用GaN作为衬底，制成同质外延器件结构，器件性能得到大部分提高。但是由于GaN基材料具有极高的熔点和非常大的氮气饱和蒸汽压，难以获得大面积高质量的GaN衬底。目前主要采用的方法是利用HVPE技术在蓝宝石或其他材料衬底上快速生长成厚的GaN膜，然后采用机械抛光或激光器技术剥离，获得GaN衬底。

2.2  外延层的生长：

外延生长工艺是半导体激光器制造中的核心工艺，它是决定器件性能和成品率的关键步骤。GaN基激光器的外延层一般采用GaN材料。GaN材料是指GaN，InN，AlN以及由它们组成的多元合金材料。通过调整合金成分，可以获得1.9-6.2eV的连续可调的带隙能，因此GaN基材料能覆盖从紫外到红光的频谱，从而成为短波长光电子器件及高频、高压、高温微电子器件制备最优先选择的材料。

2.2.1  GaN基材料的基本特性[3]：

（1）结构特性：GaN是坚硬的高熔点（1700℃）材料。一般为六方对称性的纤锌矿结构，但在一定条件下也能以立方对称的闪锌矿结构存在。

（2）物理特性：物理性能优良，如宽带隙，高击穿等有利于制备高功率的电子器件。

（3）化学性能：GaN具有强硬度，抗常规湿法腐蚀的特点。室温下不溶于水，酸和碱，但能缓慢溶于热碱。因此还没有一种有效的化学方法可以用来刻蚀GaN，目前常采用电感应耦合等离子（ICP）干法刻蚀技术来对GaN表面进行刻蚀。

（4）电学性能：由于N空位的存在，非故意掺杂的GaN均为n型。n型GaN的载流子浓度为1016~1018cm-3，因此给p型GaN的制造带来了困难，限制了GaN材料的使用。目前用来制造p型GaN的方法主要有：利用低能电子束辐射外延处理掺Mg的GaN得到p-GaN或者用快速热退火法获得更均匀的p型低阻薄膜（由于存在Mg-H络合物补偿，用低能电子束辐射或中温退火破坏Mg-H络合体，从而提高Mg2+的浓度）。近几年掺杂工作取得很大进展，在传统的快速加热退火工艺下进行等离子N2处理，可以提高表面p型电导率，减小欧姆接触电阻。或者采用两步快速加热退火，即先在较低温度（600℃）下退火5分钟，再在高温（900℃）下退火1分钟，可以提高GaN的电学性质，晶体质量和表面平整度。

2.2.2  GaN基材料的制备方法：

目前用于制备GaN基材料的方法主要有金属有机化学气相沉积法[10]（MOCVD），分子束外延法[7]（MBE），氢化物气相外延法（HVPE）。

金属有机化学气相沉积法[9]：用含外延膜成分的气体被气相输运到加热的衬底或外延表面上，通过气体分子热分解、扩散以及在衬底或外延表面上，并按照一定晶体结构排列成薄膜。下面会具体介绍这种方法，本论文实验也是采用这种方法制备激光器的。金属有机化学气相沉积法的优点：可用激光实时监控表面状况，能大批量生产发光二极管和激光器。缺点是：价格昂贵，采用有机金属作源，使用时对人体和环境产生一定的危害。

分子束外延法：源材料按元素的不同分别放在喷射炉中，通过高温蒸发、辉光放电离子化、气体裂解、电子束加热蒸发法等方式产生分子束流。入射的分子束与衬底交换能量后，经表面吸附、迁移、成核，可生长出极薄的（薄至单原子层水平）单晶体或几种物质交替的超晶格结构。生长系统配有多种监控设备，可对生长过程中的衬底温度，生长速度，膜厚等进行瞬时监测分析，对表面凹凸起伏，原子覆盖度，黏附系数，蒸发系数及表面扩散距离等生长细节进行精确监控。这种方法的优点：生长温度低，能严格控制外延层的层厚组分和掺杂浓度。缺点是：设备昂贵，真空度要求高，要获得超高真空以及避免蒸发器中的杂质污染需要大量的液氨，因而提高日常维持的费用，且系统复杂，生长速率慢，生长面积也受到一定的限制。