JP2010263163A - 窒化物半導体発光素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】コア半導体領域15、第1クラッド領域17及び第2クラッド領域19はGaNの支持基体13の非極性の主面13a上に搭載される。コア半導体領域15は活性層21及びキャリアブロック層23を含む。第1クラッド領域17はn型AlGaNクラッド層25及びn型InAlGaNクラッド層26を含む。n型InAlGaNクラッド層26はn型AlGaNクラッド層25と活性層21との間に設けられる。界面27bにおけるミスフィット転位密度は界面27aにおけるミスフィット転位密度より大きい。AlGaNクラッド層25はGaN支持基体13に対して格子緩和し、InAlGaNクラッド層26はAlGaNクラッド層25に対して格子緩和している。
【選択図】図2
Description
図5及び図6を参照しながら、窒化物レーザダイオードを作製する方法を説明する。この窒化物レーザダイオードは図7(a)に示されるLD構造を有する。工程S101では、半極性面を有するGaN基板51を準備した。このGaN基板51の主面51aは、m軸方向に75度で傾斜している。引き続く説明では、この半極性GaN基板の(20−21)面上に、450nm帯で発光するレーザダイオード(LD)構造を作製した。図5(a)を参照すると、主面51aの法線軸Nx及びc軸Cxと共に、法線ベクトルNV及びc軸ベクトルVCが示されている。引き続き有機金属気相成長法を用いて、GaN基板51上に複数の窒化ガリウム系半導体層を成長して、エピタキシャル基板を作製する。原料にはトリメチルガリウム(TMG)、トリメチルアルミニウム(TMA)、トリメチルインジウム(TMI)、アンモニア(NH3)を用いた。ドーパントガスとして、シラン(SiH4)及びビスシクロペンタジエニルマグネシウム(CP2Mg)を用いた。
実施例2の窒化物レーザダイオードLD3は図8(a)に示されるLD構造を有する。レーザダイオードLD3は、レーザダイオードLD2と比べて、n側クラッド及びp側クラッドの構造の点で異なる。レーザダイオードLD3は、n型Al0.04Ga0.96Nクラッド層(厚さ1.6μm)81aとn型In0.02Al0.09Ga0.89Nクラッド層(厚さ400nm)81bからなるn側クラッド層とを有する。レーザダイオードLD3は、p型In0.02Al0.09Ga0.89Nクラッド層(厚さ400nm)83からなるp側クラッド層を有する。詳細には、n型AlGaNクラッド層のAl組成が0.06から0.04に低くされており、n型AlGaNクラッド層の膜厚が1.9μmから1.6μmに薄くなっている。n型InAlGaNクラッド層の膜厚が100nmから400nmに厚くなっている。Al0.04Ga0.96Nのバンドギャップエネルギは3.52eVであり、In0.02Al0.09Ga0.89Nのバンドギャップエネルギは3.54eVである。
この実施例では、図9に示されるレーザ構造LD4を作製する。75度オフ角の主面を有するGaN基板51を準備する。このGaN基板51上に以下の窒化ガリウム系半導体膜を成長した:n型GaNバッファ層91;n型Al0.08Ga0.92Nクラッド層(厚さ1.2μm)92、n型GaN光ガイド層(厚さ300nm)93、InGaN/GaN活性層(井戸層3nm、障壁層15nm)94、アンドープGaN光ガイド層(厚さ50nm)95、p型Al0.11Ga0.89N電子ブロック層(厚さ10nm)96、p型GaN光ガイド層(厚さ250nm)97、p型Al0.08Ga0.92Nクラッド層(厚さ400nm)98及びp型GaNコンタクト層(厚さ50nm)99。これらの成長によって、エピタキシャル基板E4が作製された。図9における半導体層の横幅は、当該半導体層の格子定数の大きさの関係を示す。
Claims (20)
- 窒化物半導体発光素子であって、
六方晶系窒化ガリウム半導体からなる支持基体と、
第1導電型窒化ガリウム系半導体からなる第1クラッド領域と、
第2導電型窒化ガリウム系半導体からなる第2クラッド領域と、
活性層及びキャリアブロック層を含むコア半導体領域と
を備え、
前記六方晶系窒化ガリウム半導体のc軸は前記支持基体の前記主面の法線軸と異なる方向に向くと共に前記六方晶系窒化ガリウム半導体のc軸及び前記支持基体の前記法線軸によって規定される平面は所定の方向に延在しており、
前記コア半導体領域は、前記第1クラッド領域と前記第2クラッド領域との間に設けられ、
前記コア半導体領域、前記第1クラッド領域及び前記第2クラッド領域は前記支持基体の前記主面上に搭載されており、
前記第1クラッド領域は、AlGaNクラッド層及びInAlGaNクラッド層を含み、
前記第1クラッド領域の前記InAlGaNクラッド層は前記第1クラッド領域の前記AlGaNクラッド層と前記活性層との間に設けられ、
前記第1クラッド領域の前記InAlGaNクラッド層は前記コア半導体領域に接合を成す、ことを特徴とする窒化物半導体発光素子。 - 前記第1クラッド領域において、前記InAlGaNクラッド層と前記AlGaNクラッド層との界面におけるミスフィット転位密度は前記コア半導体領域と前記第1クラッド領域との界面におけるミスフィット転位密度より大きい、ことを特徴とする請求項1に記載された窒化物半導体発光素子。
- 前記第1クラッド領域において、前記InAlGaNクラッド層と前記AlGaNクラッド層との界面のミスフィット転位密度は1×104cm−1以上である、ことを特徴とする請求項2に記載された窒化物半導体発光素子。
- 前記コア半導体領域と前記第1クラッド領域との界面のミスフィット転位密度は1×104cm−1未満である、ことを特徴とする請求項2又は請求項3に記載された窒化物半導体発光素子。
- 前記第1クラッド領域において、前記AlGaNクラッド層のAl組成は0.05以上であり、0.2以下である、ことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
- 前記第1クラッド領域において、前記InAlGaNクラッド層の厚さは前記AlGaNクラッド層の厚さより薄い、ことを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
- 前記第1クラッド領域において、前記InAlGaNクラッド層のバンドギャップは前記AlGaNクラッド層のバンドギャップ以下である、ことを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
- 前記第1クラッド領域において、前記InAlGaNクラッド層の膜厚は0.05μm以上であり、0.3μm以下であることを特徴とする請求項7に記載された窒化物半導体発光素子。
- 前記第1クラッド領域において、前記InAlGaNクラッド層のバンドギャップは前記AlGaNクラッド層のバンドギャップ以上である、ことを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
- 前記第1クラッド領域において、前記InAlGaNクラッド層の膜厚は0.05μm以上であり、1.0μm以下である、ことを特徴とする請求項9に記載された窒化物半導体発光素子。
- 前記コア半導体領域は第1光ガイド層を含み、
前記第1光ガイド層は前記第1クラッド領域の前記InAlGaNクラッド層と接合を成し、
前記第1クラッド領域の前記InAlGaNクラッド層におけるInAlGaN固有の格子定数は前記コア半導体領域の前記第1光ガイド層の窒化ガリウム系半導体に固有の格子定数以下であり、
前記第1クラッド領域の前記InAlGaNクラッド層の格子定数は前記第1クラッド領域の前記AlGaNクラッド層の格子定数より大きい、ことを特徴とする請求項1〜請求項10のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。 - 前記InAlGaNクラッド層はc軸の前記主面への投影方向に関して前記第1光ガイド層に格子整合する、ことを特徴とする請求項11に記載された窒化物半導体発光素子。
- 前記第1クラッド領域はn型導電性を有し、
前記第1クラッド領域の前記AlGaNクラッド層と前記支持基体との界面におけるミスフィット転位密度は前記コア半導体領域と前記第1クラッド領域との界面におけるミスフィット転位密度より大きい、ことを特徴とする請求項1〜請求項12のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。 - 前記第1クラッド領域はp型導電性を有し、
当該窒化物半導体発光素子は、前記第1クラッド領域上に設けられたp型コンタクト層を更に備え、
前記コア半導体領域は第2光ガイド層及び電子ブロック層を含み、
前記第2光ガイド層は前記電子ブロック層と前記第1クラッド領域との間に設けられ、
前記電子ブロック層は前記第2光ガイド層と前記活性層との間に設けられる、ことを特徴とする請求項1〜請求項10のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。 - 前記第1クラッド領域はn型導電性を有し、
前記第2クラッド領域はp型導電性を有し、
前記第2クラッド領域は、AlGaNクラッド層及びInAlGaNクラッド層を含み、
前記第2クラッド領域の前記InAlGaNクラッド層は前記第2クラッド領域の前記AlGaNクラッド層と前記活性層との間に設けられ、
前記第2クラッド領域の前記InAlGaNクラッド層は前記コア半導体領域に接合を成し、
前記第2クラッド領域の前記InAlGaNクラッド層の格子定数は前記第2クラッド領域の前記AlGaNクラッド層の格子定数より大きい、ことを特徴とする請求項1〜請求項11のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。 - 前記第2クラッド領域の前記AlGaNクラッド層と前記InAlGaNクラッド層との界面におけるミスフィット転位密度は前記コア半導体領域と前記第2クラッド領域との界面におけるミスフィット転位密度より大きい、ことを特徴とする請求項15に記載された窒化物半導体発光素子。
- 前記第2クラッド領域の前記AlGaNクラッド層と前記InAlGaNクラッド層との界面におけるミスフィット転位密度は1×104cm−1以上である、ことを特徴とする請求項15又は請求項16に記載された窒化物半導体発光素子。
- 前記六方晶系窒化ガリウム半導体のc軸と前記支持基体の前記法線軸との成す角度は10度以上であり、170度以下である、ことを特徴とする請求項1〜請求項17のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
- 前記角度は10度以上80度以下又は100度以上170度以下である、ことを特徴とする請求項1〜請求項18のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
- 前記角度は63度以上80度以下又は100度以上117度以下である、ことを特徴とする請求項1〜請求項19のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
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