[發明專利]氮化物半導體激光二極管

有效

• 申請號: 201080034220.6
• 申請日: 2010-07-26
• 公開（公告）號: CN102474077A
• 公開（公告）日: 2012-05-23
• 發明（設計）人: 三好隆
• 申請（專利權）人: 日亞化學工業株式會社
• 主分類號: H01S5/343
• 分類號: H01S5/343
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司 11287
• 代理人: 沈錦華

技術領域

本案發明是涉及一種使用由Al_xIn_yGa_1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)表現的氮化物半導體的氮化物半導體激光二極管。

背景技術

使用化合物半導體的半導體激光二極管，廣泛應用于可進行大容量、高密度信息記錄/再生的光盤系統等。另一方面，作為半導體激光二極管的新型應用，期待通過組合藍、綠、紅色半導體激光來實現全色顯示器。

作為光的3原色即藍、綠、紅色中的藍色和紅色的半導體激光二極管業已通過使用作為III-V族化合物半導體的InAlGaN或AlInGaP而實用化。相對于此，綠色激光已經開發出通過利用第二諧波(SHG(second?harmonic?generation，第二諧波振蕩))轉換波長而可進行綠色發光的激光，但是，可直接進行綠色發光的器件至今尚未實用化。

作為可直接進行綠色發光的半導體激光二極管，在1993年報告有使用II-VI族化合物半導體的激光二極管，但因缺乏高電流下的可靠性，至今依然未能實用。因此，近年來，期待實現使用III-V族氮化物半導體直接進行綠色發光的半導體激光二極管。

作為III-V族氮化物半導體，使用含有In_xAl_yGa_1-x-yN(0＜x，0≤y＜1，0＜x+y＜1)、尤其含有InGaN的發光層(以下，簡稱為「InGaN發光層」)的紫外～藍色發光的半導體激光二極管業已得到實用化(專利文獻1等)，且若將該InGaN發光層的In含有率提高，減小帶隙，使發光波長長波長化，則可利用綠色進行發光。然而，當使InGaN發光層氣相生長時，隨著In含有率升高，對于作為下墊層的GaN層的晶格失配變大，InGaN層自身也容易因化學性不穩定而引起相分離。所以，提高InGaN發光層的In含有率，實現可綠色發光的半導體激光并非易事。

專利文獻2中提出一種通過在發光層中采用由部分P置換InGaN的V族元素所得的InGaNP，而在包含綠色的寬廣波區中可進行發光的半導體激光二極管。根據專利文獻2，可通過將InGaNP用于發光層，而使揮發性低于N的V族元素即P和In結合，從而可防止In偏析。而且，P含有率變化引起的帶隙的彎曲效應較大，因此，和以往的InGaN發光層相比，可降低獲取目標發光波長所需的In含有率。而且，專利文獻3中還提出有通過對InGaNP發光層，添加Mg、Be、C、Si等雜質，而抑制InGaNP發光層的晶體分離。

另一方面，本案發明者等最近通過生長條件的設計而將In含有率高的InGaN發光層的結晶性改善，在使用InGaN發光層的半導體激光二極管中成功進行515nm為止的室溫連續振蕩，且在非專利文獻1中進行了報告。該綠色半導體激光的輸出是在25℃下為5mW，且室溫運行下的預測壽命為5000h以上。

專利文獻1：國際專利公開WO2002-05399號公報

專利文獻2：日本專利特開2002-26459號公報

專利文獻3：日本專利特開2002-84040號公報

非專利文獻：T.Miyoshi?et.al.，”510-515nm?InGaN-Based?Green?Laser?Diodes?on?c-Plane?GaN?substrate”，Applied?Physics?Express?2(2009)，062201

發明內容

然而，使用所述InGaN發光層的綠色半導體激光二極管的壽命特性并不充分。如非專利文獻1所示，波長為510～513nm的綠色半導體激光二極管是在室溫運行(25℃)的壽命測試中，到500h為止驅動電流穩定，由此預測的室溫運行下的壽命為5000h以上(參照非專利文獻1，Fig.8)。然而，若作為加速試驗，進行60℃的高溫運行，驅動后立即呈現出急遽劣化，高溫運行下的壽命僅為數十小時。

經本案發明者研究，使用InGaN發光層的半導體激光二極管的壽命特性呈現出對波長較強的依賴性，如果振蕩波長超過500nm，則壽命特性急遽下降。可知和以往相比，若InGaN發光層的In含有率增加，則和作為下墊層的GaN層的晶格失配變大，在InGaN層和GaN層的界面上將產生位錯。而且，也知道若激光二極管器件中的位錯密度增加則壽命特性下降。然而，可認為因位錯密度增加導致壽命特性下降的原因在于，位錯自身作為非發光再結合中心起作用。因此，以往為抑制伴隨振蕩波長的長波長化造成壽命特性下降，而一直致力于減少位錯的產生。