JP5100407B2 - Semiconductor light emitting element and semiconductor light emitting device using the same - Google Patents

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Description

本発明は、一般に半導体発光素子に関するものであり、より特定的には、動作電圧の上昇による不良を抑制することができるように改良された半導体発光素子に関する。この発明はまたそのような半導体発光素子を搭載した半導体発光装置に関する。   The present invention generally relates to a semiconductor light emitting device, and more particularly to a semiconductor light emitting device improved so as to suppress defects due to an increase in operating voltage. The present invention also relates to a semiconductor light emitting device equipped with such a semiconductor light emitting element.

III族窒化物半導体レーザ素子は紫外から可視光にかけて広い発振波長を有しており、高密度光記録媒体に対応した短波長光源として注目されている。また、光記録媒体のみならず、照明やバックライトなどの可視光源としても期待されている。さらに使用用途を拡大すべく、窒化物半導体レーザ素子の発光出力を向上させつつ、動作を安定させるための技術開発が検討されている。   The group III nitride semiconductor laser element has a wide oscillation wavelength from ultraviolet to visible light, and has attracted attention as a short wavelength light source corresponding to a high-density optical recording medium. Further, it is expected not only as an optical recording medium but also as a visible light source such as an illumination or a backlight. Further, in order to expand the usage applications, technological development for stabilizing the operation while improving the light emission output of the nitride semiconductor laser element is being studied.

図11は、従来の半導体レーザ光源の断面図である(例えば特許文献1参照)。従来の半導体レーザ光源は、レーザ光を出射する半導体レーザチップ91を備える。半導体レーザチップ41はヒートシンク92に取り付けられている。ステム93の底面にヒートシンク92が接合されている。光検出素子94は、半導体レーザチップ91から出射したレーザ光強度をモニタするためにステム93の裏面に配置されている。ステム93の反対側の面にはGND用、半導体レーザ駆動用、光検出素子用の電極リード線95が取り付けられている。GND用電極はステム93に、半導体レーザ駆動用と光検出素子用電極は、図示しないワイヤーボンディングによって各々半導体レーザチップ91と光検出素子94に接合され導通している。   FIG. 11 is a cross-sectional view of a conventional semiconductor laser light source (see, for example, Patent Document 1). The conventional semiconductor laser light source includes a semiconductor laser chip 91 that emits laser light. The semiconductor laser chip 41 is attached to a heat sink 92. A heat sink 92 is joined to the bottom surface of the stem 93. The light detection element 94 is disposed on the back surface of the stem 93 in order to monitor the intensity of the laser light emitted from the semiconductor laser chip 91. An electrode lead wire 95 for GND, for driving a semiconductor laser, and for a light detection element is attached to the opposite surface of the stem 93. The electrode for GND is connected to the stem 93, and the electrodes for driving the semiconductor laser and the light detecting element are connected to the semiconductor laser chip 91 and the light detecting element 94 by wire bonding (not shown), respectively.

図11に示した半導体レーザ光源では、半導体レーザチップ91、ヒートシンク92、光検出素子94が、ステム93とキャップ96により封止された構造となっている。キャップ96の内部雰囲気97を、不活性ガス雰囲気とする態様も記載されており、これにより、半導体レーザ装置を、真空環境下、あるいは高圧環境下に設置することができるようにしている。   The semiconductor laser light source shown in FIG. 11 has a structure in which a semiconductor laser chip 91, a heat sink 92, and a light detection element 94 are sealed with a stem 93 and a cap 96. There is also described a mode in which the internal atmosphere 97 of the cap 96 is an inert gas atmosphere, which makes it possible to install the semiconductor laser device in a vacuum environment or a high-pressure environment.

発明者らは、特許文献2において、不活性ガスではなく、水素の拡散を抑制する成分、代表的には酸素を含んだ雰囲気でキャップ内部を封止することにより、半導体レーザチップが駆動中に生じる電圧上昇を抑制でき、動作を安定化させることが可能であることを示した。詳細なモデルはいまだ明らかではないが、キャップ封止雰囲気に酸素が含まれていると、半導体レーザチップを構成する部材からチップの半導体層内部への水素の拡散が抑制される。これにより、半導体レーザチップを構成するp型半導体層の高抵抗化が抑制され、動作中の動作電圧の上昇が抑制できるのである。
特開平10−313147号公報 特願2006−346520号
In the patent document 2, the inventors sealed the inside of the cap with an atmosphere containing oxygen, not an inert gas, but a component that suppresses hydrogen diffusion, so that the semiconductor laser chip is being driven. It was shown that the voltage rise that occurs can be suppressed and the operation can be stabilized. Although the detailed model is not yet clear, when oxygen is contained in the cap sealing atmosphere, hydrogen diffusion from the members constituting the semiconductor laser chip into the semiconductor layer of the chip is suppressed. As a result, an increase in resistance of the p-type semiconductor layer constituting the semiconductor laser chip is suppressed, and an increase in operating voltage during operation can be suppressed.
JP 10-313147 A Japanese Patent Application No. 2006-346520

しかしながら、窒化物半導体レーザの高出力化に伴って、キャップ封止雰囲気に多量の酸素が含まれていると、半導体レーザチップの構成によっては、チップが局所的に酸化してしまい、特性に悪影響を及ぼしてしまうことがあることが分かってきた。   However, as the output of a nitride semiconductor laser increases, if the cap sealing atmosphere contains a large amount of oxygen, depending on the configuration of the semiconductor laser chip, the chip is locally oxidized, which adversely affects the characteristics. It has become clear that it may affect

たとえば、電極に用いられている金属が酸化してしまうと、長期通電中に徐々に半導体レーザ装置の動作電圧が上昇してしまうことになる。また、200mW級以上の高出力半導体レーザ装置では、光出射端面の一部が酸化すると、その部分でレーザ光が吸収されて発熱し、CODが生じてレーザ発振が停止するといった不具合につながる。   For example, if the metal used for the electrode is oxidized, the operating voltage of the semiconductor laser device gradually increases during long-term energization. Further, in a high-power semiconductor laser device of 200 mW class or higher, when a part of the light emitting end face is oxidized, the laser light is absorbed at that part and generates heat, resulting in COD and laser oscillation being stopped.

このため、特に200mWを超えるような高出力レーザ装置に対応するレーザパッケージでは、キャップ封止雰囲気内の酸素濃度をあまり高くできない、という制限が出てきた。具体的には、酸素濃度を30%程度以下に抑えなければ上記の局所酸化の問題を回避できないことが、経験的に分かってきた。   For this reason, in particular, in a laser package corresponding to a high-power laser device exceeding 200 mW, there has been a restriction that the oxygen concentration in the cap sealing atmosphere cannot be increased so much. Specifically, it has been empirically found that the local oxidation problem cannot be avoided unless the oxygen concentration is suppressed to about 30% or less.

しかし、キャップ封止雰囲気内の酸素濃度を下げると、酸素の本来の効果である半導体レーザチップの半導体層内部への水素の拡散抑止効果も低下してしまい、動作電圧の異常を示す素子が発生するようになってしまった。更にこの問題に拍車を懸けることには、高出力レーザの場合は必然的に駆動電流値が大きくなり、これに伴って素子が動作中に発生する熱量も大きくなるので、水素の拡散抑止はより困難になる。   However, when the oxygen concentration in the cap sealing atmosphere is lowered, the effect of suppressing the diffusion of hydrogen into the semiconductor layer of the semiconductor laser chip, which is the original effect of oxygen, is also reduced, and an element that exhibits an abnormal operating voltage is generated. I came to do. Furthermore, to spur this problem, in the case of a high-power laser, the drive current value inevitably increases, and as a result, the amount of heat generated during the operation of the element also increases, so that the suppression of hydrogen diffusion is further suppressed. It becomes difficult.

この発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、長時間駆動時に素子の動作電圧が上昇しないように改良された半導体発光素子を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an improved semiconductor light-emitting device so that the operating voltage of the device does not increase during long-time driving.

この発明の他の目的は、キャップ封止雰囲気に含まれる酸素の濃度が低い場合であっても、長時間駆動時に素子の動作電圧が上昇しないように改良された半導体発光装置を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device improved so that the operating voltage of the element does not increase during long-time driving even when the concentration of oxygen contained in the cap sealing atmosphere is low. is there.

この発明に係る半導体発光素子は、活性層を介在させて接合された、リッジストライプ構造を有するp型半導体層とn型半導体層を備える。前記リッジストライプ構造の凸部頂上にのみ電気的接触するように、前記リッジストライプ構造の凸部頂上と略同形状に形成された第1p型電極が設けられている。前記リッジストライプ構造の凸部を両側から挟み被覆するように、前記p型半導体層の上に設けられ、かつ電流狭窄構造を形成するために、前記第1p型電極の表面上に電流経路となる開口部を有する絶縁層が設けられている。前記第1p型電極と前記絶縁層との上に第2p型電極が設けられている。前記開口部の外側の領域で、前記第2p型電極と前記p型半導体層の間に位置して、水素を吸着する金属を含む水素吸着層が設けられている。本発明によれば、水素吸着層が、その水素を吸い寄せる力により、絶縁層内に存在する水素の、活性層への拡散を抑制するのである。したがって、例えば、Mgをp型ドーパントとするIII族窒化物半導体発光素子の場合には、Mgと水素が複合体を作ることが抑制され、正孔濃度の低下とそれに伴うp型半導体層の抵抗の増大が回避でき、素子の動作電圧を上昇させることなく安定に保つことができるのである。 A semiconductor light emitting device according to the present invention includes a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer having a ridge stripe structure, which are joined with an active layer interposed therebetween. A first p-type electrode formed in substantially the same shape as the top of the convex portion of the ridge stripe structure is provided so as to be in electrical contact only with the top of the convex portion of the ridge stripe structure . Provided on the p-type semiconductor layer so as to sandwich and cover the convex portion of the ridge stripe structure from both sides, and to form a current confinement structure, a current path is formed on the surface of the first p-type electrode An insulating layer having an opening is provided. A second p-type electrode is provided on the first p-type electrode and the insulating layer. A hydrogen adsorption layer including a metal that adsorbs hydrogen is provided between the second p- type electrode and the p-type semiconductor layer in a region outside the opening . According to the present invention, the hydrogen adsorbing layer suppresses the diffusion of hydrogen existing in the insulating layer to the active layer by the force of sucking the hydrogen. Therefore, for example, in the case of a group III nitride semiconductor light-emitting device using Mg as a p-type dopant, it is possible to suppress the formation of a composite of Mg and hydrogen, and to reduce the hole concentration and the accompanying resistance of the p-type semiconductor layer. Therefore, the increase in the operating voltage of the element can be avoided and the operating voltage of the element can be kept stable without increasing.

上記半導体発光素子には、半導体レーザ、発光ダイオード(LED)、スーパールミネッセントダイオードが含まれる。   The semiconductor light emitting element includes a semiconductor laser, a light emitting diode (LED), and a super luminescent diode.

上記水素吸着層は、上記絶縁層と上記p型半導体層の間に設けられていてもよいし、上記水素吸着層は、上記絶縁層の中に挟まれるように設けられていてもよいし、上記絶縁層の表面に接触するように設けられていてもよい。   The hydrogen adsorption layer may be provided between the insulating layer and the p-type semiconductor layer, the hydrogen adsorption layer may be provided so as to be sandwiched between the insulating layers, It may be provided so as to contact the surface of the insulating layer.

上記水素吸着層と上記絶縁層は一体化された1つの層で構成されてもよく、この場合、該一体化された層内において、上記水素を吸着する金属の濃度は、上記p型電極側よりも、上記p型半導体層側においてより高くされているのが好ましい。また、この場合、上記水素を吸着する金属の濃度は、上記p型半導体層に近づくにつれて、グラデーション状に高くされているのが特に好ましい。このように構成することにより、絶縁層から半導体層方向に拡散し始めた水素が水素吸着層に到達すると、水素吸着層に含まれる上記金属元素に強く引き付けられ、拡散現象がその場で停止するのである。   The hydrogen adsorption layer and the insulating layer may be composed of a single integrated layer. In this case, the concentration of the metal that adsorbs hydrogen in the integrated layer is on the p-type electrode side. It is preferable that the height be higher on the p-type semiconductor layer side. In this case, the concentration of the metal that adsorbs hydrogen is particularly preferably increased in a gradation as it approaches the p-type semiconductor layer. With this configuration, when hydrogen that has started to diffuse from the insulating layer toward the semiconductor layer reaches the hydrogen adsorption layer, it is strongly attracted to the metal element contained in the hydrogen adsorption layer, and the diffusion phenomenon stops on the spot. It is.

上記水素を吸着する金属は、Mgの水素化物の生成熱よりも、より小さな水素化物の生成熱を有する金属が好ましい。このように構成することにより、絶縁層から半導体層方向に拡散し始めた水素が水素吸着層に到達すると、水素吸着層に含まれる上記金属元素に強く引き付けられる。
水素吸着層が、絶縁層の表面に接触するように設けられている構造の場合、絶縁層中に存在し、活性層へ向かおうとする水素は水素吸着層を通過しない構造であるけれども、水素は水素吸着層に吸い寄せられるため、水素の拡散が抑制される。
The metal that adsorbs hydrogen is preferably a metal having a smaller heat of formation of hydride than the heat of formation of Mg hydride. With this configuration, when hydrogen that has started to diffuse in the semiconductor layer direction from the insulating layer reaches the hydrogen adsorption layer, it is strongly attracted to the metal element contained in the hydrogen adsorption layer.
In the case of a structure in which the hydrogen adsorption layer is in contact with the surface of the insulating layer, hydrogen exists in the insulating layer and does not pass through the hydrogen adsorption layer. Is attracted to the hydrogen adsorption layer, so that hydrogen diffusion is suppressed.

上記水素吸着層の膜厚は、1nm以上、好ましくは、連続的な膜が形成される5nm以上である。但し、不連続膜でも水素吸着の効果はある。   The film thickness of the hydrogen adsorption layer is 1 nm or more, preferably 5 nm or more where a continuous film is formed. However, even a discontinuous film has an effect of hydrogen adsorption.

上記絶縁層は、1×1017atoms/cm3以上の濃度の水素を含有する。 The insulating layer contains hydrogen at a concentration of 1 × 10 17 atoms / cm 3 or more.

この発明の好ましい実施態様によれば、当該半導体発光素子は、表面側にリッジストライプ構造が設けられ、該リッジストライプ構造の凸部頂上にのみ電気的接触するように一方の電極を形成してなる電流狭窄構造を有し、上記リッジストライプ構造の凸部外側に、上記水素吸着層と、1×1017atoms/cm3以上の濃度の水素を含有する絶縁層が、上記リッジストライプ構造の凸部を挟むように設けられている。 According to a preferred embodiment of the present invention, the semiconductor light emitting device is provided with a ridge stripe structure on the surface side, and one electrode is formed so as to be in electrical contact only with the top of the convex portion of the ridge stripe structure. A convex portion of the ridge stripe structure, wherein the hydrogen adsorption layer and an insulating layer containing hydrogen at a concentration of 1 × 10 17 atoms / cm 3 or more are provided outside the convex portion of the ridge stripe structure. It is provided so that it may be inserted.

この発明の別の好ましい実施態様に係る半導体発光素子は、活性層を介在させて接合された、リッジストライプ構造を有するp型半導体層とn型半導体層と、前記リッジストライプ構造の凸部頂上にのみ電気的接触するように、前記リッジストライプ構造の凸部頂上と略同形状に形成された第1p型電極と、前記リッジストライプ構造の凸部を両側から挟み被覆するように、前記p型半導体層の上に設けられ、かつ電流狭窄構造を形成するために、前記第1p型電極の表面上に電流経路となる開口部を有する、前記p型半導体層と同じ組成でかつ極性が異なる異極性半導体層と、前記第1p型電極と前記異極性半導体層との上に設けられた第2p型電極と、前記開口部の外側の領域で、前記第2p型電極と前記p型半導体層の間に位置して設けられた、水素を吸着する金属を含む水素吸着層と、を備える。 A semiconductor light emitting device according to another preferred embodiment of the present invention includes a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer having a ridge stripe structure, joined via an active layer, and a top of a convex portion of the ridge stripe structure. The p-type semiconductor so as to sandwich and cover the first ridge electrode of the ridge stripe structure from both sides so as to be in electrical contact only with the first p-type electrode formed in substantially the same shape as the top of the protrusion of the ridge stripe structure. A different polarity with the same composition and different polarity as the p-type semiconductor layer, which is provided on the layer and has an opening serving as a current path on the surface of the first p-type electrode in order to form a current confinement structure A semiconductor layer, a second p-type electrode provided on the first p-type electrode and the heteropolar semiconductor layer, and a region outside the opening between the second p-type electrode and the p-type semiconductor layer. Located in It was, and a hydrogen adsorption layer containing a metal adsorbing hydrogen.

上記水素を吸着する金属は、Li、Na、K、Ca、Sc、Ti、Rb、Sr、Y、Zr、Cs、Ba、La、Hf、Ta、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho及びErからなる群より選ばれた金属であり、上記水素吸着層は該金属、又はその酸化物、又はその窒化物、又はそのフッ化物からなる。Ti、Zr、Hfが含まれる場合には、プロセス上の問題、屈折率、絶縁性、他との密着性において、特に優れる。   The metal adsorbing hydrogen is Li, Na, K, Ca, Sc, Ti, Rb, Sr, Y, Zr, Cs, Ba, La, Hf, Ta, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, It is a metal selected from the group consisting of Tb, Dy, Ho, and Er, and the hydrogen adsorption layer is made of the metal, an oxide thereof, a nitride thereof, or a fluoride thereof. When Ti, Zr, and Hf are contained, the process problems, the refractive index, the insulating properties, and the adhesion to others are particularly excellent.

上記絶縁層は、SiO2、TiO2、ZrO2、HfO2、CeO2、In23、Nd25、Sb23、SnO2、Ta25及びZnOからなる群より選ばれた誘電体を含む。
SiO2、TiO2を用いる場合には、プロセス上の問題、屈折率、絶縁性、他との密着性において、特に優れる。
The insulating layer is selected from the group consisting of SiO 2 , TiO 2 , ZrO 2 , HfO 2 , CeO 2 , In 2 O 3 , Nd 2 O 5 , Sb 2 O 3 , SnO 2 , Ta 2 O 5 and ZnO. Including dielectrics.
When SiO 2 or TiO 2 is used, it is particularly excellent in process problems, refractive index, insulation, and adhesion with others.

当該半導体発光素子の半導体層構造内に水素が含有されている場合に、本発明は有効である。   The present invention is effective when hydrogen is contained in the semiconductor layer structure of the semiconductor light emitting device.

上記半導体発光素子は、BN,AlN,InN,GaN,TlNなどのIII族窒化物半導体発光素子である場合に本発明は有効である。これらは、主として350nm以上550nm以下の波長で発振するものである。350nm以上550nm以下の波長はエネルギーが高く、このような光が出力されると、水素が活性化されて拡散しやすく、光劣化し易い。このような場合に本発明は特に有効である。III族窒化物半導体発光素子である場合は、p型半導体層のドーパントはMgであり、本発明は特に有効である。   The present invention is effective when the semiconductor light emitting element is a group III nitride semiconductor light emitting element such as BN, AlN, InN, GaN, or TlN. These mainly oscillate at wavelengths of 350 nm to 550 nm. Wavelengths of 350 nm or more and 550 nm or less have high energy, and when such light is output, hydrogen is easily activated and diffused, and light deterioration is likely to occur. In such a case, the present invention is particularly effective. In the case of a group III nitride semiconductor light emitting device, the dopant of the p-type semiconductor layer is Mg, and the present invention is particularly effective.

上記半導体発光素子が、GaAsなどのIII−V族化合物半導体発光素子である場合にも、本発明は有効である。これらは、主として550nm以上の波長で発振するものである。   The present invention is also effective when the semiconductor light emitting device is a III-V compound semiconductor light emitting device such as GaAs. These mainly oscillate at a wavelength of 550 nm or more.

本発明の他の局面に従う半導体発光装置は、ステムと、前記ステムに設置されたヒートシンクと、前記ヒートシンクに設けられ、少なくとも1個の半導体発光素子と、前記ステムに設置され、前記半導体発光素子からの光を検出するための光検出素子と、前記ステムに設けられ、前記ヒートシンク、前記半導体発光素子および前記光検出素子をその内部に密封するためのキャップとを備えた半導体発光装置において、前記半導体発光素子は、活性層を介在させて接合された、リッジストライプ構造を有するp型半導体層とn型半導体層と、前記リッジストライプ構造の凸部頂上にのみ電気的接触するように、前記リッジストライプ構造の凸部頂上と略同形状に形成された第1p型電極と、前記リッジストライプ構造の凸部を両側から挟み被覆するように、前記p型半導体層の上に設けられ、かつ電流狭窄構造を形成するために、前記第1p型電極の表面上に電流経路となる開口部を有する、前記p型半導体層と同じ組成でかつ極性が異なる異極性半導体層と、前記第1p型電極と前記異極性半導体層との上に設けられた第2p型電極と前記開口部の外側の領域で、前記第2p型電極と前記p型半導体層の間に位置して設けられた、水素を吸着する金属を含む水素吸着層とを備え、前記キャップ内部の雰囲気には、前記半導体発光素子中に含まれる前記水素の拡散を抑制する成分が含まれていることを特徴とする。 A semiconductor light emitting device according to another aspect of the present invention is provided with a stem, a heat sink installed in the stem, at least one semiconductor light emitting element provided in the heat sink, and installed in the stem from the semiconductor light emitting element. a light detecting element for detecting light, provided on said stem, said heat sink, the semiconductor light emitting device that includes a cap for sealing therein the semiconductor light emitting element and the light detecting element, the semiconductor The light emitting device includes the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer having a ridge stripe structure joined through an active layer, and the ridge stripe so as to be in electrical contact only with the top of the convex portion of the ridge stripe structure. The first p-type electrode formed in substantially the same shape as the top of the convex part of the structure and the convex part of the ridge stripe structure sandwiched from both sides As described above, the p-type semiconductor layer is provided on the p-type semiconductor layer and has an opening serving as a current path on the surface of the first p-type electrode in order to form a current confinement structure. A heteropolar semiconductor layer having a different composition and polarity; a second p-type electrode provided on the first p-type electrode and the heteropolar semiconductor layer; and the second p-type electrode in a region outside the opening. and the provided located between the p-type semiconductor layer, and a hydrogen adsorption layer containing a metal adsorbing hydrogen, the atmosphere inside the cap, the diffusion of the hydrogen contained in the semiconductor light emitting element The component which suppresses is contained, It is characterized by the above-mentioned.

上記の水素の拡散を抑制する成分は酸素であるのが好ましい。上記水素吸着層の作用に加えて、キャップ封止雰囲気に酸素が含有されていると、この酸素の方に引き付けられように半導体層中の水素が動く。この水素の動く向きと、水素の拡散方向とは互いに逆方向で均衡し、その結果、水素吸着層の作用効果と相乗して、水素の拡散が著しく抑制される。   The component that suppresses the diffusion of hydrogen is preferably oxygen. In addition to the action of the hydrogen adsorption layer, when oxygen is contained in the cap sealing atmosphere, hydrogen in the semiconductor layer moves so as to be attracted toward the oxygen. The direction of movement of hydrogen and the direction of hydrogen diffusion are balanced in opposite directions. As a result, the diffusion of hydrogen is remarkably suppressed in synergy with the action and effect of the hydrogen adsorption layer.

上記雰囲気に含まれる酸素の濃度が30%以下であるのが好ましい。局所酸化が防止されるからである。   The concentration of oxygen contained in the atmosphere is preferably 30% or less. This is because local oxidation is prevented.

上記雰囲気に含まれる水分の濃度が1000ppm未満であるのが好ましい。より好ましくは500ppm以下である。   It is preferable that the concentration of water contained in the atmosphere is less than 1000 ppm. More preferably, it is 500 ppm or less.

上記雰囲気の圧力が0.1Pa以上200kPa以下であるのが好ましい。   The pressure of the atmosphere is preferably 0.1 Pa or more and 200 kPa or less.

上記雰囲気中に、二酸化炭素が含有されているのが好ましい。   It is preferable that carbon dioxide is contained in the atmosphere.

上記雰囲気中に、アルゴンが含有されているのが好ましい。   Argon is preferably contained in the atmosphere.

本発明に係る半導体発光装置を作成すると、上記p型電極と上記p型半導体層の間に位置して、水素を吸着する金属を含む水素吸着層が配置されているので、キャップ封止雰囲気に含まれる水素の拡散を抑制する成分、代表的には酸素の濃度が低い場合であっても、素子の通電動作中に絶縁層中の水素が半導体層側へ拡散しようとしても水素吸着素に阻まれ、半導体層に到達しない。したがって、例えばIII族窒化物発光素子に適用した場合、半導体層のp型不純物であるMgが水素により補償されず、アクセプタ濃度ひいては正孔濃度の減少が引き起こされない。結果として結晶が高抵抗化せず、高い密度で電流を注入して長時間駆動しても動作電圧が上昇しない。その結果、電流通電時の素子動作電圧上昇による不良発生を抑制することができる。   When a semiconductor light emitting device according to the present invention is created, a hydrogen adsorption layer containing a metal that adsorbs hydrogen is disposed between the p-type electrode and the p-type semiconductor layer, so that the cap sealing atmosphere is provided. Even when the concentration of hydrogen contained in the element, typically oxygen, is low, even if the element is energized, hydrogen in the insulating layer is prevented from diffusing into the semiconductor layer. Rarely does not reach the semiconductor layer. Therefore, for example, when applied to a group III nitride light-emitting device, Mg, which is a p-type impurity in the semiconductor layer, is not compensated by hydrogen, and the acceptor concentration and thus the hole concentration is not reduced. As a result, the crystal does not increase in resistance, and the operating voltage does not increase even if the current is injected at a high density and driven for a long time. As a result, it is possible to suppress the occurrence of defects due to an increase in element operating voltage when current is applied.

キャップ封止雰囲気に含まれる酸素の濃度が低い場合であっても、長時間駆動しても動作電圧が上昇しないように改良された半導体発光装置を得るという目的を、上記p型電極と上記p型半導体層の間に位置して設けられた、水素を吸着する金属を含む水素吸着層を備える半導体発光素子を搭載することによって実現した。以下本発明の実施例を、図を用いて説明する。   Even if the concentration of oxygen contained in the cap sealing atmosphere is low, the object is to obtain an improved semiconductor light emitting device so that the operating voltage does not increase even when driven for a long time. This is realized by mounting a semiconductor light emitting element provided with a hydrogen adsorption layer containing a metal that adsorbs hydrogen, which is provided between the two types of semiconductor layers. Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施例1に係る窒化物半導体素子を搭載した窒化物半導体レーザ装置の模式図である。本発明に係る窒化物半導体装置は、ステム40を備える。ステム40にヒートシンク20が設置されている。ヒートシンク20に、少なくとも1個の、レーザ光を出射する窒化物半導体レーザチップ10が接合されている。窒化物半導体レーザチップ10には、後述する水素を吸着する金属を含む水素吸着層221が含まれている。ステム40に、窒化物半導体レーザチップ10からの光の強度を観察するための光検出素子30が設置されている。ステム40に、ヒートシンク20、窒化物半導体レーザチップ10および光検出素子30をその内部に密封するためのキャップ50が接合されている。   FIG. 1 is a schematic diagram of a nitride semiconductor laser device equipped with a nitride semiconductor device according to Example 1 of the present invention. The nitride semiconductor device according to the present invention includes a stem 40. The heat sink 20 is installed on the stem 40. At least one nitride semiconductor laser chip 10 that emits laser light is bonded to the heat sink 20. The nitride semiconductor laser chip 10 includes a hydrogen adsorption layer 221 containing a metal that adsorbs hydrogen, which will be described later. A light detection element 30 for observing the intensity of light from the nitride semiconductor laser chip 10 is installed on the stem 40. A cap 50 for sealing the heat sink 20, the nitride semiconductor laser chip 10, and the photodetecting element 30 therein is joined to the stem 40.

ステム40には電極リード線70が配線されており、キャップ50には、窒化物半導体レーザチップ10から出射された光を取り出すための窓60が設けられている。キャップ50内部の空間には、封入雰囲気80が封止されている。封入雰囲気80には、窒化物半導体レーザチップ10中に含まれる水素の拡散を抑制する成分、代表的には酸素が含有されている。酸素以外のガス成分としては、窒素などの不活性ガス、アルゴンをはじめとする希ガスのほか、二酸化炭素が混合されている。キャップ50の径は、例えば3〜6mmである。窒化物半導体レーザチップ10は、例えばその長さは0.4〜0.8mm、幅0.1〜0.3mm、厚み0.1〜0.2mmである。このような窒化物半導体レーザ装置は、例えば大容量光ディスクのピックアップ装置に使用される。   The stem 40 is provided with an electrode lead wire 70, and the cap 50 is provided with a window 60 for taking out light emitted from the nitride semiconductor laser chip 10. An enclosed atmosphere 80 is sealed in the space inside the cap 50. The sealed atmosphere 80 contains a component that suppresses diffusion of hydrogen contained in the nitride semiconductor laser chip 10, typically oxygen. As gas components other than oxygen, carbon dioxide is mixed in addition to inert gases such as nitrogen, rare gases such as argon. The diameter of the cap 50 is 3 to 6 mm, for example. The nitride semiconductor laser chip 10 has, for example, a length of 0.4 to 0.8 mm, a width of 0.1 to 0.3 mm, and a thickness of 0.1 to 0.2 mm. Such a nitride semiconductor laser device is used, for example, in a pickup device for a large-capacity optical disk.

酸素の濃度の上限については、窒化物半導体レーザチップ10の局所酸化を抑制するために30%以下とする。本実施例の場合、水素吸着層221を含む窒化物半導体レーザチップ10を搭載しているため、水素吸着層221が、その水素を吸い寄せる力により、水素の活性層への拡散を抑制するため、酸素の濃度が例えば0%であっても相当の効果を奏する。   The upper limit of the oxygen concentration is set to 30% or less in order to suppress local oxidation of the nitride semiconductor laser chip 10. In the case of the present embodiment, since the nitride semiconductor laser chip 10 including the hydrogen adsorption layer 221 is mounted, the hydrogen adsorption layer 221 suppresses diffusion of hydrogen into the active layer by the force of sucking the hydrogen. Even if the oxygen concentration is, for example, 0%, a considerable effect can be obtained.

また、上記封入雰囲気の圧力は、0.1Pa以上200kPa以下の範囲にあればよい。
また、上記封入雰囲気に含有される水分濃度は、1000ppm未満に抑制されており、より好ましくは500ppm以下に抑制することで本発明の効果が発揮され易くなる。
Moreover, the pressure of the said enclosed atmosphere should just be in the range of 0.1 Pa or more and 200 kPa or less.
Moreover, the water concentration contained in the enclosed atmosphere is suppressed to less than 1000 ppm, and more preferably, the effect of the present invention is easily exhibited by suppressing the concentration to 500 ppm or less.

本実施例において用いられるIII族窒化物半導体レーザは、BvAlwGaxInyTlzN(0≦v≦1、0≦w≦1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、v+w+x+y+z=1)の式で表わされる窒化物半導体結晶からなる。ここで、Bはホウ素を、Alはアルミニウムを、Gaはガリウムを、Inはインジウムを、Tlはタリウムを、Nは窒素を示す。また、vはホウ素の含有比率を、wはアルミニウムの含有比率を、xはガリウムの含有比率を、yはインジウムの含有比率を、zはタリウムの含有比率を示す。本明細書では、以後、例えばAlwGaxN(0<w<1、0<x<1、w+x=1)の式で表わされる窒化物半導体結晶からなる窒化物半導体層をAlGaN層と略記する。 The group III nitride semiconductor laser used in this example is B v Al w Ga x In y Tl z N (0 ≦ v ≦ 1, 0 ≦ w ≦ 1, 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, It is made of a nitride semiconductor crystal represented by the formula of 0 ≦ z ≦ 1, v + w + x + y + z = 1). Here, B represents boron, Al represents aluminum, Ga represents gallium, In represents indium, Tl represents thallium, and N represents nitrogen. Further, v represents the content ratio of boron, w represents the content ratio of aluminum, x represents the content ratio of gallium, y represents the content ratio of indium, and z represents the content ratio of thallium. In the present specification, for example, a nitride semiconductor layer made of a nitride semiconductor crystal represented by an equation of Al w Ga x N (0 <w <1, 0 <x <1, w + x = 1) is abbreviated as an AlGaN layer. To do.

窒化物半導体層を構成する窒化物半導体結晶が六方晶である場合には、窒化物半導体層中の窒素元素のうち、10%以下の窒素元素がヒ素、リンおよびアンチモンのうち少なくとも1種の元素に置換されていてもよい。また、窒化物半導体層には例えばケイ素、酸素、塩素、硫黄、セレン、炭素、ゲルマニウム、亜鉛、カドミウム、マグネシウムおよびベリリウムのうち少なくとも1種がドーピングされ、窒化物半導体層はp型、n型、i型のいずれかの導電型を有している。   When the nitride semiconductor crystal constituting the nitride semiconductor layer is a hexagonal crystal, 10% or less of the nitrogen element in the nitride semiconductor layer is at least one element of arsenic, phosphorus, and antimony May be substituted. Further, the nitride semiconductor layer is doped with at least one of silicon, oxygen, chlorine, sulfur, selenium, carbon, germanium, zinc, cadmium, magnesium and beryllium, and the nitride semiconductor layer is p-type, n-type, It has any i-type conductivity.

また、上記の窒化物半導体結晶は、有機金属気相成長法(MOCVD法)により製造される。MOCVD法では、キャリアガスやV族原料ガスに水素が含まれるため、窒化物半導体結晶内にも水素が取り込まれる。窒化物半導体結晶の成長方法としては分子ビームエピタキシ法(MBE法)が用いられることもあるが、この場合もV族原料としてアンモニアなどが使用されると、やはり窒化物半導体結晶内に水素が取り込まれる。   The nitride semiconductor crystal is manufactured by a metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method). In the MOCVD method, since hydrogen is contained in the carrier gas or the group V source gas, hydrogen is also taken into the nitride semiconductor crystal. A molecular beam epitaxy method (MBE method) is sometimes used as a method for growing a nitride semiconductor crystal. In this case, too, when ammonia or the like is used as a group V material, hydrogen is taken into the nitride semiconductor crystal. It is.

なお、III族窒化物半導体レーザ素子10の発振波長は、主として350nm以上550nm以下の波長範囲にある。また、上記では発光素子としてIII族窒化物半導体レーザを用いて説明したが、窒化物半導体スーパールミネッセントダイオードや窒化物半導体発光ダイオードに置き換えても本発明の効果は同じようにもたらされる。   The oscillation wavelength of group III nitride semiconductor laser device 10 is mainly in the wavelength range of 350 nm to 550 nm. In the above description, the group III nitride semiconductor laser is used as the light emitting element. However, the effects of the present invention can be obtained in the same way even when the light emitting element is replaced with a nitride semiconductor superluminescent diode or a nitride semiconductor light emitting diode.

以下、本実施例に搭載されるIII族窒化物半導体レーザ素子10の構造を、さらに詳細に説明する。   Hereinafter, the structure of the group III nitride semiconductor laser device 10 mounted in the present embodiment will be described in more detail.

図2(A)は、本発明の第1の実施例に係る半導体レーザ装置に用いられる半導体レーザチップの概略断面図である。図2(B)は、その斜視図である。   FIG. 2A is a schematic cross-sectional view of a semiconductor laser chip used in the semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2B is a perspective view thereof.

この半導体レーザ素子10は、n型GaN基板200上に、厚さ0.5μmのn型GaN層201、厚さ2μmのn型Al0.05Ga0.95N下部クラッド層202、厚さ0.1μmのn型GaNガイド層203、厚さ20nmのGaN下部隣接層204、活性層205(詳細は後述する)、厚さ50nmのGaN上部隣接層206、厚さ20nmのp型Al0.2Ga0.8N層207、厚さ0.6μmのp型Al0.1Ga0.9N上部クラッド層208、0.1μmのp型GaNコンタクト層209が順次形成されている。基板裏面には、負電極220、p型GaNコンタクト層209に接して正電極230(詳細は後述する)が形成されている。また、上部クラッド層208とコンタクト層209は、凸構造が共振器方向に延伸されたストライプ状に形成されており、リッジストライプ型導波路を構成している。 This semiconductor laser device 10 includes an n-type GaN layer 201 having a thickness of 0.5 μm, an n-type Al 0.05 Ga 0.95 N lower cladding layer 202 having a thickness of 2 μm, and an n-type GaN layer 201 having a thickness of 0.1 μm. GaN guide layer 203, GaN lower adjacent layer 204 having a thickness of 20 nm, active layer 205 (details will be described later), GaN upper adjacent layer 206 having a thickness of 50 nm, p-type Al 0.2 Ga 0.8 N layer 207 having a thickness of 20 nm, A p-type Al 0.1 Ga 0.9 N upper clad layer 208 having a thickness of 0.6 μm and a p-type GaN contact layer 209 having a thickness of 0.1 μm are sequentially formed. On the back surface of the substrate, a negative electrode 220 and a positive electrode 230 (details will be described later) are formed in contact with the p-type GaN contact layer 209. Further, the upper clad layer 208 and the contact layer 209 are formed in a stripe shape having a convex structure extending in the resonator direction, and constitute a ridge stripe waveguide.

リッジストライプ構造の凸部の外側には、水素の拡散を抑止する水素吸着層221、および絶縁膜222が埋め込まれ、該凸部の頂上にのみ電気的接触するように一方の電極を形成して、電流の通る部分を制限した電流狭窄を実現している。電流狭窄構造によって、出力される光のスポットの形状が概ね制御できる。正電極230と負電極220との間で電流を流すことによって、図のように、光が出力される。   A hydrogen adsorption layer 221 that suppresses hydrogen diffusion and an insulating film 222 are embedded outside the convex portion of the ridge stripe structure, and one electrode is formed so as to be in electrical contact only with the top of the convex portion. In this way, current confinement is realized by limiting the portion through which current flows. The shape of the output light spot can be generally controlled by the current confinement structure. By passing a current between the positive electrode 230 and the negative electrode 220, light is output as shown in the figure.

なお、上記水素吸着層221は、HfO2からなる誘電体層により形成した。
また、上記絶縁層222は、1×1017atoms/cm3以上の濃度の水素を含有するSiO2からなる誘電体層により形成した。
The hydrogen adsorption layer 221 was formed of a dielectric layer made of HfO 2 .
The insulating layer 222 is formed of a dielectric layer made of SiO 2 containing hydrogen at a concentration of 1 × 10 17 atoms / cm 3 or more.

リッジストライプの凸部の幅は約1.6μmとし、共振器長600μmとした。素子の前面にはAR(anti-reflective)コーティングを、後面にはHR(high reflection)コーティングを施した。   The width of the convex portion of the ridge stripe was about 1.6 μm, and the resonator length was 600 μm. An AR (anti-reflective) coating was applied to the front surface of the device, and an HR (high reflection) coating was applied to the rear surface.

上記のp型の導電型を示す層には、ドーパントとしてマグネシウム(Mg)が1×1019〜1×1020atoms/cm3濃度でドーピングされている。上部クラッド層208およびコンタクト層209において、代表的には、4×1019atoms/cm3でドーピングされている。本実施例において、p型GaNコンタクト層209を省略して、上部クラッド層208がコンタクト層を兼ねるようにしてもよい。 The layer exhibiting the p-type conductivity is doped with magnesium (Mg) as a dopant at a concentration of 1 × 10 19 to 1 × 10 20 atoms / cm 3 . The upper cladding layer 208 and the contact layer 209 are typically doped at 4 × 10 19 atoms / cm 3 . In this embodiment, the p-type GaN contact layer 209 may be omitted, and the upper cladding layer 208 may also serve as the contact layer.

活性層205は、アンドープのIn0.15Ga0.85N井戸層(厚さ:4nm)とアンドープのGaN障壁層(厚さ:8nm)とが、井戸層、障壁層、井戸層、障壁層、井戸層の順で形成された多重量子井戸構造(井戸数3)である。井戸層および障壁層は、InxGa1-xN(0≦x<1)、AlxGa1-xN(0≦x<1)、InxGa1-x-yAlyN(0≦x<1、0≦y<1)、GaN1-xAsx(0<x<1)、GaN1-xx(0<x<1)、またはこれらの化合物などの窒化物半導体で形成できる。障壁層は井戸層よりもバンドギャップエネルギーが大きくなるような組成とする。素子の発振閾値を引き下げる目的から、活性層を井戸数が2〜4の多重量子井戸構造(MQW構造)とすることが好ましいが、単一量子井戸構造(SQW構造)とすることを排除するものではない。この場合、本明細書でいうところの井戸層に挟まれる障壁層は存在しない。 The active layer 205 includes an undoped In 0.15 Ga 0.85 N well layer (thickness: 4 nm) and an undoped GaN barrier layer (thickness: 8 nm). The active layer 205 includes a well layer, a barrier layer, a well layer, a barrier layer, and a well layer. It is a multiple quantum well structure (3 wells) formed in order. Well layer and the barrier layer, In x Ga 1-x N (0 ≦ x <1), Al x Ga 1-x N (0 ≦ x <1), In x Ga 1-xy Al y N (0 ≦ x <1, 0 ≦ y <1), GaN 1-x As x (0 <x <1), GaN 1-x P x (0 <x <1), or a nitride semiconductor such as these compounds. . The barrier layer has a composition such that the band gap energy is larger than that of the well layer. For the purpose of lowering the oscillation threshold of the device, the active layer is preferably a multiple quantum well structure (MQW structure) having 2 to 4 wells, but excludes the single quantum well structure (SQW structure). is not. In this case, there is no barrier layer sandwiched between well layers as used in this specification.

正電極230は、p型GaNコンタクト層209に接する側から、第1層231(Pd層/Mo層)、第2層232(バリア層)、第3層233(パッド)からなる。ここで、バリア層から上の層は、絶縁膜222上にも形成されている。このためバリア層は、絶縁膜に対して密着性がよく、密着改善のための機能も有することが良い。Pd層は、p型窒化物半導体にオーミック接触するための層である。   The positive electrode 230 includes a first layer 231 (Pd layer / Mo layer), a second layer 232 (barrier layer), and a third layer 233 (pad) from the side in contact with the p-type GaN contact layer 209. Here, the layer above the barrier layer is also formed on the insulating film 222. Therefore, the barrier layer preferably has good adhesion to the insulating film and also has a function for improving adhesion. The Pd layer is a layer for making ohmic contact with the p-type nitride semiconductor.

上記構成の半導体レーザチップは、公知の窒化物半導体の結晶成長方法で作製できる。各半導体層は、MOCVDあるいはMBE法により積層され、ドライエッチングを用いたエッチング処理によりリッジストライプ構造が形成される。正負電極を構成する各層の積層には、電子ビーム(EB)真空蒸着法のほか、高周波スパッタリング法など一般的な真空成膜法が用いられる。   The semiconductor laser chip having the above structure can be manufactured by a known nitride semiconductor crystal growth method. Each semiconductor layer is stacked by MOCVD or MBE, and a ridge stripe structure is formed by etching using dry etching. For the lamination of the layers constituting the positive and negative electrodes, a general vacuum film forming method such as a high frequency sputtering method is used in addition to an electron beam (EB) vacuum vapor deposition method.

上述のようにして作製された実施例1の半導体レーザチップを半導体レーザ装置(レーザパッケージ)内に実装して通電試験を行なった。
キャップにより封入したガス雰囲気は、酸素20%と窒素80%の混合ガスとした。その際、混合ガスに含まれる水分濃度は100ppm(露点約−40℃)に抑制した。試験条件は、80℃の高温下で、パルス210mWの一定光出力駆動とし、動作電圧をモニタした。
The semiconductor laser chip of Example 1 manufactured as described above was mounted in a semiconductor laser device (laser package) and an energization test was performed.
The gas atmosphere enclosed by the cap was a mixed gas of 20% oxygen and 80% nitrogen. At that time, the water concentration contained in the mixed gas was suppressed to 100 ppm (dew point of about −40 ° C.). The test conditions were a constant light output drive with a pulse of 210 mW at a high temperature of 80 ° C., and the operating voltage was monitored.

その結果、本実施例の半導体レーザ装置は、200時間経過しても、一定の動作電圧(約4.6V)で安定して走行し続けた。図3に結果のグラフを示す。図3は、3個の半導体レーザ装置サンプルを駆動させた結果のそれぞれを、記号を変えて記入したものである。このように、本実施例の半導体レーザ装置は約17kA/cm2という高電流密度の駆動条件においても、いずれの半導体レーザ装置も安定した電圧特性を示した。
(比較例)
As a result, the semiconductor laser device of this example continued to run stably at a constant operating voltage (about 4.6 V) even after 200 hours had passed. The resulting graph is shown in FIG. FIG. 3 shows the results of driving three semiconductor laser device samples with different symbols. As described above, the semiconductor laser device of this example showed stable voltage characteristics even under a high current density driving condition of about 17 kA / cm 2 .
(Comparative example)

本実施例に対する比較として、水素吸着層を省略した以外は本実施例と構成を同じくする半導体レーザチップを用いて半導体レーザ装置を製作し、上記と同じ通電試験を行った。
図4は、5個の半導体レーザ装置サンプルを駆動させた結果のそれぞれを、記号を変えて記入したものである。80℃でのパルス210mW一定光出力駆動の結果、図4に示すように動作電圧が上昇してしまう例が多発した。
As a comparison with this example, a semiconductor laser device was manufactured using a semiconductor laser chip having the same configuration as that of this example except that the hydrogen adsorption layer was omitted, and the same energization test as described above was performed.
FIG. 4 shows the results of driving five semiconductor laser device samples with different symbols. As a result of pulse 210 mW constant light output driving at 80 ° C., the operation voltage increased frequently as shown in FIG.

(検討)   (Consideration)

比較例においてみられるような動作電圧の上昇が、実施例1において抑制されるモデルは次のように考えられる。   A model in which the increase in operating voltage as seen in the comparative example is suppressed in the first embodiment is considered as follows.

発明者らが特許文献2に示したように、図5を参照して、動作電圧の上昇の原因は、半導体レーザチップ内部への、矢印で示す水素の拡散が原因と考えられる。拡散した水素は、半導体レーザチップのp型半導体層のドーパントであるMgと複合体を形成し、活性化率を低下させる。その結果、正孔濃度が低下し、p型半導体層の抵抗が増大する。これが素子の動作電圧の上昇のメカニズムであると推定される。   As shown in Patent Document 2 by the inventors, referring to FIG. 5, the cause of the increase in operating voltage is considered to be the diffusion of hydrogen indicated by an arrow into the semiconductor laser chip. The diffused hydrogen forms a complex with Mg, which is a dopant of the p-type semiconductor layer of the semiconductor laser chip, and decreases the activation rate. As a result, the hole concentration decreases and the resistance of the p-type semiconductor layer increases. This is presumed to be a mechanism for increasing the operating voltage of the element.

この水素の主な起源は、素子構造の一部を構成する絶縁層222であると推測される。絶縁層222としてよく用いられ、実施例1でも使用したSiO2膜について発明者らが行ったSIMS解析の結果、含有される水素濃度は場合によっては1021atoms/cm3オーダの高いレベルに達することが分かった。測定した膜は半導体レーザの製造プロセスでよく用いられる電子ビーム式真空蒸着装置を用いて成膜したものであるが、スパッタリング装置など他の成膜方法を用いても、成膜条件によっては1019〜1021atoms/cm3オーダで膜中に水素が含まれることは十分あり得る。 The main origin of this hydrogen is presumed to be the insulating layer 222 which constitutes a part of the element structure. As a result of SIMS analysis conducted by the inventors on the SiO 2 film that is often used as the insulating layer 222 and used in Example 1, the hydrogen concentration contained reaches a high level of the order of 10 21 atoms / cm 3 in some cases. I understood that. The measured film was formed using an electron beam type vacuum deposition apparatus often used in the manufacturing process of a semiconductor laser. However, even if another film forming method such as a sputtering apparatus is used, depending on the film forming conditions, it is 10 19. It is quite possible that hydrogen is contained in the film on the order of -10 21 atoms / cm 3 .

このように、高い濃度で水素が含まれる絶縁層が設けられたレーザチップに電流が通電されると、絶縁層222に含まれる水素が半導体層208,207,206側に拡散しようとする。しかし、キャップ封止雰囲気に含有される酸素成分が、半導体層中の水素の拡散を止め、水素を固定する。そのメカニズムは、明らかでないが、図2と図5を再び参照して、キャップ封止雰囲気80に酸素が含有されていると、即ち、窒化物半導体レーザ素子10を取り巻く雰囲気ガスに酸素を含むことにより、この酸素の方に引き付けられように半導体層中の水素が動く。この水素の動く向きと、図中、矢印1で代表的に示す水素の拡散方向とは互いに逆方向で均衡し、その結果、水素の拡散が見かけ上停止するものと考えている。   As described above, when a current is applied to the laser chip provided with the insulating layer containing hydrogen at a high concentration, hydrogen contained in the insulating layer 222 tends to diffuse toward the semiconductor layers 208, 207, and 206. However, the oxygen component contained in the cap sealing atmosphere stops the diffusion of hydrogen in the semiconductor layer and fixes the hydrogen. Although the mechanism is not clear, referring to FIGS. 2 and 5 again, when the cap sealing atmosphere 80 contains oxygen, that is, the atmosphere gas surrounding the nitride semiconductor laser element 10 contains oxygen. Thus, hydrogen in the semiconductor layer moves so as to be attracted toward this oxygen. The direction of hydrogen movement and the hydrogen diffusion direction typically indicated by arrow 1 in the figure are balanced in opposite directions, and as a result, it is considered that hydrogen diffusion apparently stops.

このように、キャップ封止雰囲気に水素の拡散を抑制する成分、代表的には酸素が含有されることにより、水素の半導体層側への拡散が抑制される。実施例1においてキャップ封止雰囲気に酸素が含まれるので、これによって、水素の半導体層側への拡散が抑制される。しかし、上記で課題として掲げたように、半導体レーザの高出力化に伴い局所酸化の問題が顕著化するため、水素の拡散を抑制する役割である酸素の濃度を、あまり高くすることができない。   As described above, when the cap sealing atmosphere contains a component that suppresses hydrogen diffusion, typically oxygen, diffusion of hydrogen to the semiconductor layer side is suppressed. In Example 1, since oxygen is contained in the cap sealing atmosphere, diffusion of hydrogen to the semiconductor layer side is thereby suppressed. However, as mentioned above, since the problem of local oxidation becomes conspicuous as the output of the semiconductor laser increases, the concentration of oxygen, which plays a role in suppressing hydrogen diffusion, cannot be increased too much.

そこで、実施例1では、キャップ封止雰囲気に含まれる酸素の効果だけではなく、新たに、絶縁層から半導体層への水素の拡散を抑制する手段として、水素吸着層221を半導体レーザチップに設けた。実施例1では、この水素吸着層221として、HfO2を用いたが、発明者らが種々の材料について検討したところ、TiO2やZrO2でも実施例1と同様の効果が得られることが分かった。さらに検討範囲を広げたところ、水素の拡散を抑制する効果を得るには、HfやTi、Zrばかりではなく、Li、Na、K、Ca、Sc、Rb、Sr、Y、Cs、Ba、La、Ta、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Erなどの元素が水素吸着層に含まれていればよいことが分かった。水素吸着層は、これらの元素、これらの元素の酸化物、あるいは窒化物、あるいはフッ化物からなる膜であればよい。 Therefore, in Example 1, not only the effect of oxygen contained in the cap sealing atmosphere but also a new hydrogen adsorption layer 221 is provided on the semiconductor laser chip as a means for suppressing the diffusion of hydrogen from the insulating layer to the semiconductor layer. It was. In Example 1, HfO 2 was used as the hydrogen adsorption layer 221, but when the inventors examined various materials, it was found that the same effect as in Example 1 could be obtained with TiO 2 or ZrO 2. It was. When the examination range was further expanded, in order to obtain the effect of suppressing the diffusion of hydrogen, not only Hf, Ti, Zr but also Li, Na, K, Ca, Sc, Rb, Sr, Y, Cs, Ba, La It has been found that elements such as Ta, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, and Er may be contained in the hydrogen adsorption layer. The hydrogen adsorption layer may be a film made of these elements, oxides of these elements, nitrides, or fluorides.

これらの金属元素の共通の特徴として、水素化物の生成熱が極めて小さいということが挙げられる。拡散した水素が複合体を作ると予想される半導体レーザチップの、p型ドーパントMgの水素化物生成熱よりも小さな値である。このため、絶縁層から半導体層方向に拡散し始めた水素が水素吸着層に到達すると、水素吸着層に含まれる上記金属元素に強く引き付けられ、拡散現象が停止するものと推定される。したがって、Mgと水素が複合体を作ることが抑制され、正孔濃度の低下とそれに伴うp型半導体層の抵抗の増大が回避でき、素子の動作電圧を上昇させることなく安定に保つことができるのである。   A common feature of these metal elements is that the heat of formation of the hydride is extremely small. The value is smaller than the heat of hydride generation of the p-type dopant Mg of the semiconductor laser chip where the diffused hydrogen is expected to form a composite. For this reason, when hydrogen that has started to diffuse from the insulating layer toward the semiconductor layer reaches the hydrogen adsorption layer, it is presumed that the diffusion phenomenon stops because it is strongly attracted to the metal element contained in the hydrogen adsorption layer. Accordingly, it is possible to suppress the formation of a composite of Mg and hydrogen, avoid a decrease in the hole concentration and an accompanying increase in the resistance of the p-type semiconductor layer, and keep the device stable without increasing the operating voltage. It is.

なお、水素吸着層221の膜厚は、連続的な膜を作るためには、5nm以上必要である。しかし、含有される元素、キャップ封止雰囲気に含まれる酸素濃度などの組み合わせにより、1nm以上で水素の拡散を抑制する効果が現れる。上限は特にないが、厚すぎると半導体レーザ素子の光学特性の設計に及ぼす影響が大きくなるため、10nm以上、常識的には厚くとも50nm程度とするのがよい。   Note that the thickness of the hydrogen adsorption layer 221 needs to be 5 nm or more in order to form a continuous film. However, the combination of the elements contained and the oxygen concentration contained in the cap sealing atmosphere has the effect of suppressing hydrogen diffusion at 1 nm or more. There is no particular upper limit, but if it is too thick, the influence on the design of the optical characteristics of the semiconductor laser element becomes large, so it is preferable to set it to 10 nm or more, and generally 50 nm at the most.

また、キャップ封止雰囲気に含まれる水分濃度は、1000ppm未満が好ましい。より望ましくは、水分濃度は500ppm以下に抑制されるべきである。   The moisture concentration contained in the cap sealing atmosphere is preferably less than 1000 ppm. More desirably, the moisture concentration should be suppressed to 500 ppm or less.

また、封止雰囲気の圧力についても、0.1Pa以上200kPa以下にするとよい。   The pressure of the sealing atmosphere is also preferably 0.1 Pa or more and 200 kPa or less.

また、酸素と同時に混合ガスとして封入されるガス種としては、窒素などの不活性ガス、アルゴンなどの希ガスに限らず、二酸化炭素を選択しても本発明の効果は現われる。あるいは、これらの混合ガスであってもよいことは言うまでもない。   Further, the gas species enclosed as a mixed gas simultaneously with oxygen is not limited to an inert gas such as nitrogen, or a rare gas such as argon, but the effect of the present invention can be obtained even when carbon dioxide is selected. Or it cannot be overemphasized that these mixed gas may be sufficient.

また、絶縁層内部の水素濃度と素子動作電圧上昇との関係については、絶縁層内部の水素濃度が1017atoms/cm3より多い場合に、素子動作電圧の上昇現象がたびたび発生し、そしてその現象は、実施例1のようにキャップ封止雰囲気に酸素を含み、かつ水素吸着層を絶縁層と半導体層の間に設けることにより、十分に抑止されることが分かった。 Further, regarding the relationship between the hydrogen concentration inside the insulating layer and the device operating voltage rise, when the hydrogen concentration inside the insulating layer is higher than 10 17 atoms / cm 3 , the phenomenon that the device operating voltage rises frequently occurs. It was found that the phenomenon was sufficiently suppressed by including oxygen in the cap sealing atmosphere as in Example 1 and providing a hydrogen adsorption layer between the insulating layer and the semiconductor layer.

なお、図1で、窒化物半導体レーザチップ10とヒートシンク20が直接接合される模式図を示したが、窒化物半導体レーザチップ10とヒートシンク20との間にサブマウントを介して接合されても構わない。   1 shows a schematic diagram in which the nitride semiconductor laser chip 10 and the heat sink 20 are directly joined, but the nitride semiconductor laser chip 10 and the heat sink 20 may be joined via a submount. Absent.

また、同じく最良の実施例1で、発光素子としてIII族窒化物半導体レーザを用いているが、すでにモデルを説明したように動作電圧上昇の原因が素子内部の水素にあると考えられることから、アルミニウム・インジウム・ガリウム・砒素・燐系のIII−V族化合物半導体からなる素子を代替としても本発明は効果を示す。III−V族化合物半導体の場合も、p型不純物としてMgをドーピングする際に水素が同時に結晶内部に取り込まれたり、素子構造の一部として形成されている絶縁膜に含まれる水素が半導体側へ拡散する現象が生じるため、素子構造内部に水素が含まれるケースは存在する。キャップ封止雰囲気への酸素を導入し、水素吸着層を絶縁層と半導体層の間に設けることにより、この水素がp型不純物のMgを補償することを抑制することができる。   Also, in the same best example 1, a group III nitride semiconductor laser is used as the light emitting element, but it is considered that the cause of the operating voltage rise is the hydrogen inside the element as already explained in the model. The present invention is effective even when an element made of a group III-V compound semiconductor of aluminum, indium, gallium, arsenic, or phosphorus is used as a substitute. In the case of a III-V compound semiconductor, hydrogen is simultaneously taken into the crystal when doping Mg as a p-type impurity, or hydrogen contained in an insulating film formed as a part of the element structure is transferred to the semiconductor side. Since a phenomenon of diffusion occurs, there is a case where hydrogen is contained inside the element structure. By introducing oxygen into the cap sealing atmosphere and providing a hydrogen adsorption layer between the insulating layer and the semiconductor layer, it is possible to suppress the hydrogen from compensating for the p-type impurity Mg.

また、実施例1では絶縁膜222の例としてSiO2膜を挙げて説明したが、この他にTiO2、ZrO2、HfO2、CeO2、In23、Nd25、Sb23、SnO2、Ta25、ZnO、あるいはこれらの混合物に関しても、本発明の効果が得られることを確認した。 In the first embodiment, the SiO 2 film is described as an example of the insulating film 222. In addition to this, TiO 2 , ZrO 2 , HfO 2 , CeO 2 , In 2 O 3 , Nd 2 O 5 , Sb 2 O are used. 3 It was confirmed that the effects of the present invention can be obtained with respect to SnO 2 , Ta 2 O 5 , ZnO, or a mixture thereof.

また、実施例1では、リッジストライプの凸部を挟むように水素吸着層221および絶縁層222を形成した電流狭窄構造を有する半導体発光装置を例示したが、この発明は、これに限られるものでなく、上記絶縁層に代えて、上記リッジストライプの凸部と概略同じ組成で極性が異なり、かつ1×1017atoms/cm3以上の濃度の水素を含有する半導体層が、上記リッジストライプの凸部の外側に設けられている、電流狭窄構造を有する半導体発光装置であっても同様の効果を奏する。 In the first embodiment, the semiconductor light emitting device having the current confinement structure in which the hydrogen adsorption layer 221 and the insulating layer 222 are formed so as to sandwich the convex portion of the ridge stripe is illustrated. However, the present invention is not limited to this. Instead of the insulating layer, a semiconductor layer having approximately the same composition and polarity as the convex portion of the ridge stripe and containing hydrogen at a concentration of 1 × 10 17 atoms / cm 3 or more is formed on the convex portion of the ridge stripe. A semiconductor light emitting device having a current confinement structure provided outside the portion has the same effect.

本発明は、窒化物半導体レーザ、特に200mW以上の高い光出力を発する半導体レーザに応用できる。このようなデバイスは、15kA/cm2を超えるような、高電流密度での駆動を必要とすることが一般的である。また、窒化物半導体を用いた、半導体レーザ装置、例えば、単体の半導体レーザ装置、ホログラム素子を備えたホログラムレーザ装置、駆動もしくは信号検出等の処理のためのICチップと一体化してパッケージされたオプトエレクトロニクスIC装置、導波路あるいは微小光学素子と一体化してパッケージされた複合光学装置などに応用可能である。また、本発明は、これらの装置を備えた、光記録システム、光ディスクシステムや、紫外から緑色領域の光源システムなどに応用可能である。 The present invention can be applied to a nitride semiconductor laser, particularly a semiconductor laser emitting a high light output of 200 mW or more. Such devices typically require driving at high current densities, such as exceeding 15 kA / cm 2 . Also, a semiconductor laser device using a nitride semiconductor, for example, a single semiconductor laser device, a hologram laser device having a hologram element, and an optical package packaged integrally with an IC chip for processing such as driving or signal detection. The present invention is applicable to an electronic IC device, a waveguide or a composite optical device packaged integrally with a micro optical element. In addition, the present invention can be applied to an optical recording system, an optical disk system, a light source system in the ultraviolet to green region, etc. provided with these devices.

なお、上記では水素の拡散を抑制する成分として酸素を例示したが、本発明はこれに限られるものでなく、水素の拡散を停止させるものならば、いずれの気体も使用することができる。   In the above, oxygen is exemplified as a component for suppressing hydrogen diffusion, but the present invention is not limited to this, and any gas can be used as long as hydrogen diffusion is stopped.

図6は、実施例2に係る半導体発光素子の断面図である。図2に示す半導体発光素子と同一部分には同一の参照番号を付し、その説明を省略する。実施例1と異なる点は、水素吸着層221が、絶縁層222の中に挟まれるように設けられている点である。このような構造であっても、水素は水素吸着層221に吸い寄せられ、水素の拡散が抑制される。また、本実施例は、水素吸着層221が絶縁性に劣る場合に、有効である。水素を吸着する金属を、酸化物、窒化物、フッ化物の状態ではなく、金属元素の状態で入れることもできる。   FIG. 6 is a cross-sectional view of the semiconductor light emitting device according to the second embodiment. The same parts as those of the semiconductor light emitting device shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. The difference from the first embodiment is that the hydrogen adsorption layer 221 is provided so as to be sandwiched between the insulating layers 222. Even in such a structure, hydrogen is attracted to the hydrogen adsorption layer 221 and the diffusion of hydrogen is suppressed. In addition, this embodiment is effective when the hydrogen adsorption layer 221 is inferior in insulation. The metal that adsorbs hydrogen can be added not in the form of oxide, nitride, or fluoride, but in the form of a metal element.

図7は、実施例3に係る半導体発光素子の断面図である。図2に示す半導体発光素子と同一部分には同一の参照番号を付し、その説明を省略する。実施例1と異なる点は、水素吸着層221が、絶縁層222の表面に接触するように設けられている点である。このような構造の場合、絶縁層222中に存在し、活性層へ向かおうとする水素は水素吸着層221を通過しない構造であるけれども、水素は水素吸着層221に吸い寄せられるため、水素の拡散が抑制される。   FIG. 7 is a cross-sectional view of the semiconductor light-emitting device according to Example 3. The same parts as those of the semiconductor light emitting device shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. The difference from the first embodiment is that the hydrogen adsorption layer 221 is provided in contact with the surface of the insulating layer 222. In the case of such a structure, the hydrogen that exists in the insulating layer 222 and moves toward the active layer does not pass through the hydrogen adsorbing layer 221, but hydrogen is attracted to the hydrogen adsorbing layer 221; Is suppressed.

図8は、実施例4に係る半導体発光素子の断面図である。図2に示す半導体発光素子と同一部分には同一の参照番号を付し、その説明を省略する。実施例1と異なる点は、上記水素吸着層と絶縁層は一体化された1つの層で構成されており、該一体化された層222a内において、水素を吸着する金属221aの濃度は、p型電極230側よりも、p型半導体層側、すなわち活性層側においてより高くされている。より好ましくは、水素を吸着する金属221aの濃度は、p型半導体層に近づくにつれて濃度が徐々に高くなるように、グラデーション状に勾配が付けられている。このような構造は蒸着源を2つ持つ電子ビーム真空蒸着法によって、一回の工程で作ることができるというメリットがある。水素を吸着する金属221aの濃度の濃い部分で、水素が吸着され、その拡散が停止される。本実施例では、グラデーション状に濃度を変化させる場合を例示したが、ステップ状に濃度を変化させてもよい。   FIG. 8 is a cross-sectional view of the semiconductor light emitting device according to Example 4. The same parts as those of the semiconductor light emitting device shown in FIG. The difference from the first embodiment is that the hydrogen adsorbing layer and the insulating layer are integrated into one layer, and the concentration of the metal 221a that adsorbs hydrogen in the integrated layer 222a is p. The height is higher on the p-type semiconductor layer side, that is, on the active layer side than on the mold electrode 230 side. More preferably, the concentration of the metal 221a that adsorbs hydrogen is graded so as to gradually increase as it approaches the p-type semiconductor layer. Such a structure has an advantage that it can be formed in a single process by an electron beam vacuum deposition method having two deposition sources. Hydrogen is adsorbed at a portion where the concentration of the metal 221a that adsorbs hydrogen is high, and its diffusion is stopped. In the present embodiment, the case where the density is changed in a gradation is illustrated, but the density may be changed in a step shape.

図9は、実施例4に係る半導体発光素子の断面図である。図2に示す半導体発光素子と同一部分には同一の参照番号を付し、その説明を省略する。実施例1と異なる点は、リッジ構造の代わりに、電極ストライプ構造とした点である。このような構造であっても、活性層205へ向かう絶縁層222中の水素は水素吸着層221に吸い寄せられ、固定される。そのため、水素の活性層205への拡散が抑制される。   FIG. 9 is a cross-sectional view of the semiconductor light-emitting device according to Example 4. The same parts as those of the semiconductor light emitting device shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. The difference from the first embodiment is that an electrode stripe structure is used instead of the ridge structure. Even in such a structure, hydrogen in the insulating layer 222 toward the active layer 205 is attracted to the hydrogen adsorption layer 221 and fixed. Therefore, diffusion of hydrogen into the active layer 205 is suppressed.

図1に示す窒化物半導体レーザ装置の製造方法と組立装置について説明する。   A method and an apparatus for manufacturing the nitride semiconductor laser device shown in FIG. 1 will be described.

図10を参照して、組立装置は、前室101と作業室102を有している。前室101は、作業室102を大気開放せずとも組み立てに必要な部材を作業室102内に導入できるようにするものである。このために、前室101はパージ用ガスを導入する機構103を有している。また作業室102は、窒化物半導体レーザ装置を組み立てることができる組立機構104を内部に有しており、外部とは遮断された密閉した空間で、組立作業が行えるようになっている。前室101と作業室102の間は、組み立てに必要な部材を搬送する搬送手段が設けられており(図示せず)、またドア109で遮断されている。   Referring to FIG. 10, the assembling apparatus has a front chamber 101 and a work chamber 102. The front chamber 101 allows members necessary for assembly to be introduced into the work chamber 102 without opening the work chamber 102 to the atmosphere. For this purpose, the front chamber 101 has a mechanism 103 for introducing a purge gas. The working chamber 102 has an assembling mechanism 104 capable of assembling the nitride semiconductor laser device inside, and the assembling work can be performed in a sealed space cut off from the outside. Between the front chamber 101 and the work chamber 102, a transport means for transporting members necessary for assembly (not shown) is provided, and is blocked by a door 109.

また作業室102は、その内部が所望の圧力、所望の雰囲気ガスの種類、所望の酸素濃度および所望の露点温度に到達できるように、作業室102の内部を真空にひくための真空機構105、所望の雰囲気ガスに作業室内部を充填するためのガス導入機構106、更にはガスを装置内部から外部に排気するためのガス排出機構107を備えるとともに、作業室102の内部の酸素濃度および露点温度を検出するための計測機構108を備えている。   The working chamber 102 has a vacuum mechanism 105 for evacuating the working chamber 102 so that the inside can reach a desired pressure, a desired kind of atmospheric gas, a desired oxygen concentration, and a desired dew point temperature. A gas introduction mechanism 106 for filling the inside of the working chamber with a desired atmospheric gas, a gas discharge mechanism 107 for exhausting the gas from the inside of the apparatus to the outside, and an oxygen concentration and a dew point temperature inside the working chamber 102 are provided. Is provided with a measuring mechanism 108.

次に、動作について説明する。まず、前室101に、外部から、水素を吸着する金属を含む水素吸着層を備える半導体レーザ素子、その他、組み立てに必要な部材を搬入する。ドア109を閉じて、前室101内をパージ用ガスで置換する。ドア109を開いて、前室101から作業室102に、図示しない搬送手段を用いて、組み立てに必要な部材を移動させる。これによって、作業室102を大気開放せずに、組み立てに必要な部材が、作業室102内に導入される。次にドア109を閉じ、作業室102内を密閉する。作業室102の内部の圧力、雰囲気ガスの種類、酸素濃度または露点温度を、上記で述べられた窒化物半導体レーザ装置の封入圧力、封入雰囲気ガスの種類、酸素濃度または露点温度と同一にする。作業室101内で、かつ上記雰囲気下で、組立機構104を用いて半導体発光装置を組み立てる。このことによって、作業室102の内部で、窒化物半導体レーザ装置を組み立てるだけで、上述したキャップ内の雰囲気を達成することができる。   Next, the operation will be described. First, a semiconductor laser element including a hydrogen adsorption layer containing a metal that adsorbs hydrogen and other members necessary for assembly are carried into the front chamber 101 from the outside. The door 109 is closed and the inside of the front chamber 101 is replaced with a purge gas. The door 109 is opened, and members necessary for assembly are moved from the front chamber 101 to the work chamber 102 by using a transfer means (not shown). As a result, members necessary for assembly are introduced into the work chamber 102 without opening the work chamber 102 to the atmosphere. Next, the door 109 is closed, and the inside of the work chamber 102 is sealed. The pressure inside the working chamber 102, the type of atmospheric gas, the oxygen concentration or the dew point temperature are made the same as the sealing pressure, the type of sealed atmospheric gas, the oxygen concentration or the dew point temperature of the nitride semiconductor laser device described above. The semiconductor light emitting device is assembled using the assembly mechanism 104 in the work chamber 101 and in the above atmosphere. As a result, the atmosphere in the cap described above can be achieved simply by assembling the nitride semiconductor laser device inside the working chamber 102.

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明は、半導体レーザ装置、ホログラムレーザ装置、オプトエレクトロニクスIC装置、複合光学装置などに応用可能であり、電流通電時の素子動作電圧上昇による不良発生を抑制することができる。   The present invention can be applied to a semiconductor laser device, a hologram laser device, an optoelectronic IC device, a composite optical device, and the like, and can suppress the occurrence of defects due to an increase in element operating voltage when current is applied.

実施例1に係る窒化物半導体レーザ装置を示す概念図である。1 is a conceptual diagram showing a nitride semiconductor laser device according to Example 1. FIG. 実施例1に用いた窒化物半導体レーザ素子の断面模式図である。1 is a schematic cross-sectional view of a nitride semiconductor laser element used in Example 1. FIG. 図2で示された窒化物半導体レーザ素子の通電試験の結果を示すグラフである。3 is a graph showing a result of an energization test of the nitride semiconductor laser element shown in FIG. 水素吸着層を含まない比較素子の通電試験の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the electricity supply test of the comparative element which does not contain a hydrogen adsorption layer. 比較素子における水素の拡散の様子を模式化した図である。It is the figure which modeled the mode of hydrogen diffusion in a comparison element. 実施例2に係る窒化物半導体レーザ素子を示す概念図である。6 is a conceptual diagram showing a nitride semiconductor laser element according to Example 2. FIG. 実施例3に係る窒化物半導体レーザ素子を示す概念図である。7 is a conceptual diagram showing a nitride semiconductor laser element according to Example 3. FIG. 実施例4に係る窒化物半導体レーザ素子を示す概念図である。7 is a conceptual diagram showing a nitride semiconductor laser element according to Example 4. FIG. 実施例5に係る窒化物半導体レーザ素子を示す概念図である。7 is a conceptual diagram showing a nitride semiconductor laser element according to Example 5. FIG. 実施例6における窒化物半導体レーザ装置の組立装置の概念図である。FIG. 10 is a conceptual diagram of an assembling apparatus for a nitride semiconductor laser device in Example 6. 従来の半導体レーザ発光装置の断面図である。It is sectional drawing of the conventional semiconductor laser light-emitting device.

符号の説明Explanation of symbols

10 窒化物半導体レーザチップ
20 ヒートシンク
30 光検出素子
39 内部雰囲気
40 ステム
91 半導体レーザチップ
92 ヒートシンク
93 ステム
94 光検出素子
95 電極リード線
96 キャップ
97 内部雰囲気
50 キャップ
60 窓
70 電極リード線
80 封入雰囲気
200 基板
201 n型GaN層
202 下部クラッド層
203 n型GaNガイド層
204 下部隣接層
205 活性層
206 上部隣接層
207 p型Al0.2Ga0.8N層
208 p型上部クラッド層
209 p型コンタクト層
220 負電極
221 水素吸着層
222 絶縁膜
221a 水素を吸着する金属
222a 水素吸着層と絶縁層は一体化された層
230 正電極
231 第1層
232 第2層
233 第3層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Nitride semiconductor laser chip 20 Heat sink 30 Photodetection element 39 Internal atmosphere 40 Stem 91 Semiconductor laser chip 92 Heat sink 93 Stem 94 Photodetection element 95 Electrode lead wire 96 Cap 97 Internal atmosphere 50 Cap 60 Window 70 Electrode lead wire 80 Enclosed atmosphere 200 Substrate 201 n-type GaN layer 202 lower clad layer 203 n-type GaN guide layer 204 lower adjacent layer 205 active layer 206 upper adjacent layer 207 p-type Al 0.2 Ga 0.8 N layer 208 p-type upper clad layer 209 p-type contact layer 220 negative electrode 221 Hydrogen adsorbing layer 222 Insulating film 221a Metal adsorbing hydrogen 222a Layer in which hydrogen adsorbing layer and insulating layer are integrated 230 Positive electrode 231 First layer 232 Second layer 233 Third layer

Claims (23)

活性層を介在させて接合された、リッジストライプ構造を有するp型半導体層とn型半導体層と、
前記リッジストライプ構造の凸部頂上にのみ電気的接触するように、前記リッジストライプ構造の凸部頂上と略同形状に形成された第1p型電極と、
前記リッジストライプ構造の凸部を両側から挟み被覆するように、前記p型半導体層の上に設けられ、かつ電流狭窄構造を形成するために、前記第1p型電極の表面上に電流経路となる開口部を有する絶縁層と、
前記第1p型電極と前記絶縁層との上に設けられた第2p型電極と
前記開口部の外側の領域で、前記第2p型電極と前記p型半導体層の間に位置して設けられた、水素を吸着する金属を含む水素吸着層と、を備えた半導体発光素子。
A p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer having a ridge stripe structure joined via an active layer;
A first p-type electrode formed in substantially the same shape as the top of the ridge stripe structure so as to make electrical contact only with the top of the ridge stripe structure;
Provided on the p-type semiconductor layer so as to sandwich and cover the convex portion of the ridge stripe structure from both sides, and to form a current confinement structure, a current path is formed on the surface of the first p-type electrode An insulating layer having an opening;
A second p-type electrode provided on the first p-type electrode and the insulating layer ;
A semiconductor light emitting element comprising: a hydrogen adsorption layer containing a metal that adsorbs hydrogen, and is provided between the second p- type electrode and the p-type semiconductor layer in a region outside the opening .
前記水素吸着層は、前記リッジストライプ構造を有する前記p型半導体層を両側から挟むように、該p型半導体層に接して設けられている請求項1に記載の半導体発光素子。 2. The semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein the hydrogen adsorption layer is provided in contact with the p-type semiconductor layer so as to sandwich the p-type semiconductor layer having the ridge stripe structure from both sides . 前記水素吸着層は、前記絶縁層の中に挟まれるように設けられている請求項1に記載の半導体発光素子。   The semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein the hydrogen adsorption layer is provided so as to be sandwiched between the insulating layers. 前記水素吸着層は、前記絶縁層の表面に接触するように設けられている請求項1に記載の半導体発光素子。   The semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein the hydrogen adsorption layer is provided in contact with a surface of the insulating layer. 前記水素吸着層と前記絶縁層は一体化された1つの層で構成されており、該一体化された層内において、前記水素を吸着する金属の濃度は、前記p型電極側よりも、前記p型半導体層側においてより高くされている、請求項1に記載の半導体発光素子。   The hydrogen adsorption layer and the insulating layer are composed of one integrated layer, and the concentration of the metal that adsorbs hydrogen in the integrated layer is higher than that of the p-type electrode side. The semiconductor light-emitting element according to claim 1, wherein the semiconductor light-emitting element is higher on the p-type semiconductor layer side. 前記水素を吸着する金属の濃度は、前記p型半導体層に近づくにつれて、グラデーション状に高くされている、請求項5に記載の半導体発光素子。   6. The semiconductor light emitting element according to claim 5, wherein the concentration of the metal that adsorbs hydrogen is increased in a gradation shape as it approaches the p-type semiconductor layer. 前記水素を吸着する金属は、Mgの水素化物の生成熱よりも、より小さな水素化物の生成熱を有する金属を含む請求項1から6のいずれか1項に記載の半導体発光素子。   7. The semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein the metal that adsorbs hydrogen includes a metal having a smaller heat of formation of hydride than heat of formation of Mg hydride. 前記水素吸着層の膜厚は1nm以上である、請求項1から7のいずれか1項に記載の半導体発光素子。   The semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein the hydrogen adsorption layer has a thickness of 1 nm or more. 前記水素吸着層の膜厚は5nm以上である、請求項8に記載の半導体発光素子。 The semiconductor light-emitting element according to claim 8, wherein the thickness of the hydrogen adsorption layer is 5 nm or more . 前記第1p型電極はPdを含む、請求項1に記載の半導体発光素子。 The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the first p-type electrode includes Pd . 活性層を介在させて接合された、リッジストライプ構造を有するp型半導体層とn型半導体層と、
前記リッジストライプ構造の凸部頂上にのみ電気的接触するように、前記リッジストライプ構造の凸部頂上と略同形状に形成された第1p型電極と、
前記リッジストライプ構造の凸部を両側から挟み被覆するように、前記p型半導体層の上に設けられ、かつ電流狭窄構造を形成するために、前記第1p型電極の表面上に電流経路となる開口部を有する、前記p型半導体層と同じ組成でかつ極性が異なる異極性半導体層と、
前記第1p型電極と前記異極性半導体層との上に設けられた第2p型電極と
前記開口部の外側の領域で、前記第2p型電極と前記p型半導体層の間に位置して設けられた、水素を吸着する金属を含む水素吸着層と、を備えた半導体発光素子。
A p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer having a ridge stripe structure joined via an active layer;
A first p-type electrode formed in substantially the same shape as the top of the ridge stripe structure so as to make electrical contact only with the top of the ridge stripe structure;
Provided on the p-type semiconductor layer so as to sandwich and cover the convex portion of the ridge stripe structure from both sides, and to form a current confinement structure, a current path is formed on the surface of the first p-type electrode A heteropolar semiconductor layer having an opening and having the same composition and different polarity as the p-type semiconductor layer;
A second p-type electrode provided on the first p-type electrode and the heteropolar semiconductor layer ;
A semiconductor light emitting element comprising: a hydrogen adsorption layer containing a metal that adsorbs hydrogen, and is provided between the second p- type electrode and the p-type semiconductor layer in a region outside the opening .
前記水素を吸着する金属は、Li、Na、K、Ca、Sc、Ti、Rb、Sr、Y、Zr、Cs、Ba、La、Hf、Ta、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho及びErからなる群より選ばれた金属であり、前記水素吸着層は該金属、又はその酸化物、又はその窒化物、又はそのフッ化物からなることを特徴とする、請求項1〜11のいずれか1項に記載の半導体発光素子。   The metal that adsorbs hydrogen is Li, Na, K, Ca, Sc, Ti, Rb, Sr, Y, Zr, Cs, Ba, La, Hf, Ta, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, The metal selected from the group consisting of Tb, Dy, Ho, and Er, and the hydrogen adsorption layer is made of the metal, an oxide thereof, a nitride thereof, or a fluoride thereof. The semiconductor light-emitting device according to any one of 1 to 11. 前記水素を吸着する金属は、Li、Na、K、Ca、Sc、Rb、Sr、Y、Zr、Cs、Ba、La、Hf、Ta、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho及びErからなる群より選ばれた金属であり、前記水素吸着層は該金属、又はその酸化物、又はその窒化物、又はそのフッ化物からなることを特徴とする、請求項12に記載の半導体発光素子。  The metal adsorbing hydrogen is Li, Na, K, Ca, Sc, Rb, Sr, Y, Zr, Cs, Ba, La, Hf, Ta, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, The metal selected from the group consisting of Dy, Ho, and Er, and the hydrogen adsorption layer is made of the metal, an oxide thereof, a nitride thereof, or a fluoride thereof. The semiconductor light emitting element as described. 前記絶縁層は、SiO、TiO、ZrO、HfO、CeO、In、Nd、Sb、SnO、Ta及びZnOからなる群より選ばれた誘電体を含む請求項1〜13のいずれか1項に記載の半導体発光素子。 The insulating layer is selected from SiO 2, TiO 2, ZrO 2 , HfO 2, CeO 2, In 2 O 3, Nd 2 O 5, Sb 2 O 3, SnO 2, Ta 2 O 5 and the group consisting of ZnO the semiconductor light-emitting device according to any one of claims 1 to 13 including a dielectric was. 当該半導体発光素子の半導体層構造内に水素が含有されていることを特徴とする、請求項1〜14のいずれか1項に記載の半導体発光素子。 Wherein the hydrogen in the semiconductor layer structure of the semiconductor light emitting element is contained, the semiconductor light-emitting device according to any one of claims 1-14. 当該半導体発光素子が、III族窒化物半導体発光素子であることを特徴とする、請求項1〜15のいずれか1項に記載の半導体発光素子。 The semiconductor light emitting device, characterized in that it is a group III nitride semiconductor light-emitting device, the semiconductor light-emitting device according to any one of claims 1 to 15. ステムと、
前記ステムに設置されたヒートシンクと、
前記ヒートシンクに設けられ、少なくとも1個の半導体発光素子と、
前記ステムに設置され、前記半導体発光素子からの光を検出するための光検出素子と、
前記ステムに設けられ、前記ヒートシンク、前記半導体発光素子および前記光検出素子をその内部に密封するためのキャップとを備え、
前記キャップ内部の雰囲気には、前記半導体発光素子中に含まれる水素の拡散を抑制する成分が含まれており、さらに
前記半導体発光素子は、請求項1〜16に記載の半導体発光素子を含む半導体発光装置。
Stem,
A heat sink installed on the stem;
At least one semiconductor light emitting element provided on the heat sink;
A light detecting element installed on the stem for detecting light from the semiconductor light emitting element;
A cap provided on the stem, for sealing the heat sink, the semiconductor light emitting element, and the light detecting element therein;
Semiconductor atmosphere inside the cap, the includes a diffusion suppressing components of the hydrogen contained in the semiconductor light-emitting device, further said semiconductor light emitting device, comprising a semiconductor light-emitting device according to claim 1-16 Light emitting device.
前記の水素の拡散を抑制する成分は酸素を含む、請求項17に記載の半導体発光装置。 The semiconductor light-emitting device according to claim 17 , wherein the component that suppresses diffusion of hydrogen includes oxygen. 前記雰囲気に含まれる酸素の濃度が30%以下であることを特徴とする、請求項18に記載の半導体発光装置。 19. The semiconductor light emitting device according to claim 18 , wherein the concentration of oxygen contained in the atmosphere is 30% or less. 前記雰囲気に含まれる水分の濃度が1000ppm未満であることを特徴とする、請求項17〜19のいずれか1項に記載の半導体発光装置。 20. The semiconductor light-emitting device according to claim 17 , wherein a concentration of water contained in the atmosphere is less than 1000 ppm. 前記雰囲気の圧力が0.1Pa以上200kPa以下であることを特徴とする、請求項17〜20のいずれか1項に記載の半導体発光装置。 21. The semiconductor light emitting device according to claim 17 , wherein the pressure of the atmosphere is 0.1 Pa or more and 200 kPa or less. 前記雰囲気中に、二酸化炭素が含有されていることを特徴とする、請求項17〜21のいずれか1項に記載の半導体発光装置。 The semiconductor light-emitting device according to claim 17 , wherein carbon dioxide is contained in the atmosphere. 前記雰囲気中に、アルゴンが含有されていることを特徴とする、請求項17〜22のいずれか1項に記載の半導体発光装置。 The semiconductor light-emitting device according to claim 17 , wherein argon is contained in the atmosphere.
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