JPWO2018180524A1 - Nitride semiconductor laser device and nitride semiconductor laser device - Google Patents
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Abstract
窒化物半導体レーザ素子(1)は、第1の窒化物半導体層(20)と、第1の窒化物半導体層(20)の上に形成された窒化物半導体からなる発光層(30)と、発光層(30)の上に形成され、リッジ部(40a)を有する第2の窒化物半導体層(40)と、リッジ部(40a)の上に形成されたp側電極(51)と、第2の窒化物半導体層(40)上に形成され、リッジ部(40a)よりも幅広であるパッド電極(52)とを備え、第2の窒化物半導体層(40)は、リッジ部(40a)の側方に平坦部(40b)を有し、リッジ部(40a)の側面および平坦部(40b)の上には、SiO2からなる誘電体層(60)が形成され、平坦部(40b)上の誘電体層(60)の上には、密着層(70)が形成され、密着層(70)は、リッジ部(40a)の側面上の誘電体層(60)から離れ、且つ、p側電極(51)とは非接触であり、パッド電極(52)と接触している。The nitride semiconductor laser device (1) includes a first nitride semiconductor layer (20), a light emitting layer (30) made of a nitride semiconductor formed on the first nitride semiconductor layer (20), A second nitride semiconductor layer (40) formed on the light emitting layer (30) and having a ridge portion (40a); a p-side electrode (51) formed on the ridge portion (40a); And a pad electrode (52) formed on the second nitride semiconductor layer (40) and wider than the ridge portion (40a). The second nitride semiconductor layer (40) has a ridge portion (40a). A dielectric layer (60) made of SiO 2 is formed on the side surface of the ridge portion (40a) and on the flat portion (40b), and a flat portion (40b) is formed on the flat portion (40b). An adhesion layer (70) is formed on the dielectric layer (60), and the adhesion layer (70) is Dielectric layer on the side of the di portion (40a) away from (60), and, the p-side electrode (51) is a non-contact, is in contact with the pad electrode (52).
Description
本開示は、窒化物半導体レーザ素子、および当該窒化物半導体レーザ素子を実装した窒化物半導体レーザ装置に関する。 The present disclosure relates to a nitride semiconductor laser device and a nitride semiconductor laser device on which the nitride semiconductor laser device is mounted.
近年、半導体レーザ素子は、ディスプレイやプロジェクターなどの画像表示装置の光源、車載ヘッドランプの光源、産業用照明や民生用照明の光源、又は、レーザ溶接装置や薄膜アニール装置、レーザ加工装置などの産業機器の光源など、様々な用途の光源として注目されている。中でも、紫外から青色までの波長帯をカバーできる窒化物半導体レーザ素子が盛んに開発されている。また、上記用途の光源として用いられる半導体レーザ素子には、光出力が1ワットを大きく超える高出力化、および、素子寿命が数万時間以上の高寿命化が望まれている。 In recent years, semiconductor laser elements have been used as light sources for image display devices such as displays and projectors, light sources for vehicle-mounted headlamps, light sources for industrial lighting and consumer lighting, or industrial products such as laser welding equipment, thin film annealing equipment, and laser processing equipment. It is attracting attention as a light source for various uses such as a light source for equipment. Above all, nitride semiconductor laser devices capable of covering a wavelength band from ultraviolet to blue have been actively developed. In addition, a semiconductor laser element used as a light source for the above-mentioned applications is required to have a high light output greatly exceeding 1 watt and to have a long life of tens of thousands of hours or more.
特許文献1に、従来の窒化物半導体レーザ素子が開示されている。図6は、特許文献1に開示された従来の窒化物半導体レーザ素子の断面図である。
図6に示すように、従来の窒化物半導体レーザ素子1000は、基板1010の上に、n型窒化物半導体層1020と、活性層1030と、p型窒化物半導体層1040とが順に積層された構造である。p型窒化物半導体層1040には、リッジストライプ1040aおよび平坦部1040bが形成されている。リッジストライプ1040aの側面から平坦部1040bにかけて、SiO2からなる絶縁膜1060が形成されている。p型窒化物半導体層1040のリッジストライプ1040aの上にはp側電極1051が形成され、p側電極1051および絶縁膜1060の上には金(Au)からなるパッド電極1052が形成されている。なお、基板1010の裏面にはn側電極1080が形成されている。As shown in FIG. 6, in a conventional nitride
しかし、Auからなるパッド電極はSiO2からなる絶縁膜との密着性が低いため、半導体レーザ素子の実装時やレーザ駆動時に電極が剥がれるという課題がある。However, since the pad electrode made of Au has low adhesion to the insulating film made of SiO 2, there is a problem that the electrode is peeled off when the semiconductor laser element is mounted or the laser is driven.
特許文献2に、電極と絶縁膜の密着性を向上させた窒化物半導体レーザ素子が開示されている。図7は、特許文献2に開示された従来の窒化物半導体レーザ素子の断面図である。
図7に示すように、従来の窒化物半導体レーザ素子2000は、p型半導体層2040のリッジ部2040aの側面に形成される絶縁膜2060の表面にTi等の密着層2070を形成し、密着層2070を介してリッジ部2040aをp型電極2051で覆う。これによって、絶縁膜2060とp型電極2051との密着性を向上させ、p型電極2051の絶縁膜2060からの剥離を抑制することができる。
As shown in FIG. 7, in the conventional nitride semiconductor laser device 2000, an
また、非特許文献1には、金属中の水素の拡散速度について開示されている。
Non-Patent
しかしながら、Ti等の密着層によって電極の密着性を向上させた従来の窒化物半導体レーザ素子では、通電時間の経過にともなって動作電圧が上昇するという課題がある。 However, in the conventional nitride semiconductor laser device in which the adhesion of the electrodes is improved by the adhesion layer of Ti or the like, there is a problem in that the operating voltage increases with the passage of the energization time.
本開示は、動作電圧の上昇を抑制できる窒化物半導体レーザ素子等を提供することを目的とする。 An object of the present disclosure is to provide a nitride semiconductor laser device or the like that can suppress an increase in operating voltage.
上記目的を達成するために、本開示に係る窒化物半導体レーザ素子の一態様は、第1の窒化物半導体層と、前記第1の窒化物半導体層の上に形成された窒化物半導体からなる発光層と、前記発光層の上に形成され、リッジ部を有する第2の窒化物半導体層と、前記リッジ部の上に形成されたオーミック電極と、前記オーミック電極の上に形成され、前記リッジ部よりも幅広であるパッド電極とを備え、前記第2の窒化物半導体層は、前記リッジ部の側方に平坦部を有し、前記リッジ部の側面及び前記平坦部の上には、SiO2からなる誘電体層が形成され、前記平坦部の上の前記誘電体層の上には、密着層が形成され、前記密着層は、前記リッジ部の側面の上の前記誘電体層から離れ、且つ、前記パッド電極と接触し、前記オーミック電極とは非接触である。In order to achieve the above object, one embodiment of a nitride semiconductor laser device according to the present disclosure includes a first nitride semiconductor layer and a nitride semiconductor formed over the first nitride semiconductor layer. A light emitting layer, a second nitride semiconductor layer formed on the light emitting layer and having a ridge, an ohmic electrode formed on the ridge, and a ridge formed on the ohmic electrode; A pad electrode wider than the ridge portion, the second nitride semiconductor layer has a flat portion on a side of the ridge portion, and a
この構成により、誘電体層上に形成される密着層がオーミック電極と非接触であるため、SiO2からなる誘電体層中に含まれる水素がオーミック電極に拡散することを抑制できる。これにより、通電時間の経過にともなって動作電圧が上昇することを抑制できる。さらに、誘電体層上に形成される密着層がパッド電極と接触するため、パッド電極と誘電体層との密着性が向上し、窒化物半導体レーザ素子の実装時やレーザ駆動(動作)時のパッド電極の剥がれを抑制できる。With this configuration, since the adhesion layer formed on the dielectric layer is not in contact with the ohmic electrode, diffusion of hydrogen contained in the dielectric layer made of SiO 2 into the ohmic electrode can be suppressed. Thus, it is possible to suppress the operating voltage from increasing with the passage of the energizing time. Furthermore, since the adhesion layer formed on the dielectric layer is in contact with the pad electrode, the adhesion between the pad electrode and the dielectric layer is improved, and when the nitride semiconductor laser device is mounted or when the laser is driven (operated). Peeling of the pad electrode can be suppressed.
また、本開示に係る窒化物半導体レーザ素子の一態様において、前記密着層と前記オーミック電極との距離は、0.6μm以上、3.0μm以下であるとよい。 In one aspect of the nitride semiconductor laser device according to the present disclosure, a distance between the adhesion layer and the ohmic electrode is preferably 0.6 μm or more and 3.0 μm or less.
この構成により、パッド電極52と誘電体層60との密着性を確保でき、且つ、窒化物半導体レーザ素子における水素に起因して動作電圧が上昇してしまうことを、より抑制できる。
With this configuration, adhesion between the
また、本開示に係る窒化物半導体レーザ素子の一態様において、前記パッド電極は、前記誘電体層と接触しているとよい。 In one aspect of the nitride semiconductor laser device according to the present disclosure, the pad electrode may be in contact with the dielectric layer.
この構成により、パッド電極がリッジ部の近くに形成されるため、リッジ部における熱がパッド電極を介して効率よく放熱され、放熱特性が向上する。 With this configuration, since the pad electrode is formed near the ridge, heat in the ridge is efficiently radiated through the pad electrode, and the heat radiation characteristics are improved.
また、本開示に係る窒化物半導体レーザ素子の一態様において、前記リッジ部の幅は、10μm以上50μm以下であるとよい。 In one aspect of the nitride semiconductor laser device according to the present disclosure, the width of the ridge portion is preferably 10 μm or more and 50 μm or less.
この構成により、高い光出力で動作させることができる窒化物半導体レーザ素子を実現することができる。 With this configuration, it is possible to realize a nitride semiconductor laser device that can operate with high optical output.
また、本開示に係る窒化物半導体レーザ素子の一態様において、密着層としては、Ti、Niの少なくとも1つを有する層を含むものが適している。 Further, in one embodiment of the nitride semiconductor laser device according to the present disclosure, a material including a layer having at least one of Ti and Ni is suitable as the adhesion layer.
また、本開示に係る窒化物半導体レーザ素子の一態様において、パッド電極としては、Auからなる層を含むものが適している。 In one embodiment of the nitride semiconductor laser device according to the present disclosure, a pad electrode including a layer made of Au is suitable.
また、本開示に係る窒化物半導体レーザ装置の一態様において、前記窒化物半導体レーザ素子と、前記窒化物半導体レーザ素子を保持するサブマウントとを備える。 According to another embodiment of the present disclosure, there is provided a nitride semiconductor laser device including: the nitride semiconductor laser device; and a submount that holds the nitride semiconductor laser device.
これらの構成により、窒化物半導体レーザ素子の駆動時に発生する熱を例えば窒化物半導体レーザ素子が実装されるサブマウントに逃がすことができるので、窒化物半導体レーザ素子を高い光出力で動作させることができる。 With these configurations, heat generated when the nitride semiconductor laser element is driven can be released to, for example, a submount on which the nitride semiconductor laser element is mounted, so that the nitride semiconductor laser element can be operated with a high optical output. it can.
また、本開示に係る窒化物半導体レーザ装置の一態様において、前記窒化物半導体レーザ素子は、前記第1の窒化物半導体層側が前記サブマウントに接合され、前記パッド電極にワイヤが接続されているとよい。 In one aspect of the nitride semiconductor laser device according to the present disclosure, in the nitride semiconductor laser element, the first nitride semiconductor layer side is joined to the submount, and a wire is connected to the pad electrode. Good.
この構成により、窒化物半導体レーザ装置は、例えば外部電源とワイヤボンディングにより簡単に電気接続が可能となる。 With this configuration, the nitride semiconductor laser device can easily be electrically connected to, for example, an external power supply by wire bonding.
また、本開示に係る窒化物半導体レーザ装置の一態様において、前記窒化物半導体レーザ素子は、前記パッド電極側が前記サブマウントに接合され、前記パッド電極と前記サブマウントとの間には、半田層が介在しているとよい。 In one aspect of the nitride semiconductor laser device according to the present disclosure, in the nitride semiconductor laser element, the pad electrode side is bonded to the submount, and a solder layer is provided between the pad electrode and the submount. Should be interposed.
この構成により、窒化物半導体レーザ素子の発光部の近くにサブマウントが位置するため、発光部からの熱がサブマウントより効率よく放熱され、放熱特性が向上する。 With this configuration, since the submount is located near the light emitting portion of the nitride semiconductor laser device, heat from the light emitting portion is more efficiently radiated than the submount, and the heat radiation characteristics are improved.
また、本開示に係る窒化物半導体レーザ装置の一態様において、前記パッド電極は、少なくとも前記半田層と接触するAuからなる層を含み、前記半田層は、Snを含むとよい。 In one aspect of the nitride semiconductor laser device according to the present disclosure, the pad electrode includes at least a layer made of Au in contact with the solder layer, and the solder layer may include Sn.
この構成により、窒化物半導体レーザ素子とサブマウントとは、An−Sn共晶構造となるために、接合がより強固となり、剥がれにくくなる。 With this configuration, the nitride semiconductor laser element and the submount have an An-Sn eutectic structure, so that the bonding is further strengthened and the submount is hardly peeled off.
本開示の窒化物半導体レーザ素子等によれば、動作電圧が上昇することを抑制できる。 According to the nitride semiconductor laser device and the like of the present disclosure, an increase in operating voltage can be suppressed.
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、並びに、ステップ(工程)およびステップの順序などは、一例であって本開示を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. Each of the embodiments described below shows a preferred specific example of the present disclosure. Therefore, the numerical values, shapes, materials, constituent elements, arrangement positions and connection forms of the constituent elements, steps (processes) and the order of the steps, and the like shown in the following embodiments are examples and limit the present disclosure. It is not the main purpose. Therefore, among the components in the following embodiments, components that are not described in the independent claims that indicate the highest concept of the present disclosure are described as arbitrary components.
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、各図において縮尺などは必ずしも一致していない。各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。 In addition, each drawing is a schematic diagram and is not necessarily strictly illustrated. Therefore, the scale and the like do not always match in each figure. In each of the drawings, substantially the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted or simplified.
また、本明細書および図面において、X軸、Y軸およびZ軸は、三次元直交座標系の三軸を表している。X軸およびY軸は、互いに直交し、且つ、いずれもZ軸に直交する軸である。また、以下の実施の形態において、Z軸正方向側を上側、Z軸負方向側を下側として記載する場合がある。 In this specification and the drawings, the X axis, the Y axis, and the Z axis represent three axes of a three-dimensional orthogonal coordinate system. The X axis and the Y axis are axes orthogonal to each other, and both are orthogonal to the Z axis. In the following embodiments, the Z-axis positive direction side may be described as an upper side, and the Z-axis negative direction side may be described as a lower side.
また、図1A、図3Aおよび図4Aは、断面を示す図ではないが、説明のためにハッチングを付して図示している。 1A, 3A and 4A are not diagrams showing cross sections, but are shown with hatching for explanation.
(実施の形態)
[窒化物半導体レーザ素子の構成]
まず、実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子1の構成について、図1Aおよび図1Bを用いて説明する。図1Aは、実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子1の構成を示す平面図である。図1Bは、図1AのIB−IB線における窒化物半導体レーザ素子1の断面図である。(Embodiment)
[Configuration of nitride semiconductor laser device]
First, the configuration of the nitride
図1Aおよび図1Bに示すように、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子1は、窒化物半導体材料によって構成された半導体レーザ素子である。窒化物半導体レーザ素子1は、基板10と、第1の窒化物半導体層20と、発光層30と、第2の窒化物半導体層40と、電極部材50と、誘電体層60と、密着層70とを備える。
As shown in FIGS. 1A and 1B, nitride
第2の窒化物半導体層40は、レーザ共振器長方向(Y軸方向)に延在するストライプ状のリッジ部40aと、リッジ部40aの根元から横方向(X軸方向)に広がる平坦部40bと有する。
The second
リッジ部40aの幅および高さは、特に限定されるものではないが、一例として、リッジ部40aの幅(ストライプ幅)は1μm以上100μm以下で、リッジ部40aの高さは100nm以上1μm以下である。窒化物半導体レーザ素子1を高い光出力(例えばワットクラス)で動作させるには、リッジ部40aの幅を10μm以上50μm以下とし、リッジ部40aの高さを300nm以上800nm以下にするとよい。
The width and height of the
基板10は、例えば、GaN基板である。本実施の形態では、基板10として、主面が(0001)面であるn型六方晶GaN基板を用いている。
The
第1の窒化物半導体層20は、基板10の上に形成されている。第1の窒化物半導体層20は、例えば、n型AlGaNからなるn側クラッド層である。
The first
発光層30は、第1の窒化物半導体層20の上に形成されている。発光層30は、窒化物半導体によって構成される。発光層30は、例えば、n−GaNからなるn側光ガイド層31と、InGaN量子井戸層からなる活性層32と、p−GaNからなるp側光ガイド層33との積層構造である。
The
第2の窒化物半導体層40は、発光層30の上に形成されている。第2の窒化物半導体層40は、例えば、AlGaNからなる電子障壁層41と、p型AlGaN層からなるp側クラッド層42と、p型GaNからなるp側コンタクト層43との積層構造である。p側コンタクト層43は、リッジ部40aの最上層として形成されている。
The second
p側クラッド層42は、凸部を有している。このp側クラッド層42の凸部とp側コンタクト層43とによってリッジ部40aが構成されている。また、p側クラッド層42は、リッジ部40aの両側方に、平坦部40bとして平面部を有している。つまり、平坦部40bの最上面は、p側クラッド層42の表面であり、平坦部40bの最上面にはp側コンタクト層43が形成されていない。
The p-
電極部材50は、第2の窒化物半導体層40の上に形成されている。電極部材50は、リッジ部40aよりも幅広である。つまり、電極部材50の幅(X軸方向の幅)は、リッジ部40aの幅(X軸方向の幅)よりも大きい。電極部材50は、誘電体層60および密着層70、リッジ部40aの上面と接触している。
The
本実施の形態において、電極部材50は、電流供給のためのp側電極(オーミック電極)51と、p側電極51の上に形成されたパッド電極52とを有する。
In the present embodiment, the
p側電極51は、リッジ部40aの上面と接触している。p側電極51は、リッジ部40aの上方においてp側コンタクト層43とオーミック接触するオーミック電極であり、リッジ部40aの上面であるp側コンタクト層43の上面と接触している。p側電極51は、例えば、Pd、Pt、Niなどの金属材料を用いて形成される。本実施の形態において、p側電極51は、Pd/Ptの2層構造である。
The p-
パッド電極52は、リッジ部40aよりも幅広であって、誘電体層60および密着層70と接触している。つまり、パッド電極52は、リッジ部40a、誘電体層60および密着層70を覆うように形成されている。
The
パッド電極52の材料は、Auからなる金属材料であるとよく、パッド電極52は、Auの単層、あるいはAu/Ti/Auのような多層でもよい。
The material of the
密着層70は、誘電体層60上の一部の領域、具体的には、リッジ部40aの両側において、リッジ部40aから離れた誘電体層60上の領域に形成されている。密着層70は、パッド電極52および誘電体層60には接触しているが、p側電極51には接触していない。具体的には、密着層70は、平坦部40b上におけるリッジ部40aから離れた位置において、誘電体層60と接触している。ここで、図1Bに示すように、リッジ部40aに対して左右の密着層70とp側電極51との距離を距離d1、d2とそれぞれ定義する。
The
距離d1、d2が大きければ、誘電体層60から密着層70を介したp側電極51への水素拡散を抑制できるため、窒化物半導体レーザ素子1の電圧上昇を抑制できるが、パッド電極52と誘電体層60との密着性が低下する。
If the distances d1 and d2 are large, the diffusion of hydrogen from the
一方、距離d1、d2が小さければ、パッド電極52と誘電体層60との密着性は向上するが、水素拡散により、窒化物半導体レーザ素子1の動作電圧の上昇が生じる。非特許文献1に記載のように、金属中の水素の拡散距離は、Fickの第2法則から計算できる。非特許文献1に記載の式(2)(具体的には、以下に示す式(1))は、拡散方程式と呼ばれており、この拡散方程式から水素の拡散距離を計算した結果、後述する図5Dに示す実験結果から、距離d1、d2が0.6μm以上あれば、窒化物半導体レーザ素子1が動作中の水素拡散を抑制できることがわかった。
On the other hand, if the distances d1 and d2 are small, the adhesion between the
なお、上記式(1)において、Dは拡散係数であり、C(x,t)は、試料内部の水素濃度分布であり、xは、試料内部でのアノード側となる面からの距離であり、tは時間である。 In the above equation (1), D is a diffusion coefficient, C (x, t) is a hydrogen concentration distribution inside the sample, and x is a distance from the anode side surface inside the sample. , T is time.
また、本願発明者らが実施した実験の結果から、距離d1、d2が3.0μm以下であれば、パッド電極52と誘電体層60との密着性を確保できることがわかった。なお、本実施の形態では、窒化物半導体レーザ素子1の作製時の位置ばらつきも考慮して、距離d1=距離d2=1.0μmとしている。
Further, from the results of experiments conducted by the inventors of the present application, it was found that if the distances d1 and d2 were 3.0 μm or less, the adhesion between the
また、本実施の形態では、距離d1、d2を所望の値とするため、密着層70は、平坦部40bの上において、誘電体層60のリッジ部40aの側面に形成された部分から離れた位置に、誘電体層60の平坦部40b上に形成された部分を介して形成される。平坦部40b上のリッジ部40aの近傍においては、誘電体層60上には、密着層70が形成されていない部分が存在する。密着層70とリッジ部40aとの間では、パッド電極52と誘電体層60とが直接接触している。
In the present embodiment, in order to set the distances d1 and d2 to desired values, the
また、密着層70とp側電極51との距離に関しては、リッジ部40aの高さ方向(具体的には、Z軸方向)に離す形態も考えられるが、窒化物半導体レーザ素子1の場合、リッジ部40aは電気抵抗の高いp側クラッド層42で形成されているため、リッジ部40aを高くすると動作電圧が増加するという問題が生じる。そのため、密着層70とp側電極51とZ軸方向に話す距離には、制限がある。
Further, with respect to the distance between the
また、誘電体層60を薄くすることでも、密着層70とp側電極51とをZ軸方向に離すことができる。その場合、発光部(具体的には、発光層30)と、電極部(具体的には、p側電極51)との距離が短くなるため、電極部(例えば、p側電極51)による光吸収が生じ、窒化物半導体レーザ素子1から出射された光の利用効率(つまり、発光効率)が低下するという課題が生じる。よって、密着層70とp側電極51との距離を離す場合、リッジ部40aの幅方向(具体的には、X軸方向)に離すのが有効であり、それを実現するために、密着層70をリッジ部40aから離して形成している。
Also, by making the
なお、本実施の形態では、距離d1=距離d2としているが、距離d1と距離d2とは異なっていてもよい。また、距離d1、d2のどちらか一方が、0.6μm以上、3.0μm以下の範囲にあっても、水素拡散による窒化物半導体レーザ素子1の動作電圧が上昇すること抑制、および、パッド電極52と誘電体層60との密着性を確保する効果は得られるが、距離d1、d2が両方とも、0.6μm以上、3.0μm以下の範囲にあるのが、より好ましい。
Note that, in the present embodiment, the distance d1 is equal to the distance d2, but the distance d1 and the distance d2 may be different. Further, even if either one of the distances d1 and d2 is in the range of 0.6 μm or more and 3.0 μm or less, it is possible to suppress an increase in operating voltage of the nitride
密着層70の材料は、特に限定されるものではないが、Ti、Niの少なくとも1つを有する層を含むとよい。例えば、密着層70は、TiあるいはTi/Ptの2層構造からなる金属材料である。本実施の形態において、p側電極51は、Tiからなる金属材料である。
The material of the
なお、図1Aに示すように、パッド電極52は、窒化物半導体レーザ素子1を個片化する際の歩留まりを向上させるために、第2の窒化物半導体層40の内側に形成されている。すなわち、窒化物半導体レーザ素子1を上面視した場合に、パッド電極52は、窒化物半導体レーザ素子1の端部周縁には形成されていない。つまり、窒化物半導体レーザ素子1は、端部周縁に電流が供給されない非電流注入領域を有する。また、パッド電極52が形成されている領域の断面形状は、どの部分でも図1Bに示される構造となる。
Note that, as shown in FIG. 1A, the
誘電体層60は、光を閉じ込めるために、リッジ部40aの側面に形成されたSiO2からなる絶縁膜である。具体的には、誘電体層60は、リッジ部40aの側面から平坦部40bにわたって連続的に形成されている。本実施の形態において、誘電体層60は、リッジ部40aの周辺において、p側コンタクト層43の側面とp側クラッド層42の凸部の側面とp側クラッド層42の上面とにわたって連続して形成されている。The
誘電体層60の形状は、特に限定されるものではないが、誘電体層60は、リッジ部40aの側面および平坦部40bと接しているとよい。これにより、リッジ部40aの直下で発光した光を安定的に閉じ込めることができる。
The shape of the
また、高い光出力で動作させること(高出力動作)を目的とした窒化物半導体レーザ素子では、光出射端面には誘電体多層膜などの端面コート膜が形成される。この端面コート膜は、端面のみに形成することが難しく、窒化物半導体レーザ素子1の上面にも回りこむ。この場合、窒化物半導体レーザ素子1の長手方向(Y軸方向)の端部では、パッド電極52が形成されていないため、端面コート膜が上面にまで回りこんでしまうと、窒化物半導体レーザ素子1の長手方向の端部で誘電体層60と端面コート膜とが接してしまう場合がある。この際、誘電体層60が形成されていない、又は、誘電体層60の膜厚が光閉じ込めに対して薄い場合には、端面コート膜の影響を受けるため、光損失の原因となる。そこで、発光層30で発生した光を十分に閉じ込めるためには、誘電体層60の膜厚は、100nm以上にするとよい。一方、誘電体層60の膜厚が厚すぎると、パッド電極52の形成が困難となるために、誘電体層60の膜厚は、リッジ部40aの高さ以下にするとよい。
In a nitride semiconductor laser device intended to operate with high light output (high output operation), an end face coat film such as a dielectric multilayer film is formed on a light emitting end face. It is difficult to form this end face coat film only on the end face, and it also reaches the upper surface of the nitride
また、リッジ部40aの側面および平坦部40bには、リッジ部40aを形成する際のエッチング工程でエッチングダメージが残存してリーク電流が発生する場合があるが、リッジ部40aおよび平坦部40bを誘電体層60で被覆することで、不要なリーク電流の発生を低減できる。
On the side surface of the
なお、基板10の下面には、基板10とオーミック接触するオーミック電極としてn側電極80が形成されている。
Note that, on the lower surface of the
[窒化物半導体レーザ素子の製造方法]
次に、実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子1の製造方法について、図2A〜図2Iを用いて説明する。図2A〜図2Iは、実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子1の製造方法における各工程の断面図である。なお、図2A〜図2Iに示す断面は、図1AのIB−IB線に対応した位置における断面である。[Method of Manufacturing Nitride Semiconductor Laser Device]
Next, a method for manufacturing nitride
まず、図2Aに示すように、主面が(0001)面であるn型六方晶GaN基板である基板10上に、有機金属気相成長法(Metalorganic Chemical Vapor Deposition;MOCVD法)を用いて、第1の窒化物半導体層20、発光層30および第2の窒化物半導体層40をこの順で順次成膜する。
First, as shown in FIG. 2A, a metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) method is used on a
具体的には、基板10の上に、第1の窒化物半導体層20としてn型AlGaNからなるn側クラッド層を3μm成長させる。続いて、n−GaNからなるn側光ガイド層31を0.1μm成長させる。続いて、InGaNからなるバリア層とInGaN量子井戸層との3周期からなる活性層32を成長させる。続いて、p−GaNからなるp側光ガイド層33を0.1μm成長させる。続いて、AlGaNからなる電子障壁層41を10nm成長させる。続いて、p−AlGaN層(1.5nm)とGaN層(1.5nm)とを160周期繰り返して形成した0.48μmの歪超格子からなるp側クラッド層42を成長させる。続いて、p−GaNからなるp側コンタクト層43を0.05μm成長させる。ここで、各層において、Ga、Al、Inを含む有機金属原料には、例えば、トリメチルガリウム(TMG)、トリメチルアンモニウム(TMA)、トリメチルインジウム(TMI)を用いる。また、窒素原料には、アンモニア(NH3)を用いる。Specifically, an n-side cladding layer made of n-type AlGaN is grown to 3 μm as first
次に、図2Bに示すように、第2の窒化物半導体層40上に、保護膜91を成膜する。具体的には、p側コンタクト層43の上に、シラン(SiH4)を用いたプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法によって、保護膜91として、シリコン酸化膜(SiO2)を300nm成膜する。Next, as shown in FIG. 2B, a
なお、保護膜91の成膜方法は、プラズマCVD法に限るものではなく、例えば、熱CVD法、スパッタ法、真空蒸着法、又は、パルスレーザ成膜法など、公知の成膜方法を用いることができる。また、保護膜91の成膜材料は、上記のものに限るものではなく、例えば、誘電体や金属など、後述する第2の窒化物半導体層40(p側クラッド層42、p側コンタクト層43)のエッチングに対して、選択性のある材料であればよい。
Note that the method for forming the
次に、図2Cに示すように、フォトリソグラフィー法およびエッチング法を用いて、保護膜91がストライプ状に残るように、保護膜91を選択的に除去する。エッチング法としては、例えば、CF4などのフッ素系ガスを用いた反応性イオンエッチング(RIE)によるドライエッチング、又は、1:10程度に希釈した弗化水素酸(HF)などのウェットエッチングを用いることができる。Next, as shown in FIG. 2C, the
次に、図2Dに示すように、ストライプ状に形成された保護膜91をマスクとして、p側コンタクト層43およびp側クラッド層42をエッチングすることで、第2の窒化物半導体層40にリッジ部40aおよび平坦部40bを形成する。p側コンタクト層43およびp側クラッド層42のエッチングとしては、Cl2などの塩素系ガスを用いたRIE法によるドライエッチングを用いるとよい。Next, as shown in FIG. 2D, the p-
次に、図2Eに示すように、ストライプ状の保護膜91をフッ酸などのウェットエッチングによって除去した後、p側コンタクト層43およびp側クラッド層42を覆うように、誘電体層60を成膜する。つまり、リッジ部40aおよび平坦部40bの上に誘電体層60を形成する。誘電体層60としては、例えば、シラン(SiH4)を用いたプラズマCVD法によって、シリコン酸化膜(SiO2)を300nm成膜する。Next, as shown in FIG. 2E, after removing the stripe-shaped
なお、誘電体層60の成膜方法は、プラズマCVD法に限るものではなく、熱CVD法、スパッタ法、真空蒸着法、又は、パルスレーザ成膜法などの成膜方法を用いてもよい。
Note that the method of forming the
次に、図2Fに示すように、フォトリソグラフィー法と、フッ酸を用いたウェットエッチングとにより、リッジ部40a上の誘電体層60のみを除去して、p側コンタクト層43の上面を露出させる。その後、真空蒸着法およびリフトオフ法を用いて、リッジ部40a上のみにPd/Ptからなるp側電極51を形成する。具体的には、誘電体層60から露出させたp側コンタクト層43の上にp側電極51を形成する。
Next, as shown in FIG. 2F, only the
なお、p側電極51の成膜方法は、真空蒸着法に限るものではなく、スパッタ法又はパルスレーザ成膜法などであってもよい。また、p側電極51の電極材料は、Ni/Au系、Pt系など、第2の窒化物半導体層40(p側コンタクト層43)とオーミック接合する材料であればよい。
The method for forming the p-
次に、図2Gに示すように、フォトリソグラフィー法、真空蒸着法およびリフトオフ法を用いて、誘電体層60上にTiからなる密着層70を形成する。
Next, as shown in FIG. 2G, an
なお、密着層70の成膜方法は、真空蒸着法に限るものではなく、スパッタ法又はパルスレーザ成膜法などであってもよい。また、密着層70の材料は、Ti以外にもNi系など、誘電体層60との密着性を向上させる材料であればよい。
The method for forming the
次に、図2Hに示すように、p側電極51、誘電体層60および密着層70を覆うようにパッド電極52を形成する。具体的には、フォトリソグラフィー法などによって、形成したい部分以外にレジストをパターニングし、基板10の上方の全面に真空蒸着法などによってAuからなるパッド電極52を形成し、リフトオフ法を用いて不要な部分の電極を除去することで、p側電極51、誘電体層60および密着層70の上に所定形状のパッド電極52を形成する。これにより、p側電極51およびパッド電極52からなる電極部材50が形成される。
Next, as shown in FIG. 2H, a
次に、図2Iに示すように、基板10の下面にn側電極80を形成する。具体的には、基板10の裏面に真空蒸着法などによってTi/Pt/Auからなるn側電極80を形成し、フォトリソグラフィー法およびエッチング法を用いてパターニングすることで、所定形状のn側電極80を形成する。これにより、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子1を製造することができる。
Next, as shown in FIG. 2I, an n-
[窒化物半導体レーザ素子の実装形態1]
次に、図3Aおよび図3Bを用いて、実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子1の実装形態1(窒化物半導体レーザ装置)を説明する。図3Aは、実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子1の実装形態1を説明するための図である。図3Bは、図3AのIIIB―IIIB線における窒化物半導体レーザ素子1の実装形態1の断面図である。[
Next, a mounting mode 1 (nitride semiconductor laser device) of the nitride
図3Aおよび図3Bに示すように、窒化物半導体レーザ装置200は、窒化物半導体レーザ素子1と、サブマウント100とを備える。具体的には、窒化物半導体レーザ素子1は、サブマウント100に保持(実装)されている。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the nitride
サブマウント100は、窒化物半導体レーザ素子1が実装される実装基板である。サブマウント100は、基台101と、第1電極102aと、第2電極102bと、第1半田層103aと、第2半田層103bとを有する。
The
基台101は、窒化物半導体レーザ素子1を支持する基板である。基台101の材料は、特に限定されるものではないが、アルミナイトライド(AlN)やシリコンカーバイト(SiC)などのセラミック、CVDで成膜されたダイヤモンド(C)、CuやAlなどの金属単体、又は、CuWなどの合金など、窒化物半導体レーザ素子1と比べて熱伝導率が同等かそれ以上の材料で構成されているとよい。
The
第1電極102aは、基台101の一方の面に形成される。また、第2電極102bは、基台101の他方の面に形成される。第1電極102aおよび第2電極102bは、例えば、Ti(0.1μm)、Pt(0.2μm)およびAu(0.2μm)の金属材料からなる積層膜である。
The
第1半田層103aは、第1電極102a上に形成される。第2半田層103bは、第2電極102b上に形成される。第1半田層103aおよび第2半田層103bは、例えば、Au(70%)およびSn(30%)からなるSn−Au(金スズ)合金からなる共晶半田である。
The
上述したように、窒化物半導体レーザ素子1は、サブマウント100に実装される。実装形態1では、窒化物半導体レーザ素子1は、第1の窒化物半導体層20側がサブマウント100に接合される。具体的には、窒化物半導体レーザ素子1のn側がサブマウント100に接続される実装形態、つまりジャンクションアップ実装であるので、窒化物半導体レーザ素子1のn側電極80がサブマウント100の第1半田層103aに接続される。
As described above, the nitride
また、ワイヤボンディングによって、窒化物半導体レーザ素子1のパッド電極52およびサブマウント100の第1電極102aの各々には、金属材料によって形成されたワイヤ110が接続される。これにより、ワイヤ110によって窒化物半導体レーザ素子1に電流を供給することができる。
Further, a
なお、図示しないが、サブマウント100は、放熱性の向上および取り扱いの簡便化の目的で、例えば、CANパッケージなどの金属パッケージに実装されてもよい。
Although not shown, the
[窒化物半導体レーザ素子の実装形態2]
次に、図4Aおよび図4Bを用いて、実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子1の実装形態2(窒化物半導体レーザ装置)を説明する。[
Next, a mounting mode 2 (nitride semiconductor laser device) of the nitride
上述したように、実装形態1では、窒化物半導体レーザ素子1をジャンクションアップ実装する場合について説明したが、窒化物半導体レーザ素子1のp側の電極がサブマウント100に接続される実装形態、すなわちジャンクションダウン実装を適用してもよい。実装形態2では、窒化物半導体レーザ素子1をジャンクションダウン実装する場合について説明する。
As described above, in the mounting
図4Aは、実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子1の実装形態2(窒化物半導体レーザ装置200a)を説明するための平面図である。図4Bは、図4AのIVB―IVB線における窒化物半導体レーザ素子1の実装形態2の断面図である。
FIG. 4A is a plan view for describing mounting mode 2 (nitride
図4Aおよび図4Bに示すように、窒化物半導体レーザ装置200aは、実装形態1と同様に、窒化物半導体レーザ素子1と、サブマウント100とを備える。具体的には、窒化物半導体レーザ素子1は、サブマウント100に実装されている。また、窒化物半導体レーザ装置200aは、窒化物半導体レーザ素子1とサブマウント100とを接合する第1半田層(半田層)103aを備える。
As shown in FIGS. 4A and 4B, the nitride
また、実装形態2においては、実装形態1とは異なり、窒化物半導体レーザ素子1は、パッド電極52側がサブマウント100に接合される。また、第1半田層103aは、パッド電極52とサブマウント100との間に位置する。具体的には、窒化物半導体レーザ素子1の電極部材50がサブマウント100の第1半田層103aに接続される。このように、窒化物半導体レーザ素子1をジャンクションダウン実装することで、発熱源に近いp側電極51がサブマウント100に接続されるので、窒化物半導体レーザ素子1の放熱性を向上させることができる。また、実装形態2においては、Auで構成されるパッド電極52とSn−Au(金スズ)からなる第1半田層103aが接続されるため、第1半田層103a中のSn(スズ)がパッド電極52中へと拡散し第1半田層103aおよびパッド電極52にわたってSn−Au(金スズ)共晶構造が形成される。この構成でも、水素の拡散は抑制されるため、レーザ発振時の動作電圧の上昇は抑制される。つまり、パッド電極52は、少なくとも第1半田層103aと接触するAuからなる層を含むとよい。また、第1半田層103aは、Snを含むとよい。
Further, in the mounting
なお、本実施の形態では、半田層の材料として金スズ合金を示したが、Sn−Ag系半田やSn−Cu系半田など、公知の半導体接合に用いられている材料を用いてもよい。 In this embodiment, a gold-tin alloy is shown as a material for the solder layer. However, a material used for known semiconductor bonding, such as a Sn—Ag solder or a Sn—Cu solder, may be used.
[窒化物半導体レーザ素子の作用効果]
次に、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子1の作用効果について、本開示の技術を得るに至った経緯も含めて、図5A、図5Bおよび図5Cを用いて説明する。[Operation and Effect of Nitride Semiconductor Laser Device]
Next, the operation and effect of the nitride
図5Aは、比較例の窒化物半導体レーザ素子を模擬的に示すレーザ構造1000Xの断面図である。図5Bは、実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子1を模擬的に示すレーザ構造1Xの断面図である。図5Cは、比較例のレーザ構造1000Xおよび実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子1のレーザ構造1Xの動作電圧の経時的変化を示す図である。
FIG. 5A is a cross-sectional view of a
半導体デバイスで広く使用されている誘電体材料としては、以下の表1に示されるものがある。中でも、SiO2は、屈折率が最も低く、光に対して透明である。このため、SiO2は、半導体レーザ素子の絶縁膜として有用である。Dielectric materials widely used in semiconductor devices include those shown in Table 1 below. Above all, SiO 2 has the lowest refractive index and is transparent to light. Therefore, SiO 2 is useful as an insulating film of a semiconductor laser device.
しかしながら、窒化物半導体レーザ素子を開発する中で、窒化物半導体レーザ素子の絶縁膜として用いたSiO2が原因となって、連続通電時に動作電圧が上昇するという課題があることが判明した。However, during the development of the nitride semiconductor laser device, it has been found that there is a problem that the operating voltage increases during continuous energization due to SiO 2 used as an insulating film of the nitride semiconductor laser device.
その原因を究明するために、図5Aおよび図5Bに示すように、窒化物半導体レーザ素子を模擬的に示すレーザ構造1000Xおよび1Xを実際に作製して通電実験を行った。
In order to find out the cause, as shown in FIGS. 5A and 5B,
図5Aに示すように、比較例の窒化物半導体レーザ素子を模擬的に示すレーザ構造(比較例のレーザ構造)1000Xは、GaN基板からなる基板10と、n側AlGaNクラッド層からなる第1の窒化物半導体層20と、n側GaN光ガイド層、InGaN活性層およびp側GaN光ガイド層からなる発光層30と、AlGaN電子障壁層、p側AlGaNクラッド層およびp側GaNコンタクト層からなる第2の窒化物半導体層40とを有する。さらに、第2の窒化物半導体層40は、リッジ部40aと、リッジ部40aの根元から横方向に広がる平坦部40bと有する。リッジ部40aおよび平坦部40b上にはSiO2からなる誘電体層60が積層されている。また、誘電体層60は開口部を有しており、この開口部には、Pd/Ptからなるp側電極51が形成されている。さらに、p側電極51と誘電体層60とを覆うようにTiからなる密着層70が形成されている。さらに、密着層70上には、Auからなるパッド電極52が形成されている。なお、基板10の下面には、n側電極80が形成されている。As shown in FIG. 5A, a laser structure (laser structure of a comparative example) 1000X schematically showing a nitride semiconductor laser device of a comparative example has a
また、図5Bに示すように、実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子1を模擬的に示すレーザ構造(実施の形態のレーザ構造)1Xは、比較例のレーザ構造1000Xと同様に、GaN基板からなる基板10と、n側AlGaNクラッド層からなる第1の窒化物半導体層20と、n側GaN光ガイド層、InGaN活性層およびp側GaN光ガイド層からなる発光層30と、AlGaN電子障壁層、p側AlGaNクラッド層およびp側GaNコンタクト層からなる第2の窒化物半導体層40と、n側電極80とを有する。さらに、第2の窒化物半導体層40は、リッジ部40aと、リッジ部40aの根元から横方向に広がる平坦部40bと有する。リッジ部40aおよび平坦部40b上には、SiO2からなる誘電体層60が積層されている。また、誘電体層60は開口部を有しており、この開口部には、Pd/Ptからなるp側電極51が形成されている。そして、実施の形態のレーザ構造1Xでは、比較例のレーザ構造1000Xと異なり、誘電体層60上のみにTiからなる密着層70が形成されており、密着層70とp側電極51とは接触していない。さらに、p側電極51、誘電体層60および密着層70を覆うようにAuからなるパッド電極52が形成されている。As shown in FIG. 5B, the laser structure (laser structure of the embodiment) 1X schematically showing the nitride
このように作製した比較例のレーザ構造1000X(図5A参照)と実施の形態のレーザ構造1X(図5B参照)に対して連続通電を行ったところ、動作電圧に関して、図5Cに示す結果が得られた。
When continuous energization was performed on the
図5Cに示すように、比較例のレーザ構造1000Xでは、通電時間の経過とともに動作電圧が徐々に上昇し、通電時間が200時間を超えると、動作電圧が急激に上昇することが分かった。一方、実施の形態のレーザ構造1Xでは、長時間経過しても動作電圧がほぼ上昇しておらず、比較例のレーザ構造1000Xと比べて、動作電圧の上昇が大幅に抑制されることが分かった。
As shown in FIG. 5C, in the
この実験結果について本願発明者らが鋭意検討した結果、SiO2は水素が多く含まれる材料であることから、比較例のレーザ構造1000Xでは、動作中に誘電体層60に含まれる水素が密着層70を介してp側電極51に拡散し、これが原因となって動作電圧の上昇を引き起こしていたことが分かった。また、密着層70として使われるTiやNiなどの材料や、p側電極51として使われるPdやPtなどの材料は、水素との反応性が高いため、これらの電極同士が接することで、SiO2を含む誘電体層60から水素が密着層70を介してp側電極51まで拡散したと考えられる。The inventors of the present application have conducted intensive studies on the results of this experiment. As a result, since the SiO 2 is a material containing a large amount of hydrogen, in the
一方、実施の形態のレーザ構造1Xでは、SiO2を含む誘電体層60と接する密着層70は、p側電極51と接触していない。誘電体層60と密着層70とはパッド電極52が接しているが、パッド電極52の材料は、水素との反応性が極めて低いAuで構成されている。この構成により、誘電体層60中の水素がp側電極51まで拡散されなかったために、動作電圧が上昇しなかったと考えられる。On the other hand, in the
図5Dに、拡散方程式を用いて計算した水素濃度の経時的変化の計算結果を示す。なお、図5Dに示す実験結果は、図5Aに示す比較例のレーザ構造1000Xおよび図5Bに示す実施の形態のレーザ構造1Xをそれぞれ用い、SiO2中の水素が、密着層70とパッド電極52とを介してp側電極51まで拡散するというモデルで計算した。また、原点の水素濃度を1E+21cm−3で固定し、4万時間後の水素濃度を、原点からの距離に対して計算した。つまり、図5Dに示すグラフにおいて、横軸は原点からの水素の拡散距離(単位:μm)を示し、縦軸は水素濃度(単位:cm−3)を示す。計算に用いたパラメータは、図5Cの実験結果から抽出し、比較例のレーザ構造1000Xでは、拡散係数を1E−11m2/sec、実施の形態のレーザ構造1Xでは、1E−18m2/secとして計算した。FIG. 5D shows a calculation result of a temporal change in the hydrogen concentration calculated using the diffusion equation. Incidentally, the experimental results shown in Figure 5D, using respectively the
図5Dに示す実験結果から、拡散係数が小さいほど、拡散距離が短くなることがわかる。 The experimental results shown in FIG. 5D show that the smaller the diffusion coefficient, the shorter the diffusion distance.
従来、水素濃度が1E+17cm−3以上になると、窒化物半導体レーザ素子1の動作電圧は増加が見られることが知られている。実施の形態のレーザ構造1Xの場合、水素濃度が1E+17cm−3となる距離が0.6μmであることから、密着層70をp側電極51から0.6μm以上離しておけば、窒化物半導体レーザ素子1の動作電圧の増加を抑制できる。Conventionally, it is known that when the hydrogen concentration becomes 1E + 17 cm −3 or more, the operating voltage of the nitride
また、誘電体層60を構成するSiO2に水素が含まれる要因について検討した結果、SiO2を成膜する際の原料(シラン(SiH4))の水素がSiO2膜に残留したり、フォトリソグラフィー又はエッチングなどの製造時の水洗浄によってSiO2膜に水素が残留したりすることで、誘電体層60に水素が含まれることが分かった。As a result of studying the factors that hydrogen is contained in the SiO 2 constituting the
本開示の技術は、このような知見に基づいてなされたものであり、誘電体層60に含まれる水素が電極部材50に拡散しないようにすることで、誘電体層60としてSiO2を用いた場合であっても、動作電圧の上昇を抑制するものである。The technology of the present disclosure has been made based on such knowledge, and SiO 2 was used as the
具体的には、図1Aおよび図1Bに示すように、実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子1では、Tiからなる密着層70はp側電極51とは接触していない。
More specifically, as shown in FIGS. 1A and 1B, in nitride
これにより、誘電体層60から密着層70を介したp側電極51への水素の伝達経路が遮断されるので、誘電体層60中に含まれる水素がp側電極51に拡散することを抑制することができる。この結果、水素に起因して動作電圧が上昇することを抑制することができる。
Thereby, the transmission path of hydrogen from the
なお、本実施の形態では、誘電体層60から電極部材50への水素拡散の抑制効果を最大化するために、密着層70とp側電極51とが完全に非接触となるようにしているが、製造ばらつきなどによって密着層70とp側電極51とが一部接触していたとしても、その接触面積が十分に小さければ、動作電圧への影響は僅かであり、動作電圧の上昇を抑制することができる。
In the present embodiment, in order to maximize the effect of suppressing the diffusion of hydrogen from the
[まとめ]
以上、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子1は、第1の窒化物半導体層20と、第1の窒化物半導体層20の上に形成された窒化物半導体からなる発光層30と、発光層30の上に形成され、リッジ部40aを有する第2の窒化物半導体層40と、リッジ部40aの上に形成されたp側電極(オーミック電極)51と、p側電極51の上に形成され、リッジ部40aよりも幅広であるパッド電極52とを備える。第2の窒化物半導体層40は、リッジ部40aの側方に平坦部40bを有する。リッジ部40aの側面および平坦部40bの上には、SiO2からなる誘電体層60が形成されている。平坦部40bの上の誘電体層60の上には、密着層70が形成されている。密着層70は、リッジ部40aの側面の上の誘電体層60から離れ、且つ、パッド電極52と接触し、p側電極51とは非接触である。[Summary]
As described above, the nitride
この構成により、密着層70とp側電極51との間に形成されたパッド電極52によって密着層70とp側電極51とが非接触となっている。これにより、誘電体層60中に含まれる水素がp側電極51に拡散することを抑制することができる。したがって、水素に起因して動作電圧が上昇してしまうことを抑制できる。
With this configuration, the
また、この構成により、窒化物半導体レーザ素子1の駆動電流は、オーミック電極であるp側電極51を通してリッジ部40aに流れる。また、パッド電極52が平坦部40bにまで幅広く形成されるので、ワイヤボンディングなどによる電気的接続が容易となる。
Further, with this configuration, the drive current of the nitride
また、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子1において、密着層70とp側電極51との距離d1、d2は、0.6μm以上、3.0μm以下であるとよい。
In the nitride
この構成により、パッド電極52と誘電体層60との密着性を確保でき、且つ、窒化物半導体レーザ素子1における水素に起因して動作電圧が上昇してしまうことを、より抑制できる。
With this configuration, adhesion between the
また、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子1において、第2の窒化物半導体層40は、リッジ部40aの最上層として形成されたp側コンタクト層43を有してもよい。また、p側電極51(オーミック電極)は、リッジ部40aの上面であるp側コンタクト層43の上面と接触している。
Further, in nitride
この構成により、p側電極51(オーミック電極)とリッジ部40aとは、良好なオーミック接触の状態になるため、リッジ部40aには良好に電流が供給される。
With this configuration, the p-side electrode 51 (ohmic electrode) and the
また、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子1において、リッジ部40aの幅は、10μm以上50μm以下であるとよい。
Further, in nitride
この構成により、高い光出力で動作させることができる窒化物半導体レーザ素子1を実現することができる。
With this configuration, it is possible to realize the nitride
また、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子1において、密着層70は、Ti、Niの少なくとも1つを有する層を含むものが適している。
Further, in the nitride
この構成により、窒化物半導体レーザ素子1の駆動時に発生する熱を例えば窒化物半導体レーザ素子1が実装されるサブマウント100に逃がすことができるので、窒化物半導体レーザ素子1を高い光出力で動作させることができる。
With this configuration, heat generated when the nitride
また、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子1において、パッド電極52は、Auからなる層を含むものが適している。
In the nitride
このように、高い熱伝導性を有する材料を選択することにより、窒化物半導体レーザ素子1の駆動時に発生する熱を、例えば窒化物半導体レーザ素子1が実装されるサブマウント100に効率よく逃がすことができるので、窒化物半導体レーザ素子1を高い光出力で動作させることができる。
As described above, by selecting a material having high thermal conductivity, heat generated when the nitride
また、本開示に係る窒化物半導体レーザ装置200は、窒化物半導体レーザ素子1と、窒化物半導体レーザ素子1を保持するサブマウント100とを備える。
Further, the nitride
この構成により、窒化物半導体レーザ素子1の駆動時に発生する熱を、窒化物半導体レーザ素子1が実装されるサブマウント100に逃がすことができるので、窒化物半導体レーザ素子1を高い光出力で動作させることができる。
With this configuration, heat generated when the nitride
また、本開示に係る窒化物半導体レーザ装置200において、窒化物半導体レーザ素子1は、第1の窒化物半導体層20側がサブマウント100に接合され、パッド電極52にワイヤ110が接続されてもよい。
In the nitride
この構成により、窒化物半導体レーザ装置200は、例えば外部電源とワイヤボンディングにより簡単に電気接続が可能となる。
With this configuration, the nitride
また、本開示に係る窒化物半導体レーザ装置200aにおいて、窒化物半導体レーザ素子1は、パッド電極52側がサブマウント100に接合されてもよい。この場合に、パッド電極52とサブマウント100との間には、半田層103aが介在してもよい。
Moreover, in the nitride
この構成により、窒化物半導体レーザ素子1の発光層30の近くにサブマウント100が位置するため、発光層30からの熱がサブマウント100から効率よく放熱される。そのために、窒化物半導体レーザ装置200aの放熱特性は、向上される。
With this configuration, since the
また、本開示に係る窒化物半導体レーザ装置200において、パッド電極52は、少なくとも半田層103aと接触するAuからなる層を含んでもよい。この場合に、半田層103aは、Snを含んでもよい。
In the nitride
この構成により、窒化物半導体レーザ装置200とサブマウント100との接合が、An−Sn共晶構造となる。そのため、窒化物半導体レーザ素子1とサブマウント100とは剥がれにくくなる。
With this configuration, the junction between the nitride
(変形例)
以上、本開示に係る窒化物半導体レーザ素子および窒化物半導体レーザ装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、上記実施の形態に限定されるものではない。(Modification)
As described above, the nitride semiconductor laser device and the nitride semiconductor laser device according to the present disclosure have been described based on the embodiments, but the present disclosure is not limited to the above embodiments.
例えば、上記実施の形態に対して当業者が思い付く各種変形を施して得られる形態や、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素および機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。 For example, the present invention is realized by a form obtained by performing various modifications that can be conceived by those skilled in the art to the above-described embodiment, and by arbitrarily combining the components and functions in each embodiment without departing from the spirit of the present disclosure. Embodiments are also included in the present disclosure.
本開示に係る窒化物半導体レーザ素子および窒化物半導体レーザ装置は、画像表示装置、照明又は産業機器などの光源として利用することができ、特に、比較的に高い光出力を必要とする機器の光源として有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The nitride semiconductor laser element and the nitride semiconductor laser device according to the present disclosure can be used as a light source of an image display device, illumination or industrial equipment, and in particular, a light source of a device requiring a relatively high light output. Useful as
1 窒化物半導体レーザ素子
10 基板
20 第1の窒化物半導体層
30 発光層
31 n側光ガイド層
32 活性層
33 p側光ガイド層
40 第2の窒化物半導体層
40a リッジ部
40b 平坦部
41 電子障壁層
42 p側クラッド層
43 p側コンタクト層
50 電極部材
51 p側電極(オーミック電極)
52 パッド電極
60 誘電体層
70 密着層
80 n側電極
91 保護膜
100 サブマウント
101 基台
102a 第1電極
102b 第2電極
103a 第1半田層(半田層)
103b 第2半田層
110 ワイヤ
200、200a 窒化物半導体レーザ装置
d1、d2 距離
52
103b
Claims (10)
前記第1の窒化物半導体層の上に形成された窒化物半導体からなる発光層と、
前記発光層の上に形成され、リッジ部を有する第2の窒化物半導体層と、
前記リッジ部の上に形成されたオーミック電極と、
前記オーミック電極の上に形成され、前記リッジ部よりも幅広であるパッド電極とを備え、
前記第2の窒化物半導体層は、前記リッジ部の側方に平坦部を有し、
前記リッジ部の側面及び前記平坦部の上には、SiO2からなる誘電体層が形成され、
前記平坦部上の前記誘電体層の上には、密着層が形成され、
前記密着層は、前記リッジ部の側面上の前記誘電体層から離れ、且つ、前記パッド電極と接触し、前記オーミック電極とは非接触である
窒化物半導体レーザ素子。A first nitride semiconductor layer;
A light emitting layer made of a nitride semiconductor formed on the first nitride semiconductor layer;
A second nitride semiconductor layer formed on the light emitting layer and having a ridge portion;
An ohmic electrode formed on the ridge,
A pad electrode formed on the ohmic electrode and wider than the ridge portion;
The second nitride semiconductor layer has a flat portion beside the ridge portion,
A dielectric layer made of SiO 2 is formed on a side surface of the ridge portion and the flat portion,
An adhesion layer is formed on the dielectric layer on the flat portion,
The nitride semiconductor laser device, wherein the adhesion layer is separated from the dielectric layer on a side surface of the ridge portion, is in contact with the pad electrode, and is not in contact with the ohmic electrode.
請求項1記載の窒化物半導体レーザ素子。The nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein a distance between the adhesion layer and the ohmic electrode is 0.6 μm or more and 3.0 μm or less.
請求項1または2記載の窒化物半導体レーザ素子。The nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein the pad electrode is in contact with the dielectric layer.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の窒化物半導体レーザ素子。4. The nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein the width of the ridge is 10 μm or more and 50 μm or less. 5.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の窒化物半導体レーザ素子。The nitride semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 4, wherein the adhesion layer includes a layer having at least one of Ti and Ni.
請求項1〜5のいずれか1項に記載の窒化物半導体レーザ素子。The nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein the pad electrode includes a layer made of Au.
前記窒化物半導体レーザ素子を保持するサブマウントとを備える
窒化物半導体レーザ装置。A nitride semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 6,
And a submount for holding the nitride semiconductor laser element.
前記パッド電極にワイヤが接続されている
請求項7記載の窒化物半導体レーザ装置。In the nitride semiconductor laser device, the first nitride semiconductor layer side is joined to the submount,
The nitride semiconductor laser device according to claim 7, wherein a wire is connected to the pad electrode.
前記パッド電極と前記サブマウントとの間には、半田層が介在している
請求項7記載の窒化物半導体レーザ装置。In the nitride semiconductor laser device, the pad electrode side is bonded to the submount,
The nitride semiconductor laser device according to claim 7, wherein a solder layer is interposed between the pad electrode and the submount.
前記半田層は、Snを含む
請求項9記載の窒化物半導体レーザ装置。The pad electrode includes a layer made of Au in contact with at least the solder layer,
The nitride semiconductor laser device according to claim 9, wherein the solder layer includes Sn.
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