JP4126980B2 - Iii族窒化物系化合物半導体レーザ素子 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、緑色乃至紫外光のレーザ光を発するIII族窒化物系化合物半導体レーザ素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば窒化インジウムガリウム(GaInN)を用いた多重量子井戸構造を活性層とするIII族窒化物系化合物半導体レーザ素子は、主として端面間の発振(基板面に対して平行にレーザ光が発振するもの)が実用化されている。これに対し、基板面と平行な反射膜等を設けて基板面に垂直方向にレーザ光を発振させるいわゆる面発光レーザは、III族窒化物系化合物半導体では実用化までに至っていない。公知技術としては、例えば特開平11−46038号が挙げられる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
端面発振レーザは、基板に垂直な精度の良い端面を形成することが必要であり、高密度集積ができない。また、当該精度の良い端面を形成しても、レーザ素子の使用と共に劣化し、レーザ素子の寿命は短いものとなっていた。また面発光レーザである特開平11−46038号では、誘電体多層膜をp層上に形成し、レーザ発振のための1対の反射層の一方側としているが、たとえ透明なp電極の上に誘電体多層膜を形成しても、金属膜から成る当該p電極でのレーザ光吸収は無視できないので実質的に困難である。
【0004】
本発明は上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、容易に製造可能な面発光のIII族窒化物系化合物半導体レーザ素子を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項1に記載の手段によれば、孔部を有する基板の当該孔部の上方に形成されたIII族窒化物系化合物半導体レーザ素子であって、p電極に最も近いIII族窒化物系化合物半導体層を多重層として多重層反射層とし、p電極を反射率の高い反射膜とし、基板の裏面に孔部を覆うように誘電体多層膜を有し、p電極と多重層反射層との組合せと対を成してレーザ光を発振させ、基板の孔部側にレーザ光を取り出すことを特徴とする。
また、請求項2に記載の手段によれば、nクラッド層よりも上部の側面が放熱性の良い誘電体膜で囲われていることを特徴とする。
【0007】
【作用及び発明の効果】
多重層反射層としてp電極に最も近いIII族窒化物系化合物半導体層をそれに充て、更にp電極を反射率の高い反射膜とすれば、多重層反射層が容易に形成でき、且つp層側と反対側の基板側のみにレーザ光を取り出す構成とすることができる。当該p電極と多重層反射層との組合せと対を成してレーザ光を発振させる反射膜としては、基板の裏面の孔部を覆う誘電体多層膜とすれば良い。この反射層は極めて精度良く形成できるので、従来提案されている面発光レーザ素子よりも容易に製造可能である。なお、基板の裏面の孔部を覆う誘電体多層膜は、予め形成しておき、接着すると良い。また、レーザ光が基板に吸収されることが無い。
請求項2の構成によれば、活性層への電流密度が上昇し、発振電流の閾値を低下させることができる。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施の形態について、図を参照しながら説明する。尚、以下は本発明の個々の実施例を示すものであって、本発明はそれらのみに限定されるものではない。
【0009】
〔第1実施例〕
図1は、本発明の具体的な第1の実施例に係るIII族窒化物系化合物半導体レーザ素子100の主要構成を示す図である。基板101、n型層であって、III族窒化物系化合物半導体の多重層から成り、反射膜を形成する多重n層102、nクラッド層103、多重量子井戸構造を有する活性層104、pクラッド層105、p型層であって、III族窒化物系化合物半導体の多重層から成り、反射膜を形成する多重p層106、反射率の高い金属から成るp電極107、及びn電極108とから形成される。
【0010】
III族窒化物系化合物半導体レーザ素子100においては、多重p層106の反射率は30%以上有れば良く、p電極107との組合せで例えば95%ぐらいの反射率となれば良い。一方、多重n層102の反射率は70%、好ましくは80%以上のものが望ましい。このような構成とするため、多重n層102、多重p層106は組成の異なるIII族窒化物系化合物半導体、例えばGaNとAlGaNで構成する。すなわち、多重n層102を39nm厚のn-GaNと47nm厚のn-Al0.8Ga0.2Nとを30周期積層したものとし、多重p層106を39nm厚のp-GaNと43nm厚のp-Al0.3Ga0.7Nとを10周期積層したものとする。
【0011】
活性層104は例えばGaInN/AlGaNの多重量子井戸構造とすれば良い。即ち、3nm厚のGa0.9In0.1Nから成る井戸層と10nm厚のAl0.2Ga0.8Nから成る障壁層とを複数周期積層する。
【0012】
p電極107としてはアルミニウム(Al)、銀(Ag)、ロジウム(Rh)を用いることができる。尚、本実施例ではn電極108を多重n層102に設ける構成としたが、n電極108は単一層から成るn層に形成しても良い。そのときの層構成の順序は、基板側から、n電極108を形成した単一層から成るn層、多重n層102としてもよく、逆に基板側から、多重n層102、n電極108を形成した単一層から成るn層としてもよい。後者の場合、多重n層102はドーパントを含まない、高抵抗層でも良いことは言うまでもない。また、基板としてサファイア等の異種材料を用いる場合は基板上に所望のバッファ層を設ける。図1及び上記説明では省略したが、これは本願発明の本質を説明したのみであって、バッファ層を設けるものも本願発明に包括されることは当然である。
【0013】
〔第2実施例〕
図2の(a)は、本発明の具体的な第2の実施例に係るIII族窒化物系化合物半導体レーザ素子200の主要構成を示す図である。基板201、n型層であって、III族窒化物系化合物半導体から成るn層202、nクラッド層203、多重量子井戸層から成る活性層204、pクラッド層205、p型層であって、III族窒化物系化合物半導体の多重層から成り、反射膜を形成する多重p層206、反射率の高い金属から成るp電極207、n電極208、基板裏面の誘電体多層膜210とから形成される。図2の(a)のIII族窒化物系化合物半導体レーザ素子200において、多重p層206、p電極207の反射率は、図1のIII族窒化物系化合物半導体レーザ素子100の多重p層106、p電極107の反射率と同様で良い。基板裏面の誘電体多層膜210の反射率は80%以下のものが望ましく、例えば71nm厚のSiO2と50nm厚のZrO2を6周期積層したものとする。
【0014】
また、基板でのレーザ光吸収を抑えるため、図2の(b)の変形例のような構成を有するIII族窒化物系化合物半導体レーザ素子250としても良い。図2の(b)のIII族窒化物系化合物半導体レーザ素子250においては図2(a)の基板201を孔部Vを設けた基盤251に代えている。この場合、基板裏面の誘電体多層膜210は、予め形成しておき、基板251に接着する方法をとる。孔部Vには空気のみ存在するので、孔部Vでレーザ光が吸収されることはない。
【0015】
〔その他の変形例〕
図1のIII族窒化物系化合物半導体レーザ素子100、図2の(b)のIII族窒化物系化合物半導体レーザ素子250の変形例として、図3の(a)、(b)のようなIII族窒化物系化合物半導体レーザ素子190、290の構成としても良い。即ち、レーザ素子として機能する活性層、n/pクラッド層部分を個々の素子に分離するエッチングの後、個々の素子に分離されたnクラッド層よりも上部の側面を放熱性の良い誘電体膜19、29で囲う。他の構成要素は図1のIII族窒化物系化合物半導体レーザ素子100、図2の(b)のIII族窒化物系化合物半導体レーザ素子250と同様であるので同一の符号を付した。これにより、活性層への電流密度が上昇し、発振電流の閾値を低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の具体的な第1の実施例に係るIII族窒化物系化合物半導体レーザ素子の構成を示す断面図。
【図2】(a)は、本発明の具体的な第2の実施例に係るIII族窒化物系化合物半導体レーザ素子の構成を示す断面図、(b)はその変形例に係るIII族窒化物系化合物半導体レーザ素子の構成を示す断面図。
【図3】(a)は、図1の第1実施例に係るIII族窒化物系化合物半導体レーザ素子の変形例の構成を示す断面図、(b)は図2(b)のIII族窒化物系化合物半導体レーザ素子の変形例の構成を示す断面図。
【符号の説明】
102 多重n層
106、206 多重p層
107、207 p電極
202 n層
210 誘電体多層膜
Claims (2)
- 孔部を有する基板の当該孔部の上方に形成されたIII族窒化物系化合物半導体レーザ素子であって、
p電極に最も近いIII族窒化物系化合物半導体層を多重層として多重層反射層とし、
p電極を反射率の高い反射膜とし、
前記基板の裏面に前記孔部を覆うように誘電体多層膜を有し、前記p電極と前記多重層反射層との組合せと対を成してレーザ光を発振させ、
基板の孔部側にレーザ光を取り出すことを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体レーザ素子。 - nクラッド層よりも上部の側面が放熱性の良い誘電体膜で囲われていることを特徴とする請求項1に記載の III 族窒化物系化合物半導体レーザ素子。
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