JP2001102675A

JP2001102675A - 半導体発光素子

Info

Publication number: JP2001102675A
Application number: JP27682999A
Authority: JP
Inventors: Shinji Saito; 真司斎藤; Shinya Nunogami; 真也布上; Kazuhiko Itaya; 和彦板谷
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-09-29
Filing date: 1999-09-29
Publication date: 2001-04-13

Abstract

(57)【要約】【課題】発光部で発生する熱を効率良く放熱すること
ができ、高出力時においても高い信頼性を得る。【解決手段】ＭＱＷ活性層１０５をｎ型及びｐ型のＡ
ｌＧａＮクラッド層１０３，１０７で挟んだダブルへテ
ロ構造部で発光部が構成され、ダブルへテロ構造部の上
下にｎ型及びｐ型のＧａＮコンタクト層１０２，１０８
が形成された半導体レーザにおいて、ｎ型コンタクト層
１０２にはダイヤモンド基板１０１が接着され、ｐ型コ
ンタクト層１０８上には電流注入のための開口を有する
ダイヤモンド絶縁層１０９が形成され、このダイヤモン
ド絶縁層１０９は発光部の側面を覆うように形成されて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体発光素子に
係わり、特にダイヤモンド膜を用いて放熱の改善をはか
った半導体発光素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、家庭電化製品，ＯＡ機器，通信機
器，工業計測器など様々な分野で、半導体レーザが用い
られている。中でも多くの分野で用いられることになる
であろうと予想される高密度光ディスク記録等への応用
を目的として、短波長の半導体レーザの開発が注力され
ている。

【０００３】現在は、主に赤色半導体レーザが用いられ
ており、それまでの赤外半導体レーザに比べ記録密度が
向上している。更なる高密度化のためにＺｎＳｅ系の半
導体レーザが開発されているが、次世代の光ディスク記
録等への応用には欠陥の低減が困難で、動作電圧が高い
など、材料的な問題が数多く存在する。さらに、波長が
短いものでも４６０ｎｍ程度であり、システムから要求
される４２０ｎｍ台での発振は物性からいって困難であ
る。

【０００４】一方、ＧａＮ，ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＮ，
ＩｎＧａＡｌＮなどの窒素を含む窒化物系半導体レーザ
は、３５０ｎｍ以下までの短波長が可能で、４００ｎｍ
での発振動作が報告されている。信頼性に関しても、Ｌ
ＥＤにおいて１万時間以上の信頼性が確認されている。
このように窒化物系半導体材料は、次世代の光ディスク
記録用光源として必要な条件を満たす優れた特性を持つ
材料である。

【０００５】窒化物系半導体レーザの素子断面構造を図
９に示す。図中の９０１はサファイヤ基板、９０２はｎ
−ＧａＮコンタクト層、９０３はｎ−ＧａＡｌＮクラッ
ド層、９０４はｎ−ＩｎＧａＮガイド層、９０５はＭＱ
Ｗ活性層、９０６はｐ−ＩｎＧａＮガイド層、９０７は
ｐ−ＧａＡｌＮクラッド層、９０８はｐ−ＧａＮコンタ
クト層、９０９はＳｉＯ₂やＳｉＮ等の絶縁膜、９１１
はｐ側電極、９１２はｎ側電極を示している。

【０００６】このように従来の窒化物系半導体レーザ
は、発光領域以外に余分な電流が流れないように表面を
ＳｉＯ₂やＳｉＮなどで覆ってある。通常の構造では、
素子中で最も発熱する発光部，ｐ型窒化物層，ｐ側金属
電極の周囲はこのＳｉＯ₂やＳｉＮに接しており、動作
時に発生する熱の逃げが悪い。また、一般にサファイヤ
基板を用いているために、基板側からの放熱特性がこれ
までの赤色レーザなどに比べ極端に悪い。このため、高
出力の発振時には素子の発熱が蓄積し、モードの変化，
素子劣化，発振不能などが生じる。

【０００７】また、通常の半導体レーザでは、発熱を効
率的に逃がすために素子の基板とは反対側の面をヒート
シンクに接続し放熱するが、図９のような構造では発熱
部の近傍に熱伝導の悪いＳｉＯ₂やＳｉＮなどが存在し
放熱を阻害している。従って図９のような構成では、書
き換え型光ディスクシステムに用いる半導体レーザのよ
うに高出力で動作させる場合には素子の安定性が損なわ
れる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の窒
化物系半導体レーザにおいては、発光部で発生する熱を
効率良く放熱させることが困難であり、このために高出
力時のモードの安定性が悪い、高出力時の素子の寿命が
短い、という問題があった。また、上記の問題は、窒化
物系半導体レーザに限らず、放熱の悪い半導体発光素子
一般について同様に言えることである。

【０００９】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、発光部で発生する熱を
効率良く放熱することができ、高出力時においても信頼
性の高い半導体発光素子を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】（構成）上記課題を解決
するために本発明は次のような構成を採用している。

【００１１】即ち本発明は、発光層を含む半導体多層構
造を有する半導体発光素子において、前記発光層の側面
に接して、絶縁体としてのダイヤモンド膜が形成されて
いることを特徴とする。

【００１２】また本発明は、発光層を含むメサ型構造の
半導体多層構造を有する半導体発光素子において、前記
メサ型構造の埋め込み絶縁膜として、ダイヤモンド膜が
形成されていることを特徴とする。

【００１３】また本発明は、基板上に発光層を含む半導
体多層構造を有する半導体発光素子において、前記基板
と反対側の電極と前記半導体多層構造との間に絶縁体と
してのダイヤモンド膜が形成され、且つ該ダイヤモンド
膜の一部が黒鉛化されて導電体に形成され、該導電体部
分を通して電流注入が行われることを特徴とする。

【００１４】また本発明は、発光層を含む半導体多層構
造を有する半導体発光素子において、前記半導体多層構
造は、ダイヤモンド膜に挟まれた構造となっていること
を特徴とする。

【００１５】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は次のものがあげられる。 (1) 半導体多層構造は、窒化物系化合物半導体から成る
ものであること。 (2) 半導体多層構造と電極との間に、ダイヤモンド膜を
有し、このダイヤモンド膜が絶縁膜として機能するこ
と。 (3) 半導体多層構造と電極との間に、ダイヤモンド膜を
有し、このダイヤモンド膜が通電容易化層として機能す
ること。

【００１６】(4) 窒化物系半導体レーザのｐ型クラッド
層が、ｐ型ダイヤモンド膜で形成されていること。 (5) 窒化物系半導体レーザのｐ型クラッド層がｐ型ダイ
ヤモンド膜で形成されていて、且つダイヤモンド膜と電
極の間に黒鉛層が存在すること。

【００１７】（作用）本発明によれば、窒化物系半導レ
ーザのように一般に放熱が難しいと考えられている構造
であっても、絶縁体としてダイヤモンド膜を用いること
により、発光部で発生する熱を効率良く放熱することが
できる。特に、ダイヤモンド膜を発光層の側面に接し
て、又はメサ型構造の埋め込み絶縁膜として設けること
により、発熱が最も多い発光層近傍から速やかに熱を取
り去ることができる。これによって、高出力時において
も信頼性の高い半導体発光素子を実現することが可能と
なる。

【００１８】また、半導体多層構造を絶縁体としてのダ
イヤモンド膜で挟むようにすれば、半導体多層膜の上下
両面から放熱することが可能となる。また、絶縁膜とし
て用いるダイヤモンド膜の一部を黒鉛化して導電体にす
ることにより、従来の絶縁膜のパターニングに相当する
プロセスが不要となる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図示の実施
形態によって説明する。

【００２０】（第１の実施形態）図１は、本発明の第１
の実施形態に係わる青色半導体レーザの素子構造を示す
断面図である。

【００２１】図中の１０１はダイヤモンド基板であり、
この基板１０１上にｎ型ＧａＮコンタクト層１０２（Ｓ
ｉドープ，３〜５×１０¹⁸ｃｍ^-3，２μｍ）、ｎ型Ａｌ
ＧａＮクラッド層１０３（Ｓｉドープ，３〜５×１０¹⁸
ｃｍ^-3，０．８μｍ）、ｎ型Ｉｎ_0.02Ｇａ_0.98Ｎガイド
層１０４（Ｓｉドープ，５×１０¹⁸ｃｍ^-3，１００ｎ
ｍ）、Ｉｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ／Ｉｎ_0.03Ｇａ_0.97Ｎの例え
ば３周期からなるＭＱＷ活性層１０５、Ｉｎ_0.02Ｇａ
_0.98Ｎガイド層１０６（アンドープ，０．１μｍ）、ｐ
型ＡｌＧａＮクラッド層１０７（Ｍｇドープ，３〜５×
１０¹⁸ｃｍ^-3，０．４μｍ）、ｐ型ＧａＮコンタクト層
１０８（Ｍｇドープ，３〜５×１０¹⁹ｃｍ^-3，０．０３
μｍ）が積層形成されている。

【００２２】ｐ型ＧａＮコンタクト層１０８の表面から
ｎ型ＧａＮコンタクト層１０２に至るまで半導体積層構
造部の一部が除去され、露出したコンタクト層１０２上
にはｎ側電極１１２が形成されている。また、ｐ型Ｇａ
Ｎコンタクト層１０８の上面及び半導体積層構造部の側
面を覆うように、ノンドープのダイヤモンド絶縁層１０
９が形成されている。そして、このダイヤモンド絶縁層
１０９の一部はｐ型ＧａＮコンタクト層１０８上でスト
ライプ状に除去され、露出したコンタクト層１０８と接
続するようにダイヤモンド絶縁層１０９上にｐ側電極１
１１が形成されている。

【００２３】各部の結晶成長はＭＯＣＶＤ法によって行
い、成長時にはサファイヤ基板を用いた。具体的には、
サファイヤ基板上に、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０２か
らｐ型ＧａＮコンタクト層１０８までをＭＯＣＶＤ法で
連続的に成長した後、ドライエッチング法により、コン
タクト層１０８の表面からコンタクト層１０２に届くま
でエッチングし、露出したコンタクト層１０２上にｎ側
電極１１２を蒸着により形成した。次いで、ダイヤモン
ド絶縁層１０９をＣＶＤ法により形成した。

【００２４】ダイヤモンド絶縁層１０９の成膜方法は、
以下の通りである。前処理としてアセトンとエタノール
で半導体積層構造部の表面を洗浄した後、弗酸処理を行
い、更に水洗を行った。そして、マイクロ波プラズマＣ
ＶＤ成膜装置に導入し、基板温度６００℃，水素：９０
sccmを流しながらＲＦ電力４００Ｗで放電し、表面を軽
くエッチングする。続いて、水素：２５０sccm，メタ
ン：２．５sccmを流し、ＣＶＤ法でダイヤモンドを成長
した。成長初期はプラズマと基板側に負の約１００Ｖの
電圧をかけることによって、均一なダイヤモンド絶縁層
１０９を成長させることができた。

【００２５】次いで、ダイヤモンド絶縁層１０９に対
し、図１のような断面になるように加工を行う。この加
工には、レーザを用いた。レーザのパワーを適当に合わ
せることにより、ダイヤモンド絶縁層１０９の一部のみ
を選択的に除去することができた。

【００２６】加工後はダイヤモンド絶縁層１０９の側面
が黒鉛化しているので、プラズマ処理を行い黒鉛部分を
除去した。その後、ｐ側電極１１１を形成した。このよ
うに素子の形状を作成した後、サファイヤ基板側からＧ
ａＮが吸収する光のレーザ光を照射し、サファイヤ基板
とｎ型ＧａＮコンタクト層１０２の界面で基板を剥離す
る。レーザとしては、窒素ガスレーザを用いた。

【００２７】サファイヤ基板を剥離した後、全体を保持
するための基板としてダイヤモンド基板１０１を用い
た。サファイヤ基板を剥離したＧａＮ表面と基板１０１
となるダイヤモンドの表面のどちらもプラズマ中で浄化
処理を行い接着した。これにより、素子の強度が維持で
きる。基板１０１として用いたダイヤモンドは予め１つ
の素子の大きさが劈開で作成できるように分離溝が加工
してあり、接着後多少の力を加えることによりそれぞれ
の素子に分離できる。この方法で作成した劈開面は非常
に良好であった。

【００２８】本実施形態の素子を実際に動作させたとこ
ろ、しきい値３００ｍＡで室温連続発振した。発振波長
は４００ｎｍ、動作電圧は３．４Ｖであった。遠視野像
は垂直，水平どちらの方向でも単一モードで発振してい
ることを示す単峰なものであった。出力を１００ｍＷに
した場合、電流は３３０ｍＡ、動作電圧は３．７Ｖであ
った。この場合でも、発振波長は変化しなかった。

【００２９】また、発熱を素早く放出できるため、素子
の動作時の温度上昇がなくなり素子の信頼性が向上して
おり、温度を７０℃にしての加速試験において１０万時
間相当の信頼性試験を行っても劣化は見られなかった。
これは、絶縁体として通常用いられているＳｉＯ₂など
に比ベダイヤモンドの熱伝導性が格段に良いためであ
る。

【００３０】図２は、電流に対する光出力の変化を、本
実施形態素子と従来素子とで比較して示す図である。瞬
間的に高電流を注入し測定した結果で、特別なヒートシ
ンクは用いていない。本実施形態では速やかに発光領域
の熱が放出されるので、光出力は４００ｍＷまで限度な
く延びてゆく。また、キンクが観測されていないことか
らモードが安定していると考えられる。従って本実施形
態では、パルス駆動の高出力半導体レーザは特別なヒー
トシンク無しで用いることができ，ＣＷ（連続）駆動の
高出力レーザは冷却を行うことによりこれまでよりも高
出力で動作させることが可能である。

【００３１】（第２の実施形態）図３は、本発明の第２
の実施形態に係わる青色半導体レーザの素子構造を示す
断面図である。

【００３２】図中の３０１はダイヤモンド基板、３０３
はｎ型ＡｌＧａＮクラッド層（Ｓｉドープ，５×１０¹⁸
ｃｍ^-3，０．８μｍ）、３０４はＩｎ_0.02Ｇａ_0.98Ｎガ
イド層（アンドープ，０．１μｍ）、３０５はＩｎ_0.2
Ｇａ_0.8Ｎ／Ｉｎ_0.03Ｇａ_0. ₉₇Ｎからなる３ＭＱＷ活性
層、３０６はＩｎ_0.02Ｇａ_0.98Ｎガイド層（アンドー
プ，０．１μｍ）、３０７はｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
（Ｍｇドープ，３〜５×１０¹⁹ｃｍ^-3，０．２μｍ）、
３０８はｐ型ＧａＮコンタクト層（Ｍｇドープ，３〜５
×１０¹⁹ｃｍ^-3，０．２μｍ）、３０９はダイヤモンド
埋め込み層（Ｓｉドープ，１×１０¹⁷ｃｍ^-3，０．２μ
ｍ）、３１１はｐ側電極、３１２はｎ側電極である。

【００３３】各部の成長はＭＯＣＶＤ法によって行い、
成長基板としてはダイヤモンド基板３０１を用いた。ダ
イヤモンド基板上３０１にｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３
０３から順にｐ型ＧａＮコンタクト層３０８までをＭＯ
ＣＶＤ法で成長した後、作成された半導体多層構造部を
一部エッチングしてｎ側電極を形成する部分を露出させ
る。このエッチングには、ｎ側電極形成部分以外を覆う
ようなマスクを用い、ｐ型ＧａＮコンタクト層３０８の
表面からｎ型クラッド層３０３に至るまでドライエッチ
ングを行った。

【００３４】次いで、全面にＳｉＯ₂膜を形成する。こ
の際、ｐ型ＧａＮコンタクト層３０８上には先ほどｎ側
電極形成部をエッチングで露出させるために使ったマス
クがある。このマスクをＳｉＯ₂膜形成後に除去し、同
時にその上に乗っているＳｉＯ₂膜も除去する。

【００３５】次いで、ｐ型ＧａＮコンタクト層３０８上
にマスクパターンの形成を行い、電流を流す部分のコン
タクト層３０８の一部分を残しエッチングを行い、メサ
形状を形成した。その後、ＣＶＤ法によりダイヤモンド
埋め込み層３０９を成長した。ｎ側電極形成部にはＳｉ
Ｏ₂膜があるのでこのＳｉＯ₂膜を除去することによ
り、同時にこの上に形成されたダイヤモンド層も除去さ
れる。また、ｐ型ＧａＮコンタクト層３０８上に成長し
たダイヤモンド層はコンタクト層３０８のメサ上にも成
長しているので、この部分を研磨により除去しコンタク
ト層３０８のメサ上部を露出させた。そして、ｐ側電極
３１１，ｎ側電極３１２を蒸着により形成し、素子形状
を作成した。

【００３６】この後、ダイヤモンド基板３０１に対し、
レーザにより各々の素子の大きさに分離できるように溝
を加工した。この溝加工により、窒化物半導体の劈開が
し易くなり、良好な劈開面が得られる。

【００３７】このようにして作成した素子をＣｕで作成
されたヒートシンクに基板側を下にしてマウントした。
このレーザはしきい値電流５０ｍＡ、電圧３．２Ｖで発
振した。電流を上昇させ２００ｍＡ流したところ光出力
は３５０ｍＷとなっていた。この時の電圧は４．５Ｖ
で、注入電力は０．９Ｗである。通常の構造のレーザで
はこの状態での長時間の動作はできないが、本実施形態
のレーザはヒートシンクの温度をペルチェなどで冷やす
ことにより長時間の動作が可能であった。

【００３８】また、埋め込み絶縁層３０９だけでなく基
板３０１としてもダイヤモンドを用いているため、ＭＱ
Ｗ活性層３０５に近い位置にダイヤモンドが存在するこ
とになり、活性層付近の局所的な温度上昇が抑えられ、
突然劣化などが生じづらい。さらに、局所的な発熱によ
り屈折率が低下しモードが不安定になることがなく、高
出力でもキンクのない単一モードの発振が維持できた。

【００３９】また、本実施形態の変形例として、ｐ型Ｇ
ａＮコンタクト層３０８上に形成したダイヤモンド埋め
込み層３０９を研磨で削除せずに、レーザを照射して部
分的に黒鉛化することにより低抵抗化し、これを電流注
入構造とする図４のような構造が作成可能である。図４
の４０９がレーザにより黒鉛化した部分である。この場
合、研磨工程が入らないので素子に対する歪み履歴が小
さくなり、素子を劣化させない作成が可能である。

【００４０】（第３の実施形態）図５は、本発明の第３
の実施形態に係わる半導体レーザの素子構造を示す断面
図である。

【００４１】図中の５０１はｐ型ダイヤモンド基板、５
０２はｎ型ＧａＮコンタクト層（Ｓｉドープ，３〜５×
１０¹⁹ｃｍ^-3，０．２μｍ）、５０３はｎ型ＡｌＧａＮ
クラッド層（Ｓｉドープ，３〜５×１０¹⁹ｃｍ^-3，０．
２μｍ）、５０４はＩｎ_0.02Ｇａ_0.98Ｎガイド層（アン
ドープ，０．１μｍ）、５０５はＩｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ／
Ｉｎ_0.03Ｇａ_0.97Ｎからなる３ＭＱＷ活性層、５０６は
Ｉｎ_0.02Ｇａ_0.98Ｎガイド層（アンドープ，０．１μ
ｍ）、５０７はｐ型ＡｌＧａＮクラッド層（Ｍｇドー
プ，３〜５×１０¹⁸ｃｍ^-3，０．２μｍ）、５０８はｐ
型ＧａＮコンタクト層（Ｍｇドープ，３〜５×１０¹⁸ｃ
ｍ^-3，０．２μｍ）、５０９はダイヤモンド埋込み層、
５１１はｐ側電極、５１２はｎ側電極である。

【００４２】各部の結晶成長は、ＭＯＣＶＤ法によって
行い、成長時にはサファイヤ基板を用いた。具体的に
は、サファイヤ基板上に図５のようにｎ型ＧａＮコンタ
クト層５０２から順にｐ型ＧａＮコンタクト層５０８ま
でをＭＯＣＶＤ法で成長した。その後、図５のような形
状に加工するためにｐ型ＧａＮコンタクト層５０８の一
部分にマスクを形成し、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５０
３が露出するまでエッチングを行ってメサを形成した。

【００４３】次いで、上記のメサ構造を有する半導体多
層構造部に対し、ＣＶＤ法によりメサの側面を埋め込む
ようにダイヤモンド埋め込み層５０９を形成した。ダイ
ヤモンド埋め込み層５０９の成長には、第１の実施形態
と同様にマイクロ波プラズマＣＶＤ成膜装置を用い、前
処理の後、水素及びメタンを流しながら行った。この状
態ではｐ型ＧａＮコンタクト層５０８上にもダイヤモン
ド層が堆積しているので、研磨によりコンタクト層５０
８が露出するまで研磨した。そして、研磨した表面をプ
ラズマにより清浄化し、清浄化した表面にｐ型ダイヤモ
ンド基板５０１を接着した。

【００４４】一方、サファイヤ基板は該基板を切削する
ことにより除去した。ｎ型ＧａＮコンタクト層５０２の
表面が出てきたところで、エッチングにより表面酸化
膜，破砕層を除去する。そして、ｐ型ダイヤモンド基板
５０１の表面にｐ側電極１１１を形成し、ｎ型ＧａＮコ
ンタクト層の表面にｎ側電極１１２を形成した。

【００４５】次いで、各素子の大きさに素子を分離し、
共振器ミラーを作成するためにダイヤモンド基板側にレ
ーザで溝を形成した。粘着シートに貼り付け力をかけた
ところ、全てはＧａＮの劈開面で劈開されミラーが良好
に形成された。

【００４６】それぞれの素子をＣｕのマウントにｐ側を
接するようにマウントし動作させたところ、素子はしき
い値電流が７０ｍＡ、電圧３．０Ｖで発振した。放熱体
が発熱領域の近傍にあるため素子の発熱が速やかに放出
され、発熱によるモードの経時変化が抑えられ、高出力
時の高速駆動が可能となった。

【００４７】また、ｐ型ＧａＮコンタクト層５０８とｐ
側電極５１１の間にｐ型ダイヤモンド基板５０１が挿入
されたことにより、ｐ側電極５１１とｐ型ＧａＮでは生
じていたショットキー性接触がなくなり、動作電圧が低
減できた。

【００４８】図６は、この素子を形状はそのままで共振
器の幅と長さを小さくしたもののパルスの時間応答であ
る。しきい値電流３ｍＡ，電圧２．６Ｖのこの素子は素
子自体が小さく発熱も小さいので、通常ヒートシンクに
マウントすることで熱的な影響を無視できるが、半導体
レーザをＳｉ上に光学素子や検出器などを同時にマウン
トして使用する光学モジュールでは近傍にあるＳｉが熱
放出の妨げとなり図の従来例のようになる。しかし，本
実施形態のように発熱部のごく近傍に放熱体がある場合
には図のように良好なパルスが得られる。これにより、
光ディスクの書き込みの際には良好な書き込みが行え
る。

【００４９】また、本実施形態のようにメサの側面にダ
イヤモンド埋め込み層を形成した場合は、次のような効
果が得られる。

【００５０】横モード閉じ込め構造のリッジ型や埋め込
み型の場合、電流の狭窄効果を高めるために、リッジ側
面，メサ形状側面にＳｉＯ₂やＳｉＮといった絶縁体を
形成する。しかし、これらは屈折率が１．５程度と極端
に小さいため、リッジ幅が波長程度に狭くないと高次モ
ードが立ちやすいという欠点がある。光ディスクに用い
るレーザの場合、基本モード以外の場合ノイズが乗るな
どの都合が悪い。これを実験したのが図７である。これ
によると、従来例のＳｉＯ₂やＳｉＮではリッジ幅を１
μｍ以下にしなければならないことが分かる。

【００５１】これに対してダイヤモンドでは適度なしみ
出しがあるため、本実施形態で示しているように３μｍ
程度のリッジ幅で良いことが計算シミュレーションから
分かった。一般に狭いリッジ構造では素子作成プロセス
において精密さが要求され歩留まりが低下する。ダイヤ
モンドを用いて３μｍのリッジ幅で作成したものでは、
これまでの１．５μｍのものに比べ素子の欠陥が１／３
に減った。

【００５２】（第４の実施形態）図８は、本発明の第４
の実施形態に係わるＬＥＤの素子構造を示す断面図であ
る。

【００５３】図中の８０１はダイヤモンド基板、８０２
はＧａＮバッファ層、８０３はｎ型ＧａＮコンタクト
層、８０４はＩｎＧａＮ活性層、８０５はＡｌＧａＮキ
ャリヤ閉じ込め層、８０６はｐ型ＧａＮコンタクト層、
８０７はｎ側電極、８０８はｐ側電極を示している。

【００５４】本構造の作成方法としては、図示しないサ
ファイヤ基板上にＭＯＣＶＤ法で成長を行い、８０２〜
８０６までの各層を積層する。その後、サファイヤ基板
側からレーザを照射し、サファイヤ基板を剥離し、代わ
りにダイヤモンド基板８０１を接着する。接着は５００
℃の炉の中で２インチウェハの場合には重さ５００ｇの
重りを載せ３０分間保持して行った。

【００５５】次いで、ｎ型ＧａＮコンタクト層８０３の
一部分が露出するまでメサエッチングを行い、露出した
部分にｎ側電極８０７を形成する。ｐ側電極８０８はエ
ッチングしていないメサ上部のｐ型ＧａＮコンタクト層
８０６上に形成した。なお、エッチング側面はダイヤモ
ンド又はＳｉＯ₂により保護する。

【００５６】このようにして作成したＬＥＤの特徴は、
以下のようである。通常のサファイヤ基板では該基板側
から光を取り出す際にサファイヤの屈折率が低いために
屈折率差が付き、ブリュースター角が大きく取り出し効
率が悪い。しかし、ダイヤモンド基板を用いた場合、ダ
イヤモンドはＧａＮの屈折率に近いため、ブリュースタ
ー角が小さく取り出し効果が大きくなる。これにより、
これまでに比較し効率が約２倍となった。

【００５７】なお、本発明は上述した各実施形態に限定
されるものではない。実施形態では、半導体レーザやＬ
ＥＤの例として窒化物半導体材料を用いたが、これに限
らず各種の半導体材料を用いることができる。特に、放
熱性の悪い材料ほど本発明の効果が有効となる。また、
ダイヤモンド膜その他の半導体膜の成長方法等は、仕様
に応じて適宜変更可能である。

【００５８】その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、種々変形して実施することができる。

【００５９】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、絶
縁体としてダイヤモンド膜を設けることによって、窒化
物系半導レーザのように一般に放熱が難しいと考えられ
ている構造であっても、発光部で発生する熱を効率良く
放熱することができる。従って、高出力動作時の素子の
信頼性向上、モードの安定性をはかることができ、これ
まで不可能であった最大出力も可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係わる青色半導体レーザの素
子構造を示す断面図。

【図２】電流に対する光出力の変化を、実施形態と従来
例とで比較して示す図。

【図３】第２の実施形態に係わる青色半導体レーザの素
子構造を示す断面図。

【図４】第２の実施形態の変形例を示す断面図。

【図５】第３の実施形態に係わる半導体レーザの素子構
造を示す断面図。

【図６】光出力の時間応答を示す図。

【図７】リッジ幅に対するモード安定性を示す図。

【図８】第４の実施形態に係わるＬＥＤの素子構造を示
す断面図。

【図９】従来の窒化物系半導体レーザの素子構造を示す
断面図。

【符号の説明】

１０１，３０１，５０１…ダイヤモンド基板１０２，５０２…ｎ型ＧａＮコンタクト層１０３，３０３，５０３…ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０４，３０４，５０４…ＩｎＧａＮガイド層１０５，３０５，５０５…ＭＱＷ活性層１０６，３０６，５０６…ＩｎＧａＮガイド層１０７，３０７，５０７…ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０８，３０８，５０８…ｐ型ＧａＮコンタクト層１０９…ダイヤモンド絶縁層１１１，３１１，５１１…ｐ側電極１１２，３１２，５１２…ｎ側電極３０９，５０９…ダイヤモンド埋め込み層４０９…黒鉛部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者板谷和彦神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内Ｆターム(参考） 5F041 AA32 AA44 CA04 CA05 CA33 CA34 CA40 FF16 5F073 AA74 BA06 CA07 CB04 DA35 EA14 EA16 FA25

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光層を含む半導体多層構造を有する半導
体発光素子において、前記発光層の側面に接して、絶縁体としてのダイヤモン
ド膜が形成されていることを特徴とする半導体発光素
子。
【請求項２】発光層を含むメサ型構造の半導体多層構造
を有する半導体発光素子において、前記メサ型構造の埋め込み絶縁膜として、ダイヤモンド
膜が形成されていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項３】基板上に発光層を含む半導体多層構造を有
する半導体発光素子において、前記基板と反対側の電極と前記半導体多層構造との間に
絶縁体としてのダイヤモンド膜が形成され、且つ該ダイ
ヤモンド膜の一部が黒鉛化されて導電体に形成され、該
導電体部分を通して電流注入が行われることを特徴とす
る半導体発光素子。
【請求項４】発光層を含む半導体多層構造を有する半導
体発光素子において、前記半導体多層構造は、ダイヤモンド膜に挟まれた構造
となっていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項５】前記半導体多層構造は、窒化物系化合物半
導体から成るものであることを特徴とする請求項１〜４
の何れかに記載の半導体発光素子。