(57)【要約】【課題】発光効率の低下なしに簡単な方法で製造でき、放熱効率が優秀な半導体発光素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】基板１０、基板１０上に形成され、所定の間隔でパターニングされた熱拡散層１１、熱拡散層１１を覆い、平坦な表面を有する平坦層１２、及び平坦層１２上に形成された発光部１８を備えることを特徴とする半導体発光素子である。【選択図】図２
2006216961.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成され、所定の間隔でパターニングされた熱拡散層と、
前記熱拡散層を覆い、平坦な表面を有する平坦層と、
前記平坦層上に形成された発光部と、を備えることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記熱拡散層は、線形または多角形の形態を有する複数のパターンが所定の間隔で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記熱拡散層の複数のパターンの幅は、０．１μｍ〜１００μｍの範囲にあることを特徴とする請求項２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記熱拡散層の複数のパターンの間隔は、０．１μｍ〜１００μｍの範囲にあることを特徴とする請求項２に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記熱拡散層は、ダイヤモンド、ＢＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＳｉＣ、ＢｅＯ、ＳｉＮ、ＺｎＯ、Ａｌ２Ｏ３、Ａｕ、Ａｌ、Ａｇ、及びＣｕからなる群から選択された少なくとも一つの材料を含むことを特徴とする請求項１ないし４のうちいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記平坦層は、ＡｌＡｓまたはＧａＡｓ材料を前記熱拡散層の複数のパターン間から選択的に成長させて形成されることを特徴とする請求項１ないし４のうちいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
基板と、
前記基板上に形成され、所定の間隔でパターニングされた熱拡散層と、
前記熱拡散層上に形成された下部分散ブラッグ反射層と、
前記下部分散ブラッグ反射層上に形成され、所定の波長を有する光を発生させる活性層と、
前記活性層上に形成された上部分散ブラッグ反射層と、を備えることを特徴とする半導体レーザー素子。
【請求項８】
前記熱拡散層は、線形または多角形の形態を有する複数のパターンが所定の間隔で形成されていることを特徴とする請求項７に記載の半導体レーザー素子。
【請求項９】
前記熱拡散層の複数のパターンの幅は、０．１μｍ〜１００μｍの範囲にあることを特徴とする請求項７に記載の半導体レーザー素子。
【請求項１０】
前記熱拡散層の複数のパターンの間隔は、０．１μｍ〜１００μｍの範囲にあることを特徴とする請求項７に記載の半導体レーザー素子。
【請求項１１】
前記熱拡散層は、ダイヤモンド、ＢＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＳｉＣ、ＢｅＯ、ＳｉＮ、ＺｎＯ、Ａｌ２Ｏ３、Ａｕ、Ａｌ、Ａｇ、及びＣｕからなる群から選択された少なくとも一つの材料を含むことを特徴とする請求項７ないし１０のうちいずれか一項に記載の半導体レーザー素子。
【請求項１２】
前記熱拡散層と下部分散ブラッグ反射層との間に介在され、前記熱拡散層を覆い、平坦な表面を有する平坦層をさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の半導体レーザー素子。
【請求項１３】
前記平坦層は、前記下部分散ブラッグ反射層と同じ材料を前記熱拡散層の複数のパターン間から選択的に成長させて形成されることを特徴とする請求項１２に記載の半導体レーザー素子。
【請求項１４】
前記平坦層は、ＡｌＡｓ及びＧａＡｓのうち少なくとも一つの材料を含むことを特徴とする請求項１３に記載の半導体レーザー素子。
【請求項１５】
前記上部分散ブラッグ反射層上に形成され、前記上部分散ブラッグ反射層への電流の流入を遮断する電流遮断層と、
前記電流遮断層上に形成されて電流を伝達する電流伝達層と、
前記電流伝達層と前記電流遮断層の中心部を垂直に貫通して、前記上部分散ブラッグ反射層と接触する電流通過層と、をさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の半導体レーザー素子。
【請求項１６】
基板上に熱拡散層を形成し、所定の間隔でパターニングする工程と、
前記熱拡散層のパターンの間隔内から前記熱拡散層を完全に覆うように選択的に平坦層を成長させる工程と、
前記平坦層を平坦化させる工程と、
前記平坦層上に発光部を形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項１７】
前記熱拡散層は、線形または多角形の形態を有する複数のパターンが所定の間隔で形成されていることを特徴とする請求項１６に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１８】
前記熱拡散層の複数のパターンの幅は、０．１μｍ〜１００μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１７に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１９】
前記熱拡散層の複数のパターンの間隔は、０．１μｍ〜１００μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１７に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項２０】
前記熱拡散層は、ダイヤモンド、ＢＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＳｉＣ、ＢｅＯ、ＳｉＮ、ＺｎＯ、Ａｌ２Ｏ３、Ａｕ、Ａｌ、Ａｇ、及びＣｕからなる群から選択された少なくとも一つの材料を含むことを特徴とする請求項１６ないし１９のうちいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項２１】
前記平坦層は、ＡｌＡｓまたはＧａＡｓ材料を前記熱拡散層の複数のパターン間から選択的に成長させて形成されることを特徴とする請求項１６ないし１９のうちいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、効率的な冷却構造を有する半導体発光素子及びその製造方法に係り、特に、発光効率の低下なしに簡単な方法で製造でき、放熱効率が優秀な半導体発光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光素子、例えば、面発光の半導体レーザー素子の出力が次第に高くなり、レーザービームの口径も次第に増加する趨勢である。このようにレーザー素子の出力及びビームの口径が増加するにつれて、レーザー素子で発生する熱も増加する。したがって、レーザー素子で発生する熱をさらに効率的に除去できる新たな構造のレーザー素子冷却構造が要求されている。
【０００３】
図１は、一般的な発光素子の冷却構造を示す断面図である。図１に例示的に示した発光素子は、外部ミラー１３０を利用して利得領域を増加させた高出力のＶＥＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｅｘｔｅｒｎａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ）である。図１に示したように、一般的な冷却構造の場合、サブマウント１００上に金属パッド層１０５が形成されており、金属パッド層１０５上にレーザー素子が実装されている。このとき、金属パッド層１０５は、レーザー素子の下部金属コンタクト層１１４ａと接合される。このような冷却構造によれば、光が発生する活性層１１２で発生した熱は、下部金属コンタクト層１１４ａ及び金属パッド層１０５を通じてサブマウント１００に移動する。また、熱放出効率をさらに向上させるために、活性層１１２の光放出領域である開口部の周囲をエッチングして溝１１５を形成した後、溝１１５の外側壁を金属層１１４ｂで蒸着することもある。このとき、金属層１１４ｂも、サブマウント１００の金属パッド層１０５に接合されて熱放出経路を形成する。
【０００４】
しかし、前述した一般的な技術の場合、レーザー素子を製造した後、基板をリフトオフしてレーザー素子をサブマウント１００上に接合せねばならないなど非常に複雑な工程が要求される。すなわち、基板１１０上に第１分散ブラッグ反射（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ：ＤＢＲ）層１１１、活性層１１２、第２ＤＢＲ層１１３、及び金属コンタクト層１１４ａを順次に形成してレーザー素子を製造した後、製造されたレーザー素子を反転させてサブマウント１００上に実装せねばならない。したがって、製造時間及びコストが増加する。さらに、光ポンピングが起きる第１ＤＢＲ層１１１、活性層１１２、及び第２ＤＢＲ層１１３は、非常に薄い複層構造であるので、レーザー素子をサブマウント１００上に実装する過程で損傷の危険が大きく、実装後にも機械的安定性が非常に低下する。
【０００５】
また、図１の構造の場合、活性層１１２と外部ミラー１３０との距離が遠いため、光がある程度拡散された状態でＳＨＧ（Ｓｅｃｏｎｄ  Ｈａｒｍｏｎｉｃ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）結晶１２０に達しつつＳＨＧ変換効率が低下する。光の周波数を２倍にするＳＨＧ結晶１２０は、光エネルギーに比例して効率が向上する特性があるためである。
【０００６】
また、図１の構造の場合、活性層１１２で発生した光が基板１１０を進まねばならないが、基板１１０が数百μｍ程度と厚いので、基板１１０で自由キャリアの吸収による損失が無視できないレベルとなる。このような自由キャリアの吸収による損失を減らすために、第１ＤＢＲ層１１１と外部ミラー１３０との間の光エネルギー比率を低めれば、基板１１０と外部ミラー１３０との間のＳＨＧ結晶１２０のＳＨＧ変換効率がさらに低下する。したがって、全体的にレーザー素子の効率低下を引き起こす。
【０００７】
さらに、外部ミラー１３０と第１ＤＢＲ層１１１との間に基板１１０及び空気が共にあるので、共振条件を満足し難い。また、光路が長くなりつつ、外部ミラー１３０により反射された光を第１ＤＢＲ層１１１上に正確に集光させるためには、外部ミラー１３０の凹面を製造するのにさらに高い精密度が要求される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、前述した問題点を改善するためのものであって、半導体発光素子の効率低下なしに簡単な方法で製造でき、発光素子を効率的に冷却させることができる半導体発光素子の冷却構造及びその製造方法を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一類型による半導体発光素子は、基板、前記基板上に形成され、所定の間隔でパターニングされた熱拡散層、前記熱拡散層を覆い、平坦な表面を有する平坦層、及び前記平坦層上に形成された発光部を備えることを特徴とする。
【００１０】
ここで、前記熱拡散層は、線形または多角形の形態を有する複数のパターンが所定の間隔で形成されていることを特徴とする。前記熱拡散層の複数のパターンの幅は、０．１μｍ〜１００μｍの範囲にあり、前記熱拡散層の複数のパターンの間隔は、０．１μｍ〜１００μｍの範囲にある。このような熱拡散層は、ダイヤモンド、ＢＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＳｉＣ、ＢｅＯ、ＳｉＮ、ＺｎＯ、Ａｌ２Ｏ３、Ａｕ、Ａｌ、Ａｇ、及びＣｕからなる群から選択された少なくとも一つの材料を含む。
【００１１】
一方、前記平坦層は、ＡｌＡｓまたはＧａＡｓ材料を前記熱拡散層の複数のパターン間から選択的に成長させて形成される。
【００１２】
また、本発明の他の類型による半導体レーザー素子は、基板、前記基板上に形成され、所定の間隔でパターニングされた熱拡散層、前記熱拡散層上に形成された下部ＤＢＲ層、前記下部ＤＢＲ層上に形成され、所定の波長を有する光を発生させる活性層、及び前記活性層上に形成された上部ＤＢＲ層を備えることを特徴とする。
【００１３】
前記半導体発光素子の場合と同様に、前記熱拡散層は、線形または多角形の形態を有する複数のパターンが所定の間隔で形成されていることを特徴とする。前記熱拡散層の複数のパターンの幅は、０．１μｍ〜１００μｍの範囲にあり、前記熱拡散層の複数のパターンの間隔は、０．１μｍ〜１００μｍの範囲にある。このような熱拡散層は、ダイヤモンド、ＢＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＳｉＣ、ＢｅＯ、ＳｉＮ、ＺｎＯ、Ａｌ２Ｏ３、Ａｕ、Ａｌ、Ａｇ、及びＣｕからなる群から選択された少なくとも一つの材料を含む。
【００１４】
また、前記半導体レーザー素子は、前記熱拡散層と下部ＤＢＲ層との間に介在され、前記熱拡散層を覆い、平坦な表面を有する平坦層をさらに備える。前記平坦層は、前記下部ＤＢＲ層と同じ材料を前記熱拡散層の複数のパターンの間から選択的に成長させて形成される。例えば、前記平坦層は、ＡｌＡｓ及びＧａＡｓのうち少なくとも一つの材料を含む。
【００１５】
また、前記半導体レーザー素子は、前記上部ＤＢＲ層上に形成され、前記上部ＤＢＲ層への電流の流入を遮断する電流遮断層、前記電流遮断層上に形成されて電流を伝達する電流伝達層、及び前記電流伝達層と前記電流遮断層の中心部を垂直に貫通して、前記上部ＤＢＲ層と接触する電流通過層をさらに備える。
【００１６】
一方、本発明のさらに他の類型による半導体発光素子の製造方法は、基板上に熱拡散層を形成し、所定の間隔でパターニングする工程、前記熱拡散層のパターンの間隔内から前記熱拡散層を完全に覆うように選択的に平坦層を成長させる工程、前記平坦層を平坦化させる工程、及び前記平坦層上に発光部を形成する工程を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、基板と発光素子との間に提供される熱拡散層を利用して、高出力で動作する発光素子で発生する熱を効果的に除去できる。特に、発光素子と熱拡散層との間の接触面積が広いため、冷却効率が優秀である。さらに、リフトオフのような工程が必要ないので、工程を単純化でき、発光素子の損傷の危険がなく、安定的な発光素子を提供できる。また、半導体発光素子の発光効率に影響を与えない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付した図面を参照して、本発明の望ましい実施の形態について詳細に説明する。
【００１９】
図２は、本発明による半導体発光素子の冷却構造を概略的に示す断面図である。図２に示したように、本発明による冷却構造を有する半導体発光素子は、基板１０、基板１０上に形成された熱拡散層１１、熱拡散層１１を覆い、平坦な表面を有する平坦層１２、及び平坦層１２上に形成された発光部１８を備える。このとき、熱拡散層１１は、図２に示したように、所定の間隔でパターニングされている。したがって、発光部１８との熱接触面積が広く形成される。このような構造の発光素子は、基板１０の下面から熱拡散層１１の上面の一部を取り囲むパッケージ１７によりパッケージングされる。パッケージ１７は、例えば、銅（Ｃｕ）で形成されて発光素子の熱放出をさらに容易にする。
【００２０】
一方、図３は、本発明による半導体発光素子の冷却構造を概略的に示す斜視図である。図３に示したように、基板上に形成された熱拡散層１１は、所定の間隔で互いに平行に形成された一直線形態の複数のパターンで構成されうる。この場合、発光部１８で発生する熱は、熱拡散層１１の複数の一直線パターンに沿って流れつつ外部に放出される。また、Ｃｕからなるパッケージ１７と熱拡散層１１とが互いに接触しつつ、熱放出効果はさらに向上する。図３では、熱拡散層１１が一直線型のパターン形態に構成されたと示しているとしても、これは、例示的なものであって、一直線型だけでなく色々な多角形の形態を有する複数のパターンに構成されることもある。このような熱拡散層１１の材料としては、熱伝導度の高い物質を使用する。例えば、ダイヤモンド、ＢＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＳｉＣ、ＢｅＯ、ＳｉＮ、ＺｎＯ、及びＡｌ２Ｏ３などのような誘電体材料を使用してもよく、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、及びＣｕなどのような金属材料を使用してもよい。
【００２１】
ここで、発光部１８は、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）及び半導体レーザーなどでありうる。例えば、発光部１８が半導体レーザーである場合、図２に示したように、発光部１８は、下部ＤＢＲ層１３、活性層１４、上部ＤＢＲ層１５、及び金属コンタクト１６を備える。活性層１４は、所定の波長を有する光を発生させる量子井戸の構造でなり、下部ＤＢＲ層１３及び上部ＤＢＲ層１５は、低屈折率層と高屈折率層とが繰り返し積層された複層構造である。このような半導体レーザーの構造は、既に公知とされたものであるので、これについての詳細な説明は省略する。
【００２２】
このような本発明によれば、前述した一般的な技術とは異なり、基板１０から熱拡散層１１と発光部１８とを順次に形成できる。したがって、基板上に発光部を形成した後、基板をリフトオフしてサブマウント上に再び装着する工程が必要ない。したがって、工程を単純化でき、製造過程で発光素子の損傷の危険がなく、機械的にも安定な発光素子を製造することが可能である。また、本発明によれば、厚い基板を通過せずに上部ＤＢＲ層１５から直接光が放出されるので、半導体発光素子の発光効率にも影響を与えない。そして、図２及び図３に示したように、熱拡散層１１が複数の直線または多角形のパターン形態になっているので、発光部１８と熱拡散層１１との間の接触面積が広くてさらに優秀な冷却効率を得ることができる。したがって、高出力で動作する発光素子で発生する熱を効果的に除去できる。
【００２３】
図４Ａは、熱拡散層を使用しない場合のシミュレーション結果を示すグラフである。図４Ａに示したように、熱拡散層を使用しない場合には、基板及び下部ＤＢＲ層の一部を除いた発光素子の全体領域が非常に高い温度で加熱されることが分かる。一方、本発明による熱拡散層を使用する場合のシミュレーション結果を示す図４Ｂのグラフを見れば、光が放出される部分のみが部分的に加熱されており、全体的に低い温度を維持している。したがって、本発明による拡散層を使用する場合、発光素子の熱が非常に効果的に除去されることが分かる。
【００２４】
一方、平坦層１２は、パターニングされた熱拡散層１１上に平坦な表面を提供することによって、発光部１８を熱拡散層１１上で容易に形成させるためのものである。平坦層１２の材料としては、発光部１８の最下部にある層で使用する材料と同じ材料を使用できる。例えば、発光部１８が半導体レーザーである場合、平坦層１２は、下部ＤＢＲ層１３と同じ材料を使用できる。前述したように、下部ＤＢＲ層１３及び上部ＤＢＲ層１５は、低屈折率層と高屈折率層とが繰り返し積層された複層構造である。通常、低屈折率層としてはＡｌＡｓを使用し、高屈折率層としてはＧａＡｓを使用する。すなわち、一般的にＡｌＡｓ層とＧａＡｓ層とを繰り返し積層することによって、上部ＤＢＲ層１５及び下部ＤＢＲ層１３を形成する。したがって、発光部１８が半導体レーザーである場合、ＡｌＡｓまたはＧａＡｓの材料を熱拡散層１１の複数のパターンの間から選択的に結晶成長させて平坦層１２を形成できる。
【００２５】
図５Ａないし図５Ｅは、本発明による半導体発光素子の冷却構造を形成する工程を示す断面図である。
【００２６】
まず、図５Ａのように、基板１０の上面に全体的に熱拡散層１１を蒸着する。基板１０としては、例えば、ＧａＡｓを使用できる。前述したように、熱拡散層１１としてダイヤモンド、ＢＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＳｉＣ、ＢｅＯ、ＳｉＮ、ＺｎＯ、及びＡｌ２Ｏ３などのような誘電体材料を使用してもよく、または、Ａｕ、Ａｌ、Ａｇ、及びＣｕなどのような金属材料を使用してもよい。次いで、図５Ｂに示したように、基板１０上に全体的に形成された熱拡散層１１を所定の形態にパターニングする。前述したように、熱拡散層１１は、複数の平行な一直線形態のパターンであってもよく、または、複数の多角形形態のパターンであってもよい。
【００２７】
次に、図５Ｃに示したように、熱拡散層１１の間隔から始まって熱拡散層１１を完全に覆うように平坦層１２を結晶成長させた後、平坦層１２の上面を平坦化する。前述したように、発光部１８が半導体レーザーである場合、平坦層１２の材料としてＡｌＡｓまたはＧａＡｓを使用できる。このとき、図６Ａに示したように、熱拡散層１１の各パターンの幅が広すぎれば、平坦層１２の結晶成長時、熱拡散層１１のパターンの上面内側には平坦層１２が達しないこともある。その結果、熱拡散層１１の表面が平坦層１２で覆われないか、または、平坦層１２の表面が非常にでこぼこになり、結晶成長面が不均一になりうる。したがって、熱拡散層１１のパターニング時に熱拡散層１１のパターンの幅を適切に選択して、平坦層１２を図６Ｂに示したように均一に結晶成長させる必要がある。本発明の場合、熱拡散層１１のパターンの適当な幅は、約０．１μｍ〜１００μｍの範囲にあることが望ましい。一方、熱拡散層１１の複数のパターンの間隔が広すぎれば、十分な熱拡散効果を奏しない。本発明の場合、熱拡散層１１の複数のパターンの間隔は、約０．１μｍ〜１００μｍの範囲にあることが適当である。
【００２８】
このように平坦層１２が形成された後には、図５Ｄに示したように、平坦層１２上に発光部を形成する。もし、発光部として半導体レーザーを使用するならば、平坦層１２上には、下部ＤＢＲ層１３、活性層１４、及び上部ＤＢＲ層１５が順次に形成される。そして、図５Ｅに示したように、目的の発光部の大きさ及び形態によって、平坦層１２、下部ＤＢＲ層１３、活性層１４、及び上部ＤＢＲ層１５の周囲を熱拡散層１１が表れるまでエッチングすることもできる。次いで、エッチングされた上部ＤＢＲ層１５の上面上に金属コンタクト１６を蒸着する。
【００２９】
図７は、本発明による冷却構造を高出力の半導体レーザー素子に適用した構造を概略的に示す断面図である。
【００３０】
図７に示したように、本発明による冷却構造が適用された高出力のレーザー素子２０は、基板２１、基板２１上にパターニングされて形成された熱拡散層３０、熱拡散層３０上に形成された下部ＤＢＲ層２２ａ、下部ＤＢＲ層２２ａ上に形成された活性層２３、活性層２３上に形成された上部ＤＢＲ層２２ｂ、上部ＤＢＲ層２２ｂ上に形成された電流遮断層２６、電流遮断層２６上に形成された電流伝達層２７、及び電流伝達層２７の上面の中心部から上部ＤＢＲ層２２ｂの少なくとも上面まで垂直に形成された電流通過層２９を備える。また、活性層２３の光放出領域である開口部を所定の大きさに制限するための酸化層２４をさらに形成することもできる。
【００３１】
このとき、電流通過層２９は、活性層２３の光放出領域である開口部に比べて非常に狭く形成されている。また、活性層２３の開口部の中心部と対向して形成されている。このような構成によれば、金属コンタクト２８に印加された電流は、図７に表示した矢印のような経路に沿って電流通過層２９を通じて活性層２３に注入される。通常、電流通過層２９を通過する電流は、電流通過層２９の両側エッジ付近で電流密度がピークをなす。しかし、電流通過層２９の狭い領域を通過して活性層２３に達する過程で、電流は、活性層２３の広い領域に分散される。したがって、活性層２３の中心部分では、電流通過層２９の両側エッジ付近から分散された電流が合わせられる。その結果、活性層２３の全体領域でキャリア分布が比較的均一な理想的な電流密度プロファイルが表れる。したがって、図７に示したレーザー素子は、理想的な単一横モード発振が可能になる。その結果、３０〜２００μｍ程度の非常に大きい直径を有する活性層を形成することが可能であるので、高出力の単一横モード発振のレーザー素子を製造することが可能になる。
【００３２】
一方、垂直方向の抵抗を相対的に増加させることによって、横方向への電流分散をさらに容易にするために、上部ＤＢＲ層２２ｂと活性層２３との間にトンネル接合層２５をさらに挿入することもできる。すなわち、トンネル接合層２５を通じて、垂直方向の抵抗を増加させて活性層２３内で電流密度分布をさらに均一にする。トンネル接合層２５は、比較的高い濃度でドーピングされたｐ＋半導体層とｎ＋半導体層とが接合された構造であって、電子がトンネル接合を通過するときに比較的大きい抵抗が発生するように、約５×１０１８／ｃｍ３〜５×１０１９／ｃｍ３程度のドーピング濃度を維持することが望ましい。
【００３３】
このようにトンネル接合層２５を使用する場合、電子がエネルギー障壁を越えずに通過するトンネル効果により、トンネル接合層２５の上下面にある二半導体層の間に電流が流れることが可能である。したがって、下部ＤＢＲ層２２ａ及び上部ＤＢＲ層２２ｂをいずれも同じタイプの半導体材料として使用することが可能である。すなわち、図７に示したように、下部ＤＢＲ層２２ａ及び上部ＤＢＲ層２２ｂは、いずれもｎ−ドーピングされたｎ型のＤＢＲ層である。また、電流伝達層２７も、例えば、ｎ−ＧａＡｓのようなｎ型の半導体材料を使用する。この場合、電流遮断層２６は、例えば、ｕ−ＧａＡｓのようなドーピングされていない半導体材料、ｐ−ＧａＡｓのようなｐ−型の半導体材料、または絶縁性材料を使用できる。電流伝達層２７から活性層２３に電流を注入するための電流通過層２９は、電流伝達層２７から上部ＤＢＲ層２２ｂの少なくとも上面までｎ型のドーパントを拡散させて形成する。このようなｎ型のドーパントとして、例えば、Ｓｉを使用できる。
【００３４】
このようなレーザー素子２０の場合、最小限数百ｍＷ以上の高出力を有することが可能である。また、利得領域を増加させて出力をさらに高めるために、図７に示したように、電流伝達層２７の上方に外部ミラー５０をさらに追加することもできる。また、活性層２３で発生した光の周波数を２倍にするＳＨＧ結晶４０が電流伝達層２７と外部ミラー５０との間にさらに配置されることもある。
【００３５】
しかし、このように出力が高くなれば、活性層２３で発生する熱も増加する。本発明の場合、基板２１と下部ＤＢＲ層２２ａとの間に熱拡散層３０を追加して、活性層２３で発生する熱を効果的に除去できる。前述したように、平坦層は、下部ＤＢＲ層と同じ材料で構成されることが可能であるので、下部ＤＢＲ層の一部と見なすこともできる。したがって、図７では、平坦層の図示を省略した。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、効率的な冷却構造を有する半導体発光素子を製造するのに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】一般的な発光素子の冷却構造を示す断面図である。
【図２】本発明による半導体発光素子の冷却構造を概略的に示す断面図である。
【図３】本発明による半導体発光素子の冷却構造を概略的に示す斜視図である。
【図４Ａ】熱拡散層を使用しない場合のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図４Ｂ】本発明によって熱拡散層を使用する場合のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図５Ａ】本発明による半導体発光素子の冷却構造を形成する方法を示す断面図である。
【図５Ｂ】本発明による半導体発光素子の冷却構造を形成する方法を示す断面図である。
【図５Ｃ】本発明による半導体発光素子の冷却構造を形成する方法を示す断面図である。
【図５Ｄ】本発明による半導体発光素子の冷却構造を形成する方法を示す断面図である。
【図５Ｅ】本発明による半導体発光素子の冷却構造を形成する方法を示す断面図である。
【図６Ａ】熱拡散層の幅が広すぎる場合に平坦層の成長状態を示す断面図である。
【図６Ｂ】熱拡散層の幅が適切な場合に平坦層の成長状態を示す断面図である。
【図７】本発明による冷却構造を採用した半導体レーザー素子の構造を概略的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０    基板、
１１    熱拡散層、
１２    平坦層、
１３    下部ＤＢＲ層、
１４    活性層、
１５    上部ＤＢＲ層、
１６    金属コンタクト、
１７    パッケージ、
１８    発光部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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