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公開番号2025124236
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-26
出願番号2024020150
出願日2024-02-14
発明の名称レーザダイオード
出願人旭化成株式会社,国立大学法人東海国立大学機構
代理人個人,個人
主分類H01S 5/343 20060101AFI20250819BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】発振閾値電流および閾値電圧の低いレーザダイオードを提供する。
【解決手段】レーザダイオードは、Alを含む窒化物半導体基板及び窒化物半導体基板上に配置される半導体積層部10を備える。半導体積層部は、基板上に配置されAlを含む窒化物バッファ層、第1導電型の窒化物半導体層を含む第1導電型クラッド層101、一つ以上の量子井戸を含み窒化物半導体で形成された発光層103、第2導電型の窒化物半導体層を含む第2導電型クラッド層105、発光層を挟むように設けられ、発光層へ光を閉じ込める第1導波路層102及び第2導波路層104を備えている。窒化物半導体基板と窒化物バッファ層との界面、窒化物バッファ層と第1導電型クラッド層の界面、第1導波路層、発光層、第2波路層、および第2導電型クラッド層の少なくとも1カ所には、シリコンが1×10¹⁵cm^-3以上1×10¹⁸cm^-3以下含まれている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
Ａｌを含む窒化物半導体基板と、
前記窒化物半導体基板上に配置される半導体積層部と、
を備え、
前記半導体積層部は、
前記窒化物半導体基板上に配置され、Ａｌを含む窒化物バッファ層と、
前記窒化物半導体基板上に配置され、第１導電型の窒化物半導体層を含む第１導電型クラッド層と、
前記第１導電型クラッド層上に配置され、一つ以上の量子井戸を含む窒化物半導体で形成された発光層と、
前記発光層上に配置され、第２導電型の窒化物半導体層を含む第２導電型クラッド層と、
前記第１導電型クラッド層と前記発光層との間に配置されて、前記発光層へ光を閉じ込める第１導波路層と、
前記第２導電型クラッド層と前記発光層との間に配置されて、前記発光層へ光を閉じ込める第２導波路層とを備え、
前記窒化物半導体基板と前記窒化物バッファ層との界面、前記第２導波路層と前記第２導電型クラッド層との界面、前記第１導波路層、前記発光層、前記第２導波路層、および前記第２導電型クラッド層の少なくとも１カ所には、シリコンが１×１０
１５
ｃｍ
－３
以上１×１０
１８
ｃｍ
－３
以下含まれている
レーザダイオード。
続きを表示（約 920 文字）【請求項２】
前記第２導電型クラッド層は前記シリコンを５×１０
１５
ｃｍ
－３
以上１×１０
１７
ｃｍ
－３
以下含む
請求項１に記載のレーザダイオード。
【請求項３】
前記第２導電型クラッド層と前記第２導波路層との界面に前記シリコンを含む
請求項１または２に記載のレーザダイオード。
【請求項４】
少なくとも前記第２導電型クラッド層は前記シリコンを含み、前記第２導電型クラッド層のうち一部のみが前記シリコンを含む
請求項３に記載のレーザダイオード。
【請求項５】
前記第２導電型クラッド層は、前記第２導電型クラッド層と前記第２導波路層との界面から前記第２導電型クラッド層内部に向かって５０ｎｍ以下の領域のみに前記シリコンを含む
請求項４のいずれか一項に記載のレーザダイオード。
【請求項６】
前記窒化物半導体基板と前記窒化物バッファ層との界面および前記窒化物バッファ層と前記第１導電型クラッド層との界面のそれぞれに、前記シリコンが１×１０
１５
ｃｍ
－３
以上１×１０
１８
ｃｍ
－３
以下含まれている
請求項１に記載のレーザダイオード。
【請求項７】
前記Ａｌを含む前記窒化物バッファ層は、ＡｌＮである
請求項１に記載のレーザダイオード。
【請求項８】
前記窒化物半導体基板は、ＡｌＮ単結晶基板である
請求項１に記載のレーザダイオード。
【請求項９】
前記第１導電型クラッド層は、Ａｌ
ａ
Ｇａ
（1-ａ）
Ｎ（０．６５＜ａ≦０．９）で形成されている
請求項１に記載のレーザダイオード。
【請求項１０】
前記第１導電型クラッド層の厚さは、２５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である、
請求項１に記載のレーザダイオード。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、レーザダイオードに関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、ライトエミッティングダイオード（ＬＥＤ：light Emitting Diode）およびレーザダイオード（ＬＤ：Laser Diode）を形成するための材料として窒化物半導体が用いられている。窒化物半導体は、直接遷移の再結合形態を有することから、高い再結合効率および高い光学利得を得ることができる点で、ＬＥＤおよびＬＤのための材料として適している。このような窒化物半導体が用いられたレーザダイオードの一例として、紫外領域での電流注入型のレーザダイオードを発振させる技術が開示されている（例えば、非特許文献１）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
Ｚｈａｎｇｅｔａｌ．，ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＥｘｐｒｅｓｓ１２、１２４００３（２０１９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した紫外レーザダイオードはパルス駆動であり、実際のアプリケーションへの応用には連続発振が必要とされる。この連続発振には、発振閾値電流および閾値電圧の低減が必要とされる。
本開示の目的は、発振閾値電流および閾値電圧の低いレーザダイオードを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した課題を解決するために、本開示の一態様に係るレーザダイオードは、Ａｌを含む窒化物半導体基板と、窒化物半導体基板上に配置される半導体積層部と、を備え、半導体積層部は、基板上に配置され、Ａｌを含む窒化物バッファ層と、基板上に配置され、第１導電型の窒化物半導体層を含む第１導電型クラッド層と、第１導電型クラッド層上に配置されて一つ以上の量子井戸を含む窒化物半導体で形成された発光層と、発光層上に配置されて第２導電型の窒化物半導体層を含む第２導電型クラッド層と、第１導電型クラッド層と発光層との間に配置されて発光層へ光を閉じ込める第１導波路層と、第２導電型クラッド層と発光層との間に配置されて発光層へ光を閉じ込める第２導波路層とを備えている。本開示の一態様に係るレーザダイオードでは、窒化物半導体基板と窒化物バッファ層との界面、第２導波路層と第２導電型クラッド層との界面、第１導波路層、発光層、第２波路層、および第２導電型クラッド層の少なくとも１カ所には、シリコンが１×１０
１５
ｃｍ
－３
以上１×１０
１８
ｃｍ
－３
以下含まれている。
なお、上述した発明の概要は、本開示の特徴の全てを列挙したものではない。
【発明の効果】
【０００６】
本開示によれば、発振閾値電流および閾値電圧の低いレーザダイオードを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本開示の実施形態に係るレーザダイオードの一構成例を示す断面模式図である。
本開示の実施形態に係るレーザダイオードの一構成例を示す断面模式図である。
本開示の実施形態に係るレーザダイオードの一構成例を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施形態を通じて本開示に係るレーザダイオードを説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
また、以下の説明では、Ｚ軸の正方向を「上」と称し、Ｚ軸の負方向を「下」と称する場合がある。「上」及び「下」は、必ずしも地面に対する鉛直方向を意味しない。つまり、「上」及び「下」の方向は、重力方向に限定されない。「上」及び「下」は、面、膜及び基板等における相対的な位置関係を特定する便宜的な表現に過ぎず、本開示の技術的思想を限定するものではない。例えば、紙面を１８０度回転すれば「上」が「下」に、「下」が「上」になることは勿論である。
【０００９】
１．実施形態
本開示の実施形態に係るレーザダイオードについて説明する。
【００１０】
（１．１）レーザダイオードの構成
本実施形態に係るレーザダイオードは、Ａｌを含む窒化物半導体基板と、窒化物半導体基板上に配置される半導体積層部と、を備えている。半導体積層部は、窒化物半導体基板上に配置され、Ａｌを含む窒化物バッファ層と、窒化物半導体基板上に配置され第１導電型の窒化物半導体層を含む第１導電型クラッド層と、第１導電型クラッド層上に配置され、一つ以上の量子井戸を含む窒化物半導体で形成された発光層と、発光層上に配置され第２導電型の窒化物半導体層を含む第２導電型クラッド層と、第１導電型クラッド層と発光層との間に配置されて発光層へ光を閉じ込める第１導波路層と、第２導電型クラッド層と発光層との間に配置されて発光層へ光を閉じ込める第２導波路層とを備えている。本実施形態に係るレーザダイオードでは、窒化物半導体基板と窒化物バッファ層との界面、第２導波路層と第２導電型クラッド層との界面、第１導波路層、発光層、第２波路層、および第２導電型クラッド層の少なくとも１カ所がシリコンを１×１０
１５
ｃｍ
－３
以上１×１０
１８
ｃｍ
－３
以下含んでいる。
以下、レーザダイオードの各層について詳細に説明する。
（【００１１】以降は省略されています）

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