JPH04208585A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JPH04208585A JPH04208585A JP40001790A JP40001790A JPH04208585A JP H04208585 A JPH04208585 A JP H04208585A JP 40001790 A JP40001790 A JP 40001790A JP 40001790 A JP40001790 A JP 40001790A JP H04208585 A JPH04208585 A JP H04208585A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
［０００１１
【産業上の利用分野］本発明は、半導体発光素子に関し
、特に基板としてＧａＡｓ （ガリウムひ素）を使用
する端面放射型半導体発光素子の端面保護膜に関する。 ［０００２］ 【従来の技術】一般の端面放射型の半導体発光素子には
、出力光の発生に伴う熱により光出力端面の温度が上昇
してその周囲の結晶が酸化し、破壊されてしまうことを
防ぐため、もしくは、光出力端面の反射率を制御するた
めに、光出力端面にＡ１２０３ （アルミナ）やＳｉ
Ｏ２（酸化珪素）からなる保護膜を形成していた。 （０００３］特に、ＧａＡｓ （ガリウムひ素）を基
板とする半導体発光素子においては、ＧａＡｓが熱によ
り劣化しやすいため、この保護膜の存在は重要である。 ［０００４］
、特に基板としてＧａＡｓ （ガリウムひ素）を使用
する端面放射型半導体発光素子の端面保護膜に関する。 ［０００２］ 【従来の技術】一般の端面放射型の半導体発光素子には
、出力光の発生に伴う熱により光出力端面の温度が上昇
してその周囲の結晶が酸化し、破壊されてしまうことを
防ぐため、もしくは、光出力端面の反射率を制御するた
めに、光出力端面にＡ１２０３ （アルミナ）やＳｉ
Ｏ２（酸化珪素）からなる保護膜を形成していた。 （０００３］特に、ＧａＡｓ （ガリウムひ素）を基
板とする半導体発光素子においては、ＧａＡｓが熱によ
り劣化しやすいため、この保護膜の存在は重要である。 ［０００４］
【発明が解決しようとする課題】上記保護膜は、その膜
厚を大きくすることで、素子の放熱性を向上することが
可能である。前述の様に、ＧａＡｓを基板とする半導体
発光素子は熱による劣化が著しいため、その放熱性を向
上する目的で保護膜を厚く形成することが検討されてい
る。 ところが、Ａｌ２Ｏ３の熱膨張係数は６． ７
Ｘ１０−７（／’Ｃ〕であり、またＳｉＯ２の熱膨張係
数は１゜３ Ｘ １０−５［／℃ｌである。 （０００５１これらの熱膨張係数は、ＧａＡｓ系半導体
発光素子の厚みのうち殆どを占めるＧａＡｓ基板の熱膨
張係数５． ７ Ｘ １０−．６ ［７℃）とは大きく
異なる。従って、放熱性を向上するために、膜厚を大き
くしたＡｌ２Ｏ３膜やＳｉＯ２膜等をレーザに適用する
と、温度が上昇するに伴い、保護膜とＧａＡｓ基板との
間の歪みが大きくなってしまう。そしてその結果、半導
体レーザの構造であれば、光出力端面におけるレーザ光
の散乱を招き、吸収損失が大きくなるためレーザの発振
状態が不安定になり、最悪の場合発振できなくなってし
う。 ［０００６１本発明は、保護膜と基板との間のに生じる
歪みを抑制し、かつ放熱性を高めることを目的とする。 ［０００７］
厚を大きくすることで、素子の放熱性を向上することが
可能である。前述の様に、ＧａＡｓを基板とする半導体
発光素子は熱による劣化が著しいため、その放熱性を向
上する目的で保護膜を厚く形成することが検討されてい
る。 ところが、Ａｌ２Ｏ３の熱膨張係数は６． ７
Ｘ１０−７（／’Ｃ〕であり、またＳｉＯ２の熱膨張係
数は１゜３ Ｘ １０−５［／℃ｌである。 （０００５１これらの熱膨張係数は、ＧａＡｓ系半導体
発光素子の厚みのうち殆どを占めるＧａＡｓ基板の熱膨
張係数５． ７ Ｘ １０−．６ ［７℃）とは大きく
異なる。従って、放熱性を向上するために、膜厚を大き
くしたＡｌ２Ｏ３膜やＳｉＯ２膜等をレーザに適用する
と、温度が上昇するに伴い、保護膜とＧａＡｓ基板との
間の歪みが大きくなってしまう。そしてその結果、半導
体レーザの構造であれば、光出力端面におけるレーザ光
の散乱を招き、吸収損失が大きくなるためレーザの発振
状態が不安定になり、最悪の場合発振できなくなってし
う。 ［０００６１本発明は、保護膜と基板との間のに生じる
歪みを抑制し、かつ放熱性を高めることを目的とする。 ［０００７］
【課題を解決するための手段】本発明は、以上のような
問題点に鑑み、以下のように構成するものである。即ち
、図１から明らかな様に、本発明では、ＧａＡｓ基板１
と、ＧａＡｓ基板１上に位置する第一のクラッド層２と
、第一のクラッド層と反対の導電型を持つ第二のクラッ
ド層４と、第一のクラッド層２と第二のクラッド層４と
の間に挟まれ、端面において光出力を行う活性層３と、
光出力が行われる端面側の半導体基板１、第一のクラッ
ド層２、第二のクラッド層４及び活性層３に設けられた
窒化アルミニウム（Ａ Ｉ Ｎ）からなる保護膜を有す
ることを特徴とするのである。 ［０００８］
問題点に鑑み、以下のように構成するものである。即ち
、図１から明らかな様に、本発明では、ＧａＡｓ基板１
と、ＧａＡｓ基板１上に位置する第一のクラッド層２と
、第一のクラッド層と反対の導電型を持つ第二のクラッ
ド層４と、第一のクラッド層２と第二のクラッド層４と
の間に挟まれ、端面において光出力を行う活性層３と、
光出力が行われる端面側の半導体基板１、第一のクラッ
ド層２、第二のクラッド層４及び活性層３に設けられた
窒化アルミニウム（Ａ Ｉ Ｎ）からなる保護膜を有す
ることを特徴とするのである。 ［０００８］
【作用】本発明では、端面の保護膜を構成する材料とし
て、熱膨張係数がＧａＡｓ基板とほぼ等しいＡＩＮを採
用するものである。 ［０００９］ＡＩＮの熱膨張係数は、ＧａＡｓの熱膨張
係数５．７Ｘ１０−６ ［／’Ｃ：］ とほぼ等しく、
概ね４．５ｘ１０−６［／℃〕である。また、ＡＩＮは
熱伝導率が高＜ （０，５３［ｃａｌ／’ｃｍ−ｓｅｃ
−℃ｌ ） 、これを端面の保護膜として採用すれ
ば、発光素子の放熱性の向上が期待できる。 ［００１０１本発明では、以上の特性を有するＡＩＮの
採用により、光出力端面に生ずる熱を効率良く放散させ
、かつ温度変化により基板と保護膜との間に生ずる歪み
を抑制し、安定した発光を行なうことが可能になる。 ［００１１１
て、熱膨張係数がＧａＡｓ基板とほぼ等しいＡＩＮを採
用するものである。 ［０００９］ＡＩＮの熱膨張係数は、ＧａＡｓの熱膨張
係数５．７Ｘ１０−６ ［／’Ｃ：］ とほぼ等しく、
概ね４．５ｘ１０−６［／℃〕である。また、ＡＩＮは
熱伝導率が高＜ （０，５３［ｃａｌ／’ｃｍ−ｓｅｃ
−℃ｌ ） 、これを端面の保護膜として採用すれ
ば、発光素子の放熱性の向上が期待できる。 ［００１０１本発明では、以上の特性を有するＡＩＮの
採用により、光出力端面に生ずる熱を効率良く放散させ
、かつ温度変化により基板と保護膜との間に生ずる歪み
を抑制し、安定した発光を行なうことが可能になる。 ［００１１１
【実施例］図１は、本発明の一実施例による半導体レー
ザを示す図である。図１において、１はｎ−ＧａＡｓ基
板、２は厚さ１．０μｍのｎ−ＡＩＧａＩｎＰクラッド
層、３は厚さ０．１μｍのＧａＩｎＰ活性層、 ４は厚
さ１．０７ｚｍのｐ−ＡＩＧａＩｎＰクラッド層、５は
厚さ０．５〜１．０μｍのｐ−ＧａＡｓコンタクト層、
６はｐ側電極層、７はｎ側電極層である。ｎ側電極層６
は金／亜鉛／金の３層であり、ｎ側電極層７は金とゲル
マニウムの合金からなり、それぞれの電極層の表面には
金メツキが施されている。８，９は端面保護膜となるＡ
ＩＮ膜である。 ［００１２］各半導体層は、公知の液相成長法（Ｌ Ｐ
Ｅ法）や、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）など
の方法によって形成される。°また、端面保護膜８，９
は、公知のスパッタ成長法やプラズマ気相成長法によっ
て形成される。 ［００１３］また、端面保護膜には、レーザを透過もし
くは反射させる働きがあり、目的に応じて適宜選択して
用いられる。先ずレーザ光を透過させる場合、発振波長
の２分の１を屈折率で割ったものを整数倍したものがＡ
ＩＮ膜の膜厚となる。熱の放散性を考慮すると厚膜化す
ることが好ましく、概ね３５００八以上が望ましいので
前記倍数を３とし、レーザ光の発振波長は６７０ｎｍで
、ＡＩＮの屈折率は２．２とすると、ＡＩＮ膜の膜厚は
４５６８八となる。 ［００１４１次に、レーザ光を反射させる場合、発振波
長の４分の１を屈折率で割ったものを奇数倍したものが
ＡＩＮ膜の膜厚となる。前述と同様の条件下で、かつ前
記倍数を５とするとＡＩＮ膜の膜厚は３８０７八となる
。 ［００１５］実際のＧａＡｓ基板は、図１に模式的に示
されるものと違って、全体の厚みの約９０％を占めてい
る。従って、そのレーザ層の側面に形成される保護膜の
熱膨張係数はＧａＡｓ基板との熱膨張係数と等しい程、
発生する歪みは少なくなる。本実施例で採用されるＡＩ
Ｎは熱膨張係数が４．５Ｘ１０−６［／℃）であり、基
板を構成するＧａＡｓの熱膨張係数５．７ｘｌＯ−ｂ〔
／℃〕とほぼ等しいので、前述のように温度上昇により
ＡＩＮ膜とＧａＡｓ基板との間に大きな歪みが発生する
ことはない。 ［００１６］さらに、ＡＩＮの熱伝導率は０． ５３
［ｃａ１／ｃｍ−８ｅｃ ・℃〕であり、従来保護膜
として使用されていたＡｌ２Ｏ３の熱伝導率０． ０４
［ｃａｌ／ｃｍ−ｓｅｃ℃〕や５ｉ０２の熱伝導率０
． ０３ ［ｃａｌ／ｃｍ−ｓｅｃ℃〕に比べ１０倍以
上の熱伝導性を持つ。従って、保護膜を従来と同じ膜厚
に形成しても放熱性は格段に良くなる。また、放熱性が
良いことから保護膜を薄くすることができ、基板との間
に発生する歪みをさらに小さくすることもできる。 ［００１７］以上の実施例の他に、一方の側に光を反射
するＡＩＮ膜を形成して、他方側に強い光を送ったり、
光を反射するＡＩＮ膜を共振器の両側に形成し、その−
刃側のＡＩＮ膜の表面上にＡＩＮよりもさらに屈折率の
大きい膜を形成することにより高反射膜を形成してＡＲ
ＨＲ構造を形成してもよい。 ［００１８１以上の実施例では、ＧａＡｓを基板とする
半導体レーザについて説明したが、要するにＧａＡｓを
基板する発光素子であれば、本発明を適用することは可
能であり、例えば、ＧａＡｓを基板とする端面放射型の
発光ダイオードに対しても使用することが可能なことは
当然である。 ［００１９］ 【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、半
導体発光素子の発光端面に形成する保護膜にＡＩＮ膜を
適用しているため、端面の保護膜と基板との間に生じる
歪みが抑制でき、かつ高い熱伝導率によって放熱性を高
めることが可能であるため、安定した発光ができ、半導
体発光素子の性能及び耐久性の向上に寄与するところが
大きい。
ザを示す図である。図１において、１はｎ−ＧａＡｓ基
板、２は厚さ１．０μｍのｎ−ＡＩＧａＩｎＰクラッド
層、３は厚さ０．１μｍのＧａＩｎＰ活性層、 ４は厚
さ１．０７ｚｍのｐ−ＡＩＧａＩｎＰクラッド層、５は
厚さ０．５〜１．０μｍのｐ−ＧａＡｓコンタクト層、
６はｐ側電極層、７はｎ側電極層である。ｎ側電極層６
は金／亜鉛／金の３層であり、ｎ側電極層７は金とゲル
マニウムの合金からなり、それぞれの電極層の表面には
金メツキが施されている。８，９は端面保護膜となるＡ
ＩＮ膜である。 ［００１２］各半導体層は、公知の液相成長法（Ｌ Ｐ
Ｅ法）や、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）など
の方法によって形成される。°また、端面保護膜８，９
は、公知のスパッタ成長法やプラズマ気相成長法によっ
て形成される。 ［００１３］また、端面保護膜には、レーザを透過もし
くは反射させる働きがあり、目的に応じて適宜選択して
用いられる。先ずレーザ光を透過させる場合、発振波長
の２分の１を屈折率で割ったものを整数倍したものがＡ
ＩＮ膜の膜厚となる。熱の放散性を考慮すると厚膜化す
ることが好ましく、概ね３５００八以上が望ましいので
前記倍数を３とし、レーザ光の発振波長は６７０ｎｍで
、ＡＩＮの屈折率は２．２とすると、ＡＩＮ膜の膜厚は
４５６８八となる。 ［００１４１次に、レーザ光を反射させる場合、発振波
長の４分の１を屈折率で割ったものを奇数倍したものが
ＡＩＮ膜の膜厚となる。前述と同様の条件下で、かつ前
記倍数を５とするとＡＩＮ膜の膜厚は３８０７八となる
。 ［００１５］実際のＧａＡｓ基板は、図１に模式的に示
されるものと違って、全体の厚みの約９０％を占めてい
る。従って、そのレーザ層の側面に形成される保護膜の
熱膨張係数はＧａＡｓ基板との熱膨張係数と等しい程、
発生する歪みは少なくなる。本実施例で採用されるＡＩ
Ｎは熱膨張係数が４．５Ｘ１０−６［／℃）であり、基
板を構成するＧａＡｓの熱膨張係数５．７ｘｌＯ−ｂ〔
／℃〕とほぼ等しいので、前述のように温度上昇により
ＡＩＮ膜とＧａＡｓ基板との間に大きな歪みが発生する
ことはない。 ［００１６］さらに、ＡＩＮの熱伝導率は０． ５３
［ｃａ１／ｃｍ−８ｅｃ ・℃〕であり、従来保護膜
として使用されていたＡｌ２Ｏ３の熱伝導率０． ０４
［ｃａｌ／ｃｍ−ｓｅｃ℃〕や５ｉ０２の熱伝導率０
． ０３ ［ｃａｌ／ｃｍ−ｓｅｃ℃〕に比べ１０倍以
上の熱伝導性を持つ。従って、保護膜を従来と同じ膜厚
に形成しても放熱性は格段に良くなる。また、放熱性が
良いことから保護膜を薄くすることができ、基板との間
に発生する歪みをさらに小さくすることもできる。 ［００１７］以上の実施例の他に、一方の側に光を反射
するＡＩＮ膜を形成して、他方側に強い光を送ったり、
光を反射するＡＩＮ膜を共振器の両側に形成し、その−
刃側のＡＩＮ膜の表面上にＡＩＮよりもさらに屈折率の
大きい膜を形成することにより高反射膜を形成してＡＲ
ＨＲ構造を形成してもよい。 ［００１８１以上の実施例では、ＧａＡｓを基板とする
半導体レーザについて説明したが、要するにＧａＡｓを
基板する発光素子であれば、本発明を適用することは可
能であり、例えば、ＧａＡｓを基板とする端面放射型の
発光ダイオードに対しても使用することが可能なことは
当然である。 ［００１９］ 【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、半
導体発光素子の発光端面に形成する保護膜にＡＩＮ膜を
適用しているため、端面の保護膜と基板との間に生じる
歪みが抑制でき、かつ高い熱伝導率によって放熱性を高
めることが可能であるため、安定した発光ができ、半導
体発光素子の性能及び耐久性の向上に寄与するところが
大きい。
【図１】本発明の一実施例図
１、ｎ−ＧａＡｓ基板
２、ｎ−ＡＩＧａＩｎＰクラッド層
３、ＧａＩｎＰ活性層
４、ｐ−ＡＩＧａＩｎＰクラッド層
５、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層
６、 ｐ側電極層
７、 ｎ側電極層
８９、窒化アルミニウム（ＡＩＮ）膜
Claims (1)
- 【請求項１】ガリウムひ素からなる半導体基板（１）と
、該半導体基板（１）上に位置する第一のクラッド層（
２）及び第二のクラッド層（４）と、該第一のクラッド
層（２）と該第二のクラッド層（４）との間に挟まれ、
端面において光出力を行う活性層（３）と、前記光出力
が行われる端面に位置する前記半導体基板（１）、前記
第一のクラッド層（２）、前記第二のクラッド層（４）
及び前記活性層（３）に設けられた窒化アルミニウムか
らなる保護膜とを有することを特徴とする半導体発光素
子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP40001790A JPH04208585A (ja) | 1990-12-01 | 1990-12-01 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP40001790A JPH04208585A (ja) | 1990-12-01 | 1990-12-01 | 半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04208585A true JPH04208585A (ja) | 1992-07-30 |
Family
ID=18509936
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP40001790A Withdrawn JPH04208585A (ja) | 1990-12-01 | 1990-12-01 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04208585A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0949731A3 (en) * | 1998-04-06 | 2000-01-26 | Matsushita Electronics Corporation | Nitride semiconductor laser device |
| JP2003051642A (ja) * | 2001-08-03 | 2003-02-21 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 面発光型半導体レーザ素子 |
-
1990
- 1990-12-01 JP JP40001790A patent/JPH04208585A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0949731A3 (en) * | 1998-04-06 | 2000-01-26 | Matsushita Electronics Corporation | Nitride semiconductor laser device |
| US6249534B1 (en) | 1998-04-06 | 2001-06-19 | Matsushita Electronics Corporation | Nitride semiconductor laser device |
| JP2003051642A (ja) * | 2001-08-03 | 2003-02-21 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 面発光型半導体レーザ素子 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19980312 |