DE112020004592T5 - Laser-Diode - Google Patents

Laser-Diode Download PDF

Info

Publication number
DE112020004592T5
DE112020004592T5 DE112020004592.7T DE112020004592T DE112020004592T5 DE 112020004592 T5 DE112020004592 T5 DE 112020004592T5 DE 112020004592 T DE112020004592 T DE 112020004592T DE 112020004592 T5 DE112020004592 T5 DE 112020004592T5
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
layer
type
laser diode
light
type cladding
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
DE112020004592.7T
Other languages
English (en)
Inventor
Ziyi Zhang
Maki KUSHIMOTO
Hiroshi Amano
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Asahi Kasei Corp
Tokai University Educational Systems
Asahi Chemical Industry Co Ltd
Tokai National Higher Education and Research System NUC
Original Assignee
Asahi Kasei Corp
Tokai University Educational Systems
Asahi Chemical Industry Co Ltd
Tokai National Higher Education and Research System NUC
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 Asahi Kasei Corp, Tokai University Educational Systems, Asahi Chemical Industry Co Ltd, Tokai National Higher Education and Research System NUC filed Critical Asahi Kasei Corp
Publication of DE112020004592T5 publication Critical patent/DE112020004592T5/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/3201—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures incorporating bulkstrain effects, e.g. strain compensation, strain related to polarisation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/0206—Substrates, e.g. growth, shape, material, removal or bonding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0421—Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S2304/00—Special growth methods for semiconductor lasers
    • H01S2304/04—MOCVD or MOVPE
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S2304/00—Special growth methods for semiconductor lasers
    • H01S2304/12—Pendeo epitaxial lateral overgrowth [ELOG], e.g. for growing GaN based blue laser diodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/0014—Measuring characteristics or properties thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/0201—Separation of the wafer into individual elements, e.g. by dicing, cleaving, etching or directly during growth
    • H01S5/0202—Cleaving
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/1039—Details on the cavity length
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure 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
    • H01S5/2004—Confining in the direction perpendicular to the layer structure
    • H01S5/2018—Optical confinement, e.g. absorbing-, reflecting- or waveguide-layers
    • H01S5/2031—Optical confinement, e.g. absorbing-, reflecting- or waveguide-layers characterized by special waveguide layers, e.g. asymmetric waveguide layers or defined bandgap discontinuities
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure 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
    • H01S5/2054—Methods of obtaining the confinement
    • H01S5/2059—Methods of obtaining the confinement by means of particular conductivity zones, e.g. obtained by particle bombardment or diffusion
    • H01S5/2068—Methods of obtaining the confinement by means of particular conductivity zones, e.g. obtained by particle bombardment or diffusion obtained by radiation treatment or annealing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/305—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/305—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure
    • H01S5/3054—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure p-doping
    • H01S5/3063—Structure 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/3211—Structure 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure 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
    • H01S5/343—Structure 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
    • H01S5/34333—Structure 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

Abstract

Eine Laserdiode (1) umfasst ein AlN-Einkristall-Trägermaterial (11), eine n-Typ-Mantelschicht (12), die auf dem Trägermaterial gebildet ist und eine Nitrid-Halbleiterschicht mit n-Typ-Leitfähigkeit umfasst, eine lichtemittierende Schicht (14), die auf der n-Typ-Mantelschicht gebildet ist und eine oder mehrere Quantenmulden umfasst, eine p-Typ-Mantelschicht (20), die auf der lichtemittierenden Schicht gebildet ist und eine Nitrid-Halbleiterschicht mit p-Typ-Leitfähigkeit umfasst, und eine p-Typ-Kontaktschicht (18), die auf der p-Typ-Mantelschicht gebildet ist und einen Nitrid-Halbleiter umfasst, der GaN umfasst. Die p-Typ-Mantelschicht umfasst eine p-Typ-Längsleitungsschicht (16), die AlsGa1-sN (0,3 ≤ s ≤ 1) umfasst, einen solchen Zusammensetzungsgradienten aufweist, dass die Al-Zusammensetzung s mit zunehmendem Abstand vom Trägermaterial abnimmt, und eine Filmdicke von weniger als 0,5 µm hat, und eine p-Typ-Querleitungsschicht (17), die AltGa1-tN (0 < t ≤ 1) umfasst.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2019-177788 , die am 27. September 2019 eingereicht wurde und deren gesamter Inhalt hier durch Bezugnahme aufgenommen ist.
  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Laserdiode.
  • HINTERGRUND
  • Nitrid-Halbleiter, die Al und Ga enthalten, eignen sich als Materialien für Laserdioden, da sie aufgrund ihrer Form der direkten Übergangsrekombination eine hohe Rekombinationsleistung und einen hohen optischen Gewinn erzielen. Insbesondere in einem AlxGa1-xN - Mischkristallsystem mit einer hohen Al-Zusammensetzung, um eine Emissionswellenlänge im ultravioletten Bereich mit einer Wellenlänge von 300 nm oder weniger zu erhalten, hängen die Emissionsleistung, die Lebensdauer und die optische Verstärkung der Laserdiode stark von der Kristalldefektdichte ab. Durch das Züchten von AlxGa1-xN-Mischkristallen auf einem AlN-Einkristall-Trägermaterial, das in den letzten Jahren eingeführt wurde, kann ein guter Nitrid-Halbleiter mit einer reduzierten Defektdichte erhalten werden. Dies kann die Eigenschaften von Laserdioden erheblich verbessern. In einem AlxGa1-xN-Mischkristallsystem mit hoher Al-Zusammensetzung ist es jedoch schwierig, durch Dotierung mit Verunreinigungen eine p-Typ-Leitfähigkeit in AlxGa1-xN-Mischkristallen zu erreichen. In diesem Zusammenhang wird in der Patentliteratur (PTL) 1 beispielsweise ein Verfahren zur Verwendung einer Gradientenschicht zur Verbesserung der Ladungsträgerinjektionseffizienz beschrieben.
  • ZITATLISTE
  • Patentliteratur
  • PTL 1: JP 2018-532265 A
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • (Technisches Problem)
  • Hier weist die Schicht mit dem Zusammensetzungsgradienten, die die oben beschriebene Zusammensetzungsdiskontinuität umfasst, ein großes Verhältnis (Verhältnis von Quer- zu Längswiderstand) zwischen dem elektrischen Widerstand (Querwiderstand) in der In-Plane-Richtung und dem elektrischen Widerstand (Längswiderstand) in der vertikalen Richtung auf. Die vertikale Richtung entspricht der Stapelungsrichtung der Schichten in der Laserdiode. Die In-Plane-Richtung ist die Richtung entlang der Oberfläche einer Schicht, die senkrecht zur vertikalen Richtung verläuft. In einer Laserdiode sind für die Mantelschicht (insbesondere die p-Typ-Mantelschicht) gleichzeitig eine hohe Längsleitfähigkeit und ein niedriges Verhältnis von Quer- zu Längswiderstand erforderlich, da eine hohe Stromdichte gleichmäßig über den Elektrodenbereich injiziert werden muss. Gleichzeitig darf die Mantelschicht keine erhöhten internen Verluste aufweisen, da die optische Mode in den Elektroden absorbiert wird.
  • Die vorliegende Offenbarung zielt darauf ab, eine Laserdiode bereitzustellen, die in der Lage ist, eine hohe longitudinale Leitfähigkeit und ein niedriges Verhältnis von Quer- zu Längswiderstand zu erreichen und einen Anstieg der internen Verluste zu unterdrücken.
  • (Lösung des Problems)
  • Eine Laserdiode gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst ein AlN-Einkristall-Trägermaterial; eine n-Typ-Mantelschicht, die auf dem Trägermaterial ausgebildet ist und eine Nitrid-Halbleiterschicht mit n-Typ-Leitfähigkeit umfasst; eine lichtemittierende Schicht, die auf der n-Typ-Mantelschicht ausgebildet ist und eine oder mehrere Quantenmulden umfasst; eine p-Typ-Mantelschicht, die auf der lichtemittierenden Schicht ausgebildet ist und eine Nitrid-Halbleiterschicht mit p-Typ-Leitfähigkeit umfasst; und eine p-Typ-Kontaktschicht, die auf der p-Typ-Mantelschicht ausgebildet ist und einen Nitrid-Halbleiter umfasst, der GaN umfasst. Die p-Typ-Mantelschicht umfasst eine p-Typ-Längsleitungsschicht, die AlsGa1-sN (0,3 ≤ s ≤ 1) umfasst, einen solchen Zusammensetzungsgradienten aufweist, dass eine Al-Zusammensetzung s mit zunehmendem Abstand vom Trägermaterial abnimmt, und eine Filmdicke von weniger als 0,5 µm hat; und eine p-Typ-Querleitungsschicht, die AltGa1-tN (0 < t ≤ 1) umfasst. Hier bedeutet der Begriff „auf“ in dem Ausdruck „eine auf dem Trägermaterial gebildete n-Typ-Mantelschicht, die eine Nitrid-Halbleiterschicht mit n-Typ-Leitfähigkeit umfasst“, dass die n-Typ-Mantelschicht über dem Trägermaterial gebildet ist, schließt aber auch den Fall ein, dass zwischen dem Trägermaterial und der n-Typ-Mantelschicht zusätzlich eine andere Schicht vorhanden ist. Der Begriff „auf“ hat auch die gleiche Bedeutung in Bezug auf die Beziehungen zwischen anderen Schichten.
  • (Vorteilhafter Effekt)
  • Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann eine Laserdiode bereitgestellt werden, die in der Lage ist, eine hohe longitudinale Leitfähigkeit und ein niedriges Verhältnis von Quer- zu Längswiderstand zu erreichen und einen Anstieg der internen Verluste zu unterdrücken.
  • Figurenliste
  • In den beigefügten Zeichnungen:
    • 1 ist eine Querschnittsansicht, die die Konfiguration einer Laserdiode gemäß einer Ausführungsform zeigt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • <Konfiguration der Laserdiode>
  • Wie in 1 dargestellt, umfasst die Laserdiode 1 der vorliegenden Ausführungsform ein Trägermaterial 11, eine n-Typ-Mantelschicht 12, eine n-Typ-Wellenleiterschicht 13, eine lichtemittierende Schicht 14, eine p-Typ-Wellenleiterschicht 15, eine p-Typ-Mantelschicht 20 und eine p-Typ-Kontaktschicht 18. Die p-Typ-Mantelschicht 20 hat eine p-Typ-Längsleitungsschicht 16 und eine p-Typ-Querleitungsschicht 17. Um Löcher in die lichtemittierende Schicht 14 zu injizieren, umfasst die Laserdiode 1 eine longitudinale p-Leiterschicht 16, die AlsGa1-sN mit einer Al-Zusammensetzung s umfasst, die mit zunehmendem Abstand von der oberen Oberfläche des Trägermaterials 11 abnimmt, und eine transversale p-Leiterschicht 17, die AltGa1-tN (Mindestwert von t > s) auf einer an die longitudinale p-Leiterschicht 16 angrenzenden Oberfläche umfasst. Dabei bezieht sich der Mindestwert von s auf den kleinsten Wert von s, der von der p-Längsleitungsschicht 16 mit AlsGa1-sN (0,3 ≤ s ≤ 1) mit einem Zusammensetzungsgradienten eingenommen werden kann. Eine p-Typ-Längsleitungsschicht 16, die AlsGa1-s mit einem solchen Gradienten umfasst, dass die Al-Zusammensetzung s mit zunehmendem Abstand vom Trägermaterial 11 abnimmt, kann p-Typ-Leitfähigkeit erlangen. Der Gradient der Al-Zusammensetzung s erzeugt ein internes elektrisches Feld in Richtung der oberen Oberfläche (beispielsweise in vertikaler Richtung) des Trägermaterials 11. Die p-Typ-Längsleitungsschicht 16 hat daher eine höhere longitudinale Leitfähigkeit als ein AlsGa1-s-Mischkristall, der eine einzige Al-Zusammensetzung s umfasst, und ist für die Laserdiode 1 geeignet. Da andererseits der Querwiderstand in der Schicht mit einer Al-Zusammensetzung mit einem Gradienten viel höher ist als der Längswiderstand, ist das Verhältnis von Quer- zu Längswiderstand tendenziell größer. Hier bezieht sich die obere Oberfläche des Trägermaterials 11 auf die Schnittstelle mit der direkt darüber liegenden Schicht (die n-Typ-Mantelschicht 12 im Beispiel von 1) unter den auf dem Trägermaterial 11 gestapelten Schichten.
  • (Trägermaterial)
  • Das Trägermaterial 11 weist vorzugsweise eine geringe Versetzungsdichte in der Ebene auf und ist so beschaffen, dass ein Nitrid-Halbleiter, der Al und Ga umfasst, auf der Oberseite des Trägermaterials 11 aufgewachsen werden kann. Eine Ausführungsform, bei der die Wirkung der vorliegenden Offenbarung maximiert werden kann, ist eine Schicht guter Qualität mit einer Versetzungsdichte in der Ebene von 5×104 cm-2 oder weniger unter den verschiedenen Schichten der Laserdiode 1. Insbesondere bei Kristallen mit einer Versetzungsdichte in der Ebene von 5×104 cm-2 oder weniger wird die durch Versetzungen verursachte Ladungsträgerstreuung verringert, wodurch der Längswiderstand sinkt. Dies führt zu einer weiteren Verringerung des Verhältnisses von Quer- zu Längswiderstand. Daher muss das Trägermaterial 11 eine Defektdichte (beispielsweise 1×103 cm2 bis 1×104 cm2) aufweisen, die noch geringer ist als die vorgenannte Defektdichte. Unter den verschiedenen Trägermaterialen 11 wird ein Trägermaterial 11 bevorzugt, mit dem ein AlsGa1-sN -Mischkristall mit einer Defektdichte von 1×104 cm-2oder weniger auf einem AlN-Einkristall-Trägermaterial 11 erhalten werden kann, aber dieses Beispiel ist nicht einschränkend. Die Fadenversetzungsdichte des Trägermaterials 11 kann beispielsweise durch Messung der Ätzgrubendichte nach Durchführung eines eutektischen KOH-NaOH-Ätzens bei 450°C für 5 Minuten gemessen werden.
  • Das Trägermaterial 11 umfasst, besteht im Wesentlichen aus oder ist zusammengesetzt aus verschiedenen Materialien (wie SiC, Si, MgO, Ga2O3, Aluminiumoxid, ZnO, GaN, InN und/oder Saphir), auf denen ein an AluGa1-uN Material (0 ≤ u ≤ 1,0) gebildet werden kann, beispielsweise durch epitaktisches Wachstum. Das Trägermaterial 11 kann mit einer homoepitaktischen Schicht bedeckt werden, die das gleiche Material, das in oder auf dem Trägermaterial 11 vorhanden ist, beispielsweise AlN, umfasst, im Wesentlichen daraus besteht oder zusammengesetzt ist.
  • Abgesehen von N kann das Trägermaterial 11 Verunreinigungen wie andere Elemente der Gruppe V, beispielsweise P, As oder Sb, oder H, C, O, F, Mg, Si und dergleichen enthalten, die beispielsweise zur Erzielung von Leitfähigkeit beigemischt sind, aber diese Elemente sind nicht einschränkend.
  • Die Laserdiode 1 gemäß der vorliegenden Offenbarung kann auf einer Oberfläche ausgebildet werden, die vorzugsweise, jedoch nicht ausschließlich, eine (0001)-Oberfläche oder eine Oberfläche ist, die in einem bestimmten Winkel (beispielsweise -4° bis 4°, vorzugsweise -0.4° bis 0,4°) zur Normalen der (0001)-Oberfläche geneigt ist.
  • Die verschiedenen Schichten einer mehrschichtigen Filmstruktur auf dem Trägermaterial 11 können durch eine Vielzahl unterschiedlicher Techniken gebildet werden, wie beispielsweise metallorganische chemische Gasphasenabscheidung (MOCVD), Abscheidungsmethoden wie Halogenid-Dampfphasenepitaxie (HVPE), Epitaxieverfahren wie Molekularstrahlepitaxie (MBE) und dergleichen.
  • (P-Typ Ummantelungsschicht)
  • Die p-Typ-Mantelschicht 20 umfasst eine Nitrid-Halbleiterschicht mit p-Typ-Leitfähigkeit. Die p-Typ-Mantelschicht 20 ist vorzugsweise vollständig gegenüber dem Trägermaterial 11 verspannt. Eine Schicht der Laserdiode 1, die so ausgebildet ist, dass sie vollständig verspannt ist, kann einen Anstieg der Dichte der Fadenversetzungen unterdrücken, wodurch die Auswirkungen der vorliegenden Offenbarung maximiert werden. Der Ausdruck „vollständig verspannt in Bezug auf das Trägermaterial 11“ bedeutet, dass die Schicht, die einen Teil des Mehrschichtfilms bildet, eine extrem geringe Dehnungsrelaxation in Bezug auf das Trägermaterial 11 aufweist, mit einer Gitterrelaxationsrate von 5% oder weniger. Die Gitterrelaxationsrate kann durch die reziproken Gitterkoordinaten der Beugungspeaks des Trägermaterials 11 und die reziproken Gitterkoordinaten der Beugungspeaks einer der asymmetrischen Ebenen, wie der (105)-, (114)- oder (205)-Ebenen, für die eine ausreichende Beugungsintensität durch Röntgenbeugungsmessung der asymmetrischen Ebene erhalten werden kann, angegeben werden.
  • (P-Typ-Längsleitschicht)
  • Die längsleitende p-Typ-Schicht 16 ist eine Schicht, die AlsGa1-sN mit einem solchen Gradienten umfasst, dass die Al-Zusammensetzung s in einer Richtung weg von der oberen Oberfläche des Trägermaterials 11 abnimmt, um eine p-Typ-Leitfähigkeit zu erhalten. Die Schichtdicke und der Bereich der Al-Zusammensetzung s der p-Typ-Längsleitungsschicht 16 sind Komponenten einer Bandlücke, die kein Licht der gewünschten Emissionswellenlänge absorbiert, und die Al-Zusammensetzung und die Schichtdicke können begrenzt werden, um die Überlappung zwischen der Intensitätsverteilung des elektrischen Feldes der Lichtmode, die in der Vorrichtung stationär ist, und der lichtemittierenden Schicht 14 zu erhöhen (beispielsweise, um den Lichteinschluss zu erhöhen). Wenn die Emissionswellenlänge der lichtemittierenden Schicht 14 gleich 210 nm oder mehr und 300 nm oder weniger beträgt, dann wird vorzugsweise eine Schicht verwendet, die AlsGa1-sN umfasst, so dass die Al-Zusammensetzung s in einer Richtung weg von der oberen Oberfläche des Trägermaterials 11 in einem Bereich von beispielsweise 0,3 oder mehr und oder 1,0 weniger abnimmt, und die Filmdicke beträgt vorzugsweise 250 nm oder mehr und 450 nm oder weniger, noch bevorzugter 300 nm oder mehr und 400 nm oder weniger. Durch eine geeignete Steuerung der Schichtdicke kann der interne Verlust der Laserdiode 1 reduziert werden.
  • Unter dem Gesichtspunkt des richtigen Lichteinschlusses und der Bildung einer p-Typ-Mantelschicht unter vollständiger Belastung kann es vorteilhaft sein, wenn die Al-Zusammensetzung s der p-Typ-Längsleitungsschicht größer als 0,35 und 1,0 oder weniger ist.
  • Der interne Verlust der Laserdiode 1 kann beispielsweise mit einer bekannten Methode wie der Variable-Stripe-Length-Method (VSLM) gemessen werden.
  • Die p-Typ-Längsleitungsschicht 16 muss keine gleichmäßige Veränderung der Al-Zusammensetzung in Bezug auf die Schichtdicke aufweisen. Um beispielsweise den Lichteinschluss zu erhöhen, kann eine Konfiguration gewählt werden, bei der die Veränderung der Al-Zusammensetzung bei Annäherung an die lichtemittierende Schicht 14 asymptotisch oder schrittweise abnimmt.
  • Aus Gründen wie der Unterdrückung der Diffusion von Verunreinigungen umfasst die p-Längsleitungsschicht 16 vorzugsweise keine Verunreinigungen wie H, Mg, Be, Zn, Si oder B in einem Bereich nahe der p-Wellenleiterschicht 15, das heißt die p-Längsleitungsschicht 16 befindet sich vorzugsweise in einem undotierten Zustand. Der Begriff „undotiert“ bedeutet hier, dass die oben genannten Elemente nicht absichtlich als Elemente in den Prozess der Bildung der Zielschicht eingebracht werden. Dies ist nicht der Fall, wenn Elemente im Bereich von 1016 cm-3 oder weniger, beispielsweise aus Rohstoffen oder Fertigungsanlagen, beigemischt werden. Die Menge eines beigemischten Elements kann mit einer Technik wie der Sekundärelektronenionen-Massenspektrometrie bestimmt werden. Der Begriff „undotiert“ hat in der vorliegenden Anmeldung im Wesentlichen die gleiche Bedeutung. Der Bereich der p-Typ-Längsleitungsschicht 16, der sich in einem undotierten Zustand befinden soll, umfasst zumindest die Grenze zur p-Typ-Wellenleiterschicht 15. Die Größe dieses Bereichs ist nicht begrenzt. So kann sich beispielsweise der gesamte Bereich der längsverlaufenden p-Leiterschicht 16 im undotierten Zustand befinden. Ein weiteres Beispiel: 50% der p-Typ-Längsleitungsschicht 16 in einem Bereich, der näher an der p-Wellenleiterschicht 15 als an der quergerichteten p-Leiterschicht 17 liegt, kann sich in einem undotierten Zustand befinden. Ein weiteres Beispiel: Etwa 10 % der p-Typ-Längsleitungsschicht 16 in einem Bereich nahe der p-Wellenleiterschicht 15 können in einem undotierten Zustand sein.
  • Zwischen der p-Typ-Längsleitungsschicht 16 und der p-Typ-Wellenleiterschicht 15 kann eine Zwischenschicht mit AlvGa1-vN (0 < v ≤ 1,0) vorgesehen werden, so dass die Al-Zusammensetzung v in der Richtung weg von der oberen Oberfläche des Trägermaterials 11 zunimmt, um beispielsweise die Leitfähigkeit zu verbessern und/oder die transversale p-Typ-Leitschicht 17 und die p-Typ-Kontaktschicht 18 mit vollständiger Verformung zu bilden. Bei der Zwischenschicht zwischen der p-Längsleitungsschicht 16 und der p-Wellenleiterschicht 15 kann es sich um einen Mischkristall handeln, der als Bandlücke dient und Licht einer gewünschten Emissionswellenlänge nicht absorbiert. Außerdem hat die Zwischenschicht vorzugsweise eine Schichtdicke von 50 nm oder weniger und kann undotiert sein.
  • Der Längswiderstand der p-Typ-Längsleitungsschicht 16 kann beispielsweise mit dem Widerstandswert Rs' berechnet werden, der sich als Rs' = Rs-Rn ergibt, indem der von der n-Typ-Mantelschicht 12 beigetragene Widerstand Rn vom Serienwiderstand Rs der Laserdiode 1 in einer Ausführungsform der vorliegenden Anwendung abgezogen wird. Aus der Fläche A der p-Typ-Elektrode, die in Kontakt mit der p-Typ-Kontaktschicht 18 der Laserdiode 1 steht, und der Schichtdicke T der p-Typ-Mantelschicht 20 lässt sich der Längswiderstand der p-Typ-Mantelschicht 20 als RS' × A/T berechnen. Der Widerstandswert R der n-Typ-Mantelschicht 12 kann beispielsweise durch ein Übertragungsleitungsmessverfahren oder eine berührungslose Widerstandsmessung mittels Wirbelstrom bestimmt werden.
  • (P-Typ Transversalleitschicht)
  • Die p-Typ-Querleitungsschicht 17 kann dünn sein, um die Quantenübertragung von Ladungsträgern zu erleichtern, die durch die p-Typ-Querleitungsschicht 17 hindurchgehen. Die Schichtdicke beträgt zum Beispiel 20 nm oder weniger oder 10 nm oder weniger, vorzugsweise 5 nm oder weniger.
  • Verunreinigungen wie H, Mg, Be, Zn, Si oder B können absichtlich in die transversale p-Typ-Leitungsschicht 17 gemischt werden, um beispielsweise den Längswiderstand der transversalen p-Typ-Leitungsschicht 17 zu steuern. Die Menge der beizumischenden Verunreinigungen kann beispielsweise zwischen 1×1018 cm-3 und 5×1021 cm-3 liegen, je nach der Stärke des an der Oberfläche und im Inneren der transversalen p-Leitungsschicht 17 induzierten elektrischen Feldes. Die Menge der eingemischten Verunreinigungen kann auch zwischen 1×1019 cm-3 und 5×1021 cm-3 liegen.
  • Die Al-Zusammensetzung der p-Typ-Querleitungsschicht 17 an der Grenzfläche zur p-Typ-Kontaktschicht 18 liegt vorzugsweise im Bereich von 0,9 oder mehr bis 1,0 oder weniger, und es wird vorzugsweise eine vollständige Verformung in Bezug auf das Trägermaterial 11 erreicht. In einer solchen p-Typ-Querleitungsschicht 17 wird das an der Oberfläche und auf der Innenseite nahe der Oberfläche der p-Typ-Querleitungsschicht 17 erzeugte interne elektrische Nettofeld negativ, wodurch Löcher induziert werden, was eine Verbesserung der Querleitfähigkeit zur Folge hat. Die Verteilung der Al-Zusammensetzung der p-Typ-Querleitungsschicht 17 im Bereich der Laserdiode 1 ist vorzugsweise auf 5% oder weniger begrenzt. Eine solche p-Typ-Querleitungsschicht 17 kann aufgrund der verringerten Ladungsträgerstreuung aufgrund der Verteilung der Zusammensetzung eine höhere Querleitfähigkeit erzielen.
  • Die p-Typ-Querleitungsschicht 17 wird vorzugsweise als AltGa1-tN mit einer Al-Zusammensetzung t von 0,9 ≤ t ≤ 1,0 ausgebildet, indem AlyGa1-yN, das eine Al-Zusammensetzung y umfasst, die kleiner ist als die Al-Zusammensetzung t der endgültigen p-Typ-Querleitungsschicht 17, in einem Hochtemperaturzustand gehalten wird, so dass die Al- und Ga-Rohmaterialien nicht zugeführt werden.
  • (N-Typ Ummantelungsschicht)
  • Die n-Typ-Mantelschicht 12 umfasst eine Nitrid-Halbleiterschicht mit n-Typ-Leitfähigkeit. Die n-leitende Mantelschicht 12 ist vorzugsweise so ausgebildet, dass sie gegenüber dem Trägermaterial 11 vollständig verspannt ist. Um die n-leitende Mantelschicht 12 so auszubilden, dass sie gegenüber dem Trägermaterial 11 vollständig verspannt ist, kann an der Grenzfläche zwischen der n-leitenden Mantelschicht 12 und dem Trägermaterial 11 eine Zwischenschicht mit gleichmäßig variierender Al-Zusammensetzung vorhanden sein, und die Al-Zusammensetzung und die Filmdicke der n-leitenden Mantelschicht 12 können eingeschränkt werden. Die Al-Zusammensetzung der n-leitenden Mantelschicht 12 kann begrenzt werden, um einen niedrigen Kontaktwiderstand gegenüber einer geeigneten Elektrode zu erreichen (beispielsweise 1×10-6 Ωcm2 bis 1×10-3 Ωcm2, vorzugsweise 1×10-6 Ωcm2 bis 1×10-4 Ωcm2). Bei einer Ausführungsform der n-Typ-Hüllschicht 12 kann die Al-Zusammensetzung in Anbetracht der obigen Einschränkungen 0,6 bis 0,8 und die Dicke 0,3 µm bis 0,5µ m betragen.
  • Die n-Typ-Mantelschicht 12 kann eine abgestufte Schicht sein, so dass die Al-Zusammensetzung in einer Richtung weg vom Trägermaterial 11 für Zwecke wie die Steuerung der Längsleitfähigkeit davon zunimmt. In diesem Fall kann die vorgenannte Beschränkung der Al-Zusammensetzung in ähnlicher Weise als Al-Zusammensetzung dargestellt werden, die sich durch Mittelung der Al-Zusammensetzung an jeder Position in der Schichtdickenrichtung in der n-Typ-Hüllschicht über die Schichtdicke der n-Typ-Hüllschicht 12 ergibt.
  • Abgesehen von N können der n-Typ-Hüllschicht 12 Verunreinigungen wie Elemente der Gruppe V außer N, beispielsweise P, As oder Sb, oder H, C, O, F, Mg, Ge, Si und dergleichen beigemischt sein, um beispielsweise die Längsleitfähigkeit der Schicht zu steuern, aber diese Elemente sind nicht einschränkend. Die geeignete Menge der beigemischten Verunreinigungen wird durch die Al-Zusammensetzung der n-Typ-Mantelschicht 12 begrenzt. Die Menge beträgt vorzugsweise 1×1019 cm-3 bis 1×1020 cm-3.
  • (Wellenleiterschicht)
  • Die Wellenleiterschicht ist ein Nitrid-Halbleiter, der Al und Ga mit einer Bandlücke umfasst, die kein Licht der gewünschten Emissionswellenlänge absorbiert, und die Al-Zusammensetzung und die Filmdicke können begrenzt werden, um die Überlappung zwischen der Intensitätsverteilung des elektrischen Feldes von Licht, das in der Vorrichtung stationär ist, und der lichtemittierenden Schicht 14 zu erhöhen. Bei einer lichtemittierenden Schicht 14 mit einer Wellenlänge von 260 nm bis 280 nm beträgt die Al-Zusammensetzung beispielsweise vorzugsweise 0,55 bis 0,65, und die Schichtdicke beträgt vorzugsweise 70 nm bis 150 nm.
  • Die Wellenleiterschicht kann aus zwei Schichten bestehen: einem Teil (n-Typ-Wellenleiterschicht 13) auf der Seite der n-Typ-Mantelschicht 12 der Licht emittierenden Schicht 14 und einem Teil (p-Typ-Wellenleiterschicht 15) auf der Seite der p-Typ-Mantelschicht 20 der Licht emittierenden Schicht 14. Das heißt, die n-Typ-Wellenleiterschicht 13 wird zwischen der n-Typ-Mantelschicht 12 und der lichtemittierenden Schicht 14 gebildet. Die p-Typ-Wellenleiterschicht 15 kann zwischen der p-Typ-Mantelschicht 20 und der Licht emittierenden Schicht 14 gebildet werden. Das Schichtdickenverhältnis der n-Typ-Wellenleiterschicht 13 und der p-Typ-Wellenleiterschicht 15 kann verschiedene Werte annehmen, je nach Lichteinschluss in der lichtemittierenden Schicht 14 und der Al-Zusammensetzung der n-Typ-Mantelschicht 12 und der p-Typ-Mantelschicht 20. Die Al-Zusammensetzung der n-Typ-Wellenleiterschicht 13 und der p-Typ-Wellenleiterschicht 15 ist vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, einheitlich in Richtung der Schichtdicke. Die Al-Zusammensetzung der p-Typ-Wellenleiterschicht 15 kann höher sein als die Al-Zusammensetzung der n-Typ-Wellenleiterschicht 13, um eine Lichtabsorption in dem auf den p-Typ-Kontakten vorhandenen Metall zu vermeiden. Aus demselben Grund kann die Schichtdicke der p-Typ-Hohlleiterschicht 15 größer sein als die Schichtdicke des n-Typ-Hohlleiters. Abgesehen von N kann die n-Typ-Wellenleiterschicht 13 Verunreinigungen wie andere Elemente der Gruppe V als N, beispielsweise P, As oder Sb oder H, C, O, F, Mg, Si und dergleichen enthalten, um beispielsweise die gleiche Leitfähigkeit wie die n-Typ-Mantelschicht 12 zu erreichen, aber diese Elemente sind nicht einschränkend.
  • Eine Zusammensetzungsgradientenschicht, die AlwGa1-wN umfasst, so dass die Al-Zusammensetzung w in der Richtung weg von der oberen Oberfläche des Trägermaterials 11 abnimmt, kann zwischen der n-Typ-Wellenleiterschicht 13 und der n-Typ-Mantelschicht 12 für Zwecke wie die Verbesserung der Längsleitfähigkeit bereitgestellt werden. Die Zwischenschicht zwischen der n-Typ-Wellenleiterschicht 13 und der n-Typ-Mantelschicht 12 hat vorzugsweise eine Schichtdicke von 10 nm oder weniger.
  • Eine Schicht mit abgestufter Zusammensetzung, die AlxGa1-xN umfasst, so dass die Al-Zusammensetzung x in der Richtung weg von der oberen Oberfläche des Trägermaterials 11 zunimmt, kann zwischen der p-Typ-Wellenleiterschicht 15 und der p-Typ-Mantelschicht 20 für Zwecke wie die Verbesserung der Längsleitfähigkeit vorgesehen werden. Die Zwischenschicht zwischen der p-Typ-Wellenleiterschicht 15 und der p-Typ-Mantelschicht 20 hat vorzugsweise eine ausreichend geringe Schichtdicke (beispielsweise 30 nm oder weniger, oder 20 nm oder weniger), um den Lichteinschluss in der Wellenleiterschicht nicht zu beeinträchtigen.
  • Eine Elektronensperrschicht mit einer Bandlücke, die größer ist als die der p-Typ-Wellenleiterschicht 15, kann innerhalb der p-Typ-Wellenleiterschicht 15, zwischen der p-Typ-Wellenleiterschicht 15 und der lichtemittierenden Schicht 14, zwischen der p-Typ-Wellenleiterschicht 15 und der p-Typ-Längsleitungsschicht 16 oder in einem Teil der p-Typ-Wellenleiterschicht 15 vorgesehen werden. Die Elektronensperrschicht kann 30 nm oder weniger, 20 nm oder weniger, vorzugsweise 15 nm oder weniger betragen, um das Eindringen von Löchern in die Elektronensperrschicht zu erleichtern.
  • (Licht emittierende Schicht)
  • Die lichtemittierende Schicht 14 kann eine einzelne oder mehrere Quantenmulden aufweisen, die zwischen der n-Typ-Wellenleiterschicht 13 und der p-Typ-Wellenleiterschicht 15 angeordnet sind. Die Anzahl der Quantenmulden kann 3, 2 oder 1 betragen, je nach der Längsleitfähigkeit des n-Typ-Mantels und des p-Typ-Mantels.
  • Um beispielsweise die Wirkung von Kristalldefekten in der lichtemittierenden Schicht 14 zu verringern, kann die gesamte oder ein Teil der lichtemittierenden Schicht 14 absichtlich mit Elementen wie Si, Sb, P oder ähnliches in einer Menge von 1×10-15 cm-3 oder mehr vermischt sein.
  • (P-Typ Kontaktschicht)
  • Die p-Typ-Kontaktschicht 18 kann auf der p-Typ-Mantelschicht 20 gebildet werden und ein Nitrid-Halbleiter sein, der GaN umfasst. Abgesehen von N kann die p-Typ-Kontaktschicht 18 Verunreinigungen wie andere Elemente der Gruppe V als N, beispielsweise P, As oder Sb, oder H, C, O, F, Mg, Ge, Si und dergleichen enthalten, um den Kontaktwiderstand zu verringern, aber diese Elemente sind nicht begrenzt. Zum Beispiel können 1×1020 cm-3 bis 1 ×1022 cm-3 Mg beigemischt werden.
  • Der elektrische Kontakt zur Laserdiode 1 der vorliegenden Offenbarung kann durch eine auf der p-Kontaktschicht 18 angeordnete Elektrodenschicht und durch eine in Kontakt mit der n-Mantelschicht 12 angeordnete Elektrodenschicht hergestellt werden. Beispielsweise kann eine Elektrodenschicht auf der Rückseite des Trägermaterials 11 angeordnet sein. Alternativ können in einem oder mehreren Bereichen in der Nähe der p-Typ-Kontaktschicht 18 verschiedene obere Schichten der Laserdiode 1 beispielsweise durch chemisches Ätzen oder Trockenätzen entfernt werden, um die n-Typ-Mantelschicht 12 freizulegen, und eine Elektrode kann auf der freigelegten n-Typ-Mantelschicht 12 angeordnet werden.
  • (Elektrodenschicht)
  • Die auf der p-Typ-Kontaktschicht 18 angeordnete Elektrodenschicht kann aus einem Metall bestehen, das Ni, Pt, Au, B und/oder Pd umfasst.
  • Die n-leitende Mantelschicht 12 oder die auf der Rückseite des Trägermaterials 11 angeordnete Elektrodenschicht kann ein Metall sein, das V, Al, Au, Ti, Ni und/oder Mo umfasst. Die Metallschicht in Kontakt mit dem Trägermaterial 11 ist vorzugsweise ein Metall, das V oder Ti umfasst.
  • BEISPIELE
  • Die Laserdiode 1 der Beispiele 1 bis 4 wurde so hergestellt, dass sie die gleiche Schichtstruktur aufweist wie die Laserdiode 1 der obigen Ausführungsform. Die Beispiele 5 und 6, die Vergleichsbeispiele 1 und 2 sowie die Referenzbeispiele 1 bis 5 sind ebenfalls im Folgenden dargestellt.
  • [Beispiel 1]
  • Als Beispiel 1 wurde die unten abgebildete Nitrid-Halbleiter-Laserdiode 1 hergestellt. Zur Herstellung der Laserdiode 1 wurde MOCVD verwendet, und als Rohstoffe wurden Trimethylgallium (TMG), Triethylgallium (TEG), Trimethylaluminium (TMA), Ammoniak (NH3), Silan (SiH4) und Biscyclopentadienylmagnesium (CpMg2) verwendet. Eine 0,2 m µdicke homoepitaktische Schicht, die AlN umfasst, wurde durch Reaktion von TMA und NH3 in einer H-Atmosphäre2 bei 1200° C auf einer Oberfläche gebildet, die um 0,1° bis 0,3° relativ zur [0001]-Ebene eines AlN-Einkristall-Trägermaterials 11 geneigt war.
  • Eine AlGaN-Zwischenschicht mit einer Filmdicke von 30 nm und einer Al-Zusammensetzung, die gleichmäßig von 1,0 bis 0,7 in der Richtung weg von der oberen Oberfläche des Trägermaterials 11 abnimmt, und eine n-Typ Mantelschicht 12 aus Al0.7Ga0.3N mit einer Filmdicke von 0,35 µm und dotiert mit 5 cm×1019-3 Si wurden in dieser Reihenfolge auf einer homoepitaktischen Schicht, die AlN umfasst, durch Umsetzen von TMA, TMG, NH3 und SiH4 in einer H-Atmosphäre2 bei 1055C° gestapelt. Die homoepitaktische AlN-Schicht, die Zwischenschicht und die n-Typ-Mantelschicht 12 wurden so geformt, dass sie in Bezug auf das Trägermaterial 11 vollständig verformt wurden, indem sie mit einer Geschwindigkeit von 0,3 µm/h bis 0,6µ m/h geformt wurden.
  • Eine n-Typ-Wellenleiterschicht 13 mit einer Filmdicke von 60 nm, die Al0,63Ga0,37N umfasst, und eine lichtemittierende Schicht 14, die eine mehrschichtige Quantentopfschicht mit einer Gesamtdicke von 30 nm umfasst, wurden in dieser Reihenfolge auf die n-Typ-Mantelschicht 12 gestapelt, indem TMA, TMG und NH3 in einer H-Atmosphäre2 bei 1055° C umgesetzt wurden. Während der Bildung eines Teils der Sperrschicht der lichtemittierenden Schicht 14 wurde die lichtemittierende Schicht durch Einbringen von SiH4 als Rohmaterial mit 3 ×1019 cm-3 Si dotiert. Außerdem wurde auf der lichtemittierenden Schicht 14 eine p-Typ-Wellenleiterschicht 15 mit einer Schichtdicke von 50 nm gebildet, die Al0.62Ga0.38N umfasst. Die n-Typ-Wellenleiterschicht 13, die lichtemittierende Schicht 14 und die p-Typ-Wellenleiterschicht 15 wurden so ausgebildet, dass sie in Bezug auf das Trägermaterial 11 vollständig verformt wurden, indem sie mit einer Geschwindigkeit von 0,4 µm/h geformt wurden.
  • Eine AlGaN-Zwischenschicht mit einer Filmdicke von 20 nm und einer Al-Zusammensetzung, die gleichmäßig von 0,62 bis 1,0 in der Richtung weg von der oberen Oberfläche des Trägermaterials 11 zunimmt, und eine p-Typ-Längsleitungsschicht 16 mit einer Filmdicke von 0,32 µm und einer Al-Zusammensetzung, die von 1,0 bis 0,3 in der Richtung weg von der oberen Oberfläche des Trägermaterials 11 abnimmt, wurden in dieser Reihenfolge auf die p-Typ-Wellenleiterschicht 15 gestapelt, indem TMA, TMG und NH3 in einer H-Atmosphäre2 bei 1055C° umgesetzt wurden. Die longitudinale p-Typ-Leiterschicht 16 wurde so geformt, dass sie in Bezug auf das Trägermaterial 11 vollständig verformt wurde, indem sie mit einer Geschwindigkeit von 0,3 µm/h bis 0,5 µm/h geformt wurde. Der gesamte Bereich der längsleitenden p-Typ-Schicht 16 befand sich in einem undotierten Zustand.
  • Auf der p-Längsleitungsschicht 16 wurde eine p-Querleitungsschicht 17 mit einer Schichtdicke von 3 nm gebildet, die Al0.45Ga0.05N umfasst. Darüber hinaus wurde die Zufuhr von TMA- und TMG-Materialien bei 1055C° gestoppt und ein Zustand, in dem nur CpMg2 zugeführt wurde, für 10 Minuten oder länger aufrechterhalten (Glühen), um die p-Typ-Querleitungsschicht 17 in eine mit 1x1020 cm-3 Mg dotierte Al0.97Ga0.03N-Schicht umzuwandeln. Durch dieses Umwandlungsverfahren wurde die p-Typ-Querleitungsschicht 17 so ausgebildet, dass sie in Bezug auf das Trägermaterial 11 vollständig verspannt ist.
  • Die XRD-Messung der (002)-Ebene ergab, dass die Dispersion der Al-Zusammensetzung der p-Typ-Querleitungsschicht 17 in dem Bereich, der dem Bereich der Laserdiode 1 entspricht, 3,5 % betrug. Die Bestätigung der atomaren Anordnung mit Hilfe von Transmissionsbildern in der <11-20>-Richtung eines Transmissionselektronenmikroskops an mehreren Stellen ergab, dass die p-Typ-Querleitungsschicht 17 in Bezug auf das Trägermaterial 11 vollständig verspannt war.
  • Eine p-Typ-Kontaktschicht 18 mit einer Schichtdicke von 20 nm, die GaN umfasst, das mit 5x1020 cm-3 Mg dotiert ist, wurde auf der p-Typ-Querleitungsschicht 17 durch Reaktion von TMG, CpMg2 und NH3 in einer H-Atmosphäre2 bei 940° C gebildet.
  • In der Nitrid-Halbleiterlaserdiode 1, die wie oben beschrieben hergestellt wurde, wurde der Widerstand der p-Typ-Schicht durch Glühen bei 700C° für 10 Minuten oder länger in einer N-Atmosphäre2 weiter reduziert. Durch Trockenätzen mit einem Gas, das Cl2 umfasst, wurde die n-Typ-Mantelschicht 12 in einem rechteckigen Bereich parallel zur <11-20>-Richtung freigelegt und in der <11-20>-Richtung gestreckt. Außerdem wurde auf der Oberfläche der Nitrid-Halbleiterlaserdiode 1 eine Passivierungsschicht mit SiO2 gebildet.
  • Eine Vielzahl von rechteckigen Elektrodenmetallbereichen (p-Typ-Elektroden), einschließlich Ni oder Au, die parallel zur <11-20>-Richtung verlaufen und in der <11-20>-Richtung länglich sind, wurden auf der p-Typ-Kontaktschicht 18 ausgebildet. Mehrere rechteckige Elektrodenmetalle (n-Typ-Elektroden), einschließlich V, Al, Ni, Ti oder Au, die parallel zur <11-20>-Richtung verlaufen und sich in der <11-20>-Richtung erstrecken, wurden in dem Bereich gebildet, in dem die n-Typ-Mantelschicht 12 freigelegt war. Außerdem wurde das Trägermaterial 11 innerhalb des Elektrodenmetallbereichs durch mehrfaches Spalten parallel zur <1-100>-Richtung in Streifen unterteilt.
  • Resonatoren der Länge Yµ m (Y = 50, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400µ m) wurden mit einer Vielzahl von natürlichen Spaltungsebenen parallel zur <1-100>-Richtung als Endflächen und mit den langen Kanten senkrecht zur Spaltrichtung geformt. Unter Verwendung dieser Resonatoren mit unterschiedlichen Längen Yµ m wurde die Abhängigkeit der Anregungslänge mit rechteckigen Laserspots von 500 µm Länge und 15 µm Breite ermittelt. Berechnungen auf der Grundlage von VSLM ergaben, dass der interne Verlust 10 cm-1 beträgt.
  • Für die wie oben beschrieben hergestellte Laserdiode 1 wurde der gesamte Serienwiderstand der Laserdiode 1 gemessen, indem die Diodencharakteristik unter Vorwärtsspannung mit den nächstgelegenen p-Typ- und n-Typ-Elektroden ausgewertet wurde. Darüber hinaus wurden durch Messung des Widerstands zwischen einer Vielzahl von n-Typ-Elektroden auf der Grundlage der TLM-Methode die Längs- und Querwiderstände der n-Typ-Mantelschicht 12 ermittelt. Da es sich bei der n-Typ-Mantelschicht 12 um einen homogenen Mischkristall handelt, stimmen die Längs- und Querwiderstände überein. Aus den oben genannten Messdaten wurde die longitudinale Leitfähigkeit der p-Typ-Mantelschicht 20 auf 0,13 Ω-1cm-1 berechnet. Durch Messung des Widerstands zwischen mehreren p-Typ-Elektroden auf der Grundlage der TLM-Methode wurde außerdem der Querwiderstand der p-Typ-Mantelschicht 20 ermittelt. Das Verhältnis von Quer- zu Längswiderstand der p-Typ-Mantelschicht 20 betrug 1,5.
  • Die Gitterrelaxationsraten, die aus den XRD-Beugungsintensitätspeaks in der (205)-Ebene des Trägermaterials 11 und den XRD-Beugungsintensitätspeaks in der (205)-Ebene jedes Films der wie oben beschrieben hergestellten Laserdiode 1 berechnet wurden, betrugen alle weniger als 4%.
  • [Beispiel 2]
  • Eine Laserdiode 1 wurde nach einem ähnlichen Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Schichtdicke der p-Typ-Längsleitungsschicht 16 auf 0,21 µm eingestellt wurde.
  • Für die wie oben beschrieben hergestellte Laserdiode 1 betrug die nach der in Beispiel 1 beschriebenen Methode berechnete Gitterrelaxationsrate 4% oder weniger.
  • Die Längsleitfähigkeit der p-Typ-Mantelschicht 20 betrug 0,17 Ω-1cm-1, berechnet nach der in Beispiel 1 beschriebenen Methode. Das Verhältnis von Quer- zu Längswiderstand der p-Typ-Mantelschicht 20 betrug 1,9, berechnet nach der in Beispiel 1 beschriebenen Methode. Der interne Verlust durch VSLM betrug 20 cm-1, gemessen nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren.
  • [Beispiel 3]
  • Eine Laserdiode 1 wurde nach einem ähnlichen Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Schichtdicke der p-Typ-Längsleitungsschicht 16 auf 0,25 µm eingestellt wurde.
  • Für die wie oben beschrieben hergestellte Laserdiode 1 betrugen die nach der in Beispiel 1 beschriebenen Methode berechneten Gitterrelaxationsraten alle 4% oder weniger.
  • Die Längsleitfähigkeit der p-Typ-Mantelschicht 20 betrug 0,15 Ω-1cm-1, berechnet nach der in Beispiel 1 beschriebenen Methode. Das Verhältnis von Quer- zu Längswiderstand der p-Typ-Mantelschicht 20 betrug 1,9, berechnet nach der in Beispiel 1 beschriebenen Methode. Der interne Verlust durch VSLM betrug 15 cm-1, gemessen nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren.
  • [Beispiel 4]
  • Eine Laserdiode 1 wurde nach einem ähnlichen Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Schichtdicke der p-Typ-Längsleitungsschicht 16 auf 0,45 µm eingestellt wurde.
  • Für die wie oben beschrieben hergestellte Laserdiode 1 betrugen die nach der in Beispiel 1 beschriebenen Methode berechneten Gitterrelaxationsraten alle 4% oder weniger.
  • Die Längsleitfähigkeit der p-Typ-Mantelschicht 20 betrug 0,11 Ω-1cm-1, berechnet nach der in Beispiel 1 beschriebenen Methode. Das Verhältnis von Quer- zu Längswiderstand der p-Typ-Mantelschicht 20 betrug 1,4, berechnet nach der in Beispiel 1 beschriebenen Methode. Der interne Verlust durch VSLM betrug 9 cm-1, gemessen nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren.
  • [Beispiel 5]
  • Eine Laserdiode 1 wurde nach einem ähnlichen Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, mit Ausnahme des unten beschriebenen Verfahrens zur Herstellung einer transversalen p-Typ-Leitschicht 17.
  • Eine p-Typ-Querleitungsschicht 17 mit einer Filmdicke von 3 nm, die Al0,97Ga0,03N umfasst, das mit 3×1020 cm-3 Mg dotiert ist, wurde in ähnlicher Weise wie die verschiedenen Schichten der Laserdiode 1 auf der p-Typ-Längsleitungsschicht 16 durch Reaktion von TMA, TMG, Cp2Mg und NH3 in einer H-Atmosphäre2 bei 940° C gebildet.
  • Für die wie oben beschrieben hergestellte Laserdiode 1 betrugen die nach der in Beispiel 1 beschriebenen Methode berechneten Gitterrelaxationsraten alle 4 % oder weniger.
  • Die Längsleitfähigkeit der p-Typ-Mantelschicht 20 betrug 0,13 Ω-1cm-1, berechnet nach der in Beispiel 1 beschriebenen Methode. Das Verhältnis von Quer- zu Längswiderstand der p-Typ-Mantelschicht 20 betrug 2,9, berechnet nach der in Beispiel 1 beschriebenen Methode. Der interne Verlust durch VSLM betrug 11 cm-1, gemessen nach der in Beispiel 1 beschriebenen Methode.
  • [Beispiel 6]
  • Eine Laserdiode 1 wurde nach einem ähnlichen Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Mg-Konzentration in der p-Typ-Querleitungsschicht 17 auf 1×1016 cm-3 eingestellt wurde.
  • Für die wie oben beschrieben hergestellte Laserdiode 1 betrugen die nach der in Beispiel 1 beschriebenen Methode berechneten Gitterrelaxationsraten alle 4% oder weniger.
  • Die longitudinale Leitfähigkeit der p-Typ-Mantelschicht 20 betrug 0,11 Ω-1cm-1, berechnet nach der in Beispiel 1 beschriebenen Methode. Das Verhältnis von Quer- zu Längswiderstand der p-Typ-Mantelschicht 20 betrug 1,6, berechnet nach der in Beispiel 1 beschriebenen Methode. Der interne Verlust durch VSLM betrug 10 cm-1, gemessen nach der in Beispiel 1 beschriebenen Methode.
  • [Vergleichsbeispiel 1]
  • Eine Laserdiode 1, die mit der aus Beispiel 1 identisch ist, wurde hergestellt, mit der Ausnahme, dass die p-Typ-Längsleitungsschicht 16 aus Al0.7Ga0.3N (kein Zusammensetzungsgradient) mit einer Schichtdicke von 0,32 µm besteht.
  • Für die wie oben beschrieben hergestellte Laserdiode 1 betrugen die nach der in Beispiel 1 beschriebenen Methode berechneten Gitterrelaxationsraten alle 4% oder weniger.
  • Für die wie oben beschrieben hergestellte Laserdiode 1 betrug die Längsleitfähigkeit der p-Typ-Mantelschicht 20 gleich 0,06 Ω-1cm-1, berechnet nach der in Beispiel 1 beschriebenen Methode. Das Verhältnis von Quer- zu Längswiderstand der p-Typ-Mantelschicht 20 betrug 11,3, berechnet nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren. Der interne Verlust durch VSLM betrug 31 cm-1, gemessen nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren.
  • [Vergleichsbeispiel 2]
  • Eine Laserdiode 1 ohne p-Typ-Querleitungsschicht 17 wurde hergestellt, indem die p-Typ-Längsleitungsschicht 16 in Beispiel 1 auf Al0,7Ga0,3N (kein Zusammensetzungsgradient) mit einer Schichtdicke von 0,32 µm eingestellt wurde und nach Bildung der p-Typ-Längsleitungsschicht 16 die Verfahren ab der Bildung der p-Typ-Kontaktschicht 18 durchgeführt wurden.
  • Für die wie oben beschrieben hergestellte Laserdiode 1 betrugen die nach der in Beispiel 1 beschriebenen Methode berechneten Gitterrelaxationsraten alle 4% oder weniger.
  • Für die wie oben beschrieben hergestellte Laserdiode 1 betrug die Längsleitfähigkeit der p-Typ-Mantelschicht 20 gleich 0,07 Ω-1cm-1, berechnet nach der in Beispiel 1 beschriebenen Methode. Das Verhältnis von Quer- zu Längswiderstand der p-Typ-Mantelschicht 20 betrug 16,4, berechnet nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren. Der interne Verlust durch VSLM betrug 31 cm-1, gemessen nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren.
  • [Referenzbeispiel 1]
  • Eine Laserdiode 1 ohne p-Typ-Querleitungsschicht 17 wurde hergestellt, indem ein ähnliches Verfahren wie in Beispiel 1 bis zur Herstellung der p-Typ-Längsleitungsschicht 16 und dann das Verfahren ab der Bildung der p-Typ-Kontaktschicht 18 durchgeführt wurde.
  • Für die wie oben beschrieben hergestellte Laserdiode 1 betrugen die nach der in Beispiel 1 beschriebenen Methode berechneten Gitterrelaxationsraten alle 4% oder weniger.
  • Für die wie oben beschrieben hergestellte Laserdiode 1 betrug die Längsleitfähigkeit der p-Typ-Mantelschicht 20 gleich 0,14 Ω-1cm-1, berechnet nach der in Beispiel 1 beschriebenen Methode. Das Verhältnis von Quer- zu Längswiderstand der p-Typ-Mantelschicht 20 betrug 26,7, berechnet nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren. Der interne Verlust durch VSLM betrug 10 cm-1, gemessen nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren.
  • [Referenzbeispiel 2]
  • Um die Struktur der Laserdiode absichtlich zu entspannen, wurde eine Laserdiode 1 nach einem ähnlichen Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Schichtdicke der p-Typ-Längsleitungsschicht 16 auf 0,8 µm festgelegt wurde.
  • Für die wie oben beschrieben hergestellte Laserdiode 1 betrugen die nach der in Beispiel 1 beschriebenen Methode berechneten Gitterrelaxationsraten alle 30%.
  • Für die wie oben beschrieben hergestellte Laserdiode 1 betrug die Längsleitfähigkeit der p-Typ-Mantelschicht 20 gleich 0,02 Ω-1cm-1, berechnet nach der in Beispiel 1 beschriebenen Methode. Das Verhältnis von Quer- zu Längswiderstand der p-Typ-Mantelschicht 20 betrug 6,1, berechnet nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren. Der interne Verlust durch VSLM betrug 17 cm-1, gemessen nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren.
  • [Referenzbeispiel 3]
  • Eine Laserdiode 1 wurde nach einem ähnlichen Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Schichtdicke der p-Typ-Längsleitungsschicht 16 auf 0,5 µm eingestellt wurde.
  • Für die wie oben beschrieben hergestellte Laserdiode 1 betrugen die nach der in Beispiel 1 beschriebenen Methode berechneten Gitterrelaxationsraten alle 20%.
  • Für die wie oben beschrieben hergestellte Laserdiode 1 betrug die Längsleitfähigkeit der p-Typ-Mantelschicht 20 gleich 0,04 Ω-1cm-1, berechnet nach der in Beispiel 1 beschriebenen Methode. Das Verhältnis von Quer- zu Längswiderstand der p-Typ-Mantelschicht 20 betrug 9,7, berechnet nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren. Der interne Verlust durch VSLM betrug 8 cm-1, gemessen nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren.
  • [Referenzbeispiel 4]
  • Eine Laserdiode 1 wurde nach demselben Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die p-Typ-Längsleitungsschicht 16 eine Dicke von 0,32 µm hatte und so gestapelt wurde, dass die Al-Zusammensetzung von 1,0 auf 0,1 in Richtung weg von der oberen Oberfläche des Trägermaterials 11 abnahm.
  • Für die wie oben beschrieben hergestellte Laserdiode 1 betrugen die nach der in Beispiel 1 beschriebenen Methode berechneten Gitterrelaxationsraten alle 4 % oder weniger.
  • Für die wie oben beschrieben hergestellte Laserdiode 1 betrug die Längsleitfähigkeit der p-Typ-Mantelschicht 20 gleich 0,13 Ω-1cm-1, berechnet nach der in Beispiel 1 beschriebenen Methode. Das Verhältnis von Quer- zu Längswiderstand der p-Typ-Mantelschicht 20 betrug 1,5, wie nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren berechnet. Der interne Verlust durch VSLM betrug 27 cm-1, gemessen nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren.
  • [Referenzbeispiel 5]
  • Eine Laserdiode 1 wurde nach demselben Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die p-Typ-Längsleitungsschicht 16 eine Dicke von 0,32 µm hatte und so gestapelt wurde, dass die Al-Zusammensetzung von 1,0 auf 0,2 in Richtung weg von der oberen Oberfläche des Trägermaterials 11 abnahm.
  • Für die wie oben beschrieben hergestellte Laserdiode 1 betrugen die nach der in Beispiel 1 beschriebenen Methode berechneten Gitterrelaxationsraten alle 4% oder weniger.
  • Für die wie oben beschrieben hergestellte Laserdiode 1 betrug die Längsleitfähigkeit der p-Typ-Mantelschicht 20 gleich 0,13 Ω-1cm-1, berechnet nach der in Beispiel 1 beschriebenen Methode. Das Verhältnis von Quer- zu Längswiderstand der p-Typ-Mantelschicht 20 betrug 1,5, wie nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren berechnet. Der interne Verlust durch VSLM betrug 19 cm-1, gemessen nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren.
  • Die oben beschriebenen Konfigurationen, Herstellungsbedingungen und Bewertungsergebnisse für die Laserdioden 1 der Beispiele 1 bis 6, der Vergleichsbeispiele 1 und 2 und der Referenzbeispiele 1 bis 5 sind in der folgenden Tabelle 1 zusammengefasst. [Tabelle 1]
    P-Typ Längsleitungsschicht P-Typ Querleitungsschicht Fntspammungsrate von p-Typ Längsleitungsschicht undp-Typ Querleitungsschicht mit Bezug zu Trägermaterial Interne Verluste [cm-1] Längs-leitfahig-keit [Ω-1cm-1] Wider-stands Verhältnis (In-Plane/ Vertikal Richtungen)
    A1 Zusammensetzungsgradient (max/min) Schichtdicke [µm] A1 Zusamensetzung Schich tdicke [um] Bildungsverfahren Mg Dotierungs konzentration
    Beispiel 1 1.0/0.3 0,32 0,97 3 tempern 1×1020 cm-3 4% oder weniger 10 0,13 1,5
    Beispiel 2 1.0/0.3 0,21 0,97 3 tempern 1×1020 cm-3 4% oder weniger 20 0,17 1,9
    Beispiel 3 1.0/0.3 0,25 0,97 3 tempern 1×1020 cm-3 4% oder weniger 15 0,15 1.9
    Beispiel 4 1.0/0.3 0,45 0,97 3 tempern 1×1020cm-3 4% oder weniger 9 0,11 1,4
    Beispiel 5 1.0/0.3 0,32 0,97 3 stapeln 3×1020 cm-3 4% oder weniger 11 0,13 2,9
    Beispiel 6 1.0/0.3 0,32 0,97 3 tempern 1×1016 cm-3 4% oder weniger 10 0,11 1,6
    Vergleichsbeispiel 1 0. 7/0.7 (kein Zusammensetzung sgradient) 0,32 0,97 3 tempern 1×1020cm-3 4% oder weniger 31 0,06 11,3
    Vergleichsbeispiel 2 0 7/0.7 (kein Zusammensetzung sgradient) 0,32 - - N/A (kein Film gebildet) - 4% oder weniger 31 0,07 16,4
    Referenzbeispiel 1 1.0/0.3 0,32 - - N/A (kein Film gebildet) - 4% oder weniger 10 0,14 26,7
    Referenzbeispiel 2 1.0/0.3 0,8 0,97 3 tempern 1×1020cm-3 30% 17 0,02 6,1
    Referenzbeispiel 3 1.0/0.3 0,5 0,97 3 tempern 1×1020cm-3 20% 8 0,04 9,7
    Referenzbeispiel 4 1.0/0.1 0,32 0,97 3 tempern 1×1020 cm-3 4% oder weniger 27 0,13 1,5
    Referenzbeispiel 1 1.0/0.2 0,32 0,97 3 tempern 1×10 20 cm-3 4% oder weniger 19 0,13 1,5
  • (Vergleich)
  • Die Laserdioden 1 der Beispiele 1 bis 6 haben eine Längsleitfähigkeit von 0,11 oder mehr und 0,17 oder weniger, ein Verhältnis von Quer- zu Längswiderstand von 1,5 oder mehr und 2,9 oder weniger und einen internen Verlust von 9 cm-1 oder mehr und 20 cm-1 oder weniger. Die Laserdioden 1 der Vergleichsbeispiele 1, 2 haben eine Längsleitfähigkeit von 0,06 oder mehr und 0,07 oder weniger, ein Verhältnis von Quer- zu Längswiderstand von 11,3 oder mehr und 16,7 oder weniger und einen internen Verlust von 31 cm-1.
  • Die Laserdioden 1 der Vergleichsbeispiele 1, 2 haben eine Struktur, die keine Zusammensetzungsgradientenschicht als p-Typ-Längsleitungsschicht 16 verwendet. Daher ist die longitudinale Leitfähigkeit niedrig. Darüber hinaus ist in Vergleichsbeispiel 2 das Widerstandsverhältnis im Vergleich zu Vergleichsbeispiel 1 wegen des Fehlens der p-Typ-Querleitungsschicht 17 weiter erhöht. Keines der Vergleichsbeispiele kann Eigenschaften erreichen, die gleichzeitig den geringen internen Verlust, die hohe Längsleitfähigkeit und das niedrige Verhältnis von Quer- zu Längswiderstand aufweisen, wie sie die Laserdiode 1 der Beispiele 1 bis 6 aufweist.
  • Weiterhin soll die Laserdiode s1 der Referenzbeispiele 1 bis 5 untersucht werden. Die Laserdiode 1 des Referenzbeispiels 1 umfasst eine Zusammensetzungsgradientenschicht als p-Typ-Längsleitungsschicht, wie in Vergleichsbeispiel 1, hat aber keine p-Typ-Querleitungsschicht 17. Die Laserdiode 1 des Referenzbeispiels 1 kann im Vergleich zu den Beispielen 1 bis 6 kein niedriges Verhältnis von Quer- zu Längswiderstand erreichen. Die Laserdioden 1 der Referenzbeispiele 2 und 3 enthalten als p-Typ-Längsleitungsschicht 16 eine Zusammensetzungsgradientenschicht, wie in Vergleichsbeispiel 1, aber die Schichtdicke der p-Typ-Längsleitungsschicht 16 beträgt 0,5 µm oder mehr. Die Laserdioden 1 der Referenzbeispiele 2 und 3 können im Vergleich zu den Beispielen 1 bis 6 weder eine hohe Längsleitfähigkeit noch ein niedriges Verhältnis von Quer- zu Längswiderstand erreichen. Die Laserdioden 1 der Referenzbeispiele 4 und 5 enthalten eine Zusammensetzungsgradientenschicht als p-Typ-Längsleitungsschicht, aber der Mindestwert der Al-Zusammensetzung ist kleiner als 0,3. Die Laserdioden 1 der Referenzbeispiele 4 und 5 können im Vergleich zu den Beispielen 1 bis 6 keine niedrigen internen Verluste erreichen. Von den Laserdioden 1 der Referenzbeispiele 1 bis 5 kann nicht gesagt werden, dass sie im Vergleich zu den Beispielen 1 bis 6 Eigenschaften aufweisen, die gleichzeitig einen niedrigen internen Verlust, eine hohe longitudinale Leitfähigkeit und ein niedriges Verhältnis von Quer- zu Längswiderstand haben.
  • (Variation)
  • Wie oben beschrieben, hat jede Laserdiode 1 der Beispiele 1 bis 6 einen geringen internen Verlust, eine hohe longitudinale Leitfähigkeit und gleichzeitig ein niedriges Verhältnis von Quer- zu Längswiderstand. Um den Zusammenhang mit der Oszillation weiter zu untersuchen, wurde der Oszillationszustand unter Verwendung von Varianten gemessen, bei denen die Konfiguration der in der lichtemittierenden Schicht 14 enthaltenen Quantentopfschicht und die Konfiguration der p-Typ-Längsleitungsschicht 16 im Vergleich zu Beispiel 1 geändert wurden. Bei der Herstellung der nachstehenden Varianten wurde zunächst eine Laserdiode 1 mit einer Elektrode entlang der Richtung <11-20> geschnitten, um eine 400µ m lange Laserkavität zu bilden. Nachdem eine atomar flache (1-100) Facette durch Spaltung erhalten wurde, wurde eine hochreflektierende Beschichtung (90 % oder mehr Reflektivität) , die aus einem HfO2/SiO2-Mehrschichtfilm besteht, auf beiden Seiten der gespaltenen Oberflächen angebracht. Die elektrischen Eigenschaften wurden bei Raumtemperatur unter 50 ns Impulsstrominjektion mit einer Periode von 0,5 ms (Tastverhältnis 0,01%) gemessen.
  • [Variante 1]
  • Als Variante 1 wurde eine Laserdiode 1 mit einer ähnlichen Konfiguration wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die lichtemittierende Schicht 14 eine einzelne Quantentopfschicht mit einer Gesamtschichtdicke von 7,5 nm enthielt. Die Laserdiode 1 der Variante 1 oszillierte und hatte eine Oszillationsschwelle von 60 kA/cm2.
  • [Variante 2]
  • Als Variante 2 wurde eine Laserdiode 1 mit einer ähnlichen Konfiguration wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die lichtemittierende Schicht 14 eine einzelne Quantentopfschicht mit einer Gesamtschichtdicke von 9 nm umfasst. Die Laserdiode 1 der Variante 2 oszillierte und hatte eine Oszillationsschwelle von 25 kA/cm2.
  • [Variante 3]
  • Als Variante 3 wurde eine Laserdiode 1 mit einer ähnlichen Konfiguration wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die lichtemittierende Schicht 14 eine einzelne Quantentopfschicht mit einer Gesamtschichtdicke von 15 nm umfasst. Die Laserdiode der1 Variation oszillierte3 und hatte eine Oszillationsschwelle von 9 kA/cm2.
  • [Variante 4]
  • Als Variante 4 wurde eine Laserdiode 1 mit einer ähnlichen Konfiguration wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die lichtemittierende Schicht 14 eine einzelne Quantentopfschicht mit einer Gesamtschichtdicke von 9 nm enthielt und ein Bereich der p-Typ-Längsleitungsschicht 16 von der Grenzfläche mit der p-Typ-Wellenleiterschicht 15 bis 10 nm in Dickenrichtung in einem undotierten Zustand war. Hier wurde der Teil der p-Leitschicht 16, der sich nicht im undotierten Zustand befand, mit 1,3×1019 cm -3 Mg dotiert. Die Schichtdicke der p-Typ-Längsleitungsschicht 16 betrug wie in Beispiel 1 gleich 0,32 µm. Die Laserdiode 1 der Variation 4 oszillierte und hatte eine Oszillationsschwelle von 30 kA/ cm2 .
  • [Variante 5]
  • Als Variante 5 wurde eine Laserdiode 1 mit einer ähnlichen Konfiguration wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die lichtemittierende Schicht 14 eine einzelne Quantentopfschicht mit einer Gesamtschichtdicke von 9 nm enthielt und ein Bereich der p-Typ-Längsleitungsschicht 16 von der Grenzfläche mit der p-Typ-Wellenleiterschicht 15 bis 50 nm in Dickenrichtung in einem undotierten Zustand war. Hier wurde der nicht undotierte Teil der p-Leitschicht 16 mit 1, 3×1019 cm -3 Mg dotiert. Die Laserdiode 1 der Variante 5 oszillierte und hatte eine Oszillationsschwelle von 20 kA/ cm2 .
  • [Variante 6]
  • Als Variante 6 wurde eine Laserdiode 1 mit einer ähnlichen Konfiguration wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die lichtemittierende Schicht 14 eine einzelne Quantentopfschicht mit einer Gesamtschichtdicke von 9 nm enthielt und ein Bereich der p-Typ-Längsleitungsschicht 16 von der Grenzfläche mit der p-Typ-Wellenleiterschicht 15 bis 100 nm in Dickenrichtung in einem undotierten Zustand war. Hier wurde der Teil der p-Leitschicht 16, der sich nicht im undotierten Zustand befand, mit 1, 3×1019 cm-3 Mg dotiert. Die Laserdiode 1 der Variante 6 oszillierte und hatte eine Oszillationsschwelle von 18 kA/cm2.
  • Die oben beschriebenen Konfigurationen und Auswertungsergebnisse für die Laserdioden 1 der Varianten 1 bis 6 sind in der folgenden Tabelle 2 zusammengefasst. [Tabelle 2]
    Licht emittierende Schicht P-Typ Längsleitungsschicht Oszillationsschwellenwert [kA/cm2]
    Quantenmuldenschicht-Schichtdicke [nm] Schichtstruktur Undotierter-Bereich-Dicke [nm] Schichtdic ke [µm]
    Variation 1 7.5 1 Schicht gesamte Bereich 0.32 60
    Variation 2 9.0 1 Schicht gesamte Bereich 0.32 25
    Variation 3 15.0 1 Schicht gesamte Bereich 0.32 9
    Variation 4 9.0 1 Schicht 10 0.32 30
    Variation 5 9.0 1 Schicht 50 0.32 20
    Variation 6 9.0 1 Schicht 100 0.32 18
  • Die Laserdioden 1 der Varianten 1 bis 6 oszillieren mit einer niedrigen Oszillationsschwelle. Die Oszillationsschwelle der Variante 3 beträgt beispielsweise 9 kA/ cm2 .
  • Bei der Herstellung der Laserdiode 1 bildeten sich nach dem Epitaxiewachstum manchmal konvexe hexagonale pyramidale Hügel (HPH) , die die Eigenschaften der Laserdiode 1 verschlechterten. Die HPH-Dichte betrug beispielsweise 6×103 cm-2, und es wurde eine Verschlechterung der Eigenschaften beobachtet, indem sich die Emissionsspitze der Wellenlänge zu einer längeren Wellenlänge hin verschob. Es wird angenommen, dass sich HPHs hauptsächlich in der Nähe der Fadenversetzungen im einkristallinen AlN-Trägermaterial bilden. In den Laserdioden 1 der Variationen wurde der Kontakt zwischen den HPHs und der p-Typ-Elektrode vermieden und eine Laseroszillation erreicht, indem die Erzeugung von Fadenversetzungen unterdrückt wurde.
  • (Sonstiges)
  • Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die oben genannten Ausführungsformen und Beispiele beschränkt. Eine fachkundige Person könnte das Design jeder Ausführungsform modifizieren, und solche modifizierten Ausführungsformen sind im Umfang der vorliegenden Offenbarung enthalten.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Laserdiode
    11
    Trägermaterial
    12
    N-Typ-Mantelschicht
    13
    N-Typ-Hohlleiterschicht
    14
    Licht emittierende Schicht
    15
    P-Typ-Wellenleieterschicht
    16
    P-Typ-Längsleitungsschicht
    17
    P-Typ-Querleitungsschicht
    18
    P-Typ-Kontaktschicht
    20
    P-Typ-Mantelschicht
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2019177788 [0001]
    • JP 2018532265 A [0004]

Claims (10)

  1. Eine Laserdiode umfassend: ein AlN-Einkristall-Trägermaterial; eine n-Typ-Mantelschicht, die auf dem Trägermaterial ausgebildet ist und eine Nitrid-Halbleiterschicht mit n-Typ-Leitfähigkeit umfasst; eine lichtemittierende Schicht, die auf der n-Typ-Mantelschicht ausgebildet ist und eine oder mehrere Quantenmulden umfasst; eine p-Typ-Mantelschicht, die auf der lichtemittierenden Schicht ausgebildet ist und eine Nitrid-Halbleiterschicht mit p-Typ-Leitfähigkeit umfasst; und eine p-Typ-Kontaktschicht, die auf der p-Typ-Mantelschicht ausgebildet ist und einen Nitrid-Halbleiter umfasst, der GaN umfasst; wobei die p-Typ-Mantelschicht Folgendes umfasst eine p-Typ-Längsleitungsschicht, die AlsGas1-sN (0,3 ≤ s ≤ 1) umfasst, einen solchen Zusammensetzungsgradienten aufweist, dass die Al-Zusammensetzung s mit zunehmendem Abstand vom Trägermaterial abnimmt, und eine Filmdicke von weniger als 0,5 µm hat; und eine transversale p-Typ-Leitschicht, die AltGa1-tN (0 < t ≤ 1) umfasst.
  2. Laserdiode nach Anspruch 1, wobei die p-Typ-Mantelschicht Al3Ga1-sN (0,35 < s ≤ 1) umfasst.
  3. Laserdiode nach Anspruch 1 oder 2, wobei die p-Typ-Querleitungsschicht eine Schichtdicke von 20 nm oder weniger aufweist.
  4. Die Laserdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend: eine n-Typ-Wellenleiterschicht, die zwischen der n-Typ-Mantelschicht und der lichtemittierenden Schicht ausgebildet und so konfiguriert ist, dass sie Licht in der lichtemittierenden Schicht einschließt; und eine p-Typ-Wellenleiterschicht, die zwischen der p-Typ-Mantelschicht und der lichtemittierenden Schicht ausgebildet und so konfiguriert ist, dass sie Licht in der lichtemittierenden Schicht einschließt.
  5. Laserdiode nach Anspruch 4, die ferner eine Zwischenschicht umfasst, die zwischen der Längsleitungsschicht vom p-Typ und der Wellenleiterschicht vom p-Typ ausgebildet ist, AlvGa1-vN (0 < v ≤ 1.0) umfasst und einen solchen Zusammensetzungsgradienten aufweist, dass eine Al-Zusammensetzung v mit zunehmendem Abstand vom Trägermaterial zunimmt.
  6. Laserdiode nach Anspruch 4 oder 5, wobei die p-Typ-Längsleitungsschicht in einem Bereich undotiert ist, der eine Grenzfläche mit der p-Typ-Wellenleiterschicht umfasst.
  7. Die Laserdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Emissionswellenlänge der lichtemittierenden Schicht 210 nm oder mehr und 300 nm oder weniger beträgt.
  8. Die Laserdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Schichtdicke der p-Typ-Längsleitungsschicht 250 nm oder mehr und 450 nm oder weniger beträgt.
  9. Laserdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Al-Zusammensetzung t größer ist als ein Minimalwert der Al-Zusammensetzung s auf einer Oberfläche der p-Typ-Querleitungsschicht, die an die p-Typ-Längsleitungsschicht angrenzt.
  10. Laserdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die p-Typ-Längsleitungsschicht und die transversale p-Typ-Leitschicht in Bezug auf das Trägermaterial vollständig verspannt sind.
DE112020004592.7T 2019-09-27 2020-09-25 Laser-Diode Pending DE112020004592T5 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019-177788 2019-09-27
JP2019177788 2019-09-27
PCT/JP2020/036467 WO2021060538A1 (ja) 2019-09-27 2020-09-25 レーザーダイオード

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE112020004592T5 true DE112020004592T5 (de) 2022-06-09

Family

ID=75166254

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112020004592.7T Pending DE112020004592T5 (de) 2019-09-27 2020-09-25 Laser-Diode

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20220337035A1 (de)
JP (1) JP7302832B2 (de)
CN (1) CN114342194B (de)
DE (1) DE112020004592T5 (de)
WO (1) WO2021060538A1 (de)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11909172B2 (en) * 2020-01-08 2024-02-20 Asahi Kasei Kabushiki Kaisha Method for manufacturing optical device and optical device
WO2023163230A1 (ja) * 2022-02-28 2023-08-31 旭化成株式会社 レーザダイオード
WO2024047917A1 (ja) * 2022-09-02 2024-03-07 旭化成株式会社 レーザダイオード

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018532265A (ja) 2015-09-17 2018-11-01 クリスタル アイエス, インコーポレーテッドCrystal Is, Inc. ２次元正孔ガスを組み込んだ紫外線発光デバイス
JP2019177788A (ja) 2018-03-30 2019-10-17 株式会社Ｓｕｂａｒｕ 車両の乗員保護装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6031858A (en) * 1996-09-09 2000-02-29 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor laser and method of fabricating same
US8748919B2 (en) * 2011-04-28 2014-06-10 Palo Alto Research Center Incorporated Ultraviolet light emitting device incorporating optically absorbing layers
JP6192378B2 (ja) * 2013-06-18 2017-09-06 学校法人 名城大学 窒化物半導体発光素子
US20190103509A1 (en) * 2017-09-30 2019-04-04 Sensor Electronic Technology, Inc. Semiconductor Heterostructure with P-type Superlattice

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018532265A (ja) 2015-09-17 2018-11-01 クリスタル アイエス, インコーポレーテッドCrystal Is, Inc. ２次元正孔ガスを組み込んだ紫外線発光デバイス
JP2019177788A (ja) 2018-03-30 2019-10-17 株式会社Ｓｕｂａｒｕ 車両の乗員保護装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN114342194A (zh) 2022-04-12
CN114342194B (zh) 2024-03-19
WO2021060538A1 (ja) 2021-04-01
JP7302832B2 (ja) 2023-07-04
JPWO2021060538A1 (de) 2021-04-01
US20220337035A1 (en) 2022-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69636088T2 (de) Halbleitervorrichtung aus einer Nitridverbindung
DE10250445B4 (de) Licht emittierende Anordnungen mit separater Confinement-Indiumgalliumnitrid-Heterostruktur
DE69835216T2 (de) Halbleitervorrichtung aus einer nitridverbindung
DE69333829T2 (de) Lichtemittierende Vorrichtung auf Basis einer Galliumnitrid-Halbleiterverbindung
DE69533276T2 (de) Lichtemittierende Halbleitervorrichtungen
DE69834415T2 (de) Lichtemittierendes galliumnitridhalbleiterelement mit einer aktiven schicht mit multiplexquantentrogstruktur und halbleiterlaserlichtquellenvorrichtung
DE10213395B4 (de) Indiumgalliumnitrid-Glättungsstrukturen für III-Nitried-Anordnungen
EP2165374B1 (de) Strahlungsemittierender halbleiterkörper
DE69936564T2 (de) Züchtungsverfahren für einen III-V-Nitridverbindungshalbleiter und Herstellungsverfahren für ein Halbleiterbauelement
DE112005000296B4 (de) Galliumnitrid-Verbindungshalbleiter-Mehrschichtstruktur, Lampe damit und Herstellungsverfahren dafür
DE112020004592T5 (de) Laser-Diode
DE102010012711A1 (de) Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements
DE69932686T2 (de) Halbleiterlichtstrahler und dessen Herstellungsverfahren
DE60014097T2 (de) Nitrid-halbleiterschichtenstruktur und deren anwendung in halbleiterlasern
DE112005002133T5 (de) Schichtstapelstruktur mit Gruppe-III-Nitridhalbleitern vom N-Typ
DE60313797T2 (de) Halbleiter-Lichtemissionsbauelement und Verfahren zu seiner Herstellung
DE102007057674A1 (de) LED mit Stromaufweitungsschicht
EP1630915A2 (de) Strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement mit einer Quantentopfstruktur und Verfahren zu dessen Herstellung
AT521082A2 (de) Halbleiterwafer und Verfahren zur Herstellung des Halbleiterwafers
DE112007002182T5 (de) Gruppe-III-Nitridverbindungshalbleiter-Lichtemissionsvorrichtung, Verfahren zum Herstellen einer Gruppe-III-Nitridverbindungshalbleiter-Lichtemissionsvorrichtung, und Lampe
DE10330629A1 (de) Epitaxiesubstrat für lichtemittierenden Verbundhalbleiterbaustein, Verfahren zu seiner Herstellung und lichtemittierender Baustein
DE112013002033T5 (de) Epitaxialsubstrat, Halbleitervorrichtung, und Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung
DE112019001735T5 (de) Verfahren zur Herstellung einer optischen Halbleitervorrichtung und eines Zwischengegenstands einer optischen Halbleitervorrichtung
DE102007051315B4 (de) Strahlungsemittierendes Bauelement
DE19932201A1 (de) Photonische Halbleitervorrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed