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公開番号2025096461
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-26
出願番号2025064074,2024548218
出願日2025-04-09,2023-09-12
発明の名称半導体レーザ素子
出願人日亜化学工業株式会社
代理人
主分類H01S 5/343 20060101AFI20250619BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】キャリアの損失を低減可能な半導体レーザ素子を提供する。
【解決手段】それぞれが窒化物半導体からなるn側半導体層と、活性層と、p側半導体層と、を上方に向かってこの順に有する半導体レーザ素子であって、p側半導体層は、アンドープである第1部分と、p型不純物を含有する電子障壁層と、p型不純物を含有するp型半導体層を1以上有する第2部分と、を有し、第1部分は、In_xGa_1-xNからなり、上方に向かうにつれてIn組成比xが0以上1未満の範囲で減少している第1p側組成傾斜層と、第1p側組成傾斜層と電子障壁層との間に配置され、Al_yGa_1-yNからなり、上方に向かうにつれてAl組成比yが0を超えて1未満の範囲で増加している第2p側組成傾斜層と、第1p側組成傾斜層と第2p側組成傾斜層との間に配置され、Al_zGa_1-zNからなり、Al組成比zは0を超えてy未満である中間層と、を有する。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
それぞれが窒化物半導体からなるｎ側半導体層と、活性層と、ｐ側半導体層と、を上方に向かってこの順に有する半導体レーザ素子であって、
前記ｐ側半導体層は、
１以上の半導体層を有し、アンドープである第１部分と、
前記第１部分よりもバンドギャップエネルギーが大きく、ｐ型不純物を含有する電子障壁層と、
ｐ型不純物を含有するｐ型半導体層を１以上有する第２部分と、を上方に向かってこの順に有し、
前記第１部分は、
Ｉｎ
ｘ
Ｇａ
１－ｘ
Ｎからなり、上方に向かうにつれてＩｎ組成比ｘが０以上１未満の範囲で減少している第１ｐ側組成傾斜層と、
前記第１ｐ側組成傾斜層と前記電子障壁層との間に配置され、Ａｌ
ｙ
Ｇａ
１－ｙ
Ｎからなり、上方に向かうにつれてＡｌ組成比ｙが０を超えて１未満の範囲で増加している第２ｐ側組成傾斜層と、
前記第１ｐ側組成傾斜層と前記第２ｐ側組成傾斜層との間に配置され、Ａｌ
ｚ
Ｇａ
１－ｚ
Ｎからなり、Ａｌ組成比ｚは０を超えてｙ未満である中間層と、を有する、半導体レーザ素子。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記第１ｐ側組成傾斜層は、第１変化率で、上方に向かうにつれてバンドギャップエネルギーが大きくなるように組成が変化しており、
前記第２ｐ側組成傾斜層は、第１変化率よりも小さい第２変化率で、上方に向かうにつれてバンドギャップエネルギーが大きくなるように組成が変化している、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記第２ｐ側組成傾斜層の上端のＡｌ組成比ｙは、０．１以下である、請求項１又は２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記第２ｐ側組成傾斜層の厚さは、２ｎｍ以上である、請求項１～３のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記中間層のＡｌ組成比ｚは、０を超えて０．０１以下である、請求項１～４のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記第２ｐ側組成傾斜層の下端のＡｌ組成比ｙは、前記中間層のＡｌ組成比ｚを超えて０．０５以下である、請求項１～５のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記中間層は第１中間層であり、
前記第１部分は、前記第２ｐ側組成傾斜層と前記電子障壁層との間に配置され、前記第２ｐ側組成傾斜層の上端と同じ又は前記第２ｐ側組成傾斜層の上端と前記電子障壁層との間のバンドギャップエネルギーを有する第２中間層を有する、請求項１～６のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項８】
前記第２ｐ側組成傾斜層の厚さと前記第２中間層の厚さの和に対する前記第２ｐ側組成傾斜層の厚さの比率は、０．５以下である、請求項７に記載の半導体レーザ素子。
【請求項９】
前記ｎ側半導体層は、
前記活性層の下面に接して配置され、下方に向かうにつれてバンドギャップエネルギーが大きくなるように組成が変化しているｎ側組成傾斜層と、
前記ｎ側組成傾斜層の下方に配置され、前記ｐ側半導体層の前記第１部分を構成するいずれの層のバンドギャップエネルギーよりも大きなバンドギャップエネルギーを有し、ｎ型不純物を含有する、ｎ型半導体層と、
前記ｎ側組成傾斜層と前記ｎ型半導体層との間に配置されたｎ側中間部と、を有し、
前記ｎ側組成傾斜層から前記ｎ型半導体層までの距離は、前記第１ｐ側組成傾斜層から前記電子障壁層までの距離よりも大きい、請求項１～８のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１０】
前記活性層は、
ｎ側障壁層と、
ｐ側障壁層と、
前記ｎ側障壁層と前記ｐ側障壁層との間に位置する第１井戸層及び第２井戸層を含む複数の井戸層と、
前記第１井戸層と前記第２井戸層との間に位置する中間障壁層と、を有し、
前記中間障壁層の厚さは、前記ｐ側障壁層の厚さよりも小さい、請求項１～９のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、半導体レーザ素子に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、活性層と電子障壁層との間に、アンドープのｐ側組成傾斜層とアンドープのｐ側中間層とを有する半導体レーザ素子が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２０－１１５５３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示における半導体レーザ素子の一態様は、キャリアの損失を低減可能な半導体レーザ素子を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示における半導体レーザ素子の一態様は、それぞれが窒化物半導体からなるｎ側半導体層と、活性層と、ｐ側半導体層と、を上方に向かってこの順に有する半導体レーザ素子であって、前記ｐ側半導体層は、１以上の半導体層を有し、アンドープである第１部分と、前記第１部分よりもバンドギャップエネルギーが大きく、ｐ型不純物を含有する電子障壁層と、ｐ型不純物を含有するｐ型半導体層を１以上有する第２部分と、を上方に向かってこの順に有し、前記第１部分は、Ｉｎ
ｘ
Ｇａ
１－ｘ
Ｎからなり、上方に向かうにつれてＩｎ組成比ｘが０以上１未満の範囲で減少している第１ｐ側組成傾斜層と、前記第１ｐ側組成傾斜層と前記電子障壁層との間に配置され、Ａｌ
ｙ
Ｇａ
１－ｙ
Ｎからなり、上方に向かうにつれてＡｌ組成比ｙが０を超えて１未満の範囲で増加している第２ｐ側組成傾斜層と、前記第１ｐ側組成傾斜層と前記第２ｐ側組成傾斜層との間に配置され、Ａｌ
ｚ
Ｇａ
１－ｚ
Ｎからなり、Ａｌ組成比ｚは０を超えてｙ未満である中間層と、を有する。
【発明の効果】
【０００６】
キャリアの損失を低減可能な半導体レーザ素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本発明の一実施形態に係る半導体レーザ素子の模式的な断面図である。
図１の半導体レーザ素子のｐ側半導体層の層構造の例を模式的に示す図である。
図１の半導体レーザ素子のｎ側半導体層の層構造の例を模式的に示す図である。
活性層の層構造の別の例を模式的に示す図である。
図１の半導体レーザ素子の第１ｐ側組成傾斜層及びその付近の一部拡大図である。
図１の半導体レーザ素子の第２ｐ側組成傾斜層及びその付近の一部拡大図である。
実施例１と同様のｐ側半導体層を成長させたウエハーのＳＩＭＳ分析結果である。
実施例１および比較例１の半導体レーザ素子のＩ－Ｌ特性を示すグラフである。
実施例２と実施例３と比較例２の半導体レーザ素子のＩ－Ｌ特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための方法を例示するものであって、本発明を以下の実施形態に特定するものではない。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。
【０００９】
図１は、本実施形態に係る半導体レーザ素子１００の模式的な断面図であり、半導体レーザ素子１００の共振器方向と垂直な方向における断面を示す。図２は、半導体レーザ素子１００のｐ側半導体層４の層構造の例を模式的に示す図である。図２において、各層のバンドギャップエネルギーの大小関係を模式的に示す。図２における一点鎖線は、リッジ４ａの底面の位置を示す線である。リッジ４ａの底面とは、リッジ４ａの両側面の最下辺同士を繋ぐ面を指す。
【００１０】
図１に示すように、半導体レーザ素子１００は、それぞれが窒化物半導体からなるｎ側半導体層２と、活性層３と、ｐ側半導体層４と、を上方に向かってこの順に有する。本明細書において、ｎ側半導体層２からｐ側半導体層４に向かう方向を上または上方といい、その逆方向を下または下方という。このような上下方向は、半導体レーザ素子１００を使用する際における重力の方向とは一致しなくてよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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