DE112018005324T5

DE112018005324T5 - Halbleiter-laserelement

Info

Publication number: DE112018005324T5
Application number: DE112018005324.5T
Authority: DE
Inventors: Atsunori Mochida
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2017-09-20
Filing date: 2018-08-09
Publication date: 2020-06-25
Also published as: CN111133643A; JPWO2019058802A1; WO2019058802A1; US20200212655A1; JP7010962B2; CN111133643B; CN117317810A; US11545812B2

Abstract

Ein Halbleiter-Laserelement (10) umfasst: ein Substrat (101); und einen Laserarray-Abschnitt (11), der eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten lichtemittierenden Abschnitten (141) umfasst und über dem Substrat (101) gestapelt ist, wobei ein gestapelter Körper des Substrats (101) und des Laserarray-Abschnitts (11) ein Paar Resonator-Stirnflächen (140f und 140r) auf gegenüberliegenden Seiten umfasst, und ein Rillenabschnitt (133), der sich von dem Laserarray-Abschnitt (11) in das Substrat (101) erstreckt, auf wenigstens einer des Paars von Resonator-Stirnflächen (140f und 140r) zwischen zwei benachbarten lichtemittierenden Abschnitten (141) unter der Vielzahl von lichtemittierenden Abschnitten (141) vorgesehen ist.

Description

TECHNISCHES Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Halbleiter-Laserelement und insbesondere auf ein Array-Halbleiter-Laserelement mit einer Vielzahl von lichtemittierenden Abschnitten.
Es wird darauf hingewiesen, dass sich die vorliegende Anmeldung auf eine Auftragsforschung bezieht, 2016 New Energy and Industrial Technology Development Organization „Development of GaN-based high-power, high-beam quality semiconductor laser for highbrightness and high-efficiency next-generation laser technology development / new light source and element technology development for next-next-generation processing / high-efficiency processing“, und eine Patentanmeldung ist, die Gegenstand von „Industrial Technology Strengthening Law Article 19“ ist.
STAND DER TECHNIK
Allgemein ist ein monolithisches Halbleiter-Laserelement, bei dem ein Laserarray-Abschnitt mit einer Vielzahl von lichtemittierenden Abschnitten auf einem einzigen Substrat ausgebildet ist, als Hochleistungs-Laserlichtquelle der Wattklasse bekannt. In einem derartigen Halbleiter-Laserelement wird die Unterdrückung der thermischen Interferenz zwischen den lichtemittierenden Abschnitten durch die Bereitstellung von Trennrillen zwischen den lichtemittierenden Abschnitten oder durch das Füllen der Trennrillen mit einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit erreicht.
Beispielsweise offenbart die Patentliteratur (PTL) 1 ein Halbleiter-Laserelement, bei dem zwischen lichtemittierenden Abschnitten ein Trennabschnitt ausgebildet ist, in den ein Isolator eingebettet ist. Nachfolgend wird das in PTL 1 offenbarte Halbleiter-Laserelement mit Bezug auf die Zeichnungen kurz beschrieben. 11 ist eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration des Halbleiter-Laserelements 1000 zeigt, die in PTL 1 offenbart ist.
Wie in 11 gezeigt, umfasst das in der PTL 1 offenbarte Halbleiter-Laserelement 1000 das GaAs-Substrat 1001, die Pufferschicht 1002, die Mantelschicht 1003, die aktive Schicht 1004, die Mantelschicht 1005, die Stromsperrschicht 1006, die Deckschicht 1007, die Kontaktschicht 1008 und die Elektroden 1009 und 1010.
In dem Halbleiter-Laserelement 1000 ist eine Rille vorgesehen, die sich von der Kontaktschicht 1008 bis in die Stromsperrschicht 1006 erstreckt. Benachbarte lichtemittierende Abschnitte sind isoliert und durch den in die Rille eingebetteten Isolator 1011 getrennt.
Auf diese Weise wird versucht, das Übersprechen des durch jeden lichtemittierenden Abschnitt fließenden Stroms zu reduzieren, indem die lichtemittierenden Abschnitte in dem Halbleiter-Laserelement 1000, das in PTL 1 offenbart ist, voneinander isoliert werden.
Literaturverzeichnis
Patent-Literatur
PTL 1: Veröffentlichung der ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. H5-235480
ÜBERSICHT ÜBER DIE ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Allerdings ist die Größe der Vielzahl von lichtemittierenden Abschnitten in der Anordnungsrichtung (d.h. der Richtung senkrecht zur Resonanzrichtung) bei dem Halbleiter-Laserelement 1000, das in PTL 1 offenbart ist, groß. Aus diesem Grund nimmt der Einfluss der in dem Substrat erzeugten Verzerrung bei dem Halbleiter-Laserelement 1000 im Vergleich zu einem Halbleiter-Laserelement mit einem einzigen lichtemittierenden Abschnitt zu. Dadurch nimmt der Verzug des Halbleiter-Laserelements 1000 zu. Da der Verzug des Halbleiter-Laserelements 1000 groß ist, kommt es zu einer Höhenabweichung der Vielzahl der lichtemittierenden Abschnitte. Aufgrund dieser Höhenabweichung nimmt die Kopplungseffizienz der zahlreichen Laserstrahlen ab, wenn die Laserstrahlen aus den zahlreichen lichtemittierenden Abschnitten konzentriert werden. Das heißt, es wird schwierig, das Licht aus der Vielzahl der lichtemittierenden Abschnitte auf einen Punkt zu konzentrieren.
Die vorliegende Offenbarung löst ein derartiges Problem, wobei ein Ziel darin besteht, den Verzug eines Halbleiter-Laserelements mit einer Vielzahl von lichtemittierenden Abschnitten zu reduzieren.
LÖSUNGEN DES PROBLEMS
Um das obige Problem zu lösen, umfasst ein Aspekt eines Halbleiter-Laserelements gemäß der vorliegenden Offenbarung ein Substrat; und einen Laserarray-Abschnitt, der eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten lichtemittierenden Abschnitten umfasst und über das Substrat gestapelt ist, wobei ein gestapelter Körper des Substrats und des Laserarray-Abschnitts ein Paar Resonator-Stirnflächen auf gegenüberliegenden Seiten umfasst, und ein Rillenabschnitt, der sich von dem Laserarray-Abschnitt in das Substrat erstreckt, auf wenigstens einem des Paars von Resonator-Stirnflächen zwischen zwei benachbarten lichtemittierenden Abschnitten aus der Vielzahl von lichtemittierenden Abschnitten vorgesehen ist.
Auf diese Weise ist die Verzerrung durch den Rillenabschnitt geteilt, da der Rillenabschnitt, der sich von dem Laserarray-Abschnitt in das Substrat hinein erstreckt, ausgebildet ist. Aus diesem Grund kann die in dem Substrat erzeugte Verzerrung reduziert werden. Daher ist es möglich, den Verzug in der Anordnungsrichtung der Vielzahl von lichtemittierenden Abschnitten des Substrats zu reduzieren. Wenn die von einer Vielzahl von lichtemittierenden Abschnitten emittierten Laserstrahlen mit einer Linse etc. konzentriert werden, kann dadurch die Verringerung der Kopplungseffizienz aufgrund des Verzugs des Substrats unterdrückt werden.
Darüber hinaus kann in einem Aspekt des Halbleiter-Laserelements gemäß der vorliegenden Offenbarung der Laserarray-Abschnitt eine Teilungsrille umfassen, die zwischen dem Paar von Resonator-Stirnflächen zwischen den beiden benachbarten lichtemittierenden Abschnitten unter der Vielzahl von lichtemittierenden Abschnitten durchgehend ist, wobei der Rillenabschnitt auf einer Bodenfläche der Teilungsrille vorgesehen ist.
Durch eine derartige Teilungsrille können thermische Interferenzen zwischen einer Vielzahl von lichtemittierenden Abschnitten unterdrückt werden. Darüber hinaus kann der zum Ausbilden der Rille erforderliche Ätzumfang durch das Ausbilden eines Rillenabschnitts auf der Bodenfläche der Teilungsrille im Vergleich zu dem Fall, bei dem die Rille an einer anderen Stelle als der Teilungsrille ausgebildet ist, reduziert werden.
Darüber hinaus kann in einem Aspekt des Halbleiter-Laserelements gemäß der vorliegenden Offenbarung eine Seitenwand des Rillenabschnitts innerhalb der Teilungsrille relativ zu einer Seitenwand der Teilungsrille angeordnet sein.
Somit kann der Rillenabschnitt durch Ätzen des Mittelabschnitts in Breitenrichtung der Bodenfläche der Teilungsrille leicht ausgebildet werden.
Darüber hinaus kann in einem Aspekt des Halbleiter-Laserelements gemäß der vorliegenden Offenbarung der Laserarray-Abschnitt eine erste Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, eine aktive Schicht und eine zweite Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps in der angegebenen Reihenfolge von der Substratseite aus umfassen, umfasst die zweite Halbleiterschicht eine Vielzahl von Stegstreifenabschnitten, die als Strompfade dienen, Halteabschnitte, die auf beiden Seiten der Stegstreifenabschnitte angeordnet sind und nicht als Strompfade dienen, und Trennrillen, die die Stegstreifenabschnitte und die Halteabschnitte trennen, und ist die Trennrille in den Halteabschnitten vorgesehen.
Da die zweite Halbleiterschicht den Halteabschnitt umfasst, ist es auf diese Weise möglich, die Spannung zu reduzieren, die durch die Konzentration der Belastung auf die Stegstreifenabschnitte verursacht wird, wenn das Halbleiter-Laserelement Gegenstand einer Anbringung mit abwärts gerichteter Verbindung ist.
Darüber hinaus kann sich in einem Aspekt des Halbleiter-Laserelements gemäß der vorliegenden Offenbarung der Rillenabschnitt von einer Oberseite des Laserarray-Abschnitts in das Substrat erstrecken.
Da der Rillenabschnitt direkt von der Oberseite des Laserarray-Abschnitts ausgebildet sein kann, ohne die Teilungsrille auszubilden, kann der Herstellungsvorgang des Halbleiter-Laserelements vereinfacht werden.
Darüber hinaus kann in einem Aspekt des Halbleiter-Laserelements gemäß der vorliegenden Offenbarung der Laserarray-Abschnitt eine erste Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, eine aktive Schicht und eine zweite Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps in der angegebenen Reihenfolge von der Substratseite aus umfassen, umfasst die zweite Halbleiterschicht eine Vielzahl von Stegstreifenabschnitten, die als Strompfade dienen, Halteabschnitte, die auf beiden Seiten der Stegstreifenabschnitte angeordnet sind und nicht als Strompfade dienen, und Trennrillen, die die Stegstreifenabschnitte sowie die Halteabschnitte trennen, und ist der Rillenabschnitt in den Halteabschnitten vorgesehen.
Da die zweite Halbleiterschicht die Halteabschnitte umfasst, ist es auf diese Weise möglich, die Spannung zu reduzieren, die durch die Konzentration der Belastung auf die Stegstreifenabschnitte verursacht wird, wenn das Halbleiter-Laserelement Gegenstand einer Anbringung mit abwärts gerichteter Verbindung ist.
Weiterhin umfasst ein Aspekt eines Halbleiter-Laserelements gemäß der vorliegenden Offenbarung ein Substrat; und einen Laserarray-Abschnitt, der eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten lichtemittierenden Abschnitten aufweist und über dem Substrat gestapelt ist, wobei ein gestapelter Körper des Substrats und des Laserarray-Abschnitts ein Paar Resonator-Stirnflächen auf gegenüberliegenden Seiten umfasst und ein Rillenabschnitt, der sich von einer unteren Oberfläche des Substrats in das Substrat erstreckt, auf wenigstens einem des Paars von Resonator-Stirnflächen zwischen zwei benachbarten lichtemittierenden Abschnitten aus der Vielzahl von lichtemittierenden Abschnitten vorgesehen ist.
Da der Rillenabschnitt, der von der Unterseite des Substrats bis zur Mitte des Substrats reicht, auf diese Weise ausgebildet ist, wird die Verzerrung durch den Rillenabschnitt geteilt. Aus diesem Grund kann die in dem Substrat erzeugte Verzerrung reduziert werden. Daher ist es möglich, den Verzug in der Anordnungsrichtung der Vielzahl der lichtemittierenden Abschnitte des Substrats zu reduzieren. Wenn die von einer Vielzahl von lichtemittierenden Abschnitten emittierten Laserstrahlen mit einer Linse etc. konzentriert werden, kann dadurch die Verringerung der Kopplungseffizienz aufgrund des Verzugs des Substrats unterdrückt werden.
Darüber hinaus kann in einem Aspekt des Halbleiter-Laserelements gemäß der vorliegenden Offenbarung der Laserarray-Abschnitt eine Teilungsrille enthalten, die zwischen dem Paar von Resonator-Stirnflächen zwischen den beiden benachbarten lichtemittierenden Abschnitten unter der Vielzahl von lichtemittierenden Abschnitten durchgehend ist, wobei der Rillenabschnitt an einer Position vorgesehen ist, die der Teilungsrille auf der Unterseite des Substrats gegenüberliegt.
Auf diese Weise ist es möglich, die Erzeugung von Rissen in den Stegstreifenabschnitten und deren Umgebung sowie das Ausbilden des Rillenabschnitts zu reduzieren, indem der Rillenabschnitt an einer der Teilungsrille zugewandten Stelle, d.h. einer relativ weit von den Stegstreifenabschnitten entfernten Stelle, ausgebildet ist.
Darüber hinaus kann in einem Aspekt des Halbleiter-Laserelements gemäß der vorliegenden Offenbarung der Laserarray-Abschnitt eine erste Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, eine aktive Schicht und eine zweite Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps in der angegebenen Reihenfolge von der Substratseite aus umfassen, umfasst die zweite Halbleiterschicht eine Vielzahl von Stegstreifenabschnitten, die als Strompfade dienen, Halteabschnitte, die auf beiden Seiten der Stegstreifenabschnitte angeordnet sind und nicht als Strompfade dienen, und Trennrillen, die die Stegstreifenabschnitte und die Halteabschnitte trennen, und ist die Trennrille in den Halteabschnitten vorgesehen.
Da die zweite Halbleiterschicht die Halteabschnitte umfasst, ist es auf diese Weise möglich, die Spannung zu reduzieren, die durch die Konzentration der Belastung auf die Stegstreifenabschnitte verursacht wird, wenn das Halbleiter-Laserelement Gegenstand einer Anbringung mit abwärts gerichteter Verbindung ist.
Darüber hinaus kann in einem Aspekt des Halbleiter-Laserelements gemäß der vorliegenden Offenbarung der Rillenabschnitt von einer Oberseite des Laserarray-Abschnitts bis zur Mitte des Substrats reichen.
Da in diesem Fall die aktive Schicht, die die höchste Temperatur haben kann, für jeden Stegstreifenabschnitt getrennt werden kann, können thermische Störungen zwischen zahlreichen Stegstreifenabschnitten weiter unterdrückt werden. Da die Diffusion von Wärme von jedem Stegstreifenabschnitt zu dem Substrat hin unterstützt werden kann, kann die Leistung des Halbleiter-Laserelements erhöht werden.
Darüber hinaus kann in einem Aspekt des Halbleiter-Laserelements nach der vorliegenden Offenbarung die Tiefe eines Abschnitts des Substrats des Rillenabschnitts 2,0 µm oder mehr betragen.
Dadurch können die in dem Substrat erzeugten Verzerrungen zuverlässiger reduziert werden.
VORTEILHAFTE WIRKUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, den Verzug des Halbleiter-Laserelements mit einer Vielzahl von lichtemittierenden Abschnitten zu verringern.
Figurenliste

1 ist eine schematische Außenperspektive, die den Aufbau eines Halbleiter-Laserelements gemäß Ausführungsform 1 zeigt.
2 ist eine schematische Querschnittsansicht und Draufsicht, die den Aufbau des Halbleiter-Laserelements gemäß Ausführungsform 1 zeigt.
3 ist eine schematische Frontansicht, die eine Resonator-Stirnfläche auf der Vorderseite eines Halbleiter-Laserelements eines Vergleichsbeispiels zeigt.
4 ist eine schematische Frontansicht, die eine Resonator-Stirnfläche auf der Vorderseite des Halbleiter-Laserelements gemäß Ausführungsform 1 zeigt.
5A ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen ersten Schritt eines Verfahrens zur Herstellung des Halbleiter-Laserelements gemäß Ausführungsform 1 zeigt.
5B ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen zweiten Schritt des Verfahrens zur Herstellung des Halbleiter-Laserelements gemäß Ausführungsform 1 zeigt.
5C ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen dritten Schritt des Verfahrens zur Herstellung des Halbleiter-Laserelements gemäß Ausführungsform 1 zeigt.
5D ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen vierten Schritt des Verfahrens zur Herstellung des Halbleiter-Laserelements gemäß Ausführungsform 1 zeigt.
5E ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen fünften Schritt des Verfahrens zur Herstellung eines Halbleiter-Laserelements gemäß Ausführungsform 1 zeigt.
5F ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen sechsten Schritt des Verfahrens zur Herstellung des Halbleiter-Laserelements gemäß Ausführungsform 1 zeigt.
5G ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen siebten Schritt des Verfahrens zur Herstellung des Halbleiter-Laserelements gemäß Ausführungsform 1 zeigt.
5H ist eine schematische Draufsicht, die einen Spaltungsschritt des Verfahrens zur Herstellung des Halbleiter-Laserelements gemäß Ausführungsform 1 zeigt.
6 ist eine schematische Querschnittsansicht und Draufsicht, die einen Aufbau eines Halbleiter-Laserelements gemäß einer Variation von Ausführungsform 1 zeigt.
7 ist eine schematische Querschnittsansicht und Draufsicht, die einen Aufbau eines Halbleiter-Laserelements gemäß Ausführungsform 2 zeigt.
8 ist eine schematische Querschnittsansicht und Draufsicht, die einen Aufbau eines Halbleiter-Laserelements gemäß Ausführungsform 3 zeigt.
9A ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen ersten Schritt des Verfahrens zur Herstellung des Halbleiter-Laserelements gemäß Ausführungsform 3 zeigt.
9B ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen zweiten Schritt des Verfahrens zur Herstellung des Halbleiter-Laserelements gemäß Ausführungsform 3 zeigt.
9C ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen dritten Schritt des Verfahrens zur Herstellung des Halbleiter-Laserelements gemäß Ausführungsform 3 zeigt.
9D ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen vierten Schritt des Verfahrens zur Herstellung des Halbleiter-Laserelements gemäß Ausführungsform 3 zeigt.
9E ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen fünften Schritt des Verfahrens zur Herstellung des Halbleiter-Laserelements gemäß Ausführungsform 3 zeigt.
9F ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen sechsten Schritt des Verfahrens zur Herstellung des Halbleiter-Laserelements gemäß Ausführungsform 3 zeigt.
9G ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen siebten Schritt des Verfahrens zur Herstellung des Halbleiter-Laserelements gemäß Ausführungsform 3 zeigt.
9H ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen achten Schritt des Verfahrens zur Herstellung des Halbleiter-Laserelements gemäß Ausführungsform 3 zeigt.
9l ist eine schematische Draufsicht, die einen Spaltungsschritt des Verfahrens zur Herstellung des Halbleiter-Laserelements gemäß Ausführungsform 3 zeigt.
10 ist ein schematisches Diagramm eines Projektors gemäß Ausführungsform 4.
11 ist eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration eines Halbleiter-Laserelements gemäß PTL 1 zeigt.

BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass jede der unten beschriebenen Ausführungsformen ein spezifisches Beispiel für die vorliegende Offenbarung zeigt. Somit sind Zahlenwerte, Formen, Materialien, Bauteile und Anordnungspositionen und Verbindungsformen der in den folgenden Ausführungsformen gezeigten Bauteile lediglich Beispiele und sollen die vorliegende Offenbarung nicht einschränken. Daher sind Bauteile, die nicht in den unabhängigen Ansprüchen beschrieben sind, die das höchste Konzept der vorliegenden Offenbarung unter den Bauteile in den folgenden Ausführungsformen angeben, als willkürliche Bauteile beschrieben.
Darüber hinaus ist jede Zeichnung ein schematisches Diagramm und nicht unbedingt genau dargestellt. Dementsprechend stimmen die Maßstäbe und dergleichen nicht unbedingt in jeder Zeichnung überein. Es wird darauf hingewiesen, dass in jeder Zeichnung im Wesentlichen dieselbe Konfiguration durch dasselbe Bezugszeichen bezeichnet wird und auf redundante Beschreibungen verzichtet wird oder diese vereinfacht werden.
Darüber hinaus werden die Begriffe „oben“ und „unten“ in dieser Beschreibung als Begriffe verwendet, die sich bei der absoluten Raumerkennung nicht auf die Aufwärtsrichtung (vertikal nach oben) und die Abwärtsrichtung (vertikal nach unten) beziehen, sondern durch die relative Positionsbeziehung auf der Grundlage der Stapelreihenfolge in der Stapelkonfiguration definiert sind. Darüber hinaus werden die Begriffe „oben“ und „unten“ nicht nur dann verwendet, wenn zwei Bauteile voneinander beabstandet sind und sich ein weiteres Bauteil zwischen den beiden Bauteile befindet, sondern auch, wenn zwei Bauteile in Kontakt miteinander angeordnet sind.
AUSFÜHRUNGSFORM 1
Es wird ein Halbleiter-Laserelement gemäß Ausführungsform 1 beschrieben.
[Aufbau]
Zunächst wird ein Aufbau des Halbleiter-Laserelements entsprechend der vorliegenden Ausführungsform anhand der Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine schematische Außenperspektive, die den Aufbau des Halbleiter-Laserelements 10 entsprechend der vorliegenden Ausführungsform zeigt. 2 ist eine schematische Querschnittsansicht und Draufsicht, die den Aufbau des Halbleiter-Laserelements 10 entsprechend der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Die Querschnittsansicht (a) von 2 zeigt einen Il-Il-Querschnitt von 1. Die Draufsicht (b) von 2 ist eine Draufsicht in der Nähe der Resonator-Stirnfläche 140f auf der Vorderseite des Halbleiter-Laserelements 10. In der Draufsicht (b) von 2 sind die Isolierschicht 106, die p-Elektrode 107 und die Pad-Elektrode 108 entfernt, um den Aufbau der Halbleiterschicht des Halbleiter-Laserelements 10 zu zeigen.
Das Halbleiter-Laserelement 10 ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Laserarray-Element mit einer Vielzahl von lichtemittierenden Abschnitten 141. Das Halbleiter-Laserelement 10 emittiert einen roten Laserstrahl 150 und wird beispielsweise als Lichtquelle für einen Projektor verwendet. Die Anwendung des Halbleiter-Laserelements 10 ist nicht auf einen Projektor beschränkt. Das Halbleiter-Laserelement 10 kann beispielsweise für eine Laseranzeigeeinrichtung, einen Laserdrucker, eine Laserbearbeitung und dergleichen verwendet werden.
Wie in 1 dargestellt, umfasst das Halbleiter-Laserelement 10 das Substrat 101 und den Laserarray-Abschnitt 11, der eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten lichtemittierenden Abschnitten 141 aufweist und über dem Substrat 101 gestapelt ist. Das Halbleiter-Laserelement 10 umfasst weiterhin die n-Elektrode 109, die auf der Unterseite des Substrats 101 angeordnet ist, wie in der Querschnittsansicht (a) von 2 gezeigt.
Wie in 1 dargestellt, umfasst ein gestapelter Körper aus Substrat 101 und Laserarray-Abschnitt 11 ein Paar Resonator-Stirnflächen 140f und 140r auf gegenüberliegenden Oberflächen. Das Paar Resonator-Stirnflächen 140f und 140r sind vorderseitige und rückseitige Resonatorspiegel des Halbleiter-Laserelements 10. Auf der vorderen Resonator-Stirnfläche 140f ist eine Vielzahl von lichtemittierenden Abschnitten 141 vorgesehen.
In der vorliegenden Ausführungsform beträgt der Abstand zwischen dem Paar der Resonator-Stirnflächen 140f und 140r, d.h. die Resonatorlänge 1,5 mm, wobei jedoch die Resonatorlänge nicht darauf beschränkt ist. Er kann zum Beispiel 1,2 mm oder mehr und 4 mm oder weniger betragen.
Wie in 1 gezeigt, ist der Rillenabschnitt 133, der die Mitte des Substrats 101 von dem Laserarray-Abschnitt 11 aus erreicht, auf wenigstens einer der beiden Resonator-Stirnflächen 140f und 140r zwischen zwei benachbarten lichtemittierenden Abschnitten 141 aus der Vielzahl der lichtemittierenden Abschnitte 141 des Laserarray-Abschnitts 11 ausgebildet.
Darüber hinaus umfasst der Laserarray-Abschnitt 11 eine Teilungsrille 132, die zwischen dem Paar von Resonator-Stirnflächen 140f und 140r zwischen zwei benachbarten lichtemittierenden Abschnitten 141 aus der Vielzahl der lichtemittierenden Abschnitte 141 in der vorliegenden Ausführungsform durchgehend ist. Der Rillenabschnitt 133 ist auf der Bodenfläche 132b der Teilungsrille 132 ausgebildet, wie in der Querschnittsansicht (a) von 2 gezeigt. Darüber hinaus ist die Seitenwand 133s des Rillenabschnitts 133 innerhalb der Teilungsrille 132 von der Seitenwand 132s der Teilungsrille 132 angeordnet. Die Funktionsweise und Wirkung von Rillenabschnitt 133 und Teilungsrille 132 wird später beschrieben.
Das Substrat 101 ist ein Basismaterial des Halbleiter-Laserelements 10. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Substrat 101 ein GaAs-Substrat mit einer Dicke von 100 µm. Es wird darauf hingewiesen, dass die Dicke des Substrats 101 nicht auf 100 µm begrenzt ist und beispielsweise 50 µm oder mehr und 120 µm oder weniger betragen kann.
In dem in 1 gezeigten Beispiel hat der Laserarray-Abschnitt 11 fünf lichtemittierende Abschnitte 141, die in einer Linie angeordnet sind. Es wird darauf hingewiesen, dass die Anzahl der lichtemittierenden Abschnitte 141 nur mehrzahlig sein muss und nur entsprechend der für das Halbleiter-Laserelement 10 erforderlichen Lichtleistung angemessen bestimmt werden muss. Der Laserarray-Abschnitt 11 umfasst eine erste Halbleiterschicht vom ersten Leitungstyp, die aktive Schicht 103, und eine zweite Halbleiterschicht vom zweiten Leitungstyp in der angegebenen Reihenfolge von der Seite des Substrats 101 aus. Der Laserarray-Abschnitt 11 umfasst weiterhin die Isolierschicht 106, die p-Elektrode 107 und die Pad-Elektrode 108.
Die erste Halbleiterschicht ist eine Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps und ist über dem Substrat 101 angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform ist die n-seitige Mantelschicht 102 in der ersten Halbleiterschicht enthalten.
Die zweite Halbleiterschicht ist eine Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps, der sich von dem ersten Leitfähigkeitstyp unterscheidet, und ist über der aktiven Schicht 103 angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst die zweite Halbleiterschicht die p-seitige Mantelschicht 104 und die p-seitige Kontaktschicht 105.
Wie in 2 dargestellt, umfasst die zweite Halbleiterschicht (d.h. die p-seitige Mantelschicht 104 und die p-seitige Kontaktschicht 105) eine Vielzahl von Stegstreifenabschnitten 120, die als Strompfade dienen, und Halteabschnitte 122, die auf beiden Seiten der Stegstreifenabschnitte 120 angeordnet sind und nicht als Strompfade dienen. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Teilungsrille 132 in den Halteabschnitten 122 ausgebildet. Durch Vorsehen derartiger Halteabschnitte 122 ist es möglich, die Spannung zu reduzieren, die durch die Konzentration der Last auf die Stegstreifenabschnitte 120 verursacht wird, wenn das Halbleiter-Laserelement 10 Gegenstand einer Anbringung mit abwärts gerichteter Verbindung ist.
In der vorliegenden Ausführungsform beträgt die Breite des Stegstreifenabschnitts 120 20 µm. Es wird darauf hingewiesen, dass die Breite des Stegstreifenabschnitts 120 nicht darauf beschränkt ist und beispielsweise 5 µm oder mehr und 50 µm oder weniger betragen kann.
Die Höhe der Oberseite des Halteabschnitts 122 von dem Substrat 101 ist gleich der Höhe der Oberseite des Stegstreifenabschnitts 120 von dem Substrat 101. Wenn das Halbleiter-Laserelement 10 Gegenstand einer Anbringung mit abwärts gerichteter Verbindung ist, kann die Spannung, die durch die Konzentration der Last auf den Stegstreifenabschnitt 120 verursacht wird, zuverlässiger reduziert werden. Es wird darauf hingewiesen, dass hier die Konfiguration, die in der Beschreibung angegeben ist, bei der die Höhe der Oberseite des Halteabschnitts 122 von dem Substrat 101 gleich der Höhe der Oberseite des Stegstreifenabschnitts 120 von dem Substrat 101 ist, nicht nur eine Konfiguration, bei der diese Höhen vollständig gleich sind, sondern auch eine Konfiguration umfasst, bei der diese Höhen im Wesentlichen gleich sind. Zum Beispiel ist eine Konfiguration enthalten, bei der diese Höhen einen Fehler von etwa 10% oder weniger der Dicke der zweiten Halbleiterschicht aufweisen.
In der vorliegenden Ausführungsform beträgt die Breite des Halteabschnitts 122 115 µm. Es wird darauf hingewiesen, dass die Breite des Halteabschnitts 122 nicht darauf beschränkt ist und 30 µm oder mehr und 200 µm oder weniger betragen kann. Durch die Einstellung der Breite auf 30 µm oder mehr ist es möglich, die Spannung, die in den Stegstreifenabschnitten 120 erzeugt wird, wenn das Halbleiter-Laserelement 10 Gegenstand einer Anbringung mit abwärts gerichteter Verbindung ist, zuverlässig zu reduzieren. Da außerdem der Abstand zwischen benachbarten lichtemittierenden Abschnitten 141 durch die Einstellung der Breite auf 200 µm oder weniger reduziert werden kann, kann die Kopplung der Laserstrahlen, die von der Vielzahl der lichtemittierenden Abschnitte 141 ausgegeben wird, vereinfacht werden.
Die zweite Halbleiterschicht umfasst zudem Trennrillen 131, die die Stegstreifenabschnitte 120 und die Halteabschnitte 122 voneinander trennen. Strom und Licht können in den Stegstreifenabschnitten 120 durch Trennrillen 131 eingegrenzt werden. In der vorliegenden Ausführungsform beträgt die Breite und Tiefe der Trennrillen 131 10 µm bzw. 1 µm. Es wird darauf hingewiesen, dass die Konfiguration der Trennrillen 131 nicht darauf beschränkt ist. Die Breite der Trennrillen 131 kann 5 µm oder mehr und 30 µm oder weniger betragen. Außerdem kann die Tiefe der Trennrillen 131 0,4 µm oder mehr und eine Tiefe, die die aktive Schicht 103 nicht erreicht, betragen. Wenn die Dicke der zweiten Halbleiterschicht größer als 2,0 µm ist, kann die Tiefe der Trennrillen 131 2,0 µm oder weniger betragen.
Die N-seitige Mantelschicht 102 ist eine in der ersten Halbleiterschicht enthaltene Mantelschicht und in der vorliegenden Ausführungsform eine Schicht aus n-(Al_0.4Ga_0.6)_0.5In_0.5P mit einer Dicke von 2 µm. Es wird darauf hingewiesen, dass die Konfiguration der n-seitigen Mantelschicht 102 nicht darauf beschränkt ist. Die Dicke der n-seitigen Mantelschicht 102 kann 1,2 µm oder mehr betragen, und die Zusammensetzung kann n-(Al_xGa_1-x)1-_yIn_yP (0<x <1, 0<y<1) sein.
Die aktive Schicht 103 ist eine lichtemittierende Schicht, die über der ersten Halbleiterschicht angeordnet ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist die aktive Schicht 103 eine Quantentopf-Aktivschicht, bei der abwechselnd Topfschichten aus GaInP und Barriereschichten aus (Al_0,5Ga_0,5)_0,5In_0,5P gestapelt sind und über zwei Topfschichten verfügt. Durch die Bereitstellung einer derartigen aktiven Schicht 103 kann das Halbleiter-Laserelement 10 einen roten Laserstrahl mit einer Wellenlänge von etwa 660 nm aussenden. Die Konfiguration der aktiven Schicht 103 ist nicht darauf beschränkt, wobei sie lediglich eine aktive Quanten-Topfschicht sein muss, in der Topfschichten aus GaInP und Barriereschichten aus (Al_xGa_1-x)_1-yIn_yP (0<x<1, 0<y<1) abwechselnd gestapelt sind. Es wird darauf hingewiesen, dass die aktive Schicht 103 eine Führungsschicht enthalten kann, die wenigstens über oder unter der aktiven Schicht des Quantentopfes ausgebildet ist. Ein Bereich, der als Strompfad in der aktiven Schicht 103 dient, d.h. ein Bereich unterhalb des Stegstreifenabschnitts 120, emittiert Licht. Daher bildet ein Bereich unterhalb des Stegstreifenabschnitts 120 in den Seitenflächen der aktiven Schicht 103 auf der Stirnseite des Resonators 140f einen lichtemittierenden Abschnitt 141.
Die p-seitige Mantelschicht 104 ist eine in der zweiten Halbleiterschicht enthaltene Mantelschicht und in der vorliegenden Ausführungsform eine Schicht aus p-(Al_0.4Ga_0.6)_0.5In_0.5P mit einer Dicke von 1 µm. Es wird darauf hingewiesen, dass die Konfiguration der p-seitigen Mantelschicht 104 nicht darauf beschränkt ist. Die Dicke der p-seitigen Mantelschicht 104 kann 0,6 µm oder mehr und 1,8 µm oder weniger betragen, wobei die Zusammensetzung p-(Al_xGa_1-x)_1-yIn_yP (0<x<1, 0<y<1) sein kann.
Die p-seitige Kontaktschicht 105 ist eine in der zweiten Halbleiterschicht enthaltene Kontaktschicht, die über der p-seitigen Mantelschicht 104 angeordnet ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist die p-seitige Kontaktschicht 105 eine Schicht aus p-GaAs mit einer Dicke von 0,4 µm. Es wird darauf hingewiesen, dass die Konfiguration der p-Seite der Kontaktschicht 105 nicht darauf beschränkt ist. Die Dicke der p-Seite der Kontaktschicht 105 kann 0,1 µm oder mehr und 0,8 µm oder weniger betragen.
Die Isolierschicht 106 ist eine Schicht, die eine Isolierung zwischen der Pad-Elektrode 108, die über der zweiten Halbleiterelektrode angeordnet ist, und der zweiten Halbleiterschicht herstellt. Die Isolierschicht 106 ist auch auf den Rillenabschnitten 133, den Teilungsrillen 132 und den Trennrillen 131 angeordnet. Zusätzlich hat die Isolierschicht 106 Öffnungen zur Kontaktierung der p-seitigen Kontaktschicht 105 mit der p-Elektrode über dem Stegstreifenabschnitt 120. Es wird darauf hingewiesen, dass die Öffnungen der Isolierschicht 106 eine Schlitzform haben können. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Isolierschicht 106 eine Schicht aus SiO2 mit einer Dicke von 700 nm. Es wird darauf hingewiesen, dass die Konfiguration der Isolierschicht 106 nicht darauf beschränkt ist. Die Dicke der Isolierschicht 106 kann 100 nm oder mehr und 1.000 nm oder weniger betragen.
Die p-Elektrode 107 ist eine Elektrode, die über der p-seitigen Kontaktschicht 105 und in ohmschem Kontakt mit der p-seitigen Kontaktschicht 105 angeordnet ist. Die p-Elektrode 107 ist über dem Stegstreifenabschnitt 120 angeordnet. Das heißt, die p-Elektrode 107 ist in der Öffnung der Isolierschicht 106 angeordnet. Es wird darauf hingewiesen, dass die p-Elektrode 107 auch über der Isolierschicht 106 angeordnet sein kann. Die p-Elektrode 107 ist an der Öffnung der Isolierschicht 106 in Kontakt mit der p-Seite der Kontaktschicht 105. In der vorliegenden Ausführungsform ist die p-Elektrode 107 ein gestapelter Film, in dem Cr, Pt und Au in der angegebenen Reihenfolge von der Seite der p-Seite der Kontaktschicht 105 aus gestapelt sind. Die Konfiguration der p-Elektrode 107 ist nicht darauf beschränkt. Die p-Elektrode 107 kann zum Beispiel ein Einschichtfilm oder ein Mehrschichtfilm sein, der aus wenigstens einem der Elemente Cr, Ti, Ni, Pd, Pt und Au besteht.
Die Pad-Elektrode 108 ist eine kissenartige Elektrode, die über der p-Elektrode 107 angeordnet ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Pad-Elektrode 108 ein gestapelter Film, in dem Ti und Au in der angegebenen Reihenfolge von der Seite der p-Elektrode 107 aus gestapelt sind, und ist über dem Stegstreifenabschnitt 120 und dem Halteabschnitt 122 angeordnet. Die Konfiguration der Pad-Elektrode 108 ist nicht darauf beschränkt. Die Pad-Elektrode 108 kann beispielsweise ein gestapelter Film aus Ti, Pt und Au, Ni und Au und ähnlichem sein.
Die n-Elektrode 109 ist eine Elektrode, die unter dem Substrat 101 angeordnet ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist die n-Elektrode 109 ein gestapelter Film, in dem eine AuGeNi-Legierung und Au in der angegebenen Reihenfolge von der Seite des Substrats 101 aus gestapelt sind. Die Konfiguration der n-Elektrode 109 ist nicht darauf beschränkt. Die n-Elektrode 109 kann aus beliebigen anderen leitenden Materialien ausgebildet sein.
[Funktionsweise und Wirkung]
Die Funktionsweise und Wirkung des Halbleiter-Laserelements 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird anhand der Zeichnungen im Vergleich mit einem Vergleichsbeispiel beschrieben. 3 ist eine schematische Frontansicht, die die vordere Resonator-Stirnfläche 940f des Halbleiter-Laserelements 900 des Vergleichsbeispiels zeigt. 4 ist eine schematische Vorderansicht, die die Stirnseite des Resonators 140f des Halbleiter-Laserelements 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
Das Halbleiter-Laserelement 900 des in 3 gezeigten Vergleichsbeispiels unterscheidet sich von dem Halbleiter-Laserelement 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform dadurch, dass das Halbleiter-Laserelement 900 keine Rillenabschnitte 133 umfasst, und ist in anderen Punkten identisch.
Da das Halbleiter-Laserelement 900 des Vergleichsbeispiels eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten lichtemittierenden Abschnitten 941 hat, ist die Größe der Vielzahl von lichtemittierenden Abschnitten 941 in der Anordnungsrichtung (mit anderen Worten, der Richtung senkrecht zur Resonanzrichtung) größer als die Größe des Halbleiter-Laserelements mit einem einzigen lichtemittierenden Abschnitt. Aus diesem Grund nimmt der Einfluss der in dem Substrat erzeugten Verzerrung in dem Halbleiter-Laserelement 900 zu, wobei sich die Verformung in der Anordnungsrichtung der Vielzahl von lichtemittierenden Abschnitten 941, wie in 3 gezeigt, erhöht.
Da andererseits der Rillenabschnitt 133, der von dem Laserarray-Abschnitt 11 bis zur Mitte des Substrats 101 reicht, in dem Halbleiter-Laserelement 10 entsprechend der vorliegenden Ausführungsform wie oben beschrieben ausgebildet ist, wird die Verzerrung durch den Rillenabschnitt 133 geteilt. Aus diesem Grund kann die in dem Substrat 101 erzeugte Verzerrung reduziert werden. Daher ist es möglich, den Verzug in der Anordnungsrichtung der Vielzahl von lichtemittierenden Abschnitten 141 des Substrats 101 zu reduzieren, wie es in 4 dargestellt ist. Wenn die von den zahlreichen lichtemittierenden Abschnitten 141 emittierten Laserstrahlen mit einer Linse etc. konzentriert werden, kann dadurch die Verringerung der Kopplungseffizienz aufgrund des Verzugs des Substrats 101 unterdrückt werden.
Da der Rillenabschnitt 133 auf wenigstens einer der beiden Resonator-Stirnflächen 140f und 140r angeordnet ist, wird es außerdem möglich, die Gitterfehlanpassungs-Verzerrung, die durch die Gitterkonstantendifferenz zwischen der ersten Halbleiterschicht und dem Substrat 101 verursacht wird, sowie die thermische Verzerrung, die durch den Unterschied im thermischen Ausdehnungskoeffizienten verursacht wird, zu reduzieren. Aus diesem Grund wird es möglich, die Verzerrung in der aktiven Schicht 103 zu verringern, die Polarisationseigenschaften des Halbleiter-Laserelements 10 zu verbessern und ein Halbleiter-Laserelement 10 mit einem guten Polarisationsverhältnis zu realisieren, bei dem der TE-Modus dominiert.
In der vorliegenden Ausführungsform beträgt die Tiefe des Abschnitts des Substrats 101 in dem Rillenabschnitt 133 10 µm, wobei jedoch die Tiefe nicht darauf beschränkt ist. Die Tiefe kann 2,0 µm oder mehr betragen. Dadurch kann die oben beschriebene Wirkung zuverlässig erreicht werden. Außerdem kann die Tiefe kleiner als die Dicke des Substrats 10 um 120 µm oder mehr sein. Da die Dicke des Substrats 101 normalerweise 50 µm oder mehr und 120 µm oder weniger beträgt, kann die Tiefe 100 µm oder weniger betragen. Dadurch kann die Festigkeit des Substrats 101 gewährleistet werden.
Darüber hinaus beträgt die Länge der Rille 133 in Resonanzrichtung in der vorliegenden Ausführungsform 5 µm, die Länge ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Länge kann 1 µm oder mehr betragen. Dadurch kann die oben beschriebene Wirkung zuverlässig erreicht werden. Außerdem kann die Länge weniger als die Hälfte der Resonatorlänge betragen. Das heißt, der Rillenabschnitt 133 darf zwischen den beiden Resonator-Stirnflächen 140f und 140r nicht durchgängig sein. Dadurch kann die Festigkeit des Substrats 101 gewährleistet werden. Außerdem darf die Länge 30 µm oder weniger betragen. Dadurch kann die Festigkeit des Substrats 101 noch zuverlässiger gewährleistet werden.
In der gegenwärtigen Ausführungsform beträgt die Breite des Rillenabschnitts 133 10 µm, wobei jedoch die Breite nicht darauf beschränkt ist. Die Breite kann 1 µm oder mehr betragen. Dadurch kann die oben beschriebene Wirkung zuverlässig erzielt werden. Zusätzlich kann die Breite 30 µm oder weniger betragen. Dadurch kann die Festigkeit des Substrats 101 gewährleistet werden.
Zudem umfasst das Halbleiter-Laserelement 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Teilungsrille 132, die zwischen dem Paar Resonator-Stirnflächen 140f und 140r zwischen benachbarten lichtemittierenden Abschnitten 141 durchgehend ist. Dadurch können thermische Interferenzen zwischen der Vielzahl der Stegstreifenabschnitte 120 (d.h. zwischen der Vielzahl der lichtemittierenden Abschnitte 141) unterdrückt werden. In der vorliegenden Ausführungsform erreicht die Teilungsrille 132 eine Mitte der ersten Halbleiterschicht von der Oberseite des Laserarray-Abschnitts 11 über die zweite Halbleiterschicht und die aktive Schicht 103 hinaus. Da in diesem Fall die aktive Schicht 103, die die höchste Temperatur erreichen kann, für jeden Stegstreifenabschnitt 120 getrennt werden kann, können thermische Interferenzen zwischen der Vielzahl von Stegstreifenabschnitten 120 weiter unterdrückt werden. Da dadurch die Diffusion von Wärme von jedem Stegstreifenabschnitt 120 in Richtung Substrat 101 gefördert werden kann, kann die Leistung des Halbleiter-Laserelements 10 erhöht werden.
Zusätzlich ist der Rillenabschnitt 133 auf der Bodenfläche 132b der Teilungsrille 132 in der vorliegenden Ausführungsform ausgebildet. Dadurch kann der bei der Ausbildung des Rillenabschnitts 133 erforderliche Ätzumfang im Vergleich zu dem Fall, dass der Rillenabschnitt 133 an einer anderen Stelle als die Teilungsrille 132 ausgebildet wird, reduziert werden.
In der vorliegenden Ausführungsform beträgt die Tiefe der Teilungsrille 132 2,5 µm, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Tiefe der Teilungsrille 132 kann 2,0 µm oder mehr betragen. Dadurch kann die thermische Entstörungswirkung erreicht werden. Die Teilungsrille 132 sollte das Substrat 101 nicht erreichen. Alternativ kann die Tiefe der Teilungsrille 132 4,0 µm oder weniger betragen. Dadurch ist es möglich, das Auftreten von Rissen zu unterdrücken, wenn eine Belastung auf das Halbleiter-Laserelement 10 zum Zeitpunkt der Montage ausgeübt wird.
In der gegenwärtigen Ausführungsform beträgt die Breite der Teilungsrille 132 30 µm, ist aber nicht darauf beschränkt. Die Breite der Teilungsrille 132 kann 10 µm oder mehr und 100 µm oder weniger betragen. Durch die Einstellung der Breite der Teilungsrille 132 auf 10 µm oder mehr können thermische Störungen zwischen der Vielzahl der Stegstreifenabschnitte 120 zuverlässig unterdrückt werden. Da der Abstand zwischen benachbarten lichtemittierenden Abschnitten 141 durch Einstellung der Breite der Teilungsrille 132 auf 100 µm oder weniger reduziert werden kann, kann die Kopplung von Laserstrahlen, die von der Vielzahl der lichtemittierenden Abschnitte 141 ausgegeben werden, erleichtert werden. Außerdem kann eine Verringerung der Stärke des Halbleiter-Laserelements 10 aufgrund der Teilungsrille 132 unterdrückt werden.
[Herstellungsverfahren]
Ein Verfahren zur Herstellung des Halbleiter-Laserelements 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird anhand der Zeichnungen beschrieben. 5A bis 5G sind schematische Querschnittsansichten, die die jeweiligen Schritte des Verfahrens zur Herstellung des Halbleiter-Laserelements 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigen. 5A bis 5G zeigen einen Querschnitt, der dem von 2 des Halbleiter-Laserelements 10 ähnlich ist. 5H ist eine schematische Draufsicht, die einen Spaltungsschritt bei dem Verfahren zur Herstellung des Halbleiter-Laserelements 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. In 5H sind die Isolierschicht 106, die p-Elektrode 107 und die Pad-Elektrode 108 entfernt, um den Aufbau der Halbleiterschicht des Halbleiter-Laserelements 10 zu zeigen.
Wie in 5A dargestellt, wird zunächst das Substrat 101 vorbereitet und eine erste Halbleiterschicht, die aktive Schicht 103 und eine zweite Halbleiterschicht in der angegebenen Reihenfolge gestapelt. In der vorliegenden Ausführungsform werden die n-seitige Mantelschicht 102, die aktive Schicht 103, die p-seitige Mantelschicht 104 und die p-seitige Kontaktschicht 105 in der angegebenen Reihenfolge auf das Substrat 101 gestapelt. In der vorliegenden Ausführungsform wird jede Schicht durch metallorganische chemische Gasphasenabscheidung (MOCVD) abgeschieden.
Als nächstes werden, wie in 5B gezeigt, die Teilungsrille 132 und der Rillenabschnitt 133 ausgebildet. Konkret wird zunächst die Teilungsrille 132 an einer Position ausgebildet, die im wesentlichen der Mitte der benachbarten lichtemittierenden Abschnitte 141 entspricht, und zwar durch ein Nassätzverfahren, ein Trockenätzverfahren oder dergleichen. Die Teilungsrille 132 wird kontinuierlich, d.h. ohne Unterbrechung, entlang der Resonanzrichtung des Halbleiter-Laserelements 10 ausgebildet. Anschließend wird der Rillenabschnitt 133 auf der Bodenfläche 132b der Teilungsrille 132 durch ein Nassätzverfahren, ein Trockenätzverfahren oder dergleichen ausgebildet. Der Rillenabschnitt 133 wird an einer Position ausgebildet, die den Resonator-Stirnflächen 140f und 140r des Halbleiter-Laserelements 10 entspricht. Da die Ätztiefe durch das Ausbilden des Rillenabschnitts 133 auf der Bodenfläche 132b der Teilungsrille 132 im Vergleich zu dem Fall des Ausbildens des Rillenabschnitts 133 von der Oberseite der zweiten Halbleiterschicht verringert werden kann, kann der für das Ausbilden des Rillenabschnitts 133 erforderliche Ätzumfang reduziert werden.
Darüber hinaus ist die Seitenwand 133s des Rillenabschnitts 133 innerhalb der Teilungsrille 132 von der Seitenwand 132s der Teilungsrille 132 angeordnet. Ein derartiger Rillenabschnitt 133 lässt sich leicht durch Ätzen des Mittelabschnitts in Breitenrichtung der Bodenfläche 132b der Teilungsrille 132 ausbilden.
Als nächstes werden, wie in 5C gezeigt, Trennrillen 131 durch ein Nassätzverfahren, ein Trockenätzverfahren oder dergleichen ausgebildet. Zwei Trennrillen 131 werden zwischen jedem benachbarten Paar Trennrillen 132 ausgebildet. Der Abschnitt zwischen zwei Trennrillen 131 der zweiten Halbleiterschicht (p-seitige Mantelschicht 104 und p-seitige Kontaktschicht 105 in der vorliegenden Ausführungsform) wird zum Stegstreifenabschnitt 120, und der Abschnitt zwischen Trennrille 131 und Teilungsrille 132 wird zum Halteabschnitt 122.
Als nächstes wird, wie in 5D gezeigt, die Isolierschicht 106 durch ein Plasma-CVD-Verfahren oder dergleichen ausgebildet. Die Isolierschicht 106 wird auf der gesamten Oberfläche über dem Substrat 101 ausgebildet, d.h. auf der zweiten Halbleiterschicht, den Trennrillen 131, den Teilungsrillen 132 und den Rillenabschnitten 133.
Als nächstes werden, wie in 5E gezeigt, Öffnungen in der Isolierschicht 106 und die p-Elektrode 107 in der Öffnung ausgebildet. Zuerst werden Öffnungen ausgebildet, indem ein Abschnitt der Isolierschicht 106 über den Stegstreifenabschnitten 120 durch ein Nassätzverfahren oder dergleichen entfernt wird. Als Ergebnis wird die p-Seite der KontaktSchicht 105 in der Öffnung freigelegt. Anschließend wird die p-Elektrode 107 auf der p-Seite der Kontaktschicht 105 in der Öffnung durch Vakuumabscheidung oder dergleichen ausgebildet. Es wird darauf hingewiesen, dass die p-Elektrode 107 auch über der Isolierschicht 106 ausgebildet werden kann.
Als nächstes werden, wie in 5F gezeigt, die Pad-Elektroden 108 über der zweiten Halbleiterschicht durch Vakuumabscheidung oder dergleichen ausgebildet. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Pad-Elektrode 108 auf dem Stegstreifenabschnitt 120 ausgebildet, um die p-Elektrode 107 zu bedecken. Es wird darauf hingewiesen, dass die Pad-Elektrode 108 auch über den Trennrillen 131 und den Halteabschnitten 122 ausgebildet werden kann, wie in 5F dargestellt.
Als nächstes werden, wie in 5G gezeigt, n-Elektroden 109 auf der Unterseite des Substrats 101 durch Vakuumabscheidung oder dergleichen ausgebildet. Die n-Elektrode 109 wird an einer Position ausgebildet, die der Rückseite des Stegstreifenabschnitts 120 auf der Unterseite des Substrats 101 entspricht.
Als nächstes werden, wie in 5H gezeigt, die Resonator-Stirnflächen 140f und 140r durch Spaltung ausgebildet. Konkret wird ein Kratzer, der als Spaltungsstartpunkt dient, an einer Position ausgebildet, die den Resonator-Stirnflächen 140f und 140r des Substrats 101 entspricht, und wird das Substrat 101 gespalten, während die Klingenspitze auf den Kratzer aufgebracht wird. In 5H ist der Abstand zwischen den Resonator-Stirnflächen 140f und 140r, d.h. die Resonatorlänge L, dargestellt. Es wird darauf hingewiesen, dass ein reflektierender Film, wie beispielsweise ein dielektrischer Mehrschichtfilm, auf den Resonator-Stirnflächen 140f und 140r ausgebildet werden kann.
Das Halbleiter-Laserelement 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann durch die oben beschriebenen Schritte hergestellt werden. Es wird darauf hingewiesen, dass bei dem oben beschriebenen Herstellungsverfahren die Rillenabschnitte 133 ausgebildet werden, bevor die Isolierschicht 106 und dergleichen gestapelt wird, wobei jedoch die Rillenabschnitte 133 ausgebildet werden können, nachdem die Pad-Elektroden 108 und die n-Elektroden 109 mit einer Laser-Schreibvorrichtung oder dergleichen ausgebildet wurden.
[Variation]
Es wird ein Halbleiter-Laserelement gemäß einer Variation der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Im obigen Beispiel ist ein Material auf AlGaInP-Basis als Halbleiter-Laserelement 10 gezeigt, wobei das für das Halbleiter-Laserelement gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendete Material nicht darauf beschränkt ist und GaN, GaAs oder dergleichen verwendet werden kann. Nachfolgend wird eine Konfiguration mit einem GaN-basierten Material als Halbleiter-Laserelement entsprechend einer Variation der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei der Schwerpunkt auf den oben beschriebenen Unterschieden zum Halbleiter-Laserelement 10 liegt.
6 ist eine schematische Querschnittsansicht und Draufsicht, die einen Aufbau des Halbleiter-Laserelements 210 entsprechend der vorliegenden Variante zeigt. Die Querschnittsansicht (a) von 6 zeigt einen Querschnitt des Halbleiter-Laserelements 210 ähnlich der Querschnittsansicht (a) von 2. Die Draufsicht (b) von 6 ist eine Draufsicht in der Nähe der Stirnseite des Resonators 240f des Halbleiter-Laserelements 210. In der Draufsicht (b) von 6 sind die Isolierschicht 206, die p-Elektrode 207 und die Pad-Elektrode 208 entfernt, um den Aufbau der Halbleiterschicht des Halbleiter-Laserelements 210 zu zeigen.
Das Halbleiter-Laserelement 210 ist nach der vorliegenden Variante ein Laserarray-Element mit einer Vielzahl von lichtemittierenden Abschnitten 241. Das Halbleiter-Laserelement 210 emittiert einen blauen Laserstrahl 250.
Wie in 6 dargestellt, umfasst das Halbleiter-Laserelement 210 das Substrat 201 und den Laserarray-Abschnitt 211, der eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten lichtemittierenden Abschnitten 241 aufweist und über dem Substrat 201 gestapelt ist. Das Halbleiter-Laserelement 210 umfasst weiterhin die n-Elektrode 209, die auf der Unterseite des Substrats 201 angeordnet ist, wie es in der Querschnittsansicht (a) von 6 gezeigt ist.
Der gestapelte Körper aus Substrat 201 und Laserarray-Abschnitt 211 umfasst ein Paar Resonator-Stirnflächen auf den gegenüberliegenden Oberflächen, ähnlich dem oben beschriebenen Halbleiter-Laserelement 10. Die Vielzahl der lichtemittierenden Abschnitte 241 ist auf der Stirnseite der Resonator-Stirnfläche 240f vorgesehen.
In der vorliegenden Variante beträgt der Abstand zwischen den beiden Resonator-Stirnflächen, d.h. die Resonatorlänge 1,2 mm, wobei jedoch die Resonatorlänge nicht darauf beschränkt ist. Sie kann beispielsweise 0,8 mm oder mehr und 4 mm oder weniger betragen.
Ähnlich wie bei dem Halbleiter-Laserelement 10 wird der Rillenabschnitt 233, der die Mitte des Substrats 201 von dem Laserarray-Abschnitt 211 auf wenigstens einer der beiden Resonator-Stirnflächen erreicht, zwischen den beiden benachbarten lichtemittierenden Abschnitten 241 aus der Vielzahl der lichtemittierenden Abschnitte 241 des Laserarray-Abschnitts 211 ausgebildet.
Zusätzlich umfasst der Laserarray-Abschnitt 211 eine Teilungsrille 232, die zwischen einem Paar Resonator-Stirnflächen zwischen zwei benachbarten lichtemittierenden Abschnitten 241 durchgehend ist, wobei der Rillenabschnitt 233 auf der Bodenfläche 232b der Teilungsrille 232 ausgebildet ist. Außerdem ist die Seitenwand 233s des Rillenabschnitts 233 innerhalb der Teilungsrille 232 von der Seitenwand 232s der Teilungsrille 232 angeordnet.
Bei der vorliegenden Variante beträgt die Tiefe der Teilungsrille 232 1 µm, ist aber nicht darauf beschränkt. Die Tiefe der Teilungsrille 232 kann 0,8 µm oder mehr betragen. Dadurch kann der thermische Entstörungseffekt erreicht werden. Die Teilungsrille 232 darf das Substrat 201 nicht erreichen. Alternativ kann die Tiefe der Teilungsrille 132 3,0 µm oder weniger betragen. Dadurch ist es möglich, das Auftreten von Rissen zu unterdrücken, wenn eine Last auf das Halbleiter-Laserelement 210 zum Zeitpunkt der Montage aufgebracht wird.
Bei der vorliegenden Variante beträgt die Breite der Teilungsrille 232 30 µm, ist aber nicht darauf beschränkt. Die Breite der Teilungsrille 232 kann 10 µm oder mehr und 100 µm oder weniger betragen. Durch Einstellung der Breite der Teilungsrille 232 auf 10 µm oder mehr können thermische Störungen zwischen den zahlreichen Stegstreifenabschnitten 220 zuverlässig unterdrückt werden. Da der Abstand zwischen benachbarten lichtemittierenden Abschnitten 241 durch Einstellen der Breite der Teilungsrille 232 auf 100 µm oder weniger verringert werden kann, kann die Kopplung der von den zahlreichen lichtemittierenden Abschnitten 241 ausgegebenen Laserstrahlen erleichtert und die Abnahme der Stärke des Halbleiter-Laserelements 210 unterdrückt werden.
In der vorliegenden Variante beträgt die Tiefe des Abschnitts des Substrats 201 in dem Rillenabschnitt 233 10 µm, wobei jedoch die Tiefe nicht darauf beschränkt ist. Die Tiefe kann 2,0 µm oder mehr betragen. Darüber hinaus kann die Tiefe um 20 µm oder mehr kleiner als die Dicke des Substrats 201 sein. Da die Dicke des Substrats 201 normalerweise 50 µm oder mehr und 120 µm oder weniger beträgt, kann die Tiefe 100 µm oder weniger betragen.
Das Substrat 201 ist ein GaN-Einkristallsubstrat mit einer Dicke von 100 µm. Es wird darauf hingewiesen, dass die Dicke des Substrats 201 nicht auf 100 µm begrenzt ist und beispielsweise 50 µm oder mehr und 120 µm oder weniger betragen kann. Darüber hinaus ist das Material, aus dem das Substrat 201 besteht, nicht auf GaN-Einkristall beschränkt und kann aus Saphir, SiC oder ähnlichem bestehen.
Der Laserarray-Abschnitt 211 umfasst eine erste Halbleiterschicht des ersten Leitungstyps, die aktive Schicht 203, und eine zweite Halbleiterschicht des zweiten Leitungstyps in der angegebenen Reihenfolge von der Seite des Substrats 201 aus. Der Laserarray-Abschnitt 211 umfasst weiterhin die Isolierschicht 206, die p-Elektrode 207 und die Pad-Elektrode 208.
Bei der vorliegenden Variante umfasst die erste Halbleiterschicht die n-seitige Mantelschicht 202, und die zweite Halbleiterschicht umfasst die p-seitige Mantelschicht 204 und die p-seitige Kontaktschicht 205.
Die zweite Halbleiterschicht (d.h. die p-seitige Mantelschicht 204 und die p-seitige Kontaktschicht 205) umfasst eine Vielzahl von Stegstreifenabschnitten 220, die als Strompfade dienen, und Halteabschnitte 222, die auf beiden Seiten der Stegstreifenabschnitte 220 angeordnet sind und nicht als Strompfade dienen, wie in 6 dargestellt. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Teilungsrille 232 in dem Halteabschnitt 222 ausgebildet.
Die Höhe der Oberseite des Halteabschnitts 222 von dem Substrat 201 ist gleich der Höhe der Oberseite des Stegstreifenabschnitts 220 von dem Substrat 201.
Die zweite Halbleiterschicht umfasst außerdem Trennrillen 231, die die Stegstreifenabschnitte 220 und die Halteabschnitte 222 voneinander trennen. In der vorliegenden Variante betragen die Breite und Tiefe der Trennrillen 231 10 µm bzw. 0,5 µm. Es wird darauf hingewiesen, dass die Konfiguration der Trennrillen 231 nicht darauf beschränkt ist. Die Breite der Trennrillen 231 kann 5 µm oder mehr und 30 µm oder weniger betragen. Außerdem kann die Tiefe der Trennrillen 231 0,1 µm oder mehr und eine Tiefe, die die aktive Schicht 203 nicht erreicht, betragen. Wenn die Dicke der zweiten Halbleiterschicht größer als 0,6 µm ist, kann die Tiefe der Trennrillen 231 0,6 µm oder weniger betragen.
In der vorliegenden Modifikation ist die n-seitige Mantelschicht 202 eine Schicht aus n-Al_0.2Ga_0.8N mit einer Dicke von 1 µm. Es wird darauf hingewiesen, dass die Konfiguration der n-seitigen Mantelschicht 202 nicht darauf beschränkt ist. Die Dicke der n-seitigen Mantelschicht 202 kann 0,5 µm oder mehr betragen, und die Zusammensetzung kann n-Al_xGa₁-_xN (0<x<1) sein.
Die aktive Schicht 203 ist eine Quantentopf-Aktivschicht, bei der 5 nm dicke Topfschichten aus In_0,18Ga_0,82N und 10 nm dicke Barriereschichten aus GaN abwechselnd gestapelt sind, und verfügt über zwei Topfschichten. Durch Vorsehen einer derartigen aktiven Schicht 203 kann das Halbleiter-Laserelement 210 einen blauen Laserstrahl mit einer Wellenlänge von etwa 450 nm aussenden. Die Konfiguration der aktiven Schicht 203 ist nicht darauf beschränkt, und sie muss nur eine aktive Quanten-Topfschicht sein, in der Topfschichten aus In_xGa_1-xN (0<x<1) und Barriereschichten aus Al_xIn_yGa_1-x-yN (0≤x+y≤1) abwechselnd gestapelt sind. Es wird darauf hingewiesen, dass die aktive Schicht 203 eine Führungsschicht enthalten kann, die wenigstens über oder unter der aktiven Schicht des Quantentopfes ausgebildet ist. Ein Bereich, der als Strompfad in der aktiven Schicht 203 dient, d.h. ein Bereich unterhalb des Stegstreifenabschnitts 220, emittiert Licht. Daher bildet ein Bereich unterhalb des Stegstreifenabschnitts 220 in den Seitenflächen der aktiven Schicht 203 in der Stirnseite des Resonators 240f einen lichtemittierenden Abschnitt 241.
Die p-Seite der Mantelschicht 204 ist eine in der zweiten Halbleiterschicht enthaltene Mantelschicht. In der vorliegenden Ausführungsform ist die p-seitige Mantelschicht 204 eine Supergitterschicht, bei der 3 nm dicke Schichten aus p-Al_0,2Ga_0,8N und 3 nm dicke Schichten aus GaN abwechselnd mit 100 Schichten übereinander gestapelt sind. Die Konfiguration der p-seitigen Mantelschicht 204 ist nicht darauf beschränkt und kann eine Schicht aus Al_xGa_1-xN (0<x<1) mit einer Dicke von 0,3 µm oder mehr und 1 µm oder weniger sein.
Die p-Seite der Kontaktschicht 205 ist eine Schicht aus p-GaN mit einer Dicke von 10 nm. Es wird darauf hingewiesen, dass die Konfiguration der p-Seite der Kontaktschicht 205 nicht darauf beschränkt ist. Die Dicke der p-Seite der Kontaktschicht 205 kann 5 nm oder mehr betragen.
Die Isolierschicht 206 ist eine Schicht aus SiO₂ mit einer Dicke von 200 nm. Es wird darauf hingewiesen, dass der Aufbau der Isolierschicht 206 nicht darauf beschränkt ist. Die Dicke der Isolierschicht 206 kann 100 nm oder mehr und 500 nm oder weniger betragen.
Die p-Elektrode 207 ist eine gestapelte Folie, in der Pd und Pt in der angegebenen Reihenfolge von der Seite der p-Seite der Kontaktschicht 205 aus gestapelt sind. Die Konfiguration der p-Elektrode 207 ist nicht darauf beschränkt. Die p-Elektrode 207 kann zum Beispiel ein Einschichtfilm oder ein Mehrschichtfilm sein, der aus wenigstens einem der Elemente Cr, Ti, Ni, Pd, Pt und Au besteht.
Die Pad-Elektrode 208 ist eine pad-förmige Elektrode, die über der p-Elektrode 207 angeordnet ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Pad-Elektrode 208 ein gestapelter Film, in dem Ti und Au in der angegebenen Reihenfolge von der Seite der p-Elektrode 207 aus gestapelt sind, und ist über dem Stegstreifenabschnitt 220 und dem Halteabschnitt 222 angeordnet. Die Konfiguration der Pad-Elektrode 208 ist nicht darauf beschränkt. Die Pad-Elektrode 208 kann ein gestapelter Film aus beispielsweise Ti, Pt und Au, Ni und Au und ähnlichem sein.
Die n-Elektrode 209 ist ein gestapelter Film, in dem Ti, Pt und Au in der angegebenen Reihenfolge von der Seite des Substrats 201 aus gestapelt sind. Die Konfiguration der n-Elektrode 209 ist nicht darauf beschränkt. Die n-Elektrode 209 kann ein gestapelter Film sein, in dem Ti und Au gestapelt sind.
Zudem kann bei dem Halbleiter-Laserelement 210 nach der Variante mit der oben beschriebenen Konfiguration eine ähnliche Wirkung wie bei dem Halbleiter-Laserelement 10 erzielt werden. Darüber hinaus ist die Spaltung im Allgemeinen schwierig, wenn ein GaN-Einkristallsubstrat wie in der vorliegenden Variante verwendet wird. Da jedoch in der vorliegenden Variante der Rillenabschnitt 233, der das Substrat 201 erreicht, an einer Position ausgebildet ist, die der Resonator-Stirnfläche des Halbleiter-Laserelements 210 entspricht, so dass sich zum Zeitpunkt der Spaltung ausgebildete Risse entlang des Rillenabschnitts 233 befinden, wird die Abweichung der Spaltposition unterdrückt. Dadurch kann der Spaltgewinn verbessert werden.
AUSFÜHRUNGSFORM 2
Es wird ein Halbleiter-Laserelement gemäß Ausführungsform 2 beschrieben. Das Halbleiter-Laserelement gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von dem Halbleiter-Laserelement 10 nach Ausführungsform 1 dadurch, dass keine Teilungsrille ausgebildet IST, und ist in anderen Punkten identisch. Nachfolgend wird das Halbleiter-Laserelement gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
[Aufbau]
Der Aufbau des Halbleiter-Laserelements gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird anhand der Zeichnungen beschrieben. 7 ist eine schematische Querschnittsansicht und Draufsicht, die den Aufbau des Halbleiter-Laserelements 310 entsprechend der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Die Querschnittsansicht (a) von 7 zeigt einen ähnlichen Querschnitt wie die Querschnittsansicht (a) von 2. Die Draufsicht (b) von 7 ist eine Draufsicht in der Nähe der Stirnfläche des vorderen Resonators 140f des Halbleiter-Laserelements 310. In der Draufsicht (b) von 7 sind die Isolierschicht 106, die p-Elektrode 107 und die Pad-Elektrode 108 entfernt, um den Aufbau der Halbleiterschicht des Halbleiter-Laserelements 310 zu zeigen.
Wie in 7 dargestellt, umfasst das Halbleiter-Laserelement 310 das Substrat 101 und den Laserarray-Abschnitt 311, der eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten lichtemittierenden Abschnitten 141 aufweist und über dem Substrat 101 gestapelt ist. Das Halbleiter-Laserelement 310 umfasst weiterhin die n-Elektrode 109, die auf der Unterseite des Substrats 101 angeordnet ist, wie in der Querschnittsansicht (a) von 7 gezeigt.
Der gestapelte Körper aus Substrat 101 und Laserarray-Abschnitt 311 umfasst ein Paar Resonator-Stirnflächen auf gegenüberliegenden Seiten. Das Paar Resonator-Stirnflächen ist ein vorderseitiger und ein rückseitiger Resonatorspiegel des Halbleiter-Laserelements 310. Die Vielzahl der lichtemittierenden Abschnitte 141 ist auf der vorderen Resonator-Stirnfläche 140f vorgesehen.
Der Laserarray-Abschnitt 311 umfasst eine erste Halbleiterschicht des ersten Leitungstyps, die aktive Schicht 103 und eine zweite Halbleiterschicht des zweiten Leitungstyps in der angegebenen Reihenfolge von der Seite des Substrats 101 aus. Der Laserarray-Abschnitt 311 umfasst weiterhin die Isolierschicht 106, die p-Elektrode 107 und die Pad-Elektrode 108. Die erste Halbleiterschicht umfasst die n-seitige Mantelschicht 102. Die zweite Halbleiterschicht umfasst die p-seitige Mantelschicht 104 und die p-seitige Kontaktschicht 105.
Es wird darauf hingewiesen, dass bei dem Halbleiter-Laserelement 310 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Material auf AlGaInP-Basis ähnlich wie in dem Halbleiter-Laserelement 10 gemäß Ausführungsform 1 verwendet wird. Das für das Halbleiter-Laserelement gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendete Material ist jedoch nicht darauf beschränkt und kann aus GaN, GaAs oder ähnlichem bestehen.
Zudem umfasst bei der vorliegenden Ausführungsform die zweite Halbleiterschicht eine Vielzahl von Stegstreifenabschnitten 120, die als Strompfade dienen, und Halteabschnitte 122, die auf beiden Seiten der Stegstreifenabschnitte 120 angeordnet sind und nicht als Strompfade dienen, ähnlich wie das Halbleiter-Laserelement 10 gemäß Ausführungsform 1. Die zweite Halbleiterschicht umfasst weiterhin Trennrillen 131, die die Stegstreifenabschnitte 120 und die Halteabschnitte 122 voneinander trennen. Dadurch ist es möglich, die Spannung zu reduzieren, die durch die Konzentration der Last auf die Stegstreifenabschnitte 120 verursacht wird, wenn das Halbleiter-Laserelement 310 Gegenstand einer Anbringung mit abwärts gerichteter Verbindung ist.
Darüber hinaus ist, wie in 7 gezeigt, der Rillenabschnitt 333 ausgebildet, wobei jedoch die Teilungsrille in dem Halbleiter-Laserelement 310 gemäß der vorliegenden Ausführungsform nicht ausgebildet ist. Das heißt, in der vorliegenden Ausführungsform ist der Rillenabschnitt 333 in dem Halteabschnitt 122 ausgebildet. In der vorliegenden Ausführungsform erreicht der Rillenabschnitt 333 eine Mitte des Substrats 101 von der Oberseite des Laserarray-Abschnitts 311 aus. Die Tiefe der Rille 333 in dem Substrat 101 ist ähnlich der Tiefe der Rille 133 des Halbleiter-Laserelements 10 gemäß Ausführungsform 1.
[Funktionsweise und Wirkung]
Die Funktionsweise und Wirkung des Halbleiter-Laserelements 310 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird beschrieben. Der Rillenabschnitt 333 des Halbleiter-Laserelements 310 gemäß der vorliegenden Darstellung hat eine ähnliche Wirkung wie der Rillenabschnitt 133 des Halbleiter-Laserelements gemäß Darstellung 1. Das heißt, die Verzerrung des Substrats 101 wird durch den Rillenabschnitt 333 geteilt. Aus diesem Grund kann die in dem Substrat 101 erzeugte Verzerrung reduziert werden. Daher ist es möglich, den Verzug in der Anordnungsrichtung der Vielzahl der lichtemittierenden Abschnitte 141 des Substrats 101 zu reduzieren. Wenn die von den zahlreichen lichtemittierenden Abschnitten 141 emittierten Laserstrahlen mit einer Linse usw. konzentriert werden, kann dadurch die Verringerung der Kopplungseffizienz aufgrund des Verzugs des Substrats 101 unterdrückt werden.
Da der Rillenabschnitt 333 auf wenigstens einer der beiden Resonator-Stirnflächen angeordnet ist, wird es außerdem möglich, die Gitterfehlanpassungs-Verzerrung, die durch die Gitterkonstantendifferenz zwischen der ersten Halbleiterschicht und dem Substrat 101 verursacht wird, sowie die thermische Verzerrung, die durch den Unterschied in dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten verursacht wird, zu reduzieren. Aus diesem Grund wird es möglich, die Verzerrung in der aktiven Schicht 103 zu verringern, die Polarisationseigenschaften des Halbleiter-Laserelements 310 zu verbessern und ein Halbleiter-Laserelement 310 mit einem guten Polarisationsverhältnis zu realisieren, bei dem der TE-Modus dominiert.
Zudem erreicht der Rillenabschnitt 333 eine Mitte des Substrats 101 von der Oberseite des Laserarray-Abschnitts 311 in der vorliegenden Ausführungsform. Das heißt, der Rillenabschnitt 333 wird direkt von der Oberseite des Laserarray-Abschnitts 311 aus ausgebildet, ohne die Teilungsrille auszubilden. Aus diesem Grund kann der Herstellungsvorgang des Halbleiter-Laserelements 310 vereinfacht werden.
[Herstellungsverfahren]
Es wird ein Verfahren zur Herstellung des Halbleiter-Laserelements 310 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Da in der vorliegenden Ausführungsform keine Teilungsrille ausgebildet wird, wird der Rillenabschnitt 333, der von der Oberseite der zweiten Halbleiterschicht bis zur Mitte des Substrats 101 reicht, d.h. die Oberseite der p-seitigen Kontaktschicht 105, durch ein Nassätzverfahren, ein Trockenätzverfahren oder dergleichen ausgebildet. Andere Herstellungsschritte sind ähnlich denen des Verfahrens zur Herstellung des Halbleiter-Laserelements 10 gemäß Ausführungsform 1.
Das Halbleiter-Laserelement 310 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann mit einem derartigen Herstellungsverfahren hergestellt werden.
AUSFÜHRUNGSFORM 3
Es wird ein Halbleiter-Laserelement nach der Ausführungsform 3 beschrieben. Das Halbleiter-Laserelement gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von dem Halbleiter-Laserelement 210 gemäß der Variante der Ausführungsform 1 dadurch, dass der Rillenabschnitt von der Unterseitenseite des Substrats ausgebildet ist, und ist in anderen Punkten identisch. Im Folgenden wird das Halbleiter-Laserelement gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben, wobei der Schwerpunkt auf den Unterschieden zu dem Halbleiter-Laserelement 210 gemäß der Variation der Ausführungsform 1 liegt.
[Aufbau]
Der Aufbau des Halbleiter-Laserelements entsprechend der vorliegenden Ausführungsform wird anhand der Zeichnungen beschrieben. 8 ist eine schematische Querschnittsansicht und Draufsicht, die den Aufbau des Halbleiter-Laserelements 410 entsprechend der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Die Querschnittsansicht (a) von 8 zeigt einen ähnlichen Querschnitt wie die Querschnittsansicht (a) von 2 des Halbleiter-Laserelements 410. Die Draufsicht (b) von 8 ist eine Draufsicht in der Nähe der Stirnseite des Resonators 240f des Halbleiter-Laserelements 410. In der Draufsicht (b) von 8 sind die Isolierschicht 206, die p-Elektrode 207 und die Pad-Elektrode 208 entfernt, um den Aufbau der Halbleiterschicht des Halbleiter-Laserelements 410 zu zeigen.
Wie in 8 dargestellt, umfasst das Halbleiter-Laserelement 410 das Substrat 201 und den Laserarray-Abschnitt 411, der eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten lichtemittierenden Abschnitten 241 aufweist und über dem Substrat 201 gestapelt ist. Das Halbleiter-Laserelement 410 umfasst weiterhin die n-Elektrode 209, die auf der Unterseite des Substrats 201 angeordnet ist, wie in der Schnittdarstellung (a) von 8 gezeigt.
Der gestapelte Körper aus Substrat 201 und Laserarray-Abschnitt 411 umfasst ein Paar Resonator-Stirnflächen auf gegenüberliegenden Seiten. Das Paar Resonator-Stirnflächen ist ein vorderseitiger und ein rückseitiger Resonatorspiegel des Halbleiter-Laserelements 410. Die Vielzahl der lichtemittierenden Abschnitte 241 ist auf der vorderseitigen Resonator-Stirnfläche 240f vorgesehen.
Der Laserarray-Abschnitt 411 umfasst eine erste Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, die aktive Schicht 203, und eine zweite Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps in der angegebenen Reihenfolge von der Seite des Substrats 201 aus. Der Laserarray-Abschnitt 411 umfasst außerdem die Isolierschicht 206, die p-Elektrode 207 und die Pad-Elektrode 208. Die erste Halbleiterschicht umfasst die n-seitige Mantelschicht 202. Die zweite Halbleiterschicht umfasst die p-seitige Mantelschicht 204 und die p-seitige Kontaktschicht 205.
Wie in 8 dargestellt, umfasst die zweite Halbleiterschicht in dem Halbleiter-Laserelement 410 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Vielzahl von Stegstreifenabschnitten 220, die als Strompfade dienen, und Halteabschnitte 222, die auf beiden Seiten der Stegstreifenabschnitte 220 angeordnet sind und nicht als Strompfade dienen. Die zweite Halbleiterschicht umfasst weiterhin Trennrillen 231, die die Stegstreifenabschnitte 220 und die Halteabschnitte 222 voneinander trennen. Durch das Vorsehen von Halteabschnitten 222 auf diese Weise ist es möglich, die Spannung zu reduzieren, die durch die Konzentration der Last auf die Stegstreifenabschnitte 220 verursacht wird, wenn das Halbleiter-Laserelement 410 Gegenstand einer Anbringung mit abwärts gerichteter Verbindung ist.
Darüber hinaus sind die Teilungsrille 432 und der Rillenabschnitt 433 in dem Halbleiter-Laserelement 410 entsprechend der vorliegenden Ausführungsform ausgebildet. Die Teilungsrille 432 ist in dem Halteabschnitt 222 ausgebildet.
Der Rillenabschnitt 433 ist von der Unterseitenseite des Substrats 201 ausgebildet. Das heißt, der Rillenabschnitt 433, der von der Unterseite des Substrats 201 aus die Mitte des Substrats 201 auf wenigstens einer der beiden Resonator-Stirnflächen erreicht, ist zwischen zwei benachbarten lichtemittierenden Abschnitten 241 aus der Vielzahl der lichtemittierenden Abschnitte 241 ausgebildet.
Darüber hinaus umfasst in der vorliegenden Ausführungsform der Laserarray-Abschnitt 411 eine Teilungsrille 432, die zwischen einem Paar Resonator-Stirnflächen zwischen zwei benachbarten lichtemittierenden Abschnitten 241 aus der Vielzahl der lichtemittierenden Abschnitte 241 durchgehend ist, wobei der Rillenabschnitt 433 an einer Position ausgebildet ist, die der Teilungsrille 432 in der Unterseite des Substrats 201 zugewandt ist.
[Funktionsweise und Wirkung]
Die Funktionsweise und Wirkung des Halbleiter-Laserelements 410 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird beschrieben. Da in dem Halbleiter-Laserelement 410 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Rillenabschnitt 433 ausgebildet ist, der von der Unterseite des Substrats 201 bis zur Mitte des Substrats 201 reicht, wird die Verzerrung des Substrats 201 geteilt. Aus diesem Grund kann die in dem Substrat 201 erzeugte Verzerrung reduziert werden. Daher ist es möglich, den Verzug in der Anordnungsrichtung der Vielzahl der lichtemittierenden Abschnitte 241 des Substrats 201 zu reduzieren. Wenn die von den zahlreichen lichtemittierenden Abschnitten 241 emittierten Laserstrahlen mit einer Linse etc. konzentriert werden, kann dadurch die Verringerung der Kopplungseffizienz aufgrund des Verzugs des Substrats 201 unterdrückt werden.
Darüber hinaus ist der Rillenabschnitt 433 an einer Stelle gegenüber der Teilungsrille 432 auf der Unterseite des Substrats 201 in der vorliegenden Ausführungsform ausgebildet. Auf diese Weise ist der Rillenabschnitt 433 an einer Position ausgebildet, die der Teilungsrille 432 zugewandt ist, d.h. an einer Position, die relativ weit von den Stegstreifenabschnitten 220 entfernt ist, so dass die Erzeugung von Rissen in den Stegstreifenabschnitten 220 und deren Umgebung zusammen mit der Ausbildung der Rillenabschnitte 433 reduziert werden kann.
In der vorliegenden Ausführungsform beträgt die Tiefe des Abschnitts des Substrats 201 in dem Rillenabschnitt 433 70 µm, wobei jedoch die Tiefe nicht darauf beschränkt ist. Die Tiefe kann 2,0 µm oder mehr betragen. Dadurch kann die oben beschriebene Wirkung zuverlässig erreicht werden. Die Tiefe kann 30 µm oder mehr betragen. Dadurch kann die oben beschriebene Wirkung noch zuverlässiger erzielt werden. Der Rillenabschnitt 433 kann die n-seitige Mantelschicht 202 erreichen. Außerdem kann die Tiefe um 20 µm oder mehr kleiner sein als die Dicke des Substrats 201. Da die Dicke des Substrats 201 in der Regel 50 µm oder mehr und 120 µm oder weniger beträgt, kann die Tiefe 100 µm oder weniger betragen. Dadurch kann die Festigkeit des Substrats 201 sichergestellt werden.
Zudem beträgt die Länge des Rillenabschnitts 433 in Resonanzrichtung in der vorliegenden Ausführungsform 5 µm, wobei die Länge jedoch nicht darauf beschränkt ist. Die Länge kann 1 µm oder mehr betragen. Dadurch kann die oben beschriebene Wirkung zuverlässig erreicht werden. Außerdem kann die Länge weniger als die Hälfte der Resonatorlänge betragen. Das heißt, der Rillenabschnitt 433 darf zwischen den beiden Resonator-Stirnflächen nicht durchgängig sein. Dadurch kann die Festigkeit des Substrats 201 gesichert werden. Außerdem darf die Länge 30 µm oder weniger betragen. Dadurch kann die Festigkeit des Substrats 201 noch zuverlässiger sichergestellt werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform beträgt die Breite des Rillenabschnitts 433 10 µm, wobei die Breite nicht darauf beschränkt ist. Die Breite kann 1 µm oder mehr betragen. Dadurch kann die oben beschriebene Wirkung zuverlässig erzielt werden. Zusätzlich kann die Breite 30 µm oder weniger betragen. Dadurch kann die Festigkeit des Substrats 201 sichergestellt werden.
Darüber hinaus ist die Spaltung im Allgemeinen schwierig, wenn ein GaN-Einkristallsubstrat, wie das Halbleiter-Laserelement 410, gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird. Da jedoch in der vorliegenden Ausführungsform der Rillenabschnitt 433, der die Mitte des Substrats 201 erreicht, an einer Position ausgebildet ist, die der Resonator-Stirnfläche des Halbleiter-Laserelements 410 entspricht, so dass sich zum Zeitpunkt der Spaltung ausgebildete Risse entlang des Rillenabschnitts 433 befinden, wird die Abweichung der Spaltposition unterdrückt. Dadurch kann die Spaltausbeute verbessert werden.
Zusätzlich kann das Halbleiter-Laserelement 410 gemäß der vorliegenden Ausführungsform thermische Interferenzen zwischen der Vielzahl von Stegstreifenabschnitten 220 unterdrücken, indem eine Teilungsrille 432 zwischen den benachbarten lichtemittierenden Abschnitten 241 vorgesehen ist. In der vorliegenden Ausführungsform erreicht die Teilungsrille 432 eine Mitte der ersten Halbleiterschicht von der Oberseite des Laserarray-Abschnitts 411 über die zweite Halbleiterschicht und die aktive Schicht 203 hinaus. Dadurch kann die aktive Schicht 203, die die höchste Temperatur erreichen kann, für jeden Stegstreifenabschnitt 220 getrennt werden, so dass thermische Interferenzen zwischen der Vielzahl der Stegstreifenabschnitte 220 weiter unterdrückt werden können. Dadurch kann die Diffusion von Wärme von jedem Stegstreifenabschnitt 220 in Richtung Substrat 201 gefördert werden, so dass die Leistung des Halbleiter-Laserelements 410 erhöht werden kann.
[Herstellungsverfahren]
Ein Verfahren zur Herstellung des Halbleiter-Laserelements 410 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird anhand der Zeichnungen beschrieben. 9A bis 9H sind schematische Querschnittsansichten, die die jeweiligen Schritte des Verfahrens zur Herstellung des Halbleiter-Laserelements 410 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigen. In 9A bis 9H ist ein Querschnitt des Halbleiter-Laserelements 410 ähnlich dem von 2 dargestellt. 9l ist eine schematische Draufsicht, die einen Spaltungsschritt des Verfahrens zur Herstellung des Halbleiter-Laserelements 410 gemäß der vorliegenden Darstellung zeigt. In 9l sind die Isolierschicht 206, die p-Elektrode 207 und die Pad-Elektrode 208 entfernt, um den Aufbau der Halbleiterschicht des Halbleiter-Laserelements 410 zu zeigen.
Wie in 9A dargestellt, wird zunächst das Substrat 201 vorbereitet und eine erste Halbleiterschicht, die aktive Schicht 203 und eine zweite Halbleiterschicht in der angegebenen Reihenfolge gestapelt. In der vorliegenden Ausführungsform werden die n-seitige Mantelschicht 202, die aktive Schicht 203, die p-seitige Mantelschicht 204 und die p-seitige Kontaktschicht 205 in der angegebenen Reihenfolge auf das Substrat 201 gestapelt. In der vorliegenden Ausführungsform wird jede Schicht durch metallorganische chemische Gasphasenabscheidung (MOCVD) abgeschieden.
Als nächstes wird, wie in 9B gezeigt, die Teilungsrille 432 ausgebildet. Konkret wird zunächst die Teilungsrille 432 an einer Position ausgebildet, die im Wesentlichen der Mitte der benachbarten lichtemittierenden Abschnitte 241 entspricht, und zwar durch reaktives lonenätzen des Typs ICP (Inductively Coupled Plasma) oder dergleichen. Die Teilungsrille 432 wird kontinuierlich, d.h. ohne Unterbrechung, entlang der Resonanzrichtung des Halbleiter-Laserelements 410 ausgebildet.
Als nächstes werden, wie in 9C gezeigt, die Trennrillen 231 durch reaktives lonenätzen des Typs ICP oder dergleichen ausgebildet. Zwei Trennrillen 231 werden zwischen jedem benachbarten Paar Teilungsrillen 432 ausgebildet. Der Abschnitt zwischen zwei Trennrillen 231 der zweiten Halbleiterschicht (p-seitige Mantelschicht 204 und p-seitige Kontaktschicht 205 in der vorliegenden Ausführungsform) wird zum Stegstreifenabschnitt 220, und der Abschnitt zwischen Trennrille 231 und Teilungsrille 432 wird zum Halteabschnitt 222.
Als nächstes wird, wie in 9D gezeigt, die Isolierschicht 206 durch ein Plasma-CVD-Verfahren oder dergleichen ausgebildet. Die Isolierschicht 206 wird auf der gesamten Oberfläche über dem Substrat 201 ausgebildet, d.h. auf der zweiten Halbleiterschicht, der Trennrille 231 und der Teilungsrille 432.
Als nächstes wird, wie in 9E gezeigt, eine Öffnung in der Isolierschicht 206 und die p-Elektrode 207 in der Öffnung ausgebildet. Zunächst wird eine Öffnung ausgebildet, indem ein Abschnitt der Isolierschicht 206 über dem Stegstreifenabschnitt 220 durch ein Nassätzverfahren oder dergleichen entfernt wird. Als Ergebnis wird die p-Seite der Kontaktschicht 205 in der Öffnung freigelegt. Anschließend wird die p-Elektrode 207 auf der p-Seite der Kontaktschicht 205 in der Öffnung durch Vakuumabscheidung oder dergleichen ausgebildet. Es wird darauf hingewiesen, dass die p-Elektrode 207 auch über der Isolierschicht 206 ausgebildet werden kann.
Als nächstes wird, wie in 9F gezeigt, die Pad-Elektrode 208 über der zweiten Halbleiterschicht durch Vakuumabscheidung oder dergleichen ausgebildet. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Pad-Elektrode 208 auf dem Stegstreifenabschnitt 220 ausgebildet, um die p-Elektrode 207 zu bedecken. Es wird darauf hingewiesen, dass die Pad-Elektrode 208 auch über der Trennrille 231 und dem Halteabschnitt 222 ausgebildet werden kann, wie in 9F gezeigt.
Als nächstes wird, wie in 9G gezeigt, der Rillenabschnitt 433 auf der Unterseite des Substrats 201 durch reaktives lonenätzen des ICP-Typs oder dergleichen ausgebildet. Der Rillenabschnitt 433 wird an einer Position ausgebildet, die der Resonator-Stirnfläche des Halbleiter-Laserelements 410 entspricht.
Als nächstes wird, wie in 9H gezeigt, die n-Elektrode 209 auf der Unterseite des Substrats 201 durch Vakuumabscheidung oder dergleichen ausgebildet. Die n-Elektrode 209 wird an einer Position ausgebildet, die der Rückseite des Stegstreifenabschnitts 220 auf der Unterseite des Substrats 201 entspricht.
Als nächstes werden, wie in 9l gezeigt, die Resonator-Stirnflächen durch Spaltung ausgebildet. Konkret wird ein Kratzer, der als Spaltbeginn dient, an einer Position ausgebildet, die den Resonator-Stirnflächen 240f und 240r des Substrats 201 entspricht, wobei das Substrat 201 gespalten wird, während die Klingenspitze auf den Kratzer aufgebracht wird. In 9l ist der Abstand zwischen den Resonator-Stirnflächen 240f und 240r, d.h. die Resonatorlänge L, dargestellt. Es wird darauf hingewiesen, dass ein reflektierender Film, wie beispielsweise ein dielektrischer Mehrschichtfilm, auf den Resonator-Stirnflächen 240f und 240r ausgebildet werden kann.
Das Halbleiter-Laserelement 410 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann durch die oben beschriebenen Schritte hergestellt werden. Es wird darauf hingewiesen, dass bei dem oben beschriebenen Herstellungsverfahren der Rillenabschnitt 433 vor der Ausbildung der n-Elektrode 209 ausgebildet wird, der Rillenabschnitt 433 jedoch nach der Ausbildung der n-Elektrode 209 unter Verwendung einer Laser-Schreibvorrichtung oder ähnlichem ausgebildet werden kann.
[Variation]
Es wird ein Halbleiter-Laserelement entsprechend einer Variation der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. In der obigen Zeichnung ist ein Element, das einen blauen Laserstrahl 250 unter Verwendung eines Materials auf GaN-Basis aussendet, als Halbleiter-Laserelement 410 dargestellt, wobei das für das Halbleiter-Laserelement gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendete Material nicht darauf beschränkt ist. Zum Beispiel kann ein Material auf GaN-Basis, das einen grünen Laserstrahl aussendet, ein Material auf AlGaInP-Basis, das einen roten Laserstrahl aussendet, ein Material auf GaAs-Basis, das einen Infrarot-Laserstrahl aussendet, oder dergleichen verwendet werden. Nachfolgend wird eine Konfiguration mit einem GaN-basierten Material als Halbleiter-Laserelement entsprechend einer Variation der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei der Schwerpunkt auf den oben beschriebenen Unterschieden zu dem Halbleiter-Laserelement 410 liegt.
Das Halbleiter-Laserelement gemäß der vorliegenden Variante unterscheidet sich von dem Halbleiter-Laserelement 410 vor allem in der Konfiguration der aktiven Schicht. Die aktive Schicht des Halbleiter-Laserelementes gemäß der vorliegenden Variante ist eine Quantentopf-Aktivschicht, in der 5 nm dicke Topfschichten aus In_0,3Ga_0,7N und 10 nm dicke Barriereschichten aus GaN abwechselnd gestapelt sind, und hat zwei Topfschichten. Durch Vorsehen einer derartigen aktiven Schicht kann das Halbleiter-Laserelement gemäß der vorliegenden Variante einen grünen Laserstrahl mit einer Wellenlänge von etwa 520 nm aussenden. Die Konfiguration der aktiven Schicht gemäß der vorliegenden Variation ist nicht darauf beschränkt, wobei sie lediglich eine aktive Quanten-Topfschicht sein muss, in der Topfschichten aus In_xGa_1-xN (0<x<1) und Barriereschichten aus Al_xln_yGa_1-x-yN (0≤x+y≤1) abwechselnd gestapelt sind.
Auch bei dem Halbleiter-Laserelement gemäß der vorliegenden Variante mit einer derartigen aktiven Schicht wird die oben beschriebene Wirkung ähnlich dem Halbleiter-Laserelement 410 erzielt.
AUSFÜHRUNGSFORM 4
Es wird ein Projektor nach Ausführungsform 4 beschrieben. Der Projektor gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Halbleiter-Laserelemente gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform und deren Variationen. Der Projektor gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben.
10 ist eine schematische Darstellung des Projektors 501 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Wie in 10 dargestellt, ist der Projektor 501 ein Beispiel für ein Bildanzeigegerät mit einem Halbleiter-Laserelement. In dem Projektor 501 der vorliegenden Ausführungsform werden beispielsweise das Halbleiter-Laserelement 510R, das einen roten Laserstrahl aussendet, das Halbleiter-Laserelement 510G, das einen grünen Laserstrahl aussendet, und das Halbleiter-Laserelement 510B, das einen blauen Laserstrahl aussendet, als Lichtquellen verwendet. Beispielsweise werden als Halbleiter-Laserelemente 510R, 510G und 510B jeweils das Halbleiter-Laserelement 10 gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform 1, das Halbleiter-Laserelement gemäß der oben beschriebenen Variante der Ausführungsform 3 und das Halbleiter-Laserelement 410 gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform 3 verwendet.
Der Projektor 501 umfasst die Linsen 502R, 502G und 502B, den Spiegel 503R, den dichroitischen Spiegel 503G und den dichroitischen Spiegel 503B, das Raummodulationselement 504 und das Projektionsobjektiv 505.
Die Linsen 502R, 502G und 502B sind beispielsweise Kollimationslinsen und sind vor den Halbleiter-Laserelementen 510R, 510G und 510B angeordnet.
Der Spiegel 503R reflektiert den von dem Halbleiter-Laserelement 510R emittierten roten Laserstrahl. Der dichroitische Spiegel 503G reflektiert den grünen Laserstrahl, der von dem Halbleiter-Laserelement 510G emittiert wird, und sendet den roten Laserstrahl, der von dem Halbleiter-Laserelement 510R emittiert wird. Der dichroitische Spiegel 503B reflektiert den von dem Halbleiter-Laserelement 510B emittierten blauen Laserstrahl, sendet den von dem Halbleiter-Laserelement 510R emittierten roten Laserstrahl und Sendet den von dem Halbleiter-Laserelement 510G emittierten grünen Laserstrahl.
Das räumliche Modulationselement 504 erzeugt ein rotes Bild, ein grünes Bild und ein blaues Bild unter Verwendung eines roten Laserstrahls von dem Halbleiter-Laserelement 510R, eines grünen Laserstrahls von dem Halbleiter-Laserelement 510G und eines blauen Laserstrahls von dem Halbleiter-Laserelement 510B entsprechend einem Eingangsbildsignal, das in den Projektor 501 eingegeben wird. Zum Beispiel kann eine Flüssigkristalltafel oder ein DMD (digitale Spiegelvorrichtung) unter Verwendung eines MEMS (mikroelektrischmechanisches System) als räumliches Modulationselement 504 verwendet werden.
Die Projektionslinse 505 projiziert ein durch das Raummodulationselement 504 ausgebildetes Bild auf den Bildschirm 506.
In dem auf diese Weise konfigurierten Projektor 501 werden die von den Halbleiter-Laserelementen 510R, 510G und 510B emittierten Laserstrahlen durch die Linsen 502R, 502G und 502B im Wesentlichen parallel ausgerichtet und treffen anschließend auf den Spiegel 503R, den dichroitischen Spiegel 503G und den dichroitischen Spiegel 503B.
Der Spiegel 503R reflektiert den von dem Halbleiter-Laserelement 510R emittierten roten Laserstrahl in der 45°-Richtung. Der dichroitische Spiegel 503G sendet den roten Laserstrahl von dem Halbleiter-Laserelement 510R, der von dem Spiegel 503R reflektiert wird, und reflektiert den grünen Laserstrahl, der von dem Halbleiter-Laserelement 510G emittiert wird, in die 45°-Richtung. Der dichroitische Spiegel 503B sendet den roten Laserstrahl von dem Halbleiter-Laserelement 510R, der von dem Spiegel 503R reflektiert wird, und den grünen Laserstrahl von dem Halbleiter-Laserelement 510G, der von dem dichroitischen Spiegel 503G reflektiert wird, und reflektiert den blauen Laserstrahl, der von dem Halbleiter-Laserelement 510B emittiert wird, in die 45°-Richtung.
Die roten, grünen und blauen Laserstrahlen, die von dem Spiegel 503R, dem dichroitischen Spiegel 503G und dem dichroitische Spiegel 503B reflektiert werden, treffen auf das räumliche Modulationselement 504 im Zeitmultiplexverfahren ein (beispielsweise werden Rot, Grün und Blau nacheinander mit einer Periode von 120 Hz geschaltet). In diesem Fall zeigt das räumliche Modulationselement 504 ein Bild für Rot an, wenn ein roter Laserstrahl einfällt, ein Bild für Grün, wenn ein grüner Laserstrahl einfällt, und ein Bild für Blau, wenn ein blauer Laserstrahl einfällt.
Auf diese Weise werden die roten, grünen und blauen Laserstrahlen, die durch das räumliche Modulationselement 504 räumlich moduliert werden, durch das Projektionsobjektiv 505 als rotes Bild, grünes Bild und blaues Bild auf die Leinwand 506 projiziert. Da in diesem Fall das rote, das grüne und das blaue Bild, die zeitgeteilt auf die Leinwand 506 projiziert werden, jeweils eine einzige Farbe haben, aber mit hoher Geschwindigkeit umschalten, wird es als ein Bild von Farben, in dem diese Bilder gemischt werden, d.h. als ein Farbbild erkannt.
Da der Projektor 501 in der vorliegenden Ausführungsform Halbleiter-Laserelemente entsprechend der oben beschriebenen Ausführungsform und deren Variationen als Halbleiter-Laserelemente 510R, 510G und 510B verwendet, ist, wie oben beschrieben, die Koppeleffizienz von Laserstrahlen, die von einer Vielzahl von lichtemittierenden Abschnitten emittiert werden, hoch. Aus diesem Grund kann der Projektor 501 mit hoher Helligkeit und hoher Auflösung realisiert werden.
(Variationen, etc.)
Wie oben beschrieben, wurde das Halbleiter-Laserelement gemäß der vorliegenden Offenbarung auf der Grundlage jeder Ausführungsform beschrieben, wobei jedoch die vorliegende Offenbarung nicht auf jede oben beschriebene Ausführungsform beschränkt ist.
Zum Beispiel wird die Stromeinschränkung unter Verwendung eines Rippenaufbaus in dem Halbleiter-Laserelement entsprechend jeder der oben genannten Ausführungsformen und Variationen davon realisiert, wobei jedoch die Einrichtung zur Realisierung der Stromeinschränkung nicht darauf beschränkt ist, und ein Elektrodenstreifenaufbau, ein eingebetteter Aufbau oder dergleichen verwendet werden können.
Darüber hinaus wird bei den Halbleiter-Laserelementen gemäß den Ausführungsformen 1, 3 und ihren Variationen die Teilungsrille entlang der Resonanzrichtung kontinuierlich ausgebildet, kann jedoch auch diskontinuierlich sein. Das heißt, die Teilungsrille kann entlang der Resonanzrichtung unterbrochen sein.
Darüber hinaus sind Formen, die man dadurch erhält, dass verschiedene, von den Fachleuten konzipierte Variationen jeder der oben genannten Ausführungsformen unterworfen werden, und Formen, die durch willkürliche Kombination der Bestandteile und Funktionen in jeder der oben genannten Ausführungsformen innerhalb des Geltungsbereiches der nicht vom Geist der vorliegenden Offenbarung abweichenden Möglichkeiten realisiert werden, ebenfalls in der vorliegenden Offenbarung enthalten.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Das Halbleiter-Laserelement der vorliegenden Offenbarung kann beispielsweise auf ein Halbleiter-Laserelement angewendet werden, das Licht im sichtbaren Bereich von Blau-Violett bis Rot für Projektoren ausstrahlt.
Bezugszeichenliste

10, 210, 310, 410, 510B, 510G, 510R, 900, 1000: Halbleiter-Laserelement
11, 211, 311, 411: Laserarray-Abschnitt
101, 201: Substrat
102, 202: N-seitige Mantelschicht
103, 203: Aktive Schicht
104, 204: p-seitige Mantelschicht
105, 205: p-seitige Kontaktschicht
106, 206: Isolierschicht
107, 207: p-Elektrode
108, 208: Pad-Elektrode
109, 209: n-Elektrode
120, 220: Stegstreifenabschnitt
122, 222: Halteabschnitt
131, 231: Trennrille
132, 232, 432: Teilungsrille
132b, 232b: Bodenfläche
132s, 232s: Seitenwand
133, 233, 333, 433: Rillenabschnitt
133s, 233s: Seitenwand
140f, 140r, 240f, 240r, 940f: Resonator-Stirnfläche
141, 241, 941: Lichtemittierender Abschnitt
150, 250: Laserstrahl
1001: GaAs-Substrat
1002: Pufferschicht
1003: Mantelschicht
1004: Aktive Schicht
1005: Mantelschicht
1006: Stromsperrschicht
1007: Deckschicht
1008: Kontaktschicht
1009, 1010: Elektrode

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP H5235480 [0008]

Claims

Halbleiter-Laserelement, umfassend: ein Substrat; und einen Laserarray-Abschnitt, der eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten lichtemittierenden Abschnitten umfasst und über dem Substrat gestapelt ist, wobei ein gestapelter Körper aus dem Substrat und dem Laserarray-Abschnitt ein Paar Resonator-Stirnflächen auf gegenüberliegenden Seiten umfasst, und ein Rillenabschnitt, der sich von dem Laserarray-Abschnitt in das Substrat erstreckt, auf wenigstens einer des Paars von Resonator-Stirnflächen zwischen zwei benachbarten lichtemittierenden Abschnitten aus der Vielzahl der lichtemittierenden Abschnitte vorgesehen ist.
Halbleiter-Laserelement nach Anspruch 1, bei dem der Laserarray-Abschnitt eine Teilungsrille umfasst, die zwischen dem Paar von Resonator-Stirnflächen zwischen den beiden benachbarten lichtemittierenden Abschnitten unter der Vielzahl von lichtemittierenden Abschnitten durchgehend ist, und der Rillenabschnitt auf einer Bodenfläche der Teilungsrille vorgesehen ist.
Halbleiter-Laserelement nach Anspruch 2, bei dem eine Seitenwand des Rillenabschnitts innerhalb der Teilungsrille relativ zu einer Seitenwand der Teilungsrille angeordnet ist.
Halbleiter-Laserelement nach Anspruch 2 oder 3, bei dem der Laserarray-Abschnitt eine erste Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, eine aktive Schicht und eine zweite Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps in der angegebenen Reihenfolge von der Substratseite her umfasst, die zweite Halbleiterschicht eine Vielzahl von Stegstreifenabschnitten, die als Strompfade dienen, Halteabschnitte, die auf beiden Seiten der Stegstreifenabschnitte angeordnet sind und nicht als Strompfade dienen, und Trennrillen, die die Stegstreifenabschnitte und die Halteabschnitte trennen, umfasst, und die Teilungsrille in den Halteabschnitten vorgesehen ist.
Halbleiter-Laserelement nach Anspruch 1, bei dem der Rillenabschnitt eine Mitte des Substrats von einer Oberseite des Laserarray-Abschnitts aus erreicht.
Halbleiter-Laserelement nach Anspruch 5, bei dem der Laserarray-Abschnitt eine erste Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, eine aktive Schicht und eine zweite Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps in der angegebenen Reihenfolge von der Substratseite her umfasst, die zweite Halbleiterschicht eine Vielzahl von Stegstreifenabschnitten, die als Strompfade dienen, Halteabschnitte, die auf beiden Seiten der Stegstreifenabschnitte angeordnet sind und nicht als Strompfade dienen, und Trennrillen, die die Stegstreifenabschnitte und die Halteabschnitte trennen, umfasst, und der Rillenabschnitt in den Halteabschnitten vorgesehen ist.
Halbleiter-Laserelement, umfassend: ein Substrat; und einen Laserarray-Abschnitt, der eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten lichtemittierenden Abschnitten aufweist und über dem Substrat gestapelt ist, wobei ein gestapelter Körper aus dem Substrat und dem Laserarray-Abschnitt ein Paar Resonator-Stirnflächen auf gegenüberliegenden Seiten umfasst, und ein Rillenabschnitt vorgesehen ist, der eine Mitte des Substrats von einer Unterseite des Substrats aus auf wenigstens einer des Paars von Resonator-Stirnflächen zwischen zwei benachbarten lichtemittierenden Abschnitten aus der Vielzahl der lichtemittierenden Abschnitte erreicht.
Halbleiter-Laserelement nach Anspruch 7, bei dem der Laserarray-Abschnitt eine Teilungsrille umfasst, die zwischen dem Paar von Resonator-Stirnflächen zwischen den beiden benachbarten lichtemittierenden Abschnitten unter der Vielzahl von lichtemittierenden Abschnitten durchgehend ist, und der Rillenabschnitt an einer Stelle vorgesehen ist, die der Teilungsrille auf der Unterseite des Substrats gegenüberliegt.
Halbleiter-Laserelement nach Anspruch 8, bei dem der Laserarray-Abschnitt eine erste Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, eine aktive Schicht und eine zweite Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps in der angegebenen Reihenfolge von der Substratseite her umfasst, die zweite Halbleiterschicht eine Vielzahl von Stegstreifenabschnitten, die als Strompfade dienen, Halteabschnitte, die auf beiden Seiten der Stegstreifenabschnitte angeordnet sind und nicht als Strompfade dienen, und Trennrillen, die die Stegstreifenabschnitte und die Halteabschnitte trennen, umfasst, und die Teilungsrille in den Halteabschnitten vorgesehen ist.
Halbleiter-Laserelement nach Anspruch 4 oder 9, bei dem der Rillenabschnitt eine Mitte des Substrats von einer Oberseite des Laserarray-Abschnitts aus erreicht.
Halbleiter-Laserelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem eine Tiefe eines Abschnitts des Substrats des Rillenabschnitts 2,0 µm oder mehr beträgt.