CN111435782B - 发光元件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供发光元件(半导体激光元件1)，其具有依次层叠基板(21)、半导体层(22～27)、绝缘层(28)以及金属层(29)的层叠结构，具备多个放射激光的发光部(11)，多个发光部(11)具有脊(脊形波导路12)，至少一个发光部(11)中的从活性区域(24)的特定的位置至金属层(29)的内表面为止的距离与其他发光部(11)不同。

Description

发光元件
技术领域
本发明涉及放射激光的发光元件。
背景技术
作为放射激光的发光元件，广泛利用半导体激光元件。其中，由于各种目的而使用能够从单一的发光元件放射波长不同的多个激光的多带型半导体激光元件。
例如，专利文献1公开有为了改善亮度以及分辨率而使用了多带型半导体激光元件的激光扫描式投影机。另外，专利文献2公开有为了减少投影机的尺寸以及部件数量而使用了多带型半导体激光元件的投影系统。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利申请第2017/0237880号说明书
专利文献2：美国专利第9100590号说明书
发明内容
本发明所要解决的技术问题
然而，专利文献1没有公开用于放射多个波长的激光的半导体激光元件的具体的结构。另外，专利文献2公开的半导体激光元件具有使活性层中的半导体的浓度变化等不易实现制造以及波长的调整的结构。
本发明的一方式的目的在于实现简单的结构的多带型半导体激光元件。
解决问题的方案
本发明的一实施方式是具有依次层叠有基板、半导体层、绝缘层以及金属层的层叠结构的发光元件，具有上述层叠结构的一部分，具备多个放射激光的发光部，多个上述发光部具有：包括上述半导体层的一部分、上述绝缘层的一部分、以及上述金属层的一部分在内的脊，在上述层叠结构的一部分所包含的上述半导体层形成有用于感应放出上述激光的活性区域，在与上述金属层的表面平行的方向上规定的剖视中，多个上述脊在上述半导体层的一部分的两侧配置有上述绝缘层的一部分，并且在上述绝缘层的一部分的两侧配置有上述金属层的一部分，多个上述发光部中的至少一个上述发光部中的从上述活性区域的特定的位置至上述金属层的内表面的一部分或者全部为止的距离与其他上述发光部中的从上述特定的位置至上述金属层的内表面为止的距离不同。
发明效果
根据本发明的一方式，能够实现简单的结构的多带型的半导体激光元件。
附图说明
图1是示意性地表示第一实施方式所涉及的半导体激光元件的截面结构的剖视图。
图2是示意性地表示第一实施方式所涉及的半导体激光元件的活性区域的截面结构的剖视图。
图3的(a)是表示阈值电流密度与激光的波长的相关的坐标图，(b)是表示第一实施方式所涉及的半导体激光元件的绝缘层的厚度、与光吸收损失以及阈值电流的相关的坐标图。
图4在第一实施方式所涉及的半导体激光元件中，(a)是示意性地表示一方的发光部的截面结构的剖视图，(b)是示意性地表示另一方的发光部的截面结构的剖视图。
图5是示意性地表示第一实施方式所涉及的半导体激光元件的绝缘层的厚度的图。
图6是示意性地表示第一实施方式所涉及的半导体激光元件的变形例的绝缘层的厚度的图。
图7是示意性地表示第二实施方式所涉及的半导体激光元件的截面结构的剖视图。
图8是在第二实施方式所涉及的半导体激光元件中，(a)是示意性地表示一方的发光部的截面结构的剖视图，(b)是示意性地表示另一方的发光部的截面结构的剖视图。
图9是示意性地表示第二实施方式所涉及的半导体激光元件的变形例的截面结构的剖视图。
图10的(a)以及(b)是示意性地表示第三实施方式所涉及的半导体激光元件的截面结构的剖视图。
图11的(a)～(d)是示意性地表示第三实施方式所涉及的半导体激光元件的截面结构的剖视图。
具体实施方式
〔第一实施方式〕
＜半导体激光元件的结构＞
以下参照图1～图6对本发明的一实施方式进行说明。图1是示意性地表示本实施方式所涉及的半导体激光元件(发光元件)1的截面结构的剖视图。如图1所示，半导体激光元件1具有：依次层叠有基板21、半导体层22～27、绝缘层28以及金属层29的层叠结构。
半导体激光元件1具有上述层叠结构的一部分，具备放射激光的两个发光部11a以及发光部11b。此外，在本说明书中，有时将发光部11a以及发光部11b集中通称为发光部11。另外，针对半导体激光元件1中的发光部11a与发光部11b之间的部分，考虑例如设置有后述的槽340等(参照图10)多个变更，因此通过第三实施方式对该部分的详情进行说明。因此，图1中，为了避免说明的混乱而通过双重划线省略发光部11a与发光部11b之间的部分。针对基于该双重划线的省略，在图7以及图9中也相同。
发光部11a以及发光部11b分别具有：包括半导体层22～27、绝缘层28、以及金属层29各自的一部分在内的脊形波导路(脊)12a以及脊形波导路12b。此外，在本说明书中，有时将脊形波导路12a以及脊形波导路12b集中通称为脊形波导路12。
在与金属层29的表面平行的方向上规定的剖视中，脊形波导路12在半导体层22～27的一部分的两侧配置有绝缘层28的一部分，并且在绝缘层28的一部分的两侧配置有金属层29的一部分。另外，在脊形波导路12的表面也配置有金属层29。在半导体激光元件1中，具有脊形波导路12的发光部11只要是两个以上则具备几个均可以。另外，脊形波导路12按每个发光部11形成。即，半导体激光元件1是多带型半导体激光元件。
在发光部11内感应放出的激光被封入在与脊形波导路12的长边方向垂直的方向上裂开的两个裂开面之间，激光通过在裂开面之间往复而放大。此外，脊形波导路12的短边方向的宽度优选为0.8μm以上且2.5μm以下。若为这样的宽度，则成为本发明所涉及的发光部11a与发光部11b之间的激光振荡波长的差值、与激光的发光效率的最佳权衡，从而优选。
这样的发光部11中的被两个裂开面夹着的部分成为半导体激光元件1的激光谐振器。另外，在上述裂开面，为了调节上述激光的反射率而能够形成氧氮化铝、SiNx、SiO2、Al2O3等。
(基板以及金属层)
在基板21以及金属层29连接有图1中未图示的电极。另外，基板21以及金属层29由导电性的材料构成。基板21能够使用例如GaN、Si或者SiC等。另外，金属层29能够使用由例如Au、Ti、Pd、Pt、Mo或者Ni等构成的金属，金属层29也可以是由单层或多个金属层构成的多层膜。例如，也可以是，在Ti的金属层之上还形成Au的金属层而作为金属层29。
(半导体层)
半导体层22～27由III-V族的半导体构成，作为III族元素能够使用由Al、In、以及Ga构成的组中的至少一个以上的元素，作为V族元素能够使用由N、As、以及P构成的组中的至少一个以上的元素。更具体而言，半导体层22～27是由GaN、AlGaN、InGaN、GaAs、AlGaAs、AlGaInP、AlInP或者GaInP等构成的III-V族的半导体。
另外，半导体层22～27作为掺杂剂的材料，也能够包括Si或者Mg等，也能够有意地不包括这些。半导体层22～27的各个层能够根据其功能决定各种上述III-V族的元素以及组成比的组合、以及掺杂剂材料的选择以及该掺杂量的组合。
此外，本发明所涉及的半导体层不限定于图1所示的半导体层22～27，也能够除了半导体层22～27之外还设置多个半导体层，也能够相反减少半导体层。
半导体层22～27能够分为例如n型半导体层22、23、活性区域24、以及p型半导体层25～27，各层依次层叠。n型半导体层22、23还能够分为n型包覆层22以及n型引导层23。
n型包覆层22能够使用例如掺杂了Si的n型AlGaN层、掺杂了Si的n型GaN层、或者组合了这些层的超晶格结构。将n型包覆层22设计为，折射率比发光部11内的光的有效折射率小。
n型引导层23能够使用例如掺杂了Si的n型InGaN层、非掺杂的InGaN层，并设计为n型引导层23的折射率大于发光部11内的光的有效折射率。当在n型引导层23没有添加掺杂剂的情况下，可抑制由于自由载流子而产生的光的吸收而提高激光的效率，从而优选。
p型半导体层25～27能够分成p型引导层25、p型包覆层26、以及p型接触层27。
p型引导层25能够使用例如掺杂了Mg的p型InGaN层或者非掺杂的InGaN层，设计为p型引导层25的折射率大于发光部11内的光的有效折射率。当在p型引导层25没有添加掺杂剂的情况下，可抑制由于自由载流子而产生的光的吸收而提高激光的效率，从而优选。
p型包覆层26能够使用例如掺杂了Mg的p型AlGaN层、掺杂了Mg的p型GaN层、或者组合了这些层的超晶格结构。p型包覆层26设计为折射率比发光部11内的光的有效折射率小。
此处，在为一般的氮化物系半导体激光的情况下，和p型引导层25与p型包覆层26之间接触而设置由p型AlGaN构成的载流子块层的情况较多。设计上述载流子块层的Al组成比，以使得该载流子块层的带隙能量比p型引导层25以及p型包覆层26的带隙能量大。
另外，上述载流子块层优先阻碍电子从p型引导层25向p型包覆层26的移动，但对空穴从p型包覆层26向p型引导层25的移动没有特别影响。通过设置这样的载流子块层，从而更高效地进行载流子向活性区域24的封入。也可以在本实施方式所涉及的半导体激光元件1还设置有上述载流子块层。
这样，根据以夹着活性区域24的方式形成n型包覆层22以及n型引导层23、以及p型引导层25以及p型包覆层26的双异质结构，能够高效地在活性区域24封入载流子以及光。因此，能够从活性区域24高效地产生感应放出光。另外，n型引导层23以及p型引导层25具有比发光部11内的光的有效折射率大的折射率，因此能够将上述感应放出光高效地在与活性区域24垂直的方向上封入。
对于p型接触层27而言，Mg等掺杂剂浓度比p型包覆层26大。通过将这样的p型接触层27设置于与金属层29接触的接触部分，从而能够使p型接触层27与金属层29之间的接触电阻降低，能够使电流高效地流入发光部11。另外，虽未图示，但也可以是，和脊形波导路12上部的p型接触层27与金属层29之间接触而插入由Pd或者Ni构成的层。通过设置这样的层能够更加降低上述接触电阻。
(活性区域)
活性区域24是用于在发光部11中感应放出激光的层。活性区域24通过被施加电压而使作为载流子的空穴与电子再结合，由此产生感应放出光。
图2是示意性地表示活性区域24的截面结构的剖视图。如图2所示，活性区域24由双层的量子阱层Q1/Q2和3层的阻挡层B1/B2/B3构成。层叠为量子阱层Q1由阻挡层B1以及阻挡层B2夹着，量子阱层Q2由阻挡层B2以及阻挡层B3夹着。
这样，活性区域24形成具备多个量子阱层的重叠量子阱结构。根据这样的结构，通过多个量子阱层能够提高发光效率。此外，优选在活性区域24中量子阱层形成为双层以上，但量子阱层也可以仅为1层。
量子阱层Q1/Q2由例如Inx1Ga1-x1N等形成。量子阱层Q1/Q2各自的厚度以及组成也可以相同，也可以不同。另外，阻挡层B1/B2/B3由例如Inx2Ga1-x2N等形成，但优选不包含In，即X2＝0。由此，阻挡层B1/B2/B3的结晶品质提高，层的表面变平滑，因此容易均匀地进行以下的层叠。
活性区域24中的一个以上的层也可以包含掺杂剂，也可以完全不包含掺杂剂。若活性区域24包含掺杂剂，则载流子的注入效率提高，能够降低阈值电流密度。作为上述掺杂剂，能够使用Si、Ge、O、S、Se、Be、Cd或者Mg。
另一方面，在活性区域24不包含掺杂剂的情况下，活性区域的结晶品质变好，光输出相对于设备的电流的效率提高，从而优选。
(绝缘层)
绝缘层28是用于将从金属层29流入半导体层22～27的电流的路径限制为规定的路径的层。绝缘层28由透光性的绝缘性材料形成。作为这样的材料，例如可举出：SiNx、SiO2、Al2O3等。绝缘层28形成于脊形波导路12的侧面，但没有形成于层叠有p型接触层27的脊形波导路12的表面的至少一部分。因此，从金属层29流入半导体层22～27的电流的路径限制为p型接触层27与金属层29接触的部分。根据这样的结构，能够使发光部11a以及发光部11b电分离。
此外，绝缘层28优选透光性的指标亦即光的吸收系数为金属层29的1/100以下。根据这样的结构，绝缘层28不会对发光部11的光吸收损失给予显著的影响。
＜发光部间的光的串扰＞
为了减少从发光部11a和发光部11b放射的激光的输出的波动，优选使各个发光部间的光的串扰减少。因此，相互相邻的两个脊形波导路12a以及脊形波导路12b的p型半导体层26中的相互对置的两个侧面之间的距离W0优选为恒定以上的长度。由此，一方的发光部(例如发光部11a)的激光能够在传播至另一方的发光部(例如发光部11b)前由存在于发光部11之间的半导体层充分吸收。距离W0优选为20μm以上且50μm以下。
在本实施方式中，发光部11a的绝缘层28的厚度D1与发光部11b的绝缘层28的厚度D2厚度不同。另外，针对发光部11a的金属层29的厚度T1与发光部11b的金属层29的厚度T2，厚度也可以不同，也可以相同。
由此，发光部11a以及发光部11b中的至少一个发光部(例如发光部11a)中的从活性区域24的特定的位置至金属层29的内表面的一部分或者全部为止的距离与其他发光部(例如发光部11b)中的从上述特定的位置至金属层29的内表面为止的距离不同。此外，上述特定的位置是在活性区域24中被注入载流子并产生光的位置。
根据这样的结构，从发光部11a放射的激光与从发光部11b放射的激光能够成为相互具有不同波长的激光。以下，对这样放射不同波长的激光的原理进行说明。
＜照射不同波长的激光的原理＞
图3的(a)是表示阈值电流密度与激光的波长的相关的坐标图。如图3的(a)所示，从激光的发光部放射的激光的波长与该发光部中的阈值电流密度相关。
此处，上述发光部中的阈值电流密度取决于上述发光部内的光吸收损失。图4的(a)是示意性地表示发光部11a的截面结构的剖视图，图4的(b)是示意性地表示发光部11b的截面结构的剖视图。在图4的(a)以及(b)中，由虚线包围的区域示意性地表示发光部11内的激光的强度分布的半值宽度内所包含的激光的范围A。该半值宽度也可以是例如半值全宽度(FWHM：Full Width at Half Maximum)或者1/e2宽度等。
此外，图4以后，为了简化，针对半导体激光元件1具备的半导体层22～27，仅示出p型半导体层、活性区域以及n型半导体层。这不是表示p型半导体层以及n型半导体层由单一的半导体层形成，也可以是，p型半导体层以及n型半导体层分别分为引导层、包覆层以及接触层的任两个以上。
金属层29通常由透光性低即光吸收性高的材料形成。因此，光的范围A与金属层29重叠的范围越大，则发光部11内的光吸收损失越大。在本实施方式中，光的范围A与金属层29重叠的范围根据绝缘层28的厚度而变化。这是由于活性区域24中的从上述特定的位置至金属层29的内表面为止的距离根据绝缘层28的厚度而变化。
图3的(b)是表示在具备单一的脊形波导路的半导体激光元件中绝缘层由SiO2形成的情况下的绝缘层的厚度、与光吸收损失α以及阈值电流Ith的相关的坐标图。此外，若发光部中的被注入电流的区域的面积相同，则阈值电流Ith与阈值电流密度成比例。如图3的(b)所示，随着绝缘层的厚度变大，光吸收损失α变小。伴随于此，阈值电流Ith也变小。
在本实施方式中，如图4的(a)以及(b)所示，发光部11a与发光部11b绝缘层28的厚度分别不同，因此光吸收损失也分别不同。因此，发光部11a以及发光部11b分别成为不同的阈值电流密度，因此根据图3的(a)所示的关系，发光部11a以及发光部11b能够分别放射具有不同波长的激光。
根据这样的半导体激光元件1，能够与半导体激光元件1具备的发光部11的数量对应地，从一个半导体激光元件1放射具有不同波长的多个激光。这样，通过从半导体激光元件1放射具有不同波长的多个激光，从而例如在将半导体激光元件1用于激光扫描式投影仪的情况下，能够减少将激光投影于投影面时产生的斑点噪声。此外，由半导体激光元件1放射的具有不同波长的多个激光能够通过棱镜等色散光学元件而融合。这是由于根据这样的光学元件，能够分别独立地操作波长不同的激光。
＜半导体激光元件1的制造方法＞
以下对形成半导体激光元件1具备的层叠结构的方法进行说明。首先，在GaN基板21上依次层叠有n型半导体层22、23、活性区域24、p型半导体层25～27。这样的半导体层的层叠通过外延生长法、有机金属液相生长法(MOCVD：Metal Organic Chemical VaporDeposition)、或者分子束外延法(MBE：Molecular Beam Epitaxy)等进行。
在层叠了半导体层22～27后，形成成为脊形波导路12的一部分的突起。该突起以通过例如光刻以及蚀刻工序而成为所希望的形状的方式加工而形成p型包覆层26以及p型接触层27。此时，仅在脊形波导路12的表面残留有p型接触层27。
接下来，绝缘层28通过CVD(Chemical Vapor Deposition)法、溅射法或者蒸镀法而层叠。接下来，为了在发光部11a和发光部11b中使绝缘层28的厚度不同，在发光部11a以及发光部11b的至少任一个中，使绝缘层28薄膜化。另外，从p型接触层27的表面除去绝缘层28。该薄膜化以及除去例如通过通常的光刻或者蚀刻工序来进行。最后，层叠金属层29。
另外，虽未图示，但也可以和脊形波导路12上部的p型接触层27与金属层29之间接触而插入由Pd或者Ni构成的层。通过设置这样的层能够降低接触电阻。
根据这样的方法，能够通过通常使用的层叠方法以及加工方法廉价并且容易地制造能够放射不同波长的多个激光的多个发光部具备于单一的元件的半导体激光元件1。另外，容易调整从半导体激光元件1放射的各个激光的波长。
＜变形例＞
图5是示意性地表示从金属层29侧俯视半导体激光元件1的情况下的绝缘层28的厚度的图。图6是示意性地表示从金属层29侧俯视半导体激光元件1的变形例的情况下的绝缘层28的厚度的图。在图5以及图6中，分界线T1表示脊形波导路12的侧面的绝缘层28与金属层29的分界线，分界线T2表示脊形波导路12的侧面的半导体层26、27与绝缘层28的分界线。
如图5所示，对于本变形例所涉及的半导体激光元件1而言，发光部11a的长边方向上的绝缘层28的厚度D1与发光部11b的长边方向上的绝缘层28的厚度D2不同，但厚度D2在发光部11b的长边方向上恒定。另一方面，如图6所示，作为半导体激光元件1的变形例，厚度D1与发光部11b的长边方向上的绝缘层28的一部分厚度D4不同，但发光部11b的长边方向上的绝缘层28的除上述一部分以外的部分的厚度D3与厚度D1相同。
即，也可以是，发光部11b的长边方向上的绝缘层28的厚度不是恒定的，仅其一部分与厚度D1不同。换言之，对于半导体激光元件1而言，多个发光部11中的至少一个发光部(例如发光部11a)中的绝缘层28的一部分的厚度也可以与其他发光部(例如发光部11b)中的绝缘层28的厚度不同，绝缘层28的全部的厚度也可以与其他发光部(例如发光部11b)中的绝缘层28的厚度不同。
这样，当仅绝缘层28的一部分厚度在发光部11a以及发光部11b间不同的情况下，在发光部11a以及发光部11b间光吸收损失不同。因此，发光部11a以及发光部11b的阈值电流密度也分别不同。因此，发光部11a以及发光部11b能够分别放射具有不同波长的激光。根据这样的结构，能够更细微地调整发光部11放射的激光的波长。
〔第二实施方式〕
以下参照图7～图9对本发明的其他实施方式进行说明。图7是示意性地表示本实施方式所涉及的半导体激光元件101的截面结构的剖视图。如图7所示，对于半导体激光元件101而言，发光部111a以及发光部111b中的绝缘层128的厚度相互相同。但是，半导体激光元件101在发光部111a的脊形波导路112a中的p型半导体层126的宽度W1与发光部111b的脊形波导路112b中的p型半导体层126的宽度W2不同这点上，与第一实施方式所涉及的半导体激光元件1不同。
换言之，对于半导体激光元件101而言，多个脊形波导路112中的至少一个脊形波导路(例如脊形波导路112a)中的p型半导体层126的宽度与其他脊形波导路(例如脊形波导路112b)中的p型半导体层126的宽度不同。
此外，在本说明书中，有时将发光部111a以及发光部111b集中通称为发光部111。另外，有时将脊形波导路112a以及脊形波导路112b集中通称为脊形波导路112。
在本实施方式中，优选绝缘层128的厚度为50nm以上且300nm以下。若为这样的厚度的范围内，则成为本实施方式所涉及的发光部111a和发光部111b之间的振荡波长的差值与激光的发光效率的最佳权衡，从而优选。
＜照射不同波长的激光的原理＞
图8的(a)是示意性地表示发光部111a的截面结构的剖视图，图8的(b)是示意性地表示发光部111b的截面结构的剖视图。如图8的(a)以及(b)所示，宽度W1与宽度W2不同，因此发光部111a以及发光部111b中的至少一个发光部(例如发光部111a)中的从活性区域124的特定的位置至金属层129的内表面的一部分或者全部为止的距离与其他发光部(例如发光部111b)中的从上述特定的位置至金属层129的内表面为止的距离不同。此外，上述特定的位置是在活性区域124中被注入载流子而产生光的位置。另外，宽度W1与宽度W2不同，从而发光部111b的光的封入效率与发光部111a不同。
此处，光的封入效率与光吸收损失同样对阈值电流密度产生影响。由此，在发光部111a与发光部111b间，光吸收损失以及光的封入效率不同，因此发光部111a以及发光部111b分别成为不同的阈值电流密度。因此，发光部111a以及发光部111b能够分别放射具有不同波长的激光。
＜发光部间的光的串扰＞
为了减少从发光部111a和发光部111b放射的激光的输出的波动，优选使各个发光部间的光的串扰减少。因此，相互相邻的两个脊形波导路112a以及脊形波导路112b的p型半导体层126中的相互对置的两个侧面之间的距离W0优选为恒定以上的长度。由此，一方的发光部(例如发光部111a)的激光能够在传播至另一方的发光部(例如发光部111b)前由存在于发光部111之间的半导体层充分吸收。距离W0优选为20μm以上且50μm以下。
＜半导体激光元件101的制造方法＞
半导体激光元件101的制造方法在基板121上层叠有n型半导体层122、活性区域124以及p型半导体层126的各半导体层后至形成成为脊形波导路112的突起为止，与第一实施方式相同。接下来，脊形波导路112a以及脊形波导路112b在通常的光刻工序中被调整为，短边方向的宽度W1、W2分别成为不同的宽度。
接下来，绝缘层128通过CVD(Chemical Vapor Deposition)法、溅射法或者蒸镀法而层叠。其后，层叠绝缘层128，通过光刻或者蚀刻工序等从脊形波导路112的上表面除去绝缘层128后，进一步层叠金属层129。另外，虽未图示，但也可以和脊形波导路112上部的p型接触层(未图示)与金属层129接触而插入由Pd或者Ni构成的层。通过设置这样的层，能够降低接触电阻。
根据这样的方法，能够通过通常使用的层叠方法以及加工方法廉价并且容易地制造能够放射不同波长的多个激光的多个发光部具备于单一的元件的半导体激光元件101。另外，容易调整从半导体激光元件101放射的各个激光的波长。
＜变形例＞
图9是示意性地表示作为半导体激光元件101的变形例的半导体激光元件201的截面结构的剖视图。如图9所示，半导体激光元件201也可以在发光部211a和发光部211b间，绝缘层228的厚度D1、D2不同。即，半导体激光元件201也可以是根据脊形波导路212a以及脊形波导路212b的p型半导体层226的宽度W1、W2的不同、和绝缘层228的厚度D1、D2的不同双方，能够从发光部211a以及发光部211b分别放射波长不同的激光的结构。
在厚度D1比厚度D2大的情况下，优选厚度D1为50nm以上且300nm以下。另外，在宽度W1比宽度W2小的情况下，优选宽度W1为0.8μm以上且2.5μm以下。根据这样的结构，成为本实施方式所涉及的发光部211a与211b之间的振荡波长的差值、与激光的发光效率的最佳权衡，从而优选。
根据这样的结构，能够使从半导体激光元件201放射的多个激光的波长之差更大。另外，容易细微地调整上述多个激光的波长。
此外，半导体激光元件1、101、201在多个发光部11、111、211中分别从至少一个发光部放射的激光的波长、与从其他发光部放射的激光的波长的差值为1nm以上且10nm以下。
〔第三实施方式〕
以下参照图10对本发明的其他实施方式进行说明。图10的(a)以及(b)、以及图11的(a)～(d)是示意性地表示本实施方式所涉及的半导体激光元件301的截面结构的一个例子的剖视图。如图10的(a)以及(b)所示，半导体激光元件301在发光部311a与发光部311b之间形成有槽(光传播避免区域)340这点与第一实施方式所涉及的半导体激光元件1不同。
此外，图10中为了方便，将绝缘层的厚度D以及脊形波导路312的p型半导体层326的宽度W表示为在发光部311a以及发光部311b间不变化。然而在本实施方式中，在发光部311a以及发光部311b间，厚度D以及/或者宽度W不同。换言之，半导体激光元件301通过在半导体激光元件1、101、201的任一个还形成有槽340而构成。
在如第一实施方式中记载的那样没有槽340的情况下，为了减少从发光部11a和发光部11b放射的激光的输出波动，优选两个脊形波导路的相互对置的两个侧面之间的距离W0为20μm以上且50μm以下。然而，若距离W0变大，则不易使半导体激光元件301的尺寸成为恒定以下。另外，在将半导体激光元件1用于激光扫描式投影仪的情况下，从各发光部放射的投影点的空间的分离大，恐怕产生投影的图像的分辨率减少这样的新的问题。因此，在本实施方式所涉及的半导体激光元件301中，在发光部311a与发光部311b之间新形成槽340。
＜槽340的深度＞
为了抑制上述串扰，槽340形成于发光部311a以及发光部311b之间。此外，为了有效地抑制发光部311a以及发光部311b之间的上述串扰，优选槽340通过贯通活性区域324的深度形成。
换言之，在半导体激光元件301中，激光在发光部311中的层叠结构的一部分所包含的半导体层的部位所形成的活性区域324中放射，将多个发光部中相互相邻的两个发光部311作为一组的情况下，在至少一组发光部311中的该两个发光部311之间的区域形成有用于避免激光从一方的发光部(例如，311a)的活性区域324向另一方的发光部(例如，311b)的活性区域324传播的槽340，槽340形成为从金属层329的表面贯通至上述半导体层的至少一部分。
＜槽340的形成方法＞
如图11的(a)～(d)所示，优选槽340由与绝缘层328以及/或者金属层329相同的材料覆盖。换言之，优选在半导体激光元件301中，槽340由形成绝缘层328以及金属层329的各个材料的至少一方形成。
根据这样的结构，能够更有效地抑制上述串扰。另外，在制造半导体激光元件301时，在层叠绝缘层328前通过蚀刻工序等形成槽340，其后层叠绝缘层328以及金属层329，从而能够更容易通过与绝缘层328以及/或者金属层329相同的材料填满槽340。
通过形成槽340，从而能够有效地抑制上述串扰，因此距离W0为8μm以上且50μm以下即可。换言之，半导体激光元件301在将多个脊形波导路312中相互相邻的两个脊形波导路312作为一组的情况下，至少一组脊形波导路312的p型半导体层326中的相互对置的两个侧面之间的距离为8μm以上且50μm以下即可。
由此，即便在由于半导体激光元件301的大小等的制约而不得不使距离W0变短的情况下，也能够制造上述串扰充分减少的半导体激光元件301。
〔实施例〕
＜条件＞
以下对本发明的实施例1～3进行说明。表1～表3分别表示实施例1～3所涉及的半导体激光元件的各参数。各参数是绝缘层的厚度D(单位：nm)、脊形波导路的半导体层的宽度W(单位：μm)、各发光部的阈值电流Ith(单位：mA)、各发光部的前侧以及后侧的裂开面的反射率(单位：％)、以及各发光部的谐振器长L(单位：μm)。此外，此处所说的前侧表示从半导体激光元件放射激光的裂开面侧，后侧表示与前侧相反侧。
实施例1～3所涉及的半导体激光元件均具备两个发光部(发光部A以及发光部B)。表1～表3的Δ(delta)表示上述各参数的两个发光部间的差异。另外，实施例3与本发明的第一实施方式的变形例同样，仅发光部B的长边方向上的一部分，与发光部A之间绝缘层的厚度不同。伴随于此，仅表3示出发光部B的长边方向上的上述一部分长度L1(单位：μm)。
另外，实施例1～3所涉及的半导体激光元件均为，半导体层由(Al，Ga、In、N、As、P)材料系形成，绝缘层由SiO2形成，金属层由包含Au、Ti、Pd、Pt以及Ni的材料形成。另外，从实施例1～3所涉及的半导体激光元件的各发光部均在25℃的条件下通过30mW的光功率放射激光。
[表1]
实施例1 发光部1 发光部2 Δ
D[nm] 130 65 -65
W[μm] 1.8 1.8 0
I<sub>th</sub>[mA] 8.1 10.9 2.7
λ[nm] 444.8 442.8 -2
前侧反射率[％] 81 81
后侧反射率[％] 99 99
L[μm] 600 600
[表2]
实施例2 发光部1 发光部2 Δ
D[nm] 140 140 0
W[μm] 1.85 1.25 -0.6
I<sub>th</sub>[mA] 31.2 34.7 3.5
λ[nm] 519.7 518.7 -1
前侧反射率[％] 81 81
后侧反射率[％] 99 99
L[μm] 600 600
[表3]
实施例3 发光部1 发光部2 Δ
D[nm] 100 50 -50
W[μm] 2 2 0
I<sub>th</sub>[mA] 37 50 13
λ[nm] 640 638.2 -1.8
前侧反射率[％] 10 10
后侧反射率[％] 99 99
L[μm] 1400 1400
L1[μm] n/a 700
＜结果＞
如表1～表3所示，在实施例1中，在发光部A与发光部B间变更绝缘层的厚度，由此发光部的阈值电流Ith变化，在实施例2中变更脊形波导路中的半导体层的宽度，由此发光部的阈值电流Ith变化，而且在实施例3中仅对发光部的长边方向上的一部分变更绝缘层的厚度，由此发光部的阈值电流Ith变化。伴随于此，在实施例1～3任一个中，从发光部A以及发光部B放射的激光的波长λ也以1nm以上不同。
根据以上内容，示出本发明所涉及的半导体激光元件能够放射在多个发光部间不同的波长的多个激光。
〔总结〕
本发明的方式1所涉及的发光元件(半导体激光元件1)具有依次层叠有基板(21)、半导体层(22～27)、绝缘层(28)以及金属层(29)的层叠结构，在上述发光元件(半导体激光元件1)中，具有上述层叠结构的一部分，具备多个放射激光的发光部(11)，多个上述发光部(11)具有：包括上述半导体层(22～27)、上述绝缘层(28)以及上述金属层(29)各自的一部分在内的脊(脊形波导路12)，在与上述金属层(29)的表面平行的方向上规定的剖视中，多个上述脊(脊形波导路12)在上述半导体层(22～27)的一部分的两侧配置有上述绝缘层(28)的一部分，并且在上述绝缘层(28)的一部分的两侧配置有上述金属层(29)的一部分，多个上述发光部(11)中的至少一个上述发光部(11)中的从活性区域(24)的特定的位置至上述金属层(29)的内表面的一部分或者全部为止的距离与其他上述发光部(11)中的从上述特定的位置至上述金属层(29)的内表面为止的距离不同。
根据上述的结构，多个发光部中的阈值电流密度分别不同，因此能够通过单一的发光元件放射具有不同波长的多个激光。通过从发光元件放射具有不同波长的多个激光，从而能够在例如将发光元件用于激光扫描式投影仪的情况下减少将激光投影于投影面时产生的斑点噪声。
对于本发明的方式2所涉及的发光元件(半导体激光元件1)而言，在上述方式1中，也可以是以下的(i)以及(ii)的至少一方，(i)多个上述发光部(11)中的至少一个上述发光部(11)中的上述绝缘层(28)的一部分或者全部的厚度与其他上述发光部(11)中的上述绝缘层(28)的厚度不同，(ii)多个上述脊(脊形波导路12)中的至少一个上述脊(脊形波导路12)中的上述半导体层(22～27)的宽度与其他上述脊(脊形波导路12)中的上述半导体层(22～27)的宽度不同。
根据上述的结构，多个发光部中的阈值电流密度分别不同，因此能够通过单一的发光元件发射具有不同波长的多个激光。通过从发光元件放射具有不同波长的多个激光，从而能够在例如将发光元件用于激光扫描式投影仪的情况下减少将激光投影于投影面时产生的斑点噪声。
对于本发明的方式3所涉及的发光元件(半导体激光元件1)而言，在上述方式1或者2中，也可以是，上述绝缘层(28)的光的吸收系数为上述金属层(29)的光的吸收系数的1/100以下。根据上述的结构，绝缘层不会对发光部的光吸收损失给予显著的影响。
对于本发明的方式4所涉及的发光元件(半导体激光元件1)而言，在上述方式1～3中，也可以是，多个上述发光部(11)中的从至少一个上述发光部(11)放射的上述激光的波长与从其他上述发光部(11)放射的上述激光的波长的差值为1nm以上且10nm以下。根据上述的结构，发光元件能够放射具有不同波长的多个激光。
对于本发明的方式5所涉及的发光元件(半导体激光元件1)而言，在上述方式1～4中，也可以是，在将多个上述脊(脊形波导路12)中相互相邻的两个上述脊(脊形波导路12)作为一组的情况下，至少一组上述脊(脊形波导路12)的上述半导体层(22～27)中的相互对置的两个侧面之间的距离为8μm以上且50μm以下。
根据上述的结构，一方的发光部的激光能够在传播至另一方的发光部前由存在于发光部间的半导体层充分吸收。因此，能够减少从多个发光部放射的激光的输出的波动。
对于本发明的方式6所涉及的发光元件(半导体激光元件301)而言，在上述方式1～5中，也可以是，上述激光在上述发光部(311)中的上述层叠结构的一部分所包含的上述半导体层的部位所形成的活性区域(324)中感应放出，在将多个上述发光部(311)中相互相邻的两个上述发光部(311)作为一组的情况下，在至少一组上述发光部(311)中的该两个上述发光部(311)之间的区域形成有用于避免上述激光从一方的上述发光部(311)的上述活性区域(324)向另一方的上述发光部(311)的上述活性区域(324)传播的光传播避免区域(槽340)，上述光传播避免区域(槽340)形成为从上述金属层(329)的表面贯通至上述半导体层的至少一部分。
根据上述的结构，通过光传播避免区域，一方的发光部的激光能够在传播至另一方的发光部前由光传播避免区域充分吸收。因此，能够使多个发光部间的距离变短。
对于本发明的方式7所涉及的发光元件(半导体激光元件301)而言，在上述方式6中，也可以是，上述光传播避免区域(槽340)由形成上述绝缘层(328)以及上述金属层(329)的各个材料的至少一方形成。
根据上述的结构，能够通过简单的方法形成能够更有效地抑制光的传播的光传播避免区域。
〔附记事项〕
本发明不限定于上述的各实施方式，能够在权利要求所示的范围内进行各种变更，针对将不同的实施方式所分别公开的技术方案适当地组合而得到的实施方式，也包含于本发明的技术范围。并且，通过将各实施方式所分别公开的技术方案组合，能够形成新的技术特征。
附图标记说明
1、101、201、301半导体激光元件(发光元件)
11、111、211、311发光部
12、112、212、312脊形波导路(脊)
21基板
22n型包覆层(半导体层)
23n型引导层(半导体层)
24、124、324活性区域(半导体层)
25p型引导层(半导体层)
26p型包覆层(半导体层)
27p型接触层(半导体层)
28、128、228、328绝缘层
29、129、329金属层
340槽(光传播避免区域)
B1、B2、B3阻挡层
Q1、Q2量子阱层

Claims (7)

1.一种发光元件，其具有依次层叠有基板、半导体层、绝缘层以及金属层的层叠结构，所述发光元件的特征在于，
具有所述层叠结构的一部分，且具备多个放射激光的发光部，
多个所述发光部具有：
包括所述半导体层的一部分、所述绝缘层的一部分以及所述金属层的一部分的脊，
在所述层叠结构的一部分所包含的所述半导体层上形成有用于感应放出所述激光的活性区域，
在与所述金属层的表面平行的方向规定的剖视中，多个所述脊在所述半导体层的一部分的两侧配置有所述绝缘层的一部分，并且在所述绝缘层的一部分的两侧配置有所述金属层的一部分，
多个所述发光部中的至少一个所述发光部中的所述绝缘层的一部分或者全部的厚度与其他所述发光部中的所述绝缘层的厚度不同，并且，
多个所述发光部中的至少一个所述发光部中的、从所述活性区域的特定的位置至所述金属层的内表面的一部分或者全部为止的距离与其他所述发光部中的从所述特定的位置至所述金属层的内表面为止的距离不同。
2.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，
多个所述脊中的至少一个所述脊中的所述半导体层的宽度与其他所述脊中的所述半导体层的宽度不同。
3.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，
所述绝缘层的光的吸收系数为所述金属层的光的吸收系数的1/100以下。
4.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，
多个所述发光部中的从至少一个所述发光部放射的所述激光的波长与从其他所述发光部放射的所述激光的波长的差值为1nm以上且10nm以下。
5.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，
在将多个所述脊中相互相邻的两个所述脊作为一组的情况下，至少一组所述脊的所述半导体层中的相互对置的两个侧面之间的距离为8μm以上且50μm以下。
6.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，
所述激光在所述发光部中的所述层叠结构的一部分所包含的所述半导体层的部位所形成的活性区域中感应放出，
在将多个所述发光部中相互相邻的两个所述发光部作为一组的情况下，在至少一组所述发光部中的所述两个所述发光部之间的区域形成有用于避免所述激光从一方的所述发光部的所述活性区域向另一方的所述发光部的所述活性区域传播的光传播避免区域，
所述光传播避免区域形成为从所述金属层的表面贯通至所述半导体层的至少一部分。
7.根据权利要求6所述的发光元件，其特征在于，
所述光传播避免区域由形成所述绝缘层以及所述金属层的各个材料的至少一方形成。
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