JP2011023693A - Iii族窒化物半導体レーザダイオード - Google Patents
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Abstract
【解決手段】支持基体13は、半極性または無極性の主面13aを有する。III族窒化物のc軸Cxは主面13aに対して傾斜している。n型クラッド領域15及びp型クラッド領域17は支持基体13の主面13a上に設けられている。コア半導体領域19は、n型クラッド領域15とp型クラッド領域17との間に設けられている。コア半導体領域19は、第1光ガイド層21、活性層23及び第2光ガイド層25を含む。活性層23は第1光ガイド層21と第2光ガイド層25との間に設けられる。コア半導体領域19の厚さD19は0.5μm以上である。この構造は、支持基体13に光を逃がすことなくコア半導体領域19に光を閉じ込めることができ、これ故にしきい値電流を低減できる。
【選択図】図1
Description
レーザ構造をGaN基板51上に作製した。n型窒化ガリウム基板を準備した。この窒化ガリウム基板の主面は半極性(20−21)面を有する。有機金属気相成長法を用いて、この基板上に窒化ガリウム系半導体層を成長した。母体材料の供給ガスとして以下のものを用いた:トリメチルガリウム(TMG);トリメチルアルミニウム(TMA);トリメチルインジウム(TMI);アンモニア(NH3)。n型及びp型のドーパントとして以下のものを用いた:シラン;トリメチルマグネシウム。これらを原料として以下の膜からなるLD構造を成長した:n型GaNバッファ層;n型(In)AlGaNクラッド層;n型GaN光ガイド層;アンドープInGaN光ガイド層;InGaN活性層;アンドープInGaN光ガイド層:p型GaN光ガイド層;p型(In)AlGaNクラッド層;
p型GaNキャップ層。コア半導体領域の厚さを変更したいくつのLD構造を有するエピタキシャル基板を作製した。
実験結果1
ガイド層の厚み(μm) 発振しきい値(相対値)
In0.01Ga0.99N層、GaN層
0.05、 0.25、2.0
0.05、 0.45、0.8
0.05、 0.60、0.1
0.05、 1.00、0.1。
実験結果2
ガイド層の厚み(μm) 発振しきい値(相対値)
In0.01Ga0.99N層、GaN層
0.10、 0.20、3.0
0.10、 0.40、0.6
0.10、 0.55、0.1。
実験結果3
ガイド層の厚み(μm) 発振しきい値(相対値)
In0.02Ga0.98N層、GaN層
0.05、 0.25、2.0
0.05、 0.45、0.1
0.05、 0.60、0.1。
上記の実験結果から、ガイド層における第1GaN層と第2GaN層の和の厚さは450nm以上であることが好ましい。また、ガイド層における上記GaN層の和の厚さは550nm以上であることがさらに好ましい。さらに、ガイド層における上記GaN層の厚さの和は600nm以上であることが特に好ましい。
上記実験結果1と2を比較すると、InGaNガイド層の厚みを増加させると、しきい値は低下する。これはコア部分の光閉じ込めが安定したためであり、InGaN層の厚みは0.1μm以上が好ましい。また、InGaNガイド層のIn組成は1%以上が好ましい。
(D1−D2)/D2。
ここで、閉じ込め部81のためのIII族窒化物のc軸の格子定数は、閉じ込め部81の該c軸を基準平面に射影したとき、第1の格子定数成分D1を有する。活性層69の井戸層のための窒化ガリウム系半導体のc軸の格子定数は、井戸層のc軸を基準平面に射影したとき、第2の格子定数成分D2を有する。閉じ込め部81の材料の組成は、閉じ込め部81と活性層69の井戸層との格子定数差(D1−D2)/D2が3パーセント以下になるように調整されている。上記の基準平面は、支持基体61の主面61aの法線Bxに交差しており、活性層69の井戸層は上記の基準平面に沿って延在する。この基準平面を例えば支持基体61と主面61aと平行となるように規定することができる。
Claims (20)
- 490nm以上の波長の光を発生するIII族窒化物半導体レーザダイオードであって、
半極性または無極性の主面を有しIII族窒化物からなる支持基体と、
前記支持基体上に設けられたn型クラッド領域と、
前記支持基体上に設けられたp型クラッド領域と、
前記p型クラッド領域と前記n型クラッド領域との間に設けられたコア半導体領域と
を備え、
前記n型クラッド領域はn型窒化ガリウム系半導体からなり、
前記p型クラッド領域はp型窒化ガリウム系半導体からなり、
前記コア半導体領域は、第1光ガイド層、活性層及び第2光ガイド層を含み、
前記活性層は前記第1光ガイド層と前記第2光ガイド層との間に設けられ、
前記コア半導体領域の厚さは0.5μm以上である、ことを特徴とするIII族窒化物半導体レーザダイオード。 - 前記第1光ガイド層は第1GaN層と第1InGaN層とを含み、
前記第1GaN層は前記n型クラッド領域と前記第1InGaN層との間に設けられており、
前記n型クラッド領域は前記第1GaN層と前記支持基体との間に設けられ、
前記第2光ガイド層は第2GaN層と第2InGaN層とを含み、
前記第2GaN層は前記p型クラッド領域と前記第2InGaN層との間に設けられる、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ダイオード。 - 前記第1InGaN層はアンドープであり、
前記第1GaN層はn型を示し、
前記第2InGaN層はアンドープであり、
前記第2GaN層はp型を示す、ことを特徴とする請求項2に記載されたIII族窒化物半導体レーザダイオード。 - 前記第1GaN層と前記第2GaN層の厚さの和は450nm以上であり、
前記第1InGaN層と前記第2InGaN層の和の厚さは前記第1GaN層の厚さより薄い、ことを特徴とする請求項2又は請求項3に記載されたIII族窒化物半導体レーザダイオード。 - 前記第1GaN層の厚さと前記第2GaN層の厚さの和は550nm以上である、ことを特徴とする請求項2又は請求項3に記載されたIII族窒化物半導体レーザダイオード。
- 前記第1InGaN層のIn組成は1%以上であることを特徴とする請求項2〜請求項5のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザダイオード。
- 前記n型クラッド領域は、AlXGa1−XN(0.03<X<0.10)層を含む、ことを特徴とする請求項1〜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ダイオード。
- 前記n型クラッド領域の前記AlXGa1−XNのAl組成は0.05以上である、ことを特徴とする請求項7に記載されたIII族窒化物半導体レーザダイオード。
- 前記主面の傾斜角は、前記III族窒化物のc軸に直交する基準平面に対して10度以上80度以下及び100度以上170度以下の範囲にあり、
前記支持基体はGaNからなり、
前記活性層はInGaN層を含む、ことを特徴とする請求項1〜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ダイオード。 - 前記傾斜角は前記基準平面に対して63度以上80度以下及び100度以上117度以下の範囲にある、ことを特徴とする請求項9に記載されたIII族窒化物半導体レーザダイオード。
- 前記活性層は波長490nm以上510nm以下の範囲の光を発生するように設けられており、
前記コア半導体領域の厚さは0.5μm以上1.5μm以下の範囲である、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ダイオード。 - 前記活性層は波長500nm以上520nm以下の範囲の光を発生するように設けられており、
前記コア半導体領域の厚さは0.6μm以上1.5μm以下である、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ダイオード。 - 前記第2光ガイド層は、前記p型クラッド領域と前記活性層との間に設けられ、
前記p型クラッド領域及び前記第2光ガイド層は、リッジ構造を有しており、
前記第2光ガイド層は前記リッジ構造のためのリッジ部と該リッジ部に隣接する側部と含み、
前記側部の厚さは前記リッジ部の厚さの半分未満である、ことを特徴とした請求項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ダイオード。 - 前記リッジ構造上に設けられた閉じ込め部を更に備え、
前記閉じ込め部は前記第2光ガイド層の屈折率より小さい屈折率を有する、ことを特徴とする請求項13に記載されたIII族窒化物半導体レーザダイオード。 - 前記第2光ガイド層の前記側部の厚さは10nm以上250nm以下である、ことを特徴とする請求項14に記載されたIII族窒化物半導体レーザダイオード。
- 前記第2光ガイド層の前記側部の厚さは10nm以上200nm以下である、ことを特徴とする請求項15に記載されたIII族窒化物半導体レーザダイオード。
- 前記閉じ込め部の材料は、酸化シリコン、窒化シリコン及び窒化アルミニウムを少なくともいずれか一つであることを特徴とする請求項14〜請求項16に記載されたIII族窒化物半導体レーザダイオード。
- 前記閉じ込め部は前記リッジ構造を埋め込んでおり、
前記閉じ込め部の材料は、AlGaN及びInAlGaNの少なくともいずれか一方を含み、
前記活性層は、前記支持基体の前記主面の法線に交差する平面に沿って延在する井戸層を含み、
前記閉じ込め部のc軸の格子定数は、前記閉じ込め部の該c軸を前記平面に射影したとき、第1の格子定数成分D1を有しており、
前記井戸層のc軸の格子定数は、前記井戸層の該c軸を前記平面に射影したとき、第2の格子定数成分D2を有しており、
前記閉じ込め部と前記活性層の井戸層との格子定数差(D1−D2)/D2が3パーセント以下である、ことを特徴とする請求項14〜請求項16に記載されたIII族窒化物半導体レーザダイオード。 - 前記閉じ込め部の厚みは50nm以上であり500nm以下である、ことを特徴とする請求項17に記載されたIII族窒化物半導体レーザダイオード。
- 前記閉じ込め部の厚みは50nm以上であり300nm以下である、ことを特徴とする請求項18に記載されたIII族窒化物半導体レーザダイオード。
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