(57)【要約】      （修正有）【課題】駆動初期においても有機物の分解が行われ、半導体レーザダイオードの共振器端面に有機物が付着せず、工程の管理を簡略化できる半導体レーザダイオードの構成を提供する。【解決手段】半導体レーザダイオード２０は支持体２１にマウント部２３が立設され、当該マウント部２３には半導体レーザダイオードチップ１５（図面ではＬＤチップ）がマウントされている。キャップ２４には窓２５が形成されており、半導体レーザダイオードチップ１５で生成されたレーザ光は当該窓２５から外部に放出される。この半導体レーザダイオードチップ１５の光出力側の共振器端面には光学薄膜層１６及び光触媒層１７が形成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザダイオードチップと、該半導体レーザダイオードチップの筺体とからなる半導体レーザダイオードであって、
前記半導体レーザダイオードチップの共振器端面に形成され、光により活性化される光触媒層を有する、ことを特徴とする半導体レーザダイオード。
【請求項２】
前記光触媒層は、前記半導体レーザダイオードチップから放出された光により活性化されることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザダイオード。
【請求項３】
前記共振器端面と前記光触媒層との間に、反射率を制御する光学薄膜層を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体レーザダイオード。
【請求項４】
前記光学薄膜層は、Ａｌ２Ｏ３で形成されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザダイオード。
【請求項５】
前記光触媒層は、ＴｉＯ２−ＸＮＸから成ることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の半導体レーザダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザダイオードに関し、更に詳しくは半導体レーザダイオードチップの共振器端面の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開２０００−１６４９６７号公報
【特許文献２】特開２００４−１４６４９６号公報  従来、半導体レーザダイオードは筺体内に不活性ガスにより封入され、支持体のマウント部に半導体レーザダイオードチップがマウントされ、該半導体レーザダイオードをカバーするキャップが支持体に固定される構造である。キャップには窓が形成され、半導体レーザダイオードから放出されたレーザ光はこの窓から外部に放出される。（特許文献１を参照）  しかし、この半導体レーザダイオードは筺体内に不活性ガスにより封入されるが、筺体を形成する支持体、キャップや半導体レーザダイオードの汚れにより筺体内に微量の有機物が存在している。この有機物が半導体レーザダイオードの共振器の端面に堆積し、共振器の端面が損傷する場合があると考えられ、筺体のキャップに光触媒を塗布し筺体内の有機物を分解することを提案している。（特許文献２を参照）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、前記従来の半導体レーザでは、有機物の分解は行われるが、駆動初期には筺体に塗布された光触媒が完全に有機物を分解していないため、ごく少量の有機物が半導体レーザダイオードの共振器の端面に付着することにより端面の微細な損傷が発生し、信頼性が低下する場合があった。
【０００４】
また、通常使用される光触媒のＴｉＯ２は、紫外線には十分な活性を示すが、窒化ガリウム系化合物半導体レーザダイオードの発光波長（例えば４０５nm）や、通常の可視光の半導体レーザダイオードでは、十分な活性が得られず、有機物を十分に分解できない場合があった。特に、通常使用されている光触媒のＴｉＯ２は、粒子状の結晶を塗布するものであり、半導体レーザダイオードの共振端面にはその出力に影響するため塗布することは困難であった。
【０００５】
そのため、筺体を形成する支持体、キャップや半導体レーザダイオードの汚れをできるだけなくすため、工程の管理に多大な時間を要していた。
【０００６】
本発明は、このような問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、駆動初期においても、有機物の分解が行われ、半導体レーザダイオードの共振器端面に有機物が付着せず、工程の管理を簡略化できる半導体レーザダイオードの構成を提供する。
【０００７】
また、半導体レーザダイオードの発光波長に対し十分に活性化する光触媒を用いることにより信頼性の向上を図る。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、半導体レーザダイオードチップと、該半導体レーザダイオードチップの筺体とからなる半導体レーザダイオードであって、前記半導体レーザダイオードチップの共振器端面に形成され、光により活性化される光触媒層を有する、ことを特徴とする半導体レーザダイオードである。
【０００９】
この構成によれば、光により共振器端面に設けられた光触媒層が活性化され、半導体レーザダイオードの周囲に浮遊する有機物が分解され、共振器端面に付着することを防ぐことができる。なお、この光は半導体レーザダイオードから放出された光でもよく外部から照射された光であってもよい。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載した発明において、前記光触媒層は、前記半導体レーザダイオードチップから放出された光により活性化されることを特徴とする半導体レーザダイオードである。
【００１１】
この構成によれば、半導体レーザダイオードチップの共振器端面の光触媒層上に有機物が付着していたとしても、半導体レーザダイオードチップから放出された光により、有機物は分解される。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記共振器端面と前記光触媒との間に、反射率を制御する光学薄膜層を有することを特徴とする半導体レーザダイオードである。
【００１３】
この構成によれば、共振器端面の光学薄膜層上に光触媒層を形成しているので、半導体レーザダイオードの反射率を、半導体レーザダイオードの駆動領域での効率を向上させるように設定することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記光学薄膜層は、Ａｌ２Ｏ３で形成されていることを特徴とする半導体レーザダイオードである。
【００１５】
この構成によれば、光学薄膜層がＡｌ２Ｏ３で形成されているため共振端面の反射率を低くすることができ、高出力の半導体レーザダイオードの駆動領域での効率を向上させることができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４に記載の発明において、光触媒層は、ＴｉＯ２−ＸNXから成ることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の半導体レーザダイオードである。
【００１７】
この構成によれば、光触媒層をＴｉＯ2-XＮXにより形成しているので、半導体レーザダイオードの発光波長に対し効率よく活性化させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、半導体レーザダイオードの駆動初期においても共振器端面に設けられた光触媒層及び半導体レーザダイオードから放出された光又は外部から照射された光により、半導体レーザダイオード周囲の有機物が分解され、共振器端面に付着することがない。そのため、半導体レーザ代オードの信頼性を低下させることがなく、工程の管理を簡略化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、この発明の各要素について詳細に説明をする。
【００２０】
（半導体レーザダイオードの半導体層構成・タイプ）
半導体レーザダイオードの層構成は一般的に、基板、ｎコンタクト層、ｎクラッド層、ｎガイド層、ＭＱＷ層、ｐガイド層、ｐコンタクト層を順次積層した構成である。半導体レーザダイオードのタイプは特に限定されるものではなく、電極ストライプタイプ、メサストライプタイプ、ヘテロアイソレーションタイプ等の利得導波型ストライプタイプレーザや埋込みヘテロタイプ、ＣＳＰタイプ、リブガイドタイプ等の造り付け導波ストライプタイプレーザを挙げることができる。
【００２１】
III族窒化物系化合物半導体により半導体レーザダイオードを形成した場合には、比較的短波長のレーザ光を生成することができる。かかる半導体レーザダイオードの場合、光のエネルギーが高く、またチップ自体が熱を持ちやすいのでその端面に有機物が付着しやすかった。
【００２２】
ここに、III族窒化物系化合物半導体は、一般式としてＡｌＸＧａＹＩｎ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）で表され、ＡｌＮ、ＧａＮ及びＩｎＮのいわゆる２元系、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ、ＡｌＸＩｎ１−ＸＮ及びＧａＸＩｎ１−ＸＮ（以上において０＜ｘ＜１）のいわゆる３元系を包含する。
【００２３】
III族元素の少なくとも一部をボロン（Ｂ）、タリウム（Ｔｌ）等で置換しても良く、また、窒素（Ｎ）の少なくとも一部もリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等で置換できる。
【００２４】
III族窒化物系化合物半導体は任意のドーパントを含むものであっても良い。ｎ型不純物として、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、カーボン（Ｃ）等を用いることができる。ｐ型不純物として、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、ベリリウム（Ｂｅ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）等を用いることができる。なお、ｐ型不純物をドープした後にIII族窒化物系化合物半導体を電子線照射、プラズマ照射若しくは炉等による加熱にさらすことができるが必須ではない。
【００２５】
Ｖ族元素としてＰ（リン）やＡｓ（ヒ素）等を用いたIII-Ｖ族化合物半導体により半導体レーザダイオードを形成した場合には比較的長波長の光を生成することができる。
III族元素はＧａ（ガリウム）、Ｉｎ（インジウム）、Ａｌ（アルミニウム）などから任意に選択することができる。即ち、III-Ｖ族化合物半導体層は一般式としてＡｌＸＧａＹＩｎ１−Ｘ−ＹＶ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１、Ｖ：Ｖ族元素）で表され、ＡｌＶ、ＧａＶ及びＩｎＶのいわゆる２元系、ＡｌＸＧａ１−ＸＶ、ＡｌＸＩｎ１−ＸＶ及びＧａＸＩｎ１−ＸＶ（以上において０＜Ｘ＜１）のいわゆる３元系を包含する。III族元素の少なくとも一部をボロン（Ｂ）、タリウム（Ｔｌ）等で置換しても良く、また、ＶはＡｓやＰのほかにその少なくとも一部も窒素（Ｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等で置換できる。
III-Ｖ族化合物半導体層は任意のドーパントを含むものであっても良い。ｎ型不純物として、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、カーボン（Ｃ）等を用いることができる。ｐ型不純物として、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、ベリリウム（Ｂｅ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）等を用いることができる。
これら半導体層は周知の成膜方法で形成することができる。例えば、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）のほか、分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）、ハライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）、スパッタ法、イオンプレーティング法、液相成長法を用いることができる。
（筺体）
かかる半導体レーザダイオードは気密な筐体内に配置される。実施例の筐体はマウント部を有する支持体とキャップから構成され、当該マウント部へ半導体レーザダイオードがマウントされ、更にリードへ電気的に接続される。
キャップには窓が設けられ、半導体レーザダイオードから発振されたレーザ光はこの窓を通過して外部へ放出される。窓はガラス等、少なくともレーザ光を透過させる光透過性材料で形成される。窓の形状は任意に選択することができる。
筐体の形状は任意に選択でき、汎用的な筐体をそのまま用いることができる。
筐体の材質も特に限定されないが、アルミ合金、鉄合金等の金属材料若しくは樹脂材料を用いることができる。
（光学薄膜層）
半導体レーザダイオードの光を出力する側の共振端面に設けられる光学薄膜層は、共振端面の反射率を低下させる材質、膜厚に設定される。この材質は、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２などを用いることができる。その膜厚は、共振端面の半導体層の屈折率と光学薄膜の屈折率のより決定される。通常は、４０〜２００ｎｍに設定される。
（光触媒層）
光触媒層は半導体レーザダイオードから放出された光により活性化されて半導体レーザダイオードチップの共振端面に付着してくる有機物を分解できるものであればよい。つまり、光触媒層は半導体レーザダイオードから放出される光の波長に応じて適宜選択される。例えば短波長光（例えば４０５ｎｍの波長光）を放出するIII族窒化物系化合物半導体からなる半導体レーザダイオードに対応する光触媒層としては、ルチル型の酸化チタンが好ましい。更に好ましくは、ＴｉＯ２に窒素をドープしたＴｉＯ２−ＸＮＸが好ましい。また、助触媒としてこれに貴金属を担持させることもできる。
この光触媒層の膜厚は、１０〜１５０ｎｍ、好ましくは５０〜１２０ｎｍ、更に好ましくは７０〜１００ｎｍが良い。この膜厚は、光触媒として機能させるための再結晶化に必要な膜厚（厚いほうが良い）及び、半導体レーザダイオードの光の吸収量（薄いほうが良い）により決定される。
この光触媒層は実施例では半導体レーザダイオードの共振器端面に形成しているが、半導体レーザダイオードの全体に形成してもよく、また、パッケージ内において半導体レーザダイオードから放出された光が照射される部分に更に形成してもよい。例えば、パッケージ内周面、支持体やマウント部に光触媒を形成してもよい。この場合、当該部分の光触媒へ光が効率よく到達するようにキャップの内面を鏡面とすることができる。
以下、この発明の実施例について説明する。
半導体レーザダイオードチップの例を図１に示す。
図１の各層のスペックは次の通りである。
層        ：  組成
保護膜１０          ：  ＳｉＯ２
第３のｐ型層９      ：  ＧａＮ：Ｍｇ
第２のｐ型層８      ：  ＡｌＧａＮ：Ｍｇ
第１のｐ型層７      ：  ＧａＮ：Ｍｇ
ＭＱＷ層６          ：  ＩｎＧａＮ／ＧａＮ
第３のｎ型層５      ：  ＧａＮ：Ｓｉ
第２のｎ型層４      ：  ＡｌＧａＮ：Ｓｉ
第１のｎ型層３      ：  ＧａＮ：Ｓｉ
バッファ層２        ：  ＡｌＮ
基板１              ：  サファイア
上記において、第１のｎ型層３はｎ型コンタクト層、第２のｎ型層４はｎ型クラッド層、第３のｎ型層５はｎ型ガイド層、ＭＱＷ層６は発光層、第１のｐ型層７はｐ型ガイド層、第２のｐ型層８はｎ型クラッド層、第３のｐ型層９はｎ型コンタクト層としてそれぞれ機能する。
上記においてバッファ層の材料としてＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮ等を用いることができる。さらに基板とバッファ層は半導体素子形成後に、必要に応じて、除去することもできる。
ここでｎ型層３、４、５にはＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ若しくはＡｌＩｎＧａＮを用いることができる。
また、ｎ型層３、４、５にはｎ型不純物としてＳｉをドープしたが、このほかにｎ型不純物として、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ等を用いることもできる。
ＭＱＷ層６にはＩｎＧａＮ／ＧａＮの多重量子井戸構造の他、ＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＩｎＮ等の多重量子井戸構造を採用することができる。量子井戸層の数は５〜３０とすることが好ましい。
ｐ型層７、８、９はＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ又はＩｎＡｌＧａＮとすることもできる、また、ｐ型不純物としてはＭｇの代わりにＺｎ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａを用いることもできる。ｐ型不純物の導入後に、電子線照射、炉による加熱、プラズマ照射等の周知の方法により低抵抗化することも可能である。
上記構成の発光素子において、第１のｎ型層３より上のIII族窒化物系化合物半導体層はＭＯＣＶＤ法の他、分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）、ハライド系気相成長法（ＨＶＰＥ法）、スパッタ法、イオンプレーティング法等の方法で形成することもできる。
ｎ電極１２はＡｌを含む材料で形成され、第３のｐ型層９を形成した後、半導体層９〜４及び第１の半導体層３の一部をエッチングにより除去し、蒸着により表出した第１のｎ型層３上に形成される。
ｐ電極１３はＮｉを含む材料で構成されており、蒸着により形成される。
図２は、半導体レーザダイオードチップのレーザ光出力側の共振端面に設けられた層構造を示す。
共振端面上には、Ａｌ２Ｏ３から成る光学薄膜層１６が８０ｎｍ、その上にＴｉＯ２−ＸＮＸから成る光触媒層１７が８０ｎｍ、順次スパッタリングにより成膜される。
その後、光触媒層を光触媒として機能させるために、窒素雰囲気中５５０℃で２時間程度熱処理（アニール）を行い、結晶化させる。なお、半導体レーザダイオードチップを４００〜９００℃の範囲内の温度で加熱しながらＴｉＯ２−ＸＮＸを形成することで、成膜後の熱処理を省略することもできるが、成膜後のアニールと比較して性能が劣る。
図３は、この実施例の半導体レーザダイオード２０の構造を示す。この半導体レーザダイオード２０は支持体２１にマウント部２３が立設され、当該マウント部２３には半導体レーザダイオードチップ１５（図面ではＬＤチップ）がマウントされている。キャップ２４には窓２５が形成されており、半導体レーザダイオードチップ１５で生成されたレーザ光は当該窓２５から外部に放出される。
キャップ２４は金属薄板からなる。なお、半導体レーザダイオードチップの保護膜１０を酸化チタンで形成してこれに光触媒作用を付与することもできる。
このように構成された実施例の半導体レーザダイオード２０によれば、半導体レーザダイオードチップ１５から放出されたレーザ光は窓２５を介して外部へ放出され、半導体レーザダイオードとしての機能を奏する。そして、半導体レーザダイオードチップ１５の発光出力側の共振器端面から出た光によりＴｉＯ２−ＸＮＸからなる光触媒層１７を活性化させる。これにより、半導体レーザダイオード２０内の有機物２９を酸化分解する。よって、半導体レーザダイオードチップの端面に有機物が付着することがなく、もって半導体レーザダイオードチップひいては半導体レーザダイオードの寿命及び信頼性が向上する。
なお、図４に示す従来例では光出力側の共振器端面に光触媒層が存在しないので、半導体レーザダイオードの筐体内の共振器端面周囲の有機物が、半導体レーザダイオードチップ（図面ではＬＤチップ）の端面に付着するおそれがある。図４において図３と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は半導体レーザダイオードチップの構成を示す模式図である。
【図２】図２は図１に示す半導体レーザダイオードチップの光出力側共振器端面上の層構成を示す。
【図３】図３はこの発明の実施例の半導体レーザダイオードを示す。
【図４】図４は従来技術の半導体レーザダイオードを示す。
【符号の説明】
【００２７】
１・・・基板
２・・・バッファ層
３・・・第１のｎ型層
４・・・第２のｎ型層
５・・・第３のｎ型層
６・・・ＭＱＷ層
７・・・第１のｐ型層
８・・・第２のｐ型層
９・・・第３のｐ型層
１０・・・保護膜
１２・・・ｎ電極
１３・・・ｐ電極
１５・・・半導体レーザダイオードチップ
１６・・・光学薄膜層
１７・・・光触媒層
２０・・・半導体レーザダイオード
２１・・・支持体
２３・・・マウント部
２４・・・キャップ
２５・・・窓
２７・・・光触媒層
２９・・・有機物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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