半导体发光元件制造技术

在本发明专利技术的半导体发光元件中，在半导体基板(300)上，第1导电型的第1包覆层(312)、量子阱活性层(314)、第2导电型的第2包覆层(316)依次被层叠。在第2包覆层(316)，通过脊形条纹来形成波导。在将射出激光的前端面处的脊形条的宽度设为Wf，将与前端面相反的一侧的后端面处的脊形条的宽度设为Wr，将前端面的反射率设为Rf，将后端面的反射率设为Rr时，具有Rf＜Rr以及Wf＞Wr的关系。在波导中，基本横模、1次高次横模、2次高次横模以及3次高次横模被导波。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体发光元件
本专利技术涉及一种用于投影仪光源等发光装置的高输出半导体发光元件。
技术介绍
以往，作为用于高效地得到大画面的图像的一个方式，通过来自灯等光源的光来对形成根据影像信号的图像的小型液晶面板等空间光调制元件进行照明，并通过投影透镜来将其光学图像扩大投影到屏幕上的投影型图像显示装置、例如投影仪被广泛使用。在这种投影仪等投影型图像显示装置中，一般通过在可见光的波长频带下能够得到高发光效率的超高压水银灯来构成光源。与此相对地，近年来，不是高压水银灯，而是作为半导体元件的LED开始被使用于投影仪的光源。LED投影仪具有消耗功率低，静音性高，灯寿命长的特征，主体尺寸也为小型的。但是，由于LED利用作为发光层的活性层中的自然放出光，因此不能说亮度充分。因此，光源使用能够进行瓦特级的大输出的半导体激光器，由此通过激励荧光体，对于可视区域的光能够得到充分的亮度的激光投影仪受到注目。现在，使用了氮化物系材料的半导体激光器能够从可见光到紫外光进行发光，期望作为适合该光源的半导体发光元件。例如，若通过氮化物系半导体激光器来形成蓝色、绿色光的光源，并将使用了AlGaInP系材料的激光器设为红色光源，则能够实现小型低消耗功率的激光投影仪。这里，在被使用于投影仪光源的半导体激光器中，不仅迫切希望瓦特级的大输出动作，在50℃以上的高温动作时也迫切希望10000个小时以上的长期动作。对此，为了在半导体激光器中得到大输出，谐振器端面必须对由于自己的出射光而被熔融破坏的COD(CatastrophicOpticalDamage)的发生进行抑制。为了防止COD发生，按照在作为激光的取出侧的谐振器前端面侧反射率成为10％程度以下的低反射率(AR)的方式来涂敷电介质膜，另一方面，在后端面侧成为90％程度以上的高反射率(HR)的方式来涂敷电介质膜是有效的。通过该结构，来自前端面侧的光的取出效率能够提高，电流-光输出特性中的斜坡(slope)效率(光输出的增加相对于电流注入比例)能够提高，并能够减小动作电流值来减少元件的发热。进一步地，对于相同的光输出，前端面侧谐振器内部的光密度也变小。其结果，能够使发生COD的光输出水平高输出化。此外，在使用了AlGaInP系材料或AlGaAs系材料的半导体激光器的情况下，通常，为了保证需要几百mW以上的动作的高输出半导体激光器的长期动作，端面窗结构激光被广泛使用。在该结构中，通过在谐振器端面附近的量子阱活性层进行杂质扩散，使量子阱无秩序化并增大带隙能量，从而端面附近区域相对于激光成为几乎透明的区域。其结果，能够对伴随着由谐振器端面的光吸收导致的发热的带隙能量的缩小进行抑制。由此能够减少端面处的光吸收，并抑制COD的发生。与此相对地，在使用了氮化物系材料的激光的情况下，用于量子阱活性层的InGaAlN系材料由于杂质扩散而无秩序化在材料物性上较难，因此在现状中不使用端面窗结构。因此，现在在氮化物系瓦特级半导体激光器中，为了在脊型的波导结构中，减小端面处的光密度，对于将脊形条宽从8μm扩大到15μm程度以上的宽条纹的半导体激光器，在前端面实施了AR涂敷，在后端面实施了HR涂敷的波导结构被使用。由于通过这样，波导的光分布在水平方向上扩大，因此谐振器端面处的光密度减少并能够提高COD水平。另外，在本说明书中，将与谐振器方向垂直，并与活性层面平行的方向设为水平方向，将与谐振器方向垂直，并与活性层面的法线方向平行的方向表现为垂直方向。通常，在脊形条宽相对于谐振器方向具有恒定宽度的直线条纹结构的高输出半导体激光器装置中，若激光的出射端面(AR)侧的反射率Rf与后端面(HR)侧的反射率Rr之间的差极大，则成为激光装置的谐振器方向，也就是说谐振器方向的光的电场强度在出射端面(AR)侧强，在后端面(HR)侧弱的偏向形式。在这种情况下，注入载流子向活性层的消耗在出射端面(AR)附近大，在后端面(HR)附近几乎不被消耗。另一方面，由于电流在谐振器方向上以相同的密度注入，因此在谐振器方向上产生被称为空间烧孔效应(SpatialHoleBurning)的载流子浓度的偏向，由于该影响，不能得到充分的增益。这样，在现有的直线条纹结构的高输出半导体激光器装置中，在为了得到高斜坡效率而使出射端面的反射率过于降低，该出射端面的反射率与后端面的反射率的差变得极大的情况下，电场强度分布产生偏向。其结果，增益以及斜坡效率降低，结果光输出被限制，难以得到1瓦特以上的光输出。因此，在专利文献1所涉及的现有专利技术中，通过使用在如图32所示的谐振器方向上波导的宽度缓慢扩大的锥形条纹结构，对光的电场强度的谐振器方向上的极端偏向的产生进行抑制，降低了空间烧孔效应。在这种情况下，以斜坡效率的提高为目的，通过使出射端面为低反射率，从而即使在与后端面的反射率的差为极端大的情况下，也能够抑制起因于谐振器方向的空间烧孔效应的增益的饱和。因此，为了得到更高的斜坡效率，通过使出射端面的反射率为0.1％以下，即使在镜面损耗增大的情况下，由空间烧孔效应(以下，SHB)抑制的增益的饱和变没，能够实现高的斜坡效率。此外，由于没有光的电场强度在谐振器的出射端面的集中，因此能够抑制出射端面的COD破坏的产生。对于锥形条纹结构，不仅空间烧孔效应的减少，还被用于在波导传播的波导光的形状变换、切断高次横模，仅使基本横模放大，使其激光振荡并取出，除了专利文献1以外，还报告有从专利文献2到专利文献5所示的条纹结构。在先技术文献专利文献专利文献1：日本特开2001-358405号公报专利文献2：日本特开平5-67845号公报专利文献3：日本特开2002-280668号公报专利文献4：日本特开2005-12178号公报专利文献5：美国专利第6317445号说明书专利技术要解决的课题如上所述，为了防止动作中元件由于COD而恶化，在氮化物系半导体激光器中难以具备端面窗结构，因此扩大光的取出侧即前端面侧的波导的条纹宽度来缩小端面光密度是有效的。此外，瓦特级高输出激光器的动作电流值大，动作时的元件的自发热也非常大。为了抑制元件的发热，需要减少元件的消耗电力。减少消耗电力与减少功率转换效率是同等的，不仅动作电流值，也必须进行动作电压的减少。这里，若为了抑制COD的产生而单纯扩大条纹宽度，则波导的面积变大。由此，虽然元件的串联电阻变小，动作电压减少，但动作电流值增大并导致功率转换效率的降低。为了抑制COD的产生并减少动作电流值，扩大前端面侧的波导条纹，使后端面侧的条纹宽度变窄并作为锥形条纹结构来对波导条纹的面积的增大进行抑制是有效的。但是，即使在采用锥形条纹结构，能够抑制活性层的动作载流子浓度相对于谐振器方向的空间烧孔效应的情况下，由于前端面侧的条纹宽度大，因此产生向水平方向的活性层中的载流子的空间烧孔效应。在瓦特级的高输出激光器中，动作电流值大，进行动作的光输出也非常高。因此，载流子的空间烧孔效应的产生带来斜坡效率的降低以及温度特性的降低。在动作中的元件的发热量大的瓦特级激光器中，由于温度特性的恶化，动作电流值相对于温度上升而加速地增大。瓦特级高输出激光器中的斜坡效率的降低或温度特性的降低不仅导致高温动作时的光输出的降低，还与元件的恶化直接相关，带来实用上重大的妨碍。
技术实现思路
由以上所述，本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体发光元件，其特征在于，在半导体基板上，第1导电型的第1包覆层、量子阱活性层、第2导电型的第2包覆层依次被层叠，在所述第2包覆层，通过脊形条来形成波导，在将射出激光的一侧即前端面处的所述脊形条的宽度设为Wf，将与所述前端面相反的一侧即后端面处的所述脊形条的宽度设为Wr，将所述前端面的反射率设为Rf，将所述后端面的反射率设为Rr时，具有Rf＜Rr以及Wf＞Wr的关系，在所述波导中，基本横模、1次高次横模、2次高次横模以及3次高次横模被导波。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.05.16 JP 2012-1121601.一种半导体发光元件，其特征在于，在半导体基板上，第1导电型的第1包覆层、量子阱活性层、第2导电型的第2包覆层依次被层叠，在所述第2包覆层，通过脊形条来形成波导，在将射出激光的一侧即前端面处的所述脊形条的宽度设为Wf，将与所述前端面相反的一侧即后端面处的所述脊形条的宽度设为Wr，将所述前端面的反射率设为Rf，将所述后端面的反射率设为Rr时，具有Rf＜Rr以及Wf＞Wr的关系，在所述波导中，基本横模、1次高次横模、2次高次横模以及3次高次横模被导波，所述前端面处的电流注入区域的宽度比所述前端面处的所述脊形条的宽度Wf小，在所述第2包覆层上，还具备接触层，所述前端面处的所述接触层的宽度Wc比所述前端面处的所述脊形条的宽度Wf小，在设ΔW＝Wf-Wc，并将所述脊形条相对于谐振器方向的平均脊形条宽设为Wave时，谐振器长处于800μm至1300μm的范围，Wave处于10μm至30μm的范围，ΔW处于((Wave/4+0.33)±2)μm以内的范围，其中，Wave的单位是μm，在将所述波导中的所述脊形条的宽度在谐振器方向上变化的区域的长度设为L，将该变化的起始端与终结端处的所述脊形条的宽度差的绝对值设为ΔW1，角度...

【专利技术属性】
技术研发人员：高山彻，
申请(专利权)人：松下知识产权经营株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP