JP2010192594A - Iii族窒化物半導体レーザ、及びiii族窒化物半導体レーザを作製する方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体基板13の主面13aは、GaNのa軸方向にGaNのc軸方向の基準軸Cxに直交する基準面に対して50度以上70度以下の範囲の傾斜角AOFFで傾斜する。第1のクラッド層15、活性層17及び第2のクラッド層19が半導体基板13の主面13a上に設けられている。活性層17の井戸層23aはInGaNからなる。この半導体レーザがレーザ発振を到達する前に活性層から出射されるLEDモードにおける偏光度Pが−1以上0.1以下である。III族窒化物半導体レーザの偏光度PはLEDモードにおける光の該X1方向の電界成分I1と該X2方向の電界成分I2とを用いて、P=(I1−I2)/(I1+I2)によって規定される。
【選択図】図1
Description
P=(I1−I2)/(I1+I2)
によって規定される。
P=(I1−I2)/(I1+I2)
によって規定される。
P=(I1−I2)/(I1+I2)
によって規定される。
種々のオフ角を有する半極性GaNウエハを準備した。c面とウエハ主面との成す角度(オフ角)は、例えばm軸方向43度、a軸方向58度、m軸方向62度、m軸方法75度であった。GaNウエハ上に図2に示される発光ダイオード(LED)構造を作製した。エピタキシャル成長は、有機金属気相成長法により行われ、エピタキシャル成長のための原料として、トリメチルガリウム(TMG)、トリメチルインジウム(TMI)、トリメチルアルミニウム(TMA)、アンモニア(NH3)、シラン(SiH4)、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム(Cp2Mg)を用いる。以下の工程を行って、図2に示されたエピタキシャルウエハを作製する。
τ=(F×cosλ)/(A/cosφ)=σ×cosλ×cosφ (1)
で表される。応力σ(=F/A)が臨界値以上であるとき、すべり面で変形が生じる。式(1)における「cosλ・cosφ」をシュミット因子(以下「FS」で表す)と呼ぶ。
FSa58>FSm62>FSm43>FSm75 (2)
式(2)で示される順序は、CL像における暗線の発生とオフ角度との関係を定性的に支持している。CL像では、a軸方向58度のGaN基板上のLED構造、m軸方向62度のGaN基板上のLED構造にミスフィット転位が観測される。ミスフィット転位の発生の境界は、50度以下であり50度近傍の角度であり、また、70度以上であり70度近傍の角度である。
実施例1では、LED構造からの発光を観測することによって、偏光度と角度との関係を見出した。実施例2では、半導体レーザ構造を、a軸方向58度傾斜のGaNウエハ上に作製した。エピタキシャル成長は、有機金属気相成長法により行われ、エピタキシャル成長のための原料として、トリメチルガリウム(TMG)、トリメチルインジウム(TMI)、トリメチルアルミニウム(TMA)、アンモニア(NH3)、シラン(SiH4)、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム(Cp2Mg)を用いる。以下の工程を行って、図8に示されたエピタキシャルウエハ及び半導体レーザの作製を図9及び図10を参照しながら説明する。
Claims (20)
- III族窒化物半導体レーザであって、
六方晶系のIII族窒化物半導体からなり、該III族窒化物半導体のc軸方向の基準軸に直交する基準面に対して該III族窒化物半導体のa軸方向及びm軸方向のいずれか一方に50度以上70度以下の範囲の傾斜角で傾斜する主面を有する半導体基板と、
前記半導体基板の前記主面上に設けられた第1導電型窒化ガリウム系半導体からなる第1のクラッド層と、
前記半導体基板の前記主面上に設けられた第2導電型窒化ガリウム系半導体からなる第2のクラッド層と、
前記第1のクラッド層と前記第2のクラッド層との間に設けられた活性層と
を備え、
前記活性層における導波方向は、a軸方向及びm軸方向のいずれか他方に向いており、
前記導波方向に向いたX1軸、このX1軸に直交するX2軸、および前記X1軸及びX2軸に直交するX3軸からなる直交座標系において、前記第1のクラッド層、前記活性層及び前記第2のクラッド層は、前記X3軸の方向に配列されており、
前記活性層は多重量子井戸構造を有しており、前記多重量子井戸構造は、前記X3軸の方向に交互に配列された井戸層及び障壁層を含み、前記井戸層はInGaNからなり、前記障壁層はGaNまたはInGaNからなり、
前記多重量子井戸構造は、前記井戸層と前記障壁層とのバンドギャップエネルギ差及び前記井戸層の厚みの少なくともいずれかによって当該III族窒化物半導体レーザのLEDモードにおける偏光度Pが−1以上0.1以下になるように設けられており、
前記偏光度Pは、前記LEDモードにおける光の該X1方向の電界成分I1と該X2方向の電界成分I2とを用いて、
P=(I1−I2)/(I1+I2)
によって規定される、ことを特徴とするIII族窒化物半導体レーザ。 - 前記活性層の前記多重量子井戸構造の発振波長は、450nm以上であり、550nm以下である、ことを特徴とする請求項1に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
- 前記井戸層の厚さが2nm以上10nm以下である、ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
- 前記第1のクラッド層と前記活性層との間に設けられたInGaN層を更に備える、ことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
- 前記第1のクラッド層と前記InGaN層との界面に、ミスフィット転位がある、ことを特徴とする請求項4に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
- 前記ミスフィット転位の密度は5×103cm−1以上1×105cm−1以下である、ことを特徴とする請求項5に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
- 前記InGaN層のインジウム組成は0.01以上であり、
前記InGaN層のインジウム組成は0.1以下であり、
前記InGaN層は前記第1のクラッド層の主面と接触しており、
前記第1のクラッド層の格子定数は前記InGaN層の格子定数と異なる、ことを特徴とする請求項3〜請求項6のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。 - 前記InGaN層の厚さは20nm以上であり、
前記InGaN層の厚さは150nm以下である、ことを特徴とする請求項3〜請求項7のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。 - 前記InGaN層は第1の光ガイド層であり、
当該III族窒化物半導体レーザは、前記第2のクラッド層と前記活性層との間に設けられた第2の光ガイド層を更に備え、
前記第2の光ガイド層はInGaNからなる、ことを特徴とする請求項3〜請求項8のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。 - 前記偏光度Pは負値である、ことを特徴とする請求項1〜請求項9のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
- 前記半導体基板はGaNからなる、ことを特徴とする請求項1〜請求項10のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
- 前記傾斜の方向はa軸の方向であり、
当該III族窒化物半導体レーザは、該六方晶系III族窒化物のm劈開面によって構成された一対の端面を更に備える、ことを特徴とする請求項1〜請求項11のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。 - 前記半導体基板の前記主面は(11−22)面及び(11−2−2)面のいずれか一方である、ことを特徴とする請求項1〜請求項12のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
- 前記傾斜の方向はm軸の方向であり、
当該III族窒化物半導体レーザは、該六方晶系III族窒化物のa劈開面によって構成された一対の端面を更に備える、ことを特徴とする請求項1〜請求項11のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。 - 前記半導体基板の前記主面は(10−11)面及び(10−1−1)面のいずれか一方である、ことを特徴とする請求項1〜請求項11及び請求項14のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
- III族窒化物半導体レーザを作製する方法であって、
六方晶系のIII族窒化物半導体からなり、該III族窒化物半導体のc軸方向の基準軸に直交する基準面に対して該III族窒化物半導体のa軸方向及びm軸方向のいずれか一方に50度以上70度以下の範囲の傾斜角で傾斜する主面を有する半導体ウエハを準備する工程と、
第1導電型窒化ガリウム系半導体からなる第1のクラッド層を前記半導体ウエハの前記主面上に成長する工程と、
前記InGaN層上に活性層を成長する工程と、
第2導電型窒化ガリウム系半導体からなる第2のクラッド層を前記活性層上に成長する工程と
を備え、
前記活性層における導波方向は、a軸方向及びm軸方向のいずれか他方に向いており、
前記導波方向に向いたX1軸、このX1軸に直交するX2軸、および前記X1軸及びX2軸に直交するX3軸からなる直交座標系において、前記n型窒化ガリウム系半導体領域、前記活性層及び前記p型窒化ガリウム系半導体領域は、前記X3軸の方向に配列されており、
前記活性層は多重量子井戸構造を有しており、前記多重量子井戸構造は、前記X3軸の方向に交互に配列された井戸層及び障壁層を含み、前記井戸層はInGaNからなり、前記障壁層はGaN又はInGaNからなり、
前記多重量子井戸構造は、前記井戸層と前記障壁層とのバンドギャップエネルギ差及び前記井戸層の厚みの少なくともいずれかによって当該III族窒化物半導体レーザのLEDモードにおける偏光度Pが−1以上0.1以下になるように設けられており、
前記偏光度Pは、前記LEDモードにおける光の該X1方向の電界成分I1と該X2方向の電界成分I2とを用いて、
P=(I1−I2)/(I1+I2)
によって規定される、ことを特徴とする方法。 - 前記活性層を成長する前に、前記第1のクラッド層上にInGaN層を成長する工程を更に備える、ことを特徴とする請求項16に記載された方法。
- 前記第1のクラッド層と前記InGaN層との界面に、ミスフィット転位があり、
前記ミスフィット転位の密度は5×103cm−1以上1×105cm−1以下である、ことを特徴とする請求項16または請求項17に記載された方法。 - 前記InGaN層のインジウム組成は0.01以上であり、
前記InGaN層のインジウム組成は0.1以下であり、
前記InGaN層は前記第1のクラッド層の主面と接触しており、
前記第1のクラッド層の格子定数は前記InGaN層の格子定数と異なる、ことを特徴とする請求項16〜請求項18のいずれか一項に記載された方法。 - 前記InGaN層の厚さは20nm以上であり、前記InGaN層の厚さは150nm以下である、ことを特徴とする請求項16〜請求項19のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
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