專利名稱：Iii族氮化物半導(dǎo)體激光二極管及iii族氮化物半導(dǎo)體激光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及III族氮化物半導(dǎo)體激光二極管及III族氮化物半導(dǎo)體激光二極管的制作方法。
背景技術(shù)：
專利文獻(xiàn)1中，記載了一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中含有AKiaN的外延層結(jié)構(gòu)不易產(chǎn)生裂紋。該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件包括包含GaN半導(dǎo)體的支撐體、第一導(dǎo)電型 AlGaN區(qū)域、第二導(dǎo)電型GaN基半導(dǎo)體層及有源層。支撐體的GaN半導(dǎo)體的c軸自一個(gè)側(cè)面向另一個(gè)側(cè)面延伸，因此襯底主面實(shí)質(zhì)上為m面或a面。AKiaN區(qū)域及GaN基半導(dǎo)體層設(shè)置于支撐體的主面上。AWaN區(qū)域的鋁含量為0. 05以上，且AlGaN區(qū)域的厚度Dl為500nm 以上。有源層設(shè)置于第一導(dǎo)電型AWaN區(qū)域與第二導(dǎo)電型GaN基半導(dǎo)體層之間?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本特開2008-277539號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
對于多數(shù)氮化鎵基激光二極管而言，在c面GaN這樣的氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域上生長覆層。該覆層發(fā)揮提供光限制及載流子限制的功能。為了獲得所需的光限制及載流子限制，對覆層的組成及膜厚進(jìn)行了設(shè)計(jì)。因而覆層的帶隙及折射率與基底GaN不同。因此，覆層的半導(dǎo)體材料的晶格常數(shù)與GaN不同，與這些材料的晶格常數(shù)相應(yīng)地，覆層中會(huì)含有應(yīng)變。另外，氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域與覆層之間的晶格常數(shù)差會(huì)使阱層中產(chǎn)生應(yīng)變。本發(fā)明的目的在于提供一種III族氮化物半導(dǎo)體激光二極管，其具有能夠提供較高的光限制及載流子限制的覆層，另外，本發(fā)明的目的在于提供該III族氮化物半導(dǎo)體激光二極管的制作方法。本發(fā)明的一個(gè)方面涉及一種III族氮化物半導(dǎo)體激光二極管。該激光二極管包含(a)第一導(dǎo)電型覆層，其設(shè)置于包含第一六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體區(qū)域的主面上，并包含第二六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體；(b)第一光導(dǎo)層，其設(shè)置于所述第一導(dǎo)電型覆層上，并包含第三六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體；(c)載流子阻擋層，其包含第四六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體；和(d)有源層，其設(shè)置于所述第一導(dǎo)電型覆層與所述載流子阻擋層之間。所述半導(dǎo)體區(qū)域的所述主面相對于與該第一六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的 c軸正交的基準(zhǔn)面成10度以上的角度，所述第一導(dǎo)電型覆層在所述半導(dǎo)體區(qū)域的所述主面上產(chǎn)生晶格弛豫，所述第一導(dǎo)電型覆層、所述第一光導(dǎo)層、所述有源層及所述載流子阻擋層排列在所述半導(dǎo)體區(qū)域的所述主面的法線軸的方向上，所述載流子阻擋層中含有應(yīng)變，所述有源層包含含有應(yīng)變的半導(dǎo)體層，所述第一光導(dǎo)層在所述第一導(dǎo)電型覆層的主面上產(chǎn)生晶格弛豫，所述半導(dǎo)體區(qū)域的所述主面顯示無極性和半極性中的任意一者，所述第一導(dǎo)電
6型覆層在所述半導(dǎo)體區(qū)域的所述主面上產(chǎn)生晶格弛豫。根據(jù)該激光二極管，半導(dǎo)體區(qū)域的主面相對于與c軸正交的基準(zhǔn)面成10度以上的角度，因此第一導(dǎo)電型覆層的c軸相對于半導(dǎo)體區(qū)域的主面成有限的角度。因此，第一導(dǎo)電型覆層在半導(dǎo)體區(qū)域的主面上可產(chǎn)生晶格弛豫。通過該晶格弛豫，第一導(dǎo)電型覆層的第二六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體可具有與所需包覆特性相符的組成及膜厚。另外，由于第一光導(dǎo)層設(shè)置于第一導(dǎo)電型覆層的主面上，因而第一光導(dǎo)層的c軸相對于半導(dǎo)體區(qū)域的主面成有限的角度。因此，第一光導(dǎo)層在第一導(dǎo)電型覆層的主面上可產(chǎn)生晶格弛豫。通過該晶格弛豫，可減小第一導(dǎo)電型覆層的組成對第一光導(dǎo)層的第三六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的組成及膜厚的制約。進(jìn)而，由于在該第一光導(dǎo)層上設(shè)置有有源層及載流子阻擋層，因此可減小支撐第一光導(dǎo)層的半導(dǎo)體的組成對有源層的應(yīng)變的制約。另一方面，由于有源層及載流子阻擋層的膜厚足夠薄，因此在這些層中不產(chǎn)生晶格弛豫。在本發(fā)明的一個(gè)方面的激光二極管中，所述第一六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的 C軸方向與該C軸方向的晶格常數(shù)dl的大小由晶格向量LVCl表示。所述第二六方晶系III 族氮化物半導(dǎo)體的c軸方向與該c軸方向的晶格常數(shù)d2的大小由晶格向量LVC2表示，所述晶格向量LVCl包含所述法線軸方向的縱向分量Vl和與所述縱向分量正交的橫向分量 V1T，所述晶格向量LVC2包含所述法線軸方向的縱向分量乂4和與所述縱向分量正交的橫向分量V2T，所述橫向分量VIt與所述橫向分量不同。根據(jù)該激光二極管，第一六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的橫向分量VIt與第二六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的橫向分量Mt不同，因此由第一及第二六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的晶格常數(shù)差所引起的應(yīng)變在第一導(dǎo)電型覆層中得以減小。在本發(fā)明的一個(gè)方面的激光二極管中，所述第三六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的 c軸方向與該c軸方向的晶格常數(shù)d3的大小由晶格向量LVC3表示，所述晶格向量LVC3包含所述法線軸方向的縱向分量Vl和與所述縱向分量正交的橫向分量V3T，所述橫向分量 V2T與所述橫向分量V;3T不同。根據(jù)該激光二極管，由于第二六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的橫向分量與第三六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的橫向分量Mt不同，因此由第二及第三六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體之間的晶格常數(shù)差所引起的應(yīng)變在第一光導(dǎo)層中得以減小。本發(fā)明的一個(gè)方面的激光二極管優(yōu)選進(jìn)一步包含設(shè)置于所述載流子阻擋層上的第二導(dǎo)電型覆層，該第二導(dǎo)電型覆層包含第五六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體。所述載流子阻擋層設(shè)置于所述第二導(dǎo)電型覆層與所述有源層之間，所述第五六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體與所述第三六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體不同，所述第二導(dǎo)電型覆層產(chǎn)生晶格弛豫。根據(jù)該激光二極管，第二導(dǎo)電型覆層設(shè)置于半導(dǎo)體區(qū)域的主面上，因而第二導(dǎo)電型覆層的C軸相對于半導(dǎo)體區(qū)域的主面成有限的角度。因此，第二導(dǎo)電型覆層可產(chǎn)生晶格弛豫。通過該晶格弛豫，可緩和第二導(dǎo)電型覆層的晶格常數(shù)與基底的半導(dǎo)體區(qū)域的晶格常數(shù)之間的差對第二導(dǎo)電型覆層可適用的組成及膜厚的范圍的制約。本發(fā)明的一個(gè)方面的激光二極管優(yōu)選進(jìn)一步包含設(shè)置于所述第二導(dǎo)電型覆層與所述有源層之間的第二光導(dǎo)層，該第二光導(dǎo)層包含第六六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體。所述第二導(dǎo)電型覆層的所述晶格弛豫在所述第二光導(dǎo)層上產(chǎn)生。根據(jù)該激光二極管，第二光導(dǎo)層隔著有源層設(shè)置于第一光導(dǎo)層的主面上，因而第二光導(dǎo)層中包含的應(yīng)變較小。因此，可使第二光導(dǎo)層不產(chǎn)生晶格弛豫。該第二導(dǎo)電型覆層的晶格弛豫在第二光導(dǎo)層上產(chǎn)生。在本發(fā)明的一個(gè)方面的激光二極管中，所述第二導(dǎo)電型覆層優(yōu)選為 Inx2Aly2Ga1^y2N(0 彡 X2 彡 0. 50、0 彡 Y2 彡 0. 50)。根據(jù)該激光二極管，第二導(dǎo)電型覆層可包含GaN或AWaN或IniUGaN。在本發(fā)明的一個(gè)方面的激光二極管中，所述第二導(dǎo)電型覆層的膜厚優(yōu)選為300nm 以上。根據(jù)該激光二極管，第二導(dǎo)電型覆層可提供所需的光限制，且具有可產(chǎn)生晶格弛豫的膜厚。在本發(fā)明的一個(gè)方面的激光二極管中，所述第一導(dǎo)電型覆層優(yōu)選為 InxlAlY1Gai_xl_Y1N(0 彡 Xl 彡 0. 50、0 彡 Yl 彡 0. 50)。根據(jù)該激光二極管，第一導(dǎo)電型覆層可包含GaN或AWaN或IniUGaN。在本發(fā)明的一個(gè)方面的激光二極管中，所述第一導(dǎo)電型覆層的膜厚優(yōu)選為300nm 以上。根據(jù)該激光二極管，第一導(dǎo)電型覆層可提供所需的光限制，且具有可產(chǎn)生晶格弛豫的膜厚。在本發(fā)明的一個(gè)方面的激光二極管中，所述有源層優(yōu)選包含 InuAlvGa1^vN(0 彡 U 彡 0. 50、0 彡 V 彡 0. 50)。根據(jù)該激光二極管，有源層可含有包含各種組成的氮化鎵基半導(dǎo)體的半導(dǎo)體層。在本發(fā)明的一個(gè)方面的激光二極管中，所述有源層的發(fā)光波長優(yōu)選為250nm以上且600nm以下。根據(jù)該激光二極管，有源層可發(fā)出各種波長范圍的光。在本發(fā)明的一個(gè)方面的激光二極管中，所述第一光導(dǎo)層優(yōu)選包含 InsAlTGai_s_TN(0 彡 S 彡 0. 30、0 彡 T 彡 0. 30)。根據(jù)該激光二極管，所述第一光導(dǎo)層可包含GaN、InGaN, InAlGaN等。在本發(fā)明的一個(gè)方面的激光二極管中，所述有源層的膜厚與所述第一光導(dǎo)層的膜厚的總計(jì)優(yōu)選為200nm以上。根據(jù)該激光二極管，有源層及第一光導(dǎo)層的光波導(dǎo)可傳播各種波長范圍的光。在本發(fā)明的一個(gè)方面的激光二極管中，所述第一導(dǎo)電型覆層與所述第一光導(dǎo)層的界面處的位錯(cuò)優(yōu)選具有IXlO8CnT2以上的密度。根據(jù)該激光二極管，c軸與法線軸成有限的角度，由此通過c面等的滑移而生成滑移面。通過生成該滑移面，在上述界面處產(chǎn)生位錯(cuò)。由于位錯(cuò)密度為IXlO8CnT2以上，因此第一導(dǎo)電型覆層在與所述第一光導(dǎo)層的界面處以足以在第一光導(dǎo)層中引起晶格弛豫的密度含有滑移面。在本發(fā)明的一個(gè)方面的激光二極管中，所述位錯(cuò)優(yōu)選含有刃型位錯(cuò)的成分。根據(jù)該激光二極管，通過刃型位錯(cuò)的導(dǎo)入，可緩和由晶格常數(shù)差所引起的應(yīng)變。本發(fā)明的一個(gè)方面的激光二極管優(yōu)選進(jìn)一步包含具有非極性主面的支撐體。所述第一導(dǎo)電型覆層設(shè)置于所述支撐體的所述主面上，所述支撐體的所述非極性主面提供包含所述第一六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的所述半導(dǎo)體區(qū)域的主面。
根據(jù)該激光二極管，通過使用具有非極性主面的支撐體，可與所給的條件相應(yīng)地引起半導(dǎo)體的晶格弛豫。所述非極性為半極性及無極性中的任意一者。在本發(fā)明的一個(gè)方面的激光二極管中，所述支撐體優(yōu)選包含 AlzGa1^zN (0 彡 Z 彡 1)。根據(jù)該激光二極管，不僅可生成半導(dǎo)體的晶格弛豫，而且能可靠地進(jìn)行結(jié)晶質(zhì)量良好的III族氮化物的生長。在本發(fā)明的一個(gè)方面的激光二極管中，所述支撐體優(yōu)選包含GaN。另外，在本發(fā)明的一個(gè)方面的激光二極管中，所述支撐體優(yōu)選包含AWaN。此外，在本發(fā)明的一個(gè)方面的激光二極管中，所述支撐體優(yōu)選包含A1N。本發(fā)明的另一方面為一種III族氮化物半導(dǎo)體激光二極管的制作方法。該方法包括如下步驟(a)在包含第一六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體區(qū)域的主面上，生長包含第二六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的第一導(dǎo)電型覆層，以使該第一導(dǎo)電型覆層產(chǎn)生晶格弛豫；(b)在所述第一導(dǎo)電型覆層上生長包含第三六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的第一光導(dǎo)層，以使該第一光導(dǎo)層產(chǎn)生晶格弛豫；(c)在所述第一光導(dǎo)層上生長有源層；和(d)在所述有源層上生長包含第四六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的載流子阻擋層。所述半導(dǎo)體區(qū)域的所述主面相對于與該第一六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的c軸正交的基準(zhǔn)面成10度以上的角度，所述半導(dǎo)體區(qū)域的所述主面顯示無極性和半極性中的任意一者，所述載流子阻擋層中含有應(yīng)變，所述有源層包含含有應(yīng)變的半導(dǎo)體層。根據(jù)該方法，半導(dǎo)體區(qū)域的主面相對于與該第一六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的 c軸正交的基準(zhǔn)面成10度以上的角度，因而第一導(dǎo)電型覆層的c軸相對于半導(dǎo)體區(qū)域的主面成有限的角度。因此，可以第一導(dǎo)電型覆層在半導(dǎo)體區(qū)域的主面上產(chǎn)生晶格弛豫的方式生長第二六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體。通過該晶格弛豫，第一導(dǎo)電型覆層的第二六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體可具有與所需包覆特性相符的組成及膜厚。另外，由于第一光導(dǎo)層設(shè)置于第一導(dǎo)電型覆層的主面上，因而第一光導(dǎo)層的C軸相對于半導(dǎo)體區(qū)域的主面成有限的角度。因此，可以第一光導(dǎo)層在第一導(dǎo)電型覆層的主面上產(chǎn)生晶格弛豫的方式生長第三六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體。通過該晶格弛豫，可減小第一導(dǎo)電型覆層的組成對第一光導(dǎo)層的第三六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的組成及膜厚的制約。進(jìn)而，由于在該第一光導(dǎo)層上設(shè)置有有源層及載流子阻擋層，因此可減小支撐第一光導(dǎo)層的半導(dǎo)體的組成對有源層及載流子阻擋層的應(yīng)變的制約。另一方面，有源層的膜厚薄于其臨界膜厚，因此可以不產(chǎn)生晶格弛豫的方式生長有源層。載流子阻擋層的膜厚薄于其臨界膜厚，因此可以不產(chǎn)生晶格弛豫的方式生長載流子阻擋層。在本發(fā)明的另一個(gè)方面所涉及的III族氮化物半導(dǎo)體激光二極管的制作方法中， 所述第一導(dǎo)電型覆層可包含InxlAlY1Gai_xl_Y1N(0彡Xl彡0. 50,0彡Yl彡0. 50)，并且所述第一導(dǎo)電型覆層的膜厚可為300nm以上。根據(jù)該方法，第一導(dǎo)電型覆層包含GaN或AlGaN或IniUGaN，并且hxlAlY1(iai_xl_Y1N 可提供所需的光限制且具有可產(chǎn)生晶格弛豫的膜厚。本發(fā)明的另一個(gè)方面所涉及的III族氮化物半導(dǎo)體激光二極管的制作方法優(yōu)選進(jìn)一步包括如下步驟在所述載流子阻擋層上生長包含第五六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的第二導(dǎo)電型覆層，以使該第二導(dǎo)電型覆層產(chǎn)生晶格弛豫。所述第五六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體與所述第三六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體不同。所述第二導(dǎo)電型覆層產(chǎn)生晶格弛豫。根據(jù)該方法，第二導(dǎo)電型覆層設(shè)置于半導(dǎo)體區(qū)域的主面上，因而第二導(dǎo)電型覆層的c軸相對于半導(dǎo)體區(qū)域的主面成有限的角度。因此，可以產(chǎn)生晶格弛豫的方式生長第二導(dǎo)電型覆層。通過該晶格弛豫，可緩和第二導(dǎo)電型覆層的晶格常數(shù)與基底的半導(dǎo)體區(qū)域的晶格常數(shù)之間的差對第二導(dǎo)電型覆層可適用的組成及膜厚的范圍的制約。在本發(fā)明的另一個(gè)方面所涉及的III族氮化物半導(dǎo)體激光二極管的制作方法中， 所述第二導(dǎo)電型覆層優(yōu)選包含MGaN或InMGaN。所述第二導(dǎo)電型覆層的膜厚在該第五六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的鋁含量及銦含量下大于臨界膜厚。根據(jù)該方法，容易在第二導(dǎo)電型覆層中引起晶格弛豫。本發(fā)明的另一個(gè)方面所涉及的III族氮化物半導(dǎo)體激光二極管的制作方法優(yōu)選進(jìn)一步包括如下步驟在所述第二導(dǎo)電型覆層生長之前，在所述有源層上生長包含第六六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的第二光導(dǎo)層，以使該第二光導(dǎo)層的該第六六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體不產(chǎn)生晶格弛豫。所述第二導(dǎo)電型覆層的所述晶格弛豫在所述第二光導(dǎo)層上產(chǎn)生。根據(jù)該方法，第二光導(dǎo)層隔著有源層設(shè)置于第一光導(dǎo)層的主面上，因而第二光導(dǎo)層中含有的應(yīng)變較小。因此，可以不產(chǎn)生晶格弛豫的方式生長第二光導(dǎo)層。該第二導(dǎo)電型覆層的晶格弛豫在第二光導(dǎo)層上產(chǎn)生。在本發(fā)明的另一個(gè)方面所涉及的III族氮化物半導(dǎo)體激光二極管的制作方法中， 所述第二光導(dǎo)層優(yōu)選包含^GaN。所述第二光導(dǎo)層的膜厚在該第六六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的銦含量下大于臨界膜厚。根據(jù)該方法，在第二導(dǎo)電型覆層上，容易在第二光導(dǎo)層中引起晶格弛豫。在本發(fā)明的另一個(gè)方面所涉及的III族氮化物半導(dǎo)體激光二極管的制作方法中， 所述第一導(dǎo)電型覆層優(yōu)選包含MGaN或InMGaN。所述第一導(dǎo)電型覆層的膜厚在該第二六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的鋁含量及銦含量下大于臨界膜厚。在本發(fā)明的另一個(gè)方面所涉及的III族氮化物半導(dǎo)體激光二極管的制作方法中， 所述第一光導(dǎo)層優(yōu)選包含^GaN。所述第一光導(dǎo)層的膜厚在該第三六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的銦含量下大于臨界膜厚。根據(jù)該方法，在第一光導(dǎo)層上，容易在第一導(dǎo)電型覆層中引起晶格弛豫。本發(fā)明的另一個(gè)方面所涉及的III族氮化物半導(dǎo)體激光二極管的制作方法優(yōu)選進(jìn)一步包括如下步驟準(zhǔn)備具有非極性主面的襯底，該襯底包含第一六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體。所述半導(dǎo)體區(qū)域的所述主面由所述非極性主面所提供，所述襯底包含GaN、MGaN 及AlN中的任意一者。根據(jù)該方法，通過使用具有非極性主面的支撐體，可與所給的條件相應(yīng)地引起半導(dǎo)體的晶格弛豫，另外，不僅可生成半導(dǎo)體的晶格弛豫，而且能可靠地進(jìn)行結(jié)晶質(zhì)量良好的 III族氮化物的生長。本發(fā)明的上述目的及其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)參考附圖而進(jìn)行的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的以下詳細(xì)描述，可以更容易地明白。發(fā)明效果
如以上所說明，本發(fā)明的目的在于提供一種III族氮化物半導(dǎo)體激光二極管，其具有可提供較高的光限制及載流子限制的覆層，另外，本發(fā)明的目的在于提供該III族氮化物半導(dǎo)體激光二極管的制作方法。


圖1是示意地表示本實(shí)施方式的III族氮化物半導(dǎo)體激光二極管的圖。圖2是表示構(gòu)成激光二極管的半導(dǎo)體層的晶格常數(shù)的圖。圖3是示意地表示圖1所示的激光二極管的立體圖。圖4是表示本實(shí)施方式的外延襯底及III族氮化物半導(dǎo)體激光二極管的制作方法的步驟流程的圖。圖5是表示上述制作方法的主要步驟中的產(chǎn)品的圖。圖6是表示上述制作方法的主要步驟中的產(chǎn)品的圖。圖7是表示上述制作方法的主要步驟中的產(chǎn)品的圖。圖8是表示實(shí)施例1中的半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)及晶格常數(shù)的圖。圖9是表示圖8所示的外延襯底的倒易晶格圖譜的圖。圖10是表示實(shí)施例2中的半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)及晶格常數(shù)的圖。圖11是表示圖10所示的外延襯底的倒易晶格圖譜的圖。標(biāo)號(hào)說明10 反應(yīng)爐Rl 基準(zhǔn)面IlUlaUlb III族氮化物半導(dǎo)體激光二極管(激光二極管)13 半導(dǎo)體區(qū)域13a半導(dǎo)體區(qū)域主面15第一導(dǎo)電型覆層17核心半導(dǎo)體區(qū)域19第一光導(dǎo)層21 有源層23載流子阻擋層Ax 法線軸VC13.VC19.VC29 c 軸向量25量子阱結(jié)構(gòu)25a半導(dǎo)體層(阱層)25b勢壘層27a、27b 界面29第二導(dǎo)電型覆層31,33,35 第二光導(dǎo)層37第二導(dǎo)電型接觸層39 絕緣層41、45 電極
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LVCl LVC7 晶格向量VIl V7L 縱向分量V1T V7T 橫向分量43 支撐體43a 非極性主面50a、50b、50c 結(jié)51 氮化鎵(GaN)襯底53氮化鎵基半導(dǎo)體層(η型覆層)55第一光導(dǎo)層57有源層59載流子阻擋層61 光導(dǎo)層63第二導(dǎo)電型(ρ型覆層)氮化鎵基半導(dǎo)體層65 ρ型接觸層
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的見解通過參考作為例示給出的附圖來考慮以下的詳細(xì)描述可以容易地理解。接著，參考附圖對本發(fā)明的III族氮化物半導(dǎo)體激光二極管、用于III族氮化物半導(dǎo)體激光二極管的外延襯底、以及外延襯底及III族氮化物半導(dǎo)體激光二極管的制作方法的實(shí)施方式進(jìn)行說明?？赡艿那闆r下，對同一部分標(biāo)注同一標(biāo)號(hào)。圖1是示意地表示本實(shí)施方式的III族氮化物半導(dǎo)體激光二極管的圖。III族氮化物半導(dǎo)體激光二極管(以下記作“激光二極管”)11包含第一導(dǎo)電型覆層15和核心半導(dǎo)體區(qū)域17。核心半導(dǎo)體區(qū)域17包含第一光導(dǎo)層19、有源層21和載流子阻擋層23。半導(dǎo)體區(qū)域13的主面13a包含第一六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體，且顯示無極性和半極性中的任意一者。第一六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體優(yōu)選包含例如GaN等氮化鎵基半導(dǎo)體。第一導(dǎo)電型覆層15包含第二六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體，且設(shè)置于半導(dǎo)體區(qū)域13的主面13a 上。第二六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體優(yōu)選包含例如氮化鎵基半導(dǎo)體。第一光導(dǎo)層19包含第三六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體，且設(shè)置于第一導(dǎo)電型覆層15與有源層21之間。第三六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體優(yōu)選包含例如氮化鎵基半導(dǎo)體。載流子阻擋層23包含第四六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體。第四六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體優(yōu)選包含例如AlGaN、 InAlGaN等氮化鎵基半導(dǎo)體。有源層21設(shè)置于第一導(dǎo)電型覆層15與載流子阻擋層23之間。第一導(dǎo)電型覆層15、第一光導(dǎo)層19、有源層21及載流子阻擋層23依次排列在半導(dǎo)體區(qū)域13的主面13a的法線軸Ax的方向上。半導(dǎo)體區(qū)域13的主面13a相對于基準(zhǔn)面Rl成10度以上的角度，基準(zhǔn)面Rl與該第一六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的C軸(以C軸向量“VC13”表示)正交。另外，主面 13a相對于基準(zhǔn)面Rl可成170度以下的角度。第一導(dǎo)電型覆層15在主面13a上產(chǎn)生晶格弛豫。載流子阻擋層23含有應(yīng)變。有源層21包含含有應(yīng)變的半導(dǎo)體層25a。第一光導(dǎo)層 19在第一導(dǎo)電型覆層15的主面1 上產(chǎn)生晶格弛豫，主面1 相對于基準(zhǔn)面Rl成10度以上的角度。另外，主面1 相對于基準(zhǔn)面Rl可成170度以下的角度。
根據(jù)該激光二極管11，半導(dǎo)體區(qū)域13的主面13a相對于基準(zhǔn)面Rl成10度以上的角度，因此第一導(dǎo)電型覆層15的c軸相對于半導(dǎo)體區(qū)域13的主面13a而傾斜。因此，第一導(dǎo)電型覆層15在半導(dǎo)體區(qū)域13的主面13a上可產(chǎn)生晶格弛豫。通過該晶格弛豫，第一導(dǎo)電型覆層15的第二六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體可具有與所需包覆特性相符的組成及膜厚。另外，由于第一光導(dǎo)層19設(shè)置于第一導(dǎo)電型覆層15的主面1 上，因此第一光導(dǎo)層19 的c軸(c軸向量VC19)相對于半導(dǎo)體區(qū)域13的主面13a而傾斜。因此，第一光導(dǎo)層19在第一導(dǎo)電型覆層15的主面1 上可產(chǎn)生晶格弛豫。通過該晶格弛豫，可減小第一導(dǎo)電型覆層15的組成對第一光導(dǎo)層19的第三六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的組成及膜厚的制約。 進(jìn)而，由于在該第一光導(dǎo)層19上設(shè)置有有源層21及載流子阻擋層23，因此可減小支撐第一光導(dǎo)層19的半導(dǎo)體的組成對有源層21及載流子阻擋層23的應(yīng)變的制約。另一方面，由于有源層21及載流子阻擋層23足夠薄，因此在這些層21、23中不產(chǎn)生晶格弛豫。第一六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體與第二六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體不同，第一導(dǎo)電型覆層15的晶格常數(shù)為第二六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體所固有的晶格常數(shù)(未產(chǎn)生應(yīng)變的晶格的晶格常數(shù))、或者接近于該固有的晶格常數(shù)。第二六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體與第三六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體不同，第一光導(dǎo)層19的晶格常數(shù)為第三六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體所固有的晶格常數(shù)、或者接近于該固有的晶格常數(shù)。另外，第二六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的帶隙大于第三六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的帶隙，且第二六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的折射率小于第三六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的折射率。第一導(dǎo)電型覆層15可包含GaN或AlGaN或InAKkiN。該第一導(dǎo)電型覆層15優(yōu)選為InxlAlY1Gai_xl_Y1N(0彡Xl彡0. 50、0彡Yl彡0. 50)。另外，第一導(dǎo)電型覆層15的膜厚優(yōu)選為300nm以上。該第一導(dǎo)電型覆層15提供所需的光限制，且具有可產(chǎn)生晶格弛豫的膜厚。有源層21的半導(dǎo)體層2 含有與第一光導(dǎo)層19的晶格常數(shù)相應(yīng)的應(yīng)變。另外， 載流子阻擋層23的晶格常數(shù)與第四六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體所固有的晶格常數(shù)不同， 載流子阻擋層23含有與第一光導(dǎo)層19的晶格常數(shù)相應(yīng)的應(yīng)變。另一方面，由于第一導(dǎo)電型覆層15產(chǎn)生了晶格弛豫，因此不含有因第一六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的晶格常數(shù)與第二六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的晶格常數(shù)之間的晶格常數(shù)差所引起的應(yīng)變，或者可減小該應(yīng)變。另外，由于第一光導(dǎo)層19產(chǎn)生了晶格弛豫，因此不含有因第二六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的晶格常數(shù)與第三六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的晶格常數(shù)之間的晶格常數(shù)所引起的應(yīng)變，或者可減小該應(yīng)變。有源層21優(yōu)選包含InuAlvGEi1IvN(0彡U彡0. 50、0彡V彡0. 50)。根據(jù)該激光二極管11，有源層21可含有包含各種組成的氮化鎵基半導(dǎo)體的半導(dǎo)體層。有源層21優(yōu)選具有例如量子阱結(jié)構(gòu)25。量子阱結(jié)構(gòu)25包含半導(dǎo)體層2 及勢壘層25b。半導(dǎo)體層2 作為阱層發(fā)揮作用，勢壘層2 對半導(dǎo)體層2 提供載流子勢壘。阱層優(yōu)選包含例如GaN、 InGaN, AlGaN, InAlGaN等氮化鎵基半導(dǎo)體。勢壘層2 優(yōu)選包含例如feiN、InGaN, AlGaN, InAlGaN等氮化鎵基半導(dǎo)體。在激光二極管11中，有源層21的發(fā)光波長優(yōu)選為250nm以上且600nm以下。該有源層21可發(fā)出各種波長范圍的光。第一光導(dǎo)層19可包含例如GaN、InGaN、InAlGaN等。第一光導(dǎo)層19優(yōu)選包含 InsAlTGai_s_TN(0彡S彡0. 30、0彡T彡0. 30)。該第一光導(dǎo)層19提供用于實(shí)現(xiàn)所需光限制的折射率，且具有在該第三六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的組成下可產(chǎn)生晶格弛豫的膜厚。在激光二極管11中，有源層21的膜厚與第一光導(dǎo)層19的膜厚總計(jì)優(yōu)選為200nm 以上。有源層21及第一光導(dǎo)層19可傳播各種波長范圍的光。為了使第一導(dǎo)電型覆層15在半導(dǎo)體區(qū)域13的主面13a上產(chǎn)生晶格弛豫，第一導(dǎo)電型覆層15與半導(dǎo)體區(qū)域13的界面27a處的位錯(cuò)優(yōu)選具有IXlO8CnT2以上的密度。根據(jù)該激光二極管11，通過使用非極性面而生成滑移面，在上述界面處27a產(chǎn)生位錯(cuò)。由于位錯(cuò)密度為IXlO8CnT2以上，因此第一導(dǎo)電型覆層15在上述界面27a處以足以使第一導(dǎo)電型覆層15引起晶格弛豫的密度含有滑移面。另外，結(jié)27a處的位錯(cuò)優(yōu)選含有刃型位錯(cuò)的成分。 通過導(dǎo)入刃型位錯(cuò)，在該結(jié)處可緩和由晶格常數(shù)差所引起的應(yīng)變。由于第一光導(dǎo)層19在第一導(dǎo)電型覆層15的主面1 上產(chǎn)生了晶格弛豫，因此優(yōu)選第一導(dǎo)電型覆層15與第一光導(dǎo)層19的界面27b處的位錯(cuò)具有IXlO8CnT2以上的密度。 根據(jù)該激光二極管11，通過滑移面的生成，在上述界面27b處產(chǎn)生位錯(cuò)。由于位錯(cuò)密度為 1 X IO8CnT2以上，因此第一光導(dǎo)層19在上述界面27b處以足以使第一光導(dǎo)層19引起晶格弛豫的密度含有滑移面。另外，界面27b處的位錯(cuò)優(yōu)選含有刃型位錯(cuò)的成分。通過導(dǎo)入刃型位錯(cuò)，在該結(jié)處可緩和由晶格常數(shù)差所引起的應(yīng)變。激光二極管11優(yōu)選進(jìn)一步包含第二導(dǎo)電型覆層四。第二導(dǎo)電型覆層四包含第五六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體。第二導(dǎo)電型覆層四設(shè)置于載流子阻擋層23上，載流子阻擋層23設(shè)置于第二導(dǎo)電型覆層四與有源層21之間。第五六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體與第三六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體不同，第二導(dǎo)電型覆層四產(chǎn)生晶格弛豫。根據(jù)該激光二極管11，第二導(dǎo)電型覆層四設(shè)置于半導(dǎo)體區(qū)域13的主面13a上，因此第二導(dǎo)電型覆層四的c軸(以c軸向量表示)相對于半導(dǎo)體區(qū)域13的主面13a 而傾斜。因此，第二導(dǎo)電型覆層四可產(chǎn)生晶格弛豫。雖然第二導(dǎo)電型覆層四的晶格常數(shù)與基底半導(dǎo)體區(qū)域的晶格常數(shù)之間存在差異，但通過該晶格弛豫，能夠擴(kuò)大第二導(dǎo)電型覆層可適用的組成及膜厚的范圍。第二導(dǎo)電型覆層四可包含GaN或AlGaN或IniUGaN。另外，第二導(dǎo)電型覆層四優(yōu)選為工！^具椒普⑶。彡Χ2彡0. 50、0彡Υ2彡0. 50)。第二導(dǎo)電型覆層四的膜厚優(yōu)選為300nm以上。該第二導(dǎo)電型覆層四提供所需的光限制，且具有可產(chǎn)生晶格弛豫的膜厚。另外，激光二極管11優(yōu)選進(jìn)一步包含第二光導(dǎo)層31及33中的至少任意一個(gè)半導(dǎo)體層35(31、33)。第二光導(dǎo)層35(以下，以參考標(biāo)號(hào)“35”表示第二光導(dǎo)層)包含第六六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體。第二導(dǎo)電型覆層四的晶格弛豫在第二光導(dǎo)層35或載流子阻擋層23上產(chǎn)生。當(dāng)光導(dǎo)層35由多個(gè)半導(dǎo)體層構(gòu)成時(shí)，各個(gè)半導(dǎo)體層的膜厚薄于光導(dǎo)層35的總膜厚。激光二極管11可進(jìn)一步包含設(shè)置于第二導(dǎo)電型覆層四上的第二導(dǎo)電型接觸層 37。第二導(dǎo)電型接觸層37優(yōu)選包含例如GaN、AWaN、InAlGaN等氮化鎵基半導(dǎo)體。根據(jù)該激光二極管11，第二光導(dǎo)層35隔著有源層21設(shè)置于第一光導(dǎo)層19的主面19a上，因而第二光導(dǎo)層35中含有的應(yīng)變較小。因此，可使第二光導(dǎo)層35(31、3；3)不產(chǎn)生晶格弛豫。該第二導(dǎo)電型覆層四的晶格弛豫在半導(dǎo)體層35上產(chǎn)生。激光二極管11進(jìn)一步包含設(shè)置于接觸層37上的絕緣層39。絕緣層39具有開口，電極41經(jīng)由絕緣層39的開口與第二導(dǎo)電型接觸層37接觸。第二導(dǎo)電型覆層四的晶格常數(shù)為第五六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體所固有的晶格常數(shù)、或者接近于該固有的晶格常數(shù)。第五六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體與第六六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體不同，第二光導(dǎo)層35的晶格常數(shù)為第六六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體所固有的晶格常數(shù)、或者接近于該固有的晶格常數(shù)。第五六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的帶隙大于第六六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的帶隙，且第五六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的折射率小于第六六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的折射率。為了使第二導(dǎo)電型覆層四在第二光導(dǎo)層35的主面3 上產(chǎn)生晶格弛豫，優(yōu)選第二導(dǎo)電型覆層四與第二光導(dǎo)層35的界面27c處的位錯(cuò)具有1 X IO8CnT2以上的密度。根據(jù)該激光二極管11，通過因c軸的朝向而生成滑移面，在上述界面27c處產(chǎn)生位錯(cuò)。由于位錯(cuò)密度為1 X IO8CnT2以上，因此第二導(dǎo)電型覆層四在上述界面27c處以足以使第二導(dǎo)電型覆層四引起晶格弛豫的密度含有滑移面。另外，界面27c處的位錯(cuò)優(yōu)選含有刃型位錯(cuò)的成分。通過導(dǎo)入刃型位錯(cuò)，在該結(jié)處可緩和由晶格常數(shù)差所引起的應(yīng)變。圖2是表示構(gòu)成激光二極管的半導(dǎo)體層的晶格常數(shù)的圖。半導(dǎo)體區(qū)域13的晶格常數(shù)(例如c軸的晶格常數(shù))由晶格向量LVCl表示。晶格向量LVCl表示第一六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體中c軸的朝向與該c軸方向的晶格常數(shù) dl的大小(a軸及m軸相關(guān)的晶格向量也可與c軸同樣地規(guī)定)。晶格向量LVCl包含法線軸Ax方向的縱向分量Vk和與縱向分量正交的橫向分量V1T。另外，第一導(dǎo)電型覆層15的晶格常數(shù)(例如c軸的晶格常數(shù))由晶格向量LVC2表示。晶格向量LVC2表示第二六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體中c軸的朝向與該c軸方向的晶格常數(shù)d2的大小。晶格向量LVC2 包含法線軸Ax方向的縱向分量N2l和與縱向分量正交的橫向分量V2T。橫向分量VIt與橫向分量不同。因此，由第一及第二六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的晶格常數(shù)差所引起的應(yīng)變在第一導(dǎo)電型覆層15中得以減小。另外，第一光導(dǎo)層19由晶格向量LVC3表示。晶格向量LVC3表示第三六方晶系 III族氮化物半導(dǎo)體中的C軸方向與該C軸方向的晶格常數(shù)d3的大小。晶格向量LVC3包含法線軸Ax方向的縱向分量乂；\和與縱向分量正交的橫向分量V3T，橫向分量與橫向分量V;3T不同。因此，由第二及第三六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的晶格常數(shù)差所引起的應(yīng)變在第一光導(dǎo)層19中得以減小。第二導(dǎo)電型覆層四的晶格常數(shù)(例如c軸的晶格常數(shù))由晶格向量LVC5表示。 晶格向量LVC5表示第五六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體中的c軸方向與該c軸方向的晶格常數(shù)d5的大小。晶格向量LVC5包含法線軸Ax方向的縱向分量乂\和與該縱向分量正交的橫向分量V5T。優(yōu)選橫向分量與橫向分量V;3T不同。因此，由第三及第五六方晶系III 族氮化物半導(dǎo)體的晶格常數(shù)差所引起的應(yīng)變在第二導(dǎo)電型覆層四中得以減小。另外，第二光導(dǎo)層35的晶格常數(shù)(例如c軸的晶格常數(shù))由晶格向量LVC6表示。 其表示第六六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體中的C軸方向與該C軸方向的晶格常數(shù)d6的大小。晶格向量LVC6包含法線軸Ax方向的縱向分量州^和與該縱向分量正交的橫向分量V6T。 優(yōu)選橫向分量V6T與橫向分量不同。因此，由第五及第六六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的晶格常數(shù)差所引起的應(yīng)變在第二導(dǎo)電型覆層四中得以減小。第二導(dǎo)電型接觸層37的晶格常數(shù)(例如c軸的晶格常數(shù))由晶格向量LVC7表示。晶格向量LVC7表示第二導(dǎo)電型接觸層37中的c軸方向與該c軸方向的晶格常數(shù)d7 的大小。晶格向量LVC7包含法線軸Ax方向的縱向分量T^和與該縱向分量正交的橫向分量V7T。優(yōu)選橫向分量V7T與橫向分量基本上相同。因此，第二導(dǎo)電型接觸層37在第二導(dǎo)電型覆層四上不產(chǎn)生晶格弛豫。參考圖2，在核心半導(dǎo)體區(qū)域17與第一導(dǎo)電型覆層15的結(jié)27b處導(dǎo)入了位錯(cuò)，從而在核心半導(dǎo)體區(qū)域17的第一光導(dǎo)層19中產(chǎn)生晶格弛豫。核心半導(dǎo)體區(qū)域17的其余半導(dǎo)體層以不產(chǎn)生晶格弛豫的方式在第一光導(dǎo)層19上生長。另外，在核心半導(dǎo)體區(qū)域17與第二導(dǎo)電型覆層四的結(jié)27c處導(dǎo)入了位錯(cuò)，從而在第二光導(dǎo)層35上在第二導(dǎo)電型覆層四中產(chǎn)生晶格弛豫。第二導(dǎo)電型接觸層37以不產(chǎn)生晶格弛豫的方式在第二導(dǎo)電型覆層四上生長。第一光導(dǎo)層19、有源層21、載流子阻擋層23及第二光導(dǎo)層35包含于核心半導(dǎo)體區(qū)域 17內(nèi)。核心半導(dǎo)體區(qū)域17的平均折射率大于第二導(dǎo)電型覆層四的折射率，且大于第一導(dǎo)電型覆層15的折射率。有源層21內(nèi)的各個(gè)半導(dǎo)體層較薄，為臨界膜厚以下，因此有源層21 與第一光導(dǎo)層19的晶格常數(shù)相應(yīng)地產(chǎn)生應(yīng)變。載流子阻擋層23包含第四六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體，其晶格常數(shù)(例如c軸的晶格常數(shù))由晶格向量LVC4表示。晶格向量LVC4 的橫向分量￥\與第三六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體中的橫向分量V;3T基本上相等。載流子阻擋層23與第一光導(dǎo)層19的晶格常數(shù)相應(yīng)地產(chǎn)生應(yīng)變。第二光導(dǎo)層35的晶格常數(shù)與第一光導(dǎo)層19的晶格常數(shù)基本上相等。圖3是示意地表示圖1所示的激光二極管的立體圖。激光二極管11優(yōu)選進(jìn)一步包含支撐體43。第一導(dǎo)電型覆層15、核心半導(dǎo)體區(qū)域17及第二導(dǎo)電型覆層四搭載于支撐體43的主面43a上。支撐體43的非極性主面43a可提供包含第一六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體區(qū)域13的主面13a。非極性為半極性和無極性中的任意一者。因此，支撐體43的非極性主面43a相對于基準(zhǔn)面Rl成10度以上的角度。通過使用具有非極性主面43a的支撐體43，可與所給的條件相應(yīng)地引起半導(dǎo)體的晶格弛豫。支撐體43優(yōu)選包含 AlzGa1^zN(0彡Z彡1)。根據(jù)該支撐體43，不僅可生成半導(dǎo)體的晶格弛豫，而且能可靠地進(jìn)行結(jié)晶質(zhì)量良好的III族氮化物的生長。例如，支撐體43優(yōu)選包含GaN、AKiaN或A1N。支撐體43優(yōu)選具有導(dǎo)電性，例如具有η型導(dǎo)電性。激光二極管11可進(jìn)一步包含設(shè)置于支撐體43的背面4 上的另一電極45。在一個(gè)實(shí)施例中，電極41例如為陽極，電極45例如為陰極。在圖3所示的例子中，電極41朝一個(gè)方向延伸，電極45設(shè)置于背面43b的整個(gè)面上。圖4是表示本實(shí)施方式的外延襯底及III族氮化物半導(dǎo)體激光二極管的制作方法的步驟流程的圖。圖5 圖7是表示上述制作方法的主要步驟中的產(chǎn)品的圖。通過有機(jī)金屬氣相沉積法制作發(fā)光元件的外延結(jié)構(gòu)。原料使用三甲基鎵(TMG)、三甲基鋁(TMA)、三甲基銦(TMI)和氨氣(NH3)。作為摻雜氣體，使用硅烷(SiH4)及雙環(huán)戊二烯基鎂(CP2Mg)。在后續(xù)的說明中，作為例如具有非極性主面的III族氮化物半導(dǎo)體襯底， 可使用六方晶系氮化鎵襯底。作為例如具有無極性主面的III族氮化物半導(dǎo)體襯底，可使用六方晶系無極性氮化鎵襯底?；蛘?，作為例如具有半極性主面的III族氮化物半導(dǎo)體襯底，可使用六方晶系半極性氮化鎵襯底。在后續(xù)的說明中，參考六方晶系半極性氮化鎵襯底進(jìn)行說明。在步驟SlOl中，如圖5(a)所示，準(zhǔn)備氮化鎵(GaN)襯底51。GaN襯底51的主面51a自c面朝m面的方向或者自c面朝a面的方向以10 170度的角度傾斜。將GaN襯底 51設(shè)置于反應(yīng)爐10內(nèi)后，在步驟S102中，使用生長爐10進(jìn)行GaN襯底51的熱清洗。在攝氏1050度的溫度下，一邊向生長爐10內(nèi)通入包含NH3與吐的氣體，一邊進(jìn)行10分鐘的熱處理。在步驟S103中，如圖5(b)所示，將包含III族原料及氮?dú)庠系脑蠚怏wGO供給至生長爐10內(nèi)，在GaN襯底51的主面51a上外延生長第一導(dǎo)電型(以下，作為“η型” 進(jìn)行說明)氮化鎵基半導(dǎo)體層53。氮化鎵基半導(dǎo)體層53發(fā)揮η型覆層的功能。以使氮化鎵基半導(dǎo)體層53產(chǎn)生晶格弛豫的方式在GaN襯底51的主面51a上生長氮化鎵基半導(dǎo)體層 53。作為氮化鎵基半導(dǎo)體層53，例如生長摻雜Si的AKiaN覆層。非極性面上晶格弛豫的有無可通過所生長的AKiaN半導(dǎo)體的組成、膜厚及晶格常數(shù)差而進(jìn)行控制。該晶格常數(shù)差由 GaN襯底51的主面51a的GaN和與其形成結(jié)的氮化鎵基半導(dǎo)體層53的AWaN來規(guī)定。該 AlGaN層的厚度例如為2 μ m。氮化鎵基半導(dǎo)體層53的Al含量例如為0. 08。AWaN層的膜厚在該含量下超過臨界膜厚。原料氣體GO例如包含TMG、TMA、NH3、SiH4，生長溫度例如為攝氏1150度。由于氮化鎵基半導(dǎo)體層53產(chǎn)生了晶格弛豫，因此在襯底51與氮化鎵基半導(dǎo)體層53的結(jié)50a處生成多數(shù)位錯(cuò)(例如錯(cuò)配位錯(cuò))。然后，在步驟S104中，在氮化鎵基半導(dǎo)體層53上生長核心半導(dǎo)體區(qū)域。首先，在步驟S105中，如圖5(c)所示，將包含III族原料及氮?dú)庠系脑蠚怏wGl供給至生長爐 10內(nèi)，在氮化鎵基半導(dǎo)體層53上外延生長第一光導(dǎo)層55。以使第一光導(dǎo)層55產(chǎn)生晶格弛豫的方式在氮化鎵基半導(dǎo)體層53的主面53a上生長第一光導(dǎo)層55。該光導(dǎo)層55例如包含非摻雜GaN。該GaN的膜厚例如為300納米。根據(jù)需要，也可對光導(dǎo)層55的一部分區(qū)域或全部區(qū)域?qū)嵤│切蛽诫s。非極性面上晶格弛豫的有無可通過所生長的GaN半導(dǎo)體的組成、 膜厚及晶格常數(shù)差而進(jìn)行控制。該晶格常數(shù)差由Al含量為0. 08的AWaN層53的主面53a 的MGaN和與其形成結(jié)的光導(dǎo)層55的GaN來規(guī)定。光導(dǎo)層55的膜厚在該含量下超過臨界膜厚。該GaN的生長溫度例如為攝氏1150度。原料氣體Gl例如包含TMG、NH3。由于光導(dǎo)層55產(chǎn)生了晶格弛豫，因此在氮化鎵基半導(dǎo)體層53與光導(dǎo)層55的結(jié)50b處生成多數(shù)位錯(cuò) (例如錯(cuò)配位錯(cuò))。接著，如圖6(a)所示，在步驟S106中，生長具有量子阱結(jié)構(gòu)的有源層57。在生長光導(dǎo)層55后，使襯底溫度下降至攝氏870度。在步驟S107中，將包含III族原料及氮?dú)庠系脑蠚怏w供給至生長爐10內(nèi)，在攝氏870度的襯底溫度下，在hGaN光導(dǎo)層55上生長 GaN勢壘層。用于GaN勢壘層的原料氣體例如包含TMG、NH3。該GaN勢壘層的厚度例如為 15nm。然后，使襯底溫度下降至攝氏750度。在步驟S108中，將包含III族原料及氮?dú)庠系脑蠚怏w供給至生長爐10內(nèi)，在攝氏750度的襯底溫度下，在GaN勢壘層上外延生長非摻雜InGaN阱層。InGaN阱層的厚度例如為3nm。InGaN阱層的h含量例如為0. 25。在必要的情況下，重復(fù)進(jìn)行勢壘層及阱層的生長，以生長有源層57。有源層57的勢壘層及阱層的厚度分別薄于勢壘層及阱層的臨界膜厚，因此例如阱層中含有應(yīng)變。在步驟S109中，使襯底溫度上升至攝氏1000度后，將包含III族原料及氮?dú)庠系脑蠚怏wG2導(dǎo)入至生長爐10內(nèi)，如圖6(a)所示，在有源層57上外延生長載流子阻擋層 (此處，對電子進(jìn)行阻擋)59。原料氣體G2例如包含TMG、TMA、NH3和CP2Mg。載流子阻擋層 59的厚度例如為lOnm，其Al含量例如為0. 12。由于載流子阻擋層59的厚度薄于其臨界膜厚，因此載流子阻擋層59中含有應(yīng)變。在步驟SllO中，在攝氏900度的襯底溫度下，將包含III族原料及氮?dú)庠系脑蠚怏wG3供給至生長爐10內(nèi)，與光導(dǎo)層55同樣地外延生長非摻雜GaN光導(dǎo)層61。該光導(dǎo)層61以不使光導(dǎo)層61產(chǎn)生晶格弛豫的方式生長。在多數(shù)情況下，光導(dǎo)層61的組成等同于或者非常接近于光導(dǎo)層陽的組成，因此光導(dǎo)層61的應(yīng)變也為零或者非常小。光導(dǎo)層61的厚度薄于臨界膜厚。必要的情況下，可在載流子阻擋層59的生長之前生長光導(dǎo)層61。另外，在光導(dǎo)層 61的生長中，可在載流子阻擋層59的生長之前先生長一部分光導(dǎo)層61，并可在載流子阻擋層59的生長之后再生長光導(dǎo)層61的其余部分。此時(shí)，可對在載流子阻擋層59的生長后所生長的光導(dǎo)層61的區(qū)域?qū)嵤│研蛽诫s。然后，在步驟S 111中，將包含III族原料及氮?dú)庠系脑蠚怏wG4導(dǎo)入至生長爐10內(nèi)，如圖7(a)所示，在第二光導(dǎo)層61上外延生長第二導(dǎo)電型(以下作為“P型”進(jìn)行說明)氮化鎵基半導(dǎo)體層63。氮化鎵基半導(dǎo)體層63發(fā)揮ρ型覆層的功能。在第二光導(dǎo)層 61的主面61a上以使氮化鎵基半導(dǎo)體層63產(chǎn)生晶格弛豫的方式生長氮化鎵基半導(dǎo)體層 63。作為氮化鎵基半導(dǎo)體層63，例如生長摻雜Mg的AKiaN覆層。非極性面上晶格弛豫的有無可通過所生長的AWaN半導(dǎo)體的組成、膜厚及晶格常數(shù)差而進(jìn)行控制。該晶格常數(shù)差由第二光導(dǎo)層61的主面61a的GaN和與其形成結(jié)50c的氮化鎵基半導(dǎo)體層63的AWaN來規(guī)定。該AWaN層的厚度例如為400納米。氮化鎵基半導(dǎo)體層63的Al含量例如為0. 08。 該AWaN層的膜厚超過臨界膜厚。原料氣體G4例如包含TMG、TMA、NH3、CP2Mg。生長溫度例如為攝氏900度。由于氮化鎵基半導(dǎo)體層63產(chǎn)生了晶格弛豫，因此在第二光導(dǎo)層61與氮化鎵基半導(dǎo)體層63的結(jié)50c處生成多數(shù)位錯(cuò)(例如錯(cuò)配位錯(cuò))。接著，在步驟S112中，將包含III族原料及氮?dú)庠系脑蠚怏wG5導(dǎo)入至生長爐 10內(nèi)，如圖7 (b)所示，在P型的氮化鎵基半導(dǎo)體層63上外延生長P型接觸層65。原料氣體G5例如包含TMG、NH3、CP2Mg。ρ型接觸層65的厚度例如為50nm。由于ρ型接觸層65的厚度薄于其臨界膜厚，因此P型接觸層65中含有應(yīng)變。在步驟S113中，在形成具有接觸窗的絕緣膜后，在外延襯底EPl的ρ型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域上形成陽極電極從而與P型接觸層65形成電連接，并且根據(jù)需要對襯底51的背面51b進(jìn)行研磨后，在研磨背面形成陰極電極。這些電極例如通過蒸鍍來制作。(實(shí)施例1)圖8是表示實(shí)施例1中的半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)及應(yīng)變的圖。以如下方式制作半導(dǎo)體激光器11a。準(zhǔn)備00-21)面GaN襯底71。進(jìn)行熱清洗后，在GaN襯底71的(20-21) 面上生長η型Alaci8Giia92N覆層72。其生長溫度為攝氏1150度，其膜厚為2微米。在η型 AlaA92N覆層72上生長GaN光導(dǎo)層73a。其生長溫度為攝氏1150度，其膜厚為300納米。在GaN光導(dǎo)層73a上生長有源層74。在有源層74的生長中，交替地生長GaN勢壘層7 及Ina25Giia75N阱層74b。勢壘層74a的生長溫度為攝氏870度，其膜厚為15納米。 阱層74b的生長溫度為攝氏750度，其膜厚為3納米。在有源層74上生長GaN光導(dǎo)層73b。 其生長溫度為攝氏900度，其膜厚為50納米。然后，在GaN光導(dǎo)層7 上生長Ala 126~88Ν 電子阻擋層75。生長溫度為攝氏900度，其膜厚為10納米。之后，在電子阻擋層75上生長GaN光導(dǎo)層73c。生長溫度為攝氏900度，其膜厚為250納米。在GaN光導(dǎo)層73c上生長ρ型AlaQ8Giia92N覆層76。其生長溫度為攝氏900度，其膜厚為400納米。在ρ型覆層76上生長ρ型GaN接觸層77。其生長溫度為攝氏900度，其膜厚為50納米。在ρ型GaN接觸層77上生長硅氧化膜后，使用光刻法在硅氧化膜上形成接觸窗。接觸窗為寬度10微米的條形。在接觸窗及硅氧化膜上形成陽極電極，并且在GaN 襯底71的背面形成陰極電極。陽極電極包含Ni/Au。陰極電極包含Ti/Al。焊墊電極包含 Ti/Au。以800微米的間隔對該襯底產(chǎn)品進(jìn)行解理，制作增益導(dǎo)引型激光器。該增益導(dǎo)引型激光器Ila以500nm的波長產(chǎn)生激光振蕩。閾值電流為20kA/cm2。 在圖8中，由于半導(dǎo)體層72產(chǎn)生了晶格弛豫，因此半導(dǎo)體層72的晶格常數(shù)不受基底的半導(dǎo)體71的晶格常數(shù)的制約。例如，在圖8中，表示半導(dǎo)體71的圖形的橫向?qū)挾燃氨硎景雽?dǎo)體層72的圖形的橫向?qū)挾蕊@示出元件中各晶格常數(shù)的大小關(guān)系。由于半導(dǎo)體層72、半導(dǎo)體層73a及半導(dǎo)體76產(chǎn)生了晶格弛豫，因此結(jié)78a、78b、78c的位錯(cuò)密度大于核心半導(dǎo)體區(qū)域 (73a、74、73b、75、73c)內(nèi)的結(jié)的位錯(cuò)密度。圖9是表示圖8所示的外延襯底的倒易晶格圖譜的圖。參考圖9，信號(hào)Ssub表示來自GaN襯底的信號(hào)，信號(hào)Sraffi表示來自核心半導(dǎo)體區(qū)域的信號(hào)，信號(hào)SaAD表示來自包覆半導(dǎo)體區(qū)域的信號(hào)。這些信號(hào)的峰值強(qiáng)度并未排列在與縱軸平行地延伸的直線上，因此三個(gè)半導(dǎo)體區(qū)域的晶格常數(shù)互不相同。在倒易晶格圖譜中，當(dāng)信號(hào)峰排列在與縱軸平行的線段上時(shí)，這些信號(hào)所對應(yīng)的半導(dǎo)體的晶格常數(shù)的橫向分量在各個(gè)界面處相同。因此，圖9表示在襯底與η型覆層的界面處、η型覆層與下側(cè)光導(dǎo)層的界面處及上側(cè)光導(dǎo)層與ρ型覆層的界面處產(chǎn)生了晶格弛豫。由于η型覆層及ρ型覆層產(chǎn)生了晶格弛豫，因此可獲得無裂紋且鋁含量高的覆層。 因此，根據(jù)該半導(dǎo)體激光器11a，可提高光限制。 光導(dǎo)層相對于η型覆層產(chǎn)生了晶格弛豫，與在η型覆層上共格生長的光導(dǎo)層相比， 產(chǎn)生晶格弛豫后的光導(dǎo)層可減小有源層的應(yīng)變。在產(chǎn)生晶格弛豫后的光導(dǎo)層上生長有源層時(shí)，該有源層的應(yīng)變量可等同于或者小于在GaN襯底上共格生長的有源層的應(yīng)變量。因此， 可抑制由有源層的應(yīng)變所導(dǎo)致的光輸出的降低。因此，根據(jù)實(shí)施例1，可同時(shí)提高光限制及維持光輸出。因此，可降低振蕩閾值。(實(shí)施例2)圖10是表示實(shí)施例2中的半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)及應(yīng)變的圖。以如下方式制作半導(dǎo)體激光器lib。準(zhǔn)備00-21)面GaN襯底81。進(jìn)行熱清洗后，在GaN襯底81的(20-21) 面上生長η型Alaci8Giia92N覆層82。其生長溫度為攝氏1150度，其膜厚為2微米。在η型 Al0.08Ga0.92Ν覆層82上生長In0.03Ga0.97N光導(dǎo)層83a。其膜厚為300納米。在光導(dǎo)層83a上生長有源層84。在有源層84的生長中，交替地生長Inatl3Giia97N 勢壘層8 及Ina25Giia75N阱層84b。勢壘層84a的膜厚為15納米。阱層84b的膜厚為3 納米。在有源層84上生長^ia^3Giia97N光導(dǎo)層83b。其膜厚為50納米。然后，在光導(dǎo)層83b 上生長Alai2Giia88N電子阻擋層85。生長溫度為攝氏900度，其膜厚為10納米。之后，在電子阻擋層85上生長Matl3Giia97N光導(dǎo)層83c。其膜厚為250納米。在光導(dǎo)層83c上生長ρ型Ala^8Giia92N覆層86。其生長溫度為攝氏900度，其膜厚為400納米。在ρ型覆層86上生長ρ型GaN接觸層87。其生長溫度為攝氏900度，其膜
19厚為50納米。在ρ型GaN覆層87上生長硅氧化膜后，使用光刻法在硅氧化膜上形成接觸窗。接觸窗為寬度10微米的條形。在接觸窗及硅氧化膜上形成陽極電極，并且在GaN襯底 81的背面形成陰極電極。陽極電極包含Ni/Au。陰極電極包含Ti/Al。焊墊電極包含Ti/ Au。以800微米的間隔對該襯底產(chǎn)品進(jìn)行解理，制作增益導(dǎo)引型激光器。該增益導(dǎo)引型激光器lib以500nm的波長產(chǎn)生激光振蕩。閾值電流為lOkA/cm2。 如圖10所示，由于半導(dǎo)體層82產(chǎn)生了晶格弛豫，因此半導(dǎo)體層82的晶格常數(shù)不受基底的半導(dǎo)體81的晶格常數(shù)的制約。例如，表示半導(dǎo)體81的圖形的橫向?qū)挾燃氨硎景雽?dǎo)體層82 的圖形的橫向?qū)挾蕊@示出其晶格常數(shù)的大小關(guān)系。由于半導(dǎo)體層82、半導(dǎo)體層83a及半導(dǎo)體86產(chǎn)生了晶格弛豫，因此結(jié)88a、88b、78c的位錯(cuò)密度大于其它結(jié)的位錯(cuò)密度。圖11是表示圖10所示的外延襯底的倒易晶格圖譜的圖。參考圖11，信號(hào)^lffi表示來自GaN襯底的信號(hào)，信號(hào)Sraffi表示來自核心半導(dǎo)體區(qū)域的信號(hào)，信號(hào)SaAD_P表示來自ρ 型包覆半導(dǎo)體區(qū)域的信號(hào)，信號(hào)SaAD_N表示來自η型包覆半導(dǎo)體區(qū)域的信號(hào)。這些信號(hào)的峰值強(qiáng)度并未排列在與縱軸平行地延伸的直線上，因此四個(gè)半導(dǎo)體區(qū)域的晶格常數(shù)互不相同。因此，圖11表示在襯底與η型覆層的界面88a處、η型覆層與下側(cè)光導(dǎo)層的界面88b處及上側(cè)光導(dǎo)層與P型覆層的界面88c處產(chǎn)生了晶格弛豫。下側(cè)光導(dǎo)層相對于η型覆層產(chǎn)生了晶格弛豫，在InGaN生長中，可在不產(chǎn)生黑化的情況下生長hGaN厚膜。另外，可提高^！含量，因此可增大覆層/光導(dǎo)層間的折射率差。因此，可提高光限制性。另外，由于η型覆層及ρ型覆層產(chǎn)生了晶格弛豫，因此可獲得無裂紋且鋁含量高的覆層。因此，根據(jù)該半導(dǎo)體激光器11b，可提高光限制。光導(dǎo)層相對于η型覆層產(chǎn)生了晶格弛豫，與在η型覆層上共格生長的光導(dǎo)層相比， 產(chǎn)生晶格弛豫后的光導(dǎo)層可減小有源層的應(yīng)變。在產(chǎn)生晶格弛豫后的光導(dǎo)層上生長有源層時(shí)，該有源層的應(yīng)變量可小于在GaN襯底上共格生長的有源層的應(yīng)變量。因此，可抑制由有源層的應(yīng)變所導(dǎo)致的光輸出的降低。因此，根據(jù)實(shí)施例2，可同時(shí)提高光限制及維持光輸出。因而，可降低振蕩閾值。實(shí)施例1及實(shí)施例2中使用的是顯示半極性的GaN襯底，但在使用顯示無極性的 GaN襯底而制作的半導(dǎo)體激光器中，也可獲得同樣的技術(shù)性貢獻(xiàn)。另外，半極性主面的傾斜角優(yōu)選在10度以上且80度以下、以及100度以上且170度以下的范圍內(nèi)。進(jìn)而，半極性主面的傾斜角更優(yōu)選在63度以上且80度以下、以及100度以上且117度以下的范圍內(nèi)。在優(yōu)選實(shí)施方式中對本發(fā)明的原理進(jìn)行了圖示說明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明可在不脫離其原理的范圍內(nèi)對配置及細(xì)節(jié)加以變更。本發(fā)明并不限定于本實(shí)施方式中所公開的特定構(gòu)成。因此，請求保護(hù)權(quán)利要求書的范圍及根據(jù)其精神范圍而得到的所有修正及變更。產(chǎn)業(yè)實(shí)用性當(dāng)為了加強(qiáng)有源層中的光限制而提高激光二極管結(jié)構(gòu)的AlGaN覆層的Al含量時(shí)， 六方晶系GaN的c面主面上的AlGaN會(huì)產(chǎn)生裂紋。另外，當(dāng)提高h(yuǎn)含量并且形成超過InGaN 的臨界膜厚的InGaN光導(dǎo)層時(shí)，外延膜的表面會(huì)發(fā)黑。另外，特別是在制作長波長及短波長的發(fā)光元件時(shí)，有源層與GaN襯底的晶格常數(shù)差增大。因此，有源層中會(huì)含有較大的應(yīng)變，因而發(fā)光效率降低。在GaN的c面上，不存在用于緩和應(yīng)變的適當(dāng)?shù)幕泼?，因此，結(jié)果是InGaN有源層中含有較大的應(yīng)變，在AWaN覆層上會(huì)產(chǎn)生裂紋。作為顯示半極性及無極性的半導(dǎo)體區(qū)域，可使用m面、a面及圍繞c軸旋轉(zhuǎn)的無極性面、以及自c面朝m面或a面方向傾斜10度以上的半極性面。在這些非極性面上進(jìn)行外延生長時(shí)，外延膜中會(huì)生成滑移面。因此，通過導(dǎo)入位錯(cuò)可釋放出部分或全部應(yīng)變，因此在 Al含量較高的AWaN覆層中也不會(huì)產(chǎn)生裂紋，且可形成h含量較高的InGaN而不產(chǎn)生黑化。另外，通過在襯底與有源層之間設(shè)置產(chǎn)生了晶格弛豫的半導(dǎo)體層，可使有源層的基底的半導(dǎo)體層的晶格常數(shù)接近于有源層的晶格常數(shù)。此時(shí)，可制作出能減小有源層的應(yīng)變的結(jié)構(gòu)。對于無極性面及半極性面，在制作異質(zhì)結(jié)時(shí)，容易生成滑移面而產(chǎn)生位錯(cuò)。利用這一點(diǎn)，通過導(dǎo)入受控的位錯(cuò)，可緩和半導(dǎo)體層的應(yīng)變，可生長無裂紋且Al含量較高的AWaN 及h含量較高的InGaN。
權(quán)利要求
1.一種III族氮化物半導(dǎo)體激光二極管，其特征在于， 包含第一導(dǎo)電型覆層，其設(shè)置于包含第一六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體區(qū)域的主面上，并包含第二六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體，第一光導(dǎo)層，其設(shè)置于所述第一導(dǎo)電型覆層上，并包含第三六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體，載流子阻擋層，其包含第四六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體，和有源層，其設(shè)置于所述第一導(dǎo)電型覆層與所述載流子阻擋層之間； 所述半導(dǎo)體區(qū)域的所述主面相對于與該第一六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的C軸正交的基準(zhǔn)面成10度以上的角度，所述第一導(dǎo)電型覆層在所述半導(dǎo)體區(qū)域的所述主面上產(chǎn)生晶格弛豫， 所述第一導(dǎo)電型覆層、所述第一光導(dǎo)層、所述有源層及所述載流子阻擋層排列在所述半導(dǎo)體區(qū)域的所述主面的法線軸的方向上，所述載流子阻擋層中含有應(yīng)變，且所述有源層包含含有應(yīng)變的半導(dǎo)體層， 所述第一光導(dǎo)層在所述第一導(dǎo)電型覆層的主面上產(chǎn)生晶格弛豫， 所述半導(dǎo)體區(qū)域的所述主面顯示無極性和半極性中的任意一者， 所述第一導(dǎo)電型覆層在所述半導(dǎo)體區(qū)域的所述主面上產(chǎn)生晶格弛豫。
2.如權(quán)利要求1所述的III族氮化物半導(dǎo)體激光二極管，其特征在于，所述第一六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的C軸方向與該C軸方向的晶格常數(shù)dl的大小由晶格向量LVCl表示，所述第二六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的c軸方向與該c軸方向的晶格常數(shù)d2的大小由晶格向量LVC2表示，所述晶格向量LVCl包含所述法線軸方向的縱向分量Vk和與所述縱向分量正交的橫向分量V1T，所述晶格向量LVC2包含所述法線軸方向的縱向分量和與所述縱向分量正交的橫向分量Mt，所述橫向分量VIt與所述橫向分量V2t不同。
3.如權(quán)利要求1或2所述的III族氮化物半導(dǎo)體激光二極管，其特征在于，所述第三六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的C軸方向與該C軸方向的晶格常數(shù)d3的大小由晶格向量LVC3表示，所述晶格向量LVC3包含所述法線軸方向的縱向分量和與所述縱向分量正交的橫向分量V:3T，所述橫向分量^t與所述橫向分量V;3T不同。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體激光二極管，其特征在于， 還包含設(shè)置于所述載流子阻擋層上的第二導(dǎo)電型覆層，該第二導(dǎo)電型覆層包含第五六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體，所述載流子阻擋層設(shè)置于所述第二導(dǎo)電型覆層與所述有源層之間，所述第五六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體與所述第三六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體不同，所述第二導(dǎo)電型覆層產(chǎn)生晶格弛豫。
5.如權(quán)利要求4所述的III族氮化物半導(dǎo)體激光二極管，其特征在于，還包含設(shè)置于所述第二導(dǎo)電型覆層與所述有源層之間的第二光導(dǎo)層，該第二光導(dǎo)層包含第六六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體，所述第二導(dǎo)電型覆層的所述晶格弛豫在所述第二光導(dǎo)層上產(chǎn)生。
6.如權(quán)利要求4或5所述的III族氮化物半導(dǎo)體激光二極管，其特征在于，所述第二導(dǎo)電型覆層為 InX2AlY2Gai_X2_Y2N(0 彡 X2 彡 0. 50、0 彡 Y2 彡 0. 50)。
7.如權(quán)利要求4至6中任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體激光二極管，其特征在于，所述第二導(dǎo)電型覆層的膜厚為300nm以上。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體激光二極管，其特征在于，所述第一導(dǎo)電型覆層為Ir^AlYiGamiMO彡Xl彡0. 50、0彡Yl彡0. 50)。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體激光二極管，其特征在于，所述第一導(dǎo)電型覆層的膜厚為300nm以上。
10.如權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體激光二極管，其特征在于， 所述有源層包含InuAlvGa1^vN(O彡U彡0. 50、0彡V彡0. 50)。
11.如權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體激光二極管，其特征在于， 所述有源層的發(fā)光波長為250nm以上且600nm以下。
12.如權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體激光二極管，其特征在于， 所述第一光導(dǎo)層包含InsAl1Ga1^1N(O彡S彡0. 30、0彡T彡0. 30)。
13.如權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體激光二極管，其特征在于， 所述有源層的膜厚與所述第一光導(dǎo)層的膜厚總計(jì)為300nm以上。
14.如權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體激光二極管，其特征在于， 所述第一導(dǎo)電型覆層與所述第一光導(dǎo)層的界面處的位錯(cuò)具有IXlO8CnT2以上的密度。
15.如權(quán)利要求14所述的III族氮化物半導(dǎo)體激光二極管，其特征在于，所述位錯(cuò)含有刃型位錯(cuò)的成分。
16.如權(quán)利要求1至15中任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體激光二極管，其特征在于，還包含具有非極性主面的支撐體，所述第一導(dǎo)電型覆層設(shè)置于所述支撐體的所述主面上，所述支撐體的所述非極性主面提供包含所述第一六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的所述半導(dǎo)體區(qū)域的主面。
17.如權(quán)利要求16所述的III族氮化物半導(dǎo)體激光二極管，其特征在于，所述支撐體包含 AlzGivzN (O 彡 Z 彡 1)。
18.如權(quán)利要求16或17所述的III族氮化物半導(dǎo)體激光二極管，其特征在于，所述支撐體包含GaN。
19.一種III族氮化物半導(dǎo)體激光二極管的制作方法，其特征在于，包括如下步驟在包含第一六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體區(qū)域的主面上，生長包含第二六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的第一導(dǎo)電型覆層，以使該第一導(dǎo)電型覆層產(chǎn)生晶格弛豫，在所述第一導(dǎo)電型覆層上生長包含第三六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的第一光導(dǎo)層，以使該第一光導(dǎo)層產(chǎn)生晶格弛豫，在所述第一光導(dǎo)層上生長有源層，和在所述有源層上生長包含第四六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的載流子阻擋層；且所述半導(dǎo)體區(qū)域的所述主面相對于與該第一六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的c軸正交的基準(zhǔn)面成10度以上的角度，所述半導(dǎo)體區(qū)域的所述主面顯示無極性和半極性中的任意一者， 所述載流子阻擋層中含有應(yīng)變， 所述有源層包含含有應(yīng)變的半導(dǎo)體層。
20.如權(quán)利要求19所述的III族氮化物半導(dǎo)體激光二極管的制作方法，其特征在于， 還包括如下步驟在所述載流子阻擋層上生長包含第五六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的第二導(dǎo)電型覆層，以使該第二導(dǎo)電型覆層的該第五六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體產(chǎn)生晶格弛豫；且所述第五六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體與所述第三六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體不同，所述第二導(dǎo)電型覆層產(chǎn)生晶格弛豫。
21.如權(quán)利要求20所述的III族氮化物半導(dǎo)體激光二極管的制作方法，其特征在于， 所述第二導(dǎo)電型覆層包含InMGaN，在該第五六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的鋁含量及銦含量下，所述第二導(dǎo)電型覆層的膜厚大于臨界膜厚。
22.如權(quán)利要求20或21所述的III族氮化物半導(dǎo)體激光二極管的制作方法，其特征在于，還包括如下步驟在所述第二導(dǎo)電型覆層生長之前，在所述有源層上生長包含第六六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的第二光導(dǎo)層，以使該第二光導(dǎo)層不產(chǎn)生晶格弛豫；且所述第二導(dǎo)電型覆層的所述晶格弛豫在所述第二光導(dǎo)層上產(chǎn)生。
23.如權(quán)利要求22所述的III族氮化物半導(dǎo)體激光二極管的制作方法，其特征在于， 所述第二光導(dǎo)層包含InGaN，在該第六六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的銦含量下，所述第二光導(dǎo)層的膜厚小于臨界膜厚。
24.如權(quán)利要求19至23中任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體激光二極管的制作方法， 其特征在于，所述第一導(dǎo)電型覆層包含InMGaN，在該第二六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的鋁含量及銦含量下，所述第一導(dǎo)電型覆層的膜厚大于臨界膜厚。
25.如權(quán)利要求19至M中任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體激光二極管的制作方法， 其特征在于，所述第一光導(dǎo)層包含InGaN，在該第三六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體的銦含量下，所述第一光導(dǎo)層的膜厚大于臨界膜厚。
26.如權(quán)利要求19至25中任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體激光二極管的制作方法， 其特征在于，還包括如下步驟準(zhǔn)備具有非極性主面的襯底，該襯底包含第一六方晶系III族氮化物半導(dǎo)體；且所述半導(dǎo)體區(qū)域的所述主面由所述非極性主面提供， 所述襯底包含GaN、AlGaN及AlN中的任意一者。
全文摘要
本發(fā)明提供一種III族氮化物半導(dǎo)體激光二極管，其具有能夠提供較高的光限制及載流子限制的覆層。在(20-21)面GaN襯底(71)上，以產(chǎn)生晶格弛豫的方式生長n型Al0.08Ga0.92N覆層(72)。在n型覆層(72)上，以產(chǎn)生晶格弛豫的方式生長GaN光導(dǎo)層(73a)。在光導(dǎo)層(73a)上，以不產(chǎn)生晶格弛豫的方式生長有源層(74)、GaN光導(dǎo)層(73b)、Al0.12Ga0.88N電子阻擋層(75)及GaN光導(dǎo)層(73c)。在光導(dǎo)層(73c)上，以產(chǎn)生晶格弛豫的方式生長p型Al0.08Ga0.92N覆層(76)。在p型覆層(76)上，以不產(chǎn)生晶格弛豫的方式生長p型GaN接觸層(77)，從而制作半導(dǎo)體激光器(11a)。結(jié)(78a)～(78c)的位錯(cuò)密度大于其它結(jié)的位錯(cuò)密度。
文檔編號(hào)H01L21/205GK102422497SQ20108002069
公開日2012年4月18日 申請日期2010年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月11日
發(fā)明者上野昌紀(jì), 中村孝夫, 京野孝史, 住友隆道, 善積祐介, 鹽谷陽平, 秋田勝史 申請人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社