JP7412176B2 - 半導体レーザおよび電子機器 - Google Patents
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Description
1.第1の実施の形態(半導体レーザ)
2.変形例(半導体レーザ)
3.第2の実施の形態(プロジェクタ)
4.第3の実施の形態(表示装置)
5.第4の実施の形態(電子機器)
[構成]
本開示の第1の実施の形態に係る半導体レーザ1について説明する。図1は、本実施の形態に係る半導体レーザ1の断面構成例を表したものである。半導体レーザ1は、後述の半導体積層部20を共振器方向(リッジ部20Aの延在方向)から一対の共振器端面によって挟み込んだ構造となっている。従って、半導体レーザ1は、いわゆる端面発光型の半導体レーザの一種である。
次に、半導体レーザ1の製造方法について説明する。
このような構成の半導体レーザ1では、上部電極層33と下部電極層34との間に所定の電圧が印加されると、リッジ部20Aを通して活性層23に電流が注入され、これにより電子と正孔の再結合による発光が生じる。この光は、一対の共振器端面により反射されるとともに、下部クラッド層21および上部クラッド層31によって閉じ込められることにより、所定の発振波長でレーザ発振が生じる。このとき、半導体積層部20内には、発振したレーザ光が導波する光導波領域20Bが形成される。そして、一方の共振器端面から発振波長のレーザ光が外部に出射される。光導波領域20Bは、活性層23を中心としたリッジ部20Aの直下の領域に生成される。光導波領域20Bの境界(図1で破線で示した箇所)は、光導波領域20B内における光強度の最大値に対し、光強度比が0.007となる領域である。
次に、半導体レーザ1の効果について、比較例と対比して説明する。
次に、上記実施の形態に係る半導体レーザ1の変形例ついて説明する。図9~図14は、半導体レーザ1の断面構成の一変形例を表したものである。
上記実施の形態において、コンタクト層25は、例えば、図9に示したように、厚膜で形成されていてもよい。このとき、リッジ部20Aは、例えば、コンタクト層25の一部をエッチングすることにより形成されていてもよい。また、コンタクト層25において、リッジ部20Aの直下の部分の膜厚が、リッジ部20Aの脇の部分の膜厚よりも厚くなっていてもよい。このようにした場合であっても、透明導電材料による光吸収が抑えられ、さらに、例えばMgドープのAlGaNからなる厚膜のクラッド層を設けなくても、透明導電材料で形成された上部クラッド層31によって光が積層方向において閉じ込められる。さらに、リッジ部20Aにより横方向においても光が閉じ込められる。その結果、駆動電圧を抑えることができる。
上記実施の形態およびその変形例において、半導体レーザ1は、例えば、図10に示したように、低濃度不純物層24に対して、低濃度不純物層24とは異なる層であるキャリアブロック層26が挿入されていてもよい。このとき、キャリアブロック層26は、活性層23とコンタクト層25との間に挿入されている。このとき、低濃度不純物層24において、リッジ部20Aの直下の部分の膜厚が、リッジ部20Aの脇の部分の膜厚よりも厚くなっている。キャリアブロック層26は、基板10側から注入されたキャリアが活性層23を越えてリッジ部20Aに侵入することを妨げる。キャリアブロック層26を設けることにより、キャリアの利用効率が向上し、半導体レーザ1の電力変換効率を改善することができる。
上記変形例Bにおいて、リッジ部20Aは、例えば、図11に示したように、コンタクト層25、キャリアブロック層26、および低濃度不純物層24の一部をエッチングすることにより形成されていてもよい。このとき、キャリアブロック層26と活性層23の間に位置する低濃度不純物層24において、リッジ部20Aの直下の部分の膜厚が、リッジ部20Aの脇の部分の膜厚よりも厚くなっている。このような構成にすることで、リッジ部20Aによる横方向における光閉じ込めがより強まり、良好な光出力特性が得られる。また透明導電材料による光吸収が抑えられ、さらに、例えばMgドープのAlGaNからなる厚膜のクラッド層を設けなくても、透明導電材料で形成された上部クラッド層31によって光が積層方向において閉じ込められる。その結果、駆動電圧を抑えることができる。
上記変形例Cにおいて、キャリアブロック層26のバンドギャップエネルギーがコンタクト層25側に向って減少するように、キャリアブロック層26の組成を傾斜させてもよい。このとき、キャリアブロック層26は、例えば,図12に示したように、バンドギャップエネルギーがコンタクト層25側に向って減少するように、キャリアブロック層26の組成を傾斜させたグレーデッド層26Aを有している。例えば,Al組成10%のAlGaNをキャリアブロック層26とし、その上にGaNのコンタクト層25を積層した場合、キャリアブロック層26の組成傾斜(グレーデッド層26A)によってエレクトロンのオーバーフローを抑制することができる。加えて、キャリアブロック層26とコンタクト層25との界面にたまるホールの濃度も、キャリアブロック層26の組成傾斜(グレーデッド層26A)によって低減することができる。例えば、図13に示したシミュレーション結果からは、グレーデッド層26Aを設けることで、キャリアブロック層26とコンタクト層25との界面におけるホール濃度が減少することがわかる。また、グレーデッド層26Aを厚くするにつれて、キャリアブロック層26とコンタクト層25との界面におけるホール濃度の減少量が増えることがわかる。
上記変形例Bにおいて、例えば、図14に示したように、キャリアブロック層26が活性層23と低濃度不純物層24との間に挿入されていてもよい。このようにした場合であっても、透明導電材料による光吸収が抑えられ、さらに、例えばMgドープのAlGaNからなる厚膜のクラッド層を設けなくても、透明導電材料で形成された上部クラッド層31によって光が積層方向において閉じ込められる。さらに、リッジ部20Aにより横方向においても光が閉じ込められる。その結果、駆動電圧を抑えることができる。
上記変形例Aにおいて、例えば、図15に示したように、キャリアブロック層26が低濃度不純物層24とコンタクト層25との間に挿入されていてもよい。このとき、コンタクト層25が厚膜で構成され、コンタクト層25の一部がエッチングされることにより、リッジ部20Aが形成され、キャリアブロック層26がコンタクト層25に接して形成されていてもよい。このようにした場合であっても、透明導電材料による光吸収が抑えられ、さらに、例えばMgドープのAlGaNからなる厚膜のクラッド層を設けなくても、透明導電材料で形成された上部クラッド層31によって光が積層方向において閉じ込められる。さらに、リッジ部20Aにより横方向においても光が閉じ込められる。その結果、駆動電圧を抑えることができる。
上記実施の形態および変形例A~Fにおいて、半導体レーザ1は、例えば、図16に示したように、コンタクト層25と低濃度不純物層24との間に上部クラッド層27を備えていてもよい。上部クラッド層27は、例えば、MgドープのAlGaN層であり、リッジ部20Aと対向する部分における低濃度不純物層24の膜厚よりも薄い膜厚となっている。コンタクト層25および上部クラッド層31の合計膜厚は、例えば、150nm以下となっている。このようにした場合であっても、透明導電材料による光吸収が抑えられ、さらに、例えばMgドープのAlGaNからなる厚膜のクラッド層を設けなくても、透明導電材料で形成された上部クラッド層31によって光が積層方向において閉じ込められる。さらに、リッジ部20Aにより横方向においても光が閉じ込められる。その結果、駆動電圧を抑えることができる。
上記実施の形態および変形例A~Gにおいて、半導体積層部20は、As,B,Sb,Pのうちのいずれか、またはこれらのうち少なくとも2つ以上を含む、III-V族半導体によって構成されていてもよい。このようにした場合であっても、上部クラッド層31によって光が積層方向において閉じ込められ、リッジ部20Aによって光が横方向において閉じ込められる。その結果、駆動電圧を抑えることができる。
上記実施の形態および変形例A~Hにおいて、絶縁層32の代わりに、金属層または樹脂層が設けられていてもよい。また、上記実施の形態および変形例A~Gにおいて、絶縁層32が省略され、さらに、半導体積層部20のうち、リッジ部20Aの周囲および裾野の部分(つまり、絶縁層32が接していた部分)が、大気に露出していてもよい。このようにした場合であっても、上部クラッド層31によって光が積層方向において閉じ込められ、リッジ部20Aによって光が横方向において閉じ込められる。その結果、駆動電圧を抑えることができる。
次に、本開示の第2の実施の形態に係るプロジェクタ2について説明する。図17は、プロジェクタ2の概略構成の一例を表したものである。プロジェクタ2は、外部から入力された映像信号Dinに基づく映像をスクリーンなどに投影する装置である。プロジェクタ2は、ビデオ信号処理回路41、レーザ駆動回路42、光源部43、スキャナ部44およびスキャナ駆動回路45を備えている。
次に、本開示の第3の実施の形態に係る表示装置3について説明する。図18は、表示装置3の概略構成例を表したものである。表示装置3は、例えば、画素アレイ部40、コントローラ50およびドライバ60を備えている。画素アレイ部40は、行列状に配置された複数の表示画素40Aを含む。コントローラ50およびドライバ60は、外部から入力された映像信号Dinおよび同期信号Tinに基づいて、各表示画素40Aを駆動する。
次に、本開示の第4の実施の形態に係る電子機器4について説明する。図19は、電子機器4の斜視構成の一例を表したものである。電子機器4は、例えば、板状の筐体の主面に表示面を備えた携帯端末である。電子機器4は、例えば、表示面の位置に、上記第3の実施の形態に係る表示装置3を備えている。表示装置3の画素アレイ部40が、電子機器4の表示面に配置されている。
(1)
第1クラッド層、活性層、1または複数の低濃度不純物層、コンタクト層、および、透明導電材料で形成された第2クラッド層をこの順に含み、前記コンタクト層を含む部分に積層面内の一の方向に延在するリッジ形状を有する半導体積層部を備え、
前記1または複数の低濃度不純物層において、不純物濃度が5.0×1017cm-3以下となっており、前記低濃度不純物層の総膜厚が250nm以上1000nm以下となっており、
前記第2クラッド層に最も近い前記低濃度不純物層と前記第2クラッド層との距離が150nm以下となっている
半導体レーザ。
(2)
前記第1クラッド層、前記活性層、前記低濃度不純物層および前記コンタクト層は、ともに、窒化物系の半導体材料で形成されている
(1)に記載の半導体レーザ。
(3)
前記透明導電材料は、ITO、または、ITiOである
(1)または(2)に記載の半導体レーザ。
(4)
前記低濃度不純物層に含まれる不純物は、Mg,C,Si,Oのうち少なくとも1つ以上の元素で構成されている
(1)ないし(3)のいずれか1つに記載の半導体レーザ。
(5)
前記活性層と前記コンタクト層との間に挿入されたキャリアブロック層をさらに備え、
前記低濃度不純物層において、前記リッジ形状の直下の部分の膜厚が、前記リッジ形状の脇の部分の膜厚よりも厚くなっている
(1)ないし(4)のいずれか1つに記載の半導体レーザ。
(6)
前記キャリアブロック層は,当該キャリアブロック層のエネルギーバンドギャップが前記コンタクト層側に向って減少するように組成傾斜されたグレーデッド層を有する
(5)に記載の半導体レーザ。
(7)
第1クラッド層、活性層、不純物濃度が5.0×1017cm-3以下の1または複数の低濃度不純物層、コンタクト層、および、透明導電材料で形成された第2クラッド層をこの順に含み、前記コンタクト層を含む部分に積層面内の一の方向に延在するリッジ形状を有する半導体積層部を備えた半導体レーザであって、
前記第2クラッド層は、当該半導体レーザが駆動されたときに前記半導体積層部内に生じる光導波領域から離れた位置に設けられており、
前記第2クラッド層の、前記活性層に近い側の境界位置における、光強度の最大値に対する光強度比が0.007よりも小さくなっている
半導体レーザ。
(8)
半導体レーザを光源として備え、
前記半導体レーザは、
第1クラッド層、活性層、1または複数の低濃度不純物層、コンタクト層、および、透明導電材料で形成された第2クラッド層をこの順に含み、前記コンタクト層を含む部分に積層面内の一の方向に延在するリッジ形状を有する半導体積層部を備え、
前記1または複数の低濃度不純物層において、不純物濃度が5.0×1017cm-3以下となっており、前記低濃度不純物層の総膜厚が250nm以上1000nm以下となっており、
前記第2クラッド層に最も近い前記低濃度不純物層と前記第2クラッド層との距離が150nm以下となっている
電子機器。
(9)
半導体レーザを光源として備え、
前記半導体レーザは、
第1クラッド層、活性層、不純物濃度が5.0×1017cm-3以下の1または複数の低濃度不純物層、コンタクト層、および、透明導電材料で形成された第2クラッド層をこの順に含み、前記コンタクト層を含む部分に積層面内の一の方向に延在するリッジ形状を有する半導体積層部を備えた半導体レーザであって、
前記第2クラッド層は、当該半導体レーザが駆動されたときに前記半導体積層部内に生じる光導波領域から離れた位置に設けられており、
前記第2クラッド層の、前記活性層に近い側の境界位置における、光強度の最大値に対する光強度比が0.007よりも小さくなっている
電子機器。
Claims (6)
- 第1クラッド層、活性層、複数の低濃度不純物層、コンタクト層、および、透明導電材料で形成された第2クラッド層をこの順に含み、前記コンタクト層を含む部分に積層面内の一の方向に延在するリッジ部を有する半導体積層部を備え、
前記複数の低濃度不純物層において、不純物濃度が5.0×1017cm-3以下となっており、前記複数の低濃度不純物層の総膜厚が250nm以上1000nm以下となっており、
前記複数の低濃度不純物層のうち前記第2クラッド層に最も近い低濃度不純物層と前記第2クラッド層との距離が150nm以下となっており、
前記複数の低濃度不純物層の間に挿入されたキャリアブロック層をさらに備え、
前記リッジ部は、前記複数の低濃度不純物層の一部および前記キャリアブロック層を含む部分に形成され、
前記複数の低濃度不純物層において、前記リッジ部の直下の部分の膜厚が、前記リッジ部の脇の部分の膜厚よりも厚くなっている
半導体レーザ。 - 前記第1クラッド層、前記活性層、前記複数の低濃度不純物層、前記コンタクト層および前記キャリアブロック層は、ともに、窒化物半導体で形成されている
請求項1に記載の半導体レーザ。 - 前記透明導電材料は、ITO(Indium Tin Oxide)、または、ITiO(Indium Titanium Oxide)である
請求項2に記載の半導体レーザ。 - 前記複数の低濃度不純物層に含まれる不純物は、Mg,C,Si,Oのうち少なくとも1つ以上の元素で構成されている
請求項1に記載の半導体レーザ。 - 前記キャリアブロック層は,当該キャリアブロック層のエネルギーバンドギャップが前記コンタクト層側に向って減少するように組成傾斜されたグレーデッド層を有する
請求項1に記載の半導体レーザ。 - 半導体レーザを光源として備え、
前記半導体レーザは、
第1クラッド層、活性層、複数の低濃度不純物層、コンタクト層、および、透明導電材料で形成された第2クラッド層をこの順に含み、前記コンタクト層を含む部分に積層面内の一の方向に延在するリッジ部を有する半導体積層部を備え、
前記複数の低濃度不純物層において、不純物濃度が5.0×1017cm-3以下となっており、前記複数の低濃度不純物層の総膜厚が250nm以上1000nm以下となっており、
前記複数の低濃度不純物層のうち前記第2クラッド層に最も近い低濃度不純物層と前記第2クラッド層との距離が150nm以下となっており、
前記複数の低濃度不純物層の間に挿入されたキャリアブロック層をさらに備え、
前記リッジ部は、前記複数の低濃度不純物層の一部および前記キャリアブロック層を含む部分に形成され、
前記複数の低濃度不純物層において、前記リッジ部の直下の部分の膜厚が、前記リッジ部の脇の部分の膜厚よりも厚くなっている
電子機器。
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