CN105576500A - 半导体激光元件 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种半导体激光元件，即使对多个串联连接实现的用途，也能够有效地发挥作用。本发明的半导体激光元件具备：在表面形成有脊的半导体层叠体、在所述脊上与所述半导体层叠体接触配置的沿长度方向延伸的第一电极层、从该第一电极层的侧面至少将一部分的上面覆盖的电流注入阻止层、配置在该电流注入阻止层的第二电极层，所述电流注入阻止层以所述第一电极层和所述半导体层叠体的接触面积的18％～80％与所述第一电极层接触，所述第二电极层与所述第一电极层的一部分接触。

Description

半导体激光元件
技术领域
本发明涉及半导体激光元件。
背景技术
近年来，半导体激光元件在各种用途中使用。例如，将多个半导体激光元件串联连接，用作投影仪的光源。
在半导体激光元件的这样的用途中，当一个半导体激光元件成为不通状态时，即使另一个半导体激光元件是可通电的元件，串联连接在一起的全部半导体激光元件的通电也会停止，不作为光源发挥作用。因此，为了确保半导体激光元件引起的光源的长期可靠性，需要避免各个半导体激光元件的不通状态。
另一方面，为了将半导体激光元件的水平方向的FFP单峰化，且为了抑制电流向特定区域的集中而使NFP均匀化及/或为了抑制泄漏电流的发生等，正在研究可实现各个半导体激光元件的特性的维持及提高的设计(例如，专利文献1～3等)。
专利文献1：(日本)特开2000－196181号公报
专利文献2：(日本)特开2004－273955号公报
专利文献3：(日本)特开2011－258883号公报
发明内容
本发明是鉴于上述课题而设立的，其目的在于提供一种半导体激光元件，能够避免半导体激光元件的不通状态，例如即使对上述的多个串联连接实现的用途，也可有效地发挥作用。
本发明包含以下方面。
(1)一种半导体激光元件，其特征在于，具备：
在表面形成有脊的半导体层叠体；
在所述脊上与所述半导体层叠体接触配置的沿长度方向延伸的第一电极层；
从该第一电极层的侧面至少将上面的一部分覆盖的电流注入阻止层；
配置在该电流注入阻止层上的第二电极层，
所述电流注入阻止层以所述第一电极层和所述半导体层叠体的接触面积的18％～80％与所述第一电极层接触，
所述第二电极层与所述第一电极层的一部分接触。
(2)一种半导体激光元件，其特征在于，具备：
在表面形成有脊的半导体层叠体；
在所述脊上与所述半导体层叠体接触配置的沿长度方向延伸的第一电极层；
将该第一电极层的一部分覆盖的电流注入阻止层；
配置在所述电流注入阻止层上的第二电极层，
所述电流注入阻止层在俯视时具有从所述第一电极层的沿所述长度方向延长的两缘向所述脊的中央区域延伸的突出部或配置在所述脊的中央区域上的岛部，
所述第二电极层与所述第一电极层的局部接触。
根据本发明，能够提供一种半导体激光元件，能够避免半导体激光元件的不通状态，例如即使对上述的多个串联连接实现的用途，也可有效地发挥作用。
附图说明
图1(a)是表示本发明的半导体激光元件的一实施方式的概略平面图，图1(b)是A－A’线剖面图，图1(c)是B－B’线剖面图；
图2是图1(a)的局部放大图；
图3是从图1(a)中去掉了电流注入阻止层及第二电极层的状态的概略平面图；
图4是表示本发明的半导体激光元件的另一实施方式的主要部分的概略平面图；
图5是表示本发明的半导体激光元件的再一实施方式的主要部分的概略平面图；
图6是表示本发明的半导体激光元件的又一实施方式的主要部分的概略平面图；
图7是表示本发明的半导体激光元件的再另一实施方式的主要部分的概略平面图；
图8是表示本发明的半导体激光元件的再又一实施方式的主要部分的概略平面图；
图9A是表示半导体激光元件的比较例的概略平面图；
图9B是表示半导体激光元件的比较例的概略平面图；
图10(a)～(l)是表示实施方式1～4的半导体激光元件的评价的曲线图；
图11(a)～(f)是表示实施方式5、6的半导体激光元件的评价的曲线图；
标记说明
10：半导体激光元件
11：基板
12：半导体层叠体
13、53：脊
14、24、34、44、54、64：第一电极层
14a、24a、34a、44a、54a、64a：电极突出部
15、25、35、45、55、65：电流注入阻止层
15a、55a、65a：突出部
25b、35b、45b：岛部
16：第二电极层
17：第三电极层
18：电流注入区域
a、a’、t、r、p：电流注入阻止层的突出部的间隔
b、b’、s、q：电流注入阻止层的突出部的长度
c：电流注入阻止层的突出部的突出宽度
d：从脊的缘部到电流注入阻止层的缘部的距离
e：从第一电极层的缘部到电流注入阻止层的缘部的距离
f：第一电极层的突出部的宽度
g：第一电极层的电极宽度
h：脊的宽度
i：第一电极层的突出部的长度
j、k、u、u’v、v’：岛部的宽度
l：岛部的间隔
m：岛部的宽度
n：岛部的长度
具体实施方式
本申请的发明者关于上述那样的多个串联连接的半导体激光元件成为不通的现象进行了锐意研究，查明直到成为不通为止，都发生了阶段性的现象。
首先，若将多个半导体激光元件串联连接并向这些半导体激光元件通电，则在经过了长时间之后，某一个半导体激光元件的激光振荡停止，成为熄灯的状态。即使在这样的熄灯的状态下，其以外的串联连接的多个半导体激光元件也依然进行激光振荡，维持点亮状态。此时的熄灯的半导体激光元件的pn结部劣化，在微小电流区域发生泄漏电流。
另外，在对成为熄灯状态的半导体激光元件持续通电时，会在泄漏部位发生局部的电流集中，会向含有pn结部的半导体层叠体的破坏发展。
接着，若进一步向这些半导体激光元件持续通电时，则在不点亮状态的半导体激光元件中，含有pn结部的半导体层叠体的物理性破坏会发展，不久，该半导体激光元件成为不通状态。起因于此，串联连接的全部半导体激光元件的通电停止，不作为光源发挥作用。
对此，发现为了避免这样的串联连接的全部的半导体激光元件的不通状态，有效的是在各半导体激光元件，确保含有pn结部的半导体层叠体不易被破坏或不被破坏的区域，尽可能地使这样的区域增大。而且发现，即使半导体激光元件成为熄灯状态，也确认在其以外的串联连接的半导体激光元件维持点亮状态时，在熄灯的半导体激光元件中容易劣化且容易破坏的部位是半导体层叠体的与光波导的中央部及其两侧相当的部位(活性层及其附近或表面等的、光密度高的区域及/或电流密度高的区域)，通过不直接向该部位注入电流，能够有效地抑制含有pn结部的半导体层叠体的劣化，并且能够抑制物理性的破坏，直至完成了本发明。
以下，适当参照附图对本发明的实施方式进行说明。但是，以下说明的发光装置是用于将本发明的技术思想具体化的装置，只要没有特定的记载，就不将本发明限定在以下的构成内。另外，在一个实施方式、实施例中说明的内容也能够应用于其他实施方式、实施例。
各附图所示的部件的大小或位置关系等有时为了明确说明而进行了夸张。
本实施方式的半导体激光元件主要具备：在表面上形成有脊的半导体层叠体、配置在脊上的第一电极层、在第一电极层上接触配置的电流注入阻止层、配置在电流注入阻止层上的第二电极层。另外，半导体激光元件配置有第三电极层。第三电极层例如既可以配置在与配置有脊的面相反侧的半导体层叠体的面上，也可以去除半导体层叠体的一部分而配置在与第一电极层同一面侧。例如，第一电极层及第二电极层为p电极，第三电极层为n电极。
(半导体层叠体)
半导体层叠体通常优选依次层叠第一导电型半导体层、活性层及第二导电型半导体层而形成。这些半导体层的种类没有特别限定，例如可列举III－V族化合物半导体等各种半导体。具体地可列举InXAlYGa1－X－YN(0≤X、0≤Y、X+Y≤1)等氮化物类半导体材料，可使用AlN、GaN、InGaN、AlGaN、InGaAlN等。各层的组成、膜厚及层构造等可利用该领域公知的组成、膜厚及层构造。
特别是，半导体层叠体优选在第一导电型半导体层(例如，n型层)及/或第二导电型半导体层(例如，p型层)上具有导光层，更优选设为这些导光层夹着活性层的构造SCH(SeparateConfinementHeterostructure)。第一导电型半导体层的导光层和第二导电型半导体层的导光层也可以为组成及/或膜厚互不同的构造。
活性层也可以为多量子阱构造或单量子阱构造中的任一种。阱层具有至少含有In的通式InxAlyGa1－x－yN(0＜x≤1、0≤y＜1、0＜x+y≤1)。例如，可进行300nm～650nm左右的波长域的发光。
半导体层叠体的形成方法没有特别限定，也可以使用作为MOVPE(有机金属气相成长法)、MOCVD(有机金属化学气相成长法)、HVPE(氢化物气相成长法)、MBE(分子束外延法)等构成氮化物半导体等的半导体层叠体的半导体的成长方法而所知的任一种方法。特别是，MOCVD在减压或大气压条件下能够结晶性良好地成长，故而优选。
半导体层叠体通常形成在基板上。作为在此使用的基板的材料，也可以为蓝宝石、碳化硅、硅、ZnSe、ZnO、GaAs、金刚石、氮化物半导体(GaN、AlN等)等中的任一种。
基板的厚度例如可列举50μm～1mm左右。
基板例如更优选为在第一主面及/或第二主面上具有0.03～10°左右的截止角的氮化物半导体基板。基板也可以为在其表面具有格子状、条纹状或岛状凹凸的基板。基板可使用位错密度及/或极性大致均匀分布的基板，也可使用位错密度在面内条纹状地周期性分布的基板及/或极性不同的区域分布的基板等。
另外，基板也可以在其一表面分布有不同的晶体成长面。例如也可以分布有(0001)面、(000－1)面、(10－10)面、(11－20)面、(10－14)面、(10－15)面、(11－24)面等两个以上的晶体成长面。在使用GaN作为基板的情况下，典型地使用(0001)面作为晶体成长面。
此外，在基板上，也可以在形成作为半导体激光元件发挥作用的半导体层叠体之前形成缓冲层、中间层(例如，AlxGa1－xN(0≤x≤1)等)等。
半导体层叠体在其内部具有光波导区域。光波导区域与激光的出射面和反射面一同构成共振器。因此，半导体层叠体俯视形成为四边形，优选形成为长方形。
(脊)
在半导体层叠体的表面上，例如在第二导电型半导体层的表面形成有脊。脊具有在其下方且在活性层(任意地，也包含导光层)上划定光波导区域的功能。因此，脊以沿着半导体激光元件的共振器方向延长的形状配置成条纹状。以下，有时称共振器方向为长度方向。
脊的宽度可列举1～100μm左右。在多横模式的半导体激光元件的情况下，优选为10～100μm左右，更优选为15～80μm，进一步优选为20～70μm。
通常，多横模式的半导体激光元件由于光波导区域的宽度较宽(所谓的宽条纹)，故而通过电流密度的下降，能够进一步抑制COD。另外，宽条纹的激光元件因为通过与电极的接触面积变大，从而使电压下降，且使共振器长方向的电压差减小，所以难以引起电流集中，能够使光输出急速下降降低。因此，在采用多横模式的半导体激光元件的情况下，不仅抑制COD，也抑制光输出急速下降。
脊的高度可通过构成第二导电型半导体层的层的膜厚、材料等来适当调节，例如可列举0.1～2μm。脊优选将半导体激光元件的共振器的延长方向的长度设定为100～2000μm左右。脊也可以在共振器的延长方向上不全部为相同的宽度。脊既可以是其侧面垂直，也可以是具有60～90°左右的角度的锥状。换句话说，脊上面的缘间距离也可以比脊基底部(即，脊底面)的缘间距离小。
脊优选以相对于共振器面垂直配置的方式形成。由此，能够将共振器面设为最佳的光出射面及光反射面。
脊可通过该领域公知的方法、例如在半导体层叠体上形成掩模图案，然后使用该掩模图案进行蚀刻的方法形成。
(第一电极层)
第一电极层配置在脊上，以足够低的接触电阻值与构成脊的半导体层叠体典型地进行欧姆接触。第一电极层为沿着脊的延长方向即长度方向延长的形状。第一电极层如果配置在脊上，则也可以覆盖脊的侧面，但优选仅配置在脊的两缘间。换句话说，第一电极层的外缘也可以将一部分配置在脊侧面或脊以外的区域，但优选将全部配置在脊上。通过这样的配置，能够将载体限制在脊下方，且能够将光封闭在脊下方。
第一电极层也可以不波及到半导体激光元件的出射面及反射面。即，第一电极层在俯视时也可以远离出射面及反射面。其离开距离在出射面侧及反射面侧上既可以相同，也可以不同。例如，第一电极层的出射面侧的离开距离优选与反射面侧的离开距离相等。另外，第一电极层的出射面侧及反射面侧的缘既可以相对于半导体激光元件的出射面或反射面平行，也可以为一部分向出射面或反射面突出的形状。
第一电极层例如可由Au、Pt、Pd、Rh、Ni、W、Mo、Cr、Ti、Cu、Ag、Zn、Sn、In、Al、Ir、Rh、Ru、ITO等或它们的合金的单层膜或层叠膜形成。具体地可列举从半导体层侧起按照Ni/Au、Ni/Au/Pt、Ni/Au/Pd、Rh/Pt/Au、Ni/Pt/Au等那样地层叠而成的层叠膜。膜厚也可以为该领域使用的膜的膜厚中的任一种。例如，第一电极层的膜厚优选为5nm～2μm，更优选为50～500nm，进一步优选为100～300nm。
(电流注入阻止层)
电流注入阻止层至少覆盖第一电极层的一部分。
在一实施方式中，电流注入阻止层将第一电极层的上面的一部分覆盖。在另一实施方式中，电流注入阻止层至少从第一电极层的侧面(例如，沿长度方向延长的侧面)覆盖上面的一部分。
电流注入阻止层进一步优选从第一电极层的沿长度方向延长的侧面覆盖脊侧面，且覆盖脊的两侧的半导体层叠体的表面。通过这样地设置，能够作为埋入脊的两侧的埋入膜而将半导体层叠体和后来形成的第二电极层绝缘。在这种情况下，电流注入阻止层在半导体层叠体的表面以后述的第二电极层不直接接触的方式配置。也能够设置作为埋入膜发挥作用的绝缘膜作为与电流注入阻止层不同的膜，但优选将电流注入阻止层以作为埋入膜发挥作用的方式配置到脊外。由此，能够减少工序数。另外，电流注入阻止层的形成面积变大，能够防止剥离。
换句话说，电流注入阻止层能够形成为覆盖包含脊在内的半导体层叠体的表面的大致整个面，且在脊上具有使第一电极层的一部分露出的开口的形状。该开口成为与后述的第二电极层接触的接触部位，且成为电流注入区域。
电流注入阻止层在脊上以规定的宽度包围第一电极层的外周且使其以外的部位的第一电极层露出的方式配置为好。这里的外周可以是局部，也可以是全部。换句话说，外周既可以仅是长度方向的两缘的一部分或全部的附近，也可以仅是长度方向的两缘和宽度方向的两缘的附近。规定的宽度没有特别限定，可列举0.1～5μm左右，优选0.5～3μm左右。宽度也可以在外周的全部不同，但优选相同。在电流注入阻止层具有后述的突出部的情况下，优选在突出部以外的部分为这种数值范围。
在一实施方式中，电流注入阻止层优选以第一电极层和半导体层叠体的接触面积(在后述的实施方式1等中，与第一电极层的平面面积相同)的18％～80％与第一电极接触。换句话说，优选在配置于脊上的第一电极层的平面面积的18％～80％上配置有电流注入阻止层，更优选18％～60％，进一步优选18～50％。第一电极层的平面面积指的是俯视(在从第一电极层的上面侧看时)时的第一电极层的面积。在第一电极层经由绝缘性的埋入膜等延伸到脊外的情况下，优选以第一电极层和半导体层叠体的接触面积为基准，将电流注入阻止层相对于该基准以上述的比例配置在第一电极层上。
在另一实施方式中，如后所述，电流注入阻止层优选不管与第一电极层的接触面积的大小如何，都在俯视时具有从第一电极层的两缘向脊的中央区域延伸的突出部及/或配置在脊的中央区域上的岛部。第一电极层的两缘是指在第一电极层的两侧沿长度方向延长的外缘。即，是沿着脊的侧面的外缘。中央区域指的是比两缘及侧面更靠内侧的区域。
电流注入阻止层的覆盖第一电极层的形状没有特别限定，但为了阻止向在上述那样的包含pn结部在内的半导体层叠体中的易被破坏的区域(以下，有时称为被破坏区域)的上方存在的第一电极层的电流注入，优选形成为覆盖被破坏区域的上方的形状。在此，认为被破坏区域是光密度高的区域、电流密度高的区域等，故而可列举光波导的中央区域、脊基底部的两端附近的区域等。因此，通过由电流注入阻止层覆盖可阻止向这些区域的电流注入的区域，即覆盖在这些区域的上方配置的第一电极层的部位，能够降低向这些区域的电流的注入。其结果是，能够降低被破坏区域的光密度及/或电流密度，能够防止不通状态。
作为电流注入阻止层的形状，在俯视时，例如可列举出：
(a)覆盖第一电极层的沿长度方向延长的侧面，且覆盖第一电极层的沿长度方向延长的两缘附近的形状；
(b)从第一电极层的沿长度方向延长的两缘向脊的中央区域延伸的形状(以下，有时称为突出部)；
(c)配置在脊的中央区域上的形状(以下，有时称为岛部)等。
电流注入阻止层既可以仅具有这些形状中的一个形状，也可以将两个以上的形状组合而具有。
在此，(a)中的两缘附近也取决于脊的宽度、施加在半导体激光元件上的电流及/或电压的大小等，但例如可列举从第一电极层的缘起第一电极层的宽度的2～30％左右的宽度，优选5～20％左右的宽度。在分别以同一宽度设于两缘的情况下，第一电极层上的电流注入阻止层的占有面积变成其一倍。覆盖两缘附近的形状既可以是遍及第一电极层的长度方向的全长而连续的形状，也可以是断续的形状。因此，也可以是仅覆盖第一电极层的长度方向的一部分的形状。
(b)中的向脊的中央区域延伸例如可列举出具有从第一电极层的缘起第一电极层的宽度的5～50％左右的宽度，优选8～50％左右的宽度。在从两缘分别以同一宽度延伸的情况下，第一电极层上的电流注入阻止层的占有面积变成其一倍。突出部按照从以大致恒定的宽度设于(a)的两缘附近的部分向脊的中央区域延伸的形状进行设置。突出部也可以是在脊的中央区域连结从两缘延伸的突出部而从长度方向的一缘到另一缘的构成。突出部既可以是遍及第一电极层的长度方向的全长而连续的形状，也可以是断续的形状。因此，电流注入阻止层也可以是仅覆盖第一电极层的长度方向的一部分的形状。突出部的长度(沿第一电极层的长度方向的长度)例如在从两侧一个一个地延伸的情况下，一侧的突出部的长度优选为第一电极层的长度的70～95％左右的长度，在多个多个地延伸的情况下，一侧的合计长度优选为第一电极层的长度的30～70％左右的长度。在第一电极层具有电极突出部的情况下，优选不设置从第一电极层的侧面延伸的突出部，优选仅设置从第一电极层的两缘延伸的突出部。
(c)中的配置在脊的中央区域上是指具有远离电流注入阻止层的覆盖第一电极层的侧面的部分，配置成所谓的岛状的部分的意思。该岛部的宽度例如可列举第一电极层的宽度的5～90％左右的宽度，优选为40～80％左右的宽度。岛部既可以是单个，也可以是多个。在为多个的情况下，可沿着第一电极层的长度方向配置为直线状。也可以是遍及第一电极层的长度方向的全长而连续的形状，还可以是断续的形状。因此，也可以是仅覆盖第一电极层的长度方向的一部分的形状。岛部的长度(沿第一电极层的长度方向的长度)在为单个的情况下，优选为第一电极层的长度的70～95％左右的长度，在为多个的情况下，优选合计长度为第一电极层的长度的30～70％左右的长度。
在设置多个突出部及/或岛部的情况下，优选在第一电极层的长度方向上大致均等地分散设置。在如后述的实施方式1等那样地第一电极层具有电极突出部的情况下，也可以仅在最接近电极突出部的部分改变配置间隔。突出部及/或岛部可以设置10个以上，还可以设置50个以上。
作为电流注入阻止层的具体形状，例如可列举出：
(i)在长度方向上断续地配置有多个电流注入阻止层的突出部的形状；
(ii)俯视时在脊的中央区域以沿长度方向延长的方式配置有电流注入阻止层的岛部的形状
(iii)沿长度方向断续地配置有多个电流注入阻止层的突出部，且在脊的中央区域及第一电极层的一缘的突出部间沿长度方向断续地配置有多个岛部的形状；
(iv)在俯视时从第一电极层的一缘延伸到另一缘，且沿长度方向断续地配置有多个电流注入阻止层的突出部的形状等。
电流注入阻止层优选由绝缘材料形成。另外，电流注入阻止层为了容易将光封闭在脊内，优选由具有比半导体层叠体低的折射率的材料形成。电流注入阻止层例如可由含有Si、Zr、Al、Ta的氧化物、氮化物或氮氧化物的单层或多层形成。其厚度没有特别限定，只要是可降低或阻止向半导体层叠体的电流注入的厚度即可，例如可列举0.01～1μm左右。
电流注入阻止层可通过该领域公知的方法在所希望的部位成膜，且图案化为所希望的形状而形成。
(第二电极层)
第二电极层是作为所谓的焊盘电极而最终与外部连接的电极层，经由电流注入阻止层配置在第一电极层上。而且，第二电极层在电流注入阻止层的开口与第一电极层接触。即，在第一电极层与第二电极层之间部分地存在有电流注入阻止层。第二电极层优选配置为以第一电极层和半导体层叠体的接触面积(在后述的实施方式1等中，与第一电极层的平面面积相同)的20～82％的面积、更优选以40～82％的面积、特别优选以50～82％的面积与第一电极层直接接触。通过这样的配置，如上所述，在通过向第一电极层的部分性接触而经由第二电极层注入电流的情况下，在电流注入阻止层存在的部分能够缓和向第一电极层的电流注入密度。其结果是，能够降低相当于上述的被破坏区域的半导体层叠体中的光密度、电流密度，能够缓和这些物理性的破坏，且能够避免不通状态。另一方面，通过在电流注入阻止层之下存在第一电极层，能够抑制因限制电流注入区域引起的电力转换效率的极端下降。
第二电极层既可以仅配置在第一电极层上，也可以从第一电极层上起经由电流注入阻止层或其他绝缘膜而配置在配置于脊的两侧的半导体层叠体上。另外，第二电极层也可以在俯视时远离出射面及反射面。其离开距离既可以在出射面侧及反射面侧相同，也可以不同。例如，第二电极层的出射面侧及反射面侧的缘也可以配置在比第一电极层的出射面侧及反射面侧的缘更靠内侧(远离出射面及反射面的一侧)，但优选配置在外侧(接近出射面及反射面的一侧)。第二电极层的出射面侧及反射面侧的缘也可以为向半导体激光元件的出射面或反射面突出的形状，但优选相对于出射面或反射面平行。
第二电极层例如可选择与构成第一电极层的材料同样的材料而形成。例如优选设为由Ni、Ti、Au、Pt、Pd、W、Rh等金属构成的层叠膜。具体地，可列举出从半导体层叠体侧起依次形成有W/Pd/Au、Ni/Ti/Au、Ni/Pd/Au、Ni/Pd/Au/Pt/Au的膜。第二电极层的最表面优选含有Au。作为焊盘电极的第二电极层的膜厚没有特别限定，但最终层的Au的膜厚优选设为100nm左右以上。第二电极层的整体膜厚例如更优选为0.3～3μm，进一步优选为0.5～2μm。
(第三电极层)
第三电极层可以在半导体激光元件中配置在与配置有脊的面相反侧的半导体层叠体的面上，也可以去除半导体层叠体的一部分而配置在与第一电极相同的面侧。在使用导电性的材料作为基板的情况下，可在基板的下面(与设有半导体层叠体的面相反侧的面)设置第三电极层。
第三电极层可选择与第一电极层或第二电极层同样的材料而形成。
(制造方法)
上述的半导体激光元件可通过利用该领域所公知的方法来形成。另外，也可以任意地形成进一步的保护膜及/或绝缘膜、电极层等。
此外，半导体激光元件优选由例如M面(1－100)、A面(11－20)、C面(0001)或R面(1－102)构成的组中选择的面形成共振器面。在六方晶类的氮化物半导体激光元件的情况下，典型地利用M面作为共振器面。
(实施方式1)
如图1及图3所示，该实施方式1的半导体激光元件10通过在基板11上层叠有半导体层叠体12，且在半导体层叠体12的表面形成有脊13而构成。图3是在脊13上仅形成有第一电极层14的状态、即从图1(a)中去掉了电流注入阻止层15及第二电极层16的状态的概略平面图。通过在其上形成电流注入阻止层15和第二电极层16，成为图1(a)所示的半导体激光元件10。
就半导体激光元件10而言，俯视形状为1200μm×150μm的长方形，将通过用M面劈开而得到的面作为共振器面。
这样，在实施方式1中，列举尺寸及材料的具体例进行说明，但为一例，本发明不限于此。在之后的实施方式中也同样。
基板11由n型GaN构成。
半导体层叠体12通过在基板11上依次层叠有：
Si掺杂GaN层(膜厚10nm)、
Si掺杂Al0.02Ga0.98N层(膜厚1.6μm)、
Si掺杂GaN层(膜厚10nm)、
Si掺杂In0.05Ga0.95N层(膜厚0.15μm)、
Si掺杂GaN层(膜厚10nm)、
由Si掺杂Al0.07Ga0.93N(膜厚0.9μm)构成的下部包层、
由Si掺杂GaN(膜厚0.3μm)构成的下部导向层、
MQW的活性层、
Mg掺杂Al0.12Ga0.88N层(膜厚1.5nm)、
Mg掺杂Al0.16Ga0.84N层(膜厚8.5nm)、
由非掺杂Al0.04Ga0.96N(膜厚0.15μm)和Mg掺杂Al0.04Ga0.96N(膜厚0.15μm)构成的上部导向层、
由Mg掺杂GaN(膜厚15nm)构成的上部接触层而构成。
MQW活性层含有障壁层和阱层，从基板11侧起依次具备：
非掺杂In0.03Ga0.97N层(膜厚250nm)、
Si掺杂GaN层(膜厚10nm)、
非掺杂In0.15Ga0.85N层(膜厚3nm)、
非掺杂GaN(膜厚3nm)、
非掺杂In0.15Ga0.85N层(膜厚3nm)、
从非掺杂In0.05Ga0.95N变化为GaN的组成倾斜层(膜厚250nm)。
脊13具有50μm的宽度，形成为条纹状。深度设为上部导向层露出的深度。脊13例如可通过光刻法及RIE蚀刻法而形成。
半导体激光元件10的侧面设有直到半导体层叠体12(例如，n型半导体层)为止的台阶(参照图1(c))。其中，也可以设置直到基板11为止的台阶，也可以不设置台阶。
如图2所示，在脊13上以比脊13的宽度h小若干的电极宽度g(例如，47μm)、200nm的膜厚形成有由ITO构成的第一电极层14(p电极)。第一电极层14沿长度方向延长而形成。第一电极层14在出射面侧及反射面侧的端部的中央具有向出射面及反射面延伸的电极突出部14a，分别远离出射面及反射面而配置。电极突出部14a的宽度f为25μm，长度i为30μm，第一电极层的全长为1166μm。
在第一电极层14上配置有由SiO2构成的电流注入阻止层15。电流注入阻止层15的厚度为200nm。换句话说，电流注入阻止层15形成在包含脊13在内的半导体层叠体12的大致整个表面，在第一电极层14上具有开口，将该开口内设为电流注入区域18。
电流注入阻止层15从第一电极层14的侧面覆盖第一电极层14的缘部附近的上面(距第一电极层14的缘部的距离e为1.5μm，距脊13的缘部的距离d为3μm)，另外，连续覆盖半导体层叠体12的整个上面、和脊13的侧面。电流注入阻止层15的外缘与半导体层叠体12的外缘一致。
电流注入阻止层15在俯视时具有从第一电极层的沿长度方向延长的两缘向脊13的中央区域延伸的突出部15a。突出部在长度方向上断续地配置有多个。突出部15a以突出宽度c(6μm)从覆盖第一电极层14的缘部附近的电流注入阻止层15的上面的端部突出。因此，在突出部15a，电流注入阻止层15以9μm的宽度从脊13的缘部覆盖脊13及第一电极层14。
电流注入阻止层15的突出部15a相互隔开10μm左右的间隔a而具有10μm左右的长度b。其中，在长度方向的最端部，间隔a’为8μm，长度b’为8.5μm。
这样的电流注入阻止层15以第一电极层14的平面面积的19.1％与第一电极层14接触。
在电流注入阻止层15上配置有第二电极层16。第二电极层16以覆盖半导体层叠体12上面、脊13侧面及脊13上面的方式形成，与第一电极层14的局部接触。因此，在电流注入区域18，第一电极层14和第二电极层16接触，由此，能够从第二电极层16经第一电极层14向半导体层叠体12注入电流。
第二电极层16例如从半导体层叠体12侧起由Ni(膜厚8nm)/Pd(膜厚200nm)/Au(膜厚400nm)/Pt(膜厚200nm)/Au(膜厚700nm)的层叠膜形成。第二电极层16在脊13上配置到半导体层叠体12的短边侧的端部(共振器面)的附近，在半导体层叠体12的长边侧的缘部的稍内侧配置有第二电极层16的缘部。另外，在半导体激光元件10的四个角，以向内侧凹陷的形状配置有其缘部。
基板11的厚度为80μm左右。在基板11的背面从基板11侧起形成有由Ti(膜厚6nm)/Pt(膜厚200nm)/Au(膜厚300nm)构成的第三电极层17。
此外，半导体激光元件10在共振器的出射面以膜厚137nm形成有Al2O3作为出射侧镜，在共振器的反射面形成有Al2O3(膜厚137nm)/Ta2O5(膜厚52nm)作为反射面镜，在其上形成有共计六对SiO2(膜厚76nm)/Ta2O5(膜厚52nm)，进而在其上形成有SiO2(膜厚153nm)。
这样的半导体激光元件10通常使用连接部件(AuSn共晶等)而面朝下安装在支承部件上。支承部件具有由SiC构成的基座、和形成在其上的由Ti/Pt/Au/Pt(Ti为基座侧)构成的导电层。
如上所述，该实施方式的半导体激光元件由于通过特有形状的电流注入区域18向半导体层叠体注入电流，故而例如能够降低因长时间的通电而容易劣化的pn结部等的劣化，能够有效地抑制微小电流区域的泄漏电流的发生。由此，即使在进一步向半导体激光元件持续通电的情况下，也能够缓和在泄漏部位发生的局部的电流集中，能够抑制包含pn结部在内的半导体层叠体的破坏。其结果是，能够防止或避免包含pn结部在内的半导体层叠体的物理性破坏，能够避免半导体激光元件的不通。特别是，在多个半导体激光元件串联连接的情况下，能够避免各半导体激光元件的不通状态，故而能够避免全部半导体激光元件的不通。
另外，用于避免上述的不通状态的构造不会给半导体激光元件的振荡带来不良影响，能够供给足够的电力，如后述的评价所示，能够实现电力转换效率的下降的抑制。
(实施方式2)
该实施方式2的半导体激光元件通过在基板11上层叠有半导体层叠体12，且在半导体层叠体12的表面如图4所示地形成有脊13而构成。在脊13上形成有第一电极层24，该第一电极层24具有电极突出部24a。
在第一电极层24上配置有电流注入阻止层25。
电流注入阻止层25从第一电极层24的侧面覆盖第一电极层24的缘部附近的上面，进而，连续覆盖半导体层叠体12的整个上面和脊13的侧面。与实施方式1的半导体激光元件10同样，电流注入阻止层25的外缘与半导体层叠体12的外缘一致。
电流注入阻止层25在俯视时还具有配置在脊13的中央区域上的岛部25b。
如图4所示，电流注入阻止层25的岛部25b的宽度j为10μm，长度方向的长度为1087μm。
电流注入阻止层25分别以17μm的距离jj远离覆盖第一电极层24的沿长度方向延长的缘部附近的上面的第一电极层24的两端部。
这样的电流注入阻止层25以第一电极层24的平面面积的27.1％与第一电极层24接触。
除具有上述的电流注入阻止层25的形状以外，实质上还具有与实施方式1的半导体激光元件10同样的构成。
(实施方式3)
如图5所示，该实施方式3的半导体激光元件在脊13上形成有第一电极层34，该第一电极层34具有电极突出部34a。另外，在第一电极层34上配置有电流注入阻止层35。
电流注入阻止层35从第一电极层34的侧面覆盖第一电极层34的缘部附近的上面，进而，连续覆盖半导体层叠体12的整个上面、和脊13的侧面。与实施方式1的半导体激光元件10同样，电流注入阻止层35的外缘与半导体层叠体12的外缘一致。
电流注入阻止层35在俯视时还具有配置在脊13的中央区域上的岛部35b。
如图5所示，电流注入阻止层35的岛部35b的宽度k为18μm，长度方向的长度为1087μm。
电流注入阻止层35分别以13μm的距离kk远离覆盖第一电极层34的沿着长度方向延长的缘部附近的上面的第一电极层24的两端部。
这样的电流注入阻止层35以第一电极层34的平面面积的47.4％与第一电极层34接触。
除具有上述的电流注入阻止层35的形状以外，实质上还具有与实施方式1的半导体激光元件10同样的构成。
(实施方式4)
如图6所示，该实施方式4的半导体激光元件在脊13上形成有第一电极层44，该第一电极层44具有电极突出部44a。另外，在第一电极层44上配置有电流注入阻止层45。
电流注入阻止层45从第一电极层44的沿长度方向延长的侧面覆盖第一电极层44的缘部附近的上面，进而，连续覆盖半导体层叠体12的整个上面、和脊13的侧面。
电流注入阻止层45在俯视时具有从第一电极层44的沿长度方向延长的两缘向脊13的中央区域延伸的突出部45a。突出部45a在长度方向上断续地配置有多个。
进而，电流注入阻止层45在俯视时在脊13的中央区域具有岛部45b，岛部45b在长度方向上断续地配置有多个。
岛部45b在长度方向上配置在突出部45a之间，在宽度方向上配置在电流注入阻止层的中央部分。这样，在设置岛部45b和突出部45a双方的情况下，可在突出部45a之间配置岛部45b。
岛部45b的间隔l为10μm，岛部45b的长度n为10μm，岛部45b的宽度m为20μm。
这样的电流注入阻止层45以第一电极层44的平面面积的39.3％与第一电极层44接触。
除具有上述的电流注入阻止层45的形状以外，实质上还具有与实施方式1的半导体激光元件10同样的构成。
(实施方式5)
该实施方式5的半导体激光元件通过在基板11上层叠有半导体层叠体12，且在半导体层叠体12的表面如图7所示地形成有脊53而构成。在脊53上形成有第一电极层54。
脊53具有35μm的宽度，形成条纹状。
在脊53上，以比脊53窄若干的宽度形成有第一电极层54(p电极)。第一电极层54具有在长度方向上突出的电极突出部54a。该电极突出部54a的长度为30μm，宽度为15μm。
在第一电极层54上配置有电流注入阻止层55。
电流注入阻止层55从第一电极层54的侧面覆盖第一电极层54的缘部附近的上面，进而，连续覆盖半导体层叠体12的整个上面、和脊53的侧面。
电流注入阻止层55在俯视时具有从第一电极层54的沿长度方向延长的一缘延伸连结到另一缘的形状的突出部55a。突出部55a在长度方向上断续地配置有多个。
在从第一电极层54的沿长度方向延长的一缘到另一缘之间，突出部55a的宽度为29μm。在此的电流注入区域的宽度u’为17μm。突出部55a彼此的长度方向的间隔t为16μm，其长度s为16μm。其中，最接近电极突出部54a的部分的间隔r为15.5μm。
在第一电极层54的对应于电极突出部54a的部位，突出部55a的间隔p为15μm，其长度q为15μm，电流注入区域58的宽度u为12μm。最端部侧的突出部55a配置在与电极突出部54a的内部区域的连接部。
这样的电流注入阻止层55以第一电极层54的平面面积的72.7％与第一电极层54接触。
除具有上述的构成以外，实质上还具有与实施方式1的半导体激光元件10同样的构成。
(实施方式6)
该实施方式的半导体激光元件如图8所示，电流注入阻止层65从第一电极层64的侧面覆盖第一电极层64的上面的一部分，进而，连续覆盖半导体层叠体12的整个上面、和脊53的侧面。
电流注入阻止层65在俯视时具有从第一电极层64的沿长度方向延长的一缘延伸连结到另一缘的形状的突出部65a。突出部65a在长度方向上断续地配置有多个。
在从第一电极层64的沿长度方向延长的一缘到另一缘之间，突出部65a的宽度为29μm。在此的电流注入区域68的宽度v’为29μm。
在第一电极层64的对应于电极突出部64a的部位，电流注入区域68的宽度v为12μm。
这样的电流注入阻止层65以第一电极层64的平面面积的54.1％与第一电极层64接触。
除具有上述的构成以外，实质上还具有与实施方式1、5的半导体激光元件同样的构成。
(评价)
为了评价实施方式1～6的半导体激光元件的性能，首先，准备图9A及图9B所示的比较例1及比较例2的半导体激光元件作为比较例。
如图9A所示，比较例1的半导体激光元件在脊13(宽度50μm)上的第一电极层14上未设置电流注入阻止层的突出部，形成为其长度方向笔直的、宽度为44μm的电流注入区域8a，除此以外，还具有与实施方式1的半导体激光元件10同样的构成。电极突出部的电流注入区域8a的宽度为22μm。电流注入区域8a占据第一电极层14的平面面积的6.8％。
如图9B所示，比较例2的半导体激光元件在脊13a(宽度35μm)上的第一电极层14上未设置电流注入阻止层的突出部，形成为其长度方向笔直的、宽度为29μm的电流注入区域8a，除此以外，还具有与实施方式5的半导体激光元件10同样的构成。电极突出部的电流注入区域8a的宽度为12μm。电流注入区域8a占据第一电极层14的平面面积的9.4％。
图10(b)、(e)、(h)、(k)、图11(b)、(e)表示的是对各半导体激光元件以CW驱动(连续驱动)流通3.0A的电流时的电力转换效率。这些图都是求出由一个晶片得到的多个半导体激光元件的电力转换效率并表示其正态概率分布的曲线图。在这些图中，以横轴作为累积概率而绘制各数据。将灰色的圆圈设为比较例1及2的半导体激光元件的结果，将黑色的三角形设为实施方式1～6的半导体激光元件的结果。
图10(a)、(d)、(g)、(j)、图11(a)、(d)是示意地表示实施方式1～6的电流注入区域的图，分别对应于图10(b)、(e)、(h)、(k)、图11(b)、(e)。
在图10(b)、(e)、(h)、(k)、图11(b)、(e)中，若比较累积概率为50％时的值即中央值，则实施方式1～4的半导体激光元件相对于比较例1的半导体激光元件的电力转换效率的下降率分别为0.2％、0.2％、0.8％、0.4％。确认下降率均收敛于1％以下。特别是，确认在适当部位且在第一电极层上配置有电流注入阻止层的实施方式1、2、4的半导体激光元件确保与未配置有电流注入阻止层时大致同等的电力转换效率。
在这些图中，若比较中央值，则实施方式5、6的半导体激光元件相对于比较例2的半导体激光元件的电力转换效率的下降率分别为1.7％、0.5％。确认下降率比实施方式1、2、4稍大，但都抑制了设有电流注入阻止层55、65引起的电力转换效率的下降。
在图10(b)和图10(e)、(h)、(k)中，比较例1的值稍有不同，这是因为，制作图10(b)的比较例1和实施方式1的批次、和制作图10(e)、(h)、(k)的比较例1和实施例2～4的批次各不相同。任一个比较例1的材料及尺寸都相同。
针对每个距不点亮的经过时间，都将持续施加电压直到各半导体激光元件变成不点亮为止且在不点亮后还持续施加电压的结果表示在图10(c)、(f)、(i)、(l)、图11(c)、(f)中。不点亮时为0小时，纵轴为各时间的电压值除以0小时的电压值并标准化所得的值。将虚线设为比较例1的半导体激光元件的结果，将实线设为实施方式1～6的半导体激光元件的结果。
图10(a)、(d)、(g)、(j)、图11(a)、(d)是示意地表示实施方式1～6的电流注入区域的图，分别对应于图10(c)、(f)、(i)、(l)、图11(c)、(f)。此外，在这些曲线图中，仅与比较例1的半导体激光元件进行比较。
如图10(c)、(f)、(i)、(l)、图11(c)、(f)所示，比较例1的半导体激光元件在经过了180小时时，首先一个电压值变为零，直到经过了750小时为止，四个全都为电压值为零。这里的电压值为零的状态表示不能维持稳定的电压特性，停止通电的状态。若对这样的半导体激光元件持续地施加电压，则产生物理性的破坏，成为电流不流通的不通状态。另一方面，实施方式1～6的半导体激光元件也同样，在对多个持续施加电压时，即使超过800小时也不为电压零，能够持续施加电压。实施方式1～4的半导体激光元件持续施加电压直至到1000小时，实施方式5、6的半导体激光元件持续施加电压直至到900小时，均不会成为电压零。
由这些结果确认，与比较例1的半导体激光元件不同，本实施方式的任一半导体激光元件均在800小时以上，不成为电压零而持续对激光元件自身持续施加电压。即，确认本实施方式的半导体激光元件即使超过800小时也不变成不通状态。
本发明的半导体激光元件可适用于不仅在投影仪的光源中而且在各种光源中被利用的激光元件。

Claims (10)

1.一种半导体激光元件，其特征在于，具备：
在表面形成有脊的半导体层叠体；
在所述脊上与所述半导体层叠体接触配置的沿长度方向延伸的第一电极层；
从该第一电极层的侧面至少将上面的一部分覆盖的电流注入阻止层；
配置在该电流注入阻止层上的第二电极层，
所述电流注入阻止层以所述第一电极层和所述半导体层叠体的接触面积的18％～80％与所述第一电极层接触，
所述第二电极层与所述第一电极层的一部分接触。
2.如权利要求1所述的半导体激光元件，其中，
该第二电极层以所述第一电极层和所述半导体层叠体的接触面积的30％～82％与所述第一电极层接触。
3.如权利要求1或2所述的半导体激光元件，其中，
所述电流注入阻止层在俯视时具有从所述第一电极层的沿所述长度方向延长的两缘向所述脊的中央区域延伸的突出部。
4.如权利要求3所述的半导体激光元件，其中，
所述电流注入阻止层的突出部在长度方向上断续配置有多个。
5.如权利要求1～3中任一项所述的半导体激光元件，其中，
所述电流注入阻止层在俯视时具有配置在所述脊的中央区域上的岛部。
6.如权利要求5所述的半导体激光元件，其中，
所述电流注入阻止层的岛部在俯视时在所述脊的中央区域以沿长度方向延长的形状配置。
7.如权利要求5或6所述的半导体激光元件，其中，
所述电流注入阻止层的岛部在俯视时在所述长度方向上断续配置有多个。
8.如权利要求3～7中任一项所述的半导体激光元件，其中，
所述电流注入阻止层的突出部在俯视时为从所述第一电极层的一缘延伸连结到另一缘的形状。
9.一种半导体激光元件，其特征在于，具备：
在表面形成有脊的半导体层叠体；
在所述脊上与所述半导体层叠体接触配置的沿长度方向延伸的第一电极层；
将该第一电极层的一部分覆盖的电流注入阻止层；
配置在所述电流注入阻止层上的第二电极层，
所述电流注入阻止层在俯视时具有从所述第一电极层的沿所述长度方向延长的两缘向所述脊的中央区域延伸的突出部或配置在所述脊的中央区域上的岛部，
所述第二电极层与所述第一电极层的局部接触。
10.如权利要求1～9中任一项所述的半导体激光元件，其中，
所述电流注入阻止层由绝缘材料形成。
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