JP2004146496A

JP2004146496A - 発光装置

Info

Publication number: JP2004146496A
Application number: JP2002308166A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Watanabe; 渡辺　大志; Akira Iwayama; 岩山　章
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2002-10-23
Filing date: 2002-10-23
Publication date: 2004-05-20
Anticipated expiration: 2022-10-23
Also published as: JP4165181B2

Abstract

【目的】レーザダイオードチップの端面における有機物の堆積を防止し、もって長寿命及び高信頼性の発光装置を提供する。
【構成】レーザダイオードチップと、レーザダイオードチップの筐体と、筐体内に配置された光触媒とを備えてなる発光装置であって、レーザダイオードチップから放出された光により前記光触媒を活性化し、発光装置内の有機物を分解してこれがチップの端面に堆積しないようにする。
【選択図】　　　図２

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は発光装置に関し、更に詳しくはレーザダイオードチップ（以下、「ＬＤチップ」と略することがある）を内蔵する発光装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＤチップを内蔵する発光装置は、支持体のマウント部にＬＤチップがマウントされ、当該ＬＤチップをカバーするキャップが支持体に固定される構造である。キャップには窓が形成され、ＬＤチップから放出されたレーザ光はこの窓から外部へ放出される。かかる発光装置の構造については特許文献１等を参照されたい。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１６４９６７
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らはこのような発光装置の性能を向上させるべく検討を重ねてきた。その結果、下記の課題を見出すに至った。
ＬＤチップの劣化原因、信頼性低下原因の一つにＬＤチップの端面損傷がある。この端面損傷の原因として発光装置のパッケージ内の有機物が当該端面に堆積することが考えられる。この有機物はパッケージ内に浮遊する微量なものであるが、特にＩＩＩ族窒化物系化合物半導体からなるＬＤチップにおいては短波長光による光反応が促進されてＬＤチップ端面へ有機物が堆積し易くなる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そこで、この発明はＬＤチップの端面における有機物の堆積を防止し、もって長寿命及び高信頼性の発光装置を提供することを目的とする。
この発明はかかる目的を達成するものであり、その構成は次の通りである。即ち、レーザダイオードチップと、該レーザダイオードチップの筐体と、該筐体内に配置された光触媒とを備えてなる発光装置であって、
前記レーザダイオードチップから放出された光により前記光触媒が活性化される、ことを特徴とする発光装置。
【０００６】
このように構成された発光装置では、筐体内の光触媒がレーザダイオードチップからの光を受けて活性化し、筐体内の有機物を酸化分解する。よって、ＬＤチップの端面に有機物が堆積することを確実に防止できる。
【０００７】
以下、この発明の各要素について詳細に説明をする。
（レーザダイオードチップ）
ＬＤチップには汎用的なものを用いることができる。ＬＤチップは一般的に基板、ｎコンタクト層、ｎクラッド層、ｎガイド層、ＭＱＷ層、ｐガイド層、ｐコンタクト層を順次積層した構成である。
ＬＤチップのタイプは特に限定されるものではなく、電極ストライプタイプ、メサストライプタイプ、ヘテロアイソレーションタイプ等の利得導波型ストライプタイプレーザや埋込みヘテロタイプ、ＣＳＰタイプ、リブガイドタイプ等の造り付け導波ストライプタイプレーザを挙げることができる。
【０００８】
ＩＩＩ族窒化物系化合物半導体によりＬＤチップを形成した場合には、比較的短波長のレーザ光を生成することができる。かかるＬＤチップの場合、光のエネルギーが高く、またチップ自体が熱を持ちやすいのでその端面に有機物が堆積しやすかった。
ここに、ＩＩＩ族窒化物系化合物半導体は、一般式としてＡｌ_ＸＧａ_ＹＩｎ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）で表され、ＡｌＮ、ＧａＮ及びＩｎＮのいわゆる２元系、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ、Ａｌ_ｘＩｎ_１−ｘＮ及びＧａ_ｘＩｎ_１−ｘＮ（以上において０＜ｘ＜１）のいわゆる３元系を包含する。ＩＩＩ族元素の少なくとも一部をボロン（Ｂ）、タリウム（Ｔｌ）等で置換しても良く、また、窒素（Ｎ）の少なくとも一部もリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等で置換できる。
ＩＩＩ族窒化物系化合物半導体は任意のドーパントを含むものであっても良い。ｎ型不純物として、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、カーボン（Ｃ）等を用いることができる。ｐ型不純物として、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、ベリリウム（Ｂｅ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）等を用いることができる。なお、ｐ型不純物をドープした後にＩＩＩ族窒化物系化合物半導体を電子線照射、プラズマ照射若しくは炉等による加熱にさらすことができるが必須ではない。
【０００９】
Ｖ族元素としてＰ（リン）やＡｓ（ヒ素）等を用いたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体によりＬＤチップを形成した場合には比較的長波長の光を生成することができる。ＩＩＩ族元素はＧａ（ガリウム）、Ｉｎ（インジウム）、Ａｌ（アルミニウム）などから任意に選択することができる。即ち、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は一般式としてＡｌ_ＸＧａ_ＹＩｎ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｖ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１、Ｖ：Ｖ族元素）で表され、ＡｌＶ、ＧａＶ及びＩｎＶのいわゆる２元系、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＶ、Ａｌ_ｘＩｎ_１−ｘＶ及びＧａ_ｘＩｎ_１−ｘＶ（以上において０＜ｘ＜１）のいわゆる３元系を包含する。ＩＩＩ族元素の少なくとも一部をボロン（Ｂ）、タリウム（Ｔｌ）等で置換しても良く、また、ＶはＡｓやＰのほかにその少なくとも一部も窒素（Ｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等で置換できる。
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は任意のドーパントを含むものであっても良い。ｎ型不純物として、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、カーボン（Ｃ）等を用いることができる。ｐ型不純物として、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、ベリリウム（Ｂｅ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）等を用いることができる。
【００１０】
これら半導体層は周知の成膜方法で形成することができる。例えば、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）のほか、分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）、ハライド系気相成長法（ＨＶＰＥ法）、スパッタ法、イオンプレーティング法を用いることができる。
【００１１】
このようにして形成されたＬＤチップにおいては、その側面からレーザ光を放出することとなるが、発光層で生成された光が全てレーザ発振に供されるものではなく、その一部はチップから漏れてしまう。この漏れた光が光触媒の活性化に用いられる。
また、ＬＤチップはこれに印加される電流が閾値以下のときには、発光ダイオードとして機能する。このとき、チップのほぼ全周から光が放出される。この光により光触媒を活性化することができる。従ってこの発明の一の実施例では、レーザ発振前後における閾値以下の電流の印加時間を意識的に長くして、光触媒を活性化させている。
【００１２】
ＬＤチップ中にダイオード発光をする領域を作りこむことも可能である。例えばレーザ発光の発光層として多重量子井戸構造（ＭＱＷ；主光生成領域）を採用し、当該ＭＱＷとは別に第２のＭＱＷ（若しくはＳＱＷ、ヘテロ構造等の発光構造；第２の光生成領域）を形成して、この部分から、レーザ光とは別に、光触媒を好適に活性化する光を放出させる。
【００１３】
（筐体）
かかるＬＤチップは気密な筐体内に配置される。実施例の筐体はマウント部を有する支持体とキャップから構成され、当該マウント部へＬＤチップがマウントされ、更にリードへ電気的に接続される。
キャップには窓が設けられ、ＬＤチップから発振されたレーザ光はこの窓を通過して外部へ放出される。窓はガラスや樹脂等、少なくともレーザ光を透過させる光透過性材料で形成される。窓の形状は任意に選択することができる。
筐体の形状は任意に選択でき、汎用的な筐体をそのまま用いることができる。筐体の材質も特に限定されないが、アルミ合金、鉄合金等の金属材料若しくは樹脂材料を用いることができる。
【００１４】
（光触媒）
光触媒はＬＤチップから放出された光により活性化されて発光装置の筐体内に浮遊する有機物を分解できるものであればよい。つまり、光触媒はＬＤチップから放出される光の波長に応じて適宜選択される。例えば短波長光（例えば４００ｎｍ以下の波長光）を放出するＩＩＩ族窒化物系化合物半導体からなるＬＤチップに対応する光触媒としては、アナターゼ型の酸化チタンが好ましい。助触媒としてこれに貴金属を担持させることもできる。
この光触媒は実施例ではキャップの内周面とＬＤチップの上面へ層状に形成しているが、筐体内においてＬＤチップから放出された光が照射される部分に配置されればよい。例えば、支持体やマウント部に光触媒を担持させてもよい。この場合、当該部分の光触媒へ光が効率よく到達するようにキャップの内面を鏡面とすることができる。
【００１５】
（他の実施の形態）
上記の説明では、ＬＤチップからの光を用いて光触媒を活性化させている。光触媒を活性化させるための光を放出するＬＥＤチップを、ＬＤチップとは別個に、筐体内に配置することもできる。
また、光がなくとも有機物を酸化可能な触媒として特開２００１−１８７３４３号公報に開示の常温浄化触媒がある。この常温浄化触媒は還元処理によって酸素欠損が導入された酸化物に貴金属を担持させたものであり、例えば酸素欠損の酸化セリウムに白金を担持させたものを用いることができる。かかる触媒を用いても、発光装置筐体中に浮遊する有機物を酸化してＬＤチップの端面損傷を未然に防止することができる。
【００１６】
【実施例】
以下、この発明の実施例について説明する。
半導体レーザの例を図１に示す。
図１の各層のスペックは次ぎの通りである。

【００１７】
上記において、第１のｎ型層３はｎ型コンタクト層、第２のｎ型層４はｎ型クラッド層、第３のｎ型層５はｎ型ガイド層、ＭＱＷ層６は発光層、第１のｐ型層７はｐ型ガイド層、第２のｐ型層８はｎ型クラッド層、第３のｐ型層９はｎ型コンタクト層としてそれぞれ機能する。
【００１８】
上記においてバッファ層の材料としてＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮ等を用いることができる。さらに基板とバッファ層は半導体素子形成後に、必要に応じて、除去することもできる。
ここでｎ型層３、４、５にはＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ若しくはＡｌＩｎＧａＮを用いることができる。
また、ｎ型層３、４、５にはｎ型不純物としてＳｉをドープしたが、このほかにｎ型不純物として、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ等を用いることもできる。
ＭＱＷ層６にはＩｎＧａＮ／ＧａＮの多重量子井戸構造の他、ＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＩｎＮ等の多重量子井戸構造を採用することができる。量子井戸層の数は５〜３０とすることが好ましい。
【００１９】
ｐ型層７、８、９はＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ又はＩｎＡｌＧａＮとすることもできる、また、ｐ型不純物としてはＭｇの代わりにＺｎ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａを用いることもできる。ｐ型不純物の導入後に、電子線照射、炉による加熱、プラズマ照射等の周知の方法により低抵抗化することも可能である。
【００２０】
上記構成の発光素子において、第１のｎ型層３より上のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層はＭＯＣＶＤ法の他、分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）、ハライド系気相成長法（ＨＶＰＥ法）、スパッタ法、イオンプレーティング法等の方法で形成することもできる。
ｎ電極１２はＡｌを含む材料で形成され、第３のｐ型層９を形成した後、半導体層９〜４及び第１の半導体層３の一部をエッチングにより除去し、蒸着により表出した第１のｎ型層３上に形成される。
ｐ電極１３はＮｉを含む材料で構成されており、蒸着により形成される。
【００２１】
図２Ａはこの実施例の発光装置２０の構造を示す。この発光装置２０は支持体２１にマウント部２３が立設され、当該マウント部にＬＤチップがマウントされている。キャップ２４には窓２５が形成されており、ＬＤチップで生成されたレーザ光は当該窓２５から外部に放出される。
キャップ２４は金属薄板からなり、その内周面に酸化チタンの粉末からなる光触媒がバインダとともに塗布されて光触媒層２７を形成している。また、ＬＤチップの上面にも同様に酸化チタンを含んだ光触媒層２７が形成されている。なお、ＬＤチップの保護膜１０を酸化チタンで形成してこれに光触媒作用を付与することもできる。
【００２２】
このように構成された実施例の発光装置２０によれば、ＬＤチップから放出されたレーザ光は窓２５を介して外部へ放出され、発光装置としての本来の機能を奏する。そして、ＬＤチップから漏れ出た光が光触媒層２７に到達し、酸化チタンからなる光触媒を活性化させる。これにより、発光装置２０内に浮遊する有機物２９を酸化分解する。よって、ＬＤチップの端面に有機物が堆積することがなく、もってＬＤチップひいては発光装置の寿命及び信頼性が向上する。
【００２３】
なお、図２Ｂに示す従来例では光触媒層が存在しないので、発光装置筐体内に浮遊する有機物がＬＤチップの端面に堆積するおそれがある。図２Ｂにおいて図２Ａと同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００２４】
図３は他の実施例における電流の印加パターンを示す。発光装置の構成は図２Ａのものと同一である。
この実施例ではＬＤチップに印加する電流を制御する。即ち、レーザ発振が生じてレーザ光が生成出力される前に、閾値電流以下の電流を所定時間（１〜１０秒）印加する。そして、レーザ光の生成を終了した後にも同様に閾値電流以下の電流を所定時間（１〜６０秒）印加する。ＬＤチップに印加される電流が閾値以下のときＬＤチップは発光ダイオードとして動作し、ほぼ全周から光を放出する。この光を用いて光触媒を活性化させ、筐体内の有機物を酸化分解する。
なお、電流印加からレーザ光の出力までのリードタイムを短くするには、図４のように電流を制御する。即ち、この例では発光装置のスイッチをオフした後のみに閾値電流以下の電流を所定時間印加し、このとき生成される光で光触媒を活性化する。
勿論、図３及び４の例のレーザ光生成時においてもＬＤチップから光が漏れ出て、この光により光触媒が活性化されることがある。
【００２５】
この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はＬＤチップの構成を示す模式図である。
【図２】図２Ａはこの発明の実施例の発光装置を示し、図２Ｂは従来例の発光装置を示す。
【図３】図３はこの発明の一の実施例における電流印加パターンを示すチャート図である。
【図４】図４はこの発明の一の実施例における電流印加パターンを示すチャート図である。
【符号の説明】
２０　発光装置
２１　支持体
２３　マウント部
２４　キャップ
２５　窓
２７　光触媒層
２９　有機物

Claims

レーザダイオードチップと、該レーザダイオードチップの筐体と、該筐体内に配置された光触媒とを備えてなる発光装置であって、
前記レーザダイオードチップから放出された光により前記光触媒が活性化される、ことを特徴とする発光装置。
前記レーザダイオードチップはＩＩＩ族窒化物系化合物半導体からなる、ことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記光触媒は前記筐体の内周面に層状に形成されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。
前記レーザダイオードチップはレーザ光を生成する主光生成領域と、前記光触媒を活性化させるダイオード光を生成する第２の光生成領域と、を有する、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の発光装置。
前記レーザダイオードチップには、レーザ発振の前に及び／又は後で、レーザ光を生成するための閾値電流よりも小さい電流が印加され、該電流に基づいて生成される光が前記光触媒を活性化する、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の発光装置。