DE102018111131B4

DE102018111131B4 - Halbleiterlaserelement und Herstellungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE102018111131B4
Application number: DE102018111131.2A
Authority: DE
Inventors: Masanao Ochiai
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2017-05-11
Filing date: 2018-05-09
Publication date: 2022-06-15
Anticipated expiration: 2038-05-10
Also published as: US20180331505A1; US10381800B2; JP6624154B2; JP2018190931A; DE102018111131A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterlaserelements (100), wobei das Verfahren Folgendes umfasst:Bereitstellen (S100) einer Nitridhalbleiterstruktur (10) mit einer Zielemissionswellenlänge λo, wobei die Nitridhalbleiterstruktur (10) eine lichtemissionsseitige Oberfläche (10a) und eine lichtreflexionsseitige Oberfläche (10b) aufweist;Ausbilden (S202) eines emissionsseitigen Spiegels (50) auf der lichtemissionsseitigen Oberfläche (10a); undAusbilden (S204) eines reflexionsseitigen Spiegels (60) auf der lichtreflexionsseitigen Oberfläche (10b),wobei das Halbleiterlaserelement (100) eine tatsächliche Emissionswellenlänge Aa aufweist, die 500 nm oder mehr und 540 nm oder weniger beträgt und in einem Bereich λo ± X nm liegt (5 ≤ X ≤ 15),wobei im Bereich λo ± X nm, ein Reflexionsgrad des emissionsseitigen Spiegels (50) niedriger als ein Reflexionsgrad des reflexionsseitigen Spiegels (60) ist, und gemäß einer Zunahme der Wellenlänge zunimmt,wobei sich im Bereich λo ± X nm, der Reflexionsgrad des emissionsseitigen Spiegels (50) für jeweils 10 nm Zunahme der Wellenlänge um 10 % oder weniger ändert,wobei der reflexionsseitige Spiegel (60) einen Reflexionsgrad aufweist, bei dem ein Änderungsbetrag gemäß einer Zunahme der Wellenlänge im Bereich λo ± X nm kleiner ist als ein Änderungsbetrag eines Reflexionsgrads des emissionsseitigen Spiegels (50) gemäß einer Zunahme der Wellenlänge im Bereich λo ± X nm, undwobei:der emissionsseitige Spiegel (50) so ausgebildet wird, dass er eine geschichtete Struktur umfasst, in der zwei oder mehr Filme mit unterschiedlichen Brechungsindizes gestapelt sind, wobei die zwei oder mehr Filme umfassen:einen oder mehrere λ/4-Filme mit einer jeweiligen Dicke, die im Wesentlichen ein ganzzahliges Vielfaches von Ao/4n ist, undmindestens einen Nicht-λ/4-Film mit einer Dicke, die sich wesentlich von einem ganzzahligen Vielfachen von λο/4n unterscheidet, wobei n ein Brechungsindex jedes Films ist.

Description

HINTERGRUND
1. Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Halbleiterlaserelement und ein Verfahren zum Herstellen des Halbleiterlaserelements.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Ein bekanntes Halbleiterlaserelement umfasst eine Halbleiterstruktur, die eine aktive Schicht enthält, einen emissionsseitigen Spiegel, der auf einer lichtemissionsseitigen Oberfläche der Halbleiterstruktur angeordnet ist, und einen reflexionsseitigen Spiegel, der auf einer lichtreflexionsseitigen Oberfläche der Halbleiterstruktur angeordnet ist. Der reflexionsseitige Spiegel ist ein Film mit einem hohen Reflexionsgrad von beispielsweise 80 % oder mehr und der emissionsseitige Spiegel ist ein Film mit einem niedrigeren Reflexionsgrad.
Beispielsweise beschreibt JP 2009-176812 A ein Halbleiterlaserelement, das einen emissionsseitigen Spiegel mit einem Reflexionsgrad in einem Bereich von 3 bis 13 % und eine Emissionswellenlänge von ungefähr 410 nm aufweist.
3 in JP 2009-176812 A zeigt die Wellenlängenabhängigkeit des Reflexionsgrads eines emissionsseitigen Spiegels. Gemäß dieser Figur ist der Reflexionsgrad des emissionsseitigen Spiegels selbst dann nahezu unverändert, wenn eine tatsächliche Emissionswellenlänge von einem Zielwert in gewissem Maße abweicht. Vorausgesetzt, dass eine Abweichung der Emissionswellenlänge keine Änderung der Lichtemissionseffizienz einer Halbleiterstruktur verursacht, wäre es möglich, eine gewünschte Schwellenstromstärke und eine gewünschte optische Ausgabe selbst dann zu erhalten, wenn die tatsächliche Emissionswellenlänge in gewissem Maße abweicht.
Bei einem Halbleiterlaserelement, das zum Emittieren von Licht in einem grünen Bereich mit einer Wellenlänge von 500 nm oder mehr ausgelegt ist, ist jedoch beispielsweise die Lichtemissionseffizienz einer Halbleiterstruktur des Halbleiterlaserelements verglichen mit einem Halbleiterlaserelement, das zum Emittieren von Licht in einem Ultraviolett-bis-Blau-Bereich ausgelegt ist, noch nicht ausreichend. In solchen Halbleiterlaserelementen ist die Lichtemissionseffizienz der Halbleiterstruktur tendenziell umso niedriger, umso länger die Emissionswellenlänge ist. Zum Beispiel enthält ein Halbleiterlaserelement mit einer Emissionswellenlänge in einem grünen Bereich eine InGaN-Schicht oder dergleichen als eine aktive Schicht. Je größer der Zusammensetzungsanteil von In in der InGaN-Schicht ist, desto weniger leicht wird die tatsächliche Aufnahmemenge von In in der InGaN-Schicht stabilisiert, so dass die tatsächliche Emissionswellenlänge leicht von einem Zielwert abweicht.
JP 2009 016 684 A offenbart einen Halbleiterlaser. Die Spitzenwellenlänge L0 des Spektrums der spontanen Emission in einem emittierenden Teil des Laserstrahls hat die folgende Beziehung in Bezug auf eine Spitzenwellenlänge L1, bei der der Reflexionsgrad R1 (L) für Licht der Wellenlänge L in einem ausgabeseitigen Spiegel maximal ist, und die Spitzenwellenlänge L2, bei der der Reflexionsgrad R2(L) für Licht der Wellenlänge L in einem reflektionsseitigen Spiegel maximal ist: L1 >L0 und/oder L2>L0.
JP 2013 021 123 A offenbart eine Halbleiterlaser-Vorrichtung, die zwei integrierte Halbleiterlaser-Elemente enthält. In dem ersten integrierten Halbleiterlaserelement sind zwei Halbleiterlaserstrukturen auf einem Halbleitersubstrat ausgebildet.
Die Halbleiterlaserstrukturen geben blaues Laserlicht bzw. grünes Laserlicht ab. Das zweite Halbleiterlaserelement gibt rotes Laserlicht ab und ist mit der Vorderseite nach unten auf der ersten Halbleiterlaserstruktur angebracht. Das
erste integrierte Halbleiterlaserelement umfasst ferner einen dielektrischen Film,
der jede Resonanzendflächen der Halbleiterlaserstrukturen bedeckt. Die dielektrischen Filme auf den Resonanzendflächen haben ungefähr die gleiche Dicke, und der Unterschied im Reflexionsgrad zwischen den dielektrischen Filmen bei den jeweiligen Oszillationswellenlängen der Halbleiterlaserstrukturen beträgt 10 % oder weniger.
ZUSAMMENFASSUNG
Die Erfindung ist durch die unabhängigen Ansprüche definiert. Abhängige Ansprüche beschreiben Ausführungsformen der Erfindung.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterlaserelements: Bereitstellen einer Nitridhalbleiterstruktur mit einer Zielemissionswellenlänge λο, wobei die Nitridhalb-Ieiterstruktur eine lichtemissionsseitige Oberfläche und eine lichtreflexionsseitige Oberfläche aufweist; Ausbilden eines emissionsseitigen Spiegels auf der lichtemis-sionsseitigen Oberfläche; und Ausbilden eines reflexionsseitigen Spiegels auf der lichtreflexionsseitigen Oberfläche. Das Halbleiterlaserelement weist eine tatsächli- che Wellenlänge λa auf, die 500 nm oder mehr beträgt und in einem Bereich von λo ± X nm liegt (5 ≤ X ≤ 15). Der Schritt des Ausbildens des emissionsseitigen Spie-gels umfasst ein Ausbilden eines emissionsseitigen Spiegels auf der lichtemissions-seitigen Oberfläche, wobei der emissionsseitige Spiegel einen Reflexionsgrad auf-weist, der niedriger als der des reflexionsseitigen Spiegels ist und entsprechend einer Zunahme der Wellenlänge in einem Bereich λo ± X nm zunimmt.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, einem Halbleiterlaserelement mit einer Emissionswellenlänge von 500 nm oder mehr, umfasst das Halbleiterlaserelement: eine Nitridhalbleiterstruktur mit einer lichtemissionsseitigen Oberfläche und einer lichtreflexionsseitigen Oberfläche; einen emissionsseitigen Spiegel, der auf der lichtemissionsseitigen Oberfläche angeordnet ist; und einen reflexionsseitigen Spiegel, der auf der lichtreflexionsseitigen Oberfläche angeordnet ist. Der emissionsseitige Spiegel weist einen Reflexionsgrad auf, der niedriger als der Reflexionsgrad des reflexionsseitigen Spiegels ist und entsprechend einer Zunahme der Wellenlänge in einem Wellenlängenbereich mit einer Breite von 10 nm bis 30 nm, der die Emissionswellenlänge einschließt, zunimmt.
Bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglichen ein Bereitstellen eines Halbleiterlaserelements mit reduzierten Variationen in einer Schwellenstromstärke und ein Verfahren zum Herstellen des Halbleiterlaserelements.
Figurenliste

1 ist ein Ablaufdiagramm, das schematisch Operationen zum Herstellen gemäß einer Ausführungsform zeigt.
2 ist eine schematische Schnittansicht zum Darstellen von Schritten zum Herstellen eines Halbleiterlaserelements gemäß der Ausführungsform.
3A ist eine schematische Schnittansicht zum Darstellen von Schritten zum Herstellen eines Halbleiterlaserelements gemäß der Ausführungsform.
3B ist eine teilweise vergrößerte Ansicht, die einen emissionsseitigen Spiegel und seine Umgebung zeigt.
4 ist ein Graph, der eine Wellenlängenabhängigkeit eines Reflexionsgrads eines emissionsseitigen Spiegels in einem Beispiel zeigt.
5 ist ein Graph, der eine Wellenlängenabhängigkeit eines Reflexionsgrads eines emissionsseitigen Spiegels in einem Vergleichsbeispiel 1 zeigt.
6 ist ein Graph, der eine Wellenlängenabhängigkeit eines Reflexionsgrads eines emissionsseitigen Spiegels in einem Vergleichsbeispiel 2 zeigt.
7 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Halbleiterlaserelement gemäß einer Ausführungsform zeigt.
8 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einer Emissionswellenlänge und einer Schwellenstromstärke für ein Halbleiterlaserelement in dem Beispiel zeigt.
9 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einer Stromstärke und einer optischen Ausgabe für ein Halbleiterlaserelement mit einer Emissionswellenläge von 520 nm jeweils in dem Beispiel und in den Vergleichsbeispielen 1 und 2 zeigt.
10 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einer Stromstärke und einer optischen Ausgabe für ein Halbleiterlaserelement mit einer Emissionswellenläge von 525 nm jeweils in dem Beispiel und in den Vergleichsbeispielen 1 und 2 zeigt.

GENAUE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es ist zu beachten, dass die nachstehend gezeigte Ausführungsform ein Herstellungsverfahren zeigen soll, um der technischen Idee der vorliegenden Erfindung eine konkrete Form zu geben, und der Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung nicht auf die folgende Ausführungsform eingeschränkt sein soll. Ferner bezeichnen in den nachstehenden Beschreibungen die gleichen Namen und Ziffern identische und gleiche Teile, wobei genaue Beschreibungen gegebenenfalls entfallen.
Wie in 1 gezeigt ist, umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterlaserelements gemäß der vorliegenden Ausführungsform Folgendes: S100: Bereitstellen einer Nitridhalbleiterstruktur mit einem Zielemissionswellenlängenwert von λο, wobei die Nitridhalbleiterstruktur eine lichtemissionsseitigen Oberfläche und eine lichtreflexionsseitige Oberfläche aufweist; S202: Ausbilden eines emissionsseitigen Spiegels auf der lichtemissionsseitigen Oberfläche; und S204: Ausbilden eines reflexionsseitigen Spiegels auf der lichtreflexionsseitigen Oberfläche.
Das Halbleiterlaserelement weist eine tatsächliche Wellenlänge λa auf, die 500 nm oder größer ist und in einem Bereich λo +/- X nm (5 ≤ X ≤ 15) liegt. In dem Schritt des Ausbildens des emissionsseitigen Spiegels wird auf der lichtemissionsseitigen Oberfläche ein emissionsseitiger Spiegel mit einem Reflexionsgrad, der niedriger ist als der des reflexionsseitigen Spiegels und entsprechend einer Zunahme der Wellenlänge in einem Bereich von λo +/- X nm zunimmt, ausgebildet.
Schritt S100: Bereitstellen einer Nitridhalbleiterstruktur Eine Nitridhalbleiterstruktur 10 mit einer lichtemissionsseitigen Oberfläche 10a und einer lichtreflexionsseitigen Oberfläche 10b wird wie in 1 gezeigt bereitgestellt. Wie in 1 gezeigt umfasst der Schritt S100 zum Bereitstellen einer Nitridhalbleiterstruktur einen Schritt S102 zum Bereitstellen eines Basiselements, einen Schritt S104 zum Ausbilden einer n-seitigen Halbleiterschicht, einen Schritt S106 zum Ausbilden einer aktiven Schicht und einen Schritt S108 zum Ausbilden einer p-seitigen Halbleiterschicht. Wie in 2 gezeigt kann die Nitridhalbleiterstruktur 10 eine n-seitige Halbleiterschicht 11, eine aktive Schicht 12 und eine p-seitige Halbleiterschicht 13 in dieser Reihenfolge in einer Aufwärtsrichtung umfassen. Die n-seitige Halbleiterschicht 11, die aktive Schicht 12 und die p-seitige Halbleiterschicht 13 bestehen jeweils aus einem Nitridhalbleiter. Die Nitridhalbleiterstruktur 10 kann auf einem Basiselement 20 ausgebildet sein. 2 ist eine Querschnittsansicht, die einen Querschnitt in einer Richtung parallel zu einer Resonatorrichtung zeigt, d. h. einer Richtung parallel zu einer Richtung, entlang der sich wie später beschrieben ein Steg 13a erstreckt.
Die Nitridhalbleiterstruktur 10 ist so ausgelegt, dass ein unter Verwendung der Nitridhalbleiterstruktur 10 gebildetes Halbleiterlaserelement eine vorbestimmte Emissionswellenlänge aufweist. Wie hierin verwendet wird die vorbestimmte Zielwellenlänge als eine Wellenlänge λo bezeichnet. Zum Beispiel ist eine anvisierte Zusammensetzung einer Topfschicht in der aktiven Schicht 12 beispielsweise dann, wenn die Wellenlänge λo 520 nm ist, InGaN mit einem In-Anteil an der Zusammensetzung von 25 %. Wenn die Nitridhalbleiterstruktur 10 mit einer anvisierten Zusammensetzung oder dergleichen erhalten wird, wäre die Emissionswellenlänge eines unter Verwendung der Nitridhalbleiterstruktur 10 gebildeten Halbleiterlaserelements die Wellenlänge λo, was ein Zielwert ist. Die Nitridhalbleiterstruktur 10, die tatsächlich erhalten wird, weist jedoch vielleicht nicht eine Zusammensetzung oder dergleichen auf, die genau mit einer Zielzusammensetzung oder dergleichen übereinstimmt, und in vielen Fällen kann sie eine Zusammensetzung aufweisen, die sich geringfügig von einer Zielzusammensetzung oder dergleichen unterscheidet. In ähnlicher Weise kann sich eine tatsächliche Emissionswellenlänge λa geringfügig von einer Zielwellenlänge λo unterscheiden. Wenn die Differenz zwischen der tatsächlichen Emissionswellenlänge λa und der Zielwellenlänge Ao relativ klein ist, kann die sich ergebende Nitridhalbleiterstruktur als ein gutes Produkt angenommen werden. Somit liegt die tatsächliche Emissionswellenlänge λa in einem Bereich λo ± X nm (5 ≤ X ≤ 15). In der vorliegenden Ausführungsform ist X = 15. Das unter Verwendung der Nitridhalbleiterstruktur 10 erhaltene Halbleiterlaserelement ist ein Laserelement, das zum Emittieren von grünem Laserlicht ausgelegt ist, und die tatsächliche Emissionswellenlänge λa des Laserelements beträgt 500 nm oder mehr. Ferner kann die Emissionswellenlänge λa in einem Bereich von 515 bis 540 nm liegen. Die „Emissionswellenlänge“ bezieht sich auf eine Spitzenwellenlänge.
Für das Basiselement 20 kann ein Basiselement, das aus einem Halbleiter wie GaN hergestellt ist, oder ein Basiselement, das aus einem isolierenden Material wie Saphir hergestellt ist, verwendet werden. Als das Basiselement 20 wird beispielsweise ein GaN-Substrat mit einer c-Ebene (d. h. (0001)-Ebene) als oberer Oberfläche verwendet. Die n-seitige Halbleiterschicht 11 kann eine Mehrschichtstruktur aufweisen, die aus Nitridhalbleitern wie GaN, InGaN oder AlGaN hergestellt ist. Beispiele für eine n-Typ-Halbleiterschicht, die in der n-seitigen Halbleiterschicht 11 enthalten ist, umfassen eine Schicht aus einem Nitridhalbleiter, der eine n-Typ-Verunreinigung wie Si oder Ge enthält. Die aktive Schicht 12 kann eine Ein-Quantentopf-Struktur oder eine Mehr-Quantentopf-Struktur aufweisen. Zum Beispiel enthält die aktive Schicht 12 eine InGaN-Topfschicht und eine GaN-Sperrschicht. Die p-Typ-Halbleiterschicht 13 kann eine Mehrschichtstruktur mit einer Nitridhalbleiterschicht aus GaN, InGaN, AlGaN oder dergleichen aufweisen. Beispiele für die p-Nitridhalbleiterschicht, die in der p-seitigen Halbleiterschicht enthalten ist, umfassen eine Schicht aus einem Nitridhalbleiter, der eine p-Typ-Verunreinigung wie Mg enthält.
Eine n-Elektrode 30 kann wie in 3 gezeigt auf einer unteren Oberfläche des Basiselements 20 angeordnet sein. Eine p-Elektrode 41 kann direkt auf einer oberen Oberfläche der p-seitigen Halbleiterschicht 13 angeordnet sein und eine p-seitige Anschlussflächenelektrode 42 kann auf der p-Elektrode 41 angeordnet sein. Beispiele für ein Material jeder dieser Elektroden umfassen einschichtige Filme oder mehrschichtige Filme aus einem Metall wie Ni, Rh, Cr, Au, W, Pt, Ti, AI oder dergleichen, einer Legierung davon, einem leitfähigen Oxid, das Zn, In und/oder Sn enthält. Beispiele für das leitfähige Oxid umfassen Indiumzinnoxid (ITO), Indiumzinkoxid (IZO) und mit Gallium dotiertes Zinkoxid (GZO).
Zum Beispiel werden gespaltene Oberflächen durch Ausbilden der n-seitigen Halbleiterschicht 11, der aktiven Schicht 12 und der p-seitigen Halbleiterschicht 13 auf einem waferförmigen Basiselement 20 in dieser Reihenfolge und Durchführen des Schneidens erhalten und die erhaltenen gespaltenen Oberflächen können als eine lichtemissionsseitige Oberfläche 10a und eine lichtreflexionsseitige Oberfläche 10b dienen.
Schritt S202: Ausbilden des emissionsseitigen Spiegels
Nachdem die Nitridhalbleiterstruktur 10 bereitgestellt ist, wird ein emissionsseitiger Spiegel 50 auf der lichtemissionsseitigen Oberfläche 10a wie in 3A gezeigt ausgebildet. In Bezug auf eine Wellenlänge in einem Bereich λo ± X nm ist ein Reflexionsgrad des emissionsseitigen Spiegels 50 niedriger als der eines reflexionsseitigen Spiegels 60, wie er nachstehend beschrieben wird, und nimmt entsprechend der Zunahme der Wellenlänge zu. 4 ist ein Graph, der ein Beispiel der Wellenlängenabhängigkeit des Reflexionsgrads des emissionsseitigen Spiegels 50 zeigt.
Wie oben beschrieben ist bei einem Halbleiterlaserelement mit einer Emissionswellenlänge in einem grünen Bereich die Lichtemissionseffizienz der Nitridhalbleiterstruktur 10 tendenziell umso niedriger, umso länger die Emissionswellenlänge ist. Angesichts dessen ist der lichtemissionsseitige Spiegel 50 mit einem Reflexionsgrad mit einer Wellenlängenabhängigkeit, wie sie in 4 gezeigt ist, ausgebildet. Zum Beispiel ist in dem Fall, in dem die tatsächliche Emissionswellenlänge λa länger als die Wellenlänge λo ist, verglichen mit einem Fall, in dem die tatsächliche Emissionswellenlänge λa gleich der Wellenlänge λο ist, die Lichtemissionseffizienz der Nitridhalbleiterstruktur 10 reduziert und der Reflexionsgrad erhöht.
Die Schwellenstromstärke I_th in dem Halbleiterlaserelement ist direkt proportional zu der Schwellenstromdichte J_th. Je kleiner die Lichtemissionseffizienz, d. h. der interne Quantenwirkungsgrad η_i, der Nitridhalbleiterstruktur 10 ist, desto größer ist die Schwellenstromdichte J_th. Je größer der Reflexionsgrad des emissionsseitigen Spiegels 50 ist, desto kleiner ist die Schwellenstromdichte J_th zudem. Das heißt, wenn die tatsächliche Emissionswellenlänge λa länger als die Wellenlänge λo ist, ist die Lichtemissionseffizienz reduziert, so dass die Schwellenstromstärke I_th erhöht wäre. Auf der anderen Seite ermöglicht es eine Zunahme der Emissionswellenlänge jedoch, den Reflexionsgrad des emissionsseitigen Spiegels 50 zu erhöhen. Selbst dann, wenn die tatsächliche Wellenlänge λa von der Wellenlänge λo abweicht, kann also die Abweichung der Schwellenstromstärke I_th von dem Zielwert stark verringert werden. Dementsprechend kann die Ausbeute des Halbleiterlaserelements verbessert werden. Zusätzlich gibt es auch den Vorteil, dass, umso stärker Schwankungen der Schwellenstromstärke reduziert werden, umso genauer eine Stromstärke bei eingeschalteter Laseremission und/oder eine Stromstärke bei ausgeschalteter Laseremission eingestellt werden kann, wenn das Halbleiterlaserelement in eine Anwendung integriert ist.
Bei einem geringen Grad an Änderung des Reflexionsgrads des emissionsseitigen Spiegels 50 entsprechend einer Zunahme der Wellenlänge wird ein Effekt der Verringerung der Abweichung der Schwellenstromstärke I_th von dem Zielwert kaum erreicht. Somit ist es bevorzugt, dass der emissionsseitige Spiegel 50 einen Reflexionsgrad aufweist, der für jede Zunahme der Wellenlänge um 10 nm in einem Bereich von λo ± X nm um 2 % oder mehr geändert wird. Auf der anderen Seite wird in Betracht gezogen, dass bei einem übermäßig großen Grad an Änderung des Reflexionsgrads stabile Eigenschaften kaum zu erreichen sind, und daher ist es bevorzugt, dass der Reflexionsgrad des emissionsseitigen Spiegels 50 für jeweils 10 nm Zunahme der Wellenlänge um jeweils 10 % oder weniger geändert wird. Zusätzlich ändert sich die Lichtemissionseffizienz der Nitridhalbleiterstruktur 10 im Allgemeinen innerhalb eines Bereichs λo ± X nm tendenziell linear und somit ist es bevorzugt, dass sich der Reflexionsgrad des emissionsseitigen Spiegels 50 ebenfalls im Allgemeinen linear ändert. In einer graphischen Darstellung der Wellenlängenabhängigkeit des Reflexionsgrads des emissionsseitigen Spiegels 50, wie z. B. in 4, liegt vielleicht im Wesentlichen kein Wendepunkt in einem Bereich Ao ± X nm vor.
Es ist bevorzugt, dass der emissionsseitige Spiegel 50 einen Reflexionsgrad aufweist, der in Wellenlängenbereichen in der Nähe eines Bereichs Ao ± X nm zusätzlich zu dem Bereich λo ± X nm entsprechend einer Zunahme der Wellenlänge zunimmt. Beispiele für den Wellenlängenbereich in der Nähe eines Bereichs λo ± X nm umfassen einen Bereich λo ± (X+5) nm. Mit anderen Worten ist es bevorzugt, dass in dem Graph der Wellenlängenabhängigkeit des Reflexionsgrads des emissionsseitigen Spiegels 50 der Abknickpunkt außerhalb des Bereichs λo ± (X+5) nm liegt. Obwohl eine Abweichung der Dicke oder des Brechungsindexes des emissionsseitigen Spiegels 50 von dem Zielwert eine Abweichung des Reflexionsgrads von dem Zielwert verursacht, ermöglicht das Schaffen eines Spielraums für den Wellenlängenbereich wie oben beschrieben ein Erhalten von stabilen Eigenschaften selbst dann, wenn die Dicke oder dergleichen in gewissem Maße abweicht.
Wie in 3B gezeigt kann der emissionsseitige Spiegel 50 eine Schichtstruktur aufweisen, in der zwei oder mehr Filme mit unterschiedlichen Brechungsindizes aufgeschichtet sind. Der emissionsseitige Spiegel 50 wird beispielsweise durch Aufschichten eines Al₂O₃-Films 51a mit einer Dicke von 158 nm, eines ZrO₂-Films 52 mit einer Dicke von 59 nm, eines Al₂O₃-Films 51b mit einer Dicke von 79 nm, eines ZrO₂-Films 52 mit einer Dicke von 59 nm, eines Al₂O₃-Films 51b mit einer Dicke von 79 nm, eines ZrO₂-Films 52 mit einer Dicke von 59 nm und eines Al₂O₃-Films 53 mit einer Dicke von 180 nm in dieser Reihenfolge von der lichtemissionsseitigen Oberfläche 10a aus gebildet. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Zielwellenlänge λo 520 nm und daher ist jede der insgesamt sechs Schichten bis zu dem ZrO₂-Film 52 von dem Al₂O₃-Film 51a, der in Kontakt mit der lichtemissionsseitigen Oberfläche 10a steht, ein λ/4-Film (Viertelwellenlängen-Film) mit einer Dicke, die im Wesentlichen ein ganzzahliges Vielfaches von Ao/4n ist. Der Al₂O₃-Film 53, der der äußerste Film ist, ist ein Nicht-λ/4-Film (Nicht-Viertelwellenlängen-Film) mit einer Dicke, die sich wesentlich von einem ganzzahligen Vielfachen von Ao/4n unterscheidet. Wie hierin verwendet bezieht sich „n“ auf den Brechungsindex jedes Films. Jeder dieser Werte ist ein Zielwert und eine tatsächliche Dicke kann geringfügig von dem Zielwert abweichen. Zum Beispiel kann die tatsächliche Dicke jedes Films von dem Zielwert um ungefähr 0 bis 10 nm abweichen.
Wenn der äußerste Al₂O₃-Film 53 in dem emissionsseitigen Spiegel 50 eine Dicke von 158 nm aufweist, ist der Al₂O₃-Film 53 ein λ/4-Film. Wie in 5 gezeigt hat ein solcher Film ein Reflexionsgrad, das bei und um die Wellenlänge Ao herum nahezu unverändert ist. Angesichts dessen kann sich bei dem emissionsseitigen Spiegel 50, der einen oder mehrere A/4-Filme und mindestens einen Nicht-λ/4-Film enthält, der Reflexionsgrad gemäß einer Zunahme der Wellenlänge ändern. Selbst wenn die Dicke des Al₂O₃-Films 53 weiter auf 130 nm reduziert wird, ist der Al₂O₃-Film 53 ein Nicht-λ/4-Film, aber in diesem Fall nimmt der Reflexionsgrad entsprechend einer Zunahme der Wellenlänge bei und um die Wellenlänge Ao herum wie in 6 gezeigt ab. Angesichts dessen ist es dann, wenn ein Teil des emissionsseitigen Spiegels 50 ein Nicht-λ/4-Film ist, durch Anpassen der Dicke des Nicht-Ä/4-Films möglich, dass sich der Reflexionsgrad wie in 4 gezeigt entsprechend einem Anstieg der Wellenlänge ändert.
In dem Fall, in dem der Reflexionsgrad wie in 6 gezeigt entsprechend der Zunahme der Wellenlänge abnimmt, ist die Schwellenstromstärke bei einer Emissionswellenlänge in einem kurzen Wellenlängenbereich, in dem der Reflexionsgrad relativ hoch ist, reduziert und die Schwellenstromstärke bei einer Emissionswellenlänge in einem längeren Wellenlängenbereich, in dem der Reflexionsgrad relativ niedrig ist, erhöht. Somit ist die Variation der Schwellenstromstärke im Vergleich zu einem Fall, in dem der emissionsseitige Spiegel 50 gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, tendenziell erhöht. Je länger die Emissionswellenlänge ist, desto kleiner ist wie in 6 gezeigt der Reflexionsgrad, was anzeigt, dass je länger die Emissionswellenlänge ist, desto kleiner die optische Eindämmung ist. Die Abnahme der optischen Ausgabe ist in einer Hochtemperaturatmosphäre größer als in einer Niedertemperaturatmosphäre und der Grad der Abnahme kann kleiner sein, wenn die optische Eindämmung höher ist, insbesondere in einem langen Wellenlängenbereich. In Bezug auf Licht in einem langen Wellenlängenbereich, z. B. 525 nm oder mehr, ist es daher vorzuziehen, dass, wie in 4 gezeigt, je länger die Wellenlänge ist, desto höher ein Reflexionsgrad des emissionsseitigen Spiegels 50 ist, anstatt dass, wie in 6 gezeigt, je länger die Wellenlänge ist, desto geringer der Reflexionsgrad ist.
Außerdem wird in Betracht gezogen, dass je größer die Anzahl von Nicht-λ/4-Filmen ist, desto größer tendenziell die Anzahl von Änderungspunkten in Wellenlängenabhängigkeit oder Winkelabhängigkeit ist. Daher ist die Anzahl von Nicht-λ/4-Fiimen vorzugsweise klein. Das heißt, es ist vorzuziehen, dass es mehrere λ/4-Filme gibt und die Anzahl von λ/4-Filmen größer als die Anzahl von Nicht-λ/4-Filmen ist. Noch bevorzugter ist die Anzahl von Nicht-λ/4-Filmen 1. Zusätzlich führt eine Änderung der Dicke eines Films, der relativ nahe bei der Nitridhalbleiterstruktur 10 angeordnet ist, tendenziell zu einer Änderung der Feldstärke an einer Grenzfläche zwischen der Nitridhalbleiterstruktur 10 und dem emissionsseitigen Spiegel 50. Je größer die Feldstärke an der Grenzfläche ist, desto leichter werden die Grenzfläche und die Umgebung davon beschädigt. Es ist bevorzugt, dass der Nicht-λ/4-Film wie in 3B gezeigt der äußerste Film ist, der die Feldstärke an der Grenzfläche zwischen der Nitridhalbleiterstruktur 10 und dem emissionsseitigen Spiegel 50 kaum beeinflusst.
Der emissionsseitige Spiegel 50 ist an einer derartigen Position ausgebildet, dass der emissionsseitige Spiegel 50 zumindest die aktive Schicht 12 der lichtemissionsseitigen Oberfläche 10a bedeckt. Zum Beispiel ist der emissionsseitige Spiegel 50 so ausgebildet, dass er die gesamte lichtemissionsseitige Oberfläche 10a bedeckt. Ein Teil des emissionsseitigen Spiegels 50 kann sich oberhalb und/oder unterhalb der Nitridhalbleiterstruktur 10 ausdehnen, wie es in 3A gezeigt ist. In diesem Fall kann der Abschnitt, der bis über und/oder unter die Nitridhalbleiterstruktur 10 reicht, eine Dicke aufweisen, die sich von der oben beschriebenen Dicke unterscheidet. Die Nitridhalbleiterstruktur 10 in dem Schritt S202 zum Ausbilden eines Emissionsseitenspiegels kann eine Riegelform aufweisen, in der mehrere Abschnitte, die zu einem Halbleiterlaserelement werden, in einer Richtung parallel zu der lichtemissionsseitigen Oberfläche 10a verbunden sind. Die riegelförmige Nitridhalbleiterstruktur 10 kann durch Teilen eines Wafers erhalten werden.
Schritt S204: Ausbilden des reflexionsseitigen Spiegels
Nachdem die Nitridhalbleiterstruktur 10 bereitgestellt ist, wird der reflexionsseitige Spiegel 60 auf der lichtreflexionsseitigen Oberfläche ausgebildet, wie es in 3A gezeigt ist. Der Schritt S204 zum Ausbilden des reflexionsseitigen Spiegels kann vor oder gleichzeitig mit dem Schritt S202 zum Ausbilden des emissionsseitigen Spiegels ausgeführt werden. In einem Bereich λo ± X nm hat der reflexionsseitige Spiegel 60 einen Reflexionsgrad, das höher als der Reflexionsgrad des emissionsseitigen Spiegels 50 ist. Dementsprechend kann die optische Ausgabe von Laserlicht, die von dem emissionsseitigen Spiegel 50 emittiert wird, während der Laseremission sein höher als die optische Ausgabe von Laserlicht, die von dem reflexionsseitigen Spiegel 60 emittiert wird.
Da die Schwellenstromstärke umso kleiner sein kann, je höher der Reflexionsgrad des reflexionsseitigen Spiegels 60 ist, beträgt der Reflexionsgrad des reflexionsseitigen Spiegels 60 in einem Bereich λo ± X nm vorzugsweise 90 % oder mehr. Der reflexionsseitige Spiegel 60 weist vorzugsweise einen Reflexionsgrad auf, dessen Änderungsbetrag in Bezug auf eine Zunahme der Wellenlänge in einem Bereich λo ± X nm kleiner ist als die des Reflexionsgrads des emissionsseitigen Spiegels. Dementsprechend kann der reflexionsseitige Spiegel 60 unabhängig von der tatsächlichen Wellenlänge λa in einem Bereich λo ± X nm einen ähnlich hohen Reflexionsgrad aufweisen und daher können Schwankungen der Schwellenstromstärke verringert werden. Noch bevorzugter weist der reflexionsseitige Spiegel 60 einen im Wesentlichen konstanten Reflexionsgrad in einem Bereich λo ± X nm auf.
Der reflexionsseitige Spiegel 60 kann eine Schichtstruktur aufweisen, in der zwei oder mehr Filme mit unterschiedlichen Brechungsindizes gestapelt sind. Der reflexionsseitige Spiegel 60 wird beispielsweise durch Stapeln eines Al₂O₃-Films mit einer Dicke von 158 nm, eines Ta₂O₅-Films mit einer Dicke von 61 nm, sechs Paaren aus einem SiO₂-Film mit einer Dicke von 87 nm und einem Ta₂O₅-Film mit einer Dicke von 61 nm und eines SiO₂-Films mit einer Dicke von 174 nm in dieser Reihenfolge von der lichtreflexionsseitigen Oberfläche 10b aus gebildet. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Zielwert der Wellenlänge λo 520 nm und daher ist jeder der Filme, die den reflexionsseitigen Spiegel 60 bilden, ein λ/4-Film mit einer Dicke, die im Wesentlichen ein ganzzahliges Vielfaches von λο/4n ist. Wie hierin verwendet bezieht sich „n“ auf den Brechungsindex jedes Films. Jeder dieser Werte ist ein Zielwert und eine tatsächliche Dicke kann geringfügig von dem Zielwert abweichen. Zum Beispiel kann die tatsächliche Dicke jedes Films von dem Zielwert um etwa 0 bis 10 nm abweichen.
Ähnlich wie der emissionsseitige Spiegel 50 ist der reflexionsseitigen Spiegel 60 an einer derartigen Position ausgebildet, dass der reflexionsseitige Spiegel 60 zumindest die aktive Schicht 12 der lichtreflexionsseitigen Oberfläche 10b bedeckt. Zum Beispiel ist der reflexionsseitige Spiegel 60 so ausgebildet, dass er die gesamte lichtreflexionsseitige Oberfläche 10b bedeckt. Wie in 3A gezeigt kann ein Teil des reflexionsseitigen Spiegels 60 über und/oder unter die Nitridhalbleiterstruktur 10 reichen, und der Teil, der über und/oder unter die Nitridhalbleiterstruktur 10 reicht, kann eine Dicke aufweisen, die sich von der oben beschriebene Dicke unterscheidet. Die Nitridhalbleiterstruktur 10 in dem Schritt S204 zum Ausbilden des Reflexionsspiegels kann eine Riegelform haben, in der eine mehrere Abschnitte, die ein Halbleiterlaserelement bilden, in einer Richtung parallel zu der lichtreflexionsseitigen Oberfläche 10b verbunden sind.
Andere Schritte
In dem Fall, in dem der emissionsseitige Spiegel 50 und der reflexionsseitige Spiegel 60 auf der riegelförmigen Struktur ausgebildet sind, in der mehrere Teile, die ein Halbleiterlaserelement 100 bilden, verbunden sind, kann nach Abschluss des Ausbildens des emissionsseitigen Spiegels 50 und des reflexionsseitigen Spiegels 60 ferner ein Teilen der riegelförmigen Struktur in mehrere Halbleiterlaserelemente 100 durchgeführt werden. Ferner können ein Messen der tatsächlichen Emissionswellenlänge λa und ein Bestimmen eines Halbleiterlaserelements als ein gutes Produkt, wenn die tatsächliche Emissionswellenlänge λa davon in einem Bereich λo ± X nm liegt, durchgeführt werden.
Halbleiterlaserelement 100
Das durch die obigen Schritte erhaltene Halbleiterlaserelement 100 ist in 7 gezeigt. 7 zeigt einen Querschnitt in einer Richtung senkrecht zu einer Resonatorrichtung, d. h. einer Richtung senkrecht zu einer Richtung, entlang der sich der Steg 13a erstreckt. Die tatsächliche Emissionswellenlänge Aa des Halbleiterlaserelements 100 beträgt 500 nm oder mehr. Wie in 7 gezeigt umfasst das Halbleiterlaserelement 100 die Nitridhalbleiterstruktur 10 mit der lichtemissionsseitigen Oberfläche 10a und der lichtreflexionsseitigen Oberfläche 10b, den emissionsseitigen Spiegel 50, der auf der lichtemissionsseitigen Oberfläche 10a angeordnet ist, und den reflexionsseitigen Spiegel 60, der auf der lichtreflexionsseitigen Oberfläche 10b angeordnet ist. Der emissionsseitige Spiegel 50 hat ein Reflexionsgrad, das niedriger als das Reflexionsgrad des reflexionsseitigen Spiegels 60 ist und entsprechend einer Zunahme der Wellenlänge in einem Wellenlängenbereich mit einer Breite von 10 nm bis 30 nm, der die tatsächlichen Emissionswellenlänge λa einschließt, zunimmt. Der emissionsseitige Spiegel 50 kann wie oben beschrieben einen λ/4-Film und einen Nicht-λ/4-Film enthalten. Der λ/4-Fiim und der Nicht-λ/4-Film können auf der Grundlage der tatsächlichen Emissionswellenlänge λa des Halbleiterlaserelements 100 bestimmt werden. Das heißt, wenn A eine Wellenlänge in einem Wellenlängenbereich mit einer Breite von 10 nm bis 30 nm einschließlich der tatsächlichen Emissionswellenlänge λa ist, kann sich der λ/4-Film auf einen Film mit einer Dicke, die im Wesentlichen ein ganzzahliges Vielfaches von λ/4n ist, beziehen und der Nicht-λ / 4-Film kann sich auf einen Film mit einer Dicke, die sich wesentlich von einem ganzzahligen Vielfachen von λ/4 nm unterscheidet, beziehen.
Im Hinblick auf die Möglichkeit, dass die Emissionswellenlänge von einem Zielwert abweicht, ermöglicht der emissionsseitige Spiegel 50 mit einem Reflexionsgrad, der entsprechend einer Abnahme der Lichtemissionseffizienz der Nitridhalbleiterstruktur 10 zunimmt, eine Verringerung der Abweichung der Schwellenstromstärke von einem Zielwert. Je länger die Wellenlänge ist, desto wahrnehmbarer ist die Verringerung der Lichtemissionseffizienz. Daher kann eine solche Konfiguration für das Halbleiterlaserelement 100 mit einer Emissionswellenlänge in einem Bereich von 515 bis 540 nm effektiver sein.
Wie in 7 gezeigt ist beispielsweise der Steg 13a an der oberen Seite der p-seitigen Halbleiterschicht 13 bereitgestellt. Ein Abschnitt der aktiven Schicht 12 direkt unter dem Steg 13a und seiner Umgebung ist ein optischer Wellenleiterbereich. Ein Isolierfilm 70 kann auf der oberen Oberfläche der p-seitigen Halbleiterschicht 14 anschließend an den Steg 13a angeordnet sein. Der Isolierfilm 70 kann beispielsweise ein einzelner Film oder ein geschichteter Film aus einem Oxid oder Nitrid von Si, AI, Zr, Ti, Nb, Ta oder dergleichen sein. Der Steg 13a wird vor dem Schritt S202 zum Ausbilden des emissionsseitigen Spiegels und dem Schritt S204 zum Ausbilden des reflexionsseitigen Spiegels ausgebildet. Das heißt, in dem Schritt S100 zum Bereitstellen einer Nitridhalbleiterstruktur wird die Nitridhalbleiterstruktur 10, bei der der Steg 13a ausgebildet ist, bereitgestellt. In ähnlicher Weise kann der Isolierfilm 70 vor dem Schritt S202 zum Ausbilden des emissionsseitigen Spiegels und dem Schritt S204 zum Ausbilden des reflexionsseitigen Spiegels ausgebildet werden.
Beispiel
Als ein Beispiel wurde ein Halbleiterlaserelement 100 wie unten beschrieben vorbereitet.
Ein GaN-Substrat, in dem eine c-Ebene eine Wachstumsebene ist, wurde als ein Basiselement 20 bereitgestellt, und eine n-seitige Halbleiterschicht 11, die einen GaN-basierten Halbleiter enthält, eine aktive Schicht und eine p-seitige Halbleiterschicht wurden auf dem Basiselement 20 ausgebildet. Die Zusammensetzung, die Dicke und dergleichen jeder dieser Halbleiterschichten wurden so gewählt, dass das zu erhaltende Halbleiterlaserelement 100 eine Emissionswellenlänge von 520 nm aufwies. Das heißt, eine Wellenlänge λο, die ein Zielwert einer Emissionswellenlänge ist, war 520 nm. Ein Teil der p-seitigen Halbleiterschicht 13 wurde entfernt, um einen Steg 13a zu bilden. Ferner wurden ein Isolierfilm 70, der die obere Oberfläche einer p-seitigen Halbleiterschicht 14 auf beiden Seiten des Stegs 13a bedeckt, eine p-Elektrode 41, die mit der oberen Oberfläche des Stegs 13a in Kontakt steht, eine p-seitige Anschlussflächenelektrode 42, die mit der p-Elektrode 41 in Kontakt steht, und eine n-Elektrode 30, die mit der unteren Oberfläche des Basiselements 20 in Kontakt steht, ausgebildet.
Ein auf diese Weise erhaltener Wafer wurde in mehrere riegelförmige kleine Stücke geteilt. Jedes kleine Stück hatte eine Größe, die mehrere Stege 13a ermöglichte. Schnittflächen jedes kleinen Stücks, die einander zugewandt sind, dienten jeweils als eine lichtemissionsseitige Oberfläche 10a und eine lichtreflexionsseitige Oberfläche 10b. Ein emissionsseitiger Spiegel 50 wurde auf der lichtemissionsseitigen Oberfläche 10a ausgebildet und ein reflexionsseitiger Spiegel 60 wurde auf der lichtreflexionsseitigen Oberfläche 10b ausgebildet. Der emissionsseitige Spiegel 50 wurde durch Stapeln eines Al₂O₃-Films 51a mit einer Dicke von 79 nm, eines ZrO₂-Films 52 mit einer Dicke von 59 nm, eines Al₂O₃-Films 51b mit einer Dicke von 79 nm, eines ZrO₂-Films 52 mit einer Dicke von 59 nm, eines Al₂O₃-Films 51b mit einer Dicke von 79 nm, eines ZrO₂-Films 52 mit einer Dicke von 59 nm und eines Al₂O₃-Films 53 mit einer Dicke von 180 nm in dieser Reihenfolge von der lichtemissionsseitigen Oberfläche 10a aus gebildet. Das heißt, in dem vorliegenden Beispiel war der letzte Film des emissionsseitigen Spiegels 50 ein Film, der dicker als ein λ/4-Film war. Die Dicke jedes dieser Filme ist ein vorbestimmter Wert. Die Wellenlängenabhängigkeit des Reflexionsgrads des emissionsseitigen Spiegels 50, die unter Verwendung dieser vorbestimmten Werte berechnet wird, ist in 4 gezeigt. Zusätzlich wurde der reflexionsseitige Spiegel 60 durch Stapeln eines Al₂O₃-Films mit einer Dicke von 158 nm, eines Ta₂O₅-Films mit einer Dicke von 61 nm, sechs Paaren aus einem SiO₂-Film mit einer Dicke von 87 nm und einem Ta₂O₅-Film mit einer Dicke von 61 nm und eines SiO₂-Films mit einer Dicke von 174 nm in dieser Reihenfolge von der lichtreflexionsseitigen Oberfläche 10b aus gebildet. Der Reflexionsgrad des reflexionsseitigen Spiegels 60, der unter Verwendung dieser vorbestimmten Werte berechnet wurde, betrug etwa 97 % in einem Wellenlängenbereich von 500 bis 550 nm.
Jedes der kleinen Stücke, auf denen der emissionsseitige Spiegel 50 und der reflexionsseitige Spiegel 60 angeordnet waren, wurde für jeden Steg 13a geteilt, um das Halbleiterlaserelement 100 mit einem einzelnen Steg 13a zu erhalten. In Bezug auf jedes von ungefähr 1560 Halbleiterlaserelementen 100, die aus einem einzelnen Wafer erhalten wurden, wurden die Emissionswellenlänge und die Schwellenstromstärke gemessen. In Bezug auf die erhaltenen Schwellenstromwerte wurde ein Durchschnittswert von Schwellenstromstärken bei einer Emissionswellenlänge von 520 nm ± 1 nm berechnet und die Schwellenstromstärken wurden unter Verwendung des Durchschnittswerts normiert. Das heißt, der Wert jeder Schwellenstromstärke wurde durch den Durchschnittswert geteilt. Die Ergebnisse davon sind in 8 gezeigt. 8 ist ein Graph, in dem die normierten Schwellenstromstärken aufgetragen sind und eine geeignete Kurve gezeigt ist. In 8 sind die Werte der Schwellenstromstärke in dem vorliegenden Beispiel jeweils durch einen Kreis angezeigt und eine Näherungskurve ist durch eine durchgezogene Linie angezeigt. Die Emissionswellenlänge war in einem Bereich von 513 bis 525 nm verteilt.
Vergleichsbeispiel 1
In Vergleichsbeispiel 1 wurde ein Halbleiterlaserelement auf die gleiche Weise wie in dem Beispiel hergestellt, mit der Ausnahme, dass der vorbestimmte Wert der Dicke des Al₂O₃-Films 53, der der letzte Film des emissionsseitigen Spiegels 50 war, 158 nm betrug. Das heißt, im Vergleichsbeispiel 1 war der letzte Film des emissionsseitigen Spiegels 50 ein A/4-Film. 5 zeigt die Wellenlängenabhängigkeit des Reflexionsgrads des emissionsseitigen Spiegels 50, wie er unter Verwendung dieses eingestellten Werts berechnet wurde. Für jedes der 1870 Halbleiterlaserelemente des Vergleichsbeispiels 1, die aus einem einzelnen Wafer erhalten wurden, wurden die Emissionswellenlänge und die Schwellenstromstärke gemessen. 8 zeigt ein Ergebnis der Normierung der erhaltenen Werte von Schwellenstromstärken unter Verwendung eines Durchschnittswerts der Schwellenstromstärken bei einer Emissionswellenlänge von 520 nm ± 1 nm. In 8 sind die Werte der Schwellenstromstärken in Vergleichsbeispiel 1 jeweils mit × angezeigt und eine Näherungskurve ist durch eine gestrichelte Linie angezeigt. Die Emissionswellenlänge war in einem Bereich von 513 bis 527 nm verteilt.
Vergleichsbeispiel 2
In Vergleichsbeispiel 2 wurde ein Halbleiterlaserelement auf die gleiche Weise wie in dem Beispiel hergestellt, mit der Ausnahme, dass der vorbestimmte Wert der Dicke des Al₂O₃-Films 53, der der letzte Film des emissionsseitigen Spiegels 50 war, 130 nm betrug. Das heißt, in dem Vergleichsbeispiel 2 war der letzte Film des emissionsseitigen Spiegels 50 ein dünnerer Film als ein λ/4-Film. 6 zeigt die Wellenlängenabhängigkeit des Reflexionsgrads des emissionsseitigen Spiegels 50, die unter Verwendung der vorbestimmten Dicke berechnet ist. Für jedes der 1750 Halbleiterlaserelemente des Vergleichsbeispiels 2, die aus einem einzelnen Wafer erhalten wurden, wurden die Emissionswellenlänge und die Schwellenstromstärke gemessen. 8 zeigt Ergebnisse der Normierung der erhaltenen Schwellenstromstärken unter Verwendung eines Durchschnittswerts der Schwellenstromstärken bei einer Emissionswellenlänge von 520 nm ± 1 nm. In 8 sind die Werte in Vergleichsbeispiel 2 jeweils durch ein Dreieck angezeigt und eine Näherungskurve ist durch eine gestrichelte Linie mit weiteren Intervallen als in Vergleichsbeispiel 1 angezeigt. Die Emissionswellenlänge war in einem Bereich von 513 bis 525 nm verteilt.
Wie in 8 gezeigt waren Variationen der Schwellenstromstärke des Halbleiterlaserelements 100 des Beispiels kleiner als Variationen der Schwellenstromstärke des Halbleiterlaserelements aus jedem der Vergleichsbeispiele 1 und 2. Drei Gleichungen (1), (2) und (3) in 8 sind die Gleichungen der Näherungskurven in dem Beispiel, dem Vergleichsbeispiel 1 bzw. dem Vergleichsbeispiel 2.
Zusätzlich wurden ein Halbleiterlaserelement mit einer Emissionswellenlänge von 520 nm und ein Halbleiterlaserelement mit einer Emissionswellenlänge von 525 nm jeweils aus dem Beispiel und den Vergleichsbeispielen 1 und 2 ausgewählt und die optischen Ausgabe jedes der Halbleiterlaserelemente wurde gemessen, während die Stromstärke geändert wurde. Die Messung wurde jeweils bei Gehäusetemperaturen T_c von 25 °C und 85 °C durchgeführt. Die Ergebnisse davon sind in 9 und 10 gezeigt. 9 zeigt Ergebnisse des Halbleiterlaserelements bei einer Emissionswellenlänge von 520 nm und 10 zeigt Ergebnisse des Halbleiterlaserelements bei einer Emissionswellenlänge von 525 nm. In den 9 und 10 sind die Ergebnisse in dem Beispiel jeweils durch eine durchgezogene Linie angezeigt, die Ergebnisse in Vergleichsbeispiel 1 jeweils durch eine gestrichelte Linie angezeigt, und die Ergebnisse in Vergleichsbeispiel 2 jeweils durch eine gestrichelte Linie mit breiteren Intervallen als denjenigen in Vergleichsbeispiel 1 angezeigt. Wie in 9 und 10 gezeigt war die optische Ausgabe des Halbleiterlaserelements mit der Emissionswellenlänge von 520 nm, das eine Struktur gemäß dem Vergleichsbeispiel 2 aufwies, ähnlich oder höher als die jeweilige optische Ausgabe von denjenigen mit der Emissionswellenlänge von 520 nm, die Strukturen gemäß dem Beispiel und Vergleichsbeispiel 1 aufwiesen, aber die optische Ausgabe des Halbleiterlaserelements mit der Emissionswellenlänge von 525 nm, das eine Struktur gemäß dem Vergleichsbeispiel 2 aufwies, war niedriger als die jeweilige optische Ausgabe von denjenigen mit der Emissionswellenlänge von 520 nm, die Strukturen gemäß dem Beispiel und Vergleichsbeispiel 1 aufwiesen. Insbesondere war eine Differenz in der optischen Ausgabe zwischen dem Vergleichsbeispiel 2 und jeweils dem Beispiel und dem Vergleichsbeispiel 1 größer, wenn die Gehäusetemperatur Tc 85 °C betrug. Wie in 8 gezeigt ist in Vergleichsbeispiel 2 die Wellenlängenabhängigkeit der Schwellenstromstärke im Vergleich mit dem Beispiel und dem Vergleichsbeispiel 1 höher, d. h. das Verhältnis einer Zunahme der Schwellenstromstärke zu einer Zunahme der Wellenlänge ist im Vergleich zu dem Beispiel und dem Vergleichsbeispiel 1 tendenziell höher. Es wird somit in Betracht gezogen, dass in einem Halbleiterlaserelement mit einer langen Emissionswellenlänge von beispielsweise 525 nm oder mehr die optische Ausgabe aufgrund einer hohen Schwellenstromstärke reduziert ist. Daher kann der Grad der Verringerung der optischen Ausgabe in einer Hochtemperaturatmosphäre in dem Beispiel stärker reduziert werden als in Vergleichsbeispiel 2.
Bezugszeichenliste

100: Halbleiterlaserelement
10: Nitridhalbleiterstruktur
10a: Lichtemissionsseitige Oberfläche
10b: Lichtreflexionsseitige Oberfläche
11: n-seitige Halbleiterschicht
12: Aktive Schicht
13: p-seitige Halbleiterschicht
13a: Steg
20: Basiselement
30: n-Elektrode
41: p-Elektrode
42: p-seitige Anschlussflächenelektrode
50: Emissionsseitiger Spiegel
51a, 51b: Al₂O₃-Film (λ/4-Film)
52: ZrO₂-Film (λ/4-Film)
53: Al₂O₃-Film (Nicht-λ/4-Film)
60: Reflexionsseitiger Spiegel
70: Isolierfilm

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterlaserelements (100), wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen (S100) einer Nitridhalbleiterstruktur (10) mit einer Zielemissionswellenlänge λo, wobei die Nitridhalbleiterstruktur (10) eine lichtemissionsseitige Oberfläche (10a) und eine lichtreflexionsseitige Oberfläche (10b) aufweist; Ausbilden (S202) eines emissionsseitigen Spiegels (50) auf der lichtemissionsseitigen Oberfläche (10a); und Ausbilden (S204) eines reflexionsseitigen Spiegels (60) auf der lichtreflexionsseitigen Oberfläche (10b), wobei das Halbleiterlaserelement (100) eine tatsächliche Emissionswellenlänge Aa aufweist, die 500 nm oder mehr und 540 nm oder weniger beträgt und in einem Bereich λo ± X nm liegt (5 ≤ X ≤ 15), wobei im Bereich λo ± X nm, ein Reflexionsgrad des emissionsseitigen Spiegels (50) niedriger als ein Reflexionsgrad des reflexionsseitigen Spiegels (60) ist, und gemäß einer Zunahme der Wellenlänge zunimmt, wobei sich im Bereich λo ± X nm, der Reflexionsgrad des emissionsseitigen Spiegels (50) für jeweils 10 nm Zunahme der Wellenlänge um 10 % oder weniger ändert, wobei der reflexionsseitige Spiegel (60) einen Reflexionsgrad aufweist, bei dem ein Änderungsbetrag gemäß einer Zunahme der Wellenlänge im Bereich λo ± X nm kleiner ist als ein Änderungsbetrag eines Reflexionsgrads des emissionsseitigen Spiegels (50) gemäß einer Zunahme der Wellenlänge im Bereich λo ± X nm, und wobei: der emissionsseitige Spiegel (50) so ausgebildet wird, dass er eine geschichtete Struktur umfasst, in der zwei oder mehr Filme mit unterschiedlichen Brechungsindizes gestapelt sind, wobei die zwei oder mehr Filme umfassen: einen oder mehrere λ/4-Filme mit einer jeweiligen Dicke, die im Wesentlichen ein ganzzahliges Vielfaches von Ao/4n ist, und mindestens einen Nicht-λ/4-Film mit einer Dicke, die sich wesentlich von einem ganzzahligen Vielfachen von λο/4n unterscheidet, wobei n ein Brechungsindex jedes Films ist.
Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterlaserelements (100) nach Anspruch 1, wobei die Anzahl der λ/4-Filme in dem emissionsseitigen Spiegel (50) größer ist als die Anzahl der Nicht-λ4-Filme in dem emissionsseitigen Spiegel (50).
Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterlaserelements (100) nach Anspruch 2, wobei der emissionsseitige Spiegel (50) einen einzigen Nicht-A/4-Film enthält.
Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterlaserelements (100) nach Anspruch 3, wobei der Nicht-λ/4-Film ein äußerster Film des emissionsseitigen Spiegels (50) ist.
Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterlaserelements (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der emissionsseitige Spiegel (50) einen Reflexionsgrad aufweist, der sich für jede Zunahme der Wellenlänge um 10 nm im Bereich λo ± X nm um 2 % oder mehr ändert.
Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterlaserelements (100) nach Anspruch 5, wobei der reflexionsseitige Spiegel (60) im Bereich λo ± X nm einen im Wesentlichen konstanten Reflexionsgrad aufweist.
Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterlaserelements (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei X 15 ist.
Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterlaserelements (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die tatsächliche Emissionswellenlänge Aa in einem Bereich von 515 nm bis 540 nm liegt.
Halbleiterlaserelement (100) mit einer Emissionswellenlänge von 500 nm oder mehr und 540 nm oder weniger, wobei das Halbleiterlaserelement umfasst: eine Nitridhalbleiterstruktur (10) mit einer lichtemissionsseitigen Oberfläche (10a) und einer lichtreflexionsseitigen Oberfläche (10b); einen emissionsseitigen Spiegel (50), der auf der lichtemissionsseitigen Oberfläche (10a) angeordnet ist; einen reflexionsseitigen Spiegel (60), der auf der lichtreflexionsseitigen Oberfläche (10b) angeordnet ist, wobei in einem Wellenlängenbereich, der eine Breite von 10 nm bis 30 nm aufweist und die tatsächliche Emissionswellenlänge Aa einschließt, ein Reflexionsgrad des emissionsseitigen Spiegels (50) niedriger als ein Reflexionsgrad des reflexionsseitigen Spiegels (60) ist und gemäß einer Zunahme der Wellenlänge zunimmt, wobei in dem Wellenlängenbereich, der eine Breite von 10 nm bis 30 nm aufweist, der Reflexionsgrad des emissionsseitigen Spiegels (50) sich für jeweils 10 nm Zunahme der Wellenlänge um 10 % oder weniger ändert, wobei der reflexionsseitige Spiegel (60) einen Reflexionsgrad aufweist, bei dem ein Änderungsbetrag gemäß einer Zunahme der Wellenlänge in dem Wellenlängenbereich, der eine Breite von 10 nm bis 30 nm aufweist, kleiner ist als ein Änderungsbetrag eines Reflexionsgrads des emissionsseitigen Spiegels (50) gemäß einer Zunahme der Wellenlänge in dem Wellenlängenbereich, der eine Breite von 10 nm bis 30 nm aufweist, und wobei: der emissionsseitige Spiegel (50) eine geschichtete Struktur umfasst, in der zwei oder mehr Filme mit unterschiedlichen Brechungsindizes gestapelt sind, wobei die zwei oder mehr Filme umfassen: einen oder mehrere λ/4-Filme mit einer jeweiligen Dicke, die im Wesentlichen ein ganzzahliges Vielfaches von λ/4n ist, und mindestens einen Nicht-λ/4-Film mit einer Dicke, die sich wesentlich von einem ganzzahligen Vielfachen von λ/4n unterscheidet, wobei λ eine Wellenlänge innerhalb des Wellenlängenbereichs ist und n ein Brechungsindex jedes Films ist.
Halbleiterlaserelement (100) nach Anspruch 9, wobei der emissionsseitige Spiegel (50) einen einzigen Nicht-λ/4-Film enthält.
Halbleiterlaserelement (100) nach Anspruch 10, wobei der Nicht-A/4-Film ein äußerster Film des emissionsseitigen Spiegels (50) ist.
Halbleiterlaserelement (100) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei der emissionsseitige Spiegel (50) einen Reflexionsgrad aufweist, der sich für jede Zunahme der Wellenlänge um 10 nm in dem Wellenlängenbereich um 2 % oder mehr ändert.
Halbleiterlaserelement (100) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei der reflexionsseitige Spiegel (60) in dem Wellenlängenbereich einen im Wesentlichen konstanten Reflexionsgrad aufweist.
Halbleiterlaserelement (100) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die tatsächliche Emissionswellenlänge Aa in einem Bereich von 515 nm bis 540 nm liegt.