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公開番号2025036496
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-14
出願番号2024227093,2023120613
出願日2024-12-24,2019-07-31
発明の名称半導体レーザ素子
出願人日亜化学工業株式会社
代理人個人,個人
主分類H01S 5/343 20060101AFI20250306BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】吸収損失を低減することができ、効率の向上が可能な半導体レーザ素子を提供する。
【解決手段】それぞれが窒化物半導体からなるn側半導体層と、活性層と、p側半導体層と、を上方に向かって順に有し、p側半導体層に上方に突出したリッジが設けられた半導体レーザ素子である。p側半導体層は、活性層の上面に接して配置され、1以上の半導体層を有し、アンドープである第1部分と、第1部分の上面に接して配置され、第1部分よりもバンドギャップエネルギーが大きく、p型不純物を含有する電子障壁層と、電子障壁層の上面に接して配置され、p型不純物を含有するp型半導体層を1以上有する第2部分と、を有する。第1部分は、上方に向かうにつれてバンドギャップエネルギーが大きくなっており、アンドープであるp側組成傾斜層と、p側組成傾斜層の上方に配置され、アンドープである、p側中間層と、を有し、リッジの下端は、p側中間層に位置している。
【選択図】図2A
特許請求の範囲【請求項１】
それぞれが窒化物半導体からなるｎ側半導体層と、活性層と、ｐ側半導体層と、を上方に向かって順に有し、前記ｐ側半導体層に上方に突出したリッジが設けられた半導体レーザ素子であって、
前記ｐ側半導体層は、
前記活性層の上面に接して配置され、１以上の半導体層を有し、アンドープである第１部分と、
前記第１部分の上面に接して配置され、前記第１部分よりもバンドギャップエネルギーが大きく、ｐ型不純物を含有する電子障壁層と、
前記電子障壁層の上面に接して配置され、ｐ型不純物を含有するｐ型半導体層を１以上有する第２部分と、を有し、
前記第１部分は、
上方に向かうにつれてバンドギャップエネルギーが大きくなっており、アンドープであるｐ側組成傾斜層と、
前記ｐ側組成傾斜層の上方に配置され、アンドープである、ｐ側中間層と、を有し、前記リッジの下端は、前記ｐ側中間層に位置している、半導体レーザ素子。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記第２部分は、
前記リッジの上面を構成する上側ｐ型半導体層と、
前記上側ｐ型半導体層と前記電子障壁層の間に配置され、前記上側ｐ型半導体層より大きいバンドギャップエネルギーを有する下側ｐ型半導体層と、を有する、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記第１部分は、前記ｐ側中間層として、
前記ｐ側組成傾斜層の平均バンドギャップエネルギーより大きく且つ前記電子障壁層のバンドギャップエネルギーより小さいバンドギャップエネルギーを有し、アンドープである、第１層と、
前記第１層のバンドギャップエネルギーより大きく且つ前記電子障壁層のバンドギャップエネルギーより小さいバンドギャップエネルギーを有し、アンドープである、第２層と、を有する、請求項１又は２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記第１層及び前記第２層はそれぞれ単一組成の層であり、前記リッジの下端は前記第１層又は前記第２層に位置している、請求項３に記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記第１層はＧａＮ層である、請求項３又は４に記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記第２層はＡｌＧａＮ層である、請求項３～５のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記ｐ側組成傾斜層は、互いに組成の異なる複数のサブ層からなり、
前記ｐ側組成傾斜層の最も下側のサブ層は、Ｉｎ
ａ
Ｇａ
１－ａ
Ｎ（０＜ａ＜１）からなり、
前記ｐ側組成傾斜層の最も上側のサブ層は、Ｉｎ
ｚ
Ｇａ
１－ｚ
Ｎ（０≦ｚ＜ａ）からなる請求項１～６のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項８】
それぞれが窒化物半導体からなるｎ側半導体層と、活性層と、ｐ側半導体層と、を上方に向かって順に有し、前記ｐ側半導体層に上方に突出したリッジが設けられた半導体レーザ素子であって、
前記ｐ側半導体層は、
前記活性層の上面に接して配置され、１以上の半導体層を有し、アンドープである第１部分と、
前記第１部分の上面に接して配置され、前記第１部分よりもバンドギャップエネルギーが大きく、ｐ型不純物を含有する電子障壁層と、
前記電子障壁層の上面に接して配置され、ｐ型不純物を含有するｐ型半導体層を１以上有する第２部分と、を有し、
前記第２部分の厚みは、前記第１部分の厚みよりも薄く、
前記リッジの下端は、前記第１部分に位置している、半導体レーザ素子。
【請求項９】
前記第１部分の厚みは、４００ｎｍ以上である、請求項１～８のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１０】
前記リッジの底面から前記電子障壁層までの最短距離は、前記リッジの上面から前記電子障壁層までの最短距離よりも大きい、請求項１～９のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ素子に関する。
続きを表示（約 3,600 文字）【背景技術】
【０００２】
今日、窒化物半導体を有する半導体レーザ素子（以下、「窒化物半導体レーザ素子」ともいう。）は、紫外域から緑色に至るまでの光を発振することが可能となり、光ディスクの光源のみならず多岐にわたり利用されている。このような半導体レーザ素子としては、基板の上に、ｎ側クラッド層、ｎ側光ガイド層、活性層、ｐ側光ガイド層、ｐ側クラッド層をこの順に有する構造が知られている（例えば特許文献１、２、３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２００３－２７３４７３号公報
特開２０１４－１３１０１９号公報
国際公開第２０１７／０１７９２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
窒化物半導体レーザ素子のｐ側の半導体層にはＭｇ等のｐ型不純物が添加されるが、ｐ型不純物は深い準位をつくり光吸収を生じさせる。このため、ｐ型不純物含有層における光強度が大きいほど吸収損失が増大し、スロープ効率などの効率が低下する。そこで、本開示では、吸収損失を低減することができ、効率の向上が可能な半導体レーザ素子を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示における半導体レーザ素子の第一の態様は、それぞれが窒化物半導体からなるｎ側半導体層と、活性層と、ｐ側半導体層と、を上方に向かって順に有し、前記ｐ側半導体層に上方に突出したリッジが設けられた半導体レーザ素子であって、
前記ｐ側半導体層は、
前記活性層の上面に接して配置され、１以上の半導体層を有し、アンドープである第１部分と、
前記第１部分の上面に接して配置され、前記第１部分よりもバンドギャップエネルギーが大きく、ｐ型不純物を含有する電子障壁層と、
前記電子障壁層の上面に接して配置され、ｐ型不純物を含有するｐ型半導体層を１以上有する第２部分と、を有し、
前記第１部分は、
上方に向かうにつれてバンドギャップエネルギーが大きくなっており、アンドープであるｐ側組成傾斜層と、
前記ｐ側組成傾斜層の上方に配置され、アンドープである、ｐ側中間層と、を有し、前記リッジの下端は、前記ｐ側中間層に位置している、半導体レーザ素子である。
【０００６】
本開示における半導体レーザ素子の第二の態様は、それぞれが窒化物半導体からなるｎ側半導体層と、活性層と、ｐ側半導体層と、を上方に向かって順に有し、前記ｐ側半導体層に上方に突出したリッジが設けられた半導体レーザ素子であって、
前記ｐ側半導体層は、
前記活性層の上面に接して配置され、１以上の半導体層を有し、アンドープである第１部分と、
前記第１部分の上面に接して配置され、前記第１部分よりもバンドギャップエネルギーが大きく、ｐ型不純物を含有する電子障壁層と、
前記電子障壁層の上面に接して配置され、ｐ型不純物を含有するｐ型半導体層を１以上有する第２部分と、を有し、
前記第２部分の厚みは、前記第１部分の厚みよりも薄く、
前記リッジの下端は、前記第１部分に位置している、半導体レーザ素子である。
【０００７】
本開示における半導体レーザ素子の製造方法の第一の態様は、
基板の上に、ｎ側半導体層を形成する工程と、
前記ｎ側半導体層の上に、活性層を形成する工程と、
前記活性層の上面に、１以上の半導体層を有する第１部分をアンドープで形成する工程と、
前記第１部分の上面に、前記第１部分のバンドギャップエネルギーよりも大きなバンドギャップエネルギーを有する電子障壁層を、ｐ型不純物をドープして形成する工程と、
前記電子障壁層の上面に、ｐ型不純物をドープして形成するｐ型半導体層を１以上有する第２部分を形成する工程と、
前記第１部分と前記電子障壁層と前記第２部分とを含むｐ側半導体層の一部を除去することにより、上方に突出したリッジを形成する工程と、を有し、
前記第１部分をアンドープで形成する工程は、
上方に向かうにつれてバンドギャップエネルギーが大きくなるｐ側組成傾斜層をアンドープで形成する工程と、
前記ｐ側組成傾斜層の上方に、ｐ側中間層をアンドープで形成する工程と、を含み、前記リッジを形成する工程において、前記リッジの下端が前記ｐ側中間層に位置するように前記ｐ側半導体層の一部を除去する、半導体レーザ素子の製造方法である。
本開示における半導体レーザ素子の製造方法の第二の態様は、
基板の上に、ｎ側半導体層を形成する工程と、
前記ｎ側半導体層の上に、活性層を形成する工程と、
前記活性層の上面に、１以上の半導体層を有する第１部分をアンドープで形成する工程と、
前記第１部分の上面に、前記第１部分のバンドギャップエネルギーよりも大きなバンドギャップエネルギーを有する電子障壁層を、ｐ型不純物をドープして形成する工程と、
前記電子障壁層の上面に、ｐ型不純物をドープして形成するｐ型半導体層を１以上有する第２部分を形成する工程と、
前記第１部分と前記電子障壁層と前記第２部分とを含むｐ側半導体層の一部を除去することにより、上方に突出したリッジを形成する工程と、を有し、
前記第２部分を形成する工程において、前記第１部分の厚みよりも薄い厚みを有する前記第２部分を形成し、
前記リッジを形成する工程において、前記リッジの下端が前記第１部分に位置するように前記ｐ側半導体層の一部を除去する、半導体レーザ素子の製造方法である。
【発明の効果】
【０００８】
このような半導体レーザ素子によれば、吸収損失を低減することができ、効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
図１は、本発明の一実施形態に係る半導体レーザ素子の模式的な断面図である。
図２Ａは、図１の半導体レーザ素子のｐ側半導体層の層構造の例を模式的に示す図である。
図２Ｂは、図１の半導体レーザ素子のｐ側半導体層の層構造の別の例を模式的に示す図である。
図２Ｃは、図１の半導体レーザ素子のｐ側半導体層の層構造の別の例を模式的に示す図である。
図２Ｄは、図１の半導体レーザ素子のｐ側半導体層の層構造の別の例を模式的に示す図である。
図３Ａは、第１部分の最上層と電子障壁層と第２部分の最下層とのバンドギャップエネルギーの関係の一例を模式的に示す図である。
図３Ｂは、第１部分の最上層と電子障壁層と第２部分の最下層とのバンドギャップエネルギーの関係の別の例を模式的に示す図である。
図３Ｃは、第１部分の最上層と電子障壁層と第２部分の最下層とのバンドギャップエネルギーの関係の別の例を模式的に示す図である。
図４は、図１の半導体レーザ素子のｎ側半導体層の層構造の例を模式的に示す図である。
図５は、図１の半導体レーザ素子のｐ側組成傾斜層及びその付近の一部拡大図である。
図６Aは、本発明の一実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法を示すフローチャートである。
図６Bは、工程Ｓ１０３の一例を示すフローチャートである。
図７は、計算例１乃至５の第１部分の厚みと第２部分への漏れ光の割合との関係を示すグラフである。
図８は、比較例１乃至４の半導体レーザ素子のＩ－Ｌ特性を示すグラフである。
図９Ａは、実施例１乃至３の半導体レーザ素子のＩ－Ｌ特性を示すグラフである。
図９Ｂは、実施例１乃至３の半導体レーザ素子のＩ－Ｖ特性を示すグラフである。
図１０Ａは、実施例３乃至５の半導体レーザ素子のＩ－Ｌ特性を示すグラフである。
図１０Ｂは、実施例３乃至５の半導体レーザ素子のＩ－Ｖ特性を示すグラフである。
図１１Ａは、実施例３及び６の半導体レーザ素子のＩ－Ｌ特性を示すグラフである。
図１１Ｂは、実施例３及び６の半導体レーザ素子のＩ－Ｖ特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
（【００１１】以降は省略されています）

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