氮化镓类半导体激光二极管制造技术

一种氮化镓类半导体激光二极管，能够使用半极性面形成５００ｎｍ以上的光的激光振荡。活性层（２９）设置成产生波长５００ｎｍ以上的光，因此应限制在中心半导体区域（２９）的光的波长为长波长，使用双层结构的第一导光层（２７）和双层结构的第二导光层（３１）。由ＡｌＧａＮ及ＩｎＡｌＧａＮ的至少任意一种构成的包层（２１）的材料不同于ＩＩＩ族氮化物半导体，并且第一外延半导体区域（１５）的厚度（Ｄ１５）比中心半导体区域（１９）的厚度（Ｄ１９）厚，但第一～第三界面Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３上的失配位错密度为１×１０６ｃｍ－１以下。ＩＩＩ族氮化物半导体激光二极管中，能够避免ｃ面作为滑移面作用时的晶格驰豫在界面Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３的该半导体层中产生。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种氮化镓类半导体激光二极管。
技术介绍
专利文献1中记载了法布里-珀罗型的半导体激光二极管。将η型半导体层、发 光层及P型半导体层沿m轴方向层叠。η型半导体层包括η型GaN包层及η型InGaN层，并 且P型半导体层包括P型GaN包层及ρ型InGaN层。包层和导光层之间的折射率差在0. 04 以上。专利文献2中记载了 425nm 450nm的发光波长的激光元件。专利文献1 日本特开2008-311640号公报专利文献2 日本特开2002-270971号公报要求发出比蓝色长的波长、例如绿色的光的半导体激光。绿色激光器的一例目前 有利用了二次谐波(SHG)的绿色激光器。该激光二极管寿命较短，其消耗电力较高。其原 因是利用了从长波长的光向高能量的短波长的波长变换。期望不使用该波长变换的绿色激光二极管。氮化镓类半导体发光元件是振荡波长500nm以上的半导体激光器的候选品。根据 专利技术人的研究，在振荡波长500nm以上的激光二极管中，在包括活性层和引导层的中心半 导体区域使光稳定是重要的。在振荡波长500nm以上的激光二极管的以往的结构中，LED模 式的光在中心半导体区域不稳定。专利文献1中，为了使包层和导光层之间的折射率差为0. 04以上，仅通过InGaN 形成导光层。但是，根据专利技术人的认识，将该结构应用于以500nm以上的振荡波长为目标的 激光二极管时，阈值电流密度变得非常高。这难以实现实用的激光振荡。另一方面，虽然该 结构适合于紫外400nm左右的激光二极管，但为了形成绿色500nm以上的振荡波长，由于波 长分散，中心半导体区域和包层之间的折射率差不充分。根据专利技术人的研究，在例如500nm 以上的振荡波长的区域，应限制在中心半导体区域的光在基板上具有振幅。在提高中心半导体区域和包层之间的折射率差而实现光限制时，在基板上生长低 折射率的氮化镓类半导体层。但是，在基板上生长的氮化镓类半导体层固有的晶格常数 (未畸变的晶格常数)与基板的晶格常数之差变大时，在基板的半极性面生长的氮化镓类 半导体层中导入失配位错。因此，使用半极性基板制作激光二极管的情况下，使中心半导体 区域和包层之间的折射率差增大时，即使不产生裂纹，也会向生长的氮化镓类半导体层导 入失配位错。根据专利技术人的认识，该位错导入起因于在氮化镓类半导体层上c面倾斜，与c 面上沿C轴方向生长的氮化镓类半导体层中产生裂纹不同。在半极性面上生长氮化镓类半 导体层时，C面作为滑移面起作用，引起未控制的晶格驰豫。
技术实现思路
本专利技术鉴于上述问题而提出，提供一种能够使用半极性面形成500nm以上的光的 激光振荡的III族氮化物半导体激光二极管。本专利技术的一个方面的氮化镓类半导体激光二极管，包括(a)支撑基体，由III族 氮化物半导体构成，具有相对于第一基准平面以角度ALPHA倾斜的半极性主面，所述第一 基准平面与沿该III族氮化物半导体的c轴的方向延伸的基准轴正交；(b)第一外延半导 体区域，包括第一包层，被设置在所述支撑基体的所述主面上；(c)第二外延半导体区域， 包括第二包层，被设置在所述支撑基体的所述主面上；以及(d)中心半导体区域，被设置在 所述支撑基体的所述主面上。所述中心半导体区域包括第一导光层、活性层及第二导光层， 所述活性层包括InxtlGa1,N层，所述活性层被设置为产生振荡波长为500nm以上的光，所 述第一包层由不同于该III族氮化物半导体的氮化镓类半导体构成，该氮化镓类半导体由 AlGaN及InAlGaN中的至少任意一种构成，所述第一外延半导体区域、所述中心半导体区域 及所述第二外延半导体区域沿所述支撑基体的所述半极性主面的法线轴的方向依次排列， 所述c轴朝向<0001〉轴及<000-1>轴中的任一方向，所述角度ALPHA在10度以上且小于 80度的范围，所述第一外延半导体区域的厚度比所述中心半导体区域的厚度厚，所述支撑 基体和所述第一外延半导体区域的第一界面上的失配位错密度为IXlO6cnT1以下，所述第 一外延半导体区域和所述中心半导体区域的第二界面上的失配位错密度为IX IO6CnT1，所 述中心半导体区域和所述第二外延半导体区域的第三界面上的失配位错密度为1 X IO6CnT1 以下，所述第一包层的导电型与所述第二包层的导电型为相反导电型，所述第一导光层在 所述活性层和所述第一外延半导体区域之间，所述第一导光层包括第一 InxlGai_xlN层及第 一 GaN层，所述第二导光层在所述活性层和所述第二外延半导体区域之间，所述第二导光 层包括第二 InX2Gai_X2N层及第二 GaN层。该氮化镓类半导体激光二极管中，活性层设置成产生振荡波长500nm以上的光， 因此，应限制在中心半导体区域的光的波长为长波长，为了在该波长带实现光限制，使用包 括第一工叫力 ^力层及第一 GaN层的第一导光层、和包括第二工叫力 ^力层及第二 GaN层的 第~■导光层。第一包层由AlGaN及InAIGaN中的至少任意一种构成。第一包层的材料与支撑基 体的III族氮化物半导体不同，并且第一外延半导体区域的厚度比中心半导体区域的厚度 厚，但第一 第三界面上的失配位错密度为1 X IO6CnT1以下。在氮化镓类半导体激光二极管 中，能够避免在界面的该半导体层中产生c面作为滑移面作用时的晶格驰豫。能够提供在 中心半导体区域实现光限制、能够使用半极性面而形成500nm以上的光的激光振荡的III 族氮化物半导体激光二极管。本专利技术的氮化镓类半导体激光二极管中，所述第一导光层及所述第二导光层的厚 度的总和可以为400nm以下。根据该氮化镓类半导体激光二极管，导光层的厚度的总和为400nm以下，因此能 够使中心半导体区域的厚度较薄。因此，能够降低激光二极管的阈值电流。本专利技术的氮化镓类半导体激光二极管中，所述活性层可以被设置为产生振荡波长 为530nm以下的光。根据该氮化镓类半导体激光二极管，对于超过530nm的长波长的光的 限制困难度更高。本专利技术的氮化镓类半导体激光二极管中，所述活性层的所述InX(lGai_X(lN层的铟组 分XO可以大于所述第一导光层的所述第一 InxlGai_xlN层的铟组分XI，铟组分差Xl-XO可以 为0. 26以上。根据该氮化镓类半导体激光二极管，长波长的发光中，要求提高InX(lGai_X(lN层的铟 组分X0。另一方面，不希望在导光层和包层之间产生晶格驰豫。因此，在包括较薄的半导体 层的层叠的中心半导体区域内的半导体层叠中，设置较大地取得铟组分差Xl-XO的半导体 层，减小第二界面上的晶格不匹配度。本专利技术的氮化镓类半导体激光二极管中，所述第一导光层中所述第一 InGaN层的 铟组分Xl可以为0. 01以上且0. 05以下，所述第一导光层中所述第一 InGaN层和所述第一 GaN层的界面上的失配位错密度可以为IXlO6cnT1以下。根据该氮化镓类半导体激光二极管，在导光层中以GaN层及InGaN层的双层结构 构成，由此能够提高中心半导体区域的有效折射率。导光层的InGaN层位于包层和活性层 之间。导光层除了 GaN层还包括InGaN层，因此能够降低导光层内的失配位错密度，在导光 层内避免晶格驰豫。本专利技术的氮化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化镓类半导体激光二极管，其特征在于，包括：支撑基体，由Ⅲ族氮化物半导体构成，具有相对于第一基准平面以角度ＡＬＰＨＡ倾斜的半极性主面，所述第一基准平面与向该Ⅲ族氮化物半导体的ｃ轴的方向延伸的基准轴正交；第一外延半导体区域，包括第一包层，被设置在所述支撑基体的所述半极性主面上；第二外延半导体区域，包括第二包层，被设置在所述支撑基体的所述半极性主面上；以及中心半导体区域，被设置在所述支撑基体的所述半极性主面上，所述中心半导体区域包括第一导光层、活性层及第二导光层，所述活性层包括Ｉｎ↓［Ｘ０］Ｇａ↓［１－Ｘ０］Ｎ层，所述活性层被设置为产生振荡波长为５００ｎｍ以上的光，所述第一包层由不同于该Ⅲ族氮化物半导体的氮化镓类半导体构成，该氮化镓类半导体由ＡｌＧａＮ及ＩｎＡｌＧａＮ中的至少任意一种构成，所述第一外延半导体区域、所述中心半导体区域及所述第二外延半导体区域在所述支撑基体的所述半极性主面的法线轴的方向上依次排列，所述ｃ轴朝向＜０００１＞轴及＜０００－１＞轴中的任一方向，所述角度ＡＬＰＨＡ处于１０度以上且小于８０度的范围，所述第一外延半导体区域的厚度比所述中心半导体区域的厚度厚，所述支撑基体和所述第一外延半导体区域的界面上的失配位错密度为１×１０↑［６］ｃｍ↑［－１］以下，所述第一外延半导体区域和所述中心半导体区域的界面上的失配位错密度为１×１０↑［６］ｃｍ↑［－１］以下，所述中心半导体区域和所述第二外延半导体区域的界面上的失配位错密度为１×１０↑［６］ｃｍ↑［－１］以下，所述第一包层的导电型与所述第二包层的导电型为相反导电型，所述第一导光层位于所述活性层和所述第一外延半导体区域之间，所述第一导光层包括第一Ｉｎ↓［Ｘ１］Ｇａ↓［１－Ｘ１］Ｎ层及第一ＧａＮ层，所述第二导光层位于所述活性层和所述第二外延半导体区域之间，所述第二导光层包括第二Ｉｎ↓［Ｘ２］Ｇａ↓［１－Ｘ２］Ｎ层及第二ＧａＮ层。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：住友隆道，盐谷阳平，善积祐介，上野昌纪，秋田胜史，京野孝史，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]