激光二极管以及制造激光二极管的方法技术

本发明专利技术公开了激光二极管以及制造激光二极管的方法，一种激光二极管包括：半导体基底，由六方晶系III族氮化物半导体制成并且具有沿{2,0,-2,1}方向定向的半极性面；外延层，包括形成激光的光波导的发光层，并且形成在半导体基底的半极性面上，所述外延层使得激光的传播方向在光波导面内相对于c轴在光波导面上的投影方向以在大约8°至大约12°或者大约18°至大约29°的范围内的角度倾斜，所述光波导面包括激光的传播方向并且与半极性面平行；两个谐振器端面；第一电极；以及第二电极。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及一种激光二极管及其制造方法，更具体地，本公开涉及一种六方晶系III族氮化物激光二极管及其制造方法。
技术介绍
激光二极管目前用于各种领域中，具体地，在图像显示单元(例如，电视机以及投影仪)领域内激光二极管是必不可少的光学装置。在激光二极管在该领域的应用中，发出各个光的原色，即，红色、绿色和蓝色的光的激光二极管是必需的。实际上已经使用了红色和蓝色激光二极管，并且近年来已经积极地开发了绿色激光二极管(波长为大约为500nm至560nm,包括500nm和560nm)(例如，参照Takashi Kyono等人于2010年I月发表的“Development I of world’ s first green laser diode on novel GaNsubstrate”，SEITechnical Review,第 176 卷，第 88-92 页，以及 MasahiroAdachi 等人于 2010 年 I 月发表的“Development II of world’ s first green laserdiode on novel GaN substrate”，SEI Technical Review 第 176 卷,第 93-96 页)。在Takashi Kyono 等人于 2010 年 I 月发表的“Development I of world，sfirstgreen laser diode on novel GaN substrate”,SEI Technical Review,第 176卷,第88-92页，以及Masahiro Adachi 等人于 2010 年 I 月发表的“Development II of world’s firstgreen laser diode on novel GaN substrate，，，SEI Technical Review第 176卷,第 93-96页中，提出了一种六方晶系III族氮化物激光二极管，其中，在η型GaN基板的{2，O, -2，1}半极性面上，依次形成η型覆盖层、包括由InGaN制成的有源层的发光层以及ρ型覆盖层。在通过在这样的半导体基板的半极性面上层压(外延生长)各种激光元件薄膜而制造的激光二极管中，其垂直于激光的传播方向(波导方向)的面被用作反射面(后文中称为“谐振器端面”)。要注意的是，在该说明书中，六方晶系晶体的面取向(plane orientation)由{h，k, I, m}表示，其中，h、k、I和m为面指数(密勒指数)。此外，已经研究了使用具有半极性面的半导体基板(后文中称为“半极性基板”)的激光二极管，激光的传播方向的优化(例如，参照日本未审查专利申请公开(PCT申请的公开的日文译本)第2010-518626号)。日本未审查专利申请公开第2010-518626号公开了一种技术，使得在半极性III族氮化物激光二极管中光传播轴与光偏振方向或晶体取向大致垂直。更具体地，在日本未审查专利申请公开第2010-518626号中，光传播轴的方向大致沿着半极性III族氮化物激光二极管的“ c ”轴，以将光增益最大化。
技术实现思路
如上所述，已经研究了使用半极性基板的激光二极管内激光的适当传播方向。然而，在该
中，期望开发出一种进一步优化使用半极性基板的激光二极管内激光的传播方向以进一步提高激光特性的方法。期望提供一种借助于使用半极性基板通过优化激光的传播方向而获得优良的激光特性的激光二极管，以及制造该激光二极管的方法。根据本公开的一个实施方式，提供了一种激光二极管，包括:半导体基底，由六方晶系III族氮化物半导体制成并且具有沿{2，0，2，1}方向定向的半极性面；外延层，包括形成激光的光波导的发光层，并且形成在半导体基底的半极性面上，所述外延层使得激光的传播方向在光波导面内相对于c轴在光波导面上的投影方向以在大约8°至大约12° (包括8°和12° )或者大约18°至大约29° (包括18°和29° )的范围内的角度倾斜，所述光波导面包括激光的传播方向并且与半极性面平行；两个谐振器端面，设置在所述激光的光波导的两端；第一电极，形成在所述外延层上；以及第二电极，形成在与半导体基底的外延层所形成在的半极性面相对的面上。如这里所使用的，措辞“沿{2，O, -2，1}方向定向的半极性面”不仅包括“精确地沿{2, O, -2, 1}方向定向的半极性面”，而且包括“沿从{2, O, -2, 1}方向略微倾斜的方向定向的半极性面”。根据本公开的一个实施方式，提供了一种制造激光二极管的方法，所述方法包括:在沿由六方晶系III族氮化物半导体制成的半导体基底的{2，0，-2，1}方向定向的半极性面上形成外延层，所述外延层包括形成激光的光波导的发光层，并且使得激光的传播方向在光波导面内相对于c轴投影方向以在大约8°至大约12° (包括8°和12° )或者大约18°至大约29° (包括18°和29° )的范围内的角度倾斜，所述光波导面包括激光的传播方向并且与半极性面平行；在所述外延层和与半导体基底的半极性面相对的面上分别形成第一电极和第二电极；以及在所述激光的光波导的两端形成两个谐振器端面。如上所述，根据本公开的实施方式的激光二极管为使用由六方晶系III族氮化物半导体制成的并具有沿{2，0，-2，1}方向定向的半极性面的半导体基底的激光二极管。此夕卜，在本公开的实施方式中，在包括激光的传播方向并平行于半极性面的光波导面中的激光的传播方向以这样的方向被确定，即，所述方向相对于c轴在光波导面上的投影方向以在大约8°至大约12° (包括8°和12° )或者大约18°至大约29° (包括18°和29° )的范围内的角度倾斜。在本公开的实施方式中，激光的传播方向以上述方向被确定，从而能够提高激光的传播方向和谐振器端面之间的正交性，并且进一步提高激光特性。要理解的是，上述整体描述和以下详细描述是示例性的，并且意在提供所要求的技术的进一步的说明。附图说明本申请的附图提供了对该技术的进一步理解，这些附图被结合在说明书内并且构成该说明书的一部分。这些图示出了实施方式，并且与说明书一起，用于说明技术原理。图1为根据本公开的一个实施方式的激光二极管的示意性透视图；图2A和图2B为示出GaN的晶体结构的示图；图3为示出GaN的晶体结构中的半极性面的一个实例的示图；图4为根据本公开的实施方式的激光二极管的示意性截面图；图5为示出了根据本公开的实施方式的制造激光二极管的方法的步骤的流程图；图6为示出从谐振器端面的理想面的倾斜角度(偏移量)和激光阈值电流Ith之间的关系的示图7为激光二极管的数值分析模型的示意性配置图；图8为示出数值分析结果的表格；图9为示出数值分析结果的表格；图10为示出了在带状部形成的面内从带状部(stripe section)相对于谐振器端面的延伸方向的理想值的倾斜角度(水平偏移量)和激光阈值电流Ith之间的关系的示图。具体实施例方式下面参照附图，按照以下顺序，详细地描述本公开的优选实施方式。要注意的是，本公开并不限于以下实例。1.激光二极管的配置2.制造激光二极管的方法3.带状部的配置(1.激光二极管的配置)图1示出了根据本公开的一个实施方式的激本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光二极管，包括：半导体基底，由六方晶系III族氮化物半导体制成并且具有沿{2,0,?2,1}方向定向的半极性面；外延层，包括形成激光的光波导的发光层，并且形成在所述半导体基底的所述半极性面上，所述外延层使得所述激光的传播方向在光波导面内相对于c轴在所述光波导面上的投影方向以在约8°至约12°或者约18°至约29°的范围内的角度倾斜，所述光波导面包括所述激光的传播方向并且与所述半极性面平行；两个谐振器端面，设置在所述激光的所述光波导的两端；第一电极，形成在所述外延层上；以及第二电极，形成在与所述半导体基底的所述外延层所形成在的所述半极性面相对的面上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：滨口达史，高木慎平，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，索尼公司，
类型：发明
国别省市：