説明

窒化物系半導体発光素子、および、窒化物系半導体発光素子をパッケージに搭載した発光素子

【課題】半導体発光素子への不純物の付着を抑制することを課題とする。
【解決手段】第1のクラッド層303と、第1のクラッド層303の上方に形成された活性層305と、活性層305の上方に形成された第2のクラッド層308と、を含む積層体と、前記積層体の光を放射する側の側面に形成され、少なくとも活性層305の第1の側面305Aを覆う、厚さdが3μm以上の誘電体膜201と、を有する窒化物系半導体発光素子を提供する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、窒化物系半導体発光素子、および、窒化物系半導体発光素子をパッケージに搭載した発光素子に関する。
【背景技術】
【0002】
窒化ガリウムに代表されるIII族窒化物半導体は、高効率の青紫色発光が得られることから、発光ダイオード(light emitting diode:LED)やレーザーダイオード(laser diode:LD)材料として注目を浴びてきた。なかでも405nm帯のLDは、従来の650nm帯LDよりもビームを小さく絞れるため、大容量光ディスク装置の光源として期待される。近年は、大画面テレビなどの普及に伴い、高品質動画再生のため青紫色再生系LDへの需要が高まっている。
【0003】
図7に典型的な窒化物系半導体発光素子(半導体レーザ)の構造を示す。この窒化物系半導体発光素子は、GaN基板101上に、n型クラッド層102、光ガイド層103、活性層104、光ガイド層105、p型クラッド層106をこの順に積層した積層構造を有し、p型クラッド層106はリッジ状に加工されている。そして、リッジトップはストライプ状開口部を有する絶縁膜107でカバーされ、開口部にp型電極108が設けられている。電流狭窄はストライプ状電極でなされ、リッジ幅およびリッジ高さを調整することにより横モードの制御がなされる。レーザ光は、劈開により形成された共振器ミラー(図示せず)から放射される。
【0004】
劈開によって形成された共振器ミラーには、端面保護膜として誘電体膜(図示せず)が形成される。波長帯域405nmの青紫色半導体レーザの端面保護膜としては、例えばレーザ光を放射する側の面にはAl単層からなる低反射(Anti−reflecting:AR)膜、反対側の面にはAl/TiOなどの多層膜からなる高反射(High−reflecting:HR)膜が利用される。このように構成することで、半導体表面を保護するとともに、発振しきい電流を低減し、AR膜を設けた面から効率よくレーザ光を放射させることが可能となる。
【0005】
なお、作製された半導体発光素子は、光学ピックアップに組み込みやすいようにCANパッケージに封入される。具体的には、半導体発光素子をヒートシンクに融着し、さらにヒートシンクをステムに融着した後、ガラス窓を有するキャップで封入する。このようなパッケージにすることで、組み立て作業中に半導体発光素子が破壊されることを防ぎ、また発光動作の放熱性を確保し安定動作させることが可能となる。
【0006】
ここで、青紫色半導体発光素子は発振波長が405nmと短く、レーザ光の光子エネルギーが3.0eVと高い。このため、半導体発光素子が発光した光により雰囲気中の残留有機物が化学分解し、半導体発光素子の光を放射する側の面などに炭素またはシリコンなどの不純物が付着するという問題がある。
【0007】
そこで、特許文献1には、CANパッケージ内のシリコン有機化合物ガスの蒸気圧を制限することで、半導体発光素子への不純物の付着を抑制可能に構成した発光装置が記載されている。
【0008】
また、特許文献2には、半導体発光素子をCANパッケージに封入後、70℃以上に加熱しながら波長420nm以下の光をCANパッケージ内に照射し、CANパッケージ内の有機物ガスを分解・消滅させることにより、発光動作時の半導体発光素子への不純物の付着を抑制するレーザ装置の製造方法が記載されている。
【0009】
また、特許文献3には、半導体発光素子支持体に紫外光もしくはプラズマを照射して有機物を除去後、半導体発光素子をCANパッケージに封入する技術が記載されている。また、特許文献4には、オゾン雰囲気下で半導体発光素子をCANパッケージに封入後、CANパッケージ内に紫外光を照射する技術が記載されている。
【0010】
また、窒化物系半導体発光素子に関する技術として、特許文献5に記載されたものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0011】
【特許文献1】特開2004-289010号公報
【特許文献2】特開2006-344727号公報
【特許文献3】特開2004-40051号公報
【特許文献4】特開2004-273908号公報
【特許文献5】特開2008−182208号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
CANパッケージは、レーザ安定動作の実現には有効であるが、ガラス窓付キャップが必要など、コスト面の欠点がある。そこで、光ディスク用途の赤色および赤外レーザにおいては、安価なフレームパッケージが主流となっている。フレームパッケージは、半導体発光素子を平坦な支持体に取り付ける構成で、ガラスキャップが不要なことや、封入のための溶接工程がないことなど、部材、工程費用の点で低コスト化に適したパッケージである。
【0013】
このフレームパッケージを、青紫色半導体発光素子に適用することにより、大幅なコスト低減を図ることができると考えられる。
【0014】
なお、このようなパッケージに半導体発光素子を搭載する場合においても、半導体発光素子が発光した光により雰囲気中の残留有機物が化学分解し、半導体発光素子に付着するという問題を解決する必要がある。
【0015】
しかし、特許文献1乃至4は、いずれもCANパッケージに封入された半導体発光素子への不純物付着を抑制する技術を開示したものであり、フレームパッケージを適用した際の半導体発光素子への不純物の付着を抑制することはできない。
【0016】
フレームパッケージの場合、半導体発光素子が大気中に露出される点がCANパッケージと大きく異なる。このため、半導体発光素子への不純物の付着は大気中の有機化合物ガスにより生じるため、パッケージ部材を清浄などしても、半導体発光素子への不純物の付着を抑制することはできない。
【課題を解決するための手段】
【0017】
本発明によれば、第1のクラッド層と、前記第1のクラッド層の上方に形成された活性層と、前記活性層の上方に形成された第2のクラッド層と、を含む積層体と、前記積層体の光を放射する側の側面に形成され、少なくとも前記活性層の第1の側面を覆う、厚さが3μm以上の誘電体膜と、を有する窒化物系半導体発光素子が提供される。
【0018】
青紫色半導体発光素子は光子エネルギーが高いため、放射した光により雰囲気中のシロキサンなどのシリコン有機化合物等が光化学分解し、SiO等の不純物となって半導体発光素子、特に、半導体発光素子の光放射面に付着する。
【0019】
特許文献1には、SiO等への光化学分解の反応速度は光強度(光密度)の約2乗に比例し、光化学分解反応は二つの光子が関与する二光子過程であることが記載されている。ここで、半導体発光素子の活性層から放射される光は、ある角度を持って放射されるため、活性層の第1の側面から離れるに従い、光強度は弱くなる。すなわち、最も上記光化学分解反応が起きやすいのは、半導体発光素子の光放射面、すなわち半導体発光素子の光を放射する側の雰囲気ガスと接する面である。本発明は、上記構成により、この光放射面における光強度を低減している。
【0020】
本発明の窒化物系半導体発光素子の場合、誘電体膜の雰囲気中に露出している面が光放射面となる。活性層から放射された光は誘電体膜中を進むに従い光強度が弱まっていくので、誘電体膜をより厚くすれば、誘電体膜の露出面(光放射面)における光強度を大幅に低減することができる。
【0021】
かかる場合、半導体発光素子が放射した光による雰囲気中のシロキサンなどのシリコン有機化合物の光化学分解を抑制することができ、結果、半導体発光素子への不純物の付着、特に半導体発光素子の光放射面への不純物の付着を抑制することができる。
【発明の効果】
【0022】
本発明によれば、半導体発光素子への不純物の付着を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1】本実施形態の窒化物系半導体発光素子の一例を模式的に示した断面図である。
【図2】本実施形態の窒化物系半導体発光素子の一部の一例を模式的に示した断面図である。
【図3】フレームパッケージに搭載した青紫色レーザのAPC試験における動作電流変化を示す図である。
【図4】誘電体膜上における規格化光密度S/Sの、誘電体膜厚依存性を示す図である。
【図5】本実施形態の窒化物系半導体発光素子作製の工程図の一例を模式的に示す図である。
【図6】窒化物系半導体発光素子のAPC試験における△Iopの時間変化を示す図である。
【図7】一般的な窒化物系半導体発光素子の一例を模式的に示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0024】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【0025】
<実施形態>
図1および図2に、本実施形態の窒化物系半導体発光素子の一例として半導体レーザに適用した例を示す。図1は、本実施形態の窒化物系半導体発光素子の一例を模式的に示した断面図である。図中、紙面と垂直方向手前側に光が放射される。また、図2は、図1の窒化物系半導体発光素子のX−X´断面の一部を模式的に示した図である。図中、右から左方向に光が放射される。
【0026】
図1に示すように、本実施形態の窒化物系半導体発光素子は、第1のクラッド層303と、第1のクラッド層303の上方に形成された活性層305と、活性層305の上方に形成された第2のクラッド層308と、を含む積層体を有する。
【0027】
活性層305では、注入された電子とホールが再結合し、光を発光する。第1のクラッド層303および第2のクラッド層308は、活性層305の電子密度およびホール密度を高める機能を有する。本実施形態において、第1のクラッド層303、活性層305、および、第2のクラッド層308の構成は特段制限されない。例えば、第1のクラッド層303は、Siドープn型Alx1GaY1N層(例:Si濃度4×1017cm−3、厚さ2μm)であってもよい。活性層305は、InX2GaY2N(例:厚さ3nm)井戸層とSiドープInX3GaY3N(例:Si濃度1×1018cm−3、厚さ4nm)バリア層からなる3周期多重量子井戸(MQW)活性層であってもよい。第2のクラッド層308は、p型AlX4GaY4N層(例:厚さ0.8μm)であってもよい。
【0028】
また、第1のクラッド層303と活性層305と第2のクラッド層308とを含む積層体は、例えば、図1に示すように、n型GaN基板301上に形成されてもよい。そして、この積層体は、Siドープn型GaN層302、第1のクラッド層303、n型GaN光閉じ込め層304、活性層305、キャップ層306、p型GaN光閉じ込め層307、第2のクラッド層308、p型GaNコンタクト層309、Pd/Ptからなるpコンタクト312が、この順に積層した構造であってもよい。
【0029】
第2のクラッド層308とp型GaNコンタクト層309はドライエッチングを用いたリッジ構造がストライプ状に形成されている。リッジトップのp型GaNコンタクト層309の上方にはp型電極313が、n型GaN基板301の下部にはn型電極316が、それぞれ設けられている。
【0030】
また、図2に示すように、本実施形態の窒化物系半導体発光素子は、第1のクラッド層303と、活性層305と、第2のクラッド層308とを含む積層体の光を放射する側の側面(図2中、左側の面)に形成され、少なくとも活性層305の第1の側面305Aを覆う誘電体膜201を有する。
【0031】
誘電体膜201の厚さdは、3μm以上である。なお、誘電体膜201の厚さdの上限は、活性層305の第1の側面305Aの上辺(図2中、紙面に対して垂直方向に伸びた辺)から誘電体膜201の上側の側面201Aまでの活性層305に対して略垂直方向の距離をh、活性層305の第1の側面305Aから放射された光の活性層305に対して略垂直方向の放射角度をθv、としたとき、hcot(θv/2)以下であってもよい。すなわち、誘電体膜201の厚さdは、3μm≦d≦hcot(θv/2)であってもよい。
【0032】
誘電体膜201は、光、特に半導体発光素子が放射する光に対して吸収、劣化のないものであればよく、厚膜化によりはがれや割れの生じない材料が望ましい。例えば、誘電体膜201は、スパッタ、蒸着、CVD(Chemical Vapor Deposition)などにより形成されるAl、SiO、TiO、ZrO、Ta、Nb、MgF、CaF、AlN、Si、および、ポッティングやインクジェットにより付着されるシリコーン系樹脂のいずれか1つからなる膜、または、いずれか2つ以上を組み合わせた多層膜とすることができる。誘電体膜201は、レーザ光に対する端面反射率が1〜30%とすることが望ましいが、上述のような材料からなる膜を適宜組み合わせることによって所定の屈折率を有する誘電体膜201を安定して形成することができる。
【0033】
なお、第1のクラッド層303と、活性層305と、第2のクラッド層308とを含む積層体の光を放射する側の側面(図2中、左側の面)と反対側の面に、HR膜(図示せず)を形成してもよい。HR膜は低屈折率な誘電体膜と高屈折率な誘電体膜を組み合わせた多層膜とすることができ、レーザ光に対する反射率が70〜99%とすることが望ましい。HR膜には、スパッタ、蒸着、CVDなどにより形成されるAl、SiO、TiO、ZrO、Ta、Nb等の酸化物、MgF、CaF等のフッ化物、AlN、Si等の窒化物、シリコーン系樹脂などの有機膜、を用いることができる。
【0034】
このような本実施形態の窒化物系半導体発光素子の製造方法は特段制限されず、あらゆる従来技術を利用して実現することができる。
【0035】
例えば、MOVPE(Metal−Organic Vapor Phase Epitaxy)装置などの成長装置を利用して、基板上に、第1のクラッド層303と、第1のクラッド層303の上方に形成される活性層305と、活性層305の上方に形成される第2のクラッド層308と、を含む積層体を形成した後、この積層体の光を放射する側の面に、例えば真空蒸着法やスパッタリング法を利用して所定の厚さの誘電体膜201を形成することで、製造することができる。
【0036】
その後、従来技術を利用して、この窒化物系半導体発光素子をフレームパッケージ、CANパッケージなどのあらゆるパッケージに搭載することができる。
【0037】
次に、本実施形態の窒化物系半導体発光素子の作用効果について説明する。
【0038】
本発明者は、窒化物系半導体発光素子(以下、単に「半導体発光素子」という場合がある)について種々検討をおこなった結果、誘電体膜201を厚くすることにより、半導体発光素子への不純物の付着、特に半導体発光素子の光を放射する側の面(以下、「光放射面」という)への不純物の付着を抑制できることを見出した。
【0039】
先に述べたように、青紫色半導体発光素子は光子エネルギーが高く、長期間の発光において、光により雰囲気中のシロキサンなどのシリコン有機化合物等が光化学分解し、SiO等の不純物となって半導体発光素子、特に、半導体発光素子の光放射面に付着する。結果、光放射面の反射率が不純物の付着にともなって変化し、図3に示すように駆動電流が変動する現象が生じる。
【0040】
特許文献1によれば、SiO等への光化学分解の反応速度は光強度(光密度)の約2乗に比例し、光化学分解反応は二つの光子が関与する二光子過程であることが記載されている。ここで、半導体発光素子の活性層305から放射される光は、ある角度を持って放射されるため、活性層305の第1の側面305Aから離れるに従い、光強度は弱くなる。すなわち、最も上記光化学分解反応が起きやすいのは、半導体発光素子の光放射面、すなわち半導体発光素子の光を放射する側の雰囲気ガスと接する面である。本実施形態の半導体発光素子は、この光放射面における光強度を低減可能に構成している。
【0041】
ここで、本実施形態の場合、誘電体膜210の雰囲気中に露出している面201B(図2参照)が光放射面であることに留意する必要がある。
【0042】
上述の通り、半導体発光素子の活性層305から放射される光は、ある角度を持って放射されるため、活性層305の第1の側面305Aから離れるに従い、光強度は弱くなる。すなわち、誘電体膜201をより厚くすれば、露出面(光放射面)201Bにおける光強度を大幅に低減することができる。かかる場合、半導体発光素子が放射した光による雰囲気中のシロキサンなどのシリコン有機化合物の光化学分解を抑制することができ、結果、半導体発光素子への不純物の付着、特に半導体発光素子の光放射面への不純物の付着を抑制することができる。
【0043】
以下、青紫色レーザを例に、本実施形態の作用効果をより詳細に説明する。
【0044】
図1に示すように、光は、第1のクラッド層303と、活性層305と、第2のクラッド層308と、を含む積層体の光を放射する側の側面(図に示す面)において楕円状の極めて狭い範囲(楕円A)から放射される。楕円Aの長径は活性層305に対して平行方向で、そのサイズは電流狭窄幅tと同程度である。また短径は活性層305に対して垂直方向で、そのサイズは活性層305の厚さtと同程度となる。
【0045】
光ディスク用途の青紫色レーザでは、光ピックアップにおける集光効率などを勘案し、tとして1〜3μm、tとして0.1〜0.2μmが典型的に用いられる。
【0046】
活性層305から放射された光は、図2に示すように、活性層305に対して垂直な方向(図中、上下方向)、および平行な方向(図中、紙面に対して垂直方向)にそれぞれある角度をもって放射される。すなわち放射された光は誘電体膜201中を広がりながら伝播する。なお、青紫色レーザの場合、垂直方向の典型的な放射角度は15°以上25°以下、水平方向の典型的な放射角度は7°以上10°以下の範囲にある。
【0047】
このような場合、半導体発光素子の露出面(光放射面)201Bにおける光強度(光密度)は、誘電体膜201の厚さの関数となる。具体的には、第1のクラッド層303と、活性層305と、第2のクラッド層308と、を含む積層体の光を放射する側の側面(図1に示す面)におけるレーザ光面積をS、誘電体膜201の露出面(光放射面)201Bにおけるレーザ光面積をS、とした時、S/Sは、露出面(光放射面)201Bでの規格化光密度に相当する。
【0048】
なお、レーザ光面積Sは、径がt(μm)とt(μm)の楕円として、以下の(1)式で示される。
【0049】
【数1】

【0050】
一方、レーザ光面積Sは、誘電体膜201の厚さをd(μm)、垂直および水平放射角をそれぞれθ、θとすると、以下の(2)式で示される。
【0051】
【数2】

【0052】
ここで、図4に、垂直放射角を20°、水平放射角を9°とした時のS/Sと誘電体膜の厚さd(μm)との関係を示す。図からわかるように、誘電体膜201の厚さdを3μm以上とすることにより、誘電体膜201を設けない場合(d=0、S=S)に比べて、半導体発光素子の雰囲気ガスと接する面における光密度を1/10以下に低減することができる。すなわち、光化学分解速度を1/100以下に抑えることができる。
【0053】
次に、誘電体膜201の厚さをhcot(θv/2)以下とすることによる作用効果について説明する。
【0054】
誘電体膜201の厚さが厚すぎると、活性層305に対して垂直な方向(図2中、上下方向)にある角度をもって放射された光は、露出面(光放射面)201Bのみならず、誘電体膜201の上側の側面201Aからも放射されてしまうため、放射パターンに乱れが生じる。
【0055】
本実施形態の半導体発光素子は、誘電体膜201の厚さをhcot(θv/2)以下とすることにより、活性層305から放射された光が、誘電体膜201の上側の側面201Aから放射されるのを回避可能に構成している。
【0056】
このような本実施形態の窒化物系半導体発光素子によれば、窒化物系半導体発光素子が大気中に露出された状態で使用しても、窒化物系半導体発光素子、特に、光放射面への不純物の付着を抑制することができる。すなわち、本実施形態の窒化物系半導体発光素子が大気中に露出されるパッケージ、例えばフレームパッケージなどを適用した場合においても、窒化物系半導体発光素子、特に、光放射面への不純物の付着を抑制することができる。
【0057】
なお、本実施形態の窒化物系半導体発光素子は、当然、CANパッケージを適用することもできる。かかる場合、CANパッケージ内の有機物ガスの除去、低減などの処理を行う必要がないため、効率よくパッケージングを行うことが可能となる。
【0058】
<実施例>
本実施形態の第1の実施例として、リッジストライプレーザについて記す。
【0059】
<<窒化物系半導体発光素子の製造>>
図5に本実施例の窒化物系半導体発光素子の工程図を示す。
【0060】
基板としてn型GaN(0001)基板を用いた。素子構造の作製には300hPaの減圧MOVPE装置を用いた。キャリアガスには水素と窒素の混合ガスを用い、Ga、Al、Inソースとしてそれぞれトリメチルガリウム(TMG)、トリメチルアルミニウム(TMAl)、トリメチルインジウム(TMI)、n型ドーパントにシラン(SiH)、p型ドーパントにビスシクロペンタジエニルマグネシウム(CpMg)を用いた。
【0061】
n型GaN基板301を成長装置に投入後、NHを供給しながらn型GaN基板301を昇温し、成長温度まで達した時点で成長を開始した。すなわち、図5(a)に示すように、n型GaN基板301上に、Siドープn型GaN層302(Si濃度4×1017cm−3、厚さ1μm)と、Siドープn型Al0.1Ga0.9N(Si濃度4×1017cm−3、厚さ2μm)からなるn型クラッド層303と、Siドープn型GaN層(Si濃度4×1017cm−3、厚さ0.1μm)からなるn型光閉じ込め層304と、In0.15Ga0.85N(厚さ3nm)井戸層およびSiドープIn0.01Ga0.99N(Si濃度1×1018cm−3、厚さ4nm)バリア層からなる3周期多重量子井戸(MQW)活性層305と、Mgドープp型Al0.2Ga0.8N(Mg濃度2×1019cm−3、厚さ10nm)からなるキャップ層306と、Mgドープp型GaN(Mg濃度2×1019cm−3、厚さ0.1μm)からなるp型GaN光閉じ込め層307と、Mgドープp型Al0.1Ga0.9N(Mg濃度1×1019cm−3、厚さ0.8μm)からなるp型クラッド層308と、Mgドープp型GaN(Mg濃度1×1020cm−3、厚さ20nm)からなるP型GaNコンタクト層309と、順次堆積した。
【0062】
GaN成長は、基板温度1080℃、TMG供給量58μmol/min、NH供給量0.36mol/minにて行った。また、AlGaN成長は、基板温度1080℃、TMA供給量36μmol/min、TMG供給量58μmol/min、NH供給量0.36mol/minにて行った。また、InGaN成長は、基板温度800℃、TMG供給量8μmol/min、NH供給量0.36mol/minにおいて、TMI供給量は井戸層で48μmol/min、バリア層で3μmol/minとして行った。
【0063】
上記のように作製した積層体の上に、図5(b)に示すようにSiO膜310を形成後、図5(c)に示すように、フォトリソグラフィーにより幅1.3μmのストライプ状のSiO膜310を形成した。
【0064】
その後、ストライプ状のSiO膜310をマスクとしたドライエッチングによりp型クラッド層308およびp型GaNコンタクト層309を一部除去し、図5(c)に示すようなリッジ構造を形成した。そして、ストライプ状のSiO膜310を除去し、あらたにSiO膜311を全面に堆積することで、図5(d)に示す構造を得た。
【0065】
次に、SiO膜311の上にレジスト(図示せず)を厚く塗布後、酸素プラズマ中でエッチバックにより、リッジトップのレジストを除去した。その後、リッジトップのSiO膜311をバッファードフッ酸で除去し、続いて、Pd/Ptを電子ビームで堆積した。そして、リフトオフにより、リッジトップのPd/Ptを残したpコンタクト312を形成後、窒素雰囲気中600℃で30秒のRTA(Rapid Thermal Annealing)を行い、pオーミック電極を形成した。
【0066】
その後、この上に、厚さ50nmのTi膜、厚さ100nmのPt膜、厚さ2μmのAu膜をスパッタにより堆積し、p型カバー電極313とした。また、積層体裏面(ウエハ裏面)の研磨を行い、ウエハ厚を100μm厚まで薄膜化し、厚さ5nmのTi膜、厚さ20nmのAl膜、厚さ10nmのTi膜、厚さ500nmのAu膜をこの順で真空蒸着し、n型電極(図示せず)とした。
【0067】
そして、電極形成後のウエハをストライプに垂直な方向に劈開して、共振器長400μmのレーザバーを形成した。
【0068】
続いて、上記方法により作製した構造体の端面に誘電体膜201を形成した。具体的には、RF(Radio Frequency)マグネトロンスパッタ装置を使用し、レーザ光を放射する側の面に、SiOからなる膜を堆積した。なお、誘電体膜201の膜厚は、0.2μm、1μm、2μm、3μm、6μmの5水準とした。
【0069】
誘電体膜201を形成後、誘電体膜201を形成した構造体を一旦装置から取り出した後、再びRFマグネトロンスパッタ装置を使用して、誘電体膜201を形成した面と反対側の面に、SiO/TiO多層膜からなる反射率90%のHR膜を形成した。その後素子分離を行い、素子幅200μmのレーザチップ(窒化物系半導体発光素子)を作製した。
【0070】
<<試験1>>
以上の工程により得られたレーザチップをSiヒートシンクに銀ペーストで融着し、さらにフレームパッケージにヒートシンクを銀ペースとで融着してレーザ素子を得た。これらのレーザ素子を、市販の光ディスク装置に組み込み、さらに光ディスク装置を80℃に保った恒温槽に設置してAPC(Auto Power Control)試験を実施した。恒温槽内は大気雰囲気とした。APC試験のレーザ出力は、0.3mW、1mW、3mW、10mW、20mWの5水準とし、レーザの駆動はCW(continuous wave)で行った。なお、一般に半導体レーザ素子は、作成状のばらつきからθvが分布する。APC試験では、それぞれの試験水準でθvが15°から25°の範囲で均等に分布するように選別した素子群を用いた。
【0071】
図6は、誘電体膜201の膜厚dを変えたときの動作電流の時間変化を示す図である。光出力は10mWとした。なお、通常の光ディスクにおける再生動作時のレーザ出力は5mW以下であり、本試験の出力水準は通常使用条件を十分カバーするものである。図中、△IOPは、各時間における動作電流をIOP、APC開始時の動作電流をIOP0としたときの振幅変動△IOP=(IOP−IOP0)/IOP0である。
【0072】
図6より明らかなように、誘電体膜201の膜厚dが0.2μm、1μmのレーザ素子は、APC時間が経過するにつれて動作電流が振動を伴って増加した。APC試験後にレーザ素子を取り出し、光放射面を観察したところ、レーザ光放射部に黒色の異物の付着を確認した。付着物の組成をEDX(Energy Dispersive X−ray spectrometry)で評価し、SiOからなることが判明した。これより、APC試験を実施した光ディスク装置内にシリコン有機物ガスが存在し、レーザ光により光分解したことにより付着物が堆積したと推定される。
【0073】
一方、誘電体膜201の厚さdが2μmのレーザ素子は、動作電流の振動が見られた。特に、400時間経過した時点において、振幅が大きくなった。
【0074】
これに対し、誘電体膜201の厚さdを3μmとしたレーザ素子は、1000時間までに振動構造は見られず、△IOPの振れ幅も8%と低い。信頼度の観点で、1000時間経過後に△IOP<30%であれば実用上の問題がないが、これを十分にクリアしている。
【0075】
一方、誘電体膜201の厚さdを6μmとした試験において(図6に示さず)、θvが19°を超える素子で初期の垂直放射パターンに乱れが観察された。θv=20°に対するhcot(θv/2)は、h=0.9μmとして5.4μmであることから、これらのレーザ素子は、光フィールドがチップ上面にかかるため放射パターンに乱れが生じたものと考えられる。
【0076】
<<試験2>>
試験1と同様の手段により作成した、誘電体膜201の厚さdが2μm、3μmのレーザ素子について、光出力を0.3mW、1mW、3mW、10mW、20mWと変化させたときのAPC試験を実施した。各試験水準における1000時間駆動後の△IOPを表1に示す。
【0077】
【表1】

【0078】
光出力3mW以下の条件で、誘電体膜201の厚さdが2μmおよび3μmのレーザ素子とも1000時間の試験期間で△IOPが4%の範囲内との結果を得た。先に述べたように、光分解反応速度は光出力の2乗に比例するため、光出力3mWでは反応速度は10mW出力時の1/10以下に低下することとなり、上記結果もこの見積もりから理解される。
【0079】
一方、20mW出力では、dが2μmのレーザ素子の場合、動作電流の振動周期が130時間程度と10mW時よりも短くなること、また600時間経過時点で△IOPが30%を超えることがわかった。
【0080】
これに対し、dが3μmのレーザ素子の場合、1000時間経過時点で、△IOPは22%以下に収まっており、20mWにおいても十分な信頼度を有すことが示された。
【符号の説明】
【0081】
201 誘電体膜
201A 誘電体膜201の上側の側面
201B 誘電体膜210の雰囲気中に露出している面
301 n型GaN基板
302 Siドープn型GaN層
303 第1のクラッド層
304 n型GaN光閉じ込め層
305 活性層
305A 活性層305の第1の側面
306 キャップ層
307 p型GaN光閉じ込め層
308 第2のクラッド層
309 p型GaNコンタクト層
310 SiO
311 SiO
312 pコンタクト
313 p型電極
316 n型電極

【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1のクラッド層と、前記第1のクラッド層の上方に形成された活性層と、前記活性層の上方に形成された第2のクラッド層と、を含む積層体と、
前記積層体の光を放射する側の側面に形成され、少なくとも前記活性層の第1の側面を覆う、厚さが3μm以上の誘電体膜と、
を有する窒化物系半導体発光素子。
【請求項2】
請求項1に記載の窒化物系半導体発光素子において、
前記活性層の前記第1の側面の上辺から前記誘電体膜の上側の側面までの前記活性層に対して略垂直方向の距離をh、前記活性層の前記第1の側面から放射された光の前記活性層に対して略垂直方向の放射角度をθv、としたとき、
前記誘電体膜の厚さは、hcot(θv/2)以下である窒化物系半導体発光素子。
【請求項3】
請求項1または2に記載の窒化物系半導体発光素子において、
前記誘電体膜は、Al、SiO、TiO、ZrO、Ta、Nb、MgF、CaF、AlN、Si、および、シリコーン系樹脂のいずれか1つからなる膜、または、いずれか2つ以上を組み合わせた多層膜からなる窒化物系半導体発光素子。
【請求項4】
請求項1から3のいずれか一に記載の窒化物系半導体発光素子をパッケージングした発光素子。
【請求項5】
請求項4に記載の発光素子において、
前記窒化物系半導体発光素子をフレームパッケージに搭載した発光素子。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【公開番号】特開2011−151310(P2011−151310A)
【公開日】平成23年8月4日(2011.8.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−13305(P2010−13305)
【出願日】平成22年1月25日(2010.1.25)
【出願人】(302062931)ルネサスエレクトロニクス株式会社 (8,021)
【Fターム(参考)】