JPH06283825A - 窒化ガリウム系化合物半導体レーザダイオード - Google Patents
窒化ガリウム系化合物半導体レーザダイオードInfo
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Abstract
ドにおけるレーザ発振をし易くすると共に閾値電流を下
げること。 【構成】 サファイア基板11上には、 AlN層12、
Si ドープn型 GaN層(n層)13、Si ドープn型
AlGaN層(n層)14、Si ドープn型 GaN層1
5、アンドープAlGaN層16、Mg ドープp型AlGa
N層(p層)17及びMg ドープp型 GaN層(p層)
18が順次積層され形成されている。又、上記 GaN層
13及び GaN層18とにはそれぞれ金属電極13a,
18aが形成されている。この構成によれば、AlGaN
層17からの不純物Mg の拡散をアンドープAlGaN層
16にて吸収して防止できる。これにより、本発明の半
導体レーザダイオードは、不安定な高エネルギー状態が
作り易くなり誘導放出を利用したレーザ発振がし易くな
ると共にその閾値電流を下げることができる。
Description
半導体レーザダイオードの成膜中における拡散防止構造
に関する。
ァイア基板を用いた窒化ガリウム系化合物半導体レーザ
ダイオード10は、図2の模式図に示したような積層さ
れた結晶成長膜構造である。サファイア基板1上には、
AlN層2、Si ドープn型 GaN層(n層)3、Si
ドープn型AlGaN層(n層)4、Si ドープn型 Ga
N層5、Mg ドープp型AlGaN層(p層)6及びMg
ドープp型 GaN層(p層)7が順次積層され形成され
ている。この積層された結晶成長膜では、活性層である
Si ドープn型 GaN層5とMg ドープp型AlGaN層
(p層)6とが隣合って形成されている。
おいて、Mg ドープAlGaN層から活性層であるSi ド
ープGaN層 中にMg が拡散するという現象がある。こ
のMg は、活性層内ではアクセプタ(半導体の電子受容
体)として働くため、電流注入を行った場合の発光は、
主として、D(ドナー)−A(アクセプタ)間のペア発
光が支配的となる。すると、バンド間遷移の発光は僅か
となるため、レーザ発振に至らない又は閾値電流がかな
り高くなってしまうという問題があった。
されたものであり、その目的とするところは、窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザダイオードにおけるレーザ発
振をし易くすると共に閾値電流を下げることである。
の発明の構成は、n型導電性を示す窒化ガリウム系化合
物半導体(AlYGa1-YN:0≦Y≦1)から成るn層
と、p型導電性を示す窒化ガリウム系化合物半導体(A
lYGa1-YN:0≦Y≦1)から成るp層と、前記n層と
前記p層との間にアンドープの窒化ガリウム系化合物半
導体(AlxGa1-xN:0≦X≦Y≦1)から成る拡散防
止層とを有することを特徴とする。
れた物質はn層の方向に拡散しようとするが、そのp層
に隣接したアンドープ(不純物のドーピングなし)の窒
化ガリウム系化合物半導体から成る拡散防止層に吸収さ
れることとなる。このため、p層とn層とは完全に分離
され、D(ドナー)−A(アクセプタ)ペアの発光確率
を少なくすることが可能となる。これにより、本発明の
窒化ガリウム系化合物半導体レーザダイオードは、不安
定な高エネルギー状態が作り易くなり誘導放出を利用し
たレーザ発振がし易くなると共にその閾値電流を下げる
ことができる。
明する。図1は本発明に係るサファイア基板を用いた窒
化ガリウム系化合物半導体レーザダイオード100の構
造を示した模式図である。サファイア基板11上には、
AlN層12、Si ドープn型 GaN層(n層)13、
Si ドープn型AlYGa1-YN層(n層)14、Si ドー
プn型 GaN層15、アンドープAlxGa1-xN層16、
Mg ドープp型AlYGa1-YN層(p層)17及びMg ド
ープp型 GaN層(p層)18が順次積層され形成され
ている。尚、上記X,Yの化学量論は、0≦X≦Y≦1
である。又、13a,18aはSi ドープn型 GaN層
(n層)13及びMg ドープp型 GaN層(p層)18
とにそれぞれ形成された金属電極である。
尚、本実施例の半導体レーザダイオード用単結晶の作製
には横型有機金属化合物気相成長装置を用いた。(00
01)面を結晶成長面とするサファイア基板11を有機
洗浄の後、結晶成長装置の結晶成長部に設置する。成長
炉を真空排気の後、水素(H2)を供給し1200℃程度まで
昇温する。これによりサファイア基板11の表面に付着
していた炭化水素系ガスがある程度取り除かれる。
程度まで降温し、トリメチルアルミニウム〔Al(CH3)
3〕 (以下、TMAという)及びアンモニア(NH3)を
供給して、サファイア基板11上に50nm程度の膜厚を持
つ AlN層12を形成する。次に、TMAの供給のみを
止め、基板温度を1150℃まで上げ、トリメチルガリウム
〔Ga(CH3)3〕 (以下、TMGという)及びシラン
(SiH4)及びNH3を供給し、厚さ2000nmのSi ドー
プn型 GaN層(n層)13を成長する。次に、基板温
度を1150℃に保持して、TMG及びSiH4及びNH3 の
供給にTMAを加え、厚さ 400nmのSi ドープn型AlY
Ga1-YN層(n層)14を成長する。
を1150℃に保持したまま、TMG、SiH4及びNH3 を
供給し、厚さ 400nmのSi ドープn型 GaN層(n層)
15を成長する。次に、基板温度を1150℃に保持したま
ま、SiH4の供給を止め、TMG及びNH3 の供給にT
MAを加え、厚さ 200nm未満のアンドープAlxGa1-xN
層16を成長する。次に、基板温度を1150℃に保持した
まま、TMA、TMG及びNH3 の供給にビスシクロペ
ンタディエニルマグネシウム(Cp2Mg)を加え、厚さ 4
00nmのMgドープp型AlYGa1-YN層(p層)17を成
長する。次に、TMAの供給のみを止め、基板温度を11
50℃に保持したまま、Cp2Mg、TMG及びNH3 を供
給し、厚さ 200nmのMg ドープp型 GaN層(p層)1
8を成長する。
8上にEB(Electron Beam) 蒸着により厚さ 500nmのS
iO2絶縁膜19を形成した後、バッファードフッ酸を用
いて部分的にSiO2絶縁膜19を除去し幅10μm のスト
ライプ部分を形成する。このストライプ部分のMg ドー
プp型 GaN層(p層)18と上記Si ドープn型 Ga
N層(n層)13とにそれぞれ金属電極18a,13a
を形成する。
プp型AlYGa1-YN層(p層)17に電子線照射処理を
行う。典型的な電子線照射処理条件は、電子線加速電
圧:15KV,エミッション電流: 120μA以上,電子線
スポット径:φ60μm ,試料温度: 297Kである。
化合物半導体レーザダイオード100は、Mg ドープp
型AlYGa1-YN層(p層)17からの不純物Mg の拡散
をアンドープAlxGa1-xN層16にて吸収して防止でき
る。このため、活性層であるSi ドープn型 GaN層
(n層)15とクラッド層であるMg ドープp型AlYG
a1-YN層(p層)17とが分離できる。従って、本発明
の窒化ガリウム系化合物半導体レーザダイオードは、不
安定な高エネルギー状態が作り易くなり誘導放出を利用
したレーザ発振がし易くなると共にその閾値電流を下げ
ることができる。
系化合物半導体レーザダイオードの構造を示した模式図
である。
オードの構造を示した模式図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 n型導電性を示す窒化ガリウム系化合物
半導体(AlYGa1-YN:0≦Y≦1)から成るn層と、 p型導電性を示す窒化ガリウム系化合物半導体(AlYG
a1-YN:0≦Y≦1)から成るp層と、 前記n層と前記p層との間にアンドープの窒化ガリウム
系化合物半導体(AlxGa1-xN:0≦X≦Y≦1)から
成る拡散防止層とを有することを特徴とする窒化ガリウ
ム系化合物半導体レーザダイオード。
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