CN107851969A - 氮化物半导体激光元件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种氮化物半导体激光元件。氮化物半导体激光元件在p侧光导层与p型包覆层之间具有电子势垒层。电子势垒层的带隙能量比p型包覆层大。p侧光导层由不含In的AlxGa1‑xN(0≤x＜1)构成。此外，n侧光导层的膜厚dn和p侧光导层的膜厚dp满足dp≥0.25μm且dn≥dp的关系。

Description

氮化物半导体激光元件
技术领域
本公开涉及由GaN系等的氮化物半导体构成的氮化物半导体激光元件。
背景技术
由于具有小型、廉价、高输出等卓越特征，因此半导体激光器除了在通信、光盘等IT技术中利用之外，还在医疗、部分照明等宽范围的技术领域中利用。近年来，尤其是，正在推进在激光显示器、液晶背光灯、汽车用前灯等高亮度照明的光源用途中利用了GaN系半导体激光器的波长为405nm～540nm的光源(氮化物半导体激光元件)的开发。在这些光源所利用的半导体激光元件中，为了获得清晰的图像、视野，要求高输出动作。此外，在这种高输出动作时，虽然与低输出动作时相比电力消耗量变大，但为了降低坏境负荷，低消耗电力化(能量效率的提高)变得尤为重要。
为使半导体激光器低消耗电力且高输出化，需要将接通的电力效率良好地变换为光。因此，重要的是提高表示接通的能量之中被变换为激光的比例的电力光变换效率。其原因在于，通过将接通电力高效率地变换为光，从而不仅能够增大光输出，还能够防止剩余能量转变为热，并且能够降低发热所引起的光输出的下降、对于长期可靠性特性的不良影响。
另外，为了提高电力光变换效率，需要提高激光器的斜率效率。斜率效率是指，增大向振荡动作中的半导体激光器接通的接通电流，将此时的光输出的增量除以接通电流的增量而得到的值，单位为瓦特每安培(W/A)。在GaAs半导体激光元件中，作为用于提高斜率效率的构造，提出了一种加厚光导层的膜厚的方法(参照非专利文献1)。这是通过使光导层厚膜化来降低分布于光吸收大的包覆层的波导光的比例的方法。
以往，在由GaN系等的氮化物半导体构成的氮化物半导体激光元件中，由于带隙大，因此用于防止向p型层的电子泄漏的电子势垒层设置在比发光层更靠p型层侧。如专利文献1所记载的那样，采用如下构造，即，p侧光导层的厚度为100nm程度，电子势垒层与活性层相邻地设置在活性层与p侧光导层之间，使电子泄漏最小化。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开2006/109418号公报
非专利文献
非专利文献1：IEEE Journal of Quantum Electronics vol.33，no.22，pp.2266，1997
发明内容
本公开的氮化物半导体激光元件具备：n型包覆层、p型包覆层、活性层、n侧光导层、p侧光导层和电子势垒层。n型包覆层和p型包覆层由氮化物半导体构成。活性层设置在n型包覆层与p型包覆层之间。n侧光导层设置在n型包覆层与活性层之间，带隙能量比n型包覆层小且带隙能量比活性层大，由氮化物半导体构成。p侧光导层设置在p型包覆层与活性层之间，带隙能量比p型包覆层小且带隙能量比活性层大，由氮化物半导体构成。电子势垒层设置在p侧光导层与p型包覆层之间，带隙能量比p型包覆层大，由氮化物半导体构成。p侧光导层由不含In的AlxGa1-xN(0≤x＜1)构成。此外，n侧光导层的膜厚dn和p侧光导层的膜厚dp满足dp≥0.25μm且dn≥dp的关系。
在这种结构的氮化物半导体激光元件中，带隙能量大的电子势垒层配置在p侧光导层的p型包覆层侧，因此电子填满p侧光导层整体，由此能够防止p侧光导层低电阻化从而动作电压上升。因此，即便为了提高斜率效率而使p侧光导层的厚度为0.25μm以上，也看不到动作电压的上升。
此外，p侧光导层由AlxGa1-xN(0≤x＜1)构成，不含成为发光性再结合的起源的In。因而，能够降低在p侧光导层注入电子时发生的、p侧光导层中的电子和空穴的发光性再结合所引起的电子以及空穴的泄漏。
此外，若使p侧光导层的厚度加厚为0.25μm以上，则认为会发生波导光被拉靠至p型包覆层侧，从而p型包覆层所包含的自由载流子的吸收所引起的内部光损失的增大的问题。然而，在本公开的氮化物半导体激光元件中，n侧光导层的膜厚dn和p侧光导层的膜厚dp满足dn≥dp的关系，关于n侧光导层，也加厚为0.25μm以上，因此可抑制上述的波导光被拉靠至p型包覆侧所引起的内部光损失的增大。
此外，若使p侧光导层的厚度过厚，则斜率效率会下降。然而，如果p侧光导层的厚度为0.6μm以下，则斜率效率的下降少，因此可获得充分的斜率效率。
此外，关于p侧光导层，若载流子浓度超过5×1017cm-3，则光吸收会增大。因而，通过将p侧光导层的载流子浓度抑制在1×1017cm-3以下的极低量，从而能够将光吸收确保得充分小。
尤其是，在p侧光导层为非掺杂的情况下，能够几乎除去自由载流子的吸收所引起的光吸收，能够使p侧光导层中的光吸收为最小。
根据本公开，能够提供抑制动作电压的上升且提高了斜率效率的氮化物半导体激光元件。
附图说明
图1A是本公开的实施方式1的氮化物半导体激光元件的俯视示意图。
图1B是本公开的实施方式1的氮化物半导体激光元件的图1A的1B-1B线处的剖视示意图。
图2A是表示比较例A和比较例B的氮化物半导体激光元件中流动的电流相对于驱动电压的变化的图。
图2B是表示实施方式1和比较例A的氮化物半导体激光元件中流动的电流相对于驱动电压的变化的图。
图3是表示实施方式1和比较例A的氮化物半导体激光元件中的光输出相对于驱动电流的变化的图。
图4是表示实施方式1的氮化物半导体激光元件中的光吸收系数和内部量子效率相对于p侧光导层的厚度的变化的图。
图5是表示实施方式1的氮化物半导体激光元件中的斜率效率相对于p侧光导层的厚度的变化的图。
图6是表示实施方式1和实施方式2的氮化物半导体激光元件中的斜率效率相对于p侧光导层的厚度的变化的图。
图7是表示实施方式1和实施方式2的氮化物半导体激光元件中的光输出相对于驱动电流的变化的图。
图8A是本公开的实施方式3的氮化物半导体激光元件的俯视示意图。
图8B是本公开的实施方式3的氮化物半导体激光元件的图8A的8B-8B线处的剖视示意图。
图9是表示实施方式1和实施方式3的氮化物半导体激光元件中的光输出相对于老化时间的变化的图。
具体实施方式
在说明本公开的实施方式之前，先说明以往结构中的问题点。在如专利文献1所记载的那样的氮化物半导体激光元件中，若如非专利文献1所记载的那样为了提高斜率效率而使p侧导层厚膜化，则存在动作电压显著上升从而消耗电力增大、激光器特性下降的问题。
本公开正是鉴于上述问题而完成的，提供一种抑制动作电压的上升且提高了斜率效率的氮化物半导体激光元件。
以下，详细说明用于实施本公开的方式。
(实施方式1)
以下，对实施方式1的氮化物半导体激光元件进行说明。在本实施方式中，作为氮化物半导体激光元件的实施例，利用使用六方晶III族氮化物系半导体的蓝紫色(波长405nm)半导体激光器来进行说明。以下，边参照图边进行说明。
图1A以及图1B是表示本实施方式涉及的氮化物半导体激光元件100的结构的图。图1A是从上表面方向观察氮化物半导体激光元件的俯视示意图。图1B是沿着图1A的1B-1B线在与纸面垂直的方向上切断氮化物半导体激光元件而得到的剖视示意图。
首先，对氮化物半导体激光元件100的结构进行说明。
在图1A以及图1B中，氮化物半导体激光元件100在作为主面是(0001)面的n型六方晶GaN基板的半导体基板1上依次层叠有：由Al0.03GaN构成的3μm厚的n型包覆层2、由非掺杂的i-GaN构成的0.5μm厚的n侧光导层3、阱层为2层的In0.07GaN层且势垒层为3层的In0.008GaN层的多重量子阱构造的活性层4、由非掺杂的i-GaN构成的0.5μm厚的p侧光导层5、由p-Al0.35GaN构成的0.005μm厚的电子势垒层6、由p-Al0.06GaN/GaN的220周期的超晶格构成的0.66μm厚的p型包覆层7、和由p-GaN构成的p型接触层8。各层的带隙能量的大小关系是：活性层4＜n侧光导层3＝p侧光导层5＜n型包覆层2＝p型包覆层7＜电子势垒层6。另外，超晶格构造的p型包覆层7的带隙能量设为是基于平均组成的。
在氮化物半导体激光元件100的光波导20的两侧形成有由SiO2构成的绝缘膜9，光波导20的最上表面通过给定的图案而形成有由Pd/Pt构成的p型电极10、由Ti/Pt/Au构成的布线电极11、和由Ti/Au构成的焊盘电极12。氮化物半导体激光元件100的光波导20的前后形成有用于反射光波导20内的光的例如由电介质多层膜构成的后涂层膜14、和用于放射光的例如由电介质多层膜构成的前涂层膜13。在半导体基板1的与结晶生长面相反的一侧的面，形成有由Cu/Au构成的n电极15。
接下来，对氮化物半导体激光元件100的制造方法进行说明。
首先，在主面为(0001)面的n型六方晶GaN基板1上，例如利用有机金属气相生长法(Metalorganic Chemical Vapor Deposition；MOCVD法)，使n型包覆层2至p型接触层8连续地成膜。具体而言，首先，将由n型AlGaN构成的n型包覆层2层叠3μm程度。在此，作为用于成膜的气体原料，例如对于III族原料而利用三甲基镓(TMG)、三甲基铟(TMI)、三甲基铝(TMA)，对于n型杂质而利用硅烷，对于V族原料而利用氨等即可。n型AlGaN层的Si浓度优选为1×1018cm-3程度。
然后，使构成i型的n侧光导层3的i-GaN生长500nm。进而，使活性层4成膜。以下，对活性层4的层叠方法进行说明。使In0.008GaN阻挡层和In0.07GaN量子阱层的2周期构成的量子阱活性层生长。首先，使第一In0.008GaN阻挡层生长30nm。接着，使第一In0.07GaN量子阱层生长7.5nm。接下来，使第二In0.008GaN阻挡层生长20nm之后，使第二In0.07GaN阱层生长7.5nm。最后，使第三In0.008GaN阻挡层生长30nm。在此，若InGaN阻挡层的膜厚厚，则通过阻挡层中的发光性再结合使得内部量子效率下降。因此，优选各阻挡层的厚度最大抑制在40nm程度。然后，将构成p侧光导层5的i-GaN层叠500nm。
接下来，将构成电子势垒层6的p-Al0.35GaN(Mg浓度为5×1019cm-3)层叠5nm。p-AlGaN层例如优选利用环戊二烯基镁(Cp2Mg)使得Mg浓度为5×1019cm-3。
进而，使p-Al0.06GaN层(膜厚为1.5nm、Mg浓度为1×1019cm-3)和p-GaN层(膜厚为1.5nm、Mg浓度为1×1019cm-3)层交替地生长220周期、共计660nm，从而层叠超晶格构造的p型包覆层7。最后，将构成p型接触层8的p-GaN(Mg浓度为3×1020cm-3)层叠10nm。
另外，对于形成如上述那样的半导体层叠体时的结晶生长法，除了可以利用MOCVD法之外，还可以利用分子束生长(Molecular Beam Epitaxy：分子束外延，MBE)法或者化学束生长(Chemical Beam Epitaxy：化学束外延，CBE)法等能够生长GaN系蓝紫色半导体激光器构造的生长方法。
然后，将生长后的晶片加工成脊条型激光元件。
首先，例如利用热CVD法，在p型接触层8上成膜膜厚为0.3μm的由SiO2构成的SiO2绝缘膜。进而，通过光刻法以及利用氢氟酸的蚀刻法，将SiO2绝缘膜保留为宽度8μm的条状并对其他区域进行蚀刻。此时，考虑利用六方晶氮化物半导体的自然裂开面(m面)来形成激光元件的端面，使得条的朝向与六方晶GaN的m轴方向平行。
然后，通过感应耦合等离子(ICP)蚀刻法，利用SiO2绝缘膜以距上表面为1.0μm的深度对层叠构造体的上部进行蚀刻，从而形成包含p型接触层8以及p型包覆层7在内构成光波导20的脊条部。如上述，半导体层叠体从上表面起依次层叠有10nm的p型接触层8、660nm的p型包覆层7、5nm的电子势垒层6、以及500nm的p侧光导层5。因而，通过以距半导体层叠体的上表面为1.0μm(1000nm)的深度进行蚀刻，从而被蚀刻至p侧光导层5的中途。即，如图1B所示，p侧光导层5具有：相对于p侧光导层5的上表面而平行地延伸的条形状的凸部、和配置在凸部的两侧的平坦部。换言之，脊条部由p侧光导层5的凸部、设置在凸部上的电子势垒层6、设置在电子势垒层6上的p型包覆层7、和设置在p型包覆层7上的p型接触层8构成。在此，设置在p侧光导层5的凸部上的电子势垒层6、p型包覆层7、和p型接触层8在俯视观察时呈与p侧光导层5的凸部的上表面大致相同的条形状。另外，在将p型包覆层7与p型电极10直接接触从而能够充分电连接的情况下，也可以不设置p型接触层8。
然后，利用氢氟酸来除去SiO2绝缘膜，再次通过热CVD法，遍及包括脊条部的上表面、侧面的半导体层叠体的整个上表面，再次形成膜厚为200nm的由SiO2构成的绝缘膜9。
接着，通过光刻法，在脊条部(光波导20)的上方，沿着该脊条部延伸的方向，在绝缘膜9上形成宽度为7.5μm的具有开口部的抗蚀剂图案。接下来，例如通过利用了三氟化甲烷(CHF3)气体的反应性离子蚀刻(Reactive Ion Etching：RIE)，将抗蚀剂图案作为掩模来对绝缘膜9进行蚀刻，由此使脊条部的上表面上设置的p型接触层8从绝缘膜9露出。
然后，例如通过电子束(Electron Beam：EB)蒸镀法，至少在脊条部的上表面所露出的p型接触层8上，形成例如由厚度为40nm的钯(Pd)和厚度为35nm的铂(Pt)构成的用于形成p电极10的金属层叠膜。然后，通过除去抗蚀剂图案的剥离法来除去脊条部的上方以外的区域的金属层叠膜，从而形成p电极10。
接下来，通过光刻法以及剥离法，在绝缘膜9上形成覆盖脊条部上的p电极10、例如与脊条部延伸的方向平行的方向上的平面尺寸为750μm且与脊条部延伸的方向垂直的方向上的平面尺寸为150μm的由Ti/Pt/Au构成的布线电极11。在此，布线电极11是厚度分别为50nm、200nm以及100nm的钛(Ti)/铂(Pt)/金(Au)的金属层叠膜。另外，一般，在制造时，多个半导体激光元件在晶片的主面上形成为矩阵状。因此，若在从处于晶片状态的基板分割成各个激光器芯片时切断布线电极11，则与该布线电极11密接的p电极10有可能会从p型接触层8剥离。因而，期望布线电极11在相互相邻的半导体激光元件彼此之间不相连。
接着，通过电解镀覆法，在布线电极11的上部形成例如厚度为10μm的Au层，从而形成焊盘电极12。如此一来，能够通过引线接合来安装激光器芯片，并且能够使活性层4中的发热有效地散热，因此能够提高氮化物半导体激光元件100的可靠性。另外，在将焊盘电极12与p型电极10直接接触从而能够充分电连接的情况下，也可以不设置布线电极11。
然后，通过金刚石浆料对形成至Au焊盘电极的晶片状态的氮化物半导体激光元件100的背面进行研磨，从而薄膜化至半导体基板1的厚度为100μm程度。然后，例如通过EB蒸镀法，在半导体基板1的背面(与形成有光波导20的面相反的面)，形成例如由厚度为5nm的Ti、厚度为10nm的铂以及厚度为1000nm的Au构成的金属层叠膜，由此来形成n电极15。
接下来，沿着m面使晶片状态的氮化物半导体激光元件100裂开(1次裂开)，使得m轴方向的长度例如为800μm。接着，例如利用电子回旋共振(ECR)溅射法，对于激光出射的裂开面而形成前涂层膜13，对于相反的裂开面而形成后涂层膜14。在此，作为前涂层膜13的材料，例如利用SiO2单层膜等电介质膜。此外，作为后涂层膜14的材料，例如利用ZrO2/SiO2层叠膜等电介质膜。另外，将氮化物半导体激光元件100的前侧(光出射侧)的反射率例如设为6％，将后侧(与光出射侧相反的一侧)例如设为95％，从而能够构成高效率的氮化物半导体激光元件100。
接着，沿着a面使已1次裂开的氮化物半导体激光元件100在例如a轴方向的长度以200μm间距形成的光波导20之间裂开(2次裂开)，从而完成实施方式1的氮化物半导体激光元件。
接下来，为了表现在本公开的氮化物半导体激光元件中尽管增大了p侧光导层5的厚度但可抑制动作电压的上升，关于实施方式1的氮化物半导体激光元件、和比较例A、比较例B的氮化物半导体激光元件，评价了动作电压。比较例A、B的氮化物半导体激光元件不同于实施方式1的氮化物半导体激光元件，电子势垒层6设置在活性层4与p侧光导层5之间。进而，在比较例A的氮化物半导体激光元件中，由In0.005GaN构成n侧光导层3以及p侧光导层5，将厚度设为了0.1μm。此外，将用于形成脊条部的蚀刻的深度设为了0.6μm，因此蚀刻进行至p型包覆层7的中途。因而，脊条部由形成在p型包覆层7的凸部、和形成在凸部的上表面的p型接触层8构成。另一方面，在比较例B的氮化物半导体激光元件中，n侧光导层3以及p侧光导层5的厚度与实施方式1的氮化物半导体激光元件相同为0.5μm，用于形成脊条部的蚀刻的深度也与实施方式1的氮化物半导体激光元件相同为1μm。另外，比较例A、B的氮化物半导体激光元件的其他结构与实施方式1的氮化物半导体激光元件相同。图2A是关于比较例A、B的氮化物半导体激光元件而通过计算求出驱动电压与电流之间的关系的结果。根据该结果可知，在电子势垒层6设置于活性层4与p侧光导层5之间的比较例A、B的氮化物半导体激光元件中，若将p侧光导层的厚度从0.1μm(比较例A)增大为0.5μm(比较例B)，则存在驱动电压即动作电压变大的问题。
另一方面，制作实施方式1的氮化物半导体激光元件和比较例A的氮化物半导体激光元件，通过实验调查了驱动电压与氮化物半导体激光元件中流动的电流之间的关系，从而得到了图2B所示的结果。根据图2B所示的实验结果可知，在电子势垒层6设置于p侧光导层5与p型包覆层7之间的实施方式1的氮化物半导体激光元件中，即便p侧光导层5的厚度增大为0.5μm，与p侧光导层5的厚度为0.1μm的比较例A的氮化物半导体激光元件相比，也几乎看不到驱动电压的上升。
此外，图3表示在实施方式1和比较例A的半导体激光元件中通过计算来求出使驱动电流变化时的光输出的结果。如图3可知，将p侧光导层5设为不含In的组成，将厚度从0.1μm增大为0.5μm，从而光输出变大。另外，使Handbook of Nitride Semiconductors andDevices，Volume 1，Materials Properties，Physics and Growth，Hadis Morkoc，Wiley所记载的折射率、消光系数以及发光再结合率应用Diode Lasers and Photonic IntegratedCircuits(Wiley Series in Microwave and Optical Engineering)的2章所记载的方程式来求出振荡阈值电流以及斜率效率，从而进行了该计算。
图4示出在实施方式1的氮化物半导体激光元件中使p侧光导层5的厚度变化时的、光吸收系数和内部量子效率的计算结果。在进行计算时，利用了Handbook of NitrideSemiconductors and Devices，Volume 1，Materials Properties，Physics and Growth，Hadis Morkoc，Wiley所记载的折射率、消光系数以及发光再结合率。如图4可知，若加厚p侧光导层5，则光吸收系数会下降。其原因在于，分布于层叠方向的波导光在光吸收少的i层传播。此外，若p侧光导层5的厚度变大，则内部量子效率会下降。其原因在于，p侧光导层5中的发光再结合与膜厚一起增加，虽然与将InGaN用于p侧光导层的情况相比较为缓慢，但发光再结合自身无法为零。
接下来，在图5中示出根据以下的式(1)计算出实施方式1的氮化物半导体激光元件的斜率效率的结果。
SE＝(h·v/q)×ηi×αm/(αi+αm) …(1)
其中，h为普朗克常数，v为激光的频率，q为基本电量，αm为镜面损耗(mirrorloss)。另外，镜面损耗αm表示从共振器内部向外部放射从而失去的光，由以下的式(2)来表示。
αm＝1/(2×L)×{1/ln(Rf×Rr)} …(2)
如图5可知，由于随着p侧光导层5的厚度变厚而光损失下降从而斜率效率增加，但是将p侧光导层5的厚度为0.3μm的情况为峰值，若变得比其厚，则斜率效率反之下降。其原因在于，若p侧光导层5过厚，则无法忽视发光再结合所引起的内部量子效率的下降。在照明等高效率光源中，优选激光器的斜率效率为2W/A以上。因此，p侧光导层5的厚度为0.25μm以上，更优选为0.30μm以上。在形成p侧光导层5时需要注意的是，在p侧光导层5中尽量不包含成为发光性再结合的起源的In。在形成层叠构造时，由于原料的切换等理由，即便停止In原料的供给，有时也会混入微量的In。因而，重要的是适时采取生长中断以注意不混入In。根据发明者们的研究，在不得不混入若干In的情况下，若其In组成超过0.5％，则发光性再结合会急剧增大从而导致内部量子效率的下降。因此，即便是混入了In的情况，通过将In组成设为0.5％以下，也能够抑制内部量子效率的下降。此外，也可以对p侧光导层5进行p型掺杂。在该情况下，若掺杂浓度高，则需要考虑被称作自由载流子吸收的、在p型掺杂层发生的光吸收。若载流子浓度超过5×1017cm-3，则尤其是光吸收会增大。因而，为了将光吸收确保得充分小，优选将载流子浓度抑制在1×1017cm-3以下的极低量的掺杂。
另外，在实施方式1中，虽然对发光波长为蓝紫区域的氮化物半导体激光元件进行了说明，但也可以设为通过使前侧的反射率降低来扩宽发光光谱宽度且降低了斑点噪声的发光波长为蓝紫区域的超级发光二极管。进而，也可以设为通过使活性层的In组成增加为16％程度从而使波长为445nm的蓝色波长的蓝色半导体激光器或者超级发光二极管。
(实施方式2)
以下，对实施方式2的半导体激光元件进行说明。本实施例的氮化物半导体激光元件与实施方式1的氮化物半导体激光元件100相比，除了将p侧光导层5的材料设为包含1％的Al的Al0.01Ga0.99N之外，其余相同，制造方法也是除了将p侧光导层5从GaN变更为A1GaN之外，其余相同。因而，说明本实施方式的构造图将省略。
关于作成实施方式2的半导体激光元件的工序，只要在作成实施方式1的半导体激光器的工序中变更p侧光导层5即可。即，在作成实施方式1的半导体激光器的工序中，取代使GaN生长而使AlGaN生长。AlGaN与GaN相比，由于发光效率变低，因此通过将AlGaN用于p侧光导层5，从而能够使内部量子效率进一步增加。
然后，在图6中示出与图5的情况同样地计算出实施方式2的氮化物半导体激光元件的斜率效率的结果。在图6中，关于图5所示的实施方式1的结果，也用虚线进行了记载。如图6可知，实施方式2的氮化物半导体激光元件的斜率效率虽然表现出与实施方式1同样的趋势，但具有含Al的p侧光导层5的实施方式2的氮化物半导体激光元件的斜率效率变得比实施方式1更高。此外，在图7中示出关于实施方式1和实施方式2的氮化物半导体激光元件而通过计算来求出使驱动电流变化时的光输出的结果。如图7可知，若驱动电流变大，则具有含Al的p侧光导层的实施方式2的氮化物半导体激光元件的光输出变得比实施方式1更大。其原因在于，如图6所示，实施方式2的氮化物半导体激光元件的斜率效率比实施方式1高。
另外，在实施方式2中，优选的是，p侧光导层的Al组成比p型包覆层小，抑制在2％以下，更优选抑制在1％以下。其原因在于，若Al组成变高，则波导光向层叠方向的封闭系数下降，从而导致振荡阈值的增大。
(实施方式3)
以下，对实施方式3的氮化物半导体激光元件进行说明。图8A是从上表面方向观察本实施方式的氮化物半导体激光元件200的俯视示意图。图8B是沿着图8A的8B-8B线在与纸面垂直的方向上切断氮化物半导体激光元件200而得到的剖视示意图。在本实施方式的氮化物半导体激光元件200中，在脊条部的侧面以及脊条的两侧的被蚀刻的区域(平坦部)的上表面，形成有高电阻区域21。高电阻区域21的电阻值高于脊条部的内部的电阻值或者脊条部的两侧的平坦部的比高电阻区域21更靠下侧的区域的电阻值。本实施方式的氮化物半导体激光元件200在上述的点上不同于实施方式1的氮化物半导体激光元件100，关于其他结构，与实施方式1的氮化物半导体激光元件100相同。
形成高电阻区域21的意义如下所述。在实施方式1的氮化物半导体激光元件100中的、用于形成脊条的蚀刻工序中，在蚀刻区域的半导体层叠体的表面形成损坏区域。在该损坏区域中，由于作为电子陷阱发挥功能的缺陷存在许多，因此会发生电流泄漏，从而导致一定驱动电流下的光输出的下降。进而，由于电流泄漏会产生发热，因此会引起损坏区域的扩大、损坏区域内的缺陷的增加。其结果，有时会陷入电流泄漏进一步增加从而光输出下降这一不良循环中。因而，通过使蚀刻区域的半导体层叠体的表面的损坏区域高电阻化，从而能够降低被电子陷阱捕获的电子从而减少泄漏电流。其结果，能够抑制光输出的下降，从而提高氮化物半导体激光元件的可靠性。
此外，在本实施方式的氮化物半导体激光元件200中，与实施方式1的氮化物半导体激光元件100同样，脊条部由p侧光导层5的凸部、设置在凸部上的电子势垒层6、设置在电子势垒层6上的p型包覆层7、和设置在p型包覆层7上的p型接触层8构成。在此，在脊条部的侧面，优选至少电子势垒层6具有高电阻区域21。在脊条部的侧面附近，可抑制电子势垒层6的电流泄漏，从而可抑制活性层4中的载流子分布的偏靠。由此，可抑制载流子的集中所引起的局部劣化，因此能够提高氮化物半导体激光元件的可靠性。
以下，对本实施方式涉及的氮化物半导体激光元件的制造方法进行说明。直至在基板上形成层叠构造、通过蚀刻形成脊条部的工序，与实施方式1相同。接着，使脊条部的侧面以及脊条部的两侧的平坦部的表面选择性地高电阻化。
作为高电阻化方法的一例，可列举使Fe(铁)选择性地离子注入至脊条部的侧面以及脊条部的两侧的平坦部表面。在此，注入区域的峰值离子浓度优选为1×1017cm-3以上且1×1019cm-3以下。此外，通过离子注入而形成的高电阻区域21的厚度优选为10nm以上。进而，所注入的离子种类只要是能够使半导体层高电阻化的材料即可，也可以是Fe以外的材料。作为这种材料的例子，有Ar(氩)、N(氮)、F(氟)、B(硼)等。如此一来，形成除了构成半导体层叠体的氮化物半导体之外还包含Fe、Ar、N、F、B当中的至少一个元素的高电阻区域21。
作为高电阻化的其他方法，有脊条部的侧面以及脊条部的两侧的平坦部表面的选择氧化。作为选择氧化的方法，能够利用在水蒸气气氛中加热至温度800℃以上的水蒸气氧化、在含氧的气氛中同样加热至800℃以上的方法。此外，利用在含氮的气氛中同样加热至800℃以上的方法，从而也能够进行选择氮化来高电阻化。如此一来，形成包含构成半导体层叠体的氮化物半导体的氧化物或者氮化物的高电阻区域21。
另外，作为高电阻区域21，并不限于通过离子注入、选择氧化等高电阻化方法来形成，也可以通过使具有高电阻值的材料成膜来形成。此外，高电阻区域21虽然形成在脊条部的侧面以及脊条部的两侧的平坦部的上表面，但也可以仅形成在脊条部的侧面。
在使脊条的侧面以及脊条的两侧的平坦部表面高电阻化的上述工序之后，利用与实施方式1同样的方法来形成本实施方式的氮化物半导体激光元件200。
在图9中，将在实施方式3中制作出的氮化物半导体激光元件200的可靠性试验的结果连同在实施方式1中制作出的氮化物半导体激光元件100的结果一起进行表示。图9的横轴表示老化时间，纵轴表示光输出。可靠性试验的条件是：初始光输出为2.5W，元件搭载封装件温度为25℃。图9的实线表示实施方式3的半导体激光元件200的光输出相对于老化时间的变化，虚线表示实施方式1的半导体激光元件100的光输出相对于老化时间的变化。如图9所示，在实施方式1的氮化物半导体激光元件100中，在1000个小时时，看到0.5W程度的光输出下降，但在实施方式3的氮化物半导体激光元件200中，在经过1000个小时时，也几乎看不到光输出的下降。由此可知，通过设置高电阻区域21，从而可抑制长时间动作时的光输出下降，能够提高氮化物半导体激光元件的可靠性。
产业上的可利用性
本公开涉及的氮化物半导体激光元件例如能够用于激光显示器、液晶背光灯、车辆用前灯、手术用的激光手术刀、焊接用途等，是有用的。
符号说明
2 n型包覆层
3 n侧光导层
4 活性层
5 p侧光导层
6 电子势垒层
7 p型包覆层
21 高电阻区域
100 氮化物半导体激光元件
200 氮化物半导体激光元件

Claims (11)

1.一种氮化物半导体激光元件，具备：
由氮化物半导体构成的n型包覆层；
由氮化物半导体构成的p型包覆层；
活性层，设置在所述n型包覆层与所述p型包覆层之间；
由氮化物半导体构成的n侧光导层，设置在所述n型包覆层与所述活性层之间，带隙能量比所述n型包覆层小且带隙能量比所述活性层大；
由氮化物半导体构成的p侧光导层，设置在所述p型包覆层与所述活性层之间，带隙能量比所述p型包覆层小且带隙能量比所述活性层大；和
由氮化物半导体构成的电子势垒层，设置在所述p侧光导层与所述p型包覆层之间，带隙能量比所述p型包覆层大，
所述p侧光导层由不含In的AlxGa1-xN构成，其中，0≤x＜1，
所述n侧光导层的膜厚dn和所述p侧光导层的膜厚dp满足dp≥0.25μm且dn≥dp的关系。
2.根据权利要求1所述的氮化物半导体激光元件，其中，
所述p侧光导层的膜厚dp为0.25μm≤dp≤0.6μm。
3.根据权利要求1或2所述的氮化物半导体激光元件，其中，
所述p侧光导层的杂质添加浓度为1×1017cm-3以下。
4.根据权利要求1或2所述的氮化物半导体激光元件，其中，
所述p侧光导层为非掺杂层。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的氮化物半导体激光元件，其中，
所述p侧光导层具有：
条形状的凸部，相对于所述p侧光导层的上表面而平行地延伸；和
平坦部，配置在所述凸部的两侧。
6.根据权利要求5所述的氮化物半导体激光元件，其中，
所述氮化物半导体激光元件具备脊条部，该脊条部具有所述p侧光导层的所述凸部、设置在所述凸部上的所述电子势垒层、和设置在所述电子势垒层上的所述p型包覆层。
7.根据权利要求6所述的氮化物半导体激光元件，其中，
在所述脊条部的侧面，所述电子势垒层具备具有比所述脊条部的内部高的电阻值的高电阻区域。
8.根据权利要求6所述的氮化物半导体激光元件，其中，
在所述脊条部的侧面，形成了具有比所述脊条部的内部高的电阻值的高电阻区域。
9.根据权利要求6所述的氮化物半导体激光元件，其中，
在所述脊条部的侧面以及所述平坦部的上表面这两方，形成了具有比所述脊条部的内部高的电阻值的高电阻区域。
10.根据权利要求6～9中任一项所述的氮化物半导体激光元件，其中，
所述高电阻区域除了包含构成所述氮化物半导体激光元件的氮化物半导体之外，还包含Fe、Ar、N、F、B当中的至少一个元素。
11.根据权利要求6～9中任一项所述的氮化物半导体激光元件，其中，
所述高电阻区域包含构成所述氮化物半导体激光元件的氮化物半导体的氧化物或者氮化物。
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