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公開番号2024174825
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-17
出願番号2024085261
出願日2024-05-27
発明の名称窒化物半導体レーザ素子
出願人日亜化学工業株式会社
代理人
主分類H01S 5/028 20060101AFI20241210BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】端面損傷の発生を低減した窒化物半導体レーザ素子を提供することを目的とする。
【解決手段】第1導電型の第1窒化物半導体層と、該第1導電型とは異なる導電型である第2導電型の第2窒化物半導体層と、前記第1窒化物半導体層と前記第2窒化物半導体層との間に配置される活性層と、該活性層の前記第2窒化物半導体層の側の面と交わる光出射側端面及び光反射側端面と、前記光出射側端面に設けられた保護膜とを備え、前記保護膜は、前記光出射側端面の側から順に、アルミニウム及び/又はガリウムを含む酸化膜からなる第1膜と、窒化膜からなる第2膜と、アルミニウムと酸素とを含む第1Al含有膜と、第1シリコン酸化膜と、アルミニウムと酸素とを含む第2Al含有膜と、第2シリコン酸化膜と、を含み、前記第2シリコン酸化膜は、前記保護膜における最も外側に配置されている窒化物半導体レーザ素子。
【選択図】図1D
特許請求の範囲【請求項１】
第１導電型の第１窒化物半導体層と、該第１導電型とは異なる導電型である第２導電型の第２窒化物半導体層と、前記第１窒化物半導体層と前記第２窒化物半導体層との間に配置される活性層と、該活性層の前記第２窒化物半導体層の側の面と交わる光出射側端面及び光反射側端面と、前記光出射側端面に設けられた保護膜とを備え、
前記保護膜は、前記光出射側端面の側から順に、アルミニウム及び／又はガリウムを含む酸化膜からなる第１膜と、窒化膜からなる第２膜と、アルミニウムと酸素とを含む第１Ａｌ含有膜と、第１シリコン酸化膜と、アルミニウムと酸素とを含む第２Ａｌ含有膜と、第２シリコン酸化膜と、を含み、
前記第２シリコン酸化膜は、前記保護膜における最も外側に配置されている窒化物半導体レーザ素子。
続きを表示（約 520 文字）【請求項２】
前記第１Ａｌ含有膜及び前記第２Ａｌ含有膜は、アルミニウムを含む酸化膜である請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記第１Ａｌ含有膜及び前記第２Ａｌ含有膜は、アモルファス構造の膜又はアモルファス構造と結晶構造とを含む膜である請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記第１Ａｌ含有膜の厚さは、前記第２Ａｌ含有膜の厚さよりも大きく、
前記第１シリコン酸化膜の厚さは、前記第２シリコン酸化膜の厚さよりも小さい請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記第１膜及び前記第２膜は、結晶性の膜である請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記第１膜の厚さが１０ｎｍ未満である請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記第２膜の前記活性層と隣り合う領域における結晶の軸配向は、前記第２膜の前記第１窒化物半導体層と隣り合う領域及び／又は前記第２窒化物半導体層と隣り合う領域における結晶の軸配向と同じである請求項１～６のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ素子。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体レーザ素子に関する。
続きを表示（約 3,900 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、半導体レーザなどを励起光源として備え、この励起光源から出射された励起光を利用して照明などを行う発光装置が種々提案されている。
このような発光装置において、共振器面に形成される保護膜の剥離を防止した窒化物系半導体レーザ素子が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２００９－９９９５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方、特に高出力が求められる半導体レーザにおいて、端面損傷（ＣＯＤ：catastrophic optical damage）が高出力化の限界要因のひとつとして挙げられる。出力の更なる向上のために、端面損傷の発生の低減が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示における一実施形態の窒化物半導体レーザ素子は、第１導電型の第１窒化物半導体層と、該第１導電型とは異なる導電型である第２導電型の第２窒化物半導体層と、前記第１窒化物半導体層と前記第２窒化物半導体層との間に配置される活性層と、該活性層の前記第２窒化物半導体層の側の面と交わる光出射側端面及び光反射側端面と、前記光出射側端面に設けられた保護膜とを備え、前記保護膜は、前記光出射側端面の側から順に、アルミニウム及び／又はガリウムを含む酸化膜からなる第１膜と、窒化膜からなる第２膜と、アルミニウムと酸素とを含む第１Ａｌ含有膜と、第１シリコン酸化膜と、アルミニウムと酸素とを含む第２Ａｌ含有膜と、第２シリコン酸化膜と、を含み、前記第２シリコン酸化膜は、前記保護膜における最も外側に配置されている。
【発明の効果】
【０００６】
本開示における一実施形態の窒化物半導体レーザ素子によれば、端面損傷の発生を低減した窒化物半導体レーザ素子とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本発明の一実施形態の窒化物半導体レーザ素子の斜視図である。
図１Ａの正面図である。
図１ＡのＩＣ－ＩＣ線断面図である。
光出射側端面の側の保護膜の一例を示す部分拡大図である。
保護膜及びその付近の高分解能透過電子顕微鏡像である。
第１Ａｌ含有膜の電子線回折像である。
第２膜の電子線回折像である。
第１膜の電子線回折像である。
窒化物半導体積層体の電子線回折像である。
本発明の窒化物半導体レーザ素子の別の例を示す断面図である。
光反射側端面の側の保護膜の一例を示す部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための方法を例示するものであって、本発明を以下の実施形態に特定するものではない。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。
【０００９】
本実施形態に係る窒化物半導体レーザ素子（以下、半導体レーザ素子と記載することがある）を、図１Ａ～図１Dに示す。図１Ａは、本実施形態の窒化物半導体レーザ素子の斜視図である。図１Ｂは、図１Ａの正面図である。図１Ｃは、図１ＡのＩＣ－ＩＣ線断面図である。図１Ｄは、光出射側端面の側の保護膜の一例を示す部分拡大図である。図１Ａ及び図１Ｂにおいて、保護膜３０及び保護膜４０は省略している。
窒化物半導体レーザ素子１０は、端面発光レーザ素子である。窒化物半導体レーザ素子１０は、第１窒化物半導体層１１と、第２窒化物半導体層１２と、第１窒化物半導体層１１と第２窒化物半導体層１２との間に配置される活性層１３と、保護膜３０とを備える。第１窒化物半導体層１１、活性層１３及び第２窒化物半導体層１２は、活性層１３の第２窒化物半導体層１２の側の面と交わる面として、光出射側端面１４及び光反射側端面１５を有する。第１窒化物半導体層１１、活性層１３及び第２窒化物半導体層１２を含む積層体を、窒化物半導体積層体と記載することがある。
保護膜３０は、光出射側端面１４に設けられている。保護膜３０は、光出射側端面１４の側から順に、アルミニウム及び／又はガリウムと酸素とを含む第１膜３１と、窒化膜からなる第２膜３２と、アルミニウムと酸素とを含む第１Ａｌ含有膜３３と、第１シリコン酸化膜３４と、アルミニウムと酸素とを含む第２Ａｌ含有膜３５と、第２シリコン酸化膜３６と、を含む。第２シリコン酸化膜３６は、保護膜３０における最も外側に配置されている。
このような構成を備えることにより、窒化物半導体レーザ素子１０の端面損傷の発生を低減することができる。この効果が得られる理由としては次のことが考えられる。まず、保護膜３０における第１膜３１が酸素を含む膜であるために、駆動時に抵抗が変化しにくく、抵抗の低下を避けることができる。また、第１Ａｌ含有膜３３が酸素を含む膜であることにより、第１Ａｌ含有膜３３の酸化が進行する可能性を低減することができる。また、窒化膜である第２膜３２が、第１膜３１と第１Ａｌ含有膜３３との間に存在するために、第２膜３２が大気中又は雰囲気中の酸素と反応して酸化し、膨張する可能性を低減することができる。さらに、第１シリコン酸化膜３４と第２Ａｌ含有膜３５と第２シリコン酸化膜３６を含むことにより、それらが無い場合と比較して保護膜３０を構成する膜の数が増える。これにより、窒化物半導体レーザ素子１０の駆動によって発生し得る膜間の局所的な剥離を複数の膜によって抑え込むことができ、局所的な剥離の発生可能性を低減することができる。シリコン酸化膜はＡｌ含有膜よりも、窒化物半導体レーザ素子１０を封止する封止媒体と反応し難い傾向があるため、第２シリコン酸化膜３６を最も外側に配置することで、保護膜３０が封止媒体（例えば酸素を含む気体）と反応し変質する可能性を低減することができる。これらの結果、端面損傷（ＣＯＤ）の発生を有効に低減することができると考えられる。端面損傷の発生を低減することにより、窒化物半導体レーザ素子１０の長寿命化を図ることが可能となる。このような効果は、特に高出力の窒化物半導体レーザ素子１０において顕著である。
高出力の窒化物半導体レーザ素子１０は、例えば、光密度が２ＭＷ／ｃｍ
２
以上の素子である。窒化物半導体レーザ素子１０の光密度は２００ＭＷ／ｃｍ
２
以下であってもよい。高出力の窒化物半導体レーザ素子１０は、例えば、横モードがマルチモードの場合に出力が１Ｗ以上の素子であり、５Ｗ以上の素子であってもよい。高出力の窒化物半導体レーザ素子１０は、例えば、横モードがシングルモードの場合に出力が０．１Ｗ以上の素子である。窒化物半導体レーザ素子１０の出力は３Ｗ以下であってもよい。
【００１０】
（第１窒化物半導体層１１、活性層１３、第２窒化物半導体層１２）
第１窒化物半導体層１１、活性層１３及び第２窒化物半導体層１２はこの順に積層されている。これらの半導体層を含む窒化物半導体積層体は、基板１６上に形成することができる。窒化物半導体積層体は結晶性を有する。
第１窒化物半導体層１１は、第１導電型を示し、第２窒化物半導体層１２は、第２導電型を示す。第１導電型としては、ｎ型又はｐ型のいずれでもよい。第２導電型は、第１導電型と異なる導電型を意味する。第１窒化物半導体層１１、活性層１３及び第２窒化物半導体層１２は、Ｉｎ
x
Ａｌ
y
Ｇａ
1-x-y
Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）からなる半導体層によって形成することができる。第１窒化物半導体層１１及び第２窒化物半導体層１２は、ｎ型不純物として、Ｓｉ、Ｇｅ等のいずれか１つ以上を含有していてもよい。第１窒化物半導体層１１及び第２窒化物半導体層１２は、ｐ型不純物として、Ｍｇ、Ｚｎ等のいずれか１つ以上を含有していてもよい。不純物は、例えば、５×１０
１６
／ｃｍ
３
～１×１０
２１
／ｃｍ
３
の範囲で含有することができる。第１窒化物半導体層１１及び第２窒化物半導体層１２には、アンドープ層が含まれていてもよい。アンドープ層とは、ｎ型又はｐ型を示す不純物が意図的にドープされていない層を指す。アンドープ層は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）等の分析結果において検出限界を越えない不純物濃度であるか、不純物濃度が１×１０
１６
／ｃｍ
３
未満である層であってもよい。第１窒化物半導体層１１及び第２窒化物半導体層１２は、いずれも半導体層を１層のみ有していてもよいが、２層以上有していることが好ましい。
第１窒化物半導体層１１、活性層１３及び第２窒化物半導体層１２によって形成される半導体レーザの発振ピーク波長は、２００ｎｍ以上７００ｎｍ以下が挙げられる。
（【００１１】以降は省略されています）

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