專利名稱：在C-方向錯切小于+/-15度的m-平面基底上的半極性III-氮化物光電子裝置的制作方法
在c-方向錯切小于+/-15度的m-平面基底上的半極性N I-氮化物光電子裝置相關(guān)申請的交叉參考本申請?jiān)?5U.S.C.第119(e)章的規(guī)定下要求享有由Po Shan Hsu> KathrynM. Kelchner、Robert M. Farrell、Daniel Haeger、Hiroaki Ohta、Anurag Tyagi、ShujiNakamura、Steven P. DenBaars 和 James S. Speck 在 2010 年 3 月 4 日提交的共同未決且共同轉(zhuǎn)讓的美國臨時專利申請序號61/310，638的權(quán)益，其名稱為“在C-方向錯切小于+/-15度的m-平面基底上的半極性III-氮化物光電子裝置(SEMI-POLAR III-NITRIDEOPTOELECTRONIC DEVICES ON M-PLANE SUBSTRATES WITH MISCUTS LESS THAN+/-15DEGREESIN THE C-DIRECTI0N)”，代理人案號 30794. 366-US-P1 (2010-543-1)；在此將該申請引入作為參考。本申請涉及下列共同未決且共同轉(zhuǎn)讓的美國專利申請由 Daniel F. FeezelI、Mathew C. Schmidt、Kwang Choong Kim、RobertM. Farrell、Daniel A. Cohen、James S.Speck、Steven P.DenBaars 和 Shuji Nakamura在2008年2月12日提交的美國實(shí)用新型專利申請序號12/030，117，其名稱為“Al (x)Ga(I-X)N-CLADDING-FREE NON POLAR GAN-BASEDLASER DIODES AND LEDS”，代理人案號30794. 222-US-U1 (2007-424)，該申請?jiān)?35U. S. C.第 119(e)章的規(guī)定下要求享有由 DanielF. Feezell、Mathew C. Schmidt、Kwang Choong Kim、Robert M. Farrell、Daniel A. Cohen>James S. Speck、Steven P. DenBaars 和 Shuji Nakamura 在 2007 年 2 月 12 日提交的美國臨時專利序號 60/889，510 的權(quán)益，其名稱為 “Al (x)Ga(1-x)N-CLADDING-FREE NONPOLARGAN-BASED LASER DIODES AND LEDS”，代理人案號 30794. 222-US-P1 (2007-424-1)；由 Arpan Chakraborty> You-Da Lin、Shuji Nakamura 和 Steven P. DenBaars 在2010年6月7日提交的PCT國際專利申請序號US2010/37629，其名稱為“ASYMMETRICALLYCLADDED LASER DI0DE”，代理人案號 30794. 314-US-TO (2009-614-2)，該申請?jiān)?35U. S. C.第119(e)章的規(guī)定下要求享有由 Arpan Chakraborty、You-Da Lin、ShuiNakamura 和 StevenP. DenBaars在2009年6月5日提交的美國臨時申請序號61/184，668的權(quán)益，其名稱為“ASYMMETRICALLY CLADDEDLASER DI0DE”，代理人案號 30794. 314-US-P1 (2009-614-1);和由 Arpan Chakraborty > You-Da Lin > Shuji Nakamura 和 StevenP. DenBaars在2010年6月7日提交的美國實(shí)用新型申請序號12/795，390，其名稱為^LONGffAVELENGTH NONPOLAR AND SEMIP0LAR(A1, Ga, In)N BASEDLASER DIODES”，代理人案號30794. 315-US-U1 (2009-616-2)，該申請?jiān)?5U. S. C.第119 (e)章的規(guī)定下要求享有共同未決且共同歸屬的由Arpan Chakraborty、You-Da Lin、ShuiNakamura和Steven P. DenBaars在2009年6月5日提交的美國臨時申請序號61/184，729的權(quán)益，其名稱為 “LONG WAVELENGTH m-PLANE(Al, Ga, In)N BASED LASER DIODES”，代理人案號30794.315-US-P1(2009-616-1)；在此將這些申請引入作為參考。發(fā)明背景
I.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及半極性光電子裝置及其制造方法，并具體涉及在C-方向錯切(miscut)小于+/-15度的m-平面基底上的半極性III-氮化物光電子裝置。2.相關(guān)領(lǐng)域描述(注意本申請參考多個不同的出版物，貫穿說明書用括號中一個或多個的參考文獻(xiàn)編號表示，例如，[x]。按照這些參考文獻(xiàn)編號排列的這些不同出版物的列表可在下文標(biāo)題“參考文獻(xiàn)”的章節(jié)找到。這些出版物每一篇均被引入本文作為參考。)下一代顯示技術(shù)如微型移動投影機(jī)和高清晰度飛點(diǎn)顯示器的預(yù)期高商業(yè)需求已顯著推動直接發(fā)射綠色激光二極管(LD)的發(fā)展。這種應(yīng)用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)需要LD具有高的效率、可靠性、緊湊性和調(diào)制響應(yīng)能力[I]。雖然纖鋅礦(AlGaIn) N基材料系統(tǒng)在很大程度上 被認(rèn)可作為綠色光電子裝置的主要候選者，但卻必須達(dá)成晶體平面最適于外延生成(外延生長，epitaxial growth)的普遍共識。在常規(guī)的GaN的C-平面上生成(grown)的裝置已證實(shí)LD在綠色光譜區(qū)的連續(xù)波(CW)運(yùn)行[2-4]。然而，這些裝置遭受寄生的內(nèi)部電場，該寄生內(nèi)部電場引起量子限制斯塔克效應(yīng)(QCSE),其降低量子講(QW)福射復(fù)合率(radiative recombination rate),并造成發(fā)射波長隨載體注入增加而藍(lán)移(blue-shift) [5]。此外，QCSE對于長波長光電子裝置更加顯著，這是因?yàn)楦籌n的InGaN Qff與阻擋層(barrier)之間的晶格失配(latticemismatch)增加[2]。為避免極化效應(yīng)，研究人員已證實(shí)在纖鋅礦晶體的非極性m-平面定向上生成的LD的運(yùn)行[6]。雖然是用于高功率藍(lán)色LD的期望候選物，但由于活性區(qū)中形成堆垛層錯(stacking fault), m_平面LD目前還限于500nm激光發(fā)射[7-11] 不同半極性(semi-polar或semipolar)平面,如(10-11)和(11-22)也已被考察作為可選的生成平面[12-13]。近來，研究人員已報(bào)告綠色光譜區(qū)激光從在半極性(20-21)平面上生成的優(yōu)質(zhì)InGaN QW發(fā)射[14-15]。進(jìn)一步的研究已經(jīng)顯示，在(20-21)上生成的綠色發(fā)射QW呈現(xiàn)高組成同質(zhì)性，且局部化能量值低于C-平面的報(bào)告值[16]。但是，UX20-21)需要四元AlInGaN包層以實(shí)現(xiàn)充分的模態(tài)限制，而不引起應(yīng)變引起的失配位錯(MD) [17]。雖然四元AlInGaN包層的應(yīng)用呈現(xiàn)對于低臨界厚度的半極性平面的解決方案，但從大規(guī)模生產(chǎn)的角度而言，具有高組成InGaN波導(dǎo)的簡單無AlGaN包層結(jié)構(gòu)更具吸引力[7，15，18]。需要改進(jìn)的光電子裝置生成方法。本發(fā)明滿足該需要。發(fā)明概述本發(fā)明公開了在GaN基底上生成的半極性(AlGaIn)N基光電子裝置，所述GaN基底在C-方向與m-平面的錯切為X度(在此-15〈x〈-l和l〈x〈15度)。這種朝向C-方向錯切X度(在此-15〈x〈_l和l〈x〈15度)的m-平面上的光電子裝置，與朝向C-方向大于或等于+/-15度的錯切相比，提供較低的QCSE引起的注入流依賴性藍(lán)移，導(dǎo)致更高材料增益的增加的振子強(qiáng)度，等。距m-平面較低的錯切提供錯切生成層較大的臨界厚度。這與提供較低臨界厚度的半極性平面生成層相比，可減少錯切生成層中的失配(misfit)缺陷數(shù)。因此，層中的缺陷密度可取決于層所沉積的半極性平面。例如，光電子裝置可包含一個或多個半導(dǎo)體III-氮化物層，其生成在GaN的半極性(semi-polar 或 semipolar)平面或半極性晶體平面上，即{30-3-1}、{30-31}、{40-41}或{40-4-1}平面，其中GaN的半極性平面或半極性晶體平面例如是鄰接的、錯切的或離軸的獨(dú)立(free standing) GaN基底的頂部表面。半極性GaN平面可包含原子確定的平面(an atomically specific plane),從而實(shí)現(xiàn)平滑的外延生成。本方法可包括選擇半極性晶體平面以增加半極性晶體平面上生成的III-氮化物層的臨界厚度。例如，光電子裝置的III-氮化物層可包含一個或多個InGaN層，該InGaN層的厚度大于或等于Mathews-Blakeslee臨界厚度，其中臨界厚度是沉積在GaN的半極性晶體平面上的InGaN層的厚度，所述GaN的半極性晶體平面在GaN的c_方向且與GaN的m-平面15度或以上定向。InGaN層的銦組成可以為至少7%。光電子裝置可以是LD，并且一個或多個InGaN層可包含InGaN波導(dǎo)，其提供LD的模態(tài)限制，例如LD在至少460nm的波長具有激光發(fā)射峰。 光電子裝置可進(jìn)一步包括光發(fā)射InGaN活性層，所述光發(fā)射InGaN活性層包括一個或多個InGaN量子阱，一個或多個量子阱的銦組成為至少16% (并且厚度大于4納米(nm))。光電子裝置可進(jìn)一步包含一個或多個n型(Al，In，Ga)N層；一個或多個p型(Al, In, Ga) N層；和在n型(Al，In, Ga) N層與一個或多個p型(Al，In, Ga) N層之間、包含一個或多個InGaN量子阱層的InGaN活性層，其中n型(Al，In, Ga) N層、p型(Al，In, Ga)N層、InGaN量子阱層具有半極性GaN晶體平面的半極性定向，并且InGaN量子阱層在至少477nm的波長處具有光發(fā)射峰或光吸收峰。
光電子裝置可以是這樣的LD，其包括在半極性晶體平面上或上方的n型GaN層；在n型GaN層上或上方的n型InGaN波導(dǎo)層，所述n型InGaN波導(dǎo)層的厚度為至少50nm，且銦組成為7%或以上；在11型InGaN波導(dǎo)層上或上方的InGaN活性層，其包括銦組成為至少7%且厚度大于4nm的一個或多個InGaN量子阱層；在InGaN活性層上或上方的p型InGaN波導(dǎo)層；和在P型InGaN波導(dǎo)層上或上方的p型GaN層，所述p型InGaN波導(dǎo)層的厚度為至少50nm，且銦組成為7%或以上，其中n型GaN層、n型InGaN波導(dǎo)層、InGaN活性層、p型GaN層和p型InGaN波導(dǎo)層具有半極性晶體平面的半極性定向。半極性晶體平面和沉積條件可使一個或多個III-氮化物層的表面粗糙度為例如0. 75nm或以下。LD可包含定向在LD的C-投影方向的波導(dǎo)，用于更高的增益。在半極性GaN晶體平面上生成的裝置包括但不限于，例如LD、發(fā)光二極管(LED)、超發(fā)光二極管(SLD)、半導(dǎo)體放大器、光子晶體激光器、VCSEL激光器、太陽能電池或光檢測器。本發(fā)明進(jìn)一步公開了制造光電子裝置的方法，包括在半極性GaN晶體平面上外延沉積III-氮化物層，所述半極性GaN晶體平面在GaN的c_方向且與GaN的m_平面x度定向，其中-15〈x〈-l和l〈x〈15度。本方法可進(jìn)一步包括選擇半極性晶體平面，從而增加在半極性晶體平面上生成的III-氮化物層的臨界厚度。附圖簡述先參考附圖，貫穿其中相同的參考編號表示相應(yīng)的部件


圖1(a)是纖鋅礦GaN晶體結(jié)構(gòu)的示意圖，顯示{10-10}、{30-31}、{20-21}和{0001}平面。圖I (b)是繪制利用Matthews-Blakeslee等式計(jì)算的獨(dú)立半極性GaN基底上的半極性InGaN層的Matthews-Blakeslee臨界厚度的圖。
圖2是示例本發(fā)明方法的流程圖。圖3(a)示例了原型激光器裝置結(jié)構(gòu)的橫截面。圖3(b)示例了裝置結(jié)構(gòu)另一實(shí)施方式的橫截面。圖3(c)是具有蝕刻面的完成的激光器裝置結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖。圖4(a)顯示了在(30-31)半極性晶體平面上生成的圖3(a)結(jié)構(gòu)的透射電子顯微鏡(TEM)圖像。圖4(b)和圖4(c)顯不在5X (圖4(b))和IOX (圖4(c))下截取的Nomarski圖像,顯示(30-31)生成表面的形態(tài)。圖4(d)和圖4(e)是利用N2環(huán)境(圖4(d))和H2環(huán)境(圖4(e))在(30-31)半極性晶體平面通過MOCVD生成的圖3(a)結(jié)構(gòu)中的層頂部表面的Nomarski圖像。圖4(f)和圖4(g)是利用N2環(huán)境(圖4(f))和H2環(huán)境(圖4(g))在(30-3-1)半極性晶體平面上通過MOCVD生成的圖3(a)結(jié)構(gòu)中的層頂部表面的Nomarski圖像。圖5是(30-31) LD結(jié)構(gòu)的不對稱(20-25)衍射周圍的倒易空間圖(RSM)。圖6 (a)顯不了光-電流-電壓(L-I-V)特征，圖6 (b)顯不了 {30-3-1} GaN基底上生成的蝕刻面激光器二極管的激光發(fā)射光譜。圖7(a)顯示了 L-I-V特征；圖7(b)顯示了 {30_31}GaN基底上生成的蝕刻面10 u mx 1800 um LD的激光發(fā)射光譜，其中測量在20° C利用I y s脈沖和0. 1%工作循環(huán)進(jìn)行，以確保最低限度的裝置自加熱效應(yīng)；圖7(b)顯示了 444. 7nm處清晰的激光發(fā)射峰。圖7(c)顯示了圖7(a)裝置的低電流注入上至閾值的電致發(fā)光(EL)光譜，其中EL強(qiáng)度(任意單位，a. u)隨電流注入(毫安，mA)增加而增加。圖7(d)顯示了峰波長和半峰全寬(FHWM)對電流密度的依賴性，其中圖7(a)裝置的450nm c_平面LD的峰波長數(shù)據(jù)被包括在內(nèi)，用于比較[22]。圖7(e)顯示圖7(a)裝置的閾值電流密度和激光發(fā)射波長對階段溫度的依賴性。發(fā)明詳述在下文對優(yōu)選實(shí)施方式的描述中，參考構(gòu)成本文部分的附圖，其中作為示例顯示了本發(fā)明可實(shí)踐的具體實(shí)施方式
。要理解的是，可以采用其他實(shí)施方式，并且可進(jìn)行結(jié)構(gòu)改變，而沒有脫離本發(fā)明的范圍。概沭(Al, Ga, In) N光電子裝置生成在極性{0001}、非極性{11-20}和{10-10}以及半極性{10-1-1}、{11-22}和{20-21}GaN 晶體平面上。極性和半極性平面上生成的激光器遭受量子阱中極化相關(guān)的電場，其使裝置性能退化。雖然非極性{10-10}和{11-20}裝置無極化相關(guān)的效應(yīng)，但高銦濃度摻入{10-10}和{11-20}裝置的優(yōu)質(zhì)晶體生成已顯示難以實(shí)現(xiàn)。例如，由于在高銦組成下產(chǎn)生缺陷，m-平面上發(fā)射足夠長波長的光電子裝置難以實(shí)現(xiàn)。半極性平面如{20-21}在長波長處顯示出更好的性能，這是因?yàn)榘霕O性平面被認(rèn)為更容易摻入銦。但是，錯切大于或等于+/-15度的半極性平面具有低臨界厚度，因此造成充分的激光器波導(dǎo)結(jié)構(gòu)生成非常困難。{20-21}上的Sumitomo綠色激光器[14]采用晶格匹配的Al InGaN包層，其極難生成。命名法摻入鋁和銦的GaN及其三元和四元化合物(AlGaN、InGaN, AlInGaN)通常用術(shù)語(Al, Ga, In) N，III-氮化物、第III族-氮化物，氮化物、Al (1_x_y) InyGaxN——其中0〈x〈l和0〈y〈l——或AlInGaN命名，如本文所用。所有這些術(shù)語均意為等同于和廣泛解釋為包括單獨(dú)種類Al、Ga和In各自的氮化物以及該第III族金屬種類的二元、三元和四元組成。因此，這些術(shù)語包括化合物AIN、GaN和InN ;和三元化合物AlGaN、GaInN和AlInN ;和四元化合物AlGaInN,如這種命名法包括的種類。當(dāng)兩個或更多個(Ga、Al、In)組分種類存在時，所有可能的組成，包括化學(xué)計(jì)量比和“非化學(xué)計(jì)量”比(相對于組成中存在的各(Ga，Al，In)組分種類存在的相對摩爾分?jǐn)?shù))，均可被采用，而處于本發(fā)明廣泛的范圍內(nèi)。因此，要理解的 是，下文本發(fā)明主要參考GaN材料的討論可用于多種其他(Al、Ga、In) N材料種類的形成。進(jìn)一步，本發(fā)明范圍內(nèi)的(AlGaIn)N材料可進(jìn)一步包括少量摻雜劑和/或其他雜質(zhì)或內(nèi)含物。硼(B)也可被包含在內(nèi)。術(shù)語“無AlxGahN包層”指不存在含有任何摩爾分?jǐn)?shù)Al的波導(dǎo)包層如AlxGapxN/GaN超晶格、大塊AlxGa1^N或A1N。其他不用于光導(dǎo)的層可含有一定量的Al(例如，小于10%的Al含量)。例如，可存在AlxGahN電子阻擋層。消除GaN或III-氮化物基光電子裝置的自發(fā)和壓電極化效應(yīng)的一個途徑是使III-氮化物裝置在晶體的非極性平面上生成。這種平面含有等量的Ga(或第III族原子)和N原子，并且是電中性的。此外，隨后的非極性層彼此等同，因此大塊晶體將不會沿生成方向極化。GaN中這兩類對稱等同的非極性平面是{11-20}類一總稱為a-平面；和{1-100}類一總稱為m-平面。因此，非極性III-氮化物沿垂直于III-氮化物晶體(OOOl)c-軸的方向生成。減少(Ga，Al，In，B) N裝置的極化效應(yīng)的另一途徑是使裝置在晶體的半極性平面上生成。術(shù)語“半極性平面(semi-polarplane)”(也被稱為“半極性平面(semipolarplane)”)可用于指代不能歸類為c_平面、a_平面或m_平面的任何平面。在晶體學(xué)術(shù)語中，半極性平面可包括具有至少兩個非零h、i或k密勒指數(shù)和非零I密勒指數(shù)的任何平面。技術(shù)描沭半極性GaN晶體平面上LD結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是獨(dú)特的，因?yàn)榻?jīng)由基礎(chǔ)(0001)平面上預(yù)先存在的穿透位錯(TDs)的滑動能夠在異質(zhì)界面(一個或多個)形成應(yīng)力消除失配位錯(MDs)。這種TD滑動的驅(qū)動力源自基礎(chǔ)平面上的分解剪切應(yīng)力，其量級隨半極性平面距基礎(chǔ)
(0001)平面的傾斜角增加而減少[20]。因此，半極性平面上傾斜角在80與90度之間(相對于C-平面)的應(yīng)變的(AlGaIn)N層的異質(zhì)外延生成應(yīng)導(dǎo)致基礎(chǔ)平面上的分解剪切應(yīng)力急劇減少，隨之外延層臨界厚度增加。如圖I (a)所示，{30-31} GaN半極性平面以C-方向分別距半極性GaN{20-21}平面和非極性GaN{10-10}m-平面傾斜5和10度。圖1(a)還顯示{0001}平面、GaN[10_10]方向、GaN
方向、GaN[ll-20]方向、Ga 原子和 N 原子。在(11-22)、(20-21)和(30-31)GaN半極性平面上外延生成的Inatl6Gaa94N的Matthews-Blakeslee平衡臨界厚度he[21]值(在假設(shè)各向同性彈性下計(jì)算得出)分別為17、46和74nm，如圖1(b)所示。相對于其他之前考察的半極性平面，(30-31)上較大的臨界厚度釋放相當(dāng)大的外延層LD波導(dǎo)設(shè)計(jì)空間。圖I (b)中半極性(SP)獨(dú)立的GaN基底上半極性(SP) InGaN層的臨界厚度h。用hc的Matthew-Blakeslee 等式計(jì)算[21]

權(quán)利要求
1.光電子裝置，所述光電子裝置包括 一個或多個III-氮化物層，其在GaN的半極性晶體平面上外延生成，其中所述半極性晶體平面在GaN的C-方向且與GaN的m_平面x度定向，其中-15〈x〈_l和l〈x〈15度。
2.權(quán)利要求I所述的裝置，其中所述半極性晶體平面是{30-31}、{30-3-1}、{40-41}或{40-4-1}平面。
3.權(quán)利要求I所述的裝置，其中所述半極性晶體平面是鄰接的、錯切的或離軸獨(dú)立的GaN基底的頂部表面。
4.權(quán)利要求I所述的裝置，其中所述III-氮化物層包含一個或多個InGaN層，所述InGaN層的厚度大于或等于Mathews-Blakeslee臨界厚度,其中所述臨界厚度是沉積在GaN的半極性晶體平面上的InGaN層的厚度，所述GaN的半極性晶體平面在GaN的c_方向且與GaN的m-平面15度或以上定向。
5.權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述光電子裝置是激光器二極管，并且所述一個或多個InGaN層包含InGaN波導(dǎo)，所述InGaN波導(dǎo)提供對于所述激光器二極管的模態(tài)限制。
6.權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述III-氮化物層進(jìn)一步包括光發(fā)射InGaN活性層，所述光發(fā)射InGaN活性層包括一個或多個InGaN量子阱，一個或多個所述量子阱的銦組成為至少16%，厚度大于4納米。
7.權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述InGaN層的銦組成為至少7%。
8.權(quán)利要求I所述的裝置，其中所述光電子裝置在GaN基底的錯切或鄰接的表面上生成，所述錯切或鄰接的表面包括所述半極性晶體平面，所述III-氮化物層進(jìn)一步包括 一個或多個η型(Al，In, Ga) N層； 一個或多個P型(Al，In, Ga) N層；和 在所述η型(Al, In, Ga)N層與所述一個或多個P型(Al, In, Ga)N層之間、包含一個或多個InGaN量子阱層的InGaN活性層，其中所述η型(Al，In，Ga) N層、所述ρ型(Al，In，Ga)N層和所述InGaN量子阱層具有所述半極性晶體平面的半極性定向，并且所述InGaN量子阱層在至少477nm的波長處具有光發(fā)射峰或光吸收峰。
9.權(quán)利要求I所述的裝置，其中所述光電子裝置是激光器二極管，并且所述III-氮化物層包括 在半極性晶體平面上或上方的η型GaN層； 在所述η型GaN層上或上方的η型InGaN波導(dǎo)，所述η型InGaN波導(dǎo)層的厚度為至少.50nm，銦組成為7%或以上； 在所述η型InGaN波導(dǎo)層上或上方的InGaN活性層，其包括銦組成為至少7%且厚度大于4nm的一個或多個InGaN量子講層； 在所述InGaN活性層上或上方的P型InGaN波導(dǎo)層；和 在所述P型InGaN波導(dǎo)層上或上方的P型GaN層，所述ρ型InGaN波導(dǎo)層的厚度為至少50nm，銦組成為7%或以上，其中所述III-氮化物層具有所述半極性晶體平面的半極性定向。
10.權(quán)利要求I所述的裝置，其中所述半極性晶體平面包含原子確定的平面，從而實(shí)現(xiàn)所述III-氮化物層的平滑外延生成。
11.權(quán)利要求I所述的裝置，其中在所述半極性晶體平面上生成的所述裝置包括激光器二極管、發(fā)光二極管、超發(fā)光二極管、半導(dǎo)體放大器、光子晶體激光器、VCSEL激光器、太陽能電池或光檢測器。
12.權(quán)利要求I所述的裝置，其中所述裝置是在所述半極性晶體平面上生成的激光器二極管，所述激光器二極管包含波導(dǎo)，所述波導(dǎo)定向在所述激光器二極管的C-投影方向，用于更高的增益。
13.權(quán)利要求I所述的裝置，其中所述III-氮化物層中的一個或多個的表面粗糙度為O.75nm或以下。
14.制造光電子裝置的方法，包括 在半極性晶體平面上外延沉積III-氮化物層，其中所述半極性晶體平面在GaN的 C-方向且與GaN的m-平面x度定向，其中-15〈x〈_l和l〈x〈15度。
15.權(quán)利要求14所述的方法，其中所述半極性晶體平面是{30-31}、{30-3-1}、{40-41}或{40-4-1}平面。
16.權(quán)利要求14所述的方法，其中所述半極性晶體平面是鄰接的、錯切的或離軸獨(dú)立的GaN基底的頂部表面。
17.權(quán)利要求14所述的方法，其中所述沉積III-氮化物層包括沉積一個或多個InGaN層，其厚度大于或等于Mathews-Blakeslee臨界厚度,其中所述臨界厚度是沉積在GaN的半極性晶體平面上的InGaN層的厚度，所述GaN的半極性晶體平面在所述GaN的c_方向且與所述GaN的m-平面15度或以上定向。
18.權(quán)利要求17所述的方法，其中所述光電子裝置是激光器二極管，并且一個或多個所述InGaN層包含InGaN波導(dǎo)，所述InGaN波導(dǎo)提供對于所述激光器二極管的模態(tài)限制，所述激光器二極管在至少460nm的波長處具有激光發(fā)射峰。
19.權(quán)利要求18所述的裝置，其中所述沉積III-氮化物層進(jìn)一步包括沉積光發(fā)射InGaN活性層，所述光發(fā)射InGaN活性層包括一個或多個InGaN量子阱，一個或多個所述量子阱的銦組成為至少16%，厚度大于4納米。
20.權(quán)利要求18所述的裝置，其中所述InGaN層的銦組成為至少7%。
21.權(quán)利要求14所述的方法，其中 所述光電子裝置沉積在GaN基底的錯切或鄰接的表面上，所述錯切或鄰接的表面包括所述半極性GaN晶體平面，和 所述沉積III-氮化物層進(jìn)一步包括 在所述半極性晶體平面上沉積一個或多個η型(Al，In, Ga)N層， 在所述一個或多個η型(Al，In, Ga) N層上或上方沉積InGaN活性層，所述InGaN活性層包含一個或多個InGaN量子阱層，和 在所述InGaN量子阱層上沉積一個或多個ρ型(Al，In，Ga)N層，其中所述η型(Al, In, Ga)N層、所述ρ型(Al，In, Ga)N層和所述InGaN量子阱層具有所述半極性晶體平面的半極性定向，并且所述InGaN量子阱層在至少477nm的波長處具有光發(fā)射峰或光吸收峰。
22.權(quán)利要求14所述的方法，其中所述光電子裝置是激光器二極管，所述沉積III-氮化物層進(jìn)一步包括 在所述半極性晶體平面上或上方沉積η型GaN層； 在所述η型GaN層上或上方沉積η型InGaN波導(dǎo)層，所述η型InGaN波導(dǎo)層的厚度為至少50nm，銦組成為7%或以上； 在所述η型InGaN波導(dǎo)層上或上方沉積InGaN活性層，其包括銦組成為至少7%且厚度大于4nm的一個或多個InGaN量子講層； 在所述InGaN量子阱上或上方沉積ρ型InGaN波導(dǎo)層；和 在所述P型InGaN波導(dǎo)層上或上方沉積ρ型GaN層，所述ρ型InGaN波導(dǎo)層的厚度為至少50nm，銦組成為7%或以上，其中所述III-氮化物層具有所述半極性晶體平面的半極性定向。
23.權(quán)利要求14所述的方法，其中所述半極性晶體平面包括原子確定的平面，從而實(shí)現(xiàn)所述III-氮化物層的平滑外延生成。
24.權(quán)利要求14所述的方法，其中沉積在所述半極性GaN晶體平面上的所述光電子裝置包括激光器二極管、發(fā)光二極管、超發(fā)光二極管、半導(dǎo)體放大器、光子晶體激光器、VCSEL激光器、太陽能電池或光檢測器。
25.權(quán)利要求14所述的方法，其中所述光電子裝置是在所述半極性晶體平面上生成的激光器二極管，并且所述激光器二極管包含波導(dǎo)，所述波導(dǎo)定向在所述激光器二極管的C-投影方向，用于更高的增益。
26.權(quán)利要求14所述的方法，進(jìn)一步包括 選擇所述半極性晶體平面，從而增加在所述半極性晶體平面上生成的所述III-氮化物層的臨界厚度。
27.權(quán)利要求14所述的方法，其中所述半極性晶體平面和沉積條件使得一個或多個所述III-氮化物層具有O. 75nm或以下的表面粗糙度。
全文摘要
在GaN的錯切上生成的光電子裝置，其中所述錯切包括在GaN的c-方向且與GaN的m-平面錯切x度的(GaN的)半極性GaN晶體平面，其中-15<x<-1和1<x<15度。
文檔編號H01S5/00GK102782966SQ201180012048
公開日2012年11月14日 申請日期2011年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月4日
發(fā)明者A·泰亞吉, D·A·海格爾, H·太田, J·S·斯派克, K·M·科爾奈, P·S·徐, R·M·法雷爾, S·P·德恩巴阿斯, S·納卡姆拉 申請人:加利福尼亞大學(xué)董事會