JP4566253B2 - Nitride semiconductor laser device - Google Patents
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Description
本発明は、窒化物半導体レーザ素子に関し、特に、III−V族系窒化物半導体(以下、単に「窒化物半導体」という。)を用いた窒化物半導体レーザ素子に関する。 The present invention relates to a nitride semiconductor laser device, and more particularly to a nitride semiconductor laser device using a group III-V nitride semiconductor (hereinafter simply referred to as “nitride semiconductor”).
窒化物半導体は、青紫色、青色または緑色の光を発光する窒化物半導体レーザ素子や窒化物半導体発光ダイオード素子等の窒化物半導体発光素子の材料として注目されており、近年、窒化物半導体を用いた青紫色、青色または緑色の光を発光する窒化物半導体発光素子の開発が活発に行なわれている。 Nitride semiconductors are attracting attention as materials for nitride semiconductor light emitting devices such as nitride semiconductor laser devices and nitride semiconductor light emitting diode devices that emit blue-violet, blue or green light. In recent years, nitride semiconductors have been used. Development of nitride semiconductor light emitting devices that emit blue-violet, blue, or green light has been actively conducted.
青色や緑色の光を発光する窒化物半導体発光ダイオード素子は既に実用化されており、窒化物半導体レーザ素子についても光ディスクなどの光記録媒体の記録密度を向上させるために、発光波長が400nm付近の青紫色の光を発光する窒化物半導体レーザ素子が実用化されている。 Nitride semiconductor light emitting diode elements that emit blue or green light have already been put into practical use, and in order to improve the recording density of an optical recording medium such as an optical disk, the nitride semiconductor laser element also has an emission wavelength of around 400 nm. Nitride semiconductor laser elements that emit blue-violet light have been put into practical use.
一方、発光波長400nmよりも長波長の純青色または緑色の光を発光する窒化物半導体レーザ素子は、ディスプレイ装置の光源、照明用途としての蛍光体励起光源、さらには医療用機器への応用に対する期待からその開発が進められている。 On the other hand, nitride semiconductor laser elements that emit pure blue or green light having an emission wavelength longer than 400 nm are expected to be applied to light sources for display devices, phosphor excitation light sources for illumination applications, and medical devices. The development is underway.
ここで、発光波長が400nm付近の青紫色の光を発光する窒化物半導体レーザ素子は、n型窒化物半導体クラッド層およびp型窒化物半導体クラッド層の他にAlを含む窒化物半導体(AlGaN等)から構成されている。 Here, a nitride semiconductor laser element that emits blue-violet light having an emission wavelength of around 400 nm is a nitride semiconductor (such as AlGaN) that includes Al in addition to an n-type nitride semiconductor cladding layer and a p-type nitride semiconductor cladding layer. ).
上述したように、青紫色の光を発光する窒化物半導体レーザ素子は既に実用化されているが、窒化物半導体クラッド層に転位のような結晶欠陥を発生させるAlを含む窒化物半導体(AlGaN等)を用いている点については潜在的な課題があると言える。 As described above, nitride semiconductor laser elements emitting blue-violet light have already been put into practical use, but nitride semiconductors containing Al that generate crystal defects such as dislocations in the nitride semiconductor cladding layer (AlGaN, etc.) ) Is a potential issue.
また、Alを含む窒化物半導体(AlGaN等)においては、p型不純物として用いるマグネシウム(Mg)のアクセプタイオン化エネルギーがAlの組成比に比例して増大するため、高い正孔濃度を実現することが困難となり、窒化物半導体レーザ素子の抵抗が高い原因の一つとされている。すなわち、依然として、窒化物半導体レーザ素子の抵抗を低減させる余地が残っていると言える。 Further, in nitride semiconductors containing Al (such as AlGaN), the acceptor ionization energy of magnesium (Mg) used as a p-type impurity increases in proportion to the Al composition ratio, so that a high hole concentration can be realized. This is one of the causes of the high resistance of the nitride semiconductor laser device. That is, it can be said that there is still room for reducing the resistance of the nitride semiconductor laser element.
一方、青色や緑色の光を発光する窒化物半導体レーザ素子については以下のような課題が存在する。すなわち、発光波長が400nm付近では、窒化物半導体クラッド層の材料として用いられるAlを含む窒化物半導体(AlGaN等)とGaNとの間の屈折率が大きいが、発光波長が400nmより長波長の純青色の光(430nm以上480nm以下の波長の光)あるいは緑色の光(480nmよりも大きく580nm以下の波長の光)の領域では、この屈折率差が小さくなる。 On the other hand, the nitride semiconductor laser element emitting blue or green light has the following problems. That is, when the emission wavelength is around 400 nm, the refractive index between the nitride semiconductor containing Al (AlGaN, etc.) used as the material of the nitride semiconductor cladding layer and GaN is large, but the emission wavelength is longer than 400 nm. In the region of blue light (light having a wavelength of 430 nm or more and 480 nm or less) or green light (light having a wavelength of greater than 480 nm and less than or equal to 580 nm), this refractive index difference is small.
すなわち、発光波長400nm付近の窒化物半導体レーザ素子の構造において発光波長のみを長波長化したと仮定すると、窒化物半導体活性層への光の閉じ込めが不十分となるため、窒化物半導体レーザ素子の発光効率(窒化物半導体レーザ素子に注入された電子数に対して窒化物半導体レーザ素子の外部に取り出される光子数の割合)の低下が懸念される。 That is, assuming that only the emission wavelength is increased in the structure of the nitride semiconductor laser element having an emission wavelength of around 400 nm, light confinement in the nitride semiconductor active layer becomes insufficient. There is a concern that the light emission efficiency (ratio of the number of photons taken out of the nitride semiconductor laser element to the number of electrons injected into the nitride semiconductor laser element) is reduced.
純青色等の長波長帯の光について、高性能な窒化物半導体レーザ素子を実現するためには、屈折率差の低減を考慮して窒化物半導体レーザ素子の構造を設計することが必要となる。たとえば、窒化物半導体活性層への光の閉じ込めの低下を抑制する方法としては、Alを含む窒化物半導体(AlGaN等)により構成される窒化物半導体クラッド層のAl組成比を増大させることでその屈折率差を増大させることができる。 In order to realize a high-performance nitride semiconductor laser device for light in a long wavelength band such as pure blue, it is necessary to design the structure of the nitride semiconductor laser device in consideration of a reduction in the refractive index difference. . For example, as a method of suppressing a decrease in light confinement in the nitride semiconductor active layer, the Al composition ratio of a nitride semiconductor clad layer composed of a nitride semiconductor (such as AlGaN) containing Al is increased. The difference in refractive index can be increased.
しかしながら、p型窒化物半導体クラッド層のAl組成比を増大させた場合には、上述したとおりp型不純物として用いるマグネシウム(Mg)のアクセプタイオン化エネルギーがAlの組成に比例して増大するので、高い正孔濃度を実現することが困難となり、窒化物半導体レーザ素子の抵抗が増大して、駆動電圧が上昇するといった問題が危惧される。 However, when the Al composition ratio of the p-type nitride semiconductor cladding layer is increased, as described above, the acceptor ionization energy of magnesium (Mg) used as the p-type impurity increases in proportion to the Al composition, so that it is high. There is a concern that it becomes difficult to realize the hole concentration, the resistance of the nitride semiconductor laser element increases, and the drive voltage increases.
たとえば、特開2000−236142号公報においては、p型窒化物半導体クラッド層にAlを用いないGaN層により構成することによって結晶欠陥の少ない窒化物半導体レーザ素子を実現している。しかしながら、特開2000−236142号公報に記載の窒化物半導体レーザ素子の構成では、純青色や緑色の光では、光の閉じ込めが不十分となり、窒化物半導体レーザ素子の発光効率の低下が避けられない。 For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-236142, a nitride semiconductor laser element with few crystal defects is realized by forming a p-type nitride semiconductor cladding layer with a GaN layer that does not use Al. However, in the configuration of the nitride semiconductor laser element described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-236142, light confinement is insufficient with pure blue or green light, and a reduction in the light emission efficiency of the nitride semiconductor laser element can be avoided. Absent.
また、特開2004−289157号公報においては、p型窒化物半導体クラッド層の代わりに、導波路層上に透明導電膜を設け、さらにはその透明導電膜上にp電極を設けた構成の窒化物半導体レーザ素子が開示されている。特開2004−289157号公報に記載の窒化物半導体レーザ素子の構成では、光閉じ込め係数を維持するとともに、p電極における著しい吸収損失を避けることができる。さらにはAlを含む窒化物半導体(AlGaN等)により構成されるp型窒化物半導体クラッド層の使用を避けることが可能であり、p型窒化物半導体クラッド層の代わりに透明導電膜を設けていることによって窒化物半導体レーザ素子の抵抗を低減して、駆動電圧の上昇も抑えることが可能である。 Further, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-289157, a nitriding structure in which a transparent conductive film is provided on a waveguide layer instead of a p-type nitride semiconductor cladding layer, and a p-electrode is provided on the transparent conductive film. A semiconductor laser device is disclosed. In the configuration of the nitride semiconductor laser element described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-289157, the optical confinement coefficient can be maintained and a significant absorption loss in the p electrode can be avoided. Further, it is possible to avoid the use of a p-type nitride semiconductor clad layer made of a nitride semiconductor containing Al (AlGaN or the like), and a transparent conductive film is provided instead of the p-type nitride semiconductor clad layer. As a result, the resistance of the nitride semiconductor laser device can be reduced, and an increase in driving voltage can be suppressed.
しかしながら、実施例で示されている波長420nmのレーザ光を放出させる場合には上記の効果が期待できても、たとえば430nm以上580nm以下といったさらなる長波長領域のレーザ光を放出させる場合には、特開2004−289157号公報に開示されている構成では、透明導電膜上にp電極を設けることでは吸収損失の影響は避けられないため、窒化物半導体レーザ素子の構成としては不十分であった。 However, when the laser beam having a wavelength of 420 nm shown in the embodiment is emitted, the above-described effect can be expected, but when emitting a laser beam in a longer wavelength region such as 430 nm or more and 580 nm or less, it is particularly In the configuration disclosed in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2004-289157, the effect of absorption loss is unavoidable if the p-electrode is provided on the transparent conductive film, so that the configuration of the nitride semiconductor laser device is insufficient.
したがって、より広い波長範囲のレーザ光を放出する場合にも適用できるとともに、高抵抗の要因となるAlを含むp型窒化物半導体の使用量を可能な限り減らし、かつ光閉じ込めを十分に満足する窒化物半導体レーザ素子が求められていた。
上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、低い窒化物半導体レーザ素子の抵抗を実現することができ、また、その適応するレーザ光の波長範囲が広い窒化物半導体レーザ素子を提供することにある。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a nitride semiconductor laser element that can realize a low resistance of a nitride semiconductor laser element and that has a wide wavelength range of the laser light to be adapted. is there.
本発明は、n型窒化物半導体層と、n型窒化物半導体層上に形成された窒化物半導体活性層と、窒化物半導体活性層上に形成されたp型窒化物半導体層と、p型窒化物半導体層上に形成された上部透明導電膜とを含み、窒化物半導体活性層は、インジウムを含む窒化物半導体井戸層と、窒化物半導体障壁層とを有し、窒化物半導体活性層から放出されるレーザ光の幅に対応する窒化物半導体活性層の領域の上方に位置する上部透明導電膜の領域において、上部透明導電膜の表面が気体と接し、窒化物半導体活性層から放出されるレーザ光の幅に対応する窒化物半導体活性層の領域の上方とは異なる領域に位置する上部透明導電膜の領域において、上部透明導電膜の表面が金属から構成される電極と接している窒化物半導体レーザ素子である。 The present invention relates to an n-type nitride semiconductor layer, a nitride semiconductor active layer formed on the n-type nitride semiconductor layer, a p-type nitride semiconductor layer formed on the nitride semiconductor active layer, and a p-type An upper transparent conductive film formed on the nitride semiconductor layer, the nitride semiconductor active layer having a nitride semiconductor well layer containing indium and a nitride semiconductor barrier layer, and from the nitride semiconductor active layer in the region of the upper transparent conductive film located above the region of the nitride semiconductor active layer corresponding to the width of the emitted laser beam, and contact with the air body surface of the upper transparent conductive film, released from the nitride semiconductor active layer In the region of the upper transparent conductive film located in a region different from the region above the region of the nitride semiconductor active layer corresponding to the width of the laser light to be applied , the surface of the upper transparent conductive film is in contact with the electrode made of metal This is a nitride semiconductor laser element.
また、本発明は、n型窒化物半導体層と、n型窒化物半導体層上に形成された窒化物半導体活性層と、窒化物半導体活性層上に形成されたp型窒化物半導体層と、p型窒化物半導体層上に形成された上部透明導電膜とを含み、窒化物半導体活性層は、インジウムを含む窒化物半導体井戸層と、窒化物半導体障壁層とを有し、窒化物半導体活性層から放出されるレーザ光の幅に対応する窒化物半導体活性層の領域の上方に位置する上部透明導電膜の領域において、上部透明導電膜の表面が気体または透明誘電体膜と接し、窒化物半導体活性層から放出されるレーザ光の幅に対応する窒化物半導体活性層の領域の上方とは異なる領域に位置する上部透明導電膜の領域において、上部透明導電膜の表面が金属から構成される電極と接しており、p型窒化物半導体層の少なくとも一部がリッジストライプ部を構成している窒化物半導体レーザ素子である。 The present invention also provides an n-type nitride semiconductor layer, a nitride semiconductor active layer formed on the n-type nitride semiconductor layer, a p-type nitride semiconductor layer formed on the nitride semiconductor active layer, an upper transparent conductive film formed on the p-type nitride semiconductor layer, and the nitride semiconductor active layer includes a nitride semiconductor well layer containing indium and a nitride semiconductor barrier layer, and the nitride semiconductor active layer In the region of the upper transparent conductive film located above the region of the nitride semiconductor active layer corresponding to the width of the laser light emitted from the layer, the surface of the upper transparent conductive film is in contact with the gas or the transparent dielectric film, and the nitride In the region of the upper transparent conductive film located in a region different from the region above the region of the nitride semiconductor active layer corresponding to the width of the laser light emitted from the semiconductor active layer, the surface of the upper transparent conductive film is made of metal In contact with the electrode, p-type At least a portion of the compound semiconductor layer is a nitride semiconductor laser device constituting the ridge stripe portion.
また、本発明の窒化物半導体レーザ素子においては、レーザ光の電界分布が上部透明導電膜の上方に染み出していることが好ましい。 In the nitride semiconductor laser device of the present invention, preferably Rukoto electric field distribution of the laser beam is not exude above the upper transparent conductive film.
また、本発明の窒化物半導体レーザ素子においては、p型窒化物半導体層は上部透明導電膜と接するp型窒化物半導体コンタクト層を有し、p型窒化物半導体コンタクト層はp型GaNまたはp型AlGaNからなり、p型窒化物半導体コンタクト層の厚さは1μm以下であることが好ましい。 In the nitride semiconductor laser device of the present invention, the p-type nitride semiconductor layer has a p-type nitride semiconductor contact layer in contact with the upper transparent conductive film, and the p-type nitride semiconductor contact layer is p-type GaN or p-type. The p-type nitride semiconductor contact layer is preferably 1 μm or less in thickness.
また、本発明の窒化物半導体レーザ素子は、n型窒化物半導体層と窒化物半導体活性層との間に窒化物半導体下部光ガイド層を備えており、窒化物半導体下部光ガイド層がインジウムを含む窒化物半導体からなり、窒化物半導体下部光ガイド層のインジウム組成比が窒化物半導体井戸層のインジウム組成比よりも小さいことが好ましい。 The nitride semiconductor laser device of the present invention further includes a nitride semiconductor lower light guide layer between the n-type nitride semiconductor layer and the nitride semiconductor active layer, and the nitride semiconductor lower light guide layer contains indium. The indium composition ratio of the nitride semiconductor lower optical guide layer is preferably smaller than the indium composition ratio of the nitride semiconductor well layer.
また、本発明の窒化物半導体レーザ素子は、窒化物半導体活性層と上部透明導電膜との間に窒化物半導体上部光ガイド層を備えており、窒化物半導体上部光ガイド層がインジウムを含む窒化物半導体からなり、窒化物半導体上部光ガイド層のインジウム組成比が窒化物半導体井戸層のインジウム組成比よりも小さいことが好ましい。 The nitride semiconductor laser device of the present invention further includes a nitride semiconductor upper light guide layer between the nitride semiconductor active layer and the upper transparent conductive film, and the nitride semiconductor upper light guide layer is nitrided containing indium. The indium composition ratio of the nitride semiconductor upper light guide layer is preferably smaller than the indium composition ratio of the nitride semiconductor well layer.
また、本発明の窒化物半導体レーザ素子は、n型窒化物半導体層の窒化物半導体活性層の設置側とは反対側に下部透明導電膜を備えており、下部透明導電膜のn型窒化物半導体層の設置側とは反対側の表面の少なくとも一部が気体または透明誘電体膜と接していることが好ましい。 The nitride semiconductor laser device of the present invention further includes a lower transparent conductive film on the side of the n-type nitride semiconductor layer opposite to the side where the nitride semiconductor active layer is installed, and the n-type nitride of the lower transparent conductive film It is preferable that at least a part of the surface on the opposite side of the semiconductor layer is in contact with the gas or the transparent dielectric film.
また、本発明の窒化物半導体レーザ素子は、窒化物半導体レーザ素子の共振器端面とは異なる表面の少なくとも一部に放熱性部材を備えていることが好ましい。 In addition, the nitride semiconductor laser element of the present invention preferably includes a heat dissipating member on at least a part of the surface different from the cavity end face of the nitride semiconductor laser element.
なお、本発明において、n型窒化物半導体層としては、たとえば、n型の導電型を有するAlx1Gay1Inz1N(0≦x1≦1、0≦y1≦1、0≦z1≦1、x1+y1+z1≠0)の式で表わされる窒化物半導体結晶からなる層の単層または複数層を用いることができる。また、n型窒化物半導体層が複数層から構成される場合には、その少なくとも1層が他の層と異なる組成の層であってもよい。 In the present invention, as the n-type nitride semiconductor layer, for example, Al x1 Ga y1 In z1 N (0 ≦ x1 ≦ 1, 0 ≦ y1 ≦ 1, 0 ≦ z1 ≦ 1, n-type conductivity type, A single layer or a plurality of layers made of a nitride semiconductor crystal represented by a formula of x1 + y1 + z1 ≠ 0) can be used. When the n-type nitride semiconductor layer is composed of a plurality of layers, at least one of the layers may be a layer having a composition different from that of the other layers.
また、本発明において、窒化物半導体活性層としては、たとえば、Alx2Gay2Inz2N(0≦x2≦1、0≦y2≦1、0≦z2≦1、x2+y2+z2≠0)の式で表わされる窒化物半導体結晶からなる層の単層または複数層を用いることができる。なお、窒化物半導体活性層はアンドープであってもよく、n型またはp型の導電型を有していてもよい。また、窒化物半導体活性層が複数層から構成される場合には、その少なくとも1層が他の層と異なる組成の層であってもよい。 In the present invention, the nitride semiconductor active layer is represented by, for example, the formula of Al x2 Ga y2 In z2 N (0 ≦ x2 ≦ 1, 0 ≦ y2 ≦ 1, 0 ≦ z2 ≦ 1, x2 + y2 + z2 ≠ 0). A single layer or a plurality of layers made of nitride semiconductor crystals can be used. The nitride semiconductor active layer may be undoped or may have an n-type or p-type conductivity type. When the nitride semiconductor active layer is composed of a plurality of layers, at least one of the layers may be a layer having a composition different from that of the other layers.
また、本発明において、p型窒化物半導体コンタクト層としては、たとえば、p型の導電型を有するAlx3Gay3Inz3N(0≦x3≦1、0≦y3≦1、0≦z3≦1、x3+y3+z3≠0)の式で表わされる窒化物半導体結晶からなる層の単層または複数層を用いることができるが、x3=z3=0のp型GaNまたはz3=0のp型AlGaNを用いることが好ましい。また、p型窒化物半導体コンタクト層が複数層から構成される場合には、その少なくとも1層が他の層と異なる組成の層であってもよい。 In the present invention, as the p-type nitride semiconductor contact layer, for example, Al x3 Ga y3 In z3 N (0 ≦ x3 ≦ 1, 0 ≦ y3 ≦ 1, 0 ≦ z3 ≦ 1 having a p-type conductivity type is used. , X3 + y3 + z3 ≠ 0), a single layer or a plurality of layers made of a nitride semiconductor crystal can be used, but p3 GaN with x3 = z3 = 0 or p-type AlGaN with z3 = 0 is used. Is preferred. When the p-type nitride semiconductor contact layer is composed of a plurality of layers, at least one of the layers may be a layer having a composition different from that of the other layers.
また、本発明において、p電極は、p型窒化物半導体コンタクト層に接触して電極として機能する透明導電膜であれば特に限定はされず、なかでも波長390nm以上580nm以下の光に対して吸収が小さくなる透明導電膜を用いることが好ましい。 In the present invention, the p electrode is not particularly limited as long as it is a transparent conductive film that functions as an electrode in contact with the p-type nitride semiconductor contact layer, and particularly absorbs light having a wavelength of 390 nm or more and 580 nm or less. It is preferable to use a transparent conductive film that reduces the thickness.
また、本発明において、窒化物半導体下部光ガイド層としては、たとえば、Alx4Gay4Inz4N(0≦x4≦1、0≦y4≦1、0≦z4≦1、x4+y4+z4≠0)の式で表わされる窒化物半導体結晶からなる層の単層または複数層を用いることができる。また、窒化物半導体下部光ガイド層が複数層から構成される場合には、その少なくとも1層が他の層と異なる組成の層であってもよい。 In the present invention, the nitride semiconductor lower light guide layer is, for example, an Al x4 Ga y4 In z4 N (0 ≦ x4 ≦ 1, 0 ≦ y4 ≦ 1, 0 ≦ z4 ≦ 1, x4 + y4 + z4 ≠ 0) formula. A single layer or a plurality of layers made of a nitride semiconductor crystal represented by the following formula can be used. When the nitride semiconductor lower light guide layer is composed of a plurality of layers, at least one of the layers may be a layer having a composition different from that of the other layers.
また、本発明において、窒化物半導体上部光ガイド層としては、たとえば、Alx5Gay5Inz5N(0≦x5≦1、0≦y5≦1、0≦z5≦1、x5+y5+z5≠0)の式で表わされる窒化物半導体結晶からなる層の単層または複数層を用いることができる。また、窒化物半導体上部光ガイド層が複数層から構成される場合には、その少なくとも1層が他の層と異なる組成の層であってもよい。 In the present invention, as the nitride semiconductor upper light guide layer, for example, Al x5 Ga y5 In z5 N (0 ≦ x5 ≦ 1, 0 ≦ y5 ≦ 1, 0 ≦ z5 ≦ 1, x5 + y5 + z5 ≠ 0) A single layer or a plurality of layers made of a nitride semiconductor crystal represented by the following formula can be used. When the nitride semiconductor upper light guide layer is composed of a plurality of layers, at least one of the layers may be a layer having a composition different from that of the other layers.
また、本発明において、インジウム組成比とは、インジウムの原子数とアルミニウムの原子数とガリウムの原子数との総原子数に対するインジウムの原子数の比のことを意味する。 In the present invention, the indium composition ratio means the ratio of the number of indium atoms to the total number of atoms of indium, aluminum, and gallium.
本発明によれば、低い窒化物半導体レーザ素子の抵抗を実現することができ、また、その適応するレーザ光の波長範囲が広い窒化物半導体レーザ素子を提供することができる。 According to the present invention, a low resistance of a nitride semiconductor laser device can be realized, and a nitride semiconductor laser device having a wide wavelength range of the laser light to be adapted can be provided.
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。 Embodiments of the present invention will be described below. In the drawings of the present invention, the same reference numerals represent the same or corresponding parts.
(実施の形態1)
図1に、本発明の窒化物半導体レーザ素子の一例の模式的な断面図を示す。ここで、窒化物半導体レーザ素子は、たとえばn型GaNからなるn型半導体基板100と、n型半導体基板100の一方の主面上に形成されたn型不純物がドープされたn型窒化物半導体層としてのn型クラッド層101と、n型クラッド層101上に形成されたn側光ガイド層102と、n側光ガイド層102上に形成された下部隣接層103と、下部隣接層103上に形成された窒化物半導体活性層104と、窒化物半導体活性層104上に形成された上部隣接層105と、上部隣接層105上に形成されたp側光ガイド層106と、p側光ガイド層106上に形成されたp型AlGaN層107と、p型AlGaN層107上に形成されたp型窒化物半導体コンタクト層108と、p型窒化物半導体コンタクト層108上に形成された上部透明導電膜109とを有している。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of an example of the nitride semiconductor laser device of the present invention. Here, the nitride semiconductor laser element includes an n-
ここで、p型AlGaN層107としては、たとえば、p型不純物がドープされたAlxGa1-xN(0.05≦x≦0.5)などを用いることが好ましいが、p型AlGaN層107については形成しなくてもよい。
Here, as the p-
また、p型窒化物半導体コンタクト層108としては、たとえばp型GaNまたはp型AlGaNを用いることが好ましいが、p型InGaNやp型AlInGaNなどを用いることもできる。
As the p-type nitride
また、上部透明導電膜109の窒化物半導体活性層104の設置側とは反対側の表面の少なくとも一部が空気などの気体または透明誘電体膜と接している。したがって、本発明の窒化物半導体レーザ素子の一例としては、たとえば、上部透明導電膜109の窒化物半導体活性層104の設置側と反対側の表面の少なくとも一部が外部に露出して、上部透明導電膜109の表面の少なくとも一部が空気などの気体と接する構成を挙げることができる。なお、気体としては、たとえば、本発明の窒化物半導体レーザ素子をキャンパッケージした場合に封止される気体などが挙げられる。
Further, at least a part of the surface of the upper transparent
ここで、上部透明導電膜109としては、たとえば、酸化インジウム錫(ITO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化錫(SnO)、CuAlO2またはSrCu2O2などの酸化物膜を用いることができる。
Here, as the upper transparent
また、上部透明導電膜109の厚さは0.05μm以上0.5μm以下であることが好ましく、0.05μm以上0.2μm以下であることがより好ましい。上部透明導電膜109の厚さが0.05μm以上0.5μm以下である場合、特に0.05μm以上0.2μm以下である場合には、上部透明導電膜109によるレーザ光の吸収量を低減することができるため、発光効率をさらに向上することができる窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
The thickness of the upper transparent
図2に、図1に示す窒化物半導体活性層104の近傍の模式的な拡大断面図を示す。この例においては、窒化物半導体活性層104は、たとえば390nm以上580nm以下の波長のレーザ光を発振する構成とすることができる。
FIG. 2 is a schematic enlarged sectional view in the vicinity of the nitride semiconductor
ここで、窒化物半導体井戸層131としては、たとえばインジウムを含む窒化物半導体であるアンドープのInGaNまたはアンドープのInAlGaNを用いることができる。また、窒化物半導体障壁層132としては、たとえばアンドープのInGaN、アンドープのInAlGaN、アンドープのAlGaNまたはアンドープのGaNを用いることができる。窒化物半導体障壁層132としては、1層のみの構成に限られず、2層以上の構成となっていてもよい。
Here, as the nitride
この例においては、窒化物半導体活性層104は、窒化物半導体井戸層131を複数含む多重量子井戸構造を採用しているが、窒化物半導体井戸層131を1層のみ含む単一量子井戸構造を採用していてもよい。
In this example, the nitride semiconductor
また、n型半導体基板100としては、その表面上に結晶成長させる窒化物半導体層に対する格子不整合を抑制する観点から、n型GaN基板を用いることが最も好ましいが、これに代えて、たとえばn型AlGaN基板などを用いてもよい。また、n型半導体基板100としてn型GaN基板またはn型AlGaN基板を用いる場合には、上記の窒化物半導体層を成長させる表面として、C面、M面、A面または{11−22}面などの非極性面を用いることもできる。
In addition, as the n-
なお、図1に示す窒化物半導体レーザ素子は、たとえば有機金属化学気相成長法(MOCVD法)などの公知の結晶成長法などを用いて作製することができる。 The nitride semiconductor laser device shown in FIG. 1 can be manufactured using a known crystal growth method such as metal organic chemical vapor deposition (MOCVD method).
図3(a)に特開2004−289157号公報に記載の窒化物半導体レーザ素子の共振器長方向に沿った模式的な断面を示し、図3(b)に図1に示す本発明の窒化物半導体レーザ素子の共振器長方向に沿った模式的な断面を示す。 FIG. 3A shows a schematic cross section along the cavity length direction of the nitride semiconductor laser element described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-289157, and FIG. 3B shows the nitriding of the present invention shown in FIG. 1 shows a schematic cross section along a cavity length direction of a semiconductor laser device.
ここで、図3(a)に示すように、特開2004−289157号公報に記載の窒化物半導体レーザ素子は、上部透明導電膜109をクラッド層として、その表面上に金属電極111を備えているため、たとえば図4(a)に示すように、窒化物半導体活性層104から放出されるレーザ光が上方に染み出した場合には、その少なくとも一部が金属電極111によって吸収される。したがって、従来の窒化物半導体レーザ素子においては、外部に取り出すことができるレーザ光の量が低減して十分な発光効率を得ることができない。この問題は、窒化物半導体活性層とクラッド層との屈折率差が小さくなる長波長領域のレーザ光を放出させる場合に問題となる。
Here, as shown in FIG. 3A, the nitride semiconductor laser element described in JP-A-2004-289157 includes an upper transparent
一方、図3(b)に示すように、本発明の窒化物半導体レーザ素子においては、上部透明導電膜109の上方に金属電極が設けられておらず、上部透明導電膜109の表面が外部に露出しており、上部透明導電膜109の表面がたとえば空気112と接する構成とすることができる。したがって、たとえば図4(b)に示すように、窒化物半導体活性層104のレーザ光が上方に染み出した場合でも従来のようにレーザ光が金属電極に吸収されず、レーザ光を窒化物半導体レーザ素子の外部に取り出すことが可能となるため、広い波長範囲のレーザ光を放出させる場合に適用することが可能になる。また、特開2004−289157号公報に記載の窒化物半導体レーザ素子のように金属電極111によるレーザ光の吸収損失がないために発光効率の向上が可能となる。
On the other hand, as shown in FIG. 3B, in the nitride semiconductor laser device of the present invention, no metal electrode is provided above the upper transparent
また、特開2004−289157号公報に記載の窒化物半導体レーザ素子においては、染み出したレーザ光が金属電極111で吸収されるのを抑えるために、上部透明導電膜109を厚く形成して光閉じ込め係数を増加させる必要があった。
In the nitride semiconductor laser element described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-289157, the upper transparent
一方、本発明の窒化物半導体レーザ素子においては、染み出したレーザ光が金属電極で吸収されることを考慮する必要がなく、上部透明導電膜109をp電極として機能できる範囲で極限まで薄くすることができるため、空気112の屈折率のような低い屈折率を最大限に利用する(すなわち、空気112と窒化物半導体活性層104との間の屈折率差を大きくして光の閉じ込め効果を大きくする)ことが可能である。したがって、本発明の窒化物半導体レーザ素子においては、従来の窒化物半導体レーザ素子と比べて光閉じ込め係数を増加させることができるため、この観点からも発光効率を向上させることが可能となる。
On the other hand, in the nitride semiconductor laser device of the present invention, it is not necessary to consider that the exuded laser beam is absorbed by the metal electrode, and the upper transparent
ここで、上記においては、上部透明導電膜109の表面の少なくとも一部が空気112と接する場合について主に説明したが、空気112の代わりに空気以外の気体または透明誘電体膜と接する場合も同様である。
Here, in the above description, the case where at least a part of the surface of the upper transparent
ここで、空気以外の気体としては、たとえば、窒素と酸素との混合ガス(ドライエア)、窒素、アルゴンなどの不活性ガスまたはこれらの混合ガスなどを用いることができる。 Here, as a gas other than air, for example, a mixed gas of nitrogen and oxygen (dry air), an inert gas such as nitrogen or argon, or a mixed gas thereof can be used.
また、透明誘電体膜としては、たとえば、酸化ケイ素、酸化チタンまたは酸化ジルコニウムなどの酸化物、または窒化ケイ素、窒化アルミニウムなどの窒化物などを用いることができる。 As the transparent dielectric film, for example, an oxide such as silicon oxide, titanium oxide, or zirconium oxide, or a nitride such as silicon nitride or aluminum nitride can be used.
また、図1に示す窒化物半導体レーザ素子の上部透明導電膜109はp電極として機能させることが好ましい。上部透明導電膜109をp電極として機能させた場合には、上部透明導電膜109を効率的に利用することができるため、光閉じ込めの向上の効果を期待することができる。
Further, the upper transparent
また、図1に示す窒化物半導体レーザ素子のp型窒化物半導体コンタクト層108の厚さは1μm以下であることが好ましく、0.5μm以下であることがより好ましい。p型窒化物半導体コンタクト層108の厚さが1μm以下である場合に、特に0.5μm以下である場合には光の電界分布を窒化物半導体活性層104に効率的に集め、また駆動電圧の上昇を抑えることができる傾向にあるため、駆動電圧が低く、発光効率の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる傾向にある。
In addition, the thickness of the p-type nitride
また、p型窒化物半導体コンタクト層108は、より優れた結晶品質や導電性を得る観点から、窒化物半導体活性層104の成長温度よりも高い成長温度で形成されるのが一般的である。この場合、窒化物半導体レーザ素子から放出されるレーザ光の波長がたとえば純青色や緑色領域といった長波長領域にある場合、窒化物半導体活性層104は大きな歪みを有するため、窒化物半導体活性層104には高温成長による熱ダメージが懸念される。したがって、p型窒化物半導体コンタクト層108の厚さが薄いほど成長時間が短く、窒化物半導体活性層104への熱ダメージの影響を低減することが可能となる傾向にある。
The p-type nitride
また、図1に示す窒化物半導体レーザ素子においては、窒化物半導体下部光ガイド層としてのn側光ガイド層102はたとえばGaNやAlGaNにより構成されていてもよいが、なかでもn側光ガイド層102はインジウムを含む窒化物半導体からなり、窒化物半導体下部光ガイド層としてのn側光ガイド層102のインジウム組成比が窒化物半導体井戸層131のインジウム組成比よりも小さいことが好ましい。この場合、光の電界分布を窒化物半導体活性層104に効率的に集めることができるため、発光効率の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる傾向にある。
In the nitride semiconductor laser device shown in FIG. 1, the n-side
また、図1に示す窒化物半導体レーザ素子においては、窒化物半導体上部光ガイド層としてのp側光ガイド層106はたとえばGaNやAlGaNにより構成されていてもよいが、なかでもp側光ガイド層106はインジウムを含む窒化物半導体からなり、窒化物半導体上部光ガイド層としてのp側光ガイド層106のインジウム組成比が窒化物半導体井戸層131のインジウム組成比よりも小さいことが好ましい。この場合にも、光の電界分布を窒化物半導体活性層104に効率的に集めることができるため、発光効率の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる傾向にある。
In the nitride semiconductor laser element shown in FIG. 1, the p-side
なお、n側光ガイド層102およびp側光ガイド層106はそれぞれ、Inを含む窒化物半導体層とInを含まない窒化物半導体層との超格子構造であってもよい。
Note that each of the n-side
(実施の形態2)
図5(a)および図5(b)にそれぞれ、本発明の窒化物半導体レーザ素子の他の好ましい一例の模式的な断面図を示す。ここで、図5(a)および図5(b)に示す窒化物半導体レーザ素子はそれぞれ、窒化物半導体活性層104の上方または下方に電流狭窄層113を備えているとともに、上部透明導電膜109の表面上にp電極としての金属電極111を備えており、この金属電極111が窒化物半導体活性層104から放出されるレーザ光121の幅に対応する窒化物半導体活性層104の領域Rの上方に配置されていないことを特徴としている。なお、領域Rの幅は、電流狭窄層113の間の幅とほぼ同等とすることができる。また、電流狭窄層113は、窒化物半導体活性層104の上方および下方の両方に形成することもできる。
(Embodiment 2)
FIGS. 5A and 5B are schematic cross-sectional views of other preferable examples of the nitride semiconductor laser device of the present invention. Here, each of the nitride semiconductor laser elements shown in FIGS. 5A and 5B includes the
このような構成とすることによっても、窒化物半導体活性層104の上方に染み出したレーザ光の金属電極111による吸収を抑えることができるため、窒化物半導体レーザ素子の発光効率を向上させることができる傾向にある。
Even with such a configuration, the absorption of the laser light that has exuded above the nitride semiconductor
上記以外の説明は、実施の形態1と同様である。
(実施の形態3)
図6に、本発明の窒化物半導体レーザ素子の他の一例の模式的な断面図を示す。ここで、図6に示す窒化物半導体レーザ素子においては、p型AlGaN層107の一部およびp型窒化物半導体コンタクト層108の一部をそれぞれ除去することによってリッジストライプ部を形成し、リッジストライプ部の周辺をたとえばSiO2などの絶縁層401で埋め込んだ上で、そのリッジストライプ部の上面を構成するp型窒化物半導体コンタクト層108および絶縁層401上に上部透明導電膜109を設けた構成とされていることに特徴がある。ここでは、p型AlGaN層107の一部までを除去した例を示したが、上部透明導電膜109まで、p型窒化物半導体コンタクト層108の途中まで、またはp型窒化物半導体コンタクト層108までといったように、除去部分の深さを特に限定するものではない。
The description other than the above is the same as that of the first embodiment.
(Embodiment 3)
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of another example of the nitride semiconductor laser element of the present invention. Here, in the nitride semiconductor laser device shown in FIG. 6, a ridge stripe portion is formed by removing a part of the p-
このような構成の窒化物半導体レーザ素子は、たとえばエッチングプロセスなどによりp型AlGaN層107の一部およびp型窒化物半導体コンタクト層108の一部をそれぞれ除去することによってリッジストライプ部を形成した後に、そのリッジストライプ部の周辺を絶縁層401で埋め込み、その上部に上部透明導電膜109を形成することによって作製することができる。
The nitride semiconductor laser device having such a structure is formed after the ridge stripe portion is formed by removing a part of the p-
図7に、図6に示す窒化物半導体レーザ素子の窒化物半導体半導体活性層104近傍の模式的な拡大断面図を示す。この例において、窒化物半導体活性層104は、インジウムを含む窒化物半導体井戸層131を3層有するとともに、窒化物半導体障壁層132を2層有している。また、窒化物半導体井戸層131と窒化物半導体障壁層132とはそれぞれ交互に積層されている。
FIG. 7 is a schematic enlarged sectional view in the vicinity of the nitride semiconductor semiconductor
上記以外の説明は、実施の形態1および実施の形態2と同様である。
(実施の形態4)
図8に、本発明の窒化物半導体レーザ素子の他の一例の模式的な断面図を示す。ここで、窒化物半導体レーザ素子は、たとえば内部に空洞210が設けられたn型GaNからなるn型半導体基板200と、n型半導体基板200の一方の主面上に形成されたn型不純物がドープされたn型窒化物半導体層としてのn型クラッド層201と、n型クラッド層201上に形成されたn側光ガイド層202と、n側光ガイド層202上に形成された下部隣接層203と、下部隣接層203上に形成された窒化物半導体活性層204と、窒化物半導体活性層204上に形成された上部隣接層205と、上部隣接層205上に形成されたp側光ガイド層206と、p側光ガイド層206上に形成されたたとえばp型AlxGa1-xN(0.05≦x≦0.5)からなるp型AlGaN層207と、p型AlGaN層207上に形成されたp型GaNまたはp型AlGaNからなるp型窒化物半導体コンタクト層208と、p型窒化物半導体コンタクト層208上に形成された上部透明導電膜209とを有している。
Descriptions other than those described above are the same as those in the first and second embodiments.
(Embodiment 4)
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of another example of the nitride semiconductor laser device of the present invention. Here, the nitride semiconductor laser element includes, for example, an n-
また、上部透明導電膜209の窒化物半導体活性層204の設置側とは反対側の表面の少なくとも一部が空気などの気体または透明誘電体膜と接している。したがって、本発明の窒化物半導体レーザ素子の一例としては、たとえば、上部透明導電膜209の窒化物半導体活性層204の設置側と反対側の表面の少なくとも一部が外部に露出して、上部透明導電膜209の表面の少なくとも一部が空気などの気体と接する構成を挙げることができる。なお、気体としては、たとえば、本発明の窒化物半導体レーザ素子をキャンパッケージした場合に封止される気体などが挙げられる。
Further, at least a part of the surface of the upper transparent
ここで、上部透明導電膜209としては、たとえば、酸化インジウム錫(ITO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化錫(SnO)、CuAlO2またはSrCu2O2などの酸化物膜を用いることができる。
Here, as the upper transparent
また、上部透明導電膜209の厚さは0.05μm以上0.5μm以下であることが好ましく、0.05μm以上0.2μm以下であることがより好ましい。上部透明導電膜209の厚さが0.05μm以上0.5μm以下である場合、特に0.05μm以上0.2μm以下である場合には、上部透明導電膜209によるレーザ光の吸収量を低減することができるため、発光効率をさらに向上することができる窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
The thickness of the upper transparent
また、窒化物半導体活性層204は、たとえば390nm以上580nm以下の波長の光を発振する構成とすることができ、1層以上の窒化物半導体井戸層および窒化物半導体障壁層を有する構成とすることができる。ここで、窒化物半導体井戸層としては、たとえばインジウムを含む窒化物半導体であるアンドープのInGaNまたはアンドープのInAlGaNを用いることができる。また、窒化物半導体障壁層としては、たとえばアンドープのInGaN、アンドープのInAlGaN、アンドープのAlGaNまたはアンドープのGaNを用いることができる。
The nitride semiconductor
また、n型半導体基板200としては、その表面上に結晶成長させる窒化物半導体層に対する格子不整合を抑制する観点から、n型GaN基板を用いることが最も好ましいが、これに代えて、たとえばn型AlGaN基板などを用いてもよい。また、n型半導体基板200としてn型GaN基板またはn型AlGaN基板を用いる場合には、上記の窒化物半導体層を成長させる表面として、C面、M面、A面または{11−22}面などの非極性面を用いることもできる。
In addition, as the n-
なお、図8に示す窒化物半導体レーザ素子は、たとえば有機金属化学気相成長法(MOCVD法)などの公知の結晶成長法などを用いて作製することができる。 The nitride semiconductor laser element shown in FIG. 8 can be manufactured using a known crystal growth method such as metal organic chemical vapor deposition (MOCVD method).
また、n型半導体基板200の内部の空洞210は、たとえば特開2000−106455号公報に記載のようにn型半導体基板200の表面に溝を形成した後にn型窒化物半導体をラテラル成長させることによって形成することができる。
The
図8に示す構成の窒化物半導体レーザ素子においても、上部透明導電膜209の上方に金属電極が設けられておらず、上部透明導電膜209の表面が外部に露出しており、上部透明導電膜209の表面が空気と接する構成とすることができる。したがって、窒化物半導体活性層204のレーザ光が上方に染み出した場合でも従来のようにレーザ光が金属電極に吸収されず、レーザ光を窒化物半導体レーザ素子の外部に取り出すことが可能となるため、さらなる発光効率の向上が可能となる。
Also in the nitride semiconductor laser device having the configuration shown in FIG. 8, no metal electrode is provided above the upper transparent
ここで、上記においては、上部透明導電膜209の表面の少なくとも一部が空気と接する場合について主に説明したが、空気の代わりに空気以外の気体または透明誘電体膜と接する場合も同様である。
Here, in the above description, the case where at least a part of the surface of the upper transparent
このように、図8に示す構成の窒化物半導体レーザ素子においても、染み出したレーザ光が金属電極で吸収されることを考慮する必要がなく、上部透明導電膜209をp電極として機能できる範囲で極限まで薄くすることができるため、空気などの気体または透明誘電体膜の屈折率のように上部透明導電膜209よりも低い屈折率を最大限に利用する(すなわち、窒化物半導体活性層204との間の屈折率差を大きくして光の閉じ込め効果を大きくする)ことが可能である。したがって、図8に示す構成の窒化物半導体レーザ素子においても、従来の窒化物半導体レーザ素子と比べて光閉じ込め係数を増加させることができるため、この観点からも発光効率を向上させることが可能となる。
As described above, even in the nitride semiconductor laser element having the configuration shown in FIG. 8, it is not necessary to consider that the exuded laser light is absorbed by the metal electrode, and the upper transparent
ここで、空気以外の気体としては、たとえば、窒素と酸素との混合ガス(ドライエア)、窒素、アルゴンなどの不活性ガスまたはこれらの混合ガスなどを用いることができる。 Here, as a gas other than air, for example, a mixed gas of nitrogen and oxygen (dry air), an inert gas such as nitrogen or argon, or a mixed gas thereof can be used.
また、透明誘電体膜としては、たとえば、酸化ケイ素、酸化チタンまたは酸化ジルコニウムなどの酸化物、または窒化ケイ素、窒化アルミニウムなどの窒化物などを用いることができる。 As the transparent dielectric film, for example, an oxide such as silicon oxide, titanium oxide, or zirconium oxide, or a nitride such as silicon nitride or aluminum nitride can be used.
さらに、図8に示す構成の窒化物半導体レーザ素子においては、n型半導体基板200の内部に空洞210が設けられているため、クラッド層の組成や厚さを調整することによって、p側だけにとどまらず、n側からも低屈折率材質により、光の閉じ込め効果を期待することが可能となる。
Further, in the nitride semiconductor laser device having the configuration shown in FIG. 8, since the
また、図8に示す窒化物半導体レーザ素子の上部透明導電膜209はp電極として機能させることが好ましい。上部透明導電膜209をp電極として機能させた場合には、上部透明導電膜209を効率的に利用することができるため、光閉じ込めの向上の効果を期待することができる。
Further, the upper transparent
また、図8に示す窒化物半導体レーザ素子のp型窒化物半導体コンタクト層208の厚さは1μm以下であることが好ましく、0.5μm以下であることがより好ましい。p型窒化物半導体コンタクト層208の厚さが1μm以下である場合に、特に0.5μm以下である場合には光の電界分布を窒化物半導体活性層204に効率的に集め、また駆動電圧の上昇を抑えることができる傾向にあるため、駆動電圧が低く、発光効率の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる傾向にある。
In addition, the thickness of the p-type nitride
また、p型窒化物半導体コンタクト層208は、より優れた結晶品質や導電性を得る観点から、窒化物半導体活性層204の成長温度よりも高い成長温度で形成されるのが一般的である。この場合、窒化物半導体レーザ素子から放出されるレーザ光の波長がたとえば純青色や緑色領域といった長波長領域にある場合、窒化物半導体活性層204は大きな歪みを有するため、窒化物半導体活性層204には高温成長による熱ダメージが懸念される。したがって、p型窒化物半導体コンタクト層208の厚さが薄いほど成長時間が短く、窒化物半導体活性層204への熱ダメージの影響を低減することが可能となる傾向にある。
The p-type nitride
また、図8に示す窒化物半導体レーザ素子においては、窒化物半導体下部光ガイド層としてのn側光ガイド層202はたとえばGaNやAlGaNにより構成されていてもよいが、なかでもn側光ガイド層202はインジウムを含む窒化物半導体からなり、窒化物半導体下部光ガイド層としてのn側光ガイド層202のインジウム組成比が窒化物半導体井戸層のインジウム組成比よりも小さいことが好ましい。この場合には、光の電界分布を窒化物半導体活性層204に効率的に集めることができるため、発光効率の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる傾向にある。
In the nitride semiconductor laser element shown in FIG. 8, the n-side
また、図8に示す窒化物半導体レーザ素子においては、窒化物半導体上部光ガイド層としてのp側光ガイド層206はたとえばGaNやAlGaNにより構成されていてもよいが、なかでもp側光ガイド層206はインジウムを含む窒化物半導体からなり、窒化物半導体上部光ガイド層としてのp側光ガイド層206のインジウム組成比が窒化物半導体井戸層のインジウム組成比よりも小さいことが好ましい。この場合にも、光の電界分布を窒化物半導体活性層204に効率的に集めることができるため、発光効率の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる傾向にある。
In the nitride semiconductor laser device shown in FIG. 8, the p-side
なお、n側光ガイド層202およびp側光ガイド層206はそれぞれ、Inを含む窒化物半導体層とInを含まない窒化物半導体層との超格子構造であってもよい。
Each of the n-side
(実施の形態5)
図9に、本発明の窒化物半導体レーザ素子の他の一例の模式的な断面図を示す。ここで、図9に示す窒化物半導体レーザ素子においては、p型AlGaN層207の一部およびp型窒化物半導体コンタクト層208の一部をそれぞれ除去することによってリッジストライプ部を形成し、リッジストライプ部の周辺をたとえばSiO2などの絶縁層401で埋め込んだ上で、そのリッジストライプ部の上面を構成するp型窒化物半導体コンタクト層208および絶縁層401上に上部透明導電膜209を設けた構成とされていることに特徴がある。ここでは、p型AlGaN層207の一部までを除去した例を示したが、上部透明導電膜209まで、p型窒化物半導体コンタクト層208の途中まで、またはp型窒化物半導体コンタクト層208までといったように、除去部分の深さを特に限定するものではない。
(Embodiment 5)
FIG. 9 shows a schematic cross-sectional view of another example of the nitride semiconductor laser device of the present invention. Here, in the nitride semiconductor laser device shown in FIG. 9, a ridge stripe portion is formed by removing a part of the p-
また、図9に示す窒化物半導体レーザ素子には、n型半導体基板200の裏面にn電極212が設けられている。なお、n電極212としては、たとえば従来から公知の金属を用いることができる。
In the nitride semiconductor laser element shown in FIG. 9, an n-
このような構成の窒化物半導体レーザ素子は、たとえばエッチングプロセスなどによりp型AlGaN層207の一部およびp型窒化物半導体コンタクト層208の一部をそれぞれ除去することによってリッジストライプ部を形成した後に、そのリッジストライプ部の周辺を絶縁層401で埋め込み、その上部に上部透明導電膜209を形成することによって作製することができる。
The nitride semiconductor laser device having such a structure is formed after the ridge stripe portion is formed by removing a part of the p-
上記以外の説明は、実施の形態4と同様である。
(実施の形態6)
図10に、本発明の窒化物半導体レーザ素子の他の一例の模式的な断面図を示す。ここで、図10に示す窒化物半導体レーザ素子においては、p型AlGaN層207の一部およびp型窒化物半導体コンタクト層208の一部をそれぞれ除去することによって第一リッジストライプ部を形成する。さらに、窒化物半導体活性層204よりも下方の下部隣接層203の表面の一部が露出するまで除去することによって第二リッジストライプ部を形成する。第一リッジストライプ部および第二リッジストライプ部の側壁および表面をたとえば窒化アルミニウムなどの放熱性の良い絶縁層501で覆うとともに、第一リッジストライプ部の上面には上部透明導電膜209を設けた構成とされており、さらに窒化物半導体活性層204の近傍には、たとえば銅などの放熱性の良い放熱部材502を絶縁層501に隣接するようにして設けていることを特徴としている。
The description other than the above is the same as that of the fourth embodiment.
(Embodiment 6)
FIG. 10 shows a schematic cross-sectional view of another example of the nitride semiconductor laser device of the present invention. Here, in the nitride semiconductor laser element shown in FIG. 10, the first ridge stripe portion is formed by removing a part of p-
ここでは、p型AlGaN層207の一部までと、下部隣接層203の一部までを除去した例を示したが、除去部分の深さを特に限定するものではない。窒化物半導体活性層204の近傍に、放熱性の良い材質を置く構成にすることが重要である。また、従来から行なわれているn側に放熱性の良い材質を装荷する手法を用いれば、より効果的である。
Here, an example is shown in which up to a part of the p-
本発明においては、第二リッジストライプ部の幅W2は、第一リッジストライプ部の幅W1よりも大きい幅であって、特に100μm以下とすることが好ましく、50μm以下とすることがより好ましい。 In the present invention, the width W 2 of the second ridge stripe portion is larger than the width W 1 of the first ridge stripe portion, and is particularly preferably 100 μm or less, and more preferably 50 μm or less. .
このような構成の窒化物半導体レーザ素子は、たとえばエッチングプロセスなどによりp型AlGaN層207の一部およびp型窒化物半導体コンタクト層208の一部をそれぞれ除去することによって第一リッジストライプ部を形成した後に、さらに、下部隣接層203などの窒化物半導体活性層204よりも下の層まで除去し、第二リッジストライプ部を形成する。第一リッジストライプ部の側壁ならびに第二リッジストライプ部の側壁および表面には、たとえば、窒化アルミニウムなどの放熱性の良い絶縁層501をたとえばスパッタ法などにより形成し、第一リッジストライプ部の上面に上部透明導電膜209を形成する。さらに、窒化物半導体活性層204の近傍の絶縁層501上には、たとえば、銅などの放熱性に優れた放熱部材502をたとえば蒸着法やスパッタ法などにより形成することによって作製することができる。
In the nitride semiconductor laser device having such a configuration, the first ridge stripe portion is formed by removing a part of the p-
このような構成とすることによって、窒化物半導体レーザ素子に生じた熱を放熱部材502から外部に実施の形態5と比べてより多く放出することができるため、熱による窒化物半導体レーザ素子の劣化をさらに抑止することができる傾向が大きくなる。
With such a configuration, more heat generated in the nitride semiconductor laser element can be released from the
上記以外の説明は、実施の形態4および実施の形態5と同様である。
(実施の形態7)
図11に、本発明の窒化物半導体レーザ素子の他の一例の模式的な断面図を示す。ここで、窒化物半導体レーザ素子は、たとえばn型GaNからなるn型半導体基板300と、n型半導体基板300の一方の主面に接して設けられたたとえばGaNまたはAlを含む窒化物から形成されn型不純物がドープされたn型窒化物半導体層としてのn型クラッド層301と、n型クラッド層301上に形成されたn側光ガイド層302と、n側光ガイド層302上に形成された下部隣接層303と、下部隣接層303上に形成された窒化物半導体活性層304と、窒化物半導体活性層304上に形成された上部隣接層305と、上部隣接層305上に形成されたp側光ガイド層306と、p側光ガイド層306上に形成されたたとえばp型AlxGa1-xN(0.05≦x≦0.5)からなるp型AlGaN層307と、p型AlGaN層307上に形成されたp型GaNまたはp型AlGaNからなるp型窒化物半導体コンタクト層308と、p型窒化物半導体コンタクト層308上に形成された上部透明導電膜309とを有している。
Descriptions other than those described above are the same as those in the fourth and fifth embodiments.
(Embodiment 7)
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of another example of the nitride semiconductor laser element of the present invention. Here, the nitride semiconductor laser element is formed of an n-
また、図11に示す窒化物半導体レーザ素子においては、n型半導体基板300の一部が除去されて露出したn型クラッド層301の裏面上およびn型半導体基板300上に下部透明導電膜312を形成した構成となっている。
In the nitride semiconductor laser element shown in FIG. 11, the lower transparent
ここで、n型半導体基板300はたとえば研磨などにより薄型化された後にドライエッチングなどにより除去することができる。なお、この例においては、n型クラッド層301の裏面上に下部透明導電膜312が形成されているが、n側光ガイド層302の裏面上に下部透明導電膜312が形成されていてもよい。
Here, n-
また、上部透明導電膜309の窒化物半導体活性層304の設置側とは反対側の表面の少なくとも一部および下部透明導電膜312のn型クラッド層301の設置側と反対側の表面の少なくとも一部が空気などの気体または透明誘電体膜と接している。
In addition, at least a part of the surface of the upper transparent
ここで、上部透明導電膜309および下部透明導電膜312としては、たとえば、酸化インジウム錫(ITO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化錫(SnO)、CuAlO2またはSrCu2O2などの酸化物膜を用いることができる。
Here, as the upper transparent
ここで、上部透明導電膜309の厚さは0.05μm以上0.5μm以下であることが好ましく、0.05μm以上0.2μm以下であることがより好ましい。上部透明導電膜309の厚さが0.05μm以上0.5μm以下である場合、特に0.05μm以上0.2μm以下である場合には、上部透明導電膜309によるレーザ光の吸収量を低減することができるため、発光効率をさらに向上することができる窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
Here, the thickness of the upper transparent
また、窒化物半導体活性層304は、たとえば390nm以上580nm以下の波長の光を発振する構成とすることができ、1層以上の窒化物半導体井戸層および窒化物半導体障壁層を有する構成とすることができる。ここで、窒化物半導体井戸層としては、たとえばインジウムを含む窒化物半導体であるアンドープのInGaNまたはアンドープのInAlGaNを用いることができる。また、窒化物半導体障壁層としては、たとえばアンドープのInGaN、アンドープのInAlGaN、アンドープのAlGaNまたはアンドープのGaNを用いることができる。
The nitride semiconductor
また、n型半導体基板300としては、その表面上に結晶成長させる窒化物半導体層に対する格子不整合を抑制する観点から、n型GaN基板を用いることが最も好ましいが、これに代えて、たとえばn型AlGaN基板などを用いてもよい。また、n型半導体基板300としてn型GaN基板またはn型AlGaN基板を用いる場合には、上記の窒化物半導体層を成長させる表面として、C面、M面、A面または{11−22}面などの非極性面を用いることもできる。
In addition, as the n-
図11に示す構成の窒化物半導体レーザ素子においては、上部透明導電膜309の表面のみならず下部透明導電膜312の表面も外部に露出して、上部透明導電膜309の窒化物半導体活性層304の設置側とは反対側の表面の少なくとも一部および下部透明導電膜312のn型クラッド層301の設置側とは反対側の表面の少なくとも一部がそれぞれ空気と接する構成とすることができる。したがって、窒化物半導体活性層304のレーザ光が上方および下方に染み出した場合でもレーザ光がp電極およびn電極に吸収されず、レーザ光をより多く窒化物半導体レーザ素子の外部に取り出すことが可能となるため、さらなる発光効率の向上が可能となる。
In the nitride semiconductor laser device having the configuration shown in FIG. 11, not only the surface of the upper transparent
ここで、上記においては、上部透明導電膜309の表面の少なくとも一部および下部透明導電膜312の表面の少なくとも一部がそれぞれ空気と接する場合について主に説明したが、空気の代わりに空気以外の気体または透明誘電体膜と接する場合も同様である。
Here, in the above description, the case where at least a part of the surface of the upper transparent
このように、図11に示す構成の窒化物半導体レーザ素子においては、染み出したレーザ光がp電極およびn電極で吸収されることを考慮する必要がなく、上部透明導電膜309および下部透明導電膜312をそれぞれp電極およびn電極として機能できる範囲で極限まで薄くすることができるため、空気などの気体または透明誘電体膜の屈折率のように上部透明導電膜309および下部透明導電膜312よりも低い屈折率を最大限に利用する(すなわち、窒化物半導体活性層304との間の屈折率差を大きくして光の閉じ込め効果を大きくする)ことが可能である。したがって、図11に示す構成の窒化物半導体レーザ素子においても、従来の窒化物半導体レーザ素子と比べて光閉じ込め係数を増加させることができるため、この観点からも発光効率を向上させることが可能となる。
As described above, in the nitride semiconductor laser element having the configuration shown in FIG. 11, it is not necessary to consider that the leaked laser light is absorbed by the p electrode and the n electrode, and the upper transparent
ここで、空気以外の気体としては、たとえば、窒素と酸素との混合ガス(ドライエア)、窒素、アルゴンなどの不活性ガスまたはこれらの混合ガスなどを用いることができる。 Here, as a gas other than air, for example, a mixed gas of nitrogen and oxygen (dry air), an inert gas such as nitrogen or argon, or a mixed gas thereof can be used.
また、透明誘電体膜としては、たとえば、酸化ケイ素、酸化チタンまたは酸化ジルコニウムなどの酸化物、または窒化ケイ素、窒化アルミニウムなどの窒化物などを用いることができる。 As the transparent dielectric film, for example, an oxide such as silicon oxide, titanium oxide, or zirconium oxide, or a nitride such as silicon nitride or aluminum nitride can be used.
なお、図11に示す窒化物半導体レーザ素子は、たとえば有機金属化学気相成長法(MOCVD法)などの公知の結晶成長法などを用いて作製することができる。 The nitride semiconductor laser element shown in FIG. 11 can be manufactured using a known crystal growth method such as metal organic chemical vapor deposition (MOCVD method).
また、図11に示す窒化物半導体レーザ素子の上部透明導電膜309はp電極として機能させることが好ましい。上部透明導電膜309をp電極として機能させた場合には、上部透明導電膜309を効率的に利用することができるため、光閉じ込めの向上の効果を期待することができる。
Further, the upper transparent
また、図11に示す窒化物半導体レーザ素子のp型窒化物半導体コンタクト層308の厚さは1μm以下であることが好ましく、0.5μm以下であることがより好ましい。p型窒化物半導体コンタクト層308の厚さが1μm以下である場合に、特に0.5μm以下である場合には光の電界分布を窒化物半導体活性層304に効率的に集め、また駆動電圧の上昇を抑えることができる傾向にあるため、駆動電圧が低く、発光効率の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる傾向にある。
In addition, the thickness of the p-type nitride
また、図11に示す窒化物半導体レーザ素子においては、窒化物半導体下部光ガイド層としてのn側光ガイド層302はたとえばGaNやAlGaNにより構成されていてもよいが、なかでもn側光ガイド層302はインジウムを含む窒化物半導体からなり、窒化物半導体下部光ガイド層としてのn側光ガイド層302のインジウム組成比が窒化物半導体井戸層のインジウム組成比よりも小さいことが好ましい。この場合には、光の電界分布を窒化物半導体活性層304に効率的に集めることができるため、発光効率の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる傾向にある。
In the nitride semiconductor laser element shown in FIG. 11, the n-side
また、図11に示す窒化物半導体レーザ素子においては、窒化物半導体上部光ガイド層としてのp側光ガイド層306はたとえばGaNやAlGaNにより構成されていてもよいが、なかでもp側光ガイド層206はインジウムを含む窒化物半導体からなり、窒化物半導体上部光ガイド層としてのp側光ガイド層306のインジウム組成比が窒化物半導体井戸層のインジウム組成比よりも小さいことが好ましい。この場合にも、光の電界分布を窒化物半導体活性層304に効率的に集めることができるため、発光効率の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる傾向にある。
In the nitride semiconductor laser device shown in FIG. 11, the p-side
なお、n側光ガイド層302およびp側光ガイド層306はそれぞれ、Inを含む窒化物半導体層とInを含まない窒化物半導体層との超格子構造であってもよい。
Each of the n-side
(実施の形態8)
図12に、本発明の窒化物半導体レーザ素子の他の一例の模式的な断面図を示す。ここで、図12に示す窒化物半導体レーザ素子においては、p型AlGaN層307の一部およびp型窒化物半導体コンタクト層308の一部をそれぞれ除去することによってリッジストライプ部を形成し、リッジストライプ部の周辺をたとえばSiO2などの絶縁層401で埋め込んだ上で、そのリッジストライプ部の上面を構成するp型窒化物半導体コンタクト層308および絶縁層401上に上部透明導電膜309を設けた構成とされていることに特徴がある。ここでは、p型AlGaN層307の一部までを除去した例を示したが、上部透明導電膜309まで、p型窒化物半導体コンタクト層308の途中まで、またはp型窒化物半導体コンタクト層308までといったように、除去部分の深さを特に限定するものではない。
(Embodiment 8)
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of another example of the nitride semiconductor laser element of the present invention. Here, in the nitride semiconductor laser element shown in FIG. 12, a ridge stripe portion is formed by removing a part of the p-
また、図12に示す窒化物半導体レーザ素子においては、n型半導体基板300の除去部分から露出したn型クラッド層301の裏面上およびn型半導体基板300の表面上にそれぞれ下部透明導電膜312を設けていることにも特徴がある。
In the nitride semiconductor laser device shown in FIG. 12, lower transparent
このような構成の窒化物半導体レーザ素子は、たとえばエッチングプロセスなどによりp型AlGaN層307の一部およびp型窒化物半導体コンタクト層308の一部をそれぞれ除去することによってリッジストライプ部を形成した後に、そのリッジストライプ部の周辺を絶縁層401で埋め込み、その上部に上部透明導電膜309を形成し、その後、n型半導体基板300の一部を除去した後に、n型クラッド層301の裏面上およびn型半導体基板300の表面上にそれぞれ下部透明導電膜312を設けることによって作製することができる。
The nitride semiconductor laser device having such a structure is formed after the ridge stripe portion is formed by removing a part of the p-
上記以外の説明は、実施の形態7と同様である。
(実施の形態9)
図13に、本発明の窒化物半導体レーザ素子の他の一例の模式的な断面図を示す。ここで、図13に示す窒化物半導体レーザ素子においては、p型AlGaN層307の一部およびp型窒化物半導体コンタクト層308の一部をそれぞれ除去することによって第一リッジストライプ部を形成する。さらに、窒化物半導体活性層304よりも下方の下部隣接層303の表面の一部が露出するまで除去することによって第二リッジストライプ部を形成する。第一リッジストライプ部および第二リッジストライプ部の側壁および表面をたとえば窒化アルミニウムなどの放熱性の良い絶縁層501で覆うとともに、第一リッジストライプ部の上面に上部透明導電膜309を設けた構成とされており、さらに窒化物半導体活性層304の近傍には、たとえば銅などの放熱性の良い放熱部材502を絶縁層501に隣接するようにして設けていることを特徴としている。
The description other than the above is the same as that of the seventh embodiment.
(Embodiment 9)
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of another example of the nitride semiconductor laser element of the present invention. Here, in the nitride semiconductor laser element shown in FIG. 13, a part of the p-
ここでは、p型AlGaN層307の一部までと、下部隣接層303の一部までを除去した例を示したが、除去部分の深さを特に限定するものではない。窒化物半導体活性層304の近傍に、放熱性の良い材質を置く構成にすることが重要である。また、従来から行なわれているn側に放熱性の良い材質を装荷する手法を用いれば、より効果的である。
Here, an example is shown in which up to a part of the p-
本発明においては、第二リッジストライプ部の幅W2は、第一リッジストライプ部の幅W1よりも大きい幅であって、特に100μm以下とすることが好ましく、50μm以下とすることがより好ましい。 In the present invention, the width W 2 of the second ridge stripe portion is larger than the width W 1 of the first ridge stripe portion, and is particularly preferably 100 μm or less, and more preferably 50 μm or less. .
このような構成の窒化物半導体レーザ素子は、たとえばエッチングプロセスなどによりp型AlGaN層307の一部およびp型窒化物半導体コンタクト層308の一部をそれぞれ除去することによって第一リッジストライプ部を形成した後に、さらに、下部隣接層303などの窒化物半導体活性層304よりも下の層まで除去し、第二リッジストライプ部を形成する。第一リッジストライプ部の側壁ならびに第二リッジストライプ部の側壁および表面には、たとえば、窒化アルミニウムなどの放熱性の良い絶縁層501をたとえばスパッタ法などにより形成し、第一リッジストライプ部の上面に上部透明導電膜309を形成する。さらに、窒化物半導体活性層304の近傍の絶縁層501上に、たとえば、銅などの放熱性に優れた放熱部材502をたとえば蒸着法やスパッタ法などにより形成することによって作製することができる。
In the nitride semiconductor laser device having such a configuration, the first ridge stripe portion is formed by removing a part of the p-
このような構成とすることによって、窒化物半導体レーザ素子に生じた熱を放熱部材502から外部に実施の形態8と比べてより多く放出することができるため、熱による窒化物半導体レーザ素子の劣化をさらに抑止することができる傾向が大きくなる。
With such a configuration, more heat generated in the nitride semiconductor laser element can be released from the
上記以外の説明は、実施の形態7および実施の形態8と同様である。
(実施の形態10)
図14に、本発明の窒化物半導体レーザ素子の他の一例の模式的な断面図を示す。ここで、図14に示す窒化物半導体レーザ素子においては、p型AlGaN層307の一部およびp型窒化物半導体コンタクト層308の一部をそれぞれ除去することによってリッジストライプ部を形成し、リッジストライプ部の周辺をたとえばSiO2などの絶縁層401で埋め込んだ上で、そのリッジストライプ部の上面を構成するp型窒化物半導体コンタクト層308および絶縁層401上に上部透明導電膜309を設けた構成とされていることに特徴がある。ここでは、p型AlGaN層307の一部までを除去した例を示したが、上部透明導電膜309まで、p型窒化物半導体コンタクト層308の途中まで、またはp型窒化物半導体コンタクト層308までといったように、除去部分の深さを特に限定するものではない。
The description other than the above is the same as in the seventh and eighth embodiments.
(Embodiment 10)
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view of another example of the nitride semiconductor laser element of the present invention. Here, in the nitride semiconductor laser element shown in FIG. 14, a ridge stripe portion is formed by removing a part of the p-
また、図14に示す窒化物半導体レーザ素子においては、n型半導体基板がすべて除去されて露出したn型クラッド層301の裏面上に下部透明導電膜312を設けていることにも特徴がある。
The nitride semiconductor laser element shown in FIG. 14 is also characterized in that a lower transparent
このような構成の窒化物半導体レーザ素子は、たとえばエッチングプロセスなどによりp型AlGaN層307の一部およびp型窒化物半導体コンタクト層308の一部をそれぞれ除去することによってリッジストライプ部を形成した後に、そのリッジストライプ部の周辺を絶縁層401で埋め込み、その上部に上部透明導電膜309を形成し、その後、n型半導体基板300をすべて除去した後に、n型クラッド層301の裏面上に下部透明導電膜312を設けることによって作製することができる。
The nitride semiconductor laser device having such a structure is formed after the ridge stripe portion is formed by removing a part of the p-
上記以外の説明は、実施の形態7〜実施の形態9と同様である。
(実施の形態11)
図15に、本発明の窒化物半導体レーザ素子の他の一例の模式的な断面図を示す。ここで、図15に示す窒化物半導体レーザ素子においては、p型AlGaN層307の一部およびp型窒化物半導体コンタクト層308の一部をそれぞれ除去することによって第一リッジストライプ部を形成する。さらに、窒化物半導体活性層304よりも下方の下部隣接層303の表面の一部が露出するまで除去することによって第二リッジストライプ部を形成する。第一リッジストライプ部および第二リッジストライプ部の側壁および表面をたとえば窒化アルミニウムなどの放熱性の良い絶縁層501で覆うとともに、第一リッジストライプ部の上面には上部透明導電膜309を設けた構成とされており、さらに窒化物半導体活性層304の近傍には、たとえば銅などの放熱性の良い放熱部材502が絶縁層501に隣接するようにして設けられていることを特徴としている。
The description other than the above is the same as in the seventh to ninth embodiments.
(Embodiment 11)
FIG. 15 is a schematic cross-sectional view of another example of the nitride semiconductor laser element of the present invention. Here, in the nitride semiconductor laser element shown in FIG. 15, a part of the p-
ここでは、p型AlGaN層307の一部までと、下部隣接層303の一部までを除去した例を示したが、除去部分の深さを特に限定するものではない。窒化物半導体活性層304の近傍に、放熱性の良い材質を置く構成にすることが重要である。また、従来から行なわれているn側に放熱性の良い材質を装荷する手法を用いれば、より効果的である。
Here, an example is shown in which up to a part of the p-
本発明においては、第二リッジストライプ部の幅W2は、第一リッジストライプ部の幅W1よりも大きい幅であって、特に100μm以下とすることが好ましく、50μm以下とすることがより好ましい。ただし、第二リッジストライプ部の幅W2は、窒化物半導体活性層304から放出されるレーザ光321の幅Wよりも大きいことが好ましい。このような構成とすることにより、レーザ光321が放熱部材502により損失を受けない傾向にある。
In the present invention, the width W 2 of the second ridge stripe portion is larger than the width W 1 of the first ridge stripe portion, and is particularly preferably 100 μm or less, and more preferably 50 μm or less. . However, the width W 2 of the second ridge stripe portion is preferably larger than the width W of the
このような構成の窒化物半導体レーザ素子は、たとえばエッチングプロセスなどによりp型AlGaN層307の一部およびp型窒化物半導体コンタクト層308の一部をそれぞれ除去することによって第一リッジストライプ部を形成した後に、さらに、下部隣接層303などの窒化物半導体活性層304よりも下の層まで除去し、第二リッジストライプ部を形成する。第一リッジストライプ部の側壁ならびに第二リッジストライプ部の側壁および表面には、たとえば、窒化アルミニウムなどの放熱性の良い絶縁層501をたとえばスパッタ法などにより形成し、第一リッジストライプ部の上面には上部透明導電膜309を形成する。さらに、窒化物半導体活性層304の近傍の絶縁層501上には、たとえば、銅などの放熱性に優れた放熱部材502をたとえば蒸着法やスパッタ法などにより形成することによって作製することができる。
In the nitride semiconductor laser device having such a configuration, the first ridge stripe portion is formed by removing a part of the p-
このような構成とすることによって、窒化物半導体レーザ素子に生じた熱を放熱部材502から外部に実施の形態10と比べてより多く放出することができるため、熱による窒化物半導体レーザ素子の劣化をさらに抑止することができる傾向が大きくなる。
By adopting such a configuration, more heat generated in the nitride semiconductor laser element can be released from the
上記以外の説明は、実施の形態7〜実施の形態10と同様である。 The description other than the above is the same as in the seventh to tenth embodiments.
(実施例1)
実施例1の窒化物半導体レーザ素子として、図1に示す構成の窒化物半導体レーザ素子を作製した。ここで、実施例1の窒化物半導体レーザ素子から放出されるレーザ光の波長は440nm〜450nm程度であった。
Example 1
As the nitride semiconductor laser element of Example 1, a nitride semiconductor laser element having the configuration shown in FIG. Here, the wavelength of the laser beam emitted from the nitride semiconductor laser element of Example 1 was about 440 nm to 450 nm.
実施例1の窒化物半導体レーザ素子は、具体的には、n型GaNからなるn型半導体基板100の一方の表面上に、シリコン(Si)がドープされたAl0.06Ga0.94Nからなる厚さ2.2μmのn型クラッド層101と、アンドープIn0.03Ga0.97Nからなる厚さ0.1μmのn側光ガイド層102と、アンドープIn0.03Ga0.97Nからなる厚さ20nmの下部隣接層103と、窒化物半導体活性層104と、アンドープIn0.03Ga0.97Nからなる厚さ20nmの上部隣接層105と、アンドープIn0.03Ga0.97Nからなる厚さ50nmのp側光ガイド層106と、マグネシウム(Mg)がドープされたAl0.3Ga0.7Nからなる厚さ20nmのp型AlGaN層107と、マグネシウム(Mg)がドープされたGaNからなるp型窒化物半導体コンタクト層108と、酸化インジウム錫(ITO)からなる厚さ0.1μmの上部透明導電膜109とがこの順序に積層された構成を有している。このような構成の実施例1の窒化物半導体レーザ素子は、有機金属化学気相成長法により形成した。また、上部透明導電膜109は従来から公知の蒸着法により形成した。
Specifically, the nitride semiconductor laser element of Example 1 has a thickness made of Al 0.06 Ga 0.94 N doped with silicon (Si) on one surface of an n-
また、比較として、図16に示す構成の比較例1の窒化物半導体レーザ素子についても作製した。比較例1の窒化物半導体レーザ素子は、マグネシウム(Mg)がドープされたAl0.3Ga0.7Nからなる厚さ20nmのp型AlGaN層107上にマグネシウム(Mg)がドープされたAl0.06Ga0.94Nからなる厚さ0.55μmのp型クラッド層110を形成し、p型クラッド層110上にマグネシウム(Mg)がドープされたGaNからなる厚さ0.1μmのp型窒化物半導体コンタクト層108を形成し、p型窒化物半導体コンタクト層108上にAuからなる金属電極111を設けたこと以外は実施例1の窒化物半導体レーザ素子と同様の構成となっている。
For comparison, a nitride semiconductor laser element of Comparative Example 1 having the configuration shown in FIG. 16 was also produced. The nitride semiconductor laser device of Comparative Example 1 has an Al 0.06 Ga 0.94 N doped with magnesium (Mg) on a 20 nm thick p-
なお、上記の実施例1および比較例1のそれぞれの窒化物半導体レーザ素子の窒化物半導体活性層104は図7に示すような三重量子井戸構造となっており、In0.13Ga0.87Nからなる厚さ3nmの窒化物半導体井戸層131と、厚さ6nmのIn0.03Ga0.97N/厚さ4nmのGaN/厚さ6nmのIn0.03Ga0.97Nの3層構造の窒化物半導体障壁層132とを有している。
The nitride semiconductor
上記の実施例1の構成の窒化物半導体レーザ素子のp型窒化物半導体コンタクト層108の厚さを変化させたときのp型窒化物半導体コンタクト層108の厚さと吸収係数との関係を図17に示し、p型窒化物半導体コンタクト層108の厚さと光閉じ込め係数との関係を図18に示す。なお、図17および図18に示す関係は、比較例の構成の窒化物半導体レーザ素子に対する相対値として算出したものである。また、図17および図18に示す関係は下記の表1に示す値を用いて計算したものである。
FIG. 17 shows the relationship between the thickness of the p-type nitride
図17および図18に示すように、上記の実施例1の構成の窒化物半導体レーザ素子においては、p型窒化物半導体コンタクト層108の厚さを0.2μm程度に設定した場合に、光閉じ込め係数を増加させることができ、吸収損失を低減することができる。なお、ここでの吸収損失は比較例1の窒化物半導体レーザ素子のp型窒化物半導体コンタクト層108上のAuからなる金属電極における吸収損失に対する相対値のみを考慮している(すなわち、金属電極以外の部位による吸収損失は実施例1の窒化物半導体レーザ素子の相対値の算出に考慮されていない。)。
As shown in FIGS. 17 and 18, in the nitride semiconductor laser element having the configuration of the above-described
上記の実施例1のような構成とすることによって、p型AlGaNから構成されるp型クラッド層を無くすことができるため、大幅な駆動電圧の低減も期待することができる。 By adopting the configuration as in Example 1 described above, a p-type cladding layer made of p-type AlGaN can be eliminated, so that a significant reduction in driving voltage can be expected.
(実施例2)
実施例2の窒化物半導体レーザ素子の構成は、上記の実施例1の窒化物半導体レーザ素子の構成と同一とした。一方、比較として、実施例1の窒化物半導体レーザ素子の上部透明導電膜109の窒化物半導体活性層104の設置側と反対側の表面全面にAuからなる金属電極を形成して上部透明導電膜109の表面が外部に露出しないようにした比較例2の窒化物半導体レーザ素子を作製した。
(Example 2)
The configuration of the nitride semiconductor laser element of Example 2 was the same as the configuration of the nitride semiconductor laser element of Example 1 described above. On the other hand, as a comparison, a metal electrode made of Au is formed on the entire surface of the upper transparent
そして、実施例2の窒化物半導体レーザ素子と比較例2の窒化物半導体レーザ素子の吸収損失の比較を行なったところ、吸収損失を1/3程度にまで抑制することが可能となった。 Then, when the absorption loss of the nitride semiconductor laser element of Example 2 and the nitride semiconductor laser element of Comparative Example 2 were compared, it was possible to suppress the absorption loss to about 1/3.
すなわち、実施例2の窒化物半導体レーザ素子のように、上部透明導電膜109の窒化物半導体活性層104の設置側と反対側の表面を空気と接する構成とすることによって発光効率を向上させることができることが確認された。
That is, as in the nitride semiconductor laser element of Example 2, the light emitting efficiency is improved by adopting a structure in which the surface of the upper transparent
(実施例3)
実施例3の窒化物半導体レーザ素子として、図8に示す構成の窒化物半導体レーザ素子を作製した。ここで、実施例3の窒化物半導体レーザ素子から放出されるレーザ光の波長は440nm〜450nm程度であった。
(Example 3)
As the nitride semiconductor laser element of Example 3, a nitride semiconductor laser element having the configuration shown in FIG. 8 was produced. Here, the wavelength of the laser light emitted from the nitride semiconductor laser element of Example 3 was about 440 nm to 450 nm.
実施例3の窒化物半導体レーザ素子は、特開2000−106455号公報に記載のようにn型GaN基板の表面に溝を形成した後にn型GaNをラテラル成長させることによって内部に空洞210を形成したn型半導体基板200の一方の表面上に、シリコン(Si)がドープされたAl0.10Ga0.90Nからなる厚さ0.1μmのn型クラッド層201と、アンドープIn0.03Ga0.97Nからなる厚さ0.1μmのn側光ガイド層202と、アンドープIn0.03Ga0.97Nからなる厚さ20nmの下部隣接層203と、窒化物半導体活性層204と、アンドープIn0.03Ga0.97Nからなる厚さ20nmの上部隣接層205と、アンドープIn0.03Ga0.97Nからなる厚さ50nmのp側光ガイド層206と、マグネシウム(Mg)がドープされたAl0.3Ga0.7Nからなる厚さ20nmのp型AlGaN層207と、マグネシウム(Mg)がドープされたGaNからなる厚さ0.05μmのp型窒化物半導体コンタクト層208と、酸化インジウム錫(ITO)からなる厚さ0.1μmの上部透明導電膜209とがこの順序に積層された構成を有している。このような構成の実施例3の窒化物半導体レーザ素子は、有機金属化学気相成長法により形成した。また、上部透明導電膜209は従来から公知の蒸着法により形成した。
In the nitride semiconductor laser device of Example 3, a
なお、上記の実施例3の窒化物半導体レーザ素子の窒化物半導体活性層204は三重量子井戸構造となっており、In0.13Ga0.87Nからなる厚さ3nmの窒化物半導体井戸層と、厚さ6nmのIn0.03Ga0.97N/厚さ4nmのGaN/厚さ6nmのIn0.03Ga0.97Nの3層構造の窒化物半導体障壁層とが交互に積層された構成を有している。
Note that the nitride semiconductor
以上のような構成の実施例3の窒化物半導体レーザ素子は、上記の比較例1の窒化物半導体レーザ素子と比較して光閉じ込め係数を1.5倍程度向上させることができる。また、実施例3の窒化物半導体レーザ素子は、比較例1の窒化物半導体レーザ素子のようにp型クラッド層が形成されていないため、低駆動電圧の窒化物半導体レーザ素子とすることができる。 The nitride semiconductor laser element of Example 3 configured as described above can improve the optical confinement factor by about 1.5 times compared to the nitride semiconductor laser element of Comparative Example 1 described above. Further, the nitride semiconductor laser element of Example 3 does not have a p-type cladding layer unlike the nitride semiconductor laser element of Comparative Example 1, and therefore can be a nitride semiconductor laser element with a low driving voltage. .
(実施例4)
図10に示すように、2段のリッジストライプ部を設けるとともに、そのリッジストライプ部の側壁および表面を窒化アルミニウムからなる絶縁層501で覆い、窒化物半導体活性層204の近傍に銅からなる放熱部材502を設けたこと以外は実施例3と同様の構成を有する実施例4の窒化物半導体レーザ素子を作製した。
Example 4
As shown in FIG. 10, a two-stage ridge stripe portion is provided, and the side wall and surface of the ridge stripe portion are covered with an insulating
以上のような構成を有する実施例4の窒化物半導体レーザ素子においては、実施例3の窒化物半導体レーザ素子と比較して高温動作時の改善が期待できる。 In the nitride semiconductor laser device of Example 4 having the above-described configuration, an improvement during high-temperature operation can be expected as compared with the nitride semiconductor laser device of Example 3.
(実施例5)
実施例5の窒化物半導体レーザ素子として、図11に示す構成の窒化物半導体レーザ素子を作製した。ここで、実施例5の窒化物半導体レーザ素子から放出されるレーザ光の波長は440nm〜450nm程度であった。
(Example 5)
As the nitride semiconductor laser element of Example 5, a nitride semiconductor laser element having the configuration shown in FIG. 11 was produced. Here, the wavelength of the laser beam emitted from the nitride semiconductor laser element of Example 5 was about 440 nm to 450 nm.
実施例5の窒化物半導体レーザ素子は、具体的には、n型GaNからなるn型半導体基板300の一方の表面上に、シリコン(Si)がドープされたGaNからなる厚さ0.02μmのn型クラッド層301と、アンドープIn0.03Ga0.97Nからなる厚さ0.1μmのn側光ガイド層302と、アンドープIn0.03Ga0.97Nからなる厚さ20nmの下部隣接層303と、窒化物半導体活性層304と、アンドープIn0.03Ga0.97Nからなる厚さ20nmの上部隣接層305と、アンドープIn0.03Ga0.97Nからなる厚さ50nmのp側光ガイド層306と、マグネシウム(Mg)がドープされたAl0.3Ga0.7Nからなる厚さ20nmのp型AlGaN層307と、マグネシウム(Mg)がドープされたGaNからなる厚さ0.05μmのp型窒化物半導体コンタクト層308と、酸化インジウム錫(ITO)からなる厚さ0.1μmの上部透明導電膜309とがこの順序に積層された構成を有している。また、n型半導体基板300の一部が除去されて露出したn型クラッド層301の裏面上およびn型半導体基板300上に厚さ0.1μmの下部透明導電膜312を形成した構成となっている。
Specifically, the nitride semiconductor laser element of Example 5 has a thickness of 0.02 μm made of GaN doped with silicon (Si) on one surface of an n-
このような構成の実施例5の窒化物半導体レーザ素子は、有機金属化学気相成長法により形成した。また、上部透明導電膜309および下部透明導電膜312はそれぞれ従来から公知の蒸着法により形成した。また、n型半導体基板300は150μmの厚さまで研磨により薄型化された。
The nitride semiconductor laser element of Example 5 having such a configuration was formed by metal organic chemical vapor deposition. The upper transparent
また、上記の実施例5の窒化物半導体レーザ素子の窒化物半導体活性層304は三重量子井戸構造となっており、In0.13Ga0.87Nからなる厚さ3nmの窒化物半導体井戸層と、厚さ6nmのIn0.03Ga0.97N/厚さ4nmのGaN/厚さ6nmのIn0.03Ga0.97Nの3層構造の窒化物半導体障壁層とが交互に積層された構成を有している。
In addition, the nitride semiconductor
以上のような構成の実施例5の窒化物半導体レーザ素子は、上記の比較例1の窒化物半導体レーザ素子と比較して光閉じ込め係数を1.8倍程度向上させることができる。 The nitride semiconductor laser element of Example 5 configured as described above can improve the optical confinement factor by about 1.8 times compared to the nitride semiconductor laser element of Comparative Example 1 described above.
(実施例6)
図13に示すように、2段のリッジストライプ部を設けるとともに、そのリッジストライプ部の側壁および表面を窒化アルミニウムからなる絶縁層501で覆い、窒化物半導体活性層304の近傍に銅からなる放熱部材502を設けたこと以外は実施例5と同様の構成を有する実施例6の窒化物半導体レーザ素子を作製した。
(Example 6)
As shown in FIG. 13, a two-stage ridge stripe portion is provided, and the side wall and surface of the ridge stripe portion are covered with an insulating
以上のような構成を有する実施例6の窒化物半導体レーザ素子においては、実施例5の窒化物半導体レーザ素子と比較して高温動作時の特性改善が期待できる。 In the nitride semiconductor laser element of Example 6 having the above-described configuration, improvement in characteristics at high temperature operation can be expected as compared with the nitride semiconductor laser element of Example 5.
(実施例7)
図15に示すように、2段のリッジストライプ部を設けるとともに、そのリッジストライプ部の側壁および表面を窒化アルミニウムからなる絶縁層501で覆い、窒化物半導体活性層304の近傍に銅からなる放熱部材502を設けたこと以外は実施例5と同様の構成を有する実施例7の窒化物半導体レーザ素子を作製した。
(Example 7)
As shown in FIG. 15, a two-step ridge stripe portion is provided, and the side wall and surface of the ridge stripe portion are covered with an insulating
以上のような構成を有する実施例7の窒化物半導体レーザ素子においては、実施例6の窒化物半導体レーザ素子と比較して高温動作時のさらなる特性改善が期待できる。 In the nitride semiconductor laser device of Example 7 having the above-described configuration, further improvement in characteristics during high-temperature operation can be expected as compared with the nitride semiconductor laser device of Example 6.
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
本発明によれば、低い窒化物半導体レーザ素子の抵抗を実現することができ、また、その適応するレーザ光の波長範囲が広い窒化物半導体レーザ素子を提供することができる。 According to the present invention, a low resistance of a nitride semiconductor laser device can be realized, and a nitride semiconductor laser device having a wide wavelength range of the laser light to be adapted can be provided.
100,200,300 n型半導体基板、101,201,301 n型クラッド層、102,202,302 n側光ガイド層、103,203,303 下部隣接層、104,204,304 窒化物半導体活性層、105,205,305 上部隣接層、106,206,306 p側光ガイド層、107,207,307 p型AlGaN層、108,208,308 p型窒化物半導体コンタクト層、109,209,309 上部透明導電膜、111 金属電極、112 空気、113 電流狭窄層、121,321 レーザ光、131 窒化物半導体井戸層、132 窒化物半導体障壁層、210 空洞、212 n電極、312 下部透明導電膜、401,501 絶縁層、502 放熱部材。
100, 200, 300 n-type semiconductor substrate, 101, 201, 301 n-type cladding layer, 102, 202, 302 n-side light guide layer, 103, 203, 303 lower adjacent layer, 104, 204, 304 nitride semiconductor
Claims (8)
前記n型窒化物半導体層上に形成された窒化物半導体活性層と、
前記窒化物半導体活性層上に形成されたp型窒化物半導体層と、
前記p型窒化物半導体層上に形成された上部透明導電膜とを含み、
前記窒化物半導体活性層は、インジウムを含む窒化物半導体井戸層と、窒化物半導体障壁層とを有し、
前記窒化物半導体活性層から放出されるレーザ光の幅に対応する前記窒化物半導体活性層の領域の上方に位置する前記上部透明導電膜の領域において、前記上部透明導電膜の表面が気体と接し、
前記窒化物半導体活性層から放出されるレーザ光の幅に対応する前記窒化物半導体活性層の領域の上方とは異なる領域に位置する前記上部透明導電膜の領域において、前記上部透明導電膜の表面が金属から構成される電極と接していることを特徴とする、窒化物半導体レーザ素子。 an n-type nitride semiconductor layer;
A nitride semiconductor active layer formed on the n-type nitride semiconductor layer;
A p-type nitride semiconductor layer formed on the nitride semiconductor active layer;
An upper transparent conductive film formed on the p-type nitride semiconductor layer,
The nitride semiconductor active layer has a nitride semiconductor well layer containing indium and a nitride semiconductor barrier layer,
In the region of the upper transparent conductive film located above the region of the nitride semiconductor active layer corresponding to the width of the laser light emitted from the nitride semiconductor active layer, the surface of the upper transparent conductive film is in contact with the gas. ,
In the region of the upper transparent conductive film located in a region different from above the region of the nitride semiconductor active layer corresponding to the width of the laser light emitted from the nitride semiconductor active layer, the surface of the upper transparent conductive film Is in contact with an electrode made of metal, a nitride semiconductor laser device.
前記n型窒化物半導体層上に形成された窒化物半導体活性層と、
前記窒化物半導体活性層上に形成されたp型窒化物半導体層と、
前記p型窒化物半導体層上に形成された上部透明導電膜とを含み、
前記窒化物半導体活性層は、インジウムを含む窒化物半導体井戸層と、窒化物半導体障壁層とを有し、
前記窒化物半導体活性層から放出されるレーザ光の幅に対応する前記窒化物半導体活性層の領域の上方に位置する前記上部透明導電膜の領域において、前記上部透明導電膜の表面が気体または透明誘電体膜と接し、
前記窒化物半導体活性層から放出されるレーザ光の幅に対応する前記窒化物半導体活性層の領域の上方とは異なる領域に位置する前記上部透明導電膜の領域において、前記上部透明導電膜の表面が金属から構成される電極と接しており、
前記p型窒化物半導体層の少なくとも一部がリッジストライプ部を構成していることを特徴とする、窒化物半導体レーザ素子。 an n-type nitride semiconductor layer;
A nitride semiconductor active layer formed on the n-type nitride semiconductor layer;
A p-type nitride semiconductor layer formed on the nitride semiconductor active layer;
An upper transparent conductive film formed on the p-type nitride semiconductor layer,
The nitride semiconductor active layer has a nitride semiconductor well layer containing indium and a nitride semiconductor barrier layer,
In the region of the upper transparent conductive film located above the region of the nitride semiconductor active layer corresponding to the width of the laser light emitted from the nitride semiconductor active layer, the surface of the upper transparent conductive film is gas or transparent In contact with the dielectric film,
In the region of the upper transparent conductive film located in a region different from above the region of the nitride semiconductor active layer corresponding to the width of the laser light emitted from the nitride semiconductor active layer, the surface of the upper transparent conductive film Is in contact with an electrode made of metal,
A nitride semiconductor laser device, wherein at least a part of the p-type nitride semiconductor layer forms a ridge stripe portion.
前記p型窒化物半導体コンタクト層はp型GaNまたはp型AlGaNからなり、
前記p型窒化物半導体コンタクト層の厚さは1μm以下であることを特徴とする、請求項1から3のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子。 The p-type nitride semiconductor layer has a p-type nitride semiconductor contact layer in contact with the upper transparent conductive film,
The p-type nitride semiconductor contact layer is made of p-type GaN or p-type AlGaN,
4. The nitride semiconductor laser element according to claim 1, wherein the p-type nitride semiconductor contact layer has a thickness of 1 μm or less. 5.
前記窒化物半導体下部光ガイド層がインジウムを含む窒化物半導体からなり、
前記窒化物半導体下部光ガイド層のインジウム組成比が前記窒化物半導体井戸層のインジウム組成比よりも小さいことを特徴とする、請求項1から4のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子。 A nitride semiconductor lower light guide layer is provided between the n-type nitride semiconductor layer and the nitride semiconductor active layer;
The nitride semiconductor lower light guide layer is made of a nitride semiconductor containing indium,
5. The nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein an indium composition ratio of the nitride semiconductor lower light guide layer is smaller than an indium composition ratio of the nitride semiconductor well layer. 6.
前記窒化物半導体上部光ガイド層がインジウムを含む窒化物半導体からなり、
前記窒化物半導体上部光ガイド層のインジウム組成比が前記窒化物半導体井戸層のインジウム組成比よりも小さいことを特徴とする、請求項1から5のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子。 A nitride semiconductor upper light guide layer is provided between the nitride semiconductor active layer and the upper transparent conductive film,
The nitride semiconductor upper light guide layer is made of a nitride semiconductor containing indium,
6. The nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein an indium composition ratio of the nitride semiconductor upper light guide layer is smaller than an indium composition ratio of the nitride semiconductor well layer.
前記下部透明導電膜の前記n型窒化物半導体層の設置側とは反対側の表面の少なくとも一部が気体または透明誘電体膜と接していることを特徴とする、請求項1から6のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子。 A lower transparent conductive film is provided on the side of the n-type nitride semiconductor layer opposite to the side where the nitride semiconductor active layer is installed;
7. At least a part of the surface of the lower transparent conductive film opposite to the side where the n-type nitride semiconductor layer is installed is in contact with a gas or a transparent dielectric film. A nitride semiconductor laser device according to claim 1.
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