[发明专利]氮化物半导体激光元件

说明书

技术领域

本发明涉及氮化物半导体激光元件，尤其涉及采用了III-V族氮化物半导体(以下，简称为「氮化物半导体」。)的氮化物半导体激光元件。

背景技术

氮化物半导体作为发出蓝紫色、蓝色或绿色光的氮化物半导体激光元件及氮化物半导体发光二极管元件等氮化物半导体发光元件的材料而备受注目，近年来，广泛进行了采用氮化物半导体的发出蓝紫色、蓝色或绿色光的氮化物半导体发光元件的开发。

发出蓝色或绿色光的氮化物半导体发光二极管元件已经被实际应用，即使关于氮化物半导体激光元件，为了提高光盘等光记录介质的记录密度，也实际应用了发出发光波长为400nm附近的蓝紫色光的氮化物半导体激光元件。

另一方面，根据对显示器装置的光源、作为照明用途的荧光体激励光源以及医疗用设备的应用的期待，而对发出波长比发光波长400nm长的纯蓝色或绿色光的氮化物半导体激光元件进行开发。

这里，发出发光波长为400nm附近的蓝紫色光的氮化物半导体激光元件除了n型氮化物半导体包覆(clad)层以及p型氮化物半导体包覆层之外还由包含Al的氮化物半导体(AlGaN等)构成。

如上所述，发出蓝紫色光的氮化物半导体激光元件已经被实际应用，但对于采用了使氮化物半导体包覆层产生如转位这样的结晶缺陷的包含Al的氮化物半导体(AlGaN等)，可以说具有潜在的问题。

另外，在包含Al的氮化物半导体(AlGaN等)中，用作p型杂质的镁(Mg)的受体离子化能量与Al的组成比成比例地增大，因此难以实现高空穴浓度，成为氮化物半导体激光元件的电阻高的原因之一。即，可以说依然留有使氮化物半导体激光元件的电阻降低的余地。

另一方面，关于发出蓝色或绿色光的氮化物半导体激光元件存在以下这样的问题。即，当发光波长为400nm附近时，用作氮化物半导体包覆层的材料的包含Al的氮化物半导体(AlGaN等)与GaN之间的折射率较大，但在发光波长比400nm长的纯蓝色光(430nm以上480nm以下的波长的光)或者绿色光(大于480nm且在580nm以下的波长的光)的区域内，其折射率差变小。

即，在发光波长400nm附近的氮化物半导体激光元件的构造中当仅使发光波长长波长化时，向氮化物半导体活性层的光的封闭不充分，所以氮化物半导体激光元件的发光效率(取出到氮化物半导体激光元件外部的光子数相对于注入氮化物半导体激光元件的电子数的比例)有可能降低。

关于纯蓝色等长波长带的光，为了实现高性能的氮化物半导体激光元件，而需要考虑折射率差的降低来设计氮化物半导体激光元件的构造。例如，作为抑制封闭到达氮化物半导体活性层的光的封闭能力下降的方法，可通过增大由包含Al的氮化物半导体(AlGaN等)构成的氮化物半导体包覆层的Al组成比来增大折射率差。

但是，在增大p型氮化物半导体包覆层的Al组成比时，如上所述使用作p型杂质的镁(Mg)受体离子化能量与Al的组成成比例增大，因此难以实现高空穴浓度，从而具有氮化物半导体激光元件的电阻增大、驱动电压上升这样的问题。

例如，在日本特开2000-236142号公报中，通过由在p型氮化物半导体包覆层中不采用Al的GaN层构成来实现结晶缺陷少的氮化物半导体激光元件。但是，在日本特开2000-236142号公报中所记载的氮化物半导体激光元件的结构中，对于纯蓝色或绿色的光，光的封闭不充分，不能避免氮化物半导体激光元件的发光效率降低。

另外，在日本特开2004-289157号公报中公开了取代p型氮化物半导体包覆层在波导路层上设置透明导电膜、还在其透明导电膜上设置p电极的结构的氮化物半导体激光元件。在日本特开2004-289157号公报所述的氮化物半导体激光元件的结构中，可维持光封闭系数，并且能够避免p电极中的显著吸收损失。此外还能够避免使用由包含Al的氮化物半导体(AlGaN等)构成的p型氮化物半导体包覆层，通过取代p型氮化物半导体包覆层而设置透明导电膜来降低氮化物半导体激光元件的电阻，还能够抑制驱动电压的上升。

不过，虽然在放出实施例所示的波长420nm的激光时能够期待上述效果，但例如在放出430nm以上580nm以下这样的更长波长区域的激光时，在日本特开2004-289157号公报所公开的结构中，由于透明导电膜上设置有p电极，从而无法避免吸收损失的影响，因此作为氮化物半导体激光元件的结构是不充分的。

因此，需要在放出更宽波长范围的激光时也能够适用的、可尽量减少构成高电阻要因的包含Al的p型氮化物半导体的使用量且充分满足光封闭的氮化物半导体激光元件。