AlGaN系深紫外光デバイスの開発: レーザーダイオードと透明導電膜

摘要

深紫外LD(UV LD)の実現を目指した半導体レーザーダイオードの短波長化への取り組みは、多大な技術障壁に直面してきた。その結果、2009年に電流注入による波長336 nmの発振実証報告[1]から、我々が昨年に報告した波長271.8 nmの発振 [2]に至るまで、10年近くを要した。これはワイドギャップ半導体材料のデバイス応用における課題である導電性制御が困難であった点や、格子整合する高品質な成長母材（単結晶基板や低転位密度テンプレート）の作製技術が未成熟であった点などに因るところが大きい。特にワイドギャップ半導体材料のp型導電性制御は技術障壁が高く、従来の不純物ドーピングでは十分なp型導電性の実現が困難であった。この課題はUV LDにおいてはより深刻である。光閉じ込め構造として用いる発振波長よりも広いバンドギャップのAlGaNクラッド層において、p型導電性を実現じなければならないからである。実証したUV-C LDではクラッド層のp型導電性を得るために、Al組成傾斜によるAlGaN分極ドーピング技術を採用した。本構造のp-AlGaNクラッド層は、理論上1017 cm~(-3)台後半の正孔濃度を実現できると考えられる。これは従来のMgドーピングにより達成できる1014 cm~(-3)オーダーの正孔濃度に比べて著しく高い。分極ドーピング技術に基づいたLD構造設計としたことは、UV-C LDの実現に大きく寄与したと考えている。