PL217437B1 - Dioda laserowa i sposób wytwarzania diody laserowej - Google Patents

Dioda laserowa i sposób wytwarzania diody laserowej

Info

Publication number
PL217437B1
PL217437B1 PL388149A PL38814909A PL217437B1 PL 217437 B1 PL217437 B1 PL 217437B1 PL 388149 A PL388149 A PL 388149A PL 38814909 A PL38814909 A PL 38814909A PL 217437 B1 PL217437 B1 PL 217437B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
layer
gaoxn1
laser diode
cover layer
type
Prior art date
Application number
PL388149A
Other languages
English (en)
Other versions
PL388149A1 (pl
Inventor
Piotr Perlin
Marcin Sarzyński
Katarzyna Holc
Michał Leszczyński
Robert Czernecki
Tadeusz Suski
Michał Boćkowski
Izabella Grzegory
Bolesław Łucznik
Original Assignee
Inst Wysokich Ciśnień Polskiej Akademii Nauk
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 Inst Wysokich Ciśnień Polskiej Akademii Nauk filed Critical Inst Wysokich Ciśnień Polskiej Akademii Nauk
Priority to PL388149A priority Critical patent/PL217437B1/pl
Priority to US13/261,057 priority patent/US20120147915A1/en
Priority to EP10728441.6A priority patent/EP2438663B1/en
Priority to PCT/PL2010/050018 priority patent/WO2010140909A1/en
Publication of PL388149A1 publication Critical patent/PL388149A1/pl
Publication of PL217437B1 publication Critical patent/PL217437B1/pl

Links

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
    • H01S5/323—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/32308—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm
    • H01S5/32341—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm blue laser based on GaN or GaP
    • 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
    • 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
    • H01S5/2009—Confining in the direction perpendicular to the layer structure by using electron barrier 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
    • 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
    • H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/3202—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures grown on specifically orientated substrates, or using orientation dependent growth
    • H01S5/320275—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures grown on specifically orientated substrates, or using orientation dependent growth semi-polar orientation
    • 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

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

Przedmiotem wynalazku jest dioda laserowa na bazie stopu AIInGaN oraz sposób wytwarzania takiej diody laserowej.
Współczesne laserowe diody półprzewodnikowe wytwarzane są z reguły jako przyrządy o rozdzielonym ograniczeniu nośników i modu elektromagnetycznego. Struktura taka nosi angielską nazwę Separate Confinement Heterostructure. Na podłożu z monokryształu np. z GaAs, InP Iub GaN wytworzą się sekwencje cienkich warstw półprzewodników, co opisano na m.in. w publikacji L.A. Coldren,
S. W. Corzine, „Diode Lasers and Photonic Integrated Circuits” (Wiley Series in Microwave and Optical Engineering). Warstwą aktywną takich przyrządów są studnie kwantowe ograniczone kwantowymi barierami, a mod elektromagnetyczny propaguje się w światłowodzie zbudowanym z warstw o wysokim współczynniku załamania otaczających część aktywną lasera, ograniczonym przez warstwy o niskim współczynniku załamania. W dalszej części niniejszego opisu określenie „światłowód lasera” odnosić się będzie wyłącznie do kierunku poprzecznego (transversal), zgodnego z kierunkiem wzrostu struktury. Modem elektromagnetycznym lub po prostu modem będzie dalej nazywany konkretny przestrzenny rozkład pola będący rozwiązaniem równania falowego w światłowodzie. Ograniczenie boczne może być uzyskane w jakikolwiek inny sposób (index guiding, gain guiding, mesa, buried ridge) bez wpływu na ogólność prowadzonego poniżej rozumowania. Warstwa blokującą ucieczkę elektronów nie musi występować we wszystkich konstrukcjach. W przypadku laserów na bazie azotków metali grupy III, emitujących światło w zakresie 400-500 nm, wspomniane wyżej warstwy są realizowane w charakterystyczny sposób opisany m.in. w publikacji S. Nakamura, J. Mater. Res. 14, 2716 (1999) oraz w opisie patentowym US 6,838,693 B2. Jako podłoże stosuje się krystaliczny azotek galu o grubości od 50 do 200 μm. Warstwy okładkowe są zbudowane z azotku galowo-glinowego AlxGa1-xN dla którego x zawiera się w przedziale od 0,05 do 0,12 i grubości od 0,5 do 5 μm. Dolna warstwa okładkowa jest domieszkowana krzemem na poziomie 5 x 1018cm-3. Górna warstwa okładkowa zwykle do19 -3 20 -3 mieszkowana jest magnezem na poziomie od 5 x 1019cm-3 do 1 x 1020cm-3. Warstwy światłowodowe wykonane są zwykle z azotku galu i mają grubości od 0,05 do 0,15 pm. Dolna warstwa światłowodowa może być domieszkowana krzemem a górna warstwa światłowodowa może być domieszkowana magnezem. Obie warstwy światłowodowe mogą być również nie domieszkowane. Warstwa blokująca elektrony zbudowana jest z AlxGa1-xN, dla którego x mieści się w zakresie od 0 do 0,3. Warstwa stanowiąca studnię kwantową w przypadku laserów o emisji w zakresie 400-500 nm jest zbudowana z InxGa1-xN, dla którego x mieści się w zakresie od 0 do 0,3, i ma grubość pomiędzy od 2 do 10 nm. Górna warstwa okładkowa zbudowana jest z AlxGa1-xN, dla którego x mieści się w zakresie od 0,09 do 0,35 i ma grubość od 8 do 30 nm. W laserach podczerwonych wykonywanych na podłożu z GaAs światłowód wykonany jest z warstw GaAs i okładek z AIGaAs o wysokiej zawartości aluminium. Wysoki skład aluminium zapewnia relatywnie wysoki kontrast współczynnika załamania pomiędzy rdzeniem z GaAs i okładkami z AIGaAs. Przykładowo laser emitujący promieniowanie podczerwone o długości fali ok. 900 nm, używający okładek o składzie 50% aluminium posiada kontrast współczynnika załamania pomiędzy falowodem z GaAs i okładkami z AIGaAs około 9%. Zaletą systemu GaAs AIAs jest to że oba związki posiadają bardzo zbliżone stałe sieci (różnica 0,2%). W związku z tym cała struktura może być wolna od naprężeń. Odmienną sytuację spotykamy w strukturach na azotku galu. AIGaN, który pełni rolę okładek światłowodu jest niedopasowany sieciowo do podłoża z azotku galu (niedopasowanie sieciowe pomiędzy GaN i AIN wynosi 2,5%). Konsekwencją tego jest pojawienie się w warstwach AIGaN silnych naprężeń rozciągających. Jeśli przekroczona zostanie pewna kombinacja grubości i składu warstwy, następuje relaksacja naprężeń. Ta relaksacja następuje na drodze makroskopowego pękania struktury lub/i generacji dyslokacji niedopasowania. Maksymalną grubość i skład AIGaN można wydedukować z danych literaturowych np. z artykułu: „Elimination of AIGaN epilayer cracking by spatially patterned AIN mask” Marcin Sarzyński et al. Appi. Phys. Lett. 88, 121124 (2006), z którego wynika, że uzyskanie np. 40% warstwy AIGaN o grubości jednego mikrona, bez pęknięć i innych defektów strukturalnych jest niemożliwe. Dodatkowym problemem występującym w laserach azotkowych, będącym konsekwencją słabego wertykalnego ograniczenia modu, jest jego wnikanie do podłoża GaN. Azotek galu tworzy zarówno rdzeń falowodu jak i podłoże, istnieje więc silna tendencja do wycieku części modu do podłoża, a tym samym do znacznego ograniczenia współczynnika Γ oznaczającego przekrycie modu z obszarem wzmocnienia. Aby tego uniknąć, w najlepszych laserach azotkowych stosuje się grube dolne okładki AIGaN, np. 2 μm, AIGaN o składzie 5%. Z artykułu Appl. Phys. Lett. 88, 121124 (2006) wynika, że tego typu warstwa nie powinna być popękana, ale i tak ilość
PL 217 437 B1 energii sprężystej zakumulowanej w warstwie musi prowadzić do makroskopowego wygięcia całej struktury co ma niezwykle niekorzystny wpływ na możliwość processingu laserowego struktury.
Celem wynalazku było stworzenie struktury laserowej o lepszych parametrach optoelektrycznych takich jak prąd progowy oraz o polepszonej jakości strukturalnej prowadzącej do lepszych charakterystyk niezawodnościowych.
Cel ten realizuje dioda laserowa na bazie stopu AIInGaN, składająca się z dolnej warstwy okładkowej o przewodnictwie elektrycznym typu n, dolnej warstwy światłowodowej o przewodnictwie elektrycznym typu n, warstwy emitującej światło, warstwy blokującej elektrony o przewodnictwie elektrycznym typu p, górnej warstwy światłowodu, górnej warstwy okładkowej o przewodnictwie elektrycznym typu p oraz z warstwy podkontaktowej domieszkowanej akceptorami powyżej koncentracji
-3
1020cm-3. Dioda taka charakteryzuje się dolną warstwą okładkową typu n wykonaną ze stopu GaOxN1-x, w którym x>0,0005.
W jednym z wariantów diody laserowej według wynalazku materiał dolnej warstwy okładkowej posiada współczynnik załamania co najmniej o jeden procent mniejszy (dla długości fali 405 nm) od współczynnika załamania materiału budującego dolną i górną warstwę światłowodową.
W innym wariancie diody laserowej według wynalazku grubość dolnej warstwy okładkowej wynosi co najmniej 10 pm.
W kolejnym wariancie diody laserowej według wynalazku zawiera ona pierwszą warstwę dodatkową o grubości mniejszej niż 0,8 pm, zbudowaną ze stopu AIyGa1-YN dla którego 0<y<0,1 i ulokowaną pomiędzy dolną warstwą okładkową a dolną warstwą światłowodową.
W kolejnym wariancie diody laserowej według wynalazku zawiera ona dwie warstwy dodatkowe, drugą i trzecią, ulokowane poniżej dolnej warstwy okładkowej. Bezpośrednio pod dolną warstwą okładkową znajduje się druga warstwa dodatkowa o grubości od 100 do 400 pm z azotku galu, a bezpośrednio pod nią znajduje się trzecia warstwa dodatkowa o grubości od 2 do 100 pm wykonana z GaOxN1-x, w którym x>0,0005.
W jeszcze innym wariancie diody według wynalazku druga i trzecia warstwa dodatkowa mają 7 -2 gęstość dyslokacji mniejszą niż 1 x 107 cm-2.
Sposób wytwarzania diody laserowej na bazie stopu AIInGaN według wynalazku polega na epitaksjalnym wytwarzaniu struktury warstwowej składającej się co najmniej z dolnej warstwy okładkowej o przewodnictwie elektrycznym typu n zawierającej co najmniej jedną warstwę z GaOxN1-x, w którym x>0,0005, dolnej warstwy światłowodowej o przewodnictwie elektrycznym typu n, warstwy emitującej światło, warstwy blokującej elektrony o przewodnictwie elektrycznym typu p, górnej warstwy światłowodu, górnej warstwy okładkowej o przewodnictwie elektrycznym typu p i z warstwy podkontaktowej
-3 domieszkowanej akceptorami powyżej koncentracji 1020cm-3. Sposób ten charakteryzuje się tym, że warstwę z GaOxN1-x wykonuje się metodą wysokociśnieniową z roztworu azotu w galu przy ciśnieniu powyżej 800 MPa.
W jednym z wariantów sposobu według wynalazku dolną warstwę okładkową wykonuje się jako strukturę trójwarstwową. Struktura ta zawiera dwie warstwy z GaOxN1-x naniesione metodą wysokociśnieniową z roztworu azotu w galu przy ciśnieniu powyżej 800 MPa na środkowej warstwie z azotku galu o grubości od 100 do 400 pm.
W innym wariancie sposobu według wynalazku w wykonywanej strukturze trójwarstwowej dolnej warstwy okładkowej górna warstwa z GaOxN1-x ma grubość co najmniej 10 pm, a dolna warstwa z GaOxN1-x ma grubość od 2 do 100 pm.
Wynalazek całkowicie eliminuje wypływ modu do podłoża, a co za tym idzie polepsza współczynnik optycznego przykrycia Γ oraz polepsza płaskość powierzchni prowadzącą do łatwiejszego processingu przyrządowego oraz obniżenia liczby defektów strukturalnych w laserze dzięki redukcji niedopasowania sieciowego pomiędzy materiałem dolnej okładki światłowodu a materiałami pozostałych warstw w tym warstw światłowodowych.
Wynalazek został przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1, fig. 2 i fig. 3 przedstawiają schematycznie trzy warianty struktury laserowej według wynalazku, zaś fig. 4 i fig. 5 przedstawiają dwie charakterystyki optyczne diód laserowych według wynalazku.
Poniżej przedstawiono trzy przykładowe struktury laserowe diód laserowych według wynalazku oraz sposoby ich wykonania.
P r z y k ł a d 1
Dioda laserowa o obniżonym prądzie progowym wytworzona na jednorodnym podłożu GaOxA/1-x uzyskanym ze wzrostu wysokociśnieniowego o strukturze przedstawionej na fig. 1.
PL 217 437 B1
W pierwszym etapie wykonano podłoże GaO0,005N0,9995 metodą wzrostu z roztworu azotu w galu przy ciśnieniu 1000 MPa i temperaturze 1500°C. Otrzymany kryształ przecięto i wypolerowano tak aby utworzył płytkę płaskorównoległą o typowej grubości 150-350 pm. Powierzchnia o polarności galowej tego kryształu miała po odpowiednim wypolerowaniu mechanochemicznym gładkość atomową, objawiającą się stopniami atomowymi w obrazie Mikroskopu Sił Atomowych. Powierzchnia kryształu była zdezorientowana co najmniej o 0,5° kątowego w stosunku do kierunku osi krystalograficznej c heksagonalnej struktury GaN (wurcytu). Podłoże to oznaczono numerem 1 na fig. 1. Następnie podłoże 1 umieszczono w reaktorze MOVPE gdzie w temperaturze około 1050°C wykonano warstwę 2a z Ga0,92AI0,08N o grubości 600 nm domieszkowanego krzemem do poziomu 5 x 1018cm-3. Następnie w tej samej temperaturze wytworzono warstwę 3a niedomieszkowanego GaN o grubości około 100 nm pełniąca rolę dolnego falowodu. Po obniżeniu temperatury do 820°C wykonano obszar wielostudni kwantowej ln0,1Ga0,9N/ln0,01Ga0,99N, przy czym liczba powtórzeń wielostudni wynosiła trzy (warstwy 4a, 5 i 4b wykonano trzykrotnie). Następnie po podwyższeniu temperatury reaktora do poziomu 1050°C wykonano z AI0,12Ga0,88N:Mg warstwę blokującą ucieczkę elektronów 6. Potem wytworzono niedomieszkowaną warstwę GaN tworzącą górny falowód 3b. Kolejną warstwą była górna warstwa okładkowa 2b z AI0,08Ga0,92N o grubości 350 nm. Wzrost struktury zakończono na cienkiej warstwie pod
-3 kontaktowej 7 z GaN:Mg o koncentracji magnezu większej niż 1020cm-3. Po zakończeniu wzrostu struktury schłodzono reaktor w atmosferze azotu. Następnie na powierzchnie struktury laserowej naniesiono warstwy metaliczne tworzące kontakty do strony n i p kryształu w taki sposób, że górny kontakt miał kształt paska o długości z przedziału od 300 do 2000 pm i szerokości z przedziału od 1 do 100 pm. Wygrzewanie kontaktów następowało w temperaturach niższych niż 390°C. Laser może mieć wytrawiony grzbiet (mesa) o wysokości od 300-450 nm w celu polepszenia lokalizacji bocznej modu elektromagnetycznego. Dzięki zastosowaniu podłoża GaOxN1-x obniżono gęstość prądu progowego o około 30% (zob. fig 4, A - dioda według wynalazku, B - dioda znana). Poprawie uległ również obraz pola bliskiego i dalekiego wskazując na eliminację wycieku modu do podłoża.
P r z y k ł a d 2
Dioda laserowa o obniżonym prądzie progowym wytworzona na jednorodnym podłożu GaOxN1-x uzyskanym ze wzrostu wysokociśnieniowego i o strukturze przedstawionej na fig. 2.
W pierwszym etapie wykonano i obrobiono podłoże 1 z GaOxN1-x w sposób opisany w przykładzie 1. Następnie podłoże 1 umieszczono w reaktorze MOVPE, gdzie w temperaturze około 1050°C wytworzono warstwę niedomieszkowanego GaN o grubości około 100 nm, pełniącą rolę dolnego falowodu 3a. Po obniżeniu temperatury reaktora do poziomu 820°C wykonano obszar wielostudni kwantowej ln0,1Ga0,9N/ln0,01Ga0,99N przy czym liczba powtórzeń wielostudni wynosi trzy (warstwy 4a, 5 i 4b wykonano trzykrotnie). Następnie podwyższono temperaturę reaktora do 1050°C i wykonano z AI0,12Ga0,88N:Mg warstwę blokującą ucieczkę elektronów 6. Na warstwie 6 wytworzono niedomieszkowaną warstwę GaN tworząca górny falowód 3b. Kolejną warstwą była górna warstwa okładkowa 2b z AI0,08Ga0,92N o grubości 350 nm. Wzrost struktury zakończono wytworzeniem cienkiej warstwy pod20 -3 kontaktowej 7 z GaN:Mg o koncentracji magnezu większej niż 1020cm-3. Po zakończeniu wzrostu tej struktury nastąpiło schłodzenie reaktora w atmosferze azotu. Kontakty metaliczne do strony n i p kryształu wykonano tak samo jak w przykładzie 1. I w tym przypadku laser może mieć wytrawiony grzbiet (mesa) o wysokości od 300-450 nm w celu polepszenia lokalizacji bocznej modu elektromagnetycznego.
P r z y k ł a d 3
Dioda laserowa o obniżonym prądzie progowym wytworzona na złożonym podłożu GaOxN1-x uzyskanym ze wzrostu wysokociśnieniowego o strukturze przedstawionej na fig. 3.
W pierwszym etapie wykonywania struktury lasera zsyntezowano metodą HVPE w temperaturze 1050°C kryształ GaN domieszkowany krzemem do poziomu 5 x 1018cm-3. Płaszczyznę wzrostu tego kryształu przygotowano w sposób opisany w przykładzie pierwszym i na fig. 3 oznaczono numerem 1b. Takie podłoże 1b wprowadzono do reaktora ciśnieniowego, gdzie metodą wzrostu z roztworu azotu w galu przy ciśnieniu 1000 MPa i temperaturze 1500°C wytworzono po obu stronach zarodka HVPE warstwy (1a i 1c) z GaO0,005N0,995. Po mechanochemicznym wypolerowaniu warstw 1a i 1c podłoże (1a, 1b, 1c) umieszczono w reaktorze MOVPE, gdzie w temperaturze około 1050°C wykonano warstwę 2a z Ga0,92AI0,88N o grubości 600 nm i domieszkowanego krzemem do poziomu 5 x 1018cm-3. Następnie w tej samej temperaturze wytworzono warstwę niedomieszkowanego GaN o grubości około 100 nm pełniąca rolę dolnego falowodu 3a. Po obniżeniu temperatury do 820°C wykonano obszar wielostudni kwantowej In0,1Ga0,9N/ln0,01Ga0,99N, przy czym liczba powtórzeń wielostudni wynosiła trzy
PL 217 437 B1 (warstwy Aa, 5 i 4b wykonywano trzykrotnie). Następnie podwyższono temperaturę reaktora do 1050°C i wykonano z AI0,12Ga0,88N:Mg warstwę blokującą ucieczkę elektronów 6, na której z kolei wytworzono niedomieszkowaną warstwę GaN tworzącą górny falowód 3b. Kolejną warstwą była górna warstwa okładkowa 2b z Al0,08Ga0,92N o grubości 350 nm. Wzrost struktury zakończono wykonaniem 20 -3 cienkiej warstwy podkontaktowej 7 z GaN:Mg o koncentracji magnezu większej niż 1020cm-3. Po zakończeniu wzrostu struktury schłodzono reaktor w atmosferze azotu. Kontakty metaliczne do strony n i p kryształu wykonano tak samo jak w przykładzie 1. Także w tym przypadku laser może mieć wytrawiony grzbiet (mesa) o wysokości od 300-450 nm w celu polepszenia lokalizacji bocznej modu elektromagnetycznego. Dzięki zastosowaniu podłoża GaOxN1-x obniżono gęstość prądu progowego o około 25% (zob. fig 5, A - dioda według wynalazku, B - dioda znana). Poprawie uległ również obraz pola bliskiego i dalekiego wskazując na eliminację wycieku modu do podłoża.

Claims (9)

1. Dioda laserowa na bazie stopu AIInGaN, składająca się z dolnej warstwy okładkowej o przewodnictwie elektrycznym typu n, dolnej warstwy światłowodowej o przewodnictwie elektrycznym typu n, warstwy emitującej światło, warstwy blokującej elektrony o przewodnictwie elektrycznym typu p, górnej warstwy światłowodu, górnej warstwy okładkowej o przewodnictwie elektrycznym typu p i warstwy 20 -3 podkontaktowej domieszkowanej akceptorami powyżej koncentracji 1020cm-3, znamienna tym, że dolna warstwa okładkowa typu n (1) wykonana jest ze stopu GaOxN1-x w którym x>0,0005.
2. Dioda laserowa według zastrz. 1, znamienna tym, że materiał dolnej warstwy okładkowej (1) posiada współczynnik załamania co najmniej o jeden procent mniejszy (dla długości fali 405 nm) od współczynnika załamania materiału budującego dolną (2) i górną warstwę światłowodową (6).
3. Dioda laserowa, według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że grubość dolnej warstwy okładkowej (1) wynosi co najmniej 10 pm.
4. Dioda laserowa według zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienna tym, że zawiera pierwszą warstwę dodatkową (2a) o grubości mniejszej niż 0,8 pm, zbudowaną ze stopu AlyGa1-yN dla którego 0<y<0,1 i ulokowaną pomiędzy dolną warstwą okładkową (1) a dolną warstwą światłowodową (2).
5. Dioda laserowa według zastrz. 1 albo 2 albo 3 albo 4 albo 5, znamienna tym, że zawiera dwie warstwy dodatkowe, drugą (1b) i trzecią (1c), ulokowane poniżej dolnej warstwy okładkowej (1a), przy czym bezpośrednio pod dolną warstwą okładkową (1a) znajduje się druga warstwa dodatkowa (1b) o grubości od 100 do 400 pm z azotku galu, a bezpośrednio pod nią znajduje się trzecia warstwa dodatkowa (1c) o grubości od 2 do 100 pm wykonana z GaOxN1-x, w którym x>0,0005.
6. Dioda laserowa według zastrz. 5, znamienna tym, że druga i trzecia (1a, 1c) warstwa dodat7 -2 kowa mają gęstość dyslokacji mniejszą niż 1x107cm-2.
7. Sposób wytwarzania diody laserowej na bazie stopu AIInGaN, polegający na epitaksjalnym wytwarzaniu struktury warstwowej składającej się co najmniej z dolnej warstwy okładkowej o przewodnictwie elektrycznym typu n zawierającej co najmniej jedną warstwę z GaOxN1-x (1a, 1c), w którym x>0,0005, dolnej warstwy światłowodowej o przewodnictwie elektrycznym typu n, warstwy emitującej światło, warstwy blokującej elektrony o przewodnictwie elektrycznym typu p, górnej warstwy światłowodu, górnej warstwy okładkowej o przewodnictwie elektrycznym typu p i warstwy podkontak20 -3 towej domieszkowanej akceptorami powyżej koncentracji 1020cm-3, znamienny tym, że warstwę z GaOxN1-x (1a,1c) wykonuje się metodą wysokociśnieniową z roztworu azotu w galu przy ciśni eniu powyżej 800 MPa.
8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że dolną warstwę okładkową (1a, 1b, 1c) wykonuje się jako strukturę trójwarstwową zawierającą dwie warstwy (1a,1c) z GaOxN1-x naniesione metodą wysokociśnieniową z roztworu azotu w galu przy ciśnieniu powyżej 800 MPa na środkowej warstwie (1b) z azotku galu o grubości od 100 do 400 pm.
9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że w wykonywanej strukturze trójwarstwowej dolnej warstwy okładkowej (1a, 1b, 1c) górna warstwa (1a) z GaOxN1-x ma grubość co najmniej 10 pm, a dolna warstwa (1c) z GaOxN1-x ma grubość od 2 do 100 pm.
PL388149A 2009-05-30 2009-05-30 Dioda laserowa i sposób wytwarzania diody laserowej PL217437B1 (pl)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL388149A PL217437B1 (pl) 2009-05-30 2009-05-30 Dioda laserowa i sposób wytwarzania diody laserowej
US13/261,057 US20120147915A1 (en) 2009-05-30 2010-05-22 Laser diode and method of fabrication the laser diode
EP10728441.6A EP2438663B1 (en) 2009-05-30 2010-05-22 Laser diode and method of fabrication the laser diode
PCT/PL2010/050018 WO2010140909A1 (en) 2009-05-30 2010-05-22 Laser diode and method of fabrication the laser diode

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL388149A PL217437B1 (pl) 2009-05-30 2009-05-30 Dioda laserowa i sposób wytwarzania diody laserowej

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL388149A1 PL388149A1 (pl) 2010-12-06
PL217437B1 true PL217437B1 (pl) 2014-07-31

Family

ID=42872444

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL388149A PL217437B1 (pl) 2009-05-30 2009-05-30 Dioda laserowa i sposób wytwarzania diody laserowej

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20120147915A1 (pl)
EP (1) EP2438663B1 (pl)
PL (1) PL217437B1 (pl)
WO (1) WO2010140909A1 (pl)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010043693A1 (de) * 2010-09-29 2012-03-29 Robert Bosch Gmbh Halbleiterlaseranordnung und Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterlaseranordnung

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6586762B2 (en) 2000-07-07 2003-07-01 Nichia Corporation Nitride semiconductor device with improved lifetime and high output power
JP3639789B2 (ja) * 2001-01-31 2005-04-20 シャープ株式会社 窒化物系半導体発光素子
JP2004014938A (ja) * 2002-06-10 2004-01-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体装置及びその製造方法
EP1583190B1 (en) * 2004-04-02 2008-12-24 Nichia Corporation Nitride semiconductor laser device

Also Published As

Publication number Publication date
WO2010140909A1 (en) 2010-12-09
EP2438663A1 (en) 2012-04-11
PL388149A1 (pl) 2010-12-06
EP2438663B1 (en) 2014-12-31
US20120147915A1 (en) 2012-06-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1184913B1 (en) Nitride semiconductor laser diode
EP2287981B1 (en) Gallium nitride-based semiconductor laser diode
US8548021B2 (en) III-nitride semiconductor laser, and method for fabricating III-nitride semiconductor laser
KR20090091019A (ko) Ｉｉｉ족 질화물 발광 소자 및 ｉｉｉ족 질화물계 반도체 발광 소자를 제작하는 방법
JP2010177651A (ja) 半導体レーザ素子
KR20130005281A (ko) ｃ－방향으로 ＋／－15도 미만의 미스컷들을 갖는 ｍ－면 기판들 위의 준극성 Ⅲ―질화물 광전자 소자들
JP2009252861A (ja) 半導体レーザ素子
KR20130056206A (ko) 반극성 면 ⅲ-족 질화물 반도체-계 발광 다이오드들 및 레이저 다이오드들을 위한 알루미늄 갈륨 질화물 배리어들 및 분리 구속 헤테로구조 층들
KR20010077971A (ko) 질화물 반도체 발광 소자
US8513684B2 (en) Nitride semiconductor light emitting device
US20120076165A1 (en) Asymmetrically cladded laser diode
US20130329760A1 (en) Semiconductor lasers with indium containing cladding layers
Lu et al. Development of GaN-based vertical-cavity surface-emitting lasers
JP4821385B2 (ja) Ｉｉｉ族窒化物半導体光素子
PL217437B1 (pl) Dioda laserowa i sposób wytwarzania diody laserowej
EP3375056B1 (en) Alingan alloy based laser diode
JP2009239084A (ja) 半導体レーザ素子
US20130322481A1 (en) Laser diodes including substrates having semipolar surface plane orientations and nonpolar cleaved facets
Das Recent developments in semipolar InGaN laser diodes
JP3889910B2 (ja) 半導体発光装置およびその製造方法
JP2001308464A (ja) 窒化物半導体素子、窒化物半導体結晶の作製方法および窒化物半導体基板
US10389089B2 (en) Nitride semiconductor laser device
JP7363917B2 (ja) 半導体レーザ素子および半導体レーザ素子の製造方法
JP2009049221A (ja) 半導体発光素子
Perlin et al. Plasmonic cladding InGaN MQW laser diodes