JP2003347654A - Optical semiconductor element structure - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor element structure exhibiting excellent crystallinity though a simple structure and an optical semiconductor device having that structure. <P>SOLUTION: In the optical semiconductor element structure in which a plurality of N type and P type optical semiconductor elements are stacked, a plurality of stripe matching layers (31) are arranged on a contact layer (30) while being spaced apart through a gap (25a) and an insulation layer (32) is superposed thereon. A clad layer (25) is provided to cover the insulation layer (32) and the gap (25a). <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は光半導体素子構造に
関するものであり、例えば、６５０ｎｍと７８０ｎｍの
２波長レーザ，６５０ｎｍと４００ｎｍの２波長レー
ザ，４００ｎｍと６５０ｎｍと７８０ｎｍの３波長レー
ザ等のレーザダイオードやＬＥＤ(Light Emitting Diod
e)の素子構造、及び複数の半導体チップから成る光半導
体装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical semiconductor device structure. And LED (Light Emitting Diod
The present invention relates to an element structure of e) and an optical semiconductor device including a plurality of semiconductor chips.

【０００２】[0002]

【従来の技術】図４に、従来より知られている青色レー
ザ(発光波長略４００ｎｍ)の一例を示す。このレーザダ
イオードは、サファイア基板(1)上にバッファー層(2)を
有し、そのバッファー層(2)の上にＮ−ＧａＮ(ガリウム
・窒素)層(3)，Ｎ−ＧａＡｌＮ(ガリウム・アルミニウ
ム・窒素)層(4)，ＩｎＧａＮ(インジウム・ガリウム・
窒素)活性層(5)，Ｐ−ＧａＡｌＮ層(6)，Ｐ−ＧａＮ層
(7)，Ｐ−ＧａＡｌＮ層(8)，Ｐ−ＧａＮ層(9)を順に有
する構成になっている。Ｎ−ＧａＮ層(3)内にはＳｉＯ
２(酸化ケイ素)から成るマスク層(3M)が設けられてお
り、Ｎ−ＧａＮ層(3)の段差部(3a)上にはＮ側電極(10N)
が設けられており、Ｐ−ＧａＮ層(9)の上にはＰ側電極
(10P)が設けられている。2. Description of the Related Art FIG. 4 shows an example of a conventionally known blue laser (emission wavelength: about 400 nm). This laser diode has a buffer layer (2) on a sapphire substrate (1), an N-GaN (gallium / nitrogen) layer (3) and an N-GaAlN (gallium / aluminum) on the buffer layer (2).・ Nitrogen) layer (4), InGaN (indium gallium
Nitrogen) active layer (5), P-GaAlN layer (6), P-GaN layer
(7), a P-GaAlN layer (8), and a P-GaN layer (9) in this order. SiO in the N-GaN layer (3)
A mask layer (3M) made of 2 (silicon oxide) is provided, and an N-side electrode (10N) is provided on the step (3a) of the N-GaN layer (3).
Is provided, and a P-side electrode is provided on the P-GaN layer (9).
(10P) is provided.

【０００３】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ＧａＮは融点(=1700
℃)が高く窒素の分解蒸気圧が高いため、バルク基板の
生産が難しい材料である。これと格子定数や熱膨張係数
の似かよった基板材料は存在しないので、上記レーザダ
イオードの基板(1)には格子不整合(=14％)の大きいサフ
ァイア(Ａｌ２Ｏ３)が用いられている。貫通転位対策と
してＧａＮ等から成るバッファー層(2)が形成されては
いるが、それでも貫通転位密度は10９〜10１０cm−２に
なってしまう。この転位部分には不純物が集まり易いた
め、ＩｎＧａＮ活性層(5)に不純物が進入して光出力が
劣化するという問題が生じる。また、２波長レーザを構
成する場合、通常図４に示す半導体チップを２個並べて
使用することになるが、基準がないため活性層(5)の発
光部間の寸法を一定にするのが難しいという問題があ
る。GaN has a melting point (= 1700).
° C) and high decomposition vapor pressure of nitrogen, making it difficult to produce bulk substrates. Since there is no substrate material having a similar lattice constant or thermal expansion coefficient, sapphire (Al2O3) having a large lattice mismatch (= 14%) is used for the substrate (1) of the laser diode. Although a buffer layer (2) made of GaN or the like is formed as a countermeasure for threading dislocation, the threading dislocation density is still 109 to 1010 cm-2. Since impurities easily collect in the dislocation portion, there is a problem that the impurities enter the InGaN active layer (5) and light output is deteriorated. When a two-wavelength laser is formed, two semiconductor chips shown in FIG. 4 are usually used side by side. However, since there is no standard, it is difficult to make the dimension between the light emitting portions of the active layer (5) constant. There is a problem.

【０００４】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであって、簡単な構成でありながら結晶性に優れた
光半導体素子構造とそれを有する光半導体装置を提供す
ることを目的とする。The present invention has been made in view of such circumstances, and has as its object to provide an optical semiconductor element structure having a simple structure and excellent crystallinity, and an optical semiconductor device having the same. .

【０００５】[0005]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第１の発明の光半導体素子構造は、Ｎ型半導体とＰ
型半導体で複数の光半導体素子が積層構成された光半導
体素子構造であって、前記光半導体素子の構成要素であ
る導電性半導体層の上に、隙間を置いて互いに離れて整
列したストライプ状又はラウンド状の複数の整合層と、
その上に重ねて配置された絶縁層と、その絶縁層及び前
記隙間を覆うように設けられた単結晶成長層と、を備え
たことを特徴とする。In order to achieve the above object, an optical semiconductor device structure according to a first aspect of the present invention comprises an N-type semiconductor and a P-type semiconductor.
An optical semiconductor element structure in which a plurality of optical semiconductor elements are stacked in a mold semiconductor, and on a conductive semiconductor layer which is a component of the optical semiconductor element, stripes or A plurality of round matching layers,
The semiconductor device is characterized by including an insulating layer disposed thereon and a single crystal growth layer provided so as to cover the insulating layer and the gap.

【０００６】第２の発明の光半導体素子構造は、裏面に
電極が設けられた半導体単結晶基板と、その半導体単結
晶基板の上に形成されたクラッド層と、そのクラッド層
の上に設けられた第１活性層と、その第１活性層の上に
形成された光ガイド層と、その光ガイド層の上に形成さ
れたクラッド層と、そのクラッド層の上に形成されたコ
ンタクト層と、そのコンタクト層の上に、隙間を置いて
互いに離れて整列するように形成されたストライプ状の
複数の整合層と、その整合層の上に重ねて配置された絶
縁層と、その絶縁層及び前記隙間を覆うように設けられ
たクラッド層と、そのクラッド層の上に形成された光ガ
イド層と、その光ガイド層の上に設けられた第２活性層
と、その第２活性層の上に形成されたクラッド層と、そ
のクラッド層の上に形成されたコンタクト層と、そのコ
ンタクト層の上に設けられた電極とで構成されており、
前記コンタクト層に段差部が構成されており、その段差
部の上に電極が設けられていることを特徴とする。According to a second aspect of the present invention, there is provided an optical semiconductor device structure including a semiconductor single crystal substrate having an electrode provided on a back surface, a cladding layer formed on the semiconductor single crystal substrate, and a cladding layer formed on the cladding layer. A first active layer, a light guide layer formed on the first active layer, a clad layer formed on the light guide layer, a contact layer formed on the clad layer, On the contact layer, a plurality of stripe-shaped matching layers formed so as to be spaced apart from each other with a gap therebetween, an insulating layer disposed on the matching layer, and the insulating layer and the insulating layer. A clad layer provided to cover the gap, a light guide layer formed on the clad layer, a second active layer provided on the light guide layer, and a The formed cladding layer and the top of the cladding layer A contact layer formed is constituted by the electrode provided on the contact layer,
A step is formed in the contact layer, and an electrode is provided on the step.

【０００７】第３の発明の光半導体素子構造は、上記第
２の発明の構成において、前記第１，第２活性層のうち
の一方から波長略６５０ｎｍの発光を行い、他方から波
長略７８０ｎｍの発光を行うことを特徴とする。A third aspect of the optical semiconductor device structure according to the second aspect of the invention is that the one of the first and second active layers emits light having a wavelength of approximately 650 nm and the other has a wavelength of approximately 780 nm. It emits light.

【０００８】第４の発明の光半導体素子構造は、上記第
２又第３の発明の構成において、前記整合層がＡｌ単結
晶又はＡｌＡｓ単結晶から成り、前記絶縁層がＳｉＯ２
又はＳｉ３Ｎ４から成ることを特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, in the structure of the second or third aspect, the matching layer is made of Al single crystal or AlAs single crystal, and the insulating layer is made of SiO2.
Alternatively, it is made of Si3N4.

【０００９】第５の発明の光半導体素子構造は、上記第
２，第３又は第４の発明の構成において、前記半導体単
結晶基板がＧａＡｓから成ることを特徴とする。According to a fifth aspect of the present invention, in the optical semiconductor device structure according to the second, third or fourth aspect, the semiconductor single crystal substrate is made of GaAs.

【００１０】第６の発明の光半導体装置は、上記第２，
第３，第４又は第５の発明の光半導体素子構造を有する
第１半導体チップと、第３活性層を有する第２半導体チ
ップと、を備えた光半導体装置であって、前記第１，第
２活性層からの光に対して前記第３活性層からの光が平
行になるように、前記第２半導体チップが前記第１半導
体チップに対して位置決めされた状態で載置されている
ことを特徴とする。The optical semiconductor device according to a sixth aspect of the present invention is the optical semiconductor device according to the second aspect.
An optical semiconductor device comprising: a first semiconductor chip having an optical semiconductor element structure according to the third, fourth or fifth invention; and a second semiconductor chip having a third active layer. The second semiconductor chip is placed so as to be positioned with respect to the first semiconductor chip so that light from the third active layer is parallel to light from the second active layer. Features.

【００１１】第７の発明の光半導体装置は、上記第６の
発明の構成において、前記第２半導体チップが前記第３
活性層から波長略４００ｎｍの発光を行うことを特徴と
する。An optical semiconductor device according to a seventh aspect of the present invention is the optical semiconductor device according to the sixth aspect, wherein the second semiconductor chip is the third semiconductor chip.
It is characterized in that light having a wavelength of about 400 nm is emitted from the active layer.

【００１２】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施した光半導体
素子構造とそれを有する光半導体装置を、図面を参照し
つつ説明する。なお、ここで説明する各実施の形態はレ
ーザダイオードの素子構造等についてのものであるが、
その素子構造をＬＥＤ等の光半導体素子に適用した場合
でも同様の効果を得ることは可能である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an optical semiconductor element structure embodying the present invention and an optical semiconductor device having the same will be described with reference to the drawings. Although each of the embodiments described here is about the element structure of a laser diode,
Similar effects can be obtained even when the element structure is applied to an optical semiconductor element such as an LED.

【００１３】図１に、２波長レーザの一実施の形態を素
子構造断面で示す。この２波長レーザは、Ｎ型半導体と
Ｐ型半導体で２つのレーザダイオードが積層構成された
構造を有するものであり、半導体単結晶基板(11)上に、
クラッド層(12)，第１活性層(13)，光ガイド層(14)，ク
ラッド層(15)，コンタクト層(30)，整合層(31)，絶縁層
(32)，クラッド層(25)，光ガイド層(24)，第２活性層(2
3)，クラッド層(22)，コンタクト層(21)が、順に設けら
れた構成になっている。FIG. 1 shows an embodiment of a two-wavelength laser in a cross section of the element structure. This two-wavelength laser has a structure in which two laser diodes are stacked with an N-type semiconductor and a P-type semiconductor, and is formed on a semiconductor single crystal substrate (11).
Clad layer (12), first active layer (13), light guide layer (14), clad layer (15), contact layer (30), matching layer (31), insulating layer
(32), cladding layer (25), light guide layer (24), second active layer (2
3), a cladding layer (22), and a contact layer (21) are provided in this order.

【００１４】半導体単結晶基板(11)はＮ−ＧａＡｓから
成っており、クラッド層(12)はＮ−ＧａＡｌＡｓから成
っており、第１活性層(13)はＧａＡｓから成っており、
光ガイド層(14)はＰ−ＧａＡｌＡｓから成っており、ク
ラッド層(15)はＰ−ＧａＡｌＡｓから成っている。コン
タクト層(30)はＰ−ＧａＡｓから成っており、整合層(3
1)はＡｌ単結晶，ＡｌＡｓ単結晶等の単結晶材料から成
っており、絶縁層(32)はＳｉＯ２，Ｓｉ３Ｎ４等の絶縁
材料から成っている。また、クラッド層(25)はＰ−Ｉｎ
ＧａＡｌＰから成っており、光ガイド層(24)はＰ−Ｉｎ
ＧａＡｌＰから成っており、第２活性層(23)はＩｎＧａ
ＡｌＰから成っており、クラッド層(22)はＮ−ＩｎＧａ
ＡｌＰから成っており、コンタクト層(21)はＮ−ＧａＡ
ｓから成っている。The semiconductor single crystal substrate (11) is made of N-GaAs, the cladding layer (12) is made of N-GaAlAs, the first active layer (13) is made of GaAs,
The light guide layer (14) is made of P-GaAlAs, and the cladding layer (15) is made of P-GaAlAs. The contact layer (30) is made of P-GaAs, and the matching layer (3
1) is made of a single crystal material such as an Al single crystal or an AlAs single crystal, and the insulating layer (32) is made of an insulating material such as SiO2 and Si3N4. The cladding layer (25) is made of P-In.
The light guide layer (24) is made of P-In.
The second active layer 23 is made of InGaP.
The cladding layer (22) is made of N-InGa.
The contact layer (21) is made of N-GaAs.
s.

【００１５】この２波長レーザにおいては、半導体単結
晶基板(11)，クラッド層(12)，第１活性層(13)，光ガイ
ド層(14)，クラッド層(15)及びコンタクト層(30)で、素
子下部の第１レーザダイオード構造が構成されており、
コンタクト層(21)，クラッド層(22)，第２活性層(23)，
光ガイド層(24)，クラッド層(25)及びコンタクト層(30)
で、素子上部の第２レーザダイオード構造が構成されて
いる。そして、第１レーザダイオード構造と第２レーザ
ダイオード構造とは、コンタクト層(30)側からみて同じ
積層構造[半導体単結晶基板(11)側からみて逆の積層構
造]になっている。なお、各レーザダイオード構造に他
の導電性半導体層等を必要に応じて追加しても構わな
い。In this two-wavelength laser, a semiconductor single crystal substrate (11), a clad layer (12), a first active layer (13), an optical guide layer (14), a clad layer (15), and a contact layer (30) Thus, a first laser diode structure below the element is configured,
Contact layer (21), cladding layer (22), second active layer (23),
Light guide layer (24), cladding layer (25) and contact layer (30)
Thus, a second laser diode structure above the element is formed. The first laser diode structure and the second laser diode structure have the same laminated structure when viewed from the contact layer (30) side [the reverse laminated structure when viewed from the semiconductor single crystal substrate (11) side]. Note that another conductive semiconductor layer or the like may be added to each laser diode structure as needed.

【００１６】コンタクト層(30)には段差部(30a)が構成
されており、その段差部(30a)上には第１電極(10A)が設
けられている。また、半導体単結晶基板(11)の裏面には
第２電極(10B)が設けられており、コンタクト層(21)の
上には第３電極(10C)が設けられている。第１電極(10A)
−第２電極(10B)間の通電を行うと、前記第１レーザダ
イオード構造により第１活性層(13)からＧａＡｓによる
波長略７８０ｎｍのレーザ発光が行われ、第１電極(10
A)−第３電極(10C)間の通電を行うと、前記第２レーザ
ダイオード構造により第２活性層(23)からＩｎＧａＡｌ
Ｐによる波長略６５０ｎｍのレーザ発光が行われる(い
ずれもレーザ光の射出方向は紙面垂直方向である。)。
この２波長レーザでは、発光波長が略６５０ｎｍ，略７
８０ｎｍのレーザダイオード単品の場合と同様の成長条
件で、成長層の形成が可能である。したがって、低コス
ト化・小型化のメリットが得られる。A step (30a) is formed in the contact layer (30), and a first electrode (10A) is provided on the step (30a). A second electrode (10B) is provided on the back surface of the semiconductor single crystal substrate (11), and a third electrode (10C) is provided on the contact layer (21). 1st electrode (10A)
When current is applied between the second electrodes (10B), laser light having a wavelength of approximately 780 nm is emitted from the first active layer (13) by GaAs by the first laser diode structure, and the first electrodes (10B).
A) When current is passed between the third electrode (10C) and the second active layer (23), InGaAl
P emits a laser beam having a wavelength of about 650 nm (the emission direction of the laser beam is perpendicular to the plane of the paper).
In this two-wavelength laser, the emission wavelength is approximately 650 nm, approximately 7 nm.
A growth layer can be formed under the same growth conditions as in the case of a single 80 nm laser diode. Therefore, advantages of cost reduction and size reduction can be obtained.

【００１７】第１，第２活性層(13,23)間の距離は、Ｍ
ＯＣＶＤ(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)
装置での膜厚管理により設定可能である。したがって、
発光点位置を高い精度で良好にコントロールすることが
できる。また、第１，第２活性層(13,23)に多重量子井
戸構造(ＭＱＷ)を採用してもよい。例えば、第１活性層
(13)を(ＧａＡｓの代わりに)ＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓか
ら成るＭＱＷ活性層としてもよく、第２活性層(23)を
(ＩｎＧａＡｌＰの代わりに)ＩｎＧａＰ／ＩｎＧａＡｌ
Ｐから成るＭＱＷ活性層としてもよい。The distance between the first and second active layers (13, 23) is M
OCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition)
It can be set by controlling the film thickness in the apparatus. Therefore,
The light emitting point position can be controlled well with high accuracy. Further, a multiple quantum well structure (MQW) may be employed for the first and second active layers (13, 23). For example, the first active layer
(13) may be a GaAs / GaAlAs MQW active layer (instead of GaAs), and the second active layer (23) may be
InGaP / InGaAl (instead of InGaAlP)
An MQW active layer made of P may be used.

【００１８】一般に、２つのレーザダイオードの積層構
造で２波長レーザを構成する場合、素子上部のレーザダ
イオード構造の結晶性を上げる必要がある。素子下部の
レーザダイオード構造については、成長層が基板との格
子整合性の良いものであれば、前記従来例(図４)のよう
にバッファー層(2)を設けることで充分に結晶性を上げ
ることができる。しかし、素子上部のレーザダイオード
構造については、素子下部からの転位等が素子上部に伝
播するため、バッファー層(2)では不充分である。Generally, when a two-wavelength laser is formed by a laminated structure of two laser diodes, it is necessary to improve the crystallinity of the laser diode structure on the upper part of the element. Regarding the laser diode structure under the element, if the growth layer has good lattice matching with the substrate, the crystallinity can be sufficiently increased by providing the buffer layer (2) as in the conventional example (FIG. 4). be able to. However, regarding the laser diode structure above the element, the buffer layer (2) is not sufficient because dislocations and the like from the lower part of the element propagate to the upper part of the element.

【００１９】これを改善するため、図１に示す２波長レ
ーザではコンタクト層(30)の上に整合層(31)と絶縁層(3
2)を設けている。整合層(31)はストライプ状(ラウンド
状でもよい。)を成して複数設けられており、導電性半
導体層であるコンタクト層(30)の上に、隙間(25a)を置
いて互いに離れて整列するように形成されている。絶縁
層(32)は整合層(31)と同一形状・同一サイズになってお
り、各整合層(31)の上に重ねて配置されている。そし
て、複数の整合層(31)の間の隙間(25a)と絶縁層(32)と
を覆うように、単結晶成長層であるクラッド層(25)が設
けられている。In order to improve this, in the two-wavelength laser shown in FIG. 1, a matching layer (31) and an insulating layer (3) are formed on the contact layer (30).
2) is provided. A plurality of matching layers (31) are provided in a stripe shape (may be a round shape), and are separated from each other with a gap (25a) on the contact layer (30) which is a conductive semiconductor layer. It is formed so as to be aligned. The insulating layer (32) has the same shape and the same size as the matching layer (31), and is arranged on each matching layer (31). A clad layer (25), which is a single crystal growth layer, is provided so as to cover the gap (25a) between the plurality of matching layers (31) and the insulating layer (32).

【００２０】整合層(31)でのマスクによるコンタクト層
(30)の開口部においても、横方向成長により結晶性が下
部と比べて1/20〜1/33に改善されるため、絶縁層(32)上
方の第２活性層(23)では貫通転位密度10３cm−２レベル
まで結晶性が改善される[10６cm−２(下部の結晶性)×1
/3(開口部面積比による改善)×1/20(開口部横成長によ
る改善)×1/20〜1/33(絶縁層(32)上部横方向成長による
改善)≒10３cm−２]。Contact layer by mask in matching layer (31)
Also in the opening of (30), the crystallinity is improved to 1/20 to 1/33 as compared with the lower part by the lateral growth, so that the threading dislocations are formed in the second active layer (23) above the insulating layer (32). The crystallinity is improved to a density of 103 cm-2 [106 cm-2 (crystallinity at the bottom) x 1]
/ 3 (improvement by opening area ratio) x 1/20 (improvement by lateral growth of opening) x 1/20 to 1/33 (improvement by lateral growth on top of insulating layer (32)) ≒ 103 cm-2].

【００２１】また、前記従来例(図４)のようにバッファ
ー層(2)を用いて結晶性を改善する方法では、素子下部
の基板(1)と電気的コンタクトをとることができない。
また、成長層にマスクを入れて結晶性を改善する方法も
知られているが、マスク開口部分では貫通転位等を阻止
することができず、結晶性の改善もマスク上部でしかで
きないという欠点がある。In the method of improving the crystallinity by using the buffer layer (2) as in the conventional example (FIG. 4), it is impossible to make electrical contact with the substrate (1) below the element.
A method of improving the crystallinity by putting a mask in the growth layer is also known, but has the disadvantage that threading dislocations and the like cannot be prevented at the mask opening, and the crystallinity can be improved only at the top of the mask. is there.

【００２２】図１に示す２波長レーザのように整合層(3
1)や絶縁層(32)を設ければ、素子下部の基板(11)と電気
的コンタクトをとることができるため、複数の光半導体
素子を積層化することができる。絶縁層(32)の開口部に
おいても、絶縁層(32)下の整合層(31)の種結晶としての
働きにより横方向成長が生じるため、結晶性が改善され
る。したがって、素子下部からの貫通転位を阻止するこ
とができる。また、整合層(31)や絶縁層(32)は、第１，
第２レーザダイオード構造の間の層に容易に構成できる
ため、簡単な構成にもかかわらず結晶性改善の効果(1/1
0３)は大きい。なお、Ｐ−クラッド層(15,25)，Ｎ−ク
ラッド層(12,22)に歪み超格子構造を採用して、貫通転
位の表面への伝播を抑制してもよい。As in the two-wavelength laser shown in FIG.
If 1) or the insulating layer (32) is provided, an electrical contact can be made with the substrate (11) below the element, so that a plurality of optical semiconductor elements can be stacked. Also in the opening of the insulating layer (32), the matching layer (31) below the insulating layer (32) acts as a seed crystal to cause lateral growth, so that the crystallinity is improved. Therefore, threading dislocations from below the element can be prevented. The matching layer (31) and the insulating layer (32) are
Since it can be easily formed in a layer between the second laser diode structures, the effect of improving the crystallinity (1/1
03) is large. Note that the P-clad layers (15, 25) and the N-clad layers (12, 22) may adopt a strained superlattice structure to suppress the propagation of threading dislocations to the surface.

【００２３】図２に、３波長レーザの一実施の形態を装
置構造断面で示す。この３波長レーザは、図１の２波長
レーザの素子構造を有する第１半導体チップ(41)と、第
３活性層(33)を有する第２半導体チップ(42)と、を備え
た３波長のレーザ発光が可能な光半導体装置である。第
１半導体チップ(41)は、前述したように波長略７８０ｎ
ｍのレーザ発光を行う第１活性層(13)と、波長略６５０
ｎｍのレーザ発光を行う第２活性層(23)とを有してお
り、一方、第２半導体チップ(42)は波長略４００ｎｍの
発光を行う第３活性層(33)を有している。そして、第１
〜第３活性層(13,23,33)のいずれかをレーザ発光させる
構成になっている。FIG. 2 shows an embodiment of a three-wavelength laser in a cross section of the device structure. This three-wavelength laser includes a first semiconductor chip (41) having an element structure of the two-wavelength laser in FIG. 1 and a second semiconductor chip (42) having a third active layer (33). An optical semiconductor device capable of emitting laser light. The first semiconductor chip 41 has a wavelength of about 780 n as described above.
m, a first active layer (13) that emits laser light, and a wavelength of about 650.
The second semiconductor chip (42) has a third active layer (33) that emits light having a wavelength of approximately 400 nm. And the first
To the third active layer (13, 23, 33) to emit laser light.

【００２４】発光波長は略４００ｎｍ，略６５０ｎｍ，
略７８０ｎｍに限らず、また、どの活性層からどのよう
な波長のレーザ発光を行うかは必要に応じて設定すれば
よい。例えば、Ｒ(赤)・Ｇ(緑)・Ｂ(青)のレーザ発光が
可能な半導体材料を用いることによって、フルカラーレ
ーザを構成することができる。青レーザ発光用の半導体
材料としてはＩｎＧａＮ、緑レーザ発光用の半導体材料
としてはＩｎＧａＮ、赤レーザ発光用の半導体材料とし
てはＩｎＧａＡｌＰが挙げられる。The emission wavelength is about 400 nm, about 650 nm,
The wavelength is not limited to approximately 780 nm, and the wavelength of laser light emitted from which active layer may be set as needed. For example, a full-color laser can be formed by using a semiconductor material capable of emitting R (red), G (green), and B (blue) lasers. InGaN is used as a semiconductor material for emitting blue laser light, InGaN is used as a semiconductor material for emitting green laser light, and InGaAlP is used as a semiconductor material for emitting red laser light.

【００２５】第１，第２半導体チップ(41,42)は、サブ
マウント(40)の上に載置されている。このように複数の
半導体チップをマウントする場合、位置決めの基準が必
要となる。ここでは、第１，第２活性層(13,23)の発光
点を結んだラインを基準線として、第１，第２半導体チ
ップ(41,42)の相対的な位置決めを可能としている。例
えば、第１半導体チップ(41)をサブマウント(40)上に載
置した後、第１，第２活性層(13,23)からのレーザ光に
対して第３活性層(33)からのレーザ光が平行になるよう
に、第２半導体チップ(42)を第１半導体チップ(41)に対
して位置決めした状態で載置する。上記基準線があるた
め、第１半導体チップ(41)に対する第２半導体チップ(4
2)の位置決め(つまり発光部間の寸法合わせ)を精度良く
行うことができる。The first and second semiconductor chips (41, 42) are mounted on a submount (40). When mounting a plurality of semiconductor chips in this way, a positioning reference is required. Here, relative positioning of the first and second semiconductor chips (41, 42) is possible using a line connecting the light emitting points of the first and second active layers (13, 23) as a reference line. For example, after the first semiconductor chip (41) is mounted on the submount (40), the laser light from the first and second active layers (13, 23) is irradiated from the third active layer (33). The second semiconductor chip (42) is placed in a state of being positioned with respect to the first semiconductor chip (41) so that the laser light is parallel. Because of the reference line, the second semiconductor chip (4) with respect to the first semiconductor chip (41)
The positioning (2) (that is, the dimensional adjustment between the light emitting units) can be performed with high accuracy.

【００２６】図３に、３波長レーザの他の実施の形態を
装置構造断面で示す。この３波長レーザは、図１の２波
長レーザの素子構造を有する第１，第２半導体チップ(4
1A,41B)を備えており、２つの半導体チップ(41A,41B)に
同じ積層構成が採用されている他は、図２の３波長レー
ザと同じ構成になっている。ただし、第２半導体チップ
(41B)については第１活性層(13)を使用しない構成にな
っているため、第１半導体チップ(41A)の第１，第２活
性層(13,23)と、第２半導体チップ(41B)の第２活性層(2
3)と、で３波長(例えば、略４００ｎｍ，略６５０ｎ
ｍ，略７８０ｎｍ)のレーザ発光を行うことができる。
用いる半導体材料を選択することにより、前記Ｒ・Ｇ・
Ｂのフルカラー化に対応することも勿論可能である。FIG. 3 shows another embodiment of the three-wavelength laser in a cross section of the device structure. The three-wavelength laser has first and second semiconductor chips (4
1A, 41B) and the same configuration as the three-wavelength laser in FIG. 2 except that the same stacked configuration is adopted for the two semiconductor chips (41A, 41B). However, the second semiconductor chip
Since (41B) does not use the first active layer (13), the first and second active layers (13, 23) of the first semiconductor chip (41A) and the second semiconductor chip (41B) are not used. ) Second active layer (2
3) and three wavelengths (for example, approximately 400 nm, approximately 650 n
m, approximately 780 nm).
By selecting the semiconductor material to be used, the R, G,
Of course, it is possible to cope with full color B.

【００２７】[0027]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、簡
単な構成でありながら結晶性に優れた光半導体素子構造
を実現することができる。そして、活性層への不純物の
進入による光出力の劣化を効果的に防止することができ
る。As described above, according to the present invention, it is possible to realize an optical semiconductor device structure having a simple structure and excellent crystallinity. In addition, it is possible to effectively prevent the light output from deteriorating due to the entry of impurities into the active layer.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】 光半導体素子の一実施の形態を示す断面図。FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an embodiment of an optical semiconductor device.

【図２】 光半導体装置の一実施の形態を示す断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of an optical semiconductor device.

【図３】 光半導体装置の他の実施の形態を示す断面
図。FIG. 3 is a sectional view showing another embodiment of the optical semiconductor device.

【図４】 光半導体素子の従来例を示す断面図。FIG. 4 is a sectional view showing a conventional example of an optical semiconductor element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10A,10B,10C …第１，第２，第３電極 11 …半導体単結晶基板(Ｎ−ＧａＡｓ) 12 …クラッド層(Ｎ−ＧａＡｌＡｓ) 13 …第１活性層(ＧａＡｓ) 14 …光ガイド層(Ｐ−ＧａＡｌＡｓ) 15 …クラッド層(Ｐ−ＧａＡｌＡｓ) 21 …コンタクト層(Ｎ−ＧａＡｓ) 22 …クラッド層(Ｎ−ＩｎＧａＡｌＰ) 23 …第２活性層(ＩｎＧａＡｌＰ) 24 …光ガイド層(Ｐ−ＩｎＧａＡｌＰ) 25 …クラッド層(Ｐ−ＩｎＧａＡｌＰ) 25a …隙間 30 …コンタクト層(Ｐ−ＧａＡｓ) 30a …段差部 31 …整合層 32 …絶縁層 33 …第３活性層 41,41A …第１半導体チップ 42,41B …第２半導体チップ 10A, 10B, 10C ... first, second and third electrodes 11… Semiconductor single crystal substrate (N-GaAs) 12 ... clad layer (N-GaAlAs) 13 ... first active layer (GaAs) 14… Light guide layer (P-GaAlAs) 15 ... clad layer (P-GaAlAs) 21… Contact layer (N-GaAs) 22 ... cladding layer (N-InGaAlP) 23… Second active layer (InGaAlP) 24… Light guide layer (P-InGaAlP) 25 ... cladding layer (P-InGaAlP) 25a ... gap 30… Contact layer (P-GaAs) 30a… step section 31 ... matching layer 32 ... insulating layer 33 ... third active layer 41,41A… First semiconductor chip 42,41B… Second semiconductor chip

フロントページの続き (72)発明者 高須 広海 鳥取県鳥取市南吉方３丁目201番地 鳥取 三洋電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5F073 AA41 AA44 AA51 AA61 AA74 AA89 BA05 CA04 CA14 DA35 EA04 EA28 EA29 FA23 Continuation of front page    (72) Inventor Hiromi Takasu             3-201 Minamiyoshikata, Tottori City, Tottori Prefecture Tottori             Sanyo Electric Co., Ltd. F term (reference) 5F073 AA41 AA44 AA51 AA61 AA74                       AA89 BA05 CA04 CA14 DA35                       EA04 EA28 EA29 FA23

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 Ｎ型半導体とＰ型半導体で複数の光半導
体素子が積層構成された光半導体素子構造であって、前
記光半導体素子の構成要素である導電性半導体層の上
に、隙間を置いて互いに離れて整列したストライプ状又
はラウンド状の複数の整合層と、その上に重ねて配置さ
れた絶縁層と、その絶縁層及び前記隙間を覆うように設
けられた単結晶成長層と、を備えたことを特徴とする光
半導体素子構造。1. An optical semiconductor device structure in which a plurality of optical semiconductor devices are stacked with an N-type semiconductor and a P-type semiconductor, wherein a gap is formed on a conductive semiconductor layer which is a component of the optical semiconductor device. A plurality of striped or round matching layers placed and aligned apart from each other, an insulating layer disposed thereon, and a single crystal growth layer provided to cover the insulating layer and the gap, An optical semiconductor device structure comprising: 【請求項２】 裏面に電極が設けられた半導体単結晶基
板と、その半導体単結晶基板の上に形成されたクラッド
層と、そのクラッド層の上に設けられた第１活性層と、
その第１活性層の上に形成された光ガイド層と、その光
ガイド層の上に形成されたクラッド層と、そのクラッド
層の上に形成されたコンタクト層と、そのコンタクト層
の上に、隙間を置いて互いに離れて整列するように形成
されたストライプ状の複数の整合層と、その整合層の上
に重ねて配置された絶縁層と、その絶縁層及び前記隙間
を覆うように設けられたクラッド層と、そのクラッド層
の上に形成された光ガイド層と、その光ガイド層の上に
設けられた第２活性層と、その第２活性層の上に形成さ
れたクラッド層と、そのクラッド層の上に形成されたコ
ンタクト層と、そのコンタクト層の上に設けられた電極
とで構成されており、前記コンタクト層に段差部が構成
されており、その段差部の上に電極が設けられているこ
とを特徴とする光半導体素子構造。2. A semiconductor single crystal substrate provided with an electrode on a back surface, a cladding layer formed on the semiconductor single crystal substrate, a first active layer provided on the cladding layer,
A light guide layer formed on the first active layer, a clad layer formed on the light guide layer, a contact layer formed on the clad layer, A plurality of stripe-shaped matching layers formed so as to be spaced apart from each other with a gap therebetween, an insulating layer superposed on the matching layer, and provided so as to cover the insulating layer and the gap. A clad layer, a light guide layer formed on the clad layer, a second active layer provided on the light guide layer, a clad layer formed on the second active layer, It is composed of a contact layer formed on the cladding layer and an electrode provided on the contact layer, and a step is formed in the contact layer, and an electrode is formed on the step. Light characterized by being provided Conductor device structure. 【請求項３】 前記第１，第２活性層のうちの一方から
波長略６５０ｎｍの発光を行い、他方から波長略７８０
ｎｍの発光を行うことを特徴とする請求項２記載の光半
導体素子構造。3. A light emitting device having a wavelength of approximately 650 nm from one of the first and second active layers and a wavelength of approximately 780 from the other.
3. The optical semiconductor device structure according to claim 2, wherein the optical semiconductor device emits light of nm. 【請求項４】 前記整合層がＡｌ単結晶又はＡｌＡｓ単
結晶から成り、前記絶縁層がＳｉＯ２又はＳｉ３Ｎ４か
ら成ることを特徴とする請求項２又は３記載の光半導体
素子構造。4. The optical semiconductor device structure according to claim 2, wherein said matching layer is made of Al single crystal or AlAs single crystal, and said insulating layer is made of SiO 2 or Si 3 N 4. 【請求項５】 前記半導体単結晶基板がＧａＡｓから成
ることを特徴とする請求項２，３又は４記載の光半導体
素子構造。5. The optical semiconductor device structure according to claim 2, wherein said semiconductor single crystal substrate is made of GaAs. 【請求項６】 請求項２，３，４又は５記載の光半導体
素子構造を有する第１半導体チップと、第３活性層を有
する第２半導体チップと、を備えた光半導体装置であっ
て、前記第１，第２活性層からの光に対して前記第３活
性層からの光が平行になるように、前記第２半導体チッ
プが前記第１半導体チップに対して位置決めされた状態
で載置されていることを特徴とする光半導体装置。6. An optical semiconductor device comprising a first semiconductor chip having the optical semiconductor element structure according to claim 2, 3, and 5, and a second semiconductor chip having a third active layer. The second semiconductor chip is placed with the second semiconductor chip positioned with respect to the first semiconductor chip so that light from the third active layer is parallel to light from the first and second active layers. An optical semiconductor device, comprising: 【請求項７】 前記第２半導体チップが前記第３活性層
から波長略４００ｎｍの発光を行うことを特徴とする請
求項６記載の光半導体装置。7. The optical semiconductor device according to claim 6, wherein said second semiconductor chip emits light having a wavelength of about 400 nm from said third active layer.