JP-WO2025033368-A5 -

Dates

Publication Date: 20260513
Application Date: 20240802

Description

実施の形態１に係る半導体レーザ素子の全体構成を示す模式的な平面図である。実施の形態１に係る半導体レーザ素子の全体構成を示す模式的な断面図である。実施の形態１に係る半導体レーザ素子が備える活性層の構成を示す模式的な断面図である。実施の形態１に係る半導体積層体が有する基板以外の各層の構成を示す図である。実施の形態２に係る半導体レーザ素子の全体構成を示す模式的な断面図である。実施の形態２に係る半導体レーザ素子の活性層及びその近傍の各層のバンドギャップエネルギーの分布を示す模式的なグラフである。実施の形態２に係る半導体積層体が有する基板以外の各層の構成を示す図である。実施の形態３に係る半導体レーザ素子の全体構成を示す模式的な断面図である。実施の形態４に係る半導体レーザ素子の全体構成を示す模式的な断面図である。実施の形態４に係る半導体レーザ素子の活性層及びその近傍の各層のバンドギャップエネルギーの分布を示す模式的なグラフである。実施の形態４に係る半導体積層体が有する基板以外の各層の構成を示す図である。実施の形態５に係る半導体レーザ素子の全体構成を示す模式的な断面図である。実施の形態６に係る半導体レーザ素子の全体構成を示す模式的な断面図である。実施の形態６に係る半導体レーザ素子の活性層及びその近傍の各層のバンドギャップエネルギーの分布を示す模式的なグラフである。実施の形態７に係る半導体レーザ素子の全体構成を示す模式的な断面図である。実施の形態８に係る半導体レーザ素子の全体構成を示す模式的な断面図である。実施の形態８に係る半導体レーザ素子の正孔障壁層の構成を示す模式的な断面図である。実施の形態８に係る半導体レーザ素子の活性層の構成を示す模式的な断面図である。実施の形態に係る半導体積層体が有する基板以外の各層の構成を示す第一図である。実施の形態に係る半導体積層体が有する基板以外の各層の構成を示す第二図である。実施の形態９に係る半導体レーザ素子の全体構成を示す模式的な断面図である。［１－２．効果］本実施の形態に係る半導体レーザ素子１００の効果について説明する。本実施の形態に係る半導体レーザ素子１００において、活性層１０５が有する少なくとも一つの井戸層のうち、ｎ型クラッド層１０２に最も近い井戸層１０５ｂと、ｎ型クラッド層１０２との第一間隔より、ｐ側半導体外層１００ｕの膜厚は小さく、ｐ側電極１１３は、Ａｇ、Ａｌ、及びＲｈの少なくとも一つを含む。本実施の形態では、第一間隔は、第一ｎ側ガイド層１０３、第二ｎ側ガイド層１０４、及びバリア層１０５ａの合計膜厚と等しい。ｐ型クラッド層１１０にリッジ１１０Ｒが形成されている場合には、ｐ側半導体外層１００ｕの膜厚は、リッジ１１０Ｒを含む領域（つまり、リッジ１１０Ｒが形成されている領域におけるＸ軸方向位置）における電子障壁層１０９、ｐ型クラッド層１１０、及びｐ型コンタクト層１１１の合計膜厚を表す。このように、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１００では、ｐ側半導体外層１００ｕの膜厚が第一間隔より小さいことにより、ｐ側半導体外層１００ｕに含まれる電気抵抗を有する半導体層の膜厚を低減できるため、ｐ側半導体外層１００ｕにおける電気抵抗を低減できる。したがって、半導体レーザ素子１００の動作電圧を低減できる。これにより、第一ｐ側ガイド層１０６、第二ｐ側ガイド層１０７及び第三ｐ側ガイド層１０８の合計膜厚が第二ｎ側ガイド層１０４の膜厚以下である場合と比較して、光強度分布を活性層１０５から第一ｐ側ガイド層１０６へ近づく向きに移動させることができる。したがって、活性層１０５が有する少なくとも一つの井戸層のうち、ｐ側電極１１３に最も近い井戸層１０５ｄと、ｐ側電極１１３との第二間隔が小さくなることに起因して積層方向における光強度分布のピークが、活性層１０５から第一ｎ側ガイド層１０３へ近づく向きにずれることを抑制できる。本実施の形態に係る半導体レーザ素子１００は、ｎ型クラッド層１０２と、ｎ型クラッド層１０２の上方に配置される少なくとも一つのｎ側ガイド層と、少なくとも一つのｎ側ガイド層の上方に配置される活性層１０５と、活性層１０５の上方に配置される少なくとも一つのｐ側ガイド層と、少なくとも一つのｐ側ガイド層の上方に配置され、少なくとも一つのｐ側ガイド層と接するｐ側半導体外層１００ｕと、ｐ側半導体外層１００ｕの上方に配置され、ｐ側半導体外層１００ｕとオーミック接触するｐ側電極１１３とを備える。ｐ側半導体外層１００ｕの膜厚は、少なくとも一つのｐ側ガイド層のうち、活性層１０５に最も近い第一ｐ側ガイド層１０６から、活性層１０５から最も遠い第三ｐ側ガイド層１０８までの膜厚より、小さく、ｐ側電極１１３は、Ａｇ、Ａｌ、及びＲｈの少なくとも一つを含む。［２－１．全体構成］本実施の形態に係る半導体レーザ素子の全体構成について図４～図６を用いて説明する。図４は、本実施の形態に係る半導体レーザ素子２００の全体構成を示す模式的な断面図である。図４には、図２Ａと同様に、半導体レーザ素子２００のＹ軸方向に垂直な断面が示されている。図５は、本実施の形態に係る半導体レーザ素子２００の活性層２０５及びその近傍の各層のバンドギャップエネルギーの分布を示す模式的なグラフである。図６は、本実施の形態に係る半導体積層体２００Ｓが有する基板１０１以外の各層の構成を示す図である。バリア層６０５ｃは、１以上のｎ側ガイド層の上方に配置され、量子井戸構造の障壁として機能する窒化物系半導体層である。バリア層６０５ｃは、バリア層４０５ａの上方に配置される。本実施の形態では、バリア層６０５ｃの平均バンドギャップエネルギーは、井戸層４０５ｂの平均バンドギャップエネルギーより大きい。本実施の形態では、バリア層６０５ｃは、内側バリア層６０５ｃ１と、内側バリア層６０５ｃ１上に配置される外側バリア層６０５ｃ２との積層膜である（図１３参照）。内側バリア層６０５ｃ１は、膜厚５ｎｍのアンドープＡｌ０．０４Ｇａ０．９６Ｎ層である。外側バリア層６０５ｃ２は、内側バリア層６０５ｃ１よりバンドギャップエネルギーの大きい層であり、内側バリア層６０５ｃ１よりＡｌ組成が高い。外側バリア層６０５ｃ２は、膜厚３ｎｍのアンドープＡｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎ層である。第一中間層８４２ａは、第一正孔障壁層８４１ａの上方に配置され、Ａｌｘ２Ｇａ１－ｘ２Ｐｙ２Ａｓ１－ｙ２（０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２＜１）からなる半導体層である。第二中間層８４２ｂは、第二正孔障壁層８４１ｂの上方に配置され、Ａｌｘ４Ｇａ１－ｘ４Ｐｙ４Ａｓ１－ｙ４（０≦ｘ４≦１、０≦ｙ４＜１）からなる半導体層である。第三中間層８４２ｃは、第三正孔障壁層８４１ｃの上方に配置され、Ａｌｘ６Ｇａ１－ｘ６Ｐｙ６Ａｓ１－ｙ６（０≦ｘ６≦１、０≦ｙ６＜１）からなる半導体層である。第四中間層８４２ｄは、第四正孔障壁層８４１ｄの上方に配置され、Ａｌｘ８Ｇａ１－ｘ８Ｐｙ８Ａｓ１－ｙ８（０≦ｘ８≦１、０≦ｙ８＜１）からなる半導体層である。ｐ型クラッド層８１０は、Ａｌｖ６Ｇａ１－ｖ６Ｐｗ６Ａｓ１－ｗ６（０≦ｖ６≦１、０≦ｗ６＜１）からなる。より詳しくは、図１９に示されるように、ｐ型クラッド層８１０は、濃度１．０×１０１８ｃｍ－３のｐ型不純物（Ｃ）がドープされた膜厚０．０５μｍのｐ型Ａｌ０．７５Ｇａ０．２５Ａｓ層と、当該層上に配置される濃度１．０×１０１８ｃｍ－３のｐ型不純物（Ｃ）がドープされた膜厚０．１０μｍのｐ型Ａｌ０．８５Ｇａ０．１５Ａｓ層とを有する。半導体積層体８００Ｓの第二中間層８４２ｂ、ｐ型コンタクト層８１１には、リッジ８１１Ｒが形成されている。リッジ８１１Ｒは、底面８１１Ｔｂから上方へ突出する部分であり、Ｙ軸方向に延在する。リッジ８１１Ｒは、上面８１１Ｒｔと、側面８１１Ｒｓとを有する。側面８１１Ｒｓは、リッジ８１１Ｒの表面のうち、上面８１１Ｒｔと底面８１１Ｔｂとをつなぐ面である。側面８１１Ｒｓは、リッジ下端８１１Ｒｂにおいて底面８１１Ｔｂと接する。