JP5139555B2 - 窒化物半導体レーザ、及びエピタキシャル基板 - Google Patents
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Description
支持基体17がGaN基板であるとき、このGaN基板のc軸の格子定数D1(GaN)は、支持基体17の主面17aに平行な成分D1(GaN)pと支持基体17の主面17aに垂直な成分D1(GaN)nとを有する。第1p型III族窒化物半導体層27のInAlGaN層におけるc軸の格子定数D1(InAlGaN)は、支持基体17の主面17aに平行な成分D1(InAlGaN)pと支持基体17の主面17aに垂直な成分D1(InAlGaN)nとを有する。InAlGaN層における格子不整合度R1pを(D1(InAlGaN)p−D1(GaN)p)/D1(GaN)pとして規定するとき、この格子不整合度R1pは、−0.15%以上+0.2%以下である。
支持基体17がGaN基板であるとき、このGaN基板のc軸に直交する結晶軸(a軸又はm軸)の格子定数D2(GaN)は、支持基体17の主面17aに平行な成分D2(GaN)pと支持基体17の主面17aに垂直な成分D2(GaN)nとを有する。第1p型III族窒化物半導体層27のInAlGaN層のc軸に直交する結晶軸の格子定数D2(InAlGaN)は、支持基体17の主面17aに平行な成分D2(InAlGaN)pと支持基体17の主面17aに垂直な成分D2(InAlGaN)nとを有する。InAlGaN層における格子不整合度R2pを(D2(InAlGaN)p−D2(GaN)p)/D2(GaN)pとして規定するとき、この格子不整合度R2pは、−0.15%以上+0.2%以下である。なお、オフ方向が正確にa軸あるいはm軸であるとき、D2(GaN)nとD2(InAlGaN)nはゼロである。オフ方向がわずかにa軸あるいはm軸からずれたとき、D2(GaN)nとD2(InAlGaN)nはゼロに近い非常に小さい値である。
支持基体17はGaN基板であり、このGaN基板のc軸は、GaN基板のa軸及びm軸のいずれか一方の結晶軸(ここでは、m軸)に傾斜している。GaN基板のc軸の格子定数D1(GaN)は、支持基体17の主面17aに平行な成分D1(GaN)pと支持基体17の主面17aに垂直な成分D1(GaN)nとを有する。第1p型III族窒化物半導体層27のInAlGaN層におけるc軸の格子定数D1(InAlGaN)は、支持基体17の主面17aに平行な成分D1(InAlGaN)pと支持基体17の主面17aに垂直な成分D1(InAlGaN)nとを有する。このInAlGaN層における格子不整合度R1pは、(D1(InAlGaN)p−D1(GaN)p)/D1(GaN)pとして規定される。この格子不整合度R1pは、−0.15%以上0%以下である。
c軸がm軸の方向に傾斜している形態ではa軸に関して、第1p型III族窒化物半導体層27のInAlGaN層における格子不整合度R2pは、(D2(InAlGaN)p−D2(GaN)p)/D2(GaN)pとして規定される。この格子不整合度R2pは0%以上0.2%以下を満たす。ここで、D2(InAlGaN)pはD1(InAlGaN)pに直交し、D2(GaN)pはD1(GaN)pに直交する。
図4は、実施例1において作製されたIII族窒化物半導体レーザの構造を概略的に示す図面である。このIII族窒化物半導体レーザは、図5に示される工程フローに従って作製される。
図7は、実施例2において作製されたIII族窒化物半導体レーザの構造を概略的に示す図面である。実施例2における半導体レーザLD2は、半導体レーザLD1における第2クラッド層のInAlGaN層69に替えて、p型GaN層68を成長する。第2クラッド層のp型GaN層68の比抵抗は例えば3Ω・cmであり、p型GaN層68のMg濃度は例えば1×1019cm−3である。半導体レーザLD2の駆動電圧Vfは半導体レーザLD1の駆動電圧Vfより0.8ボルト低減される。半導体レーザLD2のしきい値電流は800mA〜900mA程度である。
図8は、実施例3において作製されたIII族窒化物半導体レーザの構造を概略的に示す図面である。図8の(a)部、(b)部及び(c)部を参照すると、p型クラッド領域は、発光層に接合を成すp型InAlGaN層と、このp型InAlGaN層に接合を成すGaN層とを含む。
Claims (21)
- 窒化物半導体レーザであって、
窒化ガリウム系半導体からなる主面を有する導電性の支持基体と、
前記主面の上に設けられた活性層と、
前記主面の上に設けられたp型クラッド領域と、
前記p型クラッド領域の上に設けられたp型コンタクト領域と、
前記p型コンタクト領域に接合を成すように設けられた電極と、
を備え、
前記主面は、前記窒化ガリウム系半導体のc軸方向に延在する基準軸に直交する基準面に対して傾斜し、
前記活性層は前記支持基体と前記p型クラッド領域との間に設けられ、
前記p型クラッド領域は、第1p型III族窒化物半導体層及び第2p型III族窒化物半導体層を含み、
前記第1p型III族窒化物半導体層はInAlGaN層からなり、
前記第2p型III族窒化物半導体層は該InAlGaN層の材料と異なる半導体からなり、
前記InAlGaN層は、非等方的な歪みを内包し、
前記第1p型III族窒化物半導体層は前記第2p型III族窒化物半導体層と前記活性層との間に設けられ、
前記第2p型III族窒化物半導体層の比抵抗は、前記第1p型III族窒化物半導体層の比抵抗より低く、
前記p型クラッド領域の厚さは300nm以上であり、1000nm以下であり、
前記第1及び第2p型III族窒化物半導体層は、それぞれ、厚さd1及びd2を有し、
前記第2p型III族窒化物半導体層の厚さは、0.2≦d2/(d1+d2)≦0.6を満たし、
前記p型コンタクト領域の厚さは300nm未満であり、
前記p型クラッド領域のバンドギャップエネルギは前記p型コンタクト領域のバンドギャップエネルギ以上であり、
前記第2p型III族窒化物半導体層のp型ドーパント濃度は前記p型コンタクト領域のp型ドーパント濃度より低い、窒化物半導体レーザ。 - 前記第1p型III族窒化物半導体層のバンドギャップエネルギは前記第2p型III族窒化物半導体層のバンドギャップエネルギより大きい、請求項1に記載された窒化物半導体レーザ。
- 前記第1p型III族窒化物半導体層のバンドギャップは3.47エレクトロンボルト以上であり、3.63エレクトロンボルト以下である、請求項1又は請求項2に記載された窒化物半導体レーザ。
- 前記第1及び第2p型III族窒化物半導体層にはマグネシウム(Mg)が添加されており、
前記第1p型III族窒化物半導体層のマグネシウム濃度は前記第2p型III族窒化物半導体層のマグネシウム濃度より小さい、請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。 - 前記第1p型III族窒化物半導体層のマグネシウム濃度は8×1017cm−3以上であり、2×1019cm−3以下である、請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。
- 前記支持基体の前記主面と前記基準軸との成す角度は、10度以上80度以下又は100度以上170度以下である、請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。
- 前記支持基体の前記主面と前記基準軸との成す角度は、63度以上80度以下又は100度以上117度以下である、請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。
- 前記p型クラッド領域のバンドギャップエネルギは前記p型コンタクト領域のバンドギャップエネルギより大きい、請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。
- 前記第2p型III族窒化物半導体層は、歪みを内包するInAlGaN層である、請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。
- 前記第2p型III族窒化物半導体層は、歪みを内包するAlGaN層である、請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。
- 前記第2p型III族窒化物半導体層は、歪みを内包するInAlGaN層及び歪みを内包するAlGaN層のいずれか一方である、請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。
- 前記第2p型III族窒化物半導体層はGaN層からなる、請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。
- 前記活性層は、480nm以上550nm以下の光を発生するように設けられる、請求項1〜請求項12のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。
- 前記活性層と前記支持基体との間に設けられたn側InGaN光ガイド層と、
前記活性層と前記p型クラッド領域との間に設けられたp側InGaN光ガイド層と、
を更に備え、
前記n側InGaN光ガイド層の厚さは、前記p側InGaN光ガイド層の厚さより大きい、請求項1〜請求項13のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。 - 前記活性層と前記支持基体との間に設けられたn側InGaN光ガイド層と、
前記活性層と前記p型クラッド領域との間に設けられたp側InGaN光ガイド層と、
を更に備え、
前記n側InGaN光ガイド層のインジウム組成は、前記p側InGaN光ガイド層のインジウム組成より大きい、請求項1〜請求項14のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。 - 前記活性層と前記支持基体との間に設けられたn側InGaN光ガイド層と、
前記活性層と前記p型クラッド領域との間に設けられたp側InGaN光ガイド層と、
を更に備え、
前記n側InGaN光ガイド層のインジウム組成は0.04以上である、請求項1〜請求項15のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。 - 前記活性層と前記支持基体との間に設けられたn側InGaN光ガイド層と、
前記活性層と前記p型クラッド領域との間に設けられたp側InGaN光ガイド層と、
を更に備え、
前記n側InGaN光ガイド層の厚さと前記n側InGaN光ガイド層のインジウム組成との積は、前記p側InGaN光ガイド層の厚さと前記p側InGaN光ガイド層とのインジウム組成の積より大きく、
前記n側InGaN光ガイド層の厚さと前記n側InGaN光ガイド層のインジウム組成の積は2以上10以下であり、ここで、前記n側InGaN光ガイド層の厚さの単位はnmで表され、前記n側InGaN光ガイド層のインジウム組成はIII族構成元素に対するモル比で表される、請求項1〜請求項16のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。 - 前記c軸は、前記窒化ガリウム系半導体のa軸及びm軸のいずれか一方の結晶軸に傾斜しており、
前記支持基体はGaN基板であり、前記GaN基板のc軸の格子定数D1(GaN)は、前記支持基体の前記主面に平行な成分D1(GaN)pと前記支持基体の前記主面に垂直な成分D1(GaN)nとを有し、
前記InAlGaN層におけるc軸の格子定数D1(InAlGaN)は、前記支持基体の前記主面に平行な成分D1(InAlGaN)pと前記支持基体の前記主面に垂直な成分D1(InAlGaN)nとを有し、
前記InAlGaN層における格子不整合度R1pは、(D1(InAlGaN)p−D1(GaN)p)/D1(GaN)pにより規定され、
前記格子不整合度R1pは、−0.15%以上+0.2%以下である、請求項1〜請求項17のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。 - 前記c軸は、前記窒化ガリウム系半導体のa軸及びm軸のいずれか一方の結晶軸に傾斜しており、
前記支持基体はGaN基板であり、前記GaN基板のc軸に直交する結晶軸の格子定数D2(GaN)は、前記支持基体の前記主面に平行な成分D2(GaN)pと前記支持基体の前記主面に垂直な成分D2(GaN)nとを有し、
前記InAlGaN層のc軸に直交する結晶軸の格子定数D2(InAlGaN)は、前記支持基体の前記主面に平行な成分D2(InAlGaN)pと前記支持基体の前記主面に垂直な成分D2(InAlGaN)nとを有し、
前記InAlGaN層における格子不整合度R2pは、(D2(InAlGaN)p−D2(GaN)p)/D2(GaN)pにより規定され、
前記格子不整合度R2pは、−0.15%以上+0.2%以下である、請求項1〜請求項17のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。 - 前記c軸は、前記窒化ガリウム系半導体のa軸及びm軸のいずれか一方の結晶軸に傾斜しており、
前記支持基体はGaN基板であり、
前記GaN基板のc軸の格子定数D1(GaN)は、前記支持基体の前記主面に平行な成分D1(GaN)pと前記支持基体の前記主面に垂直な成分D1(GaN)nとを有し、
前記InAlGaN層におけるc軸の格子定数D1(InAlGaN)は、前記支持基体の前記主面に平行な成分D1(InAlGaN)pと前記支持基体の前記主面に垂直な成分D1(InAlGaN)nとを有し、
前記InAlGaN層における格子不整合度R1pは、(D1(InAlGaN)p−D1(GaN)p)/D1(GaN)pにより規定され、
前記格子不整合度R1pは、−0.15%以上0%以下であり、
前記a軸及びm軸のいずれか他方の結晶軸に関して、前記InAlGaN層における格子不整合度R2pは、(D2(InAlGaN)p−D2(GaN)p)/D2(GaN)pにより規定され、
前記格子不整合度R2pは、0%以上0.2%以下を満たし、
前記D2(InAlGaN)pは前記D1(InAlGaN)pに直交し、
前記D2(GaN)pは前記D1(GaN)pに直交する、請求項1〜請求項17のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。 - 窒化物半導体レーザのためのエピタキシャル基板であって、
窒化ガリウム系半導体からなる主面を有する基板と、
前記主面の上に設けられた活性層と、
前記主面の上に設けられたp型クラッド領域と、
前記p型クラッド領域の上に設けられたp型コンタクト領域と、
を備え、
前記主面は、前記窒化ガリウム系半導体のc軸方向に延在する基準軸に直交する基準面に対して傾斜し、
前記活性層は前記基板と前記p型クラッド領域との間に設けられ、
前記p型クラッド領域は、第1p型III族窒化物半導体層及び第2p型III族窒化物半導体層を含み、
前記第1p型III族窒化物半導体層はInAlGaN層からなり、
前記第2p型III族窒化物半導体層は該InAlGaN層の材料と異なる半導体からなり、
前記InAlGaN層は、非等方的な歪みを内包し、
前記第1p型III族窒化物半導体層は前記第2p型III族窒化物半導体層と前記活性層との間に設けられ、
前記第2p型III族窒化物半導体層の比抵抗は、前記第1p型III族窒化物半導体層の比抵抗より低く、
前記p型クラッド領域の厚さは300nm以上であり、1000nm以下であり、
前記第1及び第2p型III族窒化物半導体層は、それぞれ、厚さd1及びd2を有し、
前記第2p型III族窒化物半導体層の厚さは、0.2≦d2/(d1+d2)≦0.6を満たし、
前記p型コンタクト領域の厚さは300nm未満であり、
前記p型クラッド領域のバンドギャップエネルギは前記p型コンタクト領域のバンドギャップエネルギ以上であり、
前記第2p型III族窒化物半導体層のp型ドーパント濃度は前記p型コンタクト領域のp型ドーパント濃度より低い、エピタキシャル基板。
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