O彡x, y, x+y ( I。在一個具體實施方式
中,所述氮化物晶體包含GaN。在一個或多個實施方式中，所述GaN襯底在相對于所述表面基本正交或傾斜的方向上以約105cm_2到約IO8CnT2之間的濃度具有穿透位錯。作為位錯的正交或傾斜取向的結果，表面位錯密度在IOW2到IO7CnT2之間或小于約105cnT2。在一個具體實施方式
中，在斜切的GaN上，所述器件具有覆蓋斜切的結晶取向表面區(qū)域的一部分而形成的激光條紋區(qū)域。在一個具體實施方式
中，所述激光條紋區(qū)域由基本上在c方向的投影中的諧振腔取向來表征，所述c方向的投影基本上與a方向垂直。在一個具體實施方式
中，所述激光條紋區(qū)域具有第一端部607和第二端部609。在一個優(yōu)選實施方式中，在具有相互面對的一對解理鏡結構的{30-31}含鎵和氮的襯底上在c方向的投影上形成所述器件。在一個優(yōu)選實施方式中，所述器件具有設置在所述激光條紋區(qū)域的所述第一端部上的第一解理刻面和設置在所述激光條紋區(qū)域的所述第二部上的第二解理刻面。在一個或多個實施方式中，所述第一解理刻面與所述第二解理刻面基本平行。在解理表面的每一個上形成鏡面。所述第一解理刻面包含第一鏡面。在一個優(yōu)選實施方式中，通過劃線和斷裂處理來提供所述第一鏡面。所述劃線處理可以使用任何合適的技術如金剛石劃線或激光劃線或組合。在一個具體實施方式
中，所述第一鏡面包含反射涂層。所述反射涂層選自二氧化硅、二氧化鉿、和二氧化鈦、五氧化二鉭、氧化鋯、包括組合等。根據(jù)所述實施方式，所述第一鏡面還可以包括抗反射涂層。另外，在一個優(yōu)選實施方式中，所述第二解理刻面包含第二鏡面。根據(jù)一個具體實施方式
，通過劃線和斷裂處理來提供所述第二鏡面。優(yōu)選地，所述劃線是金剛石劃線或激光劃線等。在一個具體實施方式
中，所述第二鏡面包含反射涂層如二氧化硅、二氧化鉿、和二氧化鈦、五氧化二鉭、氧化鋯、組合等。在一個具體實施方式
中，所述第二鏡面包含抗反射涂層。在一個具體實施方式
中，所述激光條紋具有長度和寬度。長度為約50微米至約3000微米。在一個優(yōu)選實施方式中，所述激光條紋長度為約400 μ m至約650 μ m或約650 μ m至約1200 μ m。所述條紋還具有約O. 5微米至約I. 5微米，I. 5微米至約3微米,或約3微米至約50微米的寬度，但可以是其他尺寸。在一個具體實施方式
中，所述寬度的尺寸基本恒定，但是它們可以稍微變化。所述寬度和長度通常使用本領域中常用的掩模和蝕刻工藝來形成。在整個本說明書中，并且更特別是在下面可以發(fā)現(xiàn)本發(fā)明器件的進一步細節(jié)。圖7是圖5的器件的解理刻面的照片。根據(jù)一個或多個實施方式的處理激光器件的方法可以概括如下，還參見圖8 I.開始；2.提供包含具有脊的激光器件的處理襯底；3.從背面薄化襯底；4.形成背面η-接觸；5.劃線用于分離在棒結構中構造的激光器件的圖案；6.使劃線圖案斷裂從而形成多個棒結構；7.堆疊棒結構；8.涂布棒結構；9.將棒結構切割(singulate)成具有激光器件的單獨芯片(管芯)；以及10.進行所期望的其他步驟。根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施方式，將上述順序的步驟用于由襯底結構而在芯片(管芯)上形成單獨的激光器件。在一個或多個優(yōu)選實施方式中，所述方法包括在構造在非極性氮化鎵襯底材料上的脊形激光器件中基本上相互平行且相互面對的解理刻面。根據(jù)所述實施方式，可以將這些步驟中的一個或多個組合或除去，或者可以在不背離本文的權利要求的范圍的情況下添加其他步驟。圖9是根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的襯底薄化處理的簡化視圖。該圖僅是示例性的且不應該不適當?shù)叵拗票疚牡臋嗬蟮姆秶?。本領域的技術人員會考慮到其他變化、修改和替代。在一個具體實施方式
中，所述方法以包含激光器件且優(yōu)選脊形激光器件的氮化鎵襯底材料開始，但可以是其他。根據(jù)一個具體實施方式
，對所述襯底進行正面處理。在完成正面處理之后，將一個或多個GaN襯底安裝到藍寶石載體晶片或其他合適構件上。作為一個實例，所述方法使用Crystalbond 909,其是常規(guī)的安裝熱塑性塑料。所述熱塑性塑料可溶于丙酮或其他合適溶劑中。在一個具體實施方式
中，將載體晶片安裝至研磨夾具(搭接夾具)。這種研磨夾具的實例由英國的Logitech Ltd.或其他賣主制成。根據(jù)一個具體實施方式
，所述研磨夾具幫助在研磨處理期間保持襯底的平面性。作為一個實例，襯底的起始厚度為 325 μ m+/-20 μ m,但可以是其他。在一個具體實施方式
中，所述方法將襯底研磨或薄化至60-80um厚度，但也可以是更薄或略微更厚。在一個優(yōu)選實施方式中，所述研磨夾具以通常由合適材料如鑄鐵制成的研磨板構造，且以小于5μπ 的平坦度構造，但可以是其他。優(yōu)選地，所述方法使用研磨漿料，所述研磨漿料為I份碳化硅(SiC)和10份水，但也可以是其他變體。在一個具體實施方式
中，所述SiC砂碌的尺寸為約5 μ m。在一個或多個實施方式中，在約10轉/分鐘下，研磨板速度是合適的。另外，根據(jù)一個或多個實施方式，所述方法可調節(jié)研磨夾具的向下壓力以實現(xiàn)期望的研磨速度，如2-3 μ m/分鐘以上或略小。在一個具體實施方式
中，本發(fā)明的方法包括可以在GaN材料中產生表面下的損傷而導致產生中等陷阱等的研磨處理。所述中等陷阱可導致具有肖特基(Schottky)特性的
接觸。因此，根據(jù)一個具體實施方式
，本發(fā)明的方法包括一個或多個拋光處理，使得將 IOym具有損傷的材料除去。作為一個實例，所述方法使用膠合到不銹鋼板上的羅門哈斯(Rohm and Haas)的Politex 拋光墊,但可以是其他。拋光液是由Eminess Technologies制造的Ultrasol300K，但可以是其他。Ultra-Sol 300K是具有特殊設計的堿性分散體的高純度膠體二氧化硅漿料。其包含70nm膠體二氧化硅且具有10. 6的pH。固體含量為30%(以重量計)。在一個具體實施方式
中,研磨板速度為70rpm且施加研磨夾具的總重量。在一個優(yōu)選實施方式中，所述方法包括約 2 μ m/小時的研磨速度。在其他實施方式中，本發(fā)明提供了一種用于對m-面GaN襯底材料實現(xiàn)高品質的η型接觸的方法。在一個具體實施方式
中，所述方法提供粗糙的接觸以實現(xiàn)合適的歐姆接觸。在一個具體實施方式
中，所述粗糙度造成其他晶面的暴露，這導致良好的接觸。在一個優(yōu)選實施方式中，本發(fā)明的方法包括研磨表面，其紋理粗糙從而暴露大于一個或多個不同的晶面。在其他實施方式中，可以在研磨之后進行蝕刻如干式蝕刻和/或濕式蝕刻。在一個具體實施方式
中，蝕刻除去表面下的損傷，然而，其可能不像拋光那樣將表面平坦化。圖10是示出了根據(jù)一個或多個實施方式的背面η-接觸方法的簡化圖。該圖僅是示例性的且不應該不適當?shù)叵拗票疚牡臋嗬蟮姆秶?。本領域的技術人員會考慮到其他變化、修改和替代。根據(jù)一個或多個實施方式，在完成薄化處理之后，所述方法在襯底的背面上形成η-接觸。此時，將薄化的襯底仍然安裝至并保持在藍寶石晶片上。在一個優(yōu)選實施方式中，為了效率和處理(裝卸)，將所述薄化的襯底“分批處理”。在一個具體實施方式
中，使用分批處理的方法幫助防止伴隨非常薄的(60-80μπι)襯底的處理的任何損傷。作為一個實例，所述背面接觸包括約300 ΑΑ1/3000 A Au或其他合適的材料如Al/Ni/Au。在一個具體實施方式
中，所述接觸是通過電子束蒸發(fā)或其他合適技術沉積的金屬的堆疊。在一個優(yōu)選實施方式中且在金屬堆疊沉積之前，所述方法包括使用濕式蝕刻如氫氟酸濕式蝕刻以除去表面上的任何氧化物。在一個具體實施方式
中，優(yōu)選在形成之后，不對所述金屬堆疊進行退火或者高溫處理?？梢栽谟?009年11月2日以Nicholas J. Pf ister、James W. Raring 和 Mathew Schmidt 名義提交的且題為"Method ofFabricating Optical Devices Using Laser Treatment"的美國序列號61/257，449 中發(fā)現(xiàn)制造接觸區(qū)域的技術的實例，將其通過引用并入本文中。圖11是示出了根據(jù)一個或多個實施方式的劃線和斷裂操作的簡化圖。該圖僅是示例性的且不應該不適當?shù)叵拗票疚牡臋嗬蟮姆秶１绢I域的技術人員會考慮到其他變化、修改和替代。根據(jù)一個具體實施方式
，在形成η-接觸之后，將襯底從藍寶石載體晶片上拆下并在丙酮和異丙醇中清洗。然后，根據(jù)所述實施方式，將所述襯底安裝到用于劃線和斷裂處理的聚氯乙烯絕緣帶上。在一個優(yōu)選實施方式中，所述帶不在基本上不含這樣的殘留物的激光棒上留下任何殘留物，所述這樣的殘留物通常在本質上是聚合的或者是顆粒。然后，所述方法包括一個或多個劃線處理。在一個具體實施方式
中，所述方法包括使襯底經受激光以形成圖案。在一個優(yōu)選實施方式中，所述圖案被構造為對一個或多個脊形激光器形成一對刻面(小面，facets) 0在一個優(yōu)選實施方式中，所述一對刻面彼此面對且彼此平行排列。在一個優(yōu)選實施方式中，所述方法使用UV(355nm)激光器以對激光棒進行劃線。在一個具體實施方式
中，所述激光器被構造在使得可以對以一種或多種不同的圖案和剖面構造的線進行精確劃線的系統(tǒng)上。在一個或多個實施方式中，可以根據(jù)應用在背面、正面或兩者上進行劃線。在一個具體實施方式
中，所述方法使用背面劃線等。在背面劃線的情況下，所述方法優(yōu)選在GaN襯底的背面上形成垂直于激光棒的連續(xù)線劃線。在一個具體實施方式
中，所述劃線通常為15-20 μ m深或其他合適深度。優(yōu)選地，背面劃線可以是有利的。即，劃線處理不取決于激光棒的間距或其他類似圖案。因此，根據(jù)一個優(yōu)選實施方式，背面劃線可以在每個襯底上導致較高密度的激光棒。然而，在一個具體實施方式
中，背面劃線可以在一個或多個刻面上導致來自帶的殘留物。在一個具體實施方式
中，背面劃線通常要求襯底在帶上面朝下。在正面劃線的情況下，襯底的背面與帶接觸。在一個優(yōu)選實施方式中，本發(fā)明的方法使用正面劃線，其促進了干凈刻面的形成。在一個具體實施方式
中，優(yōu)選使用正面劃線處理。在一個具體實施方式
中，所述方法包括用于產生具有最小刻面粗糙度或其他不完整的直的解理(裂開)的劃線圖案。劃線圖案激光器掩模的間距為約200μπι，但可以是其他。所述方法對于200μπι間距使用170μπι劃線和30μπι的虛線。在一個優(yōu)選實施方式中，在將激光器的熱影響區(qū)與對熱敏感的激光器脊保持遠離的同時最大化或增加劃線長度。劃線剖面鋸齒剖面通常產生最小的刻面粗糙度。認為鋸齒剖面形狀在材料中產生非常高的應力集中，這導致更容易和/或更有效地傳播解理。在一個具體實施方式
中，本發(fā)明的方法提供適合用于制造本發(fā)明的激光器件的劃線。作為一個實例，圖9示出了與(I)背面劃線處理和(2)正面劃線處理有關的襯底材料的橫截面?，F(xiàn)在參考圖13，所述方法包括用于形成多個棒結構的斷裂處理。該圖僅是示例性的且不應該不適當?shù)叵拗票疚牡臋嗬蟮姆秶１绢I域的技術人員會考慮到其他變化、修改和替代。在對GaN襯底進行劃線之后，所述方法使用斷裂機以將襯底解理成棒。在一個具體實施方式
中，所述斷裂機具有間隙間隔為900 μ m的金屬支持體。所述襯底布置在所述支持體上方，使得劃線(位置線)在中心。然后，適當銳利的陶瓷刀片直接在劃線上施加壓力，從而導致襯底沿劃線(位置線)解理。圖14是示出了根據(jù)一個或多個實施方式的堆疊和涂布處理的簡化圖。再次，該圖僅是示例性的且不應該不適當?shù)叵拗票疚牡臋嗬蟮姆秶?。本領域的技術人員會考慮到其他變化、修改和替代。在解理之后，在使得可涂布前刻面和后刻面的固定裝置(fixture)中對棒進行堆疊，其相互平行排列且相互面對。前刻面涂覆膜可以選自任何合適的低反射率設計(AR設計)或高度反射涂層(HR設計)。根據(jù)一個具體實施方式
，所述AR設計包括被HfO2薄層覆蓋的四分之一波長的Al2O3涂層。所述Al2O3涂層是堅固的電介質，且HfO2是致密的，這有助于環(huán)境鈍化并調整前刻面的反射率。在一個具體實施方式
中，以HR設計來涂布前刻面。所述HR設計包括幾個四分之一波長的SiO2MfO2或Si02/Ta205對。在一個具體實施方式
中，可以使用大約3-5對以實現(xiàn)超過80%的反射率。在一個優(yōu)選實施方式中，使用1-2對以實現(xiàn)用于較高器件輸出功率和效率的較低反射率。在另一個優(yōu)選實施方式中，在前鏡上不使用刻面涂層。優(yōu)選通過電子束蒸發(fā)來沉積這些涂覆膜。在一個具體實施方式
中，以高反射率HR設計來涂布后刻面。所述HR設計包括幾個四分之一波長的Si02/Ta205或Si02/Hf02對。在一個具體實施方式
中，可以使用大約6-10對以實現(xiàn)超過99%的反射率。在其他實施方式中，所述刻面可以暴露不含用于前刻面區(qū)域的涂布或覆蓋材料的含鎵和氮的材料。在一個優(yōu)選實施方式中，所述方法使用為了在不破壞真空的情況下沉積每個刻面而構造的合適的沉積系統(tǒng)。所述沉積系統(tǒng)包括具有充分高度和空間體積的拱頂結構。根據(jù)
一個具體實施方式
，所述系統(tǒng)使得在固定裝置中構造的多個棒可以從一側翻轉到另一側且暴露后刻面和前刻面。在一個優(yōu)選實施方式中，所述方法使得可進行后刻面的第一沉積、將棒固定裝置重新配置以暴露前刻面以及前刻面的第二沉積而不破壞真空。在一個優(yōu)選實施方式中，所述方法使得可以在前面和后面上沉積一個或多個膜而不破壞真空，從而節(jié)省時間并提高效率。其他實施方式會破壞真空。圖15示出了根據(jù)一個具體實施方式
的涉及將棒切割成多個芯片的方法。該圖僅是示例性的且不應該不適當?shù)叵拗票疚牡臋嗬蟮姆秶１绢I域的技術人員會考慮到其他變化、修改和替代。在對棒的刻面進行涂布之后，所述方法包括在芯片切割之前對棒狀的激光器件進行試驗。在一個具體實施方式
中，所述方法通過進行劃線和斷裂處理而對棒進行切割(與刻面解理類似)。優(yōu)選地，根據(jù)一個具體實施方式
，所述方法在激光棒的上側上形成淺的連續(xù)線劃線。每個芯片的寬度為約200 μ m，這可以將支持體間隙減少至300 μ m左右。在已經將棒解理成單獨模具之后，使帶膨脹并將每個芯片從帶上取下。然后，根據(jù)一個或多個實施方式，所述方法對于每個芯片進行包裝操作。圖16是示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的激光條紋的光輸出電壓特性的簡化圖。所示出的是外延結構在c方向和a方向的投影上取向的在{20-21}上制造的1200 μ m長X I. 4至2. O μ m寬的激光器的電壓和光輸出。c方向激光器的投影的激光器件的證明和較高的光輸出功率是c方向取向的激光器的投影的增益較高的指示。在該實例中，所述器件包含基本上不含鋁物質的含鎵和氮的包覆層。圖17是示出了根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選實施方式的激光條紋的光輸出電壓特性的簡化圖。根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式，所示出的是外延結構在c方向和a方向的投影上取向的在{20-21}上制造的HR涂布的1200μπι長X I. 4至2. O μ m寬的激光器的電壓和光輸出。c方向激光器的投影的較低閾值電流和較高的斜度效率(斜率效率)是增益特性對于c方向取向的激光器的投影有利的指示。在該實例中，所述器件包含基本上不含鋁物質的含鎵和氮的包覆層。圖18是根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的522nm激光器件的電壓和光特性的簡化曲線圖。所示出的是本發(fā)明的外延結構在C方向的投影上取向的在{20-21}上制造的HR涂布的1200μπι長X I. 8μπι寬的激光器的電壓和光輸出。還示出了以522nm峰值波長操作的激光器件的產生激光光譜，其顯然在綠色區(qū)域內。在該實例中，所述器件包含基本上不含鋁物質的含鎵和氮的包覆層和薄勢壘區(qū)域。圖19是根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的連續(xù)波525nm激光器件的電壓和光特性的簡化曲線圖。該圖僅是示例性的且不應該不適當?shù)叵拗票疚牡臋嗬蟮姆秶?。本領域的技術人員會考慮到其他變化、修改和替代。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，所示出的是以525nm峰值波長和超過6. 5mW的最大輸出功率操作的在{20-21}上制造的激光器件的連續(xù)波(CW)電壓和電流對光特性的簡化曲線圖。根據(jù)一個或多個實施方式，示出了在c方向的投影上取向的具有約600 μ m長X約I. 6 μ m寬的諧振腔的HR涂布的激光器件的電壓和光輸出。在該實例中，所述器件包含基本上不含鋁物質的含鎵和氮的包覆層。圖20是根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的可以在45mW下操作的連續(xù)波520nm激光器件的電壓和光特性的簡化曲線圖。該圖僅是示例性的且不應該不適當?shù)叵拗票疚牡臋嗬?br> 的范圍。本領域的技術人員會考慮到其他變化、修改和替代。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，所示出的是以520nm峰值波長和60mW的最大輸出功率以及I. 7%的壁式插座效率操作的在{20-21}上制造的激光器件的連續(xù)波(CW)電壓和電流對光特性的簡化曲線圖。根據(jù)一個或多個實施方式，示出了在c方向的投影上取向的具有約600 μ m長X約1.6μπι寬的諧振腔的HR涂布的激光器件的電壓和光輸出。在該實例中，所述器件包含基本上不含鋁物質的含鎵和氮的包覆層。圖21是關于由具有各種勢壘厚度的5個量子阱激光二極管外延結構制造的微LED器件的在三種不同電流密度下的正向電壓的簡化示圖。如本文中所用的，僅將微LED器件用于實驗和證明目的。如所示出的，可以觀察到正向電壓對不同勢壘厚度的清楚的依賴性，其中2nm至3nm范圍中的勢壘比更厚的勢壘提供了顯著更低的電壓。因此，已經實現(xiàn)了對于勢壘厚度的正向電壓的證明。圖22是根據(jù)一個具體實施方式
的來自具有 600微米諧振腔長度的單側模綠色激光二極管的電壓對電流特性的簡化示圖。如所示出的，外延結構由具有大于4個量子阱的多量子阱有源區(qū)域構成且利用3nm范圍內的薄勢壘。如所示出的，正向電壓在對于60mW以上的輸出功率期望的工作電流范圍內保持小于7V。因此，已經實現(xiàn)了電流范圍內的7V正向電壓的證明。如在本文中所用的，術語GaN襯底與用作原料的包括GaN、InGaN, AlGaN或其他含III族的合金或組合物的III族氮化物基材料相關。這種原料包括極性GaN襯底(S卩，其中最大面積的表面名義上是(h k I)面的襯底，其中h = k = 0，且I不是O)，非極性GaN襯底(即，其中最大面積的表面以約80-100度的角度從上述極性取向朝向(h k I)面取向的襯底材料，其中I = 0，且h和k中的至少一個不是O)或半極性GaN襯底(即，其中最大面積的表面以約+0. I至80度或110-179. 9度的角度從上述極性取向朝向(h k I)面取向的襯底材料，其中I = 0，且h和k中的至少一個不是O)。如所示出的，可以將本發(fā)明的器件封裝在合適的封裝體中。這種封裝體可以包括諸如T0-38和T0-56集箱中的那些。也可以存在其他合適的封裝體設計和方法如T0-9以及甚至非標準封裝。在一個具體實施方式
中，可以以共封裝構造如共同轉讓的美國臨時申請?zhí)?1/347，800中描述的那些構造來實施本發(fā)明的器件，并且將其通過引用并入本文中用于所有目的。在其他實施方式中，可以以多種應用構造本發(fā)明的激光器件。這種應用包括激光顯示、計量、通信、衛(wèi)生保健和手術、信息技術等。舉例來說，可以在激光顯示中提供本發(fā)明的激光器件，所述激光顯示如在2010年5月27日提交的美國序列號12/789，303中所述的，所述申請要求在2009年5月29日提交的美國臨時申請?zhí)?1/182，105和在2009年5月29日提交的美國臨時申請?zhí)?1/182，106的優(yōu)先權，通過引用將其每一個并入本文中。在2010 年 4 月 13 日提交的題為"Optical Device Structure Using GaN Substrates ForLaserApplications"的美國序列號12/759,273中描述了替代途徑，通過引用也將其并入本文中。盡管上文是具體實施方式
的完全描述，但是可以使用各種修改、替代構成和等價物。在一個具體實施方式
中，本發(fā)明的器件和方法包括不含AlGaN包覆(覆層)的包覆層或
者基本上不含含鋁物質的其他包覆層，在一些實施方式中，可以為約2%鋁以下或不含鋁。在其他實施方式中，本發(fā)明的方法和器件可包括厚度為3nm至6. 5nm和8nm的勢魚,但是優(yōu)選較薄的勢魚材料。在一個優(yōu)選實施方式中，勢魚材料具有I. 5nm至5或6nm范圍的厚度，但是最優(yōu)選在I. 5nm到3. 5nm或4nm之間。在更優(yōu)選的實施方式中,所述勢魚材料的厚度小于約5nm,小于約4nm,小于約3nm,或小于約2nm。在一個具體實施方式
中,所述器件和方法還包括厚度范圍為約2. 5nm至3. 5nm, 3. 5nm至4. 5nm等的量子講。在一個具體實施方式
中，所述量子阱厚度還可以包括3至4nm或4至6nm的范圍。在一個優(yōu)選實施方式中，所述器件具有60mW以上的操作電壓且特征在于小于約7V,小于約6. 5V或小于約6V的電壓降。因此，不應該將上述描述和舉例說明看作限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍由所附的權利要求限定。
權利要求
1.一種光學器件，包括 包括{20-21}結晶表面區(qū)域取向的含鎵和氮的襯底； 覆蓋n型含鎵和氮的材料的n型包覆材料，所述n型包覆材料基本上不含含鋁材料； 包括至少三個量子阱和至少兩個勢壘層的有源區(qū)域，所述量子阱中的每一個具有Inm以上的厚度，所述勢壘層中的每一個具有從約I. 5nm至約5nm范圍的厚度，所述勢壘層中的每一個被構造在一對量子講之間； 覆蓋所述有源區(qū)域的P型包覆材料，所述P型包覆材料基本上不含含鋁材料；并且 其中，所述有源區(qū)域被構造成對于60mW以上的輸出功率以小于7V的正向電壓操作。
2.根據(jù)權利要求I所述的器件，其中，所述有源區(qū)域包括至少三個量子阱區(qū)域；并且還包括覆蓋所述P型包覆材料的P++接觸區(qū)域；其中所述基本上不含含鋁材料是約2%以下原子百分比。
3.根據(jù)權利要求I所述的器件，其中，所述有源區(qū)域包括至少四個量子阱區(qū)域；并且還包括覆蓋所述P型包覆材料的P++接觸區(qū)域；其中所述基本上不含含鋁材料是約I以下原子百分比。
4.根據(jù)權利要求I所述的器件，其中，所述有源區(qū)域包括至少四個量子阱。
5.根據(jù)權利要求I所述的器件，其中，所述有源區(qū)域包括至少五個量子阱。
6.根據(jù)權利要求I所述的器件，其中，所述有源區(qū)域包括至少六個量子阱。
7.根據(jù)權利要求I所述的器件，其中，所述有源區(qū)域包括至少七個量子阱。
8.根據(jù)權利要求I所述的器件，其中，所述勢壘層的厚度為至少約2.5nm至約3. 5nm。
9.根據(jù)權利要求I所述的器件，其中，所述勢壘層的厚度為至少約I.5nm至約2. 5nm。
10.根據(jù)權利要求I所述的器件，其中，所述量子阱中的每一個的厚度為約2.5nm。
11.根據(jù)權利要求I所述的器件，其中，所述量子阱中的每一個的厚度為約3.Onm。
12.根據(jù)權利要求I所述的器件，其中，所述量子阱中的每一個的厚度為約3.5nm。
13.根據(jù)權利要求I所述的器件，其中，所述量子阱中的每一個的厚度為約4.Onm。
14.根據(jù)權利要求I所述的器件，其中，所述器件可作為在500-540nm的綠色波長范圍內操作的激光二極管操作。
15.根據(jù)權利要求I所述的器件，其中，所述器件可作為在60mW以上具有大于3%的電光轉換效率的激光二極管操作。
16.根據(jù)權利要求I所述的器件，其中，所述器件可作為在60mW以上具有大于5%的電光轉換效率的激光二極管操作。
17.根據(jù)權利要求I所述的器件，其中，所述器件可作為在60mW以上具有大于8%的電光轉換效率的激光二極管操作。
18.一種光學器件，包括 包括{20-21}結晶表面區(qū)域取向的含鎵和氮的襯底； 覆蓋n型含鎵和氮的材料的n型包覆材料，所述n型包覆材料基本上不含含鋁材料； 包括至少三個量子阱和一個或多個勢壘層的有源區(qū)域，所述量子阱中的每一個具有2nm以上的厚度,所述勢魚層中的每一個具有從約Inm至約5nm范圍的厚度,所述勢魚層中的至少一個被構造在一對量子阱之間； 覆蓋所述有源區(qū)域的P型包覆材料，所述P型包覆材料基本上不含含鋁材料；以及覆蓋所述P型包覆材料的P型材料。
19.根據(jù)權利要求18所述的器件，其中，所述有源區(qū)域包括至少四個量子阱區(qū)域。
20.根據(jù)權利要求18所述的器件，其中，所述有源區(qū)域包括至少五個量子阱區(qū)域。
21.根據(jù)權利要求18所述的器件，其中，所述有源區(qū)域包括至少六個量子阱區(qū)域。
22.根據(jù)權利要求18所述的器件，還包括SCH區(qū)域。
23.根據(jù)權利要求18所述的器件，其中，構造所述有源區(qū)域，對于60mW以上的輸出功率、對于小于8V的正向電壓是可操作性的。
24.根據(jù)權利要求18所述的器件，其中，構造所述有源區(qū)域，對于60mW以上的輸出功率、對于小于7V的正向電壓是可操作性的。
25.根據(jù)權利要求18所述的器件，其中，構造所述有源區(qū)域，對于60mW以上的輸出功率、對于小于6V的正向電壓是可操作性的。
26.根據(jù)權利要求18所述的器件，其中，構造所述有源區(qū)域，對于60mW以上的輸出功率、對于小于5V的正向電壓是可操作性的。
27.根據(jù)權利要求18所述的器件，其中，所述器件可作為在500-540nm的綠色波長范圍內操作的激光二極管操作。
28.根據(jù)權利要求18所述的器件，其中，所述器件可作為在60mW以上具有大于3%的電光轉換效率的激光二極管操作。
29.根據(jù)權利要求18所述的器件，其中，所述器件可作為在60mW以上具有大于5%的電光轉換效率的激光二極管操作。
30.根據(jù)權利要求18所述的器件，其中，所述器件可作為在60mW以上具有大于8%的電光轉換效率的激光二極管操作。
31.根據(jù)權利要求18所述的器件，其中，所述器件可作為在60mW以上具有大于10%的電光轉換效率的激光二極管操作。
32.根據(jù)權利要求18所述的器件，其中，所述勢壘層的厚度為至少約2.5nm至約3.5nm。
33.根據(jù)權利要求18所述的器件，其中，所述勢壘層的厚度為至少約1.5nm至約2. 5nm。
34.根據(jù)權利要求18所述的器件，其中，所述量子阱層的厚度為至少2.5nm。
35.根據(jù)權利要求18所述的器件，其中，所述量子阱層的厚度為至少3.Onm。
36.根據(jù)權利要求18所述的器件，其中，所述量子阱層的厚度為至少3.5nm。
37.根據(jù)權利要求18所述的器件，其中，所述量子阱層的厚度為至少4.Onm。
38.根據(jù)權利要求18所述的器件，其中，所述{20-21}結晶表面區(qū)域以朝向c面和/或a面小于+/-0. 5°被斜切。
39.根據(jù)權利要求18所述的器件，其中，所述{20-21}結晶表面區(qū)域以朝向c面和/或a面小于+/-1°被斜切。
40.根據(jù)權利要求18所述的器件，其中，所述{20-21}結晶表面區(qū)域以朝向c面和/或a面小于+/-3°被斜切。
41.根據(jù)權利要求18所述的器件，其中，所述{20-21}結晶表面區(qū)域以朝向c面和/或a面小于+/-5°被斜切。
42.根據(jù)權利要求18所述的器件，其中，所述{20-21}結晶表面區(qū)域以朝向c面和/或a面小于+/-8°被斜切。
43.根據(jù)權利要求18所述的器件，其中，所述{20-21}結晶表面區(qū)域以朝向c面和/或a面小于+/-10°被斜切。
44.根據(jù)權利要求18所述的器件，還包括n側SCH區(qū)域。
45.根據(jù)權利要求18所述的器件，還包括由InGaN構成的n側SCH區(qū)域。
46.根據(jù)權利要求18所述的器件，還包括p側SCH區(qū)域。
47.根據(jù)權利要求18所述的器件，還包括由InGaN構成的p側SCH區(qū)域。
48.根據(jù)權利要求18所述的器件，還包括在所述有源區(qū)域和所述p型包覆材料之間的電子阻擋區(qū)域。
49.根據(jù)權利要求18所述的器件，其中，一個或多個勢壘層由選自GaN、InGaN,AlGaN或InAlGaN的材料制成。
50.根據(jù)權利要求18所述的器件，其中，所述量子阱中的每一個至少包括InGaN。
51.根據(jù)權利要求18所述的器件，其中，所述有源區(qū)域被構造成發(fā)射從約390nm至約420nm范圍的電磁輻射。
52.根據(jù)權利要求18所述的器件，其中，所述有源區(qū)域被構造成發(fā)射從約420nm至約460nm范圍的電磁福射。
53.根據(jù)權利要求18所述的器件，其中，所述有源區(qū)域被構造成發(fā)射從約460nm至約500nm范圍的電磁福射。
54.根據(jù)權利要求18所述的器件，其中，所述有源區(qū)域被構造成發(fā)射從約500nm至約540nm范圍的電磁福射。
55.根據(jù)權利要求18所述的器件，其中，所述有源區(qū)域被構造成發(fā)射約540nm以上范圍的電磁輻射。
56.根據(jù)權利要求18所述的器件，其中，所述勢壘層中的每一個基本上不含摻雜劑物質。
57.一種光學器件，包括 包括{20-21}結晶表面區(qū)域取向的含鎵和氮的襯底； 覆蓋n型含鎵和氮的材料的n型包覆材料，所述n型包覆材料基本上不含含鋁材料； 包括至少三個量子阱和一個或多個勢壘層的有源區(qū)域，所述量子阱中的每一個具有2.5nm以上的厚度,所述勢魚層中的至少一個具有n型雜質特性和從約I. 5nm至約7nm范圍的厚度，所述勢壘層中的每一個被構造在一對量子阱之間； 覆蓋所述有源區(qū)域的P型包覆材料，所述P型包覆材料基本上不含含鋁材料；以及 覆蓋所述P型包覆材料的P型材料。
58.根據(jù)權利要求48所述的器件，其中，所述有源區(qū)域包括至少四個量子阱區(qū)域。
59.根據(jù)權利要求48所述的器件，其中，所述有源區(qū)域包括至少五個量子阱區(qū)域。
60.根據(jù)權利要求48所述的器件，其中，所述有源區(qū)域包括至少六個量子阱區(qū)域。
61.根據(jù)權利要求48所述的器件，還包括SCH區(qū)域。
62.根據(jù)權利要求48所述的器件，其中，構造所述有源區(qū)域，對于60mW以上的輸出功率、對于< 7V的正向電壓是可操作性的。
63.根據(jù)權利要求48所述的器件，其中，構造所述有源區(qū)域，對于60mW以上的輸出功率、對于< 6V的正向電壓是可操作性的。
64.根據(jù)權利要求48所述的器件，其中，構造所述有源區(qū)域，對于60mW以上的輸出功率、對于< 5V的正向電壓是可操作性的。
65.根據(jù)權利要求48所述的器件，其中，所述器件可作為在500-540nm的綠色波長范圍內操作的激光二極管操作。
66.根據(jù)權利要求48所述的器件，其中，所述器件可作為在60mW以上具有大于3%的電光轉換效率的激光二極管操作。
67.根據(jù)權利要求48所述的器件，其中，所述器件可作為在60mW以上具有大于5%的電光轉換效率的激光二極管操作。
68.根據(jù)權利要求48所述的器件，其中，所述器件可作為在60mW以上具有大于8%的電光轉換效率的激光二極管操作。
69.根據(jù)權利要求48所述的器件，其中，所述器件可作為在60mW以上具有大于10%的電光轉換效率的激光二極管操作。
70.根據(jù)權利要求48所述的器件，其中，所述勢壘層的厚度為至少約2.5nm至約3.5nm。
71.根據(jù)權利要求48所述的器件，其中，所述勢壘層的厚度為至少約1.5nm至約2.5nm。
72.根據(jù)權利要求48所述的器件，其中，所述量子阱層的厚度為至少2.5nm。
73.根據(jù)權利要求48所述的器件，其中，所述量子阱層的厚度為至少3.Onm。
74.根據(jù)權利要求48所述的器件，其中，所述量子阱層的厚度為至少3.5nm。
75.根據(jù)權利要求48所述的器件，其中，所述量子阱層的厚度為至少4.Onm。
76.根據(jù)權利要求48所述的器件，其中，所述{20-21}結晶表面區(qū)域以朝向c面和/或a面小于+/-0.5°被斜切。
77.根據(jù)權利要求48所述的器件，其中，所述{20-21}結晶表面區(qū)域以朝向c面和/或a面小于+/-1°被斜切。
78.根據(jù)權利要求48所述的器件，其中，所述{20-21}結晶表面區(qū)域以朝向c面和/或a面小于+/-3°被斜切。
79.根據(jù)權利要求48所述的器件，其中，所述{20-21}結晶表面區(qū)域以朝向c面和/或a面小于+/-5°被斜切。
80.根據(jù)權利要求48所述的器件，其中，所述{20-21}結晶表面區(qū)域以朝向c面和/或a面小于+/-8°被斜切。
81.根據(jù)權利要求48所述的器件，還包括n側SCH區(qū)域。
82.根據(jù)權利要求48所述的器件，還包括p側SCH區(qū)域。
83.根據(jù)權利要求48所述的器件，還包括在所述有源區(qū)域和所述p型包覆材料之間的電子阻擋區(qū)域。
84.根據(jù)權利要求48所述的器件，其中，一個或多個勢壘層由選自GaN、InGaN、AlGaN或InAlGaN的材料制成。
85.根據(jù)權利要求48所述的器件，其中，所述量子阱中的每一個至少包括InGaN。
86.根據(jù)權利要求48所述的器件，其中，所述有源區(qū)域被構造成發(fā)射從約390nm至約420nm范圍的電磁輻射。
87.根據(jù)權利要求48所述的器件，其中，所述有源區(qū)域被構造成發(fā)射從約420nm至約460nm范圍的電磁福射。
88.根據(jù)權利要求48所述的器件，其中，所述有源區(qū)域被構造成發(fā)射從約460nm至約500nm范圍的電磁福射。
89.根據(jù)權利要求48所述的器件，其中，所述有源區(qū)域被構造成發(fā)射從約500nm至約540nm范圍的電磁福射。
90.根據(jù)權利要求48所述的器件，其中，所述有源區(qū)域被構造成發(fā)射約540nm以上范圍的電磁輻射。
91.根據(jù)權利要求48所述的器件，其中，所述n型雜質特性包括含硅物質。
92.一種光學器件，包括 包括{20-21}結晶表面區(qū)域取向的含鎵和氮的襯底； 覆蓋n型含鎵和氮的材料的n型包覆材料，所述n型包覆材料基本上不含含鋁材料； 包括至少三個量子阱和一個或多個勢壘層的有源區(qū)域，所述量子阱中的每一個具有2.5nm以上的厚度,所述勢魚層中的一個或多個具有p型特性和從約I. 5nm至約7nm范圍的厚度，所述勢壘層中的每一個被構造在一對量子阱之間； 覆蓋所述有源區(qū)域的P型包覆材料，所述P型包覆材料基本上不含含鋁材料；以及 覆蓋所述P型包覆材料的P型材料。
93.根據(jù)權利要求92所述的器件，其中，所述有源區(qū)域包括至少四個量子阱區(qū)域。
94.根據(jù)權利要求92所述的器件，其中，所述有源區(qū)域包括至少五個量子阱區(qū)域。
95.根據(jù)權利要求92所述的器件，其中，所述有源區(qū)域包括至少六個量子阱區(qū)域。
96.根據(jù)權利要求92所述的器件，還包括SCH區(qū)域。
97.根據(jù)權利要求92所述的器件，其中，構造所述有源區(qū)域，對于60mW以上的輸出功率、對于小于7V的正向電壓是可操作性的。
98.根據(jù)權利要求92所述的器件，其中，構造所述有源區(qū)域，對于60mW以上的輸出功率、對于小于6V的正向電壓是可操作性的。
99.根據(jù)權利要求92所述的器件，其中，構造所述有源區(qū)域，對于60mW以上的輸出功率、對于小于5V的正向電壓是可操作性的。
100.根據(jù)權利要求92所述的器件，其中，所述器件可作為在60mW以上具有大于3%的電光轉換效率的激光二極管操作。
101.根據(jù)權利要求92所述的器件，其中，所述器件可作為在60mW以上具有大于5%的電光轉換效率的激光二極管操作。
102.根據(jù)權利要求92所述的器件，其中，所述器件可作為在60mW以上具有大于8%的電光轉換效率的激光二極管操作。
103.根據(jù)權利要求92所述的器件，其中，所述器件可作為在60mW以上具有大于10%的電光轉換效率的激光二極管操作。
104.根據(jù)權利要求92所述的器件，其中，所述勢壘層的厚度為至少約2.5nm至約3.5nm。
105.根據(jù)權利要求92所述的器件，其中，所述勢壘層的厚度為至少約I.5nm至約2.5nm。
106.根據(jù)權利要求92所述的器件，其中，所述量子阱層的厚度為至少2.5nm。
107.根據(jù)權利要求92所述的器件，其中，所述量子阱層的厚度為至少3.Onm。
108.根據(jù)權利要求92所述的器件，其中，所述量子阱層的厚度為至少3.5nm。
109.根據(jù)權利要求92所述的器件，其中，所述量子阱層的厚度為至少4.Onm。
110.根據(jù)權利要求92所述的器件，其中，所述{20-21}結晶表面區(qū)域以朝向c面和/或a面小于+/-0.5°被斜切。
111.根據(jù)權利要求92所述的器件，其中，所述{20-21}結晶表面區(qū)域以朝向c面和/或a面小于+/-1°被斜切。
112.根據(jù)權利要求92所述的器件，其中，所述{20-21}結晶表面區(qū)域以朝向c面和/或a面小于+/-3°被斜切。
113.根據(jù)權利要求92所述的器件，其中，所述{20-21}結晶表面區(qū)域以朝向c面和/或a面小于+/-5°被斜切。
114.根據(jù)權利要求92所述的器件，其中，所述{20-21}結晶表面區(qū)域以朝向c面和/或a面小于+/-8°被斜切。
115.根據(jù)權利要求92所述的器件，還包括n側SCH區(qū)域。
116.根據(jù)權利要求92所述的器件，還包括p側SCH區(qū)域。
117.根據(jù)權利要求92所述的器件，還包括在所述有源區(qū)域和所述p型包覆材料之間的電子阻擋區(qū)域。
118.根據(jù)權利要求92所述的器件，其中，一個或多個勢壘層由選自GaN、InGaN、AlGaN或InAlGaN的材料制成。
119.根據(jù)權利要求92所述的器件，其中，所述量子阱中的每一個至少包括InGaN。
120.根據(jù)權利要求92所述的器件，其中，所述有源區(qū)域被構造成發(fā)射從約390nm至約420nm范圍的電磁輻射。
121.根據(jù)權利要求92所述的器件，其中，所述有源區(qū)域被構造成發(fā)射從約420nm至約460nm范圍的電磁福射。
122.根據(jù)權利要求92所述的器件，其中，所述有源區(qū)域被構造成發(fā)射從約460nm至約500nm范圍的電磁福射。
123.根據(jù)權利要求92所述的器件，其中，所述有源區(qū)域被構造成發(fā)射從約500nm至約540nm范圍的電磁福射。
124.根據(jù)權利要求92所述的器件，其中，所述有源區(qū)域被構造成發(fā)射約540nm以上范圍的電磁輻射。
125.根據(jù)權利要求92所述的器件，其中，所述p型雜質特性包含鎂物質。
126.—種激光二極管器件，包括 包括{20-21}結晶表面區(qū)域取向的含鎵和氮的襯底； 覆蓋n型含鎵和氮的材料的n型包覆材料； 包括至少三個量子阱和一個或多個勢壘層的有源區(qū)域，所述量子阱中的每一個具有2.5nm以上的厚度,所述勢魚層中的每一個具有從小于約2. Onm至約3. 5nmnm范圍的厚度，所述勢壘層中的每一個被構造在一對量子阱之間； 覆蓋所述有源區(qū)域的P型包覆材料； 覆蓋所述P型包覆材料的P型材料， 其中，構造所述有源區(qū)域，對于60mW以上的輸出功率、對于小于7V的正向電壓是可操作性的。
127.根據(jù)權利要求126所述的器件，其中，所述n型包覆材料基本上不含含鋁材料。
128.根據(jù)權利要求126所述的器件，其中，所述p型包覆材料基本上不含含鋁材料。
129.—種用于制造光學器件的方法，所述方法包括 提供包括{20-21}結晶表面區(qū)域取向的含鎵和氮的襯底； 形成覆蓋n型含鎵和氮的材料的n型包覆材料，所述n型包覆材料基本上不含含鋁材料； 形成包括至少三個量子阱和一個或多個勢壘層的有源區(qū)域，所述量子阱中的每一個具有2. 5nm以上的厚度,所述一個或多個勢魚層中的每一個具有從約I. 5nm至約4nm范圍的厚度，所述勢壘層中的每一個被構造在一對量子阱之間；以及 形成覆蓋所述有源區(qū)域的P型包覆材料，所述P型包覆材料基本上不含含鋁材料。
全文摘要
一種低壓激光器件，所述低壓激光器件具有為一種或多種選擇波長的光發(fā)射而構造的有源區(qū)域。
文檔編號H01L29/15GK102792447SQ201080047545
公開日2012年11月21日 申請日期2010年9月16日 優(yōu)先權日2009年9月17日
發(fā)明者克里斯托弗·波布倫斯, 詹姆斯·W·拉林, 馬修·施密特 申請人:天空公司