JP6103241B2 - 発光素子 - Google Patents
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Description
{20−21}面を第1の主面とする窒化ガリウム基板、
窒化ガリウム基板の第1の主面に接して設けられた窒化物半導体厚膜、及び、
窒化物半導体厚膜上に設けられた窒化物半導体レーザ素子層、
を備えており、
窒化物半導体レーザ素子層は、n型窒化物半導体層、窒化物半導体から成る発光層、及び、p型窒化物半導体層を含み、
窒化物半導体厚膜は、窒化物半導体厚膜の主面である{20−21}面と89.95°以上90.05°以下の角度をなす範囲内に{−1017}面を有する。
第1導電型を有する第1化合物半導体層、活性層を含む第3化合物半導体層、及び、第1導電型とは異なる第2導電型を有する第2化合物半導体層が積層されて成り、光出射端面及び光反射端面を有する積層構造体を備えており、
光出射端面は、少なくとも、第2化合物半導体層の端面から構成された光出射端面第2領域、及び、第3化合物半導体層の端面から構成された光出射端面第3領域を有しており、
光出射端面における仮想垂直面と光出射端面第2領域との成す角度をθ2、光出射端面第3領域との成す角度をθ3としたとき、
0度≦|θ3|<|θ2|
を満足する。尚、製造時、具体的には、積層構造体を発光素子製造用基板上に形成するが、その積層順として、第1化合物半導体層、第3化合物半導体層及び第2化合物半導体層の積層順、並びに、第2化合物半導体層、第3化合物半導体層及び第1化合物半導体層の積層順が包含される。
1.本開示の発光素子、全般に関する説明
2.実施例1(本開示の発光素子)、その他
以下の説明において、発光素子製造用基板上に積層構造体が形成されたとし、光出射端面における仮想垂直面で発光素子製造用基板を切断したとしたときの発光素子製造用基板の端面(垂直面)を想定する。そして、この垂直面を基準として、光出射端面が外側に突出する方向の角度θ2,θ3あるいは後述する角度θ1の値を正の値とし、光出射端面が内側に引っ込む方向の角度θ2,θ3,θ1の値を負の値とする。また、光反射端面は、少なくとも、第2化合物半導体層の端面から構成された光反射端面第2領域、及び、第3化合物半導体層の端面から構成された光反射端面第3領域を有しており、光反射端面第2領域との成す角度をθ2’、光反射端面第3領域との成す角度をθ3’としたとき、光反射端面が外側に突出する方向の角度θ2’,θ3’の値を負の値とし、光反射端面が内側に引っ込む方向の角度θ2’,θ3’の値を正の値とする。尚、角度の単位は「度」である。
第1化合物半導体層は、少なくとも第1クラッド層から成り、
第3化合物半導体層は、第1化合物半導体層側から、第1光ガイド層、活性層及び第2光ガイド層が積層されて成り、
第2化合物半導体層は、少なくとも第2クラッド層から成る形態とすることができる。
光出射端面60における仮想垂直面(YZ仮想平面)と光出射端面第2領域62との成す角度をθ2、光出射端面第3領域63との成す角度をθ3としたとき、0度≦|θ3|<|θ2|を満足し、更には、|θ3|≦2.0度、|θ2−θ3|>2.0度を満足する。
光出射端面60における仮想垂直面(YZ仮想平面)と光出射端面第1領域61との成す角度をθ1としたとき、0度≦|θ3|<|θ1|、好ましくは、|θ1−θ3|>0度を満足する。
θ 2 =θ 2 ’=4.0度
θ 3 =θ 3 ’=0.0度
θ 1 =θ 1 ’=1.0度
である。また、第2化合物半導体層40は、GaNに対して格子歪み量の値が負であり、且つ、格子歪み量(歪み割合)の絶対値は0.1%である。第1化合物半導体層30のGaNに対する格子歪み量の値はゼロである。
第1化合物半導体層30は、少なくとも第1クラッド層31から成り、
第3化合物半導体層50は、第1化合物半導体層側から、第1光ガイド層51及び活性層52、第2光ガイド層53が積層されて成り、
第2化合物半導体層40は、少なくとも第2クラッド層41から成る。
第2化合物半導体層40
コンタクト層(Mgドープ)42
p型GaNから成る。
第2クラッド層(Mgドープ)41
厚さ0.2μm〜0.4μmのp型AlGaN
第3化合物半導体層50(全体の厚さ:0.1μm〜0.3μm)
第2光ガイド層53
ノンドープGaInNから成る。
量子井戸活性層52
(井戸層:InGaN/障壁層:InGaN)
第1光ガイド層51
ノンドープGaInNから成る。
第1化合物半導体層30
第1クラッド層(Siドープ)31
厚さ0.5μm〜1.5μmのn型AlGaN
先ず、n型GaN基板11の(20−21)面上に、周知のMOCVD法に基づき、第1導電型(n型導電型)を有し、GaN系化合物半導体から成る第1化合物半導体層30、GaN系化合物半導体から成る第3化合物半導体層50、並びに、第1導電型と異なる第2導電型(p型導電型)を有し、GaN系化合物半導体から成る第2化合物半導体層40が、順次、積層されて成る積層構造体を形成する。
次いで、第2化合物半導体層40の上にエッチング用マスクを形成し、次いで、少なくとも第2化合物半導体層40の一部分をエッチングして(具体的には、第2化合物半導体層40の一部分をエッチングして)、リッジストライプ構造12を形成する。より具体的には、Cl2ガスを用いたRIE法に基づき、第2化合物半導体層40の一部分をエッチングする。
その後、全面を覆う積層絶縁膜43を形成した後、リッジストライプ構造12の頂面に位置する第2化合物半導体層40の部分の上の積層絶縁膜43を、エッチング法に基づき除去し、露出した第2化合物半導体層40の部分の上に、周知の方法に基づき第2電極82を形成する。また、GaN基板11の裏面に、周知の方法に基づき第1電極81を形成する。
その後、GaN基板11の劈開等を行い、更に、パッケージ化を行うことで、実施例1の発光素子(半導体レーザ素子)10を作製することができる。
0<φ≦10(度)
好ましくは、
0<φ≦6(度)
とすることが望ましい。斜めリッジストライプ型を採用することで、無反射コートをされた光出射端面の反射率を、より0%の理想値に近づけることができ、その結果、半導体レーザ素子内で周回してしまうレーザ光の発生を防ぐことができ、メインのレーザ光に付随する副次的なレーザ光の生成を抑制できるといった利点を得ることができる。
[01]《発光素子》
第1導電型を有する第1化合物半導体層、活性層を含む第3化合物半導体層、及び、第1導電型とは異なる第2導電型を有する第2化合物半導体層が積層されて成り、光出射端面及び光反射端面を有する積層構造体を備えており、
光出射端面は、少なくとも、第2化合物半導体層の端面から構成された光出射端面第2領域、及び、第3化合物半導体層の端面から構成された光出射端面第3領域を有しており、
光出射端面における仮想垂直面と光出射端面第2領域との成す角度をθ2、光出射端面第3領域との成す角度をθ3としたとき、
0度≦|θ3|<|θ2|
を満足する発光素子。
[02]|θ3|≦2.0度を満足する[01]に記載の発光素子。
[03]|θ2−θ3|>2.0度を満足する[01]又は[02]に記載の発光素子。
[04]積層構造体はAlGaInN系化合物半導体から成る[01]乃至[03]のいずれか1項に記載の発光素子。
[05]第2化合物半導体層は、GaNに対して格子歪み量の値が負であり、且つ、格子歪み量の絶対値が0.02%以上である混晶から成る[04]に記載の発光素子。
[06]活性層はInGaN層を含み、
第2化合物半導体層は少なくともAlXInYGa(1-X-Y)N層(但し、X>0,Y≧0)を含む[05]に記載の発光素子。
[07]光出射端面は、更に、第1化合物半導体層の端面から構成された光出射端面第1領域を有しており、
光出射端面における仮想垂直面と光出射端面第1領域との成す角度をθ1としたとき、0度≦|θ3|<|θ1|を満足する[01]乃至[06]のいずれか1項に記載の発光素子。
[08]第1化合物半導体層はAlX'InY'Ga(1-X'-Y')N層(但し、X’≧0,Y’≧0)を含む[01]乃至[07]のいずれか1項に記載の発光素子。
[09]積層構造体は、GaN基板の半極性あるいは無極性の主面上に形成される[01]乃至[08]のいずれか1項に記載の発光素子。
[10]積層構造体は、GaN基板上に、第1化合物半導体層、第3化合物半導体層及び第2化合物半導体層がこの順に積層されて成る[09]に記載の発光素子。
[11]光出射端面から光反射端面に向かう積層構造体の軸線方向をX方向、積層構造体の厚さ方向をZ方向としたとき、XZ仮想平面で積層構造体を切断したときの光出射端面の断面形状と光反射端面の断面形状とは相補的な形状を有する[01]乃至[10]のいずれか1項に記載の発光素子。
[12]第1化合物半導体層は、少なくとも第1クラッド層から成り、
第3化合物半導体層は、第1化合物半導体層側から、第1光ガイド層、活性層及び第2光ガイド層が積層されて成り、
第2化合物半導体層は、少なくとも第2クラッド層から成る[01]乃至[11]のいずれか1項に記載の発光素子。
Claims (11)
- 第1導電型を有する第1化合物半導体層、活性層を含む第3化合物半導体層、及び、第1導電型とは異なる第2導電型を有する第2化合物半導体層が積層されて成り、光出射端面及び光反射端面を有する積層構造体を備えており、
光出射端面は、少なくとも、第2化合物半導体層の端面から構成された光出射端面第2領域、及び、第3化合物半導体層の端面から構成された光出射端面第3領域を有しており、
光出射端面における仮想垂直面と光出射端面第2領域との成す角度をθ2、光出射端面第3領域との成す角度をθ3としたとき、
0度≦|θ3|<|θ2|
を満足し、
第2化合物半導体層は、GaNに対して格子歪み量の値が負であり、且つ、格子歪み量の絶対値が0.02%以上である混晶から成り、
第3化合物半導体層は、GaNに対して格子歪み量の値が正である混晶から成る発光素子。 - |θ3|≦2.0度を満足する請求項1に記載の発光素子。
- |θ2−θ3|>2.0度を満足する請求項1又は請求項2に記載の発光素子。
- 積層構造体はAlGaInN系化合物半導体から成る請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の発光素子。
- 活性層はInXGa(1-X)N層を含み、
第2化合物半導体層は少なくともAlXInYGa(1-X-Y)N層を含む請求項4に記載の発光素子。
但し、Y≦0.220X−0.00195 を満足する。 - 光出射端面は、更に、第1化合物半導体層の端面から構成された光出射端面第1領域を有しており、
光出射端面における仮想垂直面と光出射端面第1領域との成す角度をθ1としたとき、
0度≦|θ3|<|θ1|
を満足する請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の発光素子。 - 第1化合物半導体層はAlX'InY'Ga(1-X'-Y')N層(但し、X’≧0,Y’≧0)を含む請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の発光素子。
- 積層構造体は、GaN基板の半極性あるいは無極性の主面上に形成される請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の発光素子。
- 積層構造体は、GaN基板上に、第1化合物半導体層、第3化合物半導体層及び第2化合物半導体層がこの順に積層されて成る請求項8に記載の発光素子。
- 光出射端面から光反射端面に向かう積層構造体の軸線方向をX方向、積層構造体の厚さ方向をZ方向としたとき、XZ仮想平面で積層構造体を切断したときの光出射端面の断面形状と光反射端面の断面形状とは相補的な形状を有する請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載の発光素子。
- 第1化合物半導体層は、少なくとも第1クラッド層から成り、
第3化合物半導体層は、第1化合物半導体層側から、第1光ガイド層、活性層及び第2光ガイド層が積層されて成り、
第2化合物半導体層は、少なくとも第2クラッド層から成る請求項1乃至請求項10のいずれか1項に記載の発光素子。
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