氮化物半导体激光元件制造技术

技术编号:17574676 阅读:58 留言:0更新日期:2018-03-28 21:52
本发明专利技术提供一种氮化物半导体激光元件。氮化物半导体激光元件在p侧光导层与p型包覆层之间具有电子势垒层。电子势垒层的带隙能量比p型包覆层大。p侧光导层由不含In的AlxGa1‑xN(0≤x<1)构成。此外,n侧光导层的膜厚dn和p侧光导层的膜厚dp满足dp≥0.25μm且dn≥dp的关系。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】氮化物半导体激光元件
本公开涉及由GaN系等的氮化物半导体构成的氮化物半导体激光元件。
技术介绍
由于具有小型、廉价、高输出等卓越特征,因此半导体激光器除了在通信、光盘等IT技术中利用之外,还在医疗、部分照明等宽范围的
中利用。近年来,尤其是,正在推进在激光显示器、液晶背光灯、汽车用前灯等高亮度照明的光源用途中利用了GaN系半导体激光器的波长为405nm~540nm的光源(氮化物半导体激光元件)的开发。在这些光源所利用的半导体激光元件中,为了获得清晰的图像、视野,要求高输出动作。此外,在这种高输出动作时,虽然与低输出动作时相比电力消耗量变大,但为了降低坏境负荷,低消耗电力化(能量效率的提高)变得尤为重要。为使半导体激光器低消耗电力且高输出化,需要将接通的电力效率良好地变换为光。因此,重要的是提高表示接通的能量之中被变换为激光的比例的电力光变换效率。其原因在于,通过将接通电力高效率地变换为光,从而不仅能够增大光输出,还能够防止剩余能量转变为热,并且能够降低发热所引起的光输出的下降、对于长期可靠性特性的不良影响。另外,为了提高电力光变换效率,需要提高激光器的斜率效率。斜率效率是指,增大向振荡动作中的半导体激光器接通的接通电流,将此时的光输出的增量除以接通电流的增量而得到的值,单位为瓦特每安培(W/A)。在GaAs半导体激光元件中,作为用于提高斜率效率的构造,提出了一种加厚光导层的膜厚的方法(参照非专利文献1)。这是通过使光导层厚膜化来降低分布于光吸收大的包覆层的波导光的比例的方法。以往,在由GaN系等的氮化物半导体构成的氮化物半导体激光元件中,由于带隙大,因此用于防止向p型层的电子泄漏的电子势垒层设置在比发光层更靠p型层侧。如专利文献1所记载的那样,采用如下构造,即,p侧光导层的厚度为100nm程度,电子势垒层与活性层相邻地设置在活性层与p侧光导层之间,使电子泄漏最小化。在先技术文献专利文献专利文献1:国际公开2006/109418号公报非专利文献非专利文献1:IEEEJournalofQuantumElectronicsvol.33,no.22,pp.2266,1997
技术实现思路
本公开的氮化物半导体激光元件具备:n型包覆层、p型包覆层、活性层、n侧光导层、p侧光导层和电子势垒层。n型包覆层和p型包覆层由氮化物半导体构成。活性层设置在n型包覆层与p型包覆层之间。n侧光导层设置在n型包覆层与活性层之间,带隙能量比n型包覆层小且带隙能量比活性层大,由氮化物半导体构成。p侧光导层设置在p型包覆层与活性层之间,带隙能量比p型包覆层小且带隙能量比活性层大,由氮化物半导体构成。电子势垒层设置在p侧光导层与p型包覆层之间,带隙能量比p型包覆层大,由氮化物半导体构成。p侧光导层由不含In的AlxGa1-xN(0≤x<1)构成。此外,n侧光导层的膜厚dn和p侧光导层的膜厚dp满足dp≥0.25μm且dn≥dp的关系。在这种结构的氮化物半导体激光元件中,带隙能量大的电子势垒层配置在p侧光导层的p型包覆层侧,因此电子填满p侧光导层整体,由此能够防止p侧光导层低电阻化从而动作电压上升。因此,即便为了提高斜率效率而使p侧光导层的厚度为0.25μm以上,也看不到动作电压的上升。此外,p侧光导层由AlxGa1-xN(0≤x<1)构成,不含成为发光性再结合的起源的In。因而,能够降低在p侧光导层注入电子时发生的、p侧光导层中的电子和空穴的发光性再结合所引起的电子以及空穴的泄漏。此外,若使p侧光导层的厚度加厚为0.25μm以上,则认为会发生波导光被拉靠至p型包覆层侧,从而p型包覆层所包含的自由载流子的吸收所引起的内部光损失的增大的问题。然而,在本公开的氮化物半导体激光元件中,n侧光导层的膜厚dn和p侧光导层的膜厚dp满足dn≥dp的关系,关于n侧光导层,也加厚为0.25μm以上,因此可抑制上述的波导光被拉靠至p型包覆侧所引起的内部光损失的增大。此外,若使p侧光导层的厚度过厚,则斜率效率会下降。然而,如果p侧光导层的厚度为0.6μm以下,则斜率效率的下降少,因此可获得充分的斜率效率。此外,关于p侧光导层,若载流子浓度超过5×1017cm-3,则光吸收会增大。因而,通过将p侧光导层的载流子浓度抑制在1×1017cm-3以下的极低量,从而能够将光吸收确保得充分小。尤其是,在p侧光导层为非掺杂的情况下,能够几乎除去自由载流子的吸收所引起的光吸收,能够使p侧光导层中的光吸收为最小。根据本公开,能够提供抑制动作电压的上升且提高了斜率效率的氮化物半导体激光元件。附图说明图1A是本公开的实施方式1的氮化物半导体激光元件的俯视示意图。图1B是本公开的实施方式1的氮化物半导体激光元件的图1A的1B-1B线处的剖视示意图。图2A是表示比较例A和比较例B的氮化物半导体激光元件中流动的电流相对于驱动电压的变化的图。图2B是表示实施方式1和比较例A的氮化物半导体激光元件中流动的电流相对于驱动电压的变化的图。图3是表示实施方式1和比较例A的氮化物半导体激光元件中的光输出相对于驱动电流的变化的图。图4是表示实施方式1的氮化物半导体激光元件中的光吸收系数和内部量子效率相对于p侧光导层的厚度的变化的图。图5是表示实施方式1的氮化物半导体激光元件中的斜率效率相对于p侧光导层的厚度的变化的图。图6是表示实施方式1和实施方式2的氮化物半导体激光元件中的斜率效率相对于p侧光导层的厚度的变化的图。图7是表示实施方式1和实施方式2的氮化物半导体激光元件中的光输出相对于驱动电流的变化的图。图8A是本公开的实施方式3的氮化物半导体激光元件的俯视示意图。图8B是本公开的实施方式3的氮化物半导体激光元件的图8A的8B-8B线处的剖视示意图。图9是表示实施方式1和实施方式3的氮化物半导体激光元件中的光输出相对于老化时间的变化的图。具体实施方式在说明本公开的实施方式之前,先说明以往结构中的问题点。在如专利文献1所记载的那样的氮化物半导体激光元件中,若如非专利文献1所记载的那样为了提高斜率效率而使p侧导层厚膜化,则存在动作电压显著上升从而消耗电力增大、激光器特性下降的问题。本公开正是鉴于上述问题而完成的,提供一种抑制动作电压的上升且提高了斜率效率的氮化物半导体激光元件。以下,详细说明用于实施本公开的方式。(实施方式1)以下,对实施方式1的氮化物半导体激光元件进行说明。在本实施方式中,作为氮化物半导体激光元件的实施例,利用使用六方晶III族氮化物系半导体的蓝紫色(波长405nm)半导体激光器来进行说明。以下,边参照图边进行说明。图1A以及图1B是表示本实施方式涉及的氮化物半导体激光元件100的结构的图。图1A是从上表面方向观察氮化物半导体激光元件的俯视示意图。图1B是沿着图1A的1B-1B线在与纸面垂直的方向上切断氮化物半导体激光元件而得到的剖视示意图。首先,对氮化物半导体激光元件100的结构进行说明。在图1A以及图1B中,氮化物半导体激光元件100在作为主面是(0001)面的n型六方晶GaN基板的半导体基板1上依次层叠有:由Al0.03GaN构成的3μm厚的n型包覆层2、由非掺杂的i-GaN构成的0.5μm厚的n侧光导层3、阱层为2层的In0.07GaN层且势垒层为3层的In0本文档来自技高网
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氮化物半导体激光元件

【技术保护点】
一种氮化物半导体激光元件,具备:由氮化物半导体构成的n型包覆层;由氮化物半导体构成的p型包覆层;活性层,设置在所述n型包覆层与所述p型包覆层之间;由氮化物半导体构成的n侧光导层,设置在所述n型包覆层与所述活性层之间,带隙能量比所述n型包覆层小且带隙能量比所述活性层大;由氮化物半导体构成的p侧光导层,设置在所述p型包覆层与所述活性层之间,带隙能量比所述p型包覆层小且带隙能量比所述活性层大;和由氮化物半导体构成的电子势垒层,设置在所述p侧光导层与所述p型包覆层之间,带隙能量比所述p型包覆层大,所述p侧光导层由不含In的AlxGa1‑xN构成,其中,0≤x<1,所述n侧光导层的膜厚dn和所述p侧光导层的膜厚dp满足dp≥0.25μm且dn≥dp的关系。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.30 JP 2015-1501981.一种氮化物半导体激光元件,具备:由氮化物半导体构成的n型包覆层;由氮化物半导体构成的p型包覆层;活性层,设置在所述n型包覆层与所述p型包覆层之间;由氮化物半导体构成的n侧光导层,设置在所述n型包覆层与所述活性层之间,带隙能量比所述n型包覆层小且带隙能量比所述活性层大;由氮化物半导体构成的p侧光导层,设置在所述p型包覆层与所述活性层之间,带隙能量比所述p型包覆层小且带隙能量比所述活性层大;和由氮化物半导体构成的电子势垒层,设置在所述p侧光导层与所述p型包覆层之间,带隙能量比所述p型包覆层大,所述p侧光导层由不含In的AlxGa1-xN构成,其中,0≤x<1,所述n侧光导层的膜厚dn和所述p侧光导层的膜厚dp满足dp≥0.25μm且dn≥dp的关系。2.根据权利要求1所述的氮化物半导体激光元件,其中,所述p侧光导层的膜厚dp为0.25μm≤dp≤0.6μm。3.根据权利要求1或2所述的氮化物半导体激光元件,其中,所述p侧光导层的杂质添加浓度为1×1017cm-3以下。4.根据权利要求1或2所述的氮化物半导体激光元件,其中,所述p侧光导层为非掺杂层。5.根据权利要求1~4中任...

【专利技术属性】
技术研发人员:川口真生今藤修能崎信一郎萩野裕幸
申请(专利权)人:松下电器产业株式会社
类型:发明
国别省市:日本,JP

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