專利名稱：激光二極管裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適于高容量光盤等的光源的激光二極管裝置。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，其中使用藍(lán)寶石襯底、GaN襯底、SiC襯底等的氮化物化合物激光二極管 裝置已經(jīng)被廣泛地用作高容量光盤的光源，并且具有較高輸出和較高可靠性的裝置已經(jīng)處 于積極的研發(fā)中。在這樣的氮化物化合物激光二極管裝置中，相對(duì)于有源層的垂直方向 (豎直方向)中的光學(xué)約束通過(guò)使用光導(dǎo)層和覆層實(shí)現(xiàn)。但是，既便提供光導(dǎo)層和覆層，但是對(duì)于構(gòu)成覆層的AlGaN混合晶體，由于對(duì)于 鋁含量的裂紋產(chǎn)生，膜厚度受到限制。因而，在一些情形中，覆層的膜厚度不能生長(zhǎng)至對(duì) 于光約束足夠的厚度。據(jù)報(bào)道在該情形中，在有源層中產(chǎn)生的部分光滲出至襯底側(cè)，并且 在FFP(遠(yuǎn)場(chǎng)圖案)中觀察到波紋(例如，參考“Applied Physics Letters, “ 1999， Vol. 75，No. 19，pp. 2960-2962 (圖 5)和〃 IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, “ 2003，September/October, Vol. 9，No. 5，pp. 1252—1259 (圖 9))。此外， 滲出至襯底側(cè)的光與穿過(guò)有源層的波導(dǎo)的光產(chǎn)生模式耦合，這不僅降低了光的收集特性而 且還影響了激光特性(例如，參考"IEEE Journal of Quantum Electronics, “ 2007， January, Vol. 43，No. 1，ρρ· 16-24(20 頁(yè)右欄中 22 至 30 行)和〃 IEEE Journalof Quantum Electronics, “ 2000,December,Vol. 36,No. 12，pp. 1454-1461 (1460 頁(yè)左欄 2 至 13 行))

發(fā)明內(nèi)容
為了抑制這樣的模式耦合，η型覆層的厚度可以被加厚。但是，在氮化物化合物激 光二極管的情形中，這樣的方法具有膜厚度由于上述AlGaN混合晶體的裂紋產(chǎn)生而受到限 制的局限。在日本特開(kāi)公報(bào)No. 2007-150371 (段0042至0044)中，僅ρ側(cè)光導(dǎo)層被提供并且 η側(cè)光導(dǎo)層被省略。由此，光顯著地滲出至η型GaN襯底側(cè)，并且滲出的光由于使用摻雜氧 的η型GaN襯底的雜質(zhì)水平而被吸收。此外，在日本特開(kāi)公報(bào)No. 2007-150371 (段0042至 0044)中，描述了在η型GaN襯底中被吸收的光量可以通過(guò)調(diào)整η型GaN襯底和發(fā)光層(有 源層)之間的距離而被調(diào)整。但是，在η型GaN襯底和發(fā)光層(有源層)之間的距離如同在日本特開(kāi)公報(bào) No. 2007-150371 (段0042至0044)中被減小的情形中，存在如果僅減小η型GaN襯底和發(fā) 光層(有源層)之間的距離，則容易在穿過(guò)發(fā)光層(有源層)的波導(dǎo)的光和滲出至η型GaN 襯底側(cè)的光之間產(chǎn)生模式耦合并由此光吸收量難于被調(diào)整的缺點(diǎn)。理想地是提供一種激光二極管裝置，采用所述裝置可使得滲出至襯底側(cè)的光和穿 過(guò)有源層的波導(dǎo)的光之間的模式耦合被抑制。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一激光二極管裝置，包括下列要素A至D Α.由GaN構(gòu)成的襯底。
B.設(shè)置于襯底一表面?zhèn)壬系摩切透矊雍挺研透矊?，由包含至?Β族元素中的鎵Ga 和至少5Β族元素中的氮N的氮化物III-V族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成，并且至少部分包含鋁Al。C.設(shè)置于η型覆層和P型覆層之間的有源層，并且由包含至少3Β族元素中的銦 In和鎵Ga和至少5Β族元素中的氮N的氮化物III-V族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成。D.設(shè)置于襯底和η型覆層之間的共摻雜層，由包含至少3Β族元素中的鎵Ga和至 少5Β族元素中的氮N的氮化物III-V族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成，并且被共摻雜作為施主工作的 雜質(zhì)的硅Si和鍺Ge之一和作為受主工作的雜質(zhì)的鎂Mg和鋅Zn之一。在激光二極管裝置中，被共摻雜作為施主工作的雜質(zhì)的硅Si和鍺Ge之一和作為 受主工作的雜質(zhì)的鎂Mg和鋅Zn之一的共摻雜層設(shè)置于襯底和η型覆層之間。因而，與僅 摻雜作為施主工作的雜質(zhì)的情形或者僅摻雜作為受主工作的雜質(zhì)的情形相比，共摻雜層的 光吸收系數(shù)被顯著地提高。因而，通過(guò)η型覆層滲出至襯底側(cè)的光在共摻雜層中被吸收，并 且被衰減至不與通過(guò)有源層的波導(dǎo)的光產(chǎn)生模式耦合的程度。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的激光二極管裝置，被共摻雜作為施主工作的雜質(zhì)的硅Si 和鍺Ge之一和作為受主工作的雜質(zhì)的鎂Mg和鋅Zn之一的共摻雜層設(shè)置于襯底和η型覆 層之間。因而，通過(guò)η型覆層滲出至襯底側(cè)的光可以在共摻雜層中被吸收。因而，滲出至襯 底側(cè)的光和穿過(guò)有源層的波導(dǎo)的光之間的模式耦合可以被抑制。從下列描述中，本發(fā)明的其它和進(jìn)一步的目標(biāo)、特征和優(yōu)點(diǎn)將更為充分地顯見(jiàn)。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的激光二極管裝置的結(jié)構(gòu)的截面圖；圖2是示出未摻雜雜質(zhì)的未摻雜GaN、摻雜硅Si的GaN層、摻雜鎂Mg的GaN層和 共摻雜硅Si和鎂Mg的GaN層的各吸收頻譜的檢驗(yàn)結(jié)果的圖；圖3是示出作為在圖1中所示出的共摻雜層的受主工作的雜質(zhì)的添加濃度分布的 實(shí)例的圖；圖4是示出AlxGa1J(0 < χ ^ 1)混合結(jié)晶層的鋁成份比率χ和裂紋產(chǎn)生臨界膜 厚度之間的關(guān)系的圖；圖5是示出現(xiàn)有激光二極管裝置的結(jié)構(gòu)的截面圖；并且圖6是示出在圖5中所示出的現(xiàn)有激光二極管裝置的垂直結(jié)構(gòu)中的折射率分布的 圖。
具體實(shí)施例方式以下將參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的激光二極管裝置的垂直截面結(jié)構(gòu)。該激光二極管 裝置是具有大約500nm或者更小(例如400nm左右)的振蕩波長(zhǎng)、用于例如個(gè)人計(jì)算機(jī)、家 用游戲機(jī)等的BD記錄/再現(xiàn)激光器的藍(lán)/藍(lán)_紫激光二極管裝置。例如，該激光二極管具 有其中共摻雜層13、第一 η型覆層14、第二 η型覆層15、η型光導(dǎo)層16、η側(cè)居間層17、有 源層18、ρ側(cè)居間層19、電子阻擋層20、ρ型覆層21和ρ側(cè)接觸層22依次被層疊于由GaN 構(gòu)成的襯底11的一表面?zhèn)壬?，具有緩沖層12位于中間。緩沖層12例如1. 00 μ m厚，并且由摻雜作為η型雜質(zhì)的硅Si的η型GaN構(gòu)成。
共摻雜層13用于吸收通過(guò)第二 η型覆層15和第一 η型覆層14滲出至襯底11側(cè) 的光。共摻雜層13設(shè)置為相鄰于第一 η型覆層14，并且具有比第一 η型覆層14和第二 η 型覆層15的禁帶窄的禁帶。共摻雜層13由例如包含至少3Β族元素中的鎵Ga和至少5Β 族元素中的氮N的氮化物III-V族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成，并且被摻雜作為施主工作的雜質(zhì)的 硅Si和鍺Ge之一和作為受主工作的雜質(zhì)的鎂Mg和鋅Zn之一。由此，在該激光二極管裝 置中，可以抑制滲出至襯底11側(cè)的光和穿過(guò)有源層18的波導(dǎo)的光之間的模式耦合。共摻雜層13的組份材料的實(shí)例包括GaN和InGaN混合晶體。具體地，優(yōu)選GaN。 在使用InGaN混合晶體的情形中，盡管能夠增加吸收系數(shù)，但是難于控制最適合的成份，并 且存在影響第一 η型覆層14的結(jié)晶的可能性。
圖2示出了未摻雜雜質(zhì)的未摻雜GaN、摻雜硅Si的GaN層、摻雜鎂Mg的GaN層和 共摻雜硅Si和鎂Mg的GaN層各自的吸收頻譜的檢驗(yàn)結(jié)果。表1總結(jié)了各摻雜劑濃度和在 400nm的波長(zhǎng)的各樣品的各吸收系數(shù)(參考非專利文獻(xiàn)5)。表 1
樣品摻雜濃度(cm·3) 在400 nm的吸收系數(shù)
__Si__Mg__(cm“)_
未摻雜的GaN__-__:__多至10
摻雜 Si 的 GaN__2 χ ΙΟ18__:__多至 30_
摻雜 Mg 的 GaN__-__4xl019__多至 100
^摻雜 Si 和 Mg 的 GaN 5xl018 4><1019多至 700如圖2和表1所證實(shí)的，在共摻雜硅Si和鎂Mg的GaN層中，吸收系數(shù)明顯高于摻 雜單種雜質(zhì)的其它樣品。因而，發(fā)現(xiàn)在共摻雜層13設(shè)置于襯底11/緩沖層12和第一 η型覆層14之間的情 形中，通過(guò)第二 η型覆層15和第一 η型覆層14滲出至襯底11側(cè)的光能夠被吸收而不增加 第一 η型覆層14和第二 η型覆層15的厚度。此外，通過(guò)調(diào)整共摻雜層13的厚度和雜質(zhì)的 添加濃度可以避免光吸收量過(guò)大。因而，可以避免閾值電流或者工作電流增加。但是，共摻 雜層13的厚度優(yōu)選為500nm或者更小。如果共摻雜層13的厚度是500nm或者更大，則結(jié) 晶性可能被共摻雜所干擾。共摻雜層13的導(dǎo)電類型優(yōu)選是η型。共摻雜層13的載流子濃度優(yōu)選從 2. OX IO17CnT3至1. OX 1019cm_3，都包括兩端點(diǎn)。2. OX 1017cm_3的載流子濃度對(duì)應(yīng)于產(chǎn)生實(shí)現(xiàn) 反轉(zhuǎn)分布(inverted population)所必須的載流子的下限值。值1. 0X 1019cm_3對(duì)應(yīng)于在共 摻雜層13在結(jié)晶和光學(xué)特性不受影響的范圍內(nèi)被摻雜雜質(zhì)的情形中可以產(chǎn)生載流子濃度 的上限值。共摻雜層13的作為受主工作的雜質(zhì)(例如鎂Mg)的添加濃度，優(yōu)選從 1.0X IO17cnT3至4. 0 X IO19cnT3,都包括兩端點(diǎn)。已知在鎂Mg被添加至GaN的情形中，鎂Mg 的添加濃度和載流子濃度之間的關(guān)系如下。如果鎂Mg的添加濃度是4. OX IO19CnT3或者更 小，隨著鎂Mg的添加濃度增加，載流子濃度增加。當(dāng)鎂Mg的添加濃度是4. OX IO19cnT3時(shí)，載流子濃度變成最高值。如果鎂Mg的添加濃度大于4. OX IO19cnT3，則載流子濃度變得逐漸 減小。在某個(gè)雜質(zhì)添加濃度時(shí)載流子濃度飽和或者下降的現(xiàn)象也出現(xiàn)在其它化合物半導(dǎo)體 中。此外，如果雜質(zhì)被添加直至出現(xiàn)載流子濃度飽和或者下降時(shí)，則結(jié)晶度下降。因而，作 為共摻雜層13的受主工作的雜質(zhì)的添加濃度的上限值優(yōu)選是4. OX 1019cnT3。調(diào)整添加濃 度使得在從下限值至上限值的范圍中獲得理想的吸收量。具體地，大約5. OX IO18CnT3可以 被實(shí)現(xiàn)。相同的情況適用于鋅Zn作為受主工作的雜質(zhì)而被添加的情形。作為共摻雜層13的受主工作的雜質(zhì)的添加濃度在共摻雜層13的厚度方向中可以 是均勻的，但是添加濃度可以逐漸增加，或者可以逐漸減小。具體地，如同在圖3中所示出 的，作為受主工作的雜質(zhì)的添加濃度在共摻雜層13的厚度方向的兩端(在與襯底11的界 面附近或者在與第一 η型覆層14的界面附近)都優(yōu)選低于在共摻雜層13的厚度方向中的 中心作為受主工作的雜質(zhì)的添加濃度。由此，避免作為受主工作的雜質(zhì)(例如鎂)在襯底 11中或者在第一 η型覆層14中被分散。作為共摻雜層13的施主工作的雜質(zhì)(例如硅Si)的添加濃度，優(yōu)選是從 1.0 X IO17CnT3至1.0 X 1019cm_3，都包括兩端點(diǎn)。顯示η型導(dǎo)電性的作為施主工作的雜質(zhì)(例 如硅Si)，必須被添加至共摻雜層13。硅Si的添加濃度通過(guò)與作為受主被共摻雜的雜質(zhì) (例如鎂Mg)的添加濃度的關(guān)系而被確定。作為施主工作的雜質(zhì)應(yīng)當(dāng)被添加使得共摻雜層 13的載流子濃度變?yōu)閺?. OX IO17CnT3至1.0 X 1019cm_3，都包括兩端點(diǎn)。具體地，作為施主 工作的雜質(zhì)的添加濃度可以是大約2. OX 1018cnT3。優(yōu)選在圖1中所示出的第一 η型覆層14和第二 η型覆層15分別由例如，具有相 互不同的成份的AlxGai_xN (0<χ<1)混合晶體構(gòu)成，并且具有對(duì)于給定的鋁成份比率χ不 超過(guò)產(chǎn)生裂紋的臨界膜厚度的厚度。由此，可以避免裂紋產(chǎn)生于第一 η型覆層14和第二 η 型覆層15中，并且通過(guò)縮短生長(zhǎng)時(shí)間可以改善產(chǎn)率。此外，存在串連電阻可以通過(guò)減小第 一 η型覆層14和第二 η型覆層15的厚度而被降低的優(yōu)點(diǎn)。圖4示出了 AlxGa1J(0 < χ ^ 1)混合結(jié)晶層的鋁成份比率χ和裂紋產(chǎn)生臨界膜 厚度之間的關(guān)系，它基于"Journal of Applied Physics, “ 2000, December, Vol. 88, No. 12,pp. 7029 to 7036而計(jì)算。裂紋產(chǎn)生臨界膜厚度曲線的上區(qū)是裂紋產(chǎn)生區(qū)。其下區(qū) 是其中可以生長(zhǎng)AlGaN層而不產(chǎn)生裂紋的區(qū)。例如，鋁成份比率χ的理想地是0. 045，并且 厚度t理想地是從2. 5 μ m至2. 6 μ m，都包括兩端點(diǎn)。具體地，第一 η型覆層14例如2. 40 μ m厚，并且由摻雜硅Si作為η型雜質(zhì)的η型 Alatl3Gaa97N混合晶體構(gòu)成。第二 η型覆層15例如0. 20 μ m厚，并且由摻雜硅Si作為η型 雜質(zhì)的η型AlatllGaa99N混合晶體構(gòu)成。第一 η型覆層14的鋁成份比率與第二 η型覆層15 的鋁成份比率不同，以避免由于在有源層18中產(chǎn)生的光強(qiáng)度的峰向第一 η型覆層14側(cè)移 位而使特性降低。在圖1中所示出的η型光導(dǎo)層16例如0.21 μ m厚，并且由摻雜硅Si作為η型雜 質(zhì)的η型GaN構(gòu)成。在圖1中示出的η側(cè)居間層17例如0. 005 μ m厚，并且由未摻雜雜質(zhì) 的未摻雜GaInN混合晶體構(gòu)成。在圖1中示出的有源層18例如0.056 μ m厚，并且具有由具有相互不同成份的 GaxIrvxN(χ彡0)混合晶體分別形成的阱層和壘層構(gòu)成的多量子阱結(jié)構(gòu)。在圖1中示出的ρ側(cè)居間層19例如0.027 μ m厚，并且由未摻雜雜質(zhì)的未摻雜GalnN混合晶體構(gòu)成。在圖1中所示出的電子阻擋層20例如0. 02 y m厚，并且由摻雜鎂Mg 作為P型雜質(zhì)的P型AlGaN混合晶體構(gòu)成。在圖1中所示出的p型覆層21例如0. 38 y m 厚，并且具有由摻雜鎂Mg作為p型雜質(zhì)的p型AlGaN混合晶體層以及p型GaN層構(gòu)成的超 晶格結(jié)構(gòu)。在圖1中示出的P側(cè)接觸層22例如0. lOym厚，并且由摻雜鎂Mg作為p型雜 質(zhì)的P型GaN構(gòu)成。在圖1中所示出的p側(cè)接觸層22上，p側(cè)電極31用具有由Si02層和在其間的Si 層構(gòu)成的層疊結(jié)構(gòu)的掩埋層23形成。P側(cè)電極31具有例如其中鈀(Pd)、鉬(Pt)和金(Au) 按順序從P側(cè)接觸層22側(cè)層疊的結(jié)構(gòu)，并且電連接到p側(cè)接觸層22。p側(cè)電極31以條形 狀延伸用于電流約束。有源層18對(duì)應(yīng)于p側(cè)電極31的區(qū)域是發(fā)光區(qū)。同時(shí)，在襯底11的 后面上，形成n側(cè)電極32。n側(cè)電極32具有例如其中鈦(Ti)、鉬(Pt)和金(Au)按順序?qū)?疊的結(jié)構(gòu)。n側(cè)電極32被電連接至第一 n型覆層14，在二者之間為與襯底11、緩沖層12和 共摻雜層13。在激光二極管裝置中，例如，在p側(cè)電極31的縱向相互面對(duì)的一對(duì)側(cè)面是振蕩器 的一對(duì)端面。在振蕩器一對(duì)端面上，分別形成一對(duì)反射鏡膜(未被示出)。在該一對(duì)反射鏡 膜中，一個(gè)反射鏡膜被調(diào)整以便具有較低的反射系數(shù)，并且另一反射鏡膜被調(diào)整以便具有 較高的反射系數(shù)。由此，在有源層18中產(chǎn)生的光在這一對(duì)反射鏡膜之間往返、被放大并且 作為激光束從所述一個(gè)反射鏡膜被射出。激光二極管可以例如如下被制造。首先，例如，制備由GaN構(gòu)成的襯底11。在襯底11的表面上，例如，通過(guò)M0CVD (金 屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積)法生長(zhǎng)由前述材料制成的緩沖層12。接著，再次通過(guò)M0CVD法生長(zhǎng)共摻雜層。此時(shí)，提供鎵原材料氣體和氮原材料氣 體，提供硅原材料氣體和鎂原材料氣體，并且由此共摻雜硅作為施主工作的雜質(zhì)和鎂作為 受主工作的雜質(zhì)，形成共摻雜層13。隨后，再次通過(guò)M0CVD法生長(zhǎng)由前述材料制成的第一 n型覆層14、第二 n型覆層 15、n型波導(dǎo)層16、n側(cè)居間層17、有源層18、p側(cè)居間層19、電子阻擋層20、p型覆層21和 P側(cè)接觸層22。在進(jìn)行M0CVD中，例如三甲基鎵(CH3) 3Ga作為鎵原材料氣體，例如三甲基鋁 (CH3)3A1作為鋁原材料氣體，例如三甲基銦(CH3)3In作為銦原材料氣體，并且例如氨NH3 作為氮原材料氣體被分別使用。此外，例如硅烷SiH4用作硅原材料氣體，并且例如二茂鎂 (bis (cyclopentadienyl)magnesium, (C5H5) 2Mg)被用作鎂原材料氣體。接著，掩模(未示出)被形成于p側(cè)接觸層22上。通過(guò)使用該掩模，p側(cè)接觸層 22和部分p型覆層21通過(guò)例如RIE(反應(yīng)離子蝕刻)法被選擇性地蝕刻，以便將p型覆層 21的上部和p側(cè)接觸層22形成為條形突起條紋部。結(jié)果，在p型覆層21和p例接觸層22上，形成由前述材料制成的掩埋層23。在掩 埋層23中，提供對(duì)應(yīng)于p側(cè)接觸層22的開(kāi)口以便形成p側(cè)電極31。此外，襯底11的后面 側(cè)例如被研磨或者拋光使得襯底11的厚度變成例如大約100 urn.此后，n側(cè)電極32形成 于襯底11的后面上。此后，襯底11被形成為給定的尺寸，并且反射鏡膜(未示出)形成于 一對(duì)相對(duì)的振蕩器端面上。因而，完成在圖1中示出的激光二極管裝置。在激光二極管中，在給定的電壓被施加于n側(cè)二極管32和p側(cè)二極管31之間的情形中，電流被注入有源層18，并且光通過(guò)電子-空穴復(fù)合而射出。該光被一對(duì)反射鏡膜 反射，在其間往返，產(chǎn)生激光振蕩，并且作為激光束被發(fā)射至外面。在該實(shí)施例中，由摻雜作 為施主工作的雜質(zhì)的硅Si和鍺Ge之一和作為受主工作的雜質(zhì)的鎂Mg和鋅Zn之一的GaN 構(gòu)成的共摻雜層13設(shè)置于襯底11/緩沖層12和第一 n型覆層14之間。因而，通過(guò)第二 n 型覆層15和第一 n型覆層14滲出至襯底11的光在共摻雜層13中被吸收，并且被衰減至 不會(huì)與通過(guò)有源層18的波導(dǎo)的光的產(chǎn)生模式耦合的程度。因而，在FFP中觀察不到波紋， 并且允許穩(wěn)定的激光振蕩。圖5示出了現(xiàn)有氮化物化合物激光二極管裝置的截面結(jié)構(gòu)。除了未包括共摻雜 層之外，現(xiàn)有的氮化物化合物激光二極管裝置具有與該實(shí)施例的激光二極管裝置相同的結(jié) 構(gòu)。因而，對(duì)于與圖1中相同的元件，對(duì)其賦予通過(guò)對(duì)于圖1的對(duì)應(yīng)的元件加100所獲得的 參考標(biāo)號(hào)，并且其描述將被省略。圖6示出了在圖5中示出的現(xiàn)有激光二極管裝置的垂直結(jié)構(gòu)中的折射率分布。由 GaN構(gòu)成的襯底111和由n型GaN構(gòu)成的緩沖層112的折射率是2. 52，由Al0.03Ga0.97N混合 晶體構(gòu)成的第一 n型覆層114的折射率是2. 494，并且由AluiGauJ混合晶體構(gòu)成的第二 n型覆層115的折射率是2. 511。如果垂直結(jié)構(gòu)中的有效折射率nrff被計(jì)算，則獲得2. 514。從襯底111側(cè)滲出的光呈指數(shù)衰減，由于第一 n型覆層114和第二 n型覆層115的 折射率低于有效折射率nrff (n < neff)。但是，在第一 n型覆層114和第二 n型覆層115之 外，存在具有比第一 n型覆層114和第二 n型覆層115的折射率高的折射率的緩沖層112和 襯底111。因而，穿過(guò)第一 n型覆層114和第二 n型覆層115的漸逝波(evanescent wave) k以入射角e ,進(jìn)入，并且穿過(guò)緩沖層112和襯底111被波導(dǎo)。此時(shí)，能夠當(dāng)做兩個(gè)波導(dǎo)存在于激光二極管裝置中。其一是以有源層118為中心 的波導(dǎo)(即，有源波導(dǎo))，并且另一是緩沖層112和襯底111 ( S卩，無(wú)源波導(dǎo))。漸逝波k由數(shù)學(xué)公式1表示，與漸逝波k的波導(dǎo)平行的分量k//由數(shù)學(xué)公式2表 示，并且與漸逝波k的波導(dǎo)垂直的分量k丄由數(shù)學(xué)公式3表示。數(shù)學(xué)公式1k = 2 31 nGaN/ 入 0在數(shù)學(xué)公式中，入^表示真空中的波長(zhǎng)，并且11_表示襯底111的折射率。數(shù)學(xué)公式2 k// = 2 31 neff/ 入 o = kcos 0 j在數(shù)學(xué)公式中，入^表示真空中的波長(zhǎng)，并且neff表示有效折射率。數(shù)學(xué)公式3k 丄=ksin9i在與漸逝波k的波導(dǎo)平行的分量k//變得等于穿過(guò)有源層18的波導(dǎo)的光k//時(shí)， 產(chǎn)生在以有源層118為中心的波導(dǎo)和在緩沖層112和襯底111中形成的無(wú)源波導(dǎo)之間的模 式耦合，尖峰光(spike light)以在數(shù)學(xué)公式4中所示出的輸出角、從緩沖層112或者 襯底111被射出。尖峰光引起FFP中波紋的產(chǎn)生，影響光收集特性和激光特性。數(shù)學(xué)公式4nGaNsin 0 j = sin 0 e通過(guò)提供如同在該實(shí)施例中的共摻雜層13，已經(jīng)穿過(guò)第二 n型覆層15和第一 n型覆層14的漸逝波k可以在共摻雜層13中被吸收。因而，可以抑制光被滲出至襯底11側(cè)而 不會(huì)增加第一 n型覆層14和第二 n型覆層15的厚度。另外，可以抑制以有源層18為中心 的有源波導(dǎo)和由滲出至襯底11側(cè)的漸逝波k形成的無(wú)源波導(dǎo)之間的模式耦合，并且允許穩(wěn) 定的激光振蕩。如同上面所描述的，在該實(shí)施例中，由共摻雜作為施主工作的雜質(zhì)的硅Si和鍺Ge 之一和作為受主工作的鎂Mg和鋅Zn之一的GaN構(gòu)成的共摻雜層13設(shè)置于襯底11/緩沖 層12和第一 n型覆層14之間。因而，通過(guò)第二 n型覆層15和第一 n型覆層14滲出至襯 底11側(cè)的光可以在共摻雜層13中被吸收。因而，可以抑制滲出至襯底11側(cè)的光和通過(guò)有 源層18的波導(dǎo)的光之間的模式耦合。此前參考實(shí)施例已經(jīng)給出了本發(fā)明的描述。但是，本發(fā)明不局限于前述實(shí)施例，并 且可以進(jìn)行各種改變。例如，在前述實(shí)施例中被描述的相應(yīng)層的材料、厚度、膜形成方法、膜 形成條件等沒(méi)有限制，而是可以使用其它材料、其它厚度、其它膜形成方法和其它膜形成條 件。例如，在前述實(shí)施例中，已經(jīng)給出了緩沖層12和p側(cè)接觸層22由M0CVD方法形成的情 形的描述。但是，緩沖層12和p側(cè)接觸層22可以由例如M0VPE方法或者M(jìn)BE (分子束外 延)方法等的其它有機(jī)金屬氣相沉積方法形成。另外，例如，在前述實(shí)施例中，激光二極管裝置的結(jié)構(gòu)已經(jīng)以具體實(shí)例被描述。但 是，不一定提供所有的層，或者可以進(jìn)一步提供其它層。此外，本發(fā)明不局限于藍(lán)/藍(lán)-紫外激光二極管，而是可以被應(yīng)用于較高輸出的激 光二極管、具有其它振蕩的激光二極管或者由其它材料體系制成的激光二極管。本申請(qǐng)包含涉及于2009年3月11日在日本專利局提交的日本優(yōu)先權(quán)專利申請(qǐng)JP 2009-058249中所公開(kāi)的主題，其整體內(nèi)容引用結(jié)合于此。本領(lǐng)域中的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解根據(jù)設(shè)計(jì)要求和其它因素可以出現(xiàn)各種改進(jìn)、結(jié) 合、自結(jié)合和替代，只要它們?cè)跈?quán)利要求及其等同方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種激光二極管裝置，包括由GaN構(gòu)成的襯底；設(shè)置于所述襯底的一表面?zhèn)壬系膎型覆層和p型覆層，由包含至少3B族元素中的鎵和至少5B族元素中的氮構(gòu)成的氮化物III-V族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成，并且至少部分包含鋁Al；設(shè)置于所述n型覆層和所述p型覆層之間的有源層，由包含至少3B族元素中的銦和鎵和至少5B族元素中的氮的氮化物III-V族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成；和設(shè)置于所述襯底和所述n型覆層之間的共摻雜層，由包含至少3B族元素中的鎵和至少5B族元素中的氮的III-V族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成，并且被共摻雜作為施主工作的雜質(zhì)的硅和鍺之一和作為受主工作的雜質(zhì)的鎂和鋅之一。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的激光二極管裝置，其中所述共摻雜層的導(dǎo)電類型是n型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的激光二極管裝置，其中所述共摻雜層的載流子濃度是從 1. 0 X 1018Cm_3 至 1. 0 X 1019Cm_3，都包括兩端點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的激光二極管裝置，其中所述共摻雜層被設(shè)置得相鄰于所述n型覆 層，并且具有比所述n型覆層的禁帶窄的禁帶。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的激光二極管裝置，其中所述n型覆層由AlxGai_xN(0<x<1)混 合晶體構(gòu)成，并且對(duì)于給定的鋁成份比率x具有不超過(guò)裂紋產(chǎn)生臨界膜厚度的厚度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的激光二極管裝置，其中所述共摻雜層具有500nm或者更小的厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的激光二極管裝置，其中作為所述共摻雜層的作為受主工作的雜質(zhì) 的添加濃度從1. OX 1017cm_3至4. OX 1019cm_3，都包括兩端點(diǎn)。
全文摘要
一激光二極管裝置，包括包含鋁Al的n型覆層；包含銦In、鎵Ga和氮N的有源層；設(shè)置于襯底和n型覆層之間的共摻雜層。該共摻雜層也包含鎵Ga和氮N，并且被共摻雜作為施主工作的雜質(zhì)的硅Si和鍺Ge之一和作為受主工作的雜質(zhì)的鎂Mg和鋅Zn之一。
文檔編號(hào)H01S5/06GK101834406SQ201010129840
公開(kāi)日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2010年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月11日
發(fā)明者一倉(cāng)啟慈, 倉(cāng)本大 申請(qǐng)人:索尼公司