(57)【要約】【課題】  ＧａＮなどの導電性基板を用いた半導体発光装置において、２つの電極を基板あるいはヒートシンクから浮かせたフローティング実装を可能とし、放熱特性を生かしつつ、低電圧駆動を可能とする。【解決手段】  ｎ型ＧａＮからなる基板１１とｎ側コンタクト層１３との間に、ｐ型ＧａＮ：Ｍｇ層からなる電流阻止層１２を介在させる。基板１１，電流阻止層１２およびｎ側コンタクト層１３の上下３層でｎｐｎ構造が形成され、基板１１とその上のレーザ構造とが電気的に分離される。ｐ側電極２２を上にして基板１１の裏面側をヒートシンク２８に接続させたとしても、ｎ側電極２４は、基板１１およびヒートシンク２８を介して接地されることがなく、ｐ側電極２２と共に基板１１から切り離されてフローティング状態となる。【選択図】      図１
2006060105.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の基板の一方の面に、一部露出領域を有する第１導電型層，活性層および第２導電型層をこの順に積層して構成された窒化物半導体層を備えると共に、前記第１導電型層の露出領域に対して第１電極、前記第２導電型層に対して第２電極をそれぞれ有する半導体発光素子と、
前記半導体発光素子の基板の他方の面側に接続された放熱部材と、
第２導電型の窒化物半導体により形成されると共に前記基板と第１導電型層との間に設けられ、前記第１導電型層と前記放熱部材との間を電気的に分離する電流阻止層と
を備えたことを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
前記基板は、ｎ型のＧａＮ基板またはｎ型のＳｉＣ基板である
ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光装置。
【請求項３】
前記基板は、ｎ型のＧａＮ基板であり、前記電流阻止層は不純物としてＭｇを含むｐ型ＧａＮ層である
ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光装置。
【請求項４】
第１導電型の基板の一方の面に、一部露出領域を有する第１導電型層，活性層および第２導電型層をこの順に積層して構成された窒化物半導体層を備えると共に、前記第１導電型層の露出領域に対して第１電極、前記第２導電型層に対して第２電極をそれぞれ有する半導体発光素子と、
前記半導体発光素子の基板の他方の面側に接続された放熱部材と、
絶縁材料により形成されると共に前記基板と前記放熱部材との間に介在し、前記基板と前記放熱部材との間を電気的に分離する電流阻止膜と
を備えたことを特徴とする半導体発光装置。
【請求項５】
前記電流阻止膜は、前記基板の他方の面に一体的に形成されたものである
ことを特徴とする請求項４記載の半導体発光装置。
【請求項６】
前記電流阻止膜は、窒化アルミニウム膜，酸化珪素膜または窒化珪素膜である
ことを特徴とする請求項５記載の半導体発光装置。
【請求項７】
前記電流阻止膜は、１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の厚みを有する
ことを特徴とする請求項６記載の半導体発光装置。
【請求項８】
第１導電型の基板の一方の面に、一部露出領域を有する第１導電型層，活性層および第２導電型層をこの順に積層して構成された窒化物半導体層を備えると共に、前記第１導電型層の露出領域に対して第１電極、前記第２導電型層に対して第２電極をそれぞれ有する第１の半導体発光素子と、
前記半導体発光素子の基板の他方の面側に接続された放熱部材と、
第２導電型の窒化物半導体により形成されると共に前記基板と第１導電型層との間に設けられ、前記第１導電型層と前記放熱部材との間を電気的に分離する電流阻止層と、
前記第１の半導体発光素子の上に重ね合わせて設けられた、１または２以上の発振部を有する第２の半導体発光素子と
を備えたことを特徴とする半導体発光装置。
【請求項９】
前記第１の半導体発光素子は４００ｎｍ帯、前記第２の半導体発光素子は７００ｎｍ帯および６００ｎｍ帯のビームをそれぞれ発生するレーザ素子である
ことを特徴とする請求項８記載の半導体発光装置。
【請求項１０】
前記第２の半導体発光素子は、３Ｂ族元素のうちの少なくともガリウム（Ｇａ）と５Ｂ族元素のうちの少なくともヒ素（Ａｓ）とを含む半導体層を有する
ことを特徴とする請求項８記載の半導体発光装置。
【請求項１１】
前記第２の半導体発光素子は、３Ｂ族元素のうちの少なくともインジウム（Ｉｎ）と５Ｂ族元素のうちの少なくともリン（Ｐ）とを含む半導体層を有する
ことを特徴とする請求項８記載の半導体発光装置。
【請求項１２】
第１導電型の基板の一方の面に、一部露出領域を有する第１導電型層，活性層および第２導電型層をこの順に積層して構成された窒化物半導体層を備えると共に、前記第１導電型層の露出領域に対して第１電極、前記第２導電型層に対して第２電極をそれぞれ有する第１の半導体発光素子と、
前記半導体発光素子の基板の他方の面側に接続された放熱部材と、
絶縁材料により形成されると共に前記基板と前記放熱部材との間に介在し、前記基板と前記放熱部材との間を電気的に分離する電流阻止膜と、
前記第１の半導体発光素子の上に重ね合わせて設けられた、１または２以上の発振部を有する第２の半導体発光素子と
を備えたことを特徴とする半導体発光装置。
【請求項１３】
前記第１の半導体発光素子は４００ｎｍ帯、前記第２の半導体発光素子は７００ｎｍ帯および６００ｎｍ帯のビームをそれぞれ発生するレーザ素子である
ことを特徴とする請求項１２記載の半導体発光装置。
【請求項１４】
前記第２の半導体発光素子は、３Ｂ族元素のうちの少なくともガリウム（Ｇａ）と５Ｂ族元素のうちの少なくともヒ素（Ａｓ）とを含む半導体層を有する
ことを特徴とする請求項１２記載の半導体発光装置。
【請求項１５】
前記第２の半導体発光素子は、３Ｂ族元素のうちの少なくともインジウム（Ｉｎ）と５Ｂ族元素のうちの少なくともリン（Ｐ）とを含む半導体層を有する
ことを特徴とする請求項１２記載の半導体発光装置。
【請求項１６】
光源として半導体発光装置を備えた光装置であって、
前記半導体発光装置は、
第１導電型の基板の一方の面に、一部露出領域を有する第１導電型層，活性層および第２導電型層をこの順に積層して構成された窒化物半導体層を備えると共に、前記第１導電型層の露出領域に対して第１電極、前記第２導電型層に対して第２電極をそれぞれ有する半導体発光素子と、
前記半導体発光素子の基板の他方の面側に接続された放熱部材と、
第２導電型の窒化物半導体により形成されると共に前記基板と第１導電型層との間に設けられ、前記第１導電型層と前記放熱部材との間を電気的に分離する電流阻止層とを備えている
ことを特徴とする光装置。
【請求項１７】
光源として半導体発光装置を備えた光装置であって、
前記半導体発光装置は、
第１導電型の基板の一方の面に、一部露出領域を有する第１導電型層，活性層および第２導電型層をこの順に積層して構成された窒化物半導体層を備えると共に、前記第１導電型層の露出領域に対して第１電極、前記第２導電型層に対して第２電極をそれぞれ有する半導体発光素子と、
前記半導体発光素子の基板の他方の面側に接続された放熱部材と、
絶縁材料により形成されると共に前記基板と前記放熱部材との間に介在し、前記基板と前記放熱部材との間を電気的に分離する電流阻止膜とを備えている
ことを特徴とする光装置。
【請求項１８】
光源として半導体発光装置を備えた光装置であって、
前記半導体発光装置は、
第１導電型の基板の一方の面に、一部露出領域を有する第１導電型層，活性層および第２導電型層をこの順に積層して構成された窒化物半導体層を備えると共に、前記第１導電型層の露出領域に対して第１電極、前記第２導電型層に対して第２電極をそれぞれ有する第１の半導体発光素子と、
前記半導体発光素子の基板の他方の面側に接続された放熱部材と、
第２導電型の窒化物半導体により形成されると共に前記基板と第１導電型層との間に設けられ、前記第１導電型層と前記放熱部材との間を電気的に分離する電流阻止層と、
前記第１の半導体発光素子の上に重ね合わせて設けられた、１または２以上の発振部を有する第２の半導体発光素子とを備えている
ことを特徴とする光装置。
【請求項１９】
光源として半導体発光装置を備えた光装置であって、
前記半導体発光装置は、
第１導電型の基板の一方の面に、一部露出領域を有する第１導電型層，活性層および第２導電型層をこの順に積層して構成された窒化物半導体層を備えると共に、前記第１導電型層の露出領域に対して第１電極、前記第２導電型層に対して第２電極をそれぞれ有する第１の半導体発光素子と、
前記半導体発光素子の基板の他方の面側に接続された放熱部材と、
絶縁材料により形成されると共に前記基板と前記放熱部材との間に介在し、前記基板と前記放熱部材との間を電気的に分離する電流阻止膜と
前記第１の半導体発光素子の上に重ね合わせて設けられた、１または２以上の発振部を有する第２の半導体発光素子とを備えている
ことを特徴とする光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧａＮ（窒化ガリウム）などの導電性の基板を用いた半導体発光装置、およびこれを光源として用いた光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が、その様々な特徴によって素子材料として注目されている。特に、この材料系は直接遷移型であると共に禁制帯幅が１．９ｅＶ〜６．２ｅＶにも及ぶことから、この系のみで可視領域から紫外域までの広い範囲で発光させることができ、半導体レーザ（ＬＤ；Laser Diode ）や発光ダイオード（ＬＥＤ；Light Emitting Diode）などの半導体発光素子の材料として開発が盛んに進められてきている。更に、禁制帯幅が大きいことに加え、飽和電子速度や絶縁破壊電界が高いことが期待できるために、高温動作、高速スイッチング動作、大電流動作などの点において従来のＳｉ（シリコン）系あるいはＧａＡｓ（ガリウムヒ素）系材料では原理的に動作不能な領域で動作するデバイスとしての応用も研究されている。
【０００３】
こうしたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のうち、ＧａＮ，ＡｌＧａＮあるいはＧａＩｎＮなどの窒化物系半導体は、素子への応用が進んでいる材料系であり、そうした半導体素子の基板として一般にＧａＮ基板やＳｉＣ（炭化ケイ素）基板が用いられ、これら基板上に窒化ガリウム系化合物がエピタキシャル成長される。
【０００４】
ところで、このような窒化物系半導体により形成された半導体レーザ等は、熱によって、その特性および信頼性は著しく影響を受ける。半導体レーザの駆動には、高電流密度によるジュール熱を放散（放熱）させることが重要であり、そのため、半導体レーザチップはＣｕ（銅）などの熱伝導率の高い材料により形成されたヒートシンク（放熱部材）上に装着され、これにより熱抵抗を下げ、効率よく放熱するようになっている。具体的には、ＧａＮ基板の表面に、一部露出領域を有するｎ型半導体層，活性層およびｐ型半導体層をこの順に積層すると共に、ｎ型半導体層の露出領域に対してｎ側電極、ｐ型半導体層に対してｐ側電極をそれぞれ設けて半導体レーザを作製した後、この半導体レーザを、ＧａＮ基板の裏面側が半田層を介してヒートシンク上に熱的および電気的に接続されるように固着するものである。なお、一般にこのＧａＮ基板側はヒートシンクを通じて接地される。
【特許文献１】特開２００１−２６７６９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述のＧａＮ基板は抵抗値が高いため、これを用いた半導体レーザでは駆動電圧が５ボルト（Ｖ）より高くなければ動作しない場合がある。しかし、駆動電圧が５Ｖを超えると、既存の駆動回路を適用することができず、駆動系を切り換える必要があるため、５Ｖ以下の駆動電圧で動作させることが望まれている。そのためには、ｐ側電極およびｎ側電極を、ＧａＮ基板あるいはヒートシンクから電気的に浮かして、フローティング状態とすればよい。
【０００６】
しかしながら、上記のようにＧａＮ基板の裏面側を直接ヒートシンクに半田付けすると、ＧａＮ基板自体がｎ型の導電性を示すため、ＧａＮ基板およびｎ型半導体層を通じてｎ側電極が接地され、フローティング状態にはならない。
【０００７】
なお、本発明と同様に、Ｍｇ（マグネシウム）を不純物として添加した窒化物系半導体層を備えた半導体レーザが提案されている（特許文献１）が、これは絶縁性のサファイア基板上に格子定数の異なるＧａＮ系半導体層を形成した場合の、結晶成長表面を平坦化するためのものであり、その目的および前提となる構成が異なるものである。
【０００８】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、ＧａＮ基板などの導電性基板を用いても、２つの電極を基板あるいはヒートシンクから浮かせたフローティング実装が可能であり、放熱特性が優れると共に低電圧で駆動させることのできる半導体発光装置、およびこれを用いた光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による第１の半導体発光装置は、以下の（Ａ）〜（Ｃ）の要素を備えたものであり、これにより２つの電極のフローティング実装が可能となる。
（Ａ）第１導電型の基板の一方の面に、一部露出領域を有する第１導電型層，活性層および第２導電型層をこの順に積層して構成された窒化物半導体層を備えると共に、第１導電型層の露出領域に対して第１電極、第２導電型層に対して第２電極をそれぞれ有する半導体発光素子
（Ｂ）半導体発光素子の基板の他方の面側に接続された放熱部材
（Ｃ）第２導電型の窒化物半導体により形成されると共に基板と第１導電型層との間に設けられ、第１導電型層と放熱部材との間を電気的に分離する電流阻止層
【００１０】
ここに、基板は、例えばｎ型導電性を有するＧａＮ基板であり、電流阻止層は例えば不純物としてＭｇ（マグネシウム）を含むｐ型ＧａＮ層である。
【００１１】
本発明による第２の半導体発光装置は、以下の（Ａ）〜（Ｃ）の要素を備えたものであり、これによってもフローティング実装が可能となる。
（Ａ）第１導電型の基板の一方の面に、一部露出領域を有する第１導電型層，活性層および第２導電型層をこの順に積層して構成された窒化物半導体層を備えると共に、第１導電型層の露出領域に対して第１電極、第２導電型層に対して第２電極をそれぞれ有する半導体発光素子
（Ｂ）半導体発光素子の基板の他方の面側に接続された放熱部材
（Ｃ）絶縁材料により形成されると共に基板と放熱部材との間に介在し、基板と放熱部材との間を電気的に分離する電流阻止膜
【００１２】
電流阻止膜は、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）膜，酸化珪素（ＳｉＯ2 ）膜、窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）膜などを用いることができ、その厚みは放熱性の点からできるだけ薄いものが望ましく、例えば１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の範囲とすることが望ましい。
【００１３】
本発明による第３の半導体発光装置は、上記第１の半導体発光装置において、複数の発光素子を備えた構成とし多波長発振を可能としたものであり、以下の（Ａ）〜（Ｄ）の要素を備えている。
（Ａ）第１導電型の基板の一方の面に、一部露出領域を有する第１導電型層，活性層および第２導電型層をこの順に積層して構成された窒化物半導体層を備えると共に、第１導電型層の露出領域に対して第１電極、第２導電型層に対して第２電極をそれぞれ有する第１の半導体発光素子
（Ｂ）半導体発光素子の基板の他方の面側に接続された放熱部材
（Ｃ）第２導電型の窒化物半導体により形成されると共に基板と第１導電型層との間に設けられ、第１導電型層と放熱部材との間を電気的に分離する電流阻止層
（Ｄ）第１の半導体発光素子の上に重ね合わせて設けられた、１または２以上の発振部を有する第２の半導体発光素子
【００１４】
具体的には、第１の半導体発光素子は４００ｎｍ帯、第２の発光素子は７００ｎｍ帯および６００ｎｍ帯のビームをそれぞれ発生するレーザ素子である。
【００１５】
本発明による第４の半導体発光装置は、上記第２の半導体発光装置において、複数の発光素子を備えた構成とし多波長発振を可能としたものであり、以下の（Ａ）〜（Ｄ）の要素を備えている。
（Ａ）第１導電型の基板の一方の面に、一部露出領域を有する第１導電型層，活性層および第２導電型層をこの順に積層して構成された窒化物半導体層を備えると共に、第１導電型層の露出領域に対して第１電極、第２導電型層に対して第２電極をそれぞれ有する第１の半導体発光素子
（Ｂ）半導体発光素子の基板の他方の面側に接続された放熱部材
（Ｃ）絶縁材料により形成されると共に基板と放熱部材との間に介在し、基板と放熱部材との間を電気的に分離する電流阻止膜
（Ｄ）第１の半導体発光素子の上に重ね合わせて設けられた、１または２以上の発振部を有する第２の半導体発光素子
【００１６】
また、本発明の、第１の光装置は上記第１の半導体発光装置、第２の光装置は上記第２の半導体発光装置、第３の光装置は上記第３の半導体発光装置、第４の光装置は上記第４の半導体発光装置をそれぞれ光源として用いたものである。
【００１７】
以上の第１，第３の半導体発光装置および第１，第３の光装置では、第１導電型層と放熱部材との間に第２導電型の窒化物半導体により形成された電流阻止層が設けられていることから、この電流阻止層を含む上下３層によって異なる導電型層の接合構造（電流阻止構造）が構成され、これによって第１導電型層と放熱部材との間が電気的に分離され、第１電極および第２電極がフローティング状態となる。
【００１８】
一方、第２，第４の半導体発光装置および第２，第４の光装置では、絶縁材料により形成された電流阻止膜によって、基板と放熱部材との間が熱的接続は確保しつつ電気的に分離され、これにより第１電極および第２電極がフローティング状態となる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の第１，第３の半導体発光装置または第１，第３の光装置によれば、第１導電型層と放熱部材との間に、第２導電型の窒化物半導体により形成された電流阻止層を設けるようにしたので、第１導電型層と放熱部材との間の熱的接続を確保しつつ、両者を電気的に分離させることができ、第１電極および第２電極をフローティング状態とすることができる。よって、放熱特性が優れると共に低電圧駆動が可能な半導体発光装置または光装置を提供することができる。
【００２０】
一方、本発明の第２，第４の半導体発光装置または第２，第４の光装置によれば、半導体発光素子の基板と放熱部材との間に絶縁材料により形成された電流阻止膜を設けるようにしたので、基板と放熱部材との間の熱的接続を確保しつつ、両者を電気的に分離させることができ、第１電極および第２電極をフローティング状態とすることができる。よって、放熱特性が優れると共に低電圧駆動が可能な半導体発光装置または光装置を提供することができる。                                                                    
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２２】
〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光装置の構成を表すものである。なお、図１以下の図面は模式的に表したものであり、実際の寸法、形状とは異なっている。この半導体発光装置は、窒化物半導体により構成された半導体レーザ１をヒートシンク２８上に実装したものである。なお、ここでいう窒化物半導体とは、ガリウム（Ｇａ）と窒素（Ｎ）とを含んだ窒化ガリウム系化合物のことであり、例えばＧａＮ，ＡｌＧａＮ（窒化アルミニウム・ガリウム）混晶，あるいはＡｌＧａＩｎＮ（窒化アルミニウム・ガリウム・インジウム）混晶などが挙げられる。これらは、必要に応じてＳｉ（シリコン），Ｇｅ（ゲルマニウム），Ｏ（酸素），Ｓｅ（セレン）などのＩＶ族およびＶＩ族元素からなるｎ型不純物、または、Ｍｇ（マグネシウム），Ｚｎ（亜鉛），Ｃ（炭素）などのＩＩ族およびＩＶ族元素からなるｐ型不純物を含有している。
【００２３】
この半導体レーザ１は、ｎ型の基板１１の上に、電流阻止層１２、ｎ側コンタクト層１３，ｎ型クラッド層１４，ｎ型第１ガイド層１５，ｎ型第２ガイド層１６，活性層１７，ｐ型ガイド層１８，ｐ型クラッド層１９およびｐ側コンタクト層２０をこの順で積層して構成したものである。
【００２４】
基板１１は、導電性を有するものであり、例えばｎ型のＧａＮ基板が用いられる。その他、ｎ型不純物としてＰ（リン）またはＮ（窒素）がドープされたＳｉＣ（炭化ケイ素）基板を用いることもできる。
【００２５】
電流阻止層１２は、例えば厚み０. １μｍであり、例えばｐ型不純物としてＭｇ（マグネシウム）を含むｐ型ＧａＮ：Ｍｇ層により形成されている。この電流阻止層１２は、上下に位置するｎ型の基板１１（ＧａＮ）とｎ側コンタクト層１３と共に、ｎｐｎ構造を形成し、基板１１とその上のレーザ構造とを電気的に分離させて、ｎ側電極２４を、ヒートシンク２８（放熱部材）を介して接地される基板１１から切り離してフローティング状態とするものである。
【００２６】
ｎ側コンタクト層１３は、例えば、厚み１．５μｍであり、ＧａＮ：Ｓｉにより構成され、ｎ型クラッド層１４は、例えば、厚み１．０μｍのｎ型Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎにより構成され、ｎ型第１ガイド層１５は、例えば、厚み０．１μｍのｎ型ＧａＮにより構成されている。ｎ型第２ガイド層１６は、例えば、厚みが５ｎｍ〜２０ｎｍ、具体的には例えば０．０２μｍ（２０ｎｍ）であり、ｎ型ＧａＮにより構成されている。
【００２７】
活性層１７は、例えば、厚みが３０ｎｍであり、Ｇａ0.98Ｉｎ0.02Ｎ／Ｇａ0.92Ｉｎ0.08Ｎ多層膜からなる多重量子井戸構造となっている。この活性層１７は、電流が注入される電流注入領域が発光領域として機能する。
【００２８】
ｐ型ガイド層１８は、例えば、厚み０．１μｍであり、ｐ型Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎにより構成されている。ｐ型クラッド層１９は、例えば、厚み０．８μｍであり、ｐ型Ａｌ0.14Ｇａ0.86Ｎ／ＧａＮにより構成されている。ｐ側コンタクト層２０は、例えば、厚み０．５μｍであり、ｐ型ＧａＮにより構成されている。
【００２９】
これらｐ側コンタクト層２０からｎ側コンタクト層１３の一部までは、帯状（図１においては紙面に対し垂直方向に延長されている）の凸部となっており、所謂レーザストライプを構成している。ｎ側コンタクト層１３が露出した領域は、後述するｎ側電極２４を設けるための領域である。また、ここでは、ｐ側コンタクト層２０、およびｐ型クラッド層１９の一部は、レーザストライプと同じ方向に展延する細い帯状の凸部（リッジ部）２９に加工されている。このリッジ部２９は電流狭窄部を構成しており、この電流狭窄部によって活性層１７において局所的に電流が注入されるように電流注入領域が制限される。
【００３０】
リッジ部２９およびｐ型クラッド層１９上には、例えば二酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）よりなる絶縁膜２１が設けられている。この絶縁膜２１にはｐ側コンタクト層２０に対応する部分に開口が設けられており、その上にｐ側電極２２が設けられている。また、ｎ側コンタクト層１３の露出領域にはｎ側電極２４が設けられている。ｐ側電極２２は例えばＴｉ（チタン）／Ｐｔ（白金）／Ａｕ（金）からなる配線層２３を介して正側電源に接続されたボンディングワイヤ２５に、ｎ側電極２４は負側電源に接続されたボンディングワイヤ２６にそれぞれ接続されている。
【００３１】
ｐ側電極２２は、例えば、Ｔｉ，Ｐｔ，Ｔｉ，ＰｔおよびＡｕが順次積層された構造をしており、ｐ側コンタクト層２０と導通している。ｎ側電極２４は、例えば、Ｔｉ、ＰｔおよびＡｕが順次積層された構造をしており、ｎ側コンタクト層１３と導通している。
【００３２】
このような構成を有する半導体レーザ１では、レーザストライプの延長方向において対向する一対の側面が共振器端面となっており、共振器端面には図示しない一対の反射鏡膜が付設されている。これらの反射鏡膜は反射率が異なるように設計されている。これにより、活性層１７において発生した光は反射鏡間を往復して増幅され、低反射率側の反射鏡膜からレーザビームとして射出されるようになっている。
【００３３】
また、この半導体レーザ１は、例えばＳｎ（錫）からなる半田層２７により例えば、Ｃｕ（銅）により形成されたヒートシンク２８上に実装されており、熱的に接続、すなわち、発生した熱をヒートシンク２８を介して放散させるようになっている。また、このヒートシンク２８は導電性を有する基板１１と電気的に接続されており、基板１１はこのヒートシンク２８を通じて接地されている。
【００３４】
このように本実施の形態では、ｎ型ＧａＮからなる基板１１とｎ側コンタクト層１３との間にｐ型ＧａＮ：Ｍｇ層からなる電流阻止層１２が介在しているので、この電流阻止層１２を含む上下３層でｎｐｎ構造が形成され、これにより基板１１とその上のレーザ構造とが電気的に分離されている。従って、図１に示したように、所謂ｐサイドアップ実装、すなわち、ｐ側電極２２を上にして基板１１の裏面側をヒートシンク２８に熱的および電気的に接続させたとしても、ｎ側電極２４は、基板１１およびヒートシンク２８を介して接地されることがなく、ｐ側電極２２と共に基板１１から切り離されてフローティング状態となる。よって、ｐ側電極２２およびｎ側電極２４ともに低電圧（例えば，ｐ側電極２２に＋３Ｖ、ｎ側電極２４に−２Ｖ）を印加する構成としても、安定した動作が可能である。すなわち、グランドに対しては３Ｖ以下の電圧で駆動が可能となり、従来の駆動系の構成を変更することなく、使用することができる。これにより、本実施の形態では、放熱特性が優れると共に低電圧で駆動可能な半導体発光装置を実現することができる。
【００３５】
次に、この半導体発光装置の製造方法について説明する。
【００３６】
まず、ＧａＮからなる基板１１上に、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ：有機金属化学的気相成長）法などを用いて、ＧａＮ：Ｍｇからなる厚み０. １μｍの電流阻止層１２、ＧａＮ：Ｓｉからなる厚み１．５μｍのｎ側コンタクト層１３、ｎ型Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎからなる厚み１．０μｍのｎ型クラッド層１４、続いて、ｎ型ＧａＮからなる厚み０．１μｍのｎ型第１ガイド層１５および厚み０. ０２μｍのｎ型ＧａＮからなるｎ型第２ガイド層１６を成長させる。このｎ型第２ガイド層１６上に、Ｇａ0.98Ｉｎ0.02Ｎ／Ｇａ0.92Ｉｎ0.08Ｎ多層膜により多重量子井戸構造の活性層１７を形成する。更にこの活性層１７の上に、ｐ型Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎからなる厚み０．１μｍのｐ型ガイド層１８、ｐ型Ａｌ0.14Ｇａ0.86Ｎ／ＧａＮからなる厚み０．８μｍのｐ型クラッド層１９、ｐ型ＧａＮからなる厚み０．１μｍのｐ側コンタクト層２０を成長させる。
【００３７】
次に、ｐ側コンタクト層２０およびｐ型クラッド層１９を例えばドライエッチング法により細い帯状の凸部２９にパターンニングし、電流狭窄部を形成する。
【００３８】
続いて、ｐ型クラッド層１９〜ｎ側コンタクト層１３の所定部分をフォトリソグラフィ法などにより除去してｎ側コンタクト層１３の一部領域を露出させる。続いて、ｎ側コンタクト層１３からｐ側コンタクト層２０までの露出部分全体を絶縁膜２１で覆うと共に、ｎ側コンタクト層１３の露出領域上にｎ側電極２４、ｐ側コンタクト層２０上にｐ側電極２２を、それぞれ前述の材料を蒸着させることにより形成する。次に、このようにして得られた半導体レーザ１を半田層２７によってヒートシンク２８上に固着させる。
【００３９】
このようにしてヒートシンク２８上に実装された半導体レーザ１では、ｐ側電極２２とｎ側電極２４との間に所定の電圧が印加されると、活性層１７に電流が注入され、電子−正孔再結合によって発光が起きる。この光は、両端の反射鏡膜によって反射されてレーザ発振し、ビームとなって外部に射出される。そして、このような発振動作により発生した熱は基板１１およびヒートシンク２８を通じて外部に放熱される。ここでは、上述のように、電流阻止層１２によって基板１１とレーザ構造が電気的に分離されており、ｐ側電極２２およびｎ側電極２４が、接地されたヒートシンク２８から浮いたフローティング状態となっているため、基板１１として導電性を有するＧａＮ基板を用いた場合でも駆動電圧を高くすることなく、よって、特別に駆動系を変更しなくてもレーザ発振が可能になる。
【００４０】
なお、基板１１としてＳｉＣを用いた場合でも同様の効果を得ることができる。
【００４１】
以下、他の実施の形態について説明するが、上記第１の実施の形態と同一の構成要素については同一符号を付してその説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【００４２】
〔第２の実施の形態〕
本実施の形態は、例えば図２に示したように、第１の実施の形態の電流阻止層１２の代わりに、基板１１（ＧａＮ）の裏面に絶縁材料、例えばＡｌＮ（窒化アルミニウム）により形成された電流阻止膜３１を設け、この電流阻止膜３１によって、半導体レーザ２とヒートシンク２８との熱的接続は確保しつつ、両者を電気的に分離するようにしたものである。この電流阻止膜３１は、基板１１の表面にレーザ構造を形成した後、基板１１の裏面側に例えばＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance；電子サイクロトロン共鳴）スパッタ法によりＡｌＮ膜を成長させることにより形成することができ、その後この電流阻止膜３１側が半田層２７によってヒートシンク２８に固着される。
【００４３】
電流阻止膜３１の厚みはヒートシンク２８を通じての放熱効果を低下させないように、できるだけ薄いことが望ましく、具体的には１００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲とすることが好ましく、３００ｎｍ〜５００ｎｍであればより好ましい。
【００４４】
このような構成によっても、第１の実施の形態と同様に、熱的接続は確保しつつ、半導体レーザ２とヒートシンク２８とを電気的に分離することができ、よって、ｐ側電極２２を上にして基板１１の裏面側をヒートシンク２８に熱的に接続させたとしても、ｎ側電極２４およびｐ側電極２２は基板１１およびヒートシンク２８を介して接地されることがなく、フローティング状態となる。
【００４５】
加えて、本実施の形態では、半導体レーザ２を形成したのち基板１１の裏面に電流阻止膜３１を形成するだけでよいので、基板１１とレーザ構造との間のｎ型半導体層のなかに導電型の異なるｐ型層（ｐ型ＧａＮ層）を別途設ける必要のある第１の実施の形態よりも、電流阻止膜３１の形成が容易であるためプロセス的に有利であり、また、ｎ型半導体層におけるｎ側電極２４への電流通路の厚みが厚くなるため、横方向の電圧降下が少なくなり、レーザ駆動電圧の上昇を抑制できる。
【００４６】
また、上記電流阻止膜３１は熱抵抗が良好であるためにヒートシンク２８による放熱効果を低下させることなく、簡単な構成で、半導体レーザ２のフローティング実装が可能になる。
【００４７】
なお、電流阻止膜３１としては、上記ＡｌＮ以外にもＳｉＯ2 などの酸化膜やＳｉ3 Ｎ4 などの窒化膜を用いることができる。
【００４８】
以上、第１および第２の実施の形態では、発振波長が１つの半導体レーザについて説明したが、本発明は、例えば光ディスク装置の光源として用いられる多波長レーザにも適用できるものである。このような光ディスク装置では、例えば７００ｎｍ帯のレーザ光がＣＤ（Compact Disk）の再生に用いられると共に、ＣＤ−Ｒ（CD recordable ），ＣＤ−ＲＷ（CD Rewritable ）あるいはＭＤ（Mini Disk ）などの記録可能な光ディスクの記録・再生に用いられる。また、６００ｎｍ帯のレーザ光がＤＶＤ（Digital Versatile Disk）の記録・再生に用いられる。このように多波長レーザを光ディスク装置に搭載することにより、既存の複数種類の光ディスクのいずれについても、記録または再生が可能となる。そして、この種の光ディスク装置に対して、更に、上記実施の形態のＧａＮ系の半導体を用いた短波長（４００ｎｍ帯）のレーザ素子も含めて多波長化することにより，より高密度で、より用途の拡がった光ディスク装置を実現することができる。以下、その一例について説明する。
【００４９】
〔第３の実施の形態〕
本実施の形態の半導体発光装置は、図３に示したように３波長レーザを構成したものである。なお、本実施の形態の作用効果は第１の実施の形態と同様であるので、その説明は省略する。
【００５０】
この半導体発光装置は、ヒートシンク２８上に実装された第１の半導体発光素子４０の上に、第２の半導体発光素子５０を重ね合わせたものであり、この第２の半導体発光素子５０は、同一の基板（ｎ型ＧａＡｓ基板）５１上に発振波長の異なる２つの発振部（第１素子５０Ａおよび第２素子５０Ｂ）を有している。第２の半導体発光素子５０は、第１素子５０Ａおよび第２素子５０Ｂの各発光点ａ2 ，ｂ2 が第１の半導体発光素子４０の発光点ａ1 と極力近づくように、逆さ、すなわち基板５１側を上にして第１の半導体発光素子４０に重ね合わされている。
【００５１】
第１の半導体発光素子４０は、例えば４００ｎｍ前後の波長（例えば４０５ｎｍ）のビームを出射可能な半導体レーザであり、上記第１の実施の形態の半導体レーザ１と実質的に同じ構造を有している。また、第２の半導体発光素子５０のうち第１素子５０Ａは７００ｎｍ帯（例えば７８０ｎｍ）のビームを出射する素子であり、第２素子５０Ｂは６００ｎｍ帯（例えば６５０ｎｍ）のビームを出射する素子である。
【００５２】
第１素子５０Ａは、例えば、短周期型周期律表における３Ｂ族元素のうちの少なくともガリウム（Ｇａ）と短周期型周期律表における５Ｂ族元素のうちの少なくともヒ素（Ａｓ）とを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなるｎ型クラッド層５２Ａ，活性層５３Ａ，ｐ型クラッド層５４Ａおよびｐ型キャップ層５５Ａが基板５１の側からこの順に積層された構成を有している。
【００５３】
具体的には、ｎ型クラッド層５２Ａは、例えば、厚みが１．５μｍであり、ｎ型不純物としてケイ素が添加されたｎ型ＡｌＧａＡｓ混晶により構成されている。活性層５３Ａは、例えば、厚みが４０ｎｍであり、組成の異なるＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ（ただしｘ≧０）混晶によりそれぞれ形成された井戸層とバリア層との多重量子構造を有している。なお、この活性層５３Ａは発光部として機能するものであり、その発光波長は例えば７００μｍ帯である。ｐ型クラッド層５４Ａは、例えば、厚みが１．５μｍであり、ｐ型不純物として亜鉛が添加されたｐ型ＡｌＧａＡｓ混晶により構成されている。ｐ型キャップ層５５Ａは、例えば、厚さが０．５μｍであり、ｐ型不純物として亜鉛が添加されたｐ型ＧａＡｓにより構成されている。
【００５４】
なお、ｐ型クラッド層５４Ａおよびｐ側キャップ層５５Ａの一部は、共振器方向に延長された細い帯状となっており、電流狭窄をするようになっている。この帯状部分の両側には、絶縁膜５１Ａが設けられている。ちなみに、キャップ層５５Ａに対応する活性層５３Ａの領域が発光点ａ2 となっている。
【００５５】
ｐ型キャップ層５５Ａの第１の半導体発光素子４０側には、ｐ側電極５６Ａが形成されている。このｐ側電極５６Ａは、例えば、ｐ型キャップ層５５Ａの側からＴｉ，Ｐｔ，Ａｕを順に積層した構成を有し、ｐ型キャップ層５５Ａと電気的に接続されている。ｐ側電極５６Ａは、また、金（Ａｕ）とスズ（Ｓｎ）との合金またはスズよりなる接着層５７Ａを介して配線５８Ａに電気的に接続されている。
【００５６】
第２素子５０Ｂは、例えば、ｎ型クラッド層５２Ｂ，活性層５３Ｂ，ｐ型クラッド層５４Ｂおよびｐ型キャップ層５５Ｂが基板５１の側からこの順に積層された構成を有している。これらの各層は、例えば、短周期型周期律表における３Ｂ族元素のうちの少なくともインジウム（Ｉｎ）と短周期型周期律表における５Ｂ族元素のうちの少なくともリン（Ｐ）とを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体によりそれぞれ構成されている。
【００５７】
具体的には、ｎ型クラッド層５２Ｂは、例えば、厚みが１．５μｍであり、ｎ型不純物としてケイ素が添加されたｎ型ＡｌＧａＩｎＰ混晶により構成されている。活性層５３Ｂは、例えば、厚みが３５ｎｍであり、組成の異なるＡｌx Ｇａy Ｉｎ1-y Ｐ（ただしｘ≧０かつｙ≧０）混晶によりそれぞれ形成された井戸層とバリア層との多重量子構造を有している。なお、この活性層５３Ｂは発光部として機能するものであり、その発光波長は例えば６００μｍ帯である。ｐ型クラッド層５４Ｂは、例えば、厚みが１．５μｍであり、ｐ型不純物として亜鉛が添加されたｐ型ＡｌＧａＩｎＰ混晶により構成されている。ｐ型キャップ層５５Ｂは、例えば、厚さが０．５μｍであり、ｐ型不純物として亜鉛が添加されたｐ型ＧａＡｓにより構成されている。
【００５８】
なお、ｐ型クラッド層５４Ｂおよびｐ側キャップ層５５Ｂの一部は、共振器方向に延長された細い帯状となっており、電流狭窄部をするようになっている。このキャップ層５５Ｂに対応する活性層５３Ｂの領域が発光点ｂ2 となっている。
【００５９】
ｐ型キャップ層５５Ｂの第１の半導体発光素子４０側には、ｐ型キャップ層５５Ｂに電気的に接続され、たとえばｐ側電極５６Ａと同様の構成を有するｐ側電極５６Ｂが形成されている。このｐ側電極５６Ｂは、また、接着層５７Ａと同様の材料よりなる接着層５７Ｂを介して配線５８Ｂに電気的に接続されている。
【００６０】
また、基板５１の裏側には、第１素子５０Ａおよび第２素子５０Ｂのｎ側電極５９が形成されている。このｎ側電極５９は、例えば、基板５１の側から金とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金、ニッケルおよび金を順に積層した構成を有し、配線５９Ａに電気的に接続されている。
【００６１】
更に、第２の半導体発光素子５０は、レーザストライプの延長方向において対向する一対の側面が共振器端面となっており、第１素子５０Ａおよび第２素子５０Ｂのそれぞれにおいて、共振器端面には図示しない一対の反射鏡膜が付設されている。これらの反射鏡膜では、反射率の高低が第１の半導体発光素子４０に設けられた図示しない一対の反射鏡膜と対応するようにそれぞれ設定されており、第１の半導体発光素子４０並びに第２の半導体発光素子５０の第１素子５０Ａおよび第２素子５０Ｂは、それぞれ同一の側から光が出射するようになっている。
【００６２】
〔第４の実施の形態〕
図４は、本発明の第４の実施の形態を表すものである。本実施の形態の半導体発光装置は、第３の実施の形態と同様に３波長レーザを構成したものであるが、第１の半導体発光素子４０として、第２の実施の形態の半導体レーザ２を用いた点が異なる。その他は、第３の実施の形態と同様であるので、その説明は省略する。
【００６３】
以上の第１〜第４の実施の形態の半導体発光装置は、発振波長に応じて、いずれも前述のような光ディスク装置の光源として利用することができるものである。
【００６４】
図５は、その一例として、上記半導体発光装置を用いた光ディスク記録・再生装置の構成例を模式的に表すものである。この光ディスク記録・再生装置は、波長の異なるビームを用いて光ディスクに記録されている情報をそれぞれ再生し、また光ディスクに情報を記録するためのものであり、第１〜第４の実施の形態のいずれかの半導体発光装置１００、および制御部１１１の制御に基づき半導体発光装置１００から出射させた所定の発光波長の出射光Ｌout を光ディスクＤへ導くと共に、光ディスクＤからの信号光（反射光Ｌref ）を読み取るための光学系、すなわち、ビームスプリッタ１１２，コリメータレンズ１１３，ミラー１１４，開口制限アパーチャ１１５，対物レンズ１１６，信号光検出用レンズ１１７，信号光検出用受光素子１１８および信号光再生回路１１９を備えている。
【００６５】
この光ディスク記録・再生装置では、半導体発光装置１００から出射した例えば強度の大きい出射光Ｌout は、ビームスプリッタ１１２で反射し、コリメータレンズ１１３で平行光にされ、ミラー１１４で反射する。このミラー１１４で反射した出射光Ｌout は、開口制限アパーチャ１１５を通過したのち、対物レンズ１１６により集光されて光ディスクＤに入射する。これにより、光ディスクＤに情報が書き込まれる。また、半導体発光装置１００から出射した例えば微弱な出射光Ｌout は、上述したように各光学系を経て光ディスクＤに入射したのち、光ディスクＤで反射する。この反射光Ｌref は、対物レンズ１１６，開口制限アパーチャ１１５，ミラー１１４，コリメータレンズ１１３およびビームスプリッタ１１２を経て、信号光検出用レンズ１１７を通過し、信号光検出用受光素子１１８に入射し、ここで電気信号に変換された後、信号光再生回路１１９において光ディスクＤに書き込まれた情報の再生が行われる。
【００６６】
なお、ここでは、半導体発光装置１００を光ディスク記録・再生装置に適用した例について説明したが、本発明は、その他、光ディスク再生装置，光ディスク記録装置，光磁気ディスク（ＭＯ；Magneto-optical disk）などの記録・再生を行うための光磁気ディスク装置あるいは光通信装置、プリンタなどの光装置全般に適用できることは勿論、高温で動作する必要のある車載用の半導体レーザ装置を備えた機器などにも適用可能である。
【００６７】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく種々変形可能である。例えば、半導体発光素子として半導体レーザを挙げ、その組成および構成について具体的に例示して説明したが、本発明は、他の組成や構造を有する半導体レーザについても同様に適用することができるものである。例えば、ｎ型第２ガイド層１６は、必ずしも設けられていなくてもよい。
【００６８】
また、上記実施の形態では、半導体発光素子として半導体レーザ（ＬＤ；Laser Diode ）を具体例に挙げて説明したが、本発明は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）についても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光装置の構成を表す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光装置の構成を表す断面図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る半導体発光装置の構成を表す断面図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態に係る半導体発光装置の構成を表す断面図である。
【図５】本発明の半導体発光装置を光源として用いた記録・再生装置の構成を表す図である。
【符号の説明】
【００７０】
１，２…半導体レーザ、１１…基板、１２…電流阻止層、１３…ｎ側コンタクト層、１４…ｎ型クラッド層、１５…ｎ型第１ガイド層、１６…ｎ型第２ガイド層、１７…活性層、１８…ｐ型ガイド層、１９…ｐ型クラッド層、２０…ｐ側コンタクト層、２１…絶縁膜、２２…ｐ側電極、２３…配線層、２４…ｎ側電極、２８…ヒートシンク、２９…リッジ部、３１…電流阻止膜、４０…第１の半導体発光素子、５０…第２の半導体発光素子、１００…半導体発光装置（光源）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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