JP2010141017A - 発光素子、チップ及び発光素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】レーザチップ1の光出射表面Pに、出射される光の一部を吸収する光吸収膜5を形成する、また、レーザチップ1に電流を通じたときに、光吸収膜5を介して短絡されないような構成とする。例えば、上面U及び下面Dに対して不連続となる光吸収膜5a、5bを形成する。
【選択図】図9
Description
本発明の基本構成について、まず図1を用いて説明する。図1は、本発明におけるレーザチップの構成の一例を示す模式的な側面図であり、従来のレーザチップの構成について示した図20に相当するものである。
次に、上述した基本構成を備えた本発明の実施例について説明する。なお、以下に示す実施例はそれぞれ一例に過ぎず、上述したように光吸収膜をチップの光が出射される端面の最表面に備える構成である限り、本発明はどのような構成であっても構わない。また、第一〜第三実施例において、チップ及び素子の構成例を示す。また、第四〜第十三実施例において、保護膜及び光吸収膜の構成例を示す。さらに、第十四〜第十六実施例において、短絡を抑制するための構成例を示す。なお、以下の各実施例は、矛盾なき限り適宜組み合わせて実施することができるものとする。
<第一実施例>
以下の第一実施例〜第三実施例では、窒化物系半導体からなるレーザチップやこのレーザチップを備えたレーザ素子の構成例を示す。まず、第一実施例について図3を用いて説明する。図3は、第一実施例におけるレーザチップの構成の一例を示した模式的な斜視図及び側面図である。
次に、第二実施例について図5を用いて説明する。本実施例は、レーザチップの気密封止を要するキャンパッケージにレーザチップを実装するものであり、図5は、第二実施例におけるレーザ素子の模式的な斜視図である。なお、本実施例で使用するレーザチップ1は、ほぼ第一実施例で示した図3のレーザチップと同様の構成であるが、高反射膜4の反射率が70%〜80%程度となっており、図3に示したレーザチップ1よりも高反射膜4を形成する膜の数を減少させたり、一部の膜の厚みを変更したりするなどの設計変更がなされているものとする。
次に、第三実施例について図6を用いて説明する。本実施例は、第一実施例におけるレーザチップ1と同様のレーザチップ1を、気密封止を要するHHL(High Heat Load)パッケージに実装したものである。また、図6は、第三実施例におけるレーザ素子の模式的な斜視図である。なお、このHHLパッケージは、照明などの用途に使用されるワットクラスの高出力を可能とするパッケージである。
<第四実施例>
以下の第四実施例〜第十三実施例では、窒化物系半導体からなるレーザチップの保護膜(特に、光出射側の端面に形成する低反射膜)及び光吸収膜の構成例を示す。なお、以下では低反射膜及び光吸収膜の構成例のみ示すこととするが、チップや高反射膜の構成、パッケージの構成については、どのような構成であっても構わない。また、以下に示す膜の組み合わせはそれぞれ一例に過ぎず、これ以外の組み合わせでも本発明の効果を得ることは可能である。
第五実施例では、光出射側の端面に形成される低反射膜の材料を第四実施例と同様のものとしている。即ち、光出射側の端面からAlN膜/SiN膜/Al2O3膜の順に形成したものとする。そして、低反射膜を構成する最表面の膜であるAl2O3膜上に光吸収膜として白金(Pt)膜を形成している。また、それぞれの膜の厚さは、AlN膜が6nm、SiN膜が100nm、Al2O3膜が200nm、Pt膜が4nmである。
第六実施例では、光出射側の端面に形成される低反射膜の材料を第四及び第五実施例と同様のものとしている。即ち、光出射側の端面からAlN膜/SiN膜/Al2O3膜の順に形成したものとする。そして、本実施例では低反射膜を構成する最表面の膜であるAl2O3膜上にまずチタン(Ti)膜を形成し、さらにその上に金(Au)膜を形成する構成として、光吸収膜をTi膜及びAu膜の複合膜とする。また、それぞれの膜の厚さは、AlN膜が20nm、SiN膜が300nm、Al2O3膜が80nm、Ti膜が1.5nm、Au膜が2.5nmである。
第七実施例では、光出射側の端面に形成される低反射膜の材料を第四〜第六実施例と同様のものとしている。即ち、光出射側の端面からAlN膜/SiN膜/Al2O3膜の順に形成したものとする。そして、本実施例では低反射膜を構成する最表面の膜であるAl2O3膜上に光吸収膜としてモリブデン(Mo)膜を形成する。また、それぞれの膜の厚さは、AlN膜が20nm、SiN膜が300nm、Al2O3膜が80nm、Mo膜が4.0nmである。
第八実施例では、光出射側の端面に形成される低反射膜の材料を第四〜第七実施例と同様のものとしている。即ち、光出射側の端面からAlN膜/SiN膜/Al2O3膜の順に形成したものとする。そして、本実施例では低反射膜を構成する最表面の膜であるAl2O3上にまずモリブデン(Mo)膜を形成し、さらにその上に金(Au)膜を形成する構成として、光吸収膜をMo膜及びAu膜の複合膜とする。また、それぞれの膜の厚さは、AlN膜が20nm、SiN膜が300nm、Al2O3膜が80nm、Mo膜が1.5nm、Au膜が2.5nmである。
第九実施例では、光出射側の端面に形成される低反射膜の材料を第四〜第八実施例と同様のものとしている。即ち、光出射側の端面からAlN膜/SiN膜/Al2O3膜の順に形成したものとする。そして、本実施例では低反射膜を構成する最表面の膜であるAl2O3上に光吸収膜としてアルミニウム(Al)膜を形成する。また、それぞれの膜の厚さは、AlN膜が20nm、SiN膜が300nm、Al2O3膜が80nm、Al膜が4.0nmである。
第十実施例では、光出射側の端面に形成される低反射膜の材料を第四〜第九実施例と同様のものとしている。即ち、光出射側の端面からAlN膜/SiN膜/Al2O3膜の順に形成したものとする。そして、本実施例では低反射膜を構成する最表面の膜であるAl2O3上に光吸収膜としてAlOx(0<x<1.5)で表される酸素欠損状態のアルミニウム膜、即ち、酸化アルミニウムの酸素欠損膜を用いる。ここで、AlOxは化学量論的組成であるAl:O=2:3の組成から酸素が少なくなる方向に組成がずれているものである。また、それぞれの膜の厚さは、AlN膜が20nm、SiN膜が300nm、Al2O3膜が80nm、AlOx膜が60nmである。
第十一実施例では、光出射側の端面に形成される低反射膜の材料を第四〜第十実施例と同様のものとしている。即ち、光出射側の端面からAlN膜/SiN膜/Al2O3膜の順に形成したものとする。そして、本実施例では低反射膜を構成する最表面の膜であるAl2O3膜上に光吸収膜として窒化チタン(TiN)膜を形成する。また、それぞれの膜の厚さは、AlN膜が20nm、SiN膜が300nm、Al2O3膜が80nm、TiN膜が20nmである。
第十二実施例では、光出射側の端面に形成される低反射膜の材料を第四〜第十一実施例と同様のものとしている。即ち、光出射側の端面からAlN膜/SiN膜/Al2O3膜の順に形成したものとする。そして、本実施例では低反射膜を構成する最表面の膜であるAl2O3上に光吸収膜として酸化パラジウム膜を用いる。また、それぞれの膜の厚さは、AlN膜が20nm、SiN膜が300nm、Al2O3膜が80nm、酸化パラジウム膜が3nmである。
第十三実施例では、低反射膜を、光出射側の端面からAlOxN1-x膜/SiN膜の順に形成したものとする。そして、低反射膜を構成する最表面の膜であるSiN膜の表面に形成する光吸収膜としてパラジウム(Pd)膜を用いる。また、それぞれの膜の厚さは、AlOxN1-x膜が20nm、SiN膜が160nm、Pd膜が5nmである。このレーザチップについて図7に示す。図7は、第十三実施例におけるレーザチップの模式的な斜視図であり、光吸収膜が形成される側を拡大するとともに模式的に示したものである。
<第十四実施例>
以下の第十四実施例〜第十六実施例では、光吸収膜を介した短絡を抑制するための構成例を示す。まず第十四実施例について図面を参照して説明する。図9は、本発明の第十四実施例におけるレーザチップの模式的な斜視図であり、基本構成を示した図1の側面を正面として、奥行方向をあわせて表示したものである。なお、説明の便宜上、図9ではp電極22及びn電極23を図示している。また、本実施例では、光吸収膜の構成により短絡を抑制する場合について説明する。
次に、第十五実施例について図面を参照して説明する。図13〜図17は、本発明の第十五実施例におけるレーザ素子の一部を示す模式的な側面図及び上面図である。なお、図13〜図17のそれぞれの(a)側面図は、基本構成を示した図1のレーザチップの側面と同じ側面側から見た図を示すものであり、(b)上面図は、レーザチップの固定部に固定される下面とは反対側となる上面側から見た図を示すものである。また、本実施例では、レーザチップ1と固定部Sとの接続構成によって短絡を抑制する場合について説明する。
次に、第十六実施例について図面を参照して説明する。図18及び図19は、本発明の第十六実施例におけるレーザチップの模式的な斜視図であり、第十四実施例について示した図9に相当するものである。なお、図9と同様の部分については同じ符号を付し、その詳細な説明については省略する。また、本実施例では、電極の構成により短絡を抑制する場合について説明する。
なお、上述した各実施例において、主として低反射膜を二または三種類の膜によって構成した例について説明したが、一種類の膜から成ることとしても構わない。また、保護膜として、Al、Si、Hf、Ti、Nb、Ta、W及びYから選ばれた少なくとも一つの元素を含む酸化物や、AlやSiの窒化物、AlやSiの酸窒化物を含むものとしても構わない。
2 活性層
3 低反射膜
3a AlOxN1-x膜
3b SiN膜
3c Al2O3
4 高反射膜
4a AlOxN1-x膜
4b SiN膜
4c SiO2膜
4d TiO2膜
4e SiO2膜
5、5a、5b 光吸収膜
11 基板
12 バッファ層
13 n型クラッド層
14 n型ガイド層
15 多重量子井戸活性層
16 保護層
17 電流ブロック層
18 p型クラッド層
19 p型コンタクト層
20 リッジストライプ
21 絶縁膜
22 p電極
23 n電極
101 低反射膜
101a AlOxN1-x膜
101b SiN膜
102 光吸収膜
102a 不連続領域
102b 光吸収膜ドット
102c 連続領域
103 窒化物半導体積層部
90、92 スペーサ
91 スリットマスク
U 上面
D 下面
P 光出射表面
Z 固定材
S 固定部
N 絶縁材
C 凹部
R 絶縁部
Y 電流非注入領域
Claims (36)
- 電流が供給されて光出射面から光を出射するチップを備えた発光素子において、
前記チップの前記光出射面に形成される保護膜と、
当該保護膜の表面に形成されるとともに、出射される光の一部を吸収する光吸収膜と、を備え、
前記チップの前記光出射面と連続する面である上面及び下面に電流が通じられるとともに、前記光吸収膜が前記上面及び前記下面を電気的に接続しないことを特徴とする発光素子。 - 前記チップの前記下面が固定される固定部と、
前記チップの前記下面と前記固定部との間に備えられるとともに前記チップを前記固定部に固定する固定材と、をさらに備え、
前記固定材が、前記光吸収膜と前記チップの下面とを電気的に接続しないことを特徴とする請求項1に記載の発光素子。 - 前記光吸収膜が前記固定部から突出して、前記チップが前記固定部に固定されることを特徴とする請求項2に記載の発光素子。
- 前記チップの下面と前記固定部との間の領域が、前記チップの前記光吸収膜から離間した領域であり前記固定材が備えられる固定材領域と、前記光吸収膜に隣接した領域であり前記固定材が備えられない非固定材領域と、を含むことを特徴とする請求項2または請求項3に記載の発光素子。
- 前記非固定材領域に、絶縁性の材料から成る絶縁材が備えられることを特徴とする請求項4に記載の発光素子。
- 前記固定部の、前記光吸収膜に隣接した部分が、切り欠かれた凹部となることを特徴とする請求項2または請求項3に記載の発光素子。
- 前記チップの前記下面と前記固定部との間の領域が、前記チップの前記光吸収膜から離間した領域であり前記固定材が備えられる固定材領域と、前記光吸収膜に隣接した領域であり前記固定材を成す材料が粒状化された粒状化固定材が備えられる粒状化固定材領域と、を含むことを特徴とする請求項2または請求項3に記載の発光素子。
- 前記チップの前記上面及び前記下面の少なくとも一方が、前記光吸収膜に接触しないことを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれかに記載の発光素子。
- 前記上面及び前記下面の少なくとも一方の面上であり、前記光吸収膜に隣接した領域に、絶縁性の材料から成る絶縁部が形成されることを特徴とする請求項8に記載の発光素子。
- 前記絶縁部が、ポリマー材料、絶縁性樹脂材料及び前記保護膜を成す材料の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項9に記載の発光素子。
- 前記上面及び前記下面の少なくとも一方が、前記光吸収膜から離間した位置に形成されることを特徴とする請求項8に記載の発光素子。
- 前記光吸収膜が、少なくとも前記光出射面の光が出射される部分上の最表面を覆うとともに、前記チップの前記上面と前記下面とを電気的に接続しない形状となることを特徴とする請求項1〜請求項11のいずれかに記載の発光素子。
- 前記光吸収膜が、前記上面及び前記下面の少なくとも一方から離間して形成されることを特徴とする請求項12に記載の発光素子。
- 前記光吸収膜が、少なくとも二つ以上に分断されることを特徴とする請求項12または請求項13に記載の発光素子。
- 前記光吸収膜の少なくとも一部の領域が、粒状になることを特徴とする請求項12〜請求項14のいずれかに記載の発光素子。
- 前記光吸収膜が金属材料を含むことを特徴とする請求項1〜請求項15のいずれかに記載の発光素子。
- 前記保護膜中に前記金属材料が含まれることで、前記光吸収膜が形成されることを特徴とする請求項16に記載の発光素子。
- 前記金属材料が、当該光吸収膜を構成する他の材料中に拡散された原子状、粒状、及び当該光吸収膜を構成する他の材料との化合物状、の少なくとも一つの状態で存在することを特徴とする請求項16または請求項17に記載の発光素子。
- 前記金属材料が、金、白金、ロジウム、イリジウム、オスミウム、ルテニウム及びパラジウムの群より選ばれた、少なくとも一つの元素を含むことを特徴とする請求項16〜請求項18のいずれかに記載の発光素子。
- 前記チップが、
前記上面及び前記下面の少なくとも一方を構成する電極と、
当該電極が表面に形成される半導体積層部と、を備え、
前記電極と前記半導体積層部との間に、ケイ素の窒化物及びケイ素の酸窒化物の少なくとも一方を含む膜を備えることを特徴とする請求項1〜請求項19のいずれかに記載の発光素子。 - 前記チップが、供給される電流を長手方向と略垂直な方向である幅方向に狭窄する狭窄部を備え、当該狭窄部の長手方向の一端側から出射される光が、他端側から出射される光よりも大きいものであり、
前記狭窄部の前記一端側の幅が、前記他端側の幅よりも狭くなることを特徴とする請求項1〜請求項20のいずれかに記載の発光素子。 - 前記光吸収膜が、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、イットリウム、ケイ素、ニオブ、ハフニウム、タングステン及びタンタルの群より選ばれた少なくとも一つの元素を含む酸化物であるとともに、化学量論的組成よりも酸素が少ない組成である酸素欠損酸化物を含むことを特徴とする請求項1〜請求項21のいずれかに記載の発光素子。
- 前記光吸収膜が、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、イットリウム、ケイ素、ニオブ、ハフニウム、タングステン及びタンタルの群より選ばれた少なくとも一つの元素を含む窒化物を含むことを特徴とする請求項1〜請求項22のいずれかに記載の発光素子。
- 前記保護膜が、アルミニウム、チタン、イットリウム、ケイ素、ニオブ、ハフニウム及びタンタルの群から選ばれた少なくとも一つの元素を含む酸化物を含むことを特徴とする請求項1〜請求項23のいずれかに記載の発光素子。
- 前記保護膜が、アルミニウムの窒化物、ケイ素の窒化物、アルミニウムの酸窒化物、ケイ素の酸窒化物の少なくとも一つの化合物を含む膜を備えることを特徴とする請求項1〜請求項24のいずれかに記載の発光素子。
- 前記発光素子が、HHLパッケージに前記チップを気密封止して備えることを特徴とする請求項1〜請求項25のいずれかに記載の発光素子。
- 前記発光素子が、有機物を含む接着剤とともに前記チップを気密封止して備えることを特徴とする請求項1〜請求項26のいずれかに記載の発光素子。
- 前記発光素子が、前記チップを気密封止しない構成であることを特徴とする請求項1〜請求項25のいずれかに記載の発光素子。
- 前記発光素子が、フレームパッケージに前記チップを備えた構成であることを特徴とする請求項28に記載の発光素子。
- 前記チップが、レーザ光を出射するレーザチップであり、窒化物系半導体から成る層を備えるものであることを特徴とする請求項1〜請求項29のいずれかに記載の発光素子。
- 電流が供給されることによって光出射面から光を出射するチップにおいて、
前記光出射面に形成される保護膜と、
当該保護膜の表面に形成されるとともに、出射される光の一部を吸収する光吸収膜と、を備え、
前記チップの前記光出射面と連続する面である上面及び下面に電流が通じられるとともに、前記上面及び前記下面の少なくとも一方が、前記光吸収膜に接触しないことを特徴とするチップ。 - 電流が供給されることによって光出射面から光を出射するチップにおいて、
前記光出射面に形成される保護膜と、
当該保護膜の表面に形成されるとともに、出射される光の一部を吸収する光吸収膜と、を備え、
前記光出射面と連続する面である上面及び下面に電流が通じられるとともに、
前記光吸収膜が、少なくとも前記光出射面の光が出射される部分上の最表面を覆うとともに、前記チップの前記上面と前記下面とを電気的に接続しない形状となることを特徴とするチップ。 - 電流が供給されることによって光出射面から光を出射するチップを備えた発光素子の製造方法において、
前記チップの、前記光出射面と連続する面であり電流が通じられる上面及び下面を形成する第一工程と、
前記チップの前記光出射面に保護膜を形成する第二工程と、
前記保護膜の表面に、出射される光の一部を吸収する光吸収膜を形成する第三工程と、
前記チップの前記下面と固定部との間に固定材を備えることで前記チップの下面を前記固定部に固定し、前記チップを実装する第四工程と、を備え、
前記第四工程で、前記光吸収膜と前記チップの下面とを電気的に接続しない前記固定材を備えることを特徴とする発光素子の製造方法。 - 電流が供給されることによって光出射面から光を出射するチップを備えた発光素子の製造方法において、
前記チップの、前記光出射面と連続する面であり電流が通じられる上面及び下面を形成する第一工程と、
前記チップの前記光出射面に保護膜を形成する第二工程と、
前記保護膜の表面に、出射される光の一部を吸収する光吸収膜を形成する第三工程と、
前記チップを実装する第四工程と、を備え、
前記第一工程または前記第二工程で、前記チップの前記上面及び前記下面の少なくとも一方を、後の工程で形成する前記光吸収膜に接触しない構成にすることを特徴とする発光素子の製造方法。 - 電流が供給されることによって光出射面から光を出射するチップを備えた発光素子の製造方法において、
前記チップの、前記光出射面と連続する面であり電流が通じられる上面及び下面を形成する第一工程と、
前記チップの前記光出射面に保護膜を形成する第二工程と、
前記保護膜の表面に、出射される光の一部を吸収する光吸収膜を形成する第三工程と、
前記チップを実装する第四工程と、を備え、
前記第三工程で、前記光吸収膜を、少なくとも前記光出射面の光が出射される部分上の最表面を覆うとともに、前記チップの前記上面と前記下面とを電気的に接続しない形状にすることを特徴とする発光素子の製造方法。 - 前記第四工程が、前記チップを気密封止することなく実装する工程であることを特徴とする請求項33〜請求項35のいずれかに記載の発光素子の製造方法。
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