JP2010199197A - 半導体発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電流を供給する電極が固定の半導体発光素子と比べて、温度による発光効率の低下を防ぐことができる半導体発光装置を提供する。
【解決手段】半導体発光装置１の制御部１２０は、高温時と低温時でｐ側及びｎ側電極の組み合わせを変更し、例えば、低温時には、ｐ側電極１４ａとｎ側電極１６ａ、ｐ側電極１４ｂとｎ側電極１６ｂとを組み合わせて第１の電極対を構成する。半導体発光装置１は、電流経路が電流通過領域１０の中心部付近を経由するので、電流狭窄径（Ｏｘ）における電流密度が均一となり、低温時の発光効率を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体発光装置に関する。

従来の技術として、第１導電型半導体層が裏側に形成され、かつ第１導電型半導体層とＰＮ接合を形成する第２導電型半導体層が表側に形成された半導体積層部と、半導体積層部の表側に形成されると共に第２導電型半導体と電気的に接合された表側電極と、半導体積層部の裏側に形成されると共に第１導電型半導体と電気的に接合された裏側電極とを備え、第１導電型半導体層と第２導電型半導体層との間で発生した光が、第２導電型半導体層を介して、半導体積層部の表側から外部に取り出される半導体発光素子であって、表側電極は、第２導電型半導体層の周縁部に環状に形成されると共に光を外部に出射させる光出射面の縁を構成する周縁電極部と、光出射面上に位置する中心電極部とを含んで構成され、周縁電極部と裏側電極とを通る電流路の抵抗が、中心電極部と裏側電極とを通る電流路の抵抗よりも高いことを特徴とする半導体発光素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−１１１６４８号公報

本発明の目的は、電流を供給する電極が固定の半導体発光素子と比べて、温度による発光効率の低下を防ぐことができる半導体発光装置を提供することにある。

[１]光を出射する出射窓を形成するように前記出射窓の周囲に設けられた第１の電極と、前記第１の電極との間に、電流狭窄層の電流通過領域を通る電流経路を形成可能な位置に設けられた複数の第２の電極と、を具備する半導体発光素子と、前記第１の電極と前記複数の第２の電極とに前記半導体発光素子の駆動電流を選択的に供給する駆動部と、を備えた半導体発光装置。

[２]第１導電型の下部多層膜反射層、活性領域、及び第２導電型の上部多層膜反射層が順次積層されたメサ構造体を有する半導体基板と、前記上部多層膜反射層上に、前記活性領域で発生した光が出射する出射窓を形成するように前記出射窓の周囲に設けられたＮ個（Ｎ≧２の整数）の第１の電極と、前記上部多層膜反射層及び前記下部多層膜反射層との間に設けられ、電流通過領域が形成された電流狭窄層と、前記半導体基板上の前記メサ構造体の周囲に設けられ、前記第１の電極との間に、前記電流狭窄層の前記電流通過領域を通る電流経路を形成する、前記第１の電極と同数のＮ個の第２の電極と、を具備する半導体発光素子と、前記出射窓を介して互いに反対側に位置する前記第１の電極と前記第２の電極とを組み合わせた第１の電極対と、前記出射窓に対して同じ側に位置する前記第１の電極と前記第２の電極とを組み合わせた第２の電極対とを構成し、前記第１の電極対又は前記第２の電極対に対して選択的に前記半導体発光素子の駆動電流を供給する駆動部と、を備えた半導体発光装置。

[３]前記第１の電極対と前記第２の電極対の接続を切り換える複数のスイッチを有する接続切換部と、前記半導体発光素子の温度がしきい値以上なら高温度、前記しきい値よりも低いなら低温度と判定を行う判定回路と、前記判定回路による判定結果に基づいて前記複数のスイッチの制御を行うスイッチ制御回路と、を具備する制御部と、を備えた前記[２]に記載の半導体発光装置。

[４]前記制御部は、前記判定回路による判定結果が前記低温度のとき、前記スイッチ制御回路、前記スイッチ接続回路及び前記複数のスイッチを介して前記第１の電極対から１つの前記第１の電極対を選択して接続を切り換え、前記駆動部は、選択された１つの前記第１の電極対に前記駆動電流を供給する前記[３]に記載の半導体発光装置。

[５]前記制御部は、前記判定回路による判定結果が前記低温度のとき、前記スイッチ制御回路、前記スイッチ接続回路及び前記複数のスイッチを介して複数の前記第１の電極対を選択して接続を切り換え、前記駆動部は、選択された複数の前記第１の電極対のそれぞれに周期的に前記駆動電流を供給する前記[３]に記載の半導体発光装置。

[６]前記制御部は、前記判定回路による判定結果が前記高温度のとき、前記スイッチ制御回路、前記スイッチ接続回路及び前記複数のスイッチを介して少なくとも１つの前記第２の電極対を選択して接続を切り換え、前記駆動部は、選択された少なくとも１つの前記第２の電極対のそれぞれに供給される電流の合計が前記駆動電流に等しくなるように供給する前記［３］に記載の半導体発光装置。

［７］第１導電型の下部多層膜反射層、活性領域、及び第２導電型の上部多層膜反射層が順次積層された半導体基板と、前記上部多層膜反射層上に形成され、光を出射する出射窓を形成するように前記出射窓の周囲に設けられた第１の電極と、前記上部多層膜反射層及び前記下部多層膜反射層との間に設けられ、電流通過領域を有する電流狭窄層と、前記射出窓に対向する前記半導体基板裏に設けられ、前記第１の電極との間に、前記電流狭窄層の前記電流通過領域を通る第１の電流経路を形成する第２の電極と、前記半導体基板裏の前記第２の電極の周囲に間隔を有して形成され、前記第１の電極との間に、前記電流狭窄層の前記電流通過領域を通る第２の電流経路を形成する第３の電極と、を具備する半導体発光素子と、前記第１の電極と前記第２の電極とを組み合わせた第１の電極対と、前記第１の電極と前記第３の電極とを組み合わせた第２の電極対と、を構成し、前記第１の電極対又は前記第２の電極対に対して選択的に前記半導体発光素子の駆動電流を供給する駆動部と、を備えた半導体発光装置。

［８］第１導電型の下部多層膜反射層、活性領域、及び第２導電型の上部多層膜反射層が順次積層されたメサ構造体を有する半導体基板と、前記上部多層膜反射層上に形成され、光を出射する出射窓を形成するように前記出射窓の周囲に設けられた第１の電極と、前記上部多層膜反射層及び前記下部多層膜反射層との間に設けられ、電流通過領域を有する電流狭窄層と、前記射出窓に対向する前記半導体基板裏に設けられ、前記第１の電極との間に、前記電流狭窄層の前記電流通過領域を通る第１の電流経路を形成する第２の電極と、前記半導体基板上の前記メサ構造体の周囲に形成され、前記第１の電極との間に、前記電流狭窄層の前記電流通過領域を通る第２の電流経路を形成する第３の電極と、を具備する半導体発光素子と、前記第１の電極と前記第２の電極とを組み合わせた第１の電極対と、前記第１の電極と前記第３の電極とを組み合わせた第２の電極対と、を構成し、前記第１の電極対又は前記第２の電極対に対して選択的に前記半導体発光素子の駆動電流を供給する駆動部と、を備えた半導体発光装置。

［９］前記第１の電極対と前記第２の電極対の接続を切り換える複数のスイッチを有する接続切換部と、前記半導体発光素子の温度がしきい値以上なら高温度、前記しきい値よりも低いなら低温度と判定を行う判定回路と、前記判定回路による判定結果に基づいて前記複数のスイッチの制御を行うスイッチ制御回路と、を具備する制御部と、を備え、前記制御部は、前記判定回路による判定結果が前記低温度のとき、前記スイッチ制御回路、前記スイッチ接続回路及び前記複数のスイッチを介して前記第１の電極対に接続を切り換え、前記判定回路による判定結果が前記高温度のとき、前記スイッチ制御回路、前記スイッチ接続回路及び前記複数のスイッチを介して前記第２の電極対に接続を切り換える前記［７］又は［８］に記載の半導体発光装置。

請求項１、２、４、７及び８に係る発明によれば、電流を供給する電極が固定の半導体発光素子と比べて、半導体発光素子の温度による発光効率の低下を防ぐことができる。

請求項３、９に係る発明によれば、半導体発光素子の温度に応じて、第１及び第２の電極対の切り換えを行うことができる。

請求項５、６に係る発明によれば、活性領域における電流密度を均一に近づけることができる。

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に関するブロック図である。 図２は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子の上面模式図である。 図３は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子の図２のIII―III線における断面図である。 図４（ａ）は、従来の半導体発光素子の温度別の電流Ｉ（ｍＡ）と光出力Ｐ（ｍＷ）の関係を示したグラフであり、（ｂ）は、従来の半導体発光素子の温度（℃）としきい電流Ｉ_ｔｈ（ｍＡ）の関係を示したグラフである。 図５（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子の側面模式図であり、（ｂ）は、活性領域における電流密度を示したグラフであり、（ｃ）は、ｐ側電極１４ａとｎ側電極１６ａの電極対に供給される駆動電流と時間の関係を示したグラフであり、（ｄ）は、ｐ側電極１４ｂとｎ側電極１６ｂの電極対に供給される駆動電流と時間の関係を示したグラフである。 図６は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光素子の上面模式図である。 図７（ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光素子の図６のVII（ａ）−VII（ａ）線における断面図であり、（ｂ）は、半導体発光素子の図６のVII（ｂ）−VII（ｂ）線における断面図である。 図８（ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係るｐ側電極１４ａとｎ側電極１６ａの電極対に供給される駆動電流と時間の関係を示したグラフであり、（ｂ）は、ｐ側電極１４ｂとｎ側電極１６ｂの電極対に供給される駆動電流と時間の関係を示したグラフであり、（ｃ）は、ｐ側電極１４ｃとｎ側電極１６ｃの電極対に供給される駆動電流と時間の関係を示したグラフであり、（ｄ）は、ｐ側電極１４ｄとｎ側電極１６ｄの電極対に供給される駆動電流と時間の関係を示したグラフである。 図９（ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係る半導体発光素子の上面模式図であり、（ｂ）は、半導体発光素子の裏面模式図である。 図１０（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第３の実施の形態に係る半導体発光素子の図９（ａ）のX−X線における断面図である。 図１１（ａ）は、本発明の第４の実施の形態に係る半導体発光素子の上面模式図であり、（ｂ）は、半導体発光素子の裏面模式図である。 図１２（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第４の実施の形態に係る半導体発光素子の図１１（ａ）のXII−XII線における断面図である。

[第１の実施の形態]
（半導体発光素子の構成）
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に関するブロック図である。この半導体発光装置１は、主に、後述する出射窓を形成するように出射窓の周囲に設けられた後述するｐ側電極と、ｐ側電極との間に、後述する電流狭窄層の電流通過領域を通る電流経路を形成可能な位置に設けられた後述する複数のｎ側電極と、を具備する半導体発光素子１００と、ｐ側電極と複数のｎ側電極とに半導体発光素子１００の駆動電流を選択的に供給する駆動部１３０と、を備えて構成されている。

さらに、半導体発光装置１は、図１に示すように、温度測定部１１０と、判定回路１２１及びスイッチ制御回路１２３を有する制御部１２０と、接続切換部１４０と、を備えて概略構成されている。

半導体発光素子１００は、一例として、ＧａＡｓ−ＡｌＧａＡｓ系面発光型半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）である。

温度測定部１１０は、一例として、半導体発光素子１００の後述する上部多層膜反射鏡の温度を測定し、制御部１２０の判定回路１２１に測定した温度を出力する。

制御部１２０は、判定回路１２１及びスイッチ制御回路１２３を制御するものである。判定回路１２１は、しきい値１２２を有し、温度測定部１１０から出力される温度に基づいて半導体発光素子１００の温度の高低を判定するものである。スイッチ制御回路１２３は、判定回路１２１による判定結果に基づいて接続切換部１４０のスイッチ１４１〜１４４のオン・オフを制御するものである。

駆動部１３０は、一例として、半導体発光素子１００の第１導電型側の電極であるｐ側電極（第１の電極）１４ａ、１４ｂに接続され、それぞれ独立に駆動電流を供給するように構成されている。なお、駆動部１３０は、第２導電側電極であるｎ側電極（第２の電極）１６ａ、１６ｂに接続されても良い。

接続切換部１４０は、スイッチ１４１〜１４４から構成されている。

（半導体発光素子の構成）
図２は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子の上面模式図であり、図３は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子の図２のIII―III線における断面図である。図２は、半導体発光素子１００を上面から見た場合のｐ側及びｎ側電極の配置を模式的に示す図である。

この半導体発光素子１００は、一例として、図２及び３に示すように、円筒形状のメサ構造体１０１を有し、半導体基板である基板２と、基板２上に形成されたバッファ層３と、バッファ層３上に形成された下部多層膜反射層としての下部ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）層４と、下部ＤＢＲ層４上に形成された下部スペーサ層５、量子井戸層６及び上部スペーサ層７を積層してなる活性領域８と、活性領域８上に形成された酸化領域９及び電流通過領域１０からなる電流狭窄層１１と、電流狭窄層１１上に形成された上部多層膜反射層としての上部ＤＢＲ層１２と、上部ＤＢＲ層１２上に形成されたコンタクト層１３と、コンタクト層１３上に、出射窓１８を形成するように出射窓１８の周囲に設けられたｐ側電極１４ａ、１４ｂと、メサ構造体１０１の側部、及び上部の一部と下部ＤＢＲ層４上を被覆する層間絶縁膜１５と、バッファ層３に到達するコンタクトホール１７を有し、層間絶縁膜１５を介した下部ＤＢＲ層４上に形成されたｎ側電極１６ａ、１６ｂと、を備えて概略構成されている。

基板２は、例えば、ＧａＡｓ基板である。

バッファ層３は、例えば、ｎ型の導電型を有するＧａＡｓ層であり、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法またはＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法等によって形成される。

下部ＤＢＲ層４は、例えば、ＭＯＣＶＤ法またはＭＢＥ法等によって、組成の異なるＡｌ_ａＧａ_ｂＡｓとＡｌ_ｃＧａ_ｄＡｓを交互に積層し、ｎ型の不純物としてＳｉがドーピングされたものである。

活性領域８を形成する下部スペーサ層５は、例えば、ＭＯＣＶＤ法またはＭＢＥ法等によって積層された、アンドープのＡｌＧａＡｓ層である。活性領域８を形成する量子井戸層６は、例えば、ＭＯＣＶＤ法またはＭＢＥ法等によって積層された、アンドープのＧａＡｓ層及びＡｌＧａＡｓ層である。活性領域８を形成する上部スペーサ層７は、例えば、ＭＯＣＶＤ法またはＭＢＥ法等によって積層された、アンドープのＡｌＧａＡｓ層である。

上部ＤＢＲ層１２は、例えば、ＭＯＣＶＤ法またはＭＢＥ法等によって、組成の異なるＡｌ_ａＧａ_ｂＡｓとＡｌ_ｃＧａ_ｄＡｓを交互に積層し、ｐ型の不純物としてＣがドーピングされたものである。

コンタクト層１３は、例えば、ＭＯＣＶＤ法またはＭＢＥ法等によって積層された、ｐ型のＧａＡｓ層である。

ｐ側電極１４ａ、１４ｂは、例えば、図２に示すように、面方向に幅のある円環形状を有しており、フォトリソグラフィ法によってレジストパターンを形成し、電極材料を蒸着した後、リフトオフすることによって形成される。ｐ側電極１４ａ、１４ｂの電極材料は、例えば、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｉｎ、Ｗ、及び透明電極材料であるＩＴＯ（Indium Tin Oxide）を用いることができる。

ここで、メサ構造体１０１は、例えば、ｐ側電極１４ａ、１４ｂの一部を含むコンタクト層１３上に、ＰＥＣＶＤ（Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition）法によってメサ形成用のマスク材となるＳｉＮ膜を形成し、これをマスクとしてＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法によって下部ＤＢＲ層４の一部が露出するまでエッチング加工を行って形成される。

電流狭窄層１１は、例えば、水蒸気を導入したウエット酸化炉を使用して、ＡｌＡｓ層を３６０℃で加熱することで、ＡｌＡｓ層がメサ構造体１０１の側面から一部を選択的に酸化され、酸化領域９が形成される。酸化されない電流通過領域１０は、駆動電流及び活性領域８から発生した光が通過する領域である。半導体発光素子１００は、電流通過領域１０の直径である電流狭窄径（Ｏｘ）を５μｍ以上とすることによってマルチモードとなるように構成されている。

層間絶縁膜１５は、例えば、フォトリソグラフィ法によってレジストパターンを形成し、続いて、ＰＥＣＶＤ法によって、ＳｉＮ膜を形成し、続いて、レジストパターンを除去することによって形成される。

ｎ側電極１６ａ、１６ｂは、例えば、図２に示すように、面方向に幅のある円環形状を有しており、フォトリソグラフィ法によってレジストパターンを形成し、ＲＩＥ法によってバッファ層３が露出するまでエッチング加工を行って電極材料を蒸着した後、リフトオフすることによって形成される。ｎ側電極１６ａ、１６ｂの電極材料は、例えば、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｉｎ、Ｗ、及び透明電極材料であるＩＴＯを用いることができる。

ここで、出射窓１８を介して互いに反対側に位置するｐ側電極１４ａとｎ側電極１６ａ、及びｐ側電極１４ｂとｎ側電極１６ｂとを組み合わせて第１の電極対と呼ぶものとする。また、出射窓１８に対して同じ側に位置するｐ側電極１４ａとｎ側電極１６ｂ、及びｐ側電極１４ｂとｎ側電極１６ａとを組み合わせて第２の電極対と呼ぶものとする。

また、ｐ側電極１４ａ、１４ｂは、一例として、出射窓１８を中心とする幅のある円環をｐ側電極の個数で分割した形状、すなわち、１／２に分割した形状を有している。また、ｎ側電極１６ａ、１６ｂは、一例として、メサ構造体１０１を中心とする幅のある円環をｎ側電極の個数で分割した形状、すなわち、１／２に分割した形状を有している。

（高温時と低温時における電極の組み合わせについて）
以下に、高温時と低温時において、発効効率の低下を防ぐためのｐ側及びｎ側電極の組み合わせについて説明する。

図４（ａ）は、従来の半導体発光素子の温度別の電流Ｉ（ｍＡ）と光出力Ｐ（ｍＷ）の関係を示したグラフであり、（ｂ）は、従来の半導体発光素子の温度（℃）としきい電流Ｉ_ｔｈ（ｍＡ）の関係を示したグラフであり、図５（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子の側面模式図であり、（ｂ）は、活性領域における電流密度を示したグラフであり、（ｃ）は、ｐ側電極１４ａとｎ側電極１６ａの電極対に供給される駆動電流と時間の関係を示したグラフであり、（ｄ）は、ｐ側電極１４ｂとｎ側電極１６ｂの電極対に供給される駆動電流と時間の関係を示したグラフである。図４（ａ）は、半導体発光素子の温度が、−４０℃、−２０℃、２０℃、８５℃の各場合の電流Ｉと光出力Ｐの関係を示している。なお、図４（ａ）及び（ｂ）における従来の半導体発光素子は、例えば、ＧａＡｓ−ＡｌＧａＡｓ系面発光型半導体レーザである。

しきい値電流Ｉ_ｔｈは、レーザ発振が発生し始める電流値であり、図４（ａ）に示すように、温度が低くなるにつれて大きくなる。言い換えるなら、半導体発光素子は、このしきい値電流Ｉ_ｔｈ以上の電流が供給されないと、活性領域において光が発生しない。しきい値電流Ｉ_ｔｈは、一例として、図４（ｂ）に示すように、温度２０℃以下で急激に増加する。

また、駆動電流の電流経路は、半導体発光素子の温度の低下とともに横方向拡散長が狭くなる。従来の半導体発光素子は、出射窓に対して同じ側に位置するｐ側及びｎ側電極からなる電極対に駆動電流を供給するので、酸化領域と電流通過領域の境界付近を電流経路が通り、駆動電流が電流通過領域の中心部に流れ難くなる。従来の半導体発光素子は、電流通過領域の中心部に駆動電流が流れ難くなることで、電流密度が不均一になり、発光効率が低下する原因となっていた。

そこで、本実施の形態における半導体発光装置１の判定回路１２１は、一例として、しきい値１２２をしきい値電流Ｉ_ｔｈが急激に増加する温度２０℃とし、このしきい値１２２以上の半導体発光素子１００の温度を高温、しきい値１２２より低い温度を低温と判定するように構成されている。なお、しきい値１２２は、温度２０℃に限定されず、半導体発光装置１の使用環境等に応じて自由に変更可能である。

そして、制御部１２０は、高温時と低温時でｐ側及びｎ側電極の組み合わせを変更し、例えば、低温時には、ｐ側電極１４ａとｎ側電極１６ａ、ｐ側電極１４ｂとｎ側電極１６ｂとを組み合わせて第１の電極対を構成する。半導体発光装置１は、図５（ａ）に模式的に示すように、電流経路が電流通過領域１０の中心部付近を経由するので、図５（ｂ）に示すように、電流狭窄径（Ｏｘ）における電流密度が均一となり、低温時の発光効率を向上させることができる。

（半導体発光装置の動作）
以下に本発明の第１の実施の形態における半導体発光装置の動作について各図を参照しながら説明する。

半導体発光装置１の制御部１２０は、温度測定部１１０から半導体発光素子１００の温度を取得し、制御部１２０の判定回路１２１は、しきい値１２２に基づいて取得した温度の高低を判定する。

制御部１２０は、判定回路１２１の判定結果に基づいてスイッチ制御回路１２３、接続切換部１４０及びスイッチ１４１〜１４４を介して第１の電極対又は第２の電極対を選択的に構成する。

具体的には、制御部１２０のスイッチ制御回路１２３は、判定回路１２１の判定結果が高温度であったとき、スイッチ１４２及び１４４をオンにし、ｐ側電極１４ａとｎ側電極１６ｂ、ｐ側電極１４ｂとｎ側電極１６ａから第２の電極対を選択的に構成する。

制御部１２０は、半導体発光素子１００に供給する駆動電流をＩとするとき、駆動部１３０を介してｐ側電極１４ａとｎ側電極１６ｂから構成される第２の電極対に駆動電流Ｉ／２を、ｐ側電極１４ｂとｎ側電極１６ａから構成される第２の電極対に駆動電流Ｉ／２を同時に供給することによって、活性領域８に供給される駆動電流は、Ｉとなる。なお、駆動電流は、ｐ側電極１４ａとｎ側電極１６ｂ、ｐ側電極１４ｂとｎ側電極１６ａのうち、どちらか一方に供給されても良い。そのときの駆動電流は、Ｉとなる。

また、制御部１２０のスイッチ制御回路１２３は、判定回路１２１の判定結果が低温度であったとき、スイッチ１４１及び１４３をオンにし、ｐ側電極１４ａとｎ側電極１６ａ、及びｐ側電極１４ｂとｎ側電極１６ｂから第１の電極対を選択的に構成する。

制御部１２０は、半導体発光素子１００に供給する駆動電流をＩとするとき、図５（ｃ）に示すように、駆動部１３０を介してｐ側電極１４ａとｎ側電極１６ａから構成される第１の電極対に駆動電流Ｉを、図５（ｄ）に示すように、ｐ側電極１４ｂとｎ側電極１６ｂから構成される第１の電極対に駆動電流Ｉを周期的に供給する。周期的に供給することによって、活性領域８に供給される駆動電流は、Ｉとなる。なお、駆動電流は、ｐ側電極１４ａとｎ側電極１６ａ、ｐ側電極１４ｂとｎ側電極１６ｂのうち、どちらか一方に供給されても良い。

[第２の実施の形態]
以下に本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態に比べ、ｐ側及びｎ側電極をさらに分割して組み合わせる点において異なっている。なお、以下の各実施の形態において、第１の実施の形態と同様の構成及び機能を有する部分については、共通の符号を付し、その説明は省略するものとする。

（半導体発光装置の構成）
図６は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光素子の上面模式図であり、図７（ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光素子の図６のVII（ａ）−VII（ａ）線における断面図であり、（ｂ）は、半導体発光素子の図６のVII（ｂ）−VII（ｂ）線における断面図である。図６は、半導体発光素子１００を上面から見た場合のｐ側及びｎ側電極の配置を模式的に示す図である。

本実施の形態における半導体発光装置１の半導体発光素子１００は、図６に示すように、面方向に幅を有する円環形状を有し、ｐ側電極１４ａ〜１４ｄと、幅のある円環形状を有し、ｎ側電極１６ａ〜１６ｄと、を備えて概略構成されている。

このｐ側電極１４ａ〜１４ｄは、一例として、出射窓１８を中心とする面方向に幅のある円環を１／４に分割した形状を有している。また、ｎ側電極１６ａ〜１６ｄは、一例として、メサ構造体１０１を中心とする面方向に幅のある円環を１／４に分割した形状を有している。

ここで、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、出射窓１８を介して互いに反対側に位置するｐ側電極１４ａとｎ側電極１６ａ、ｐ側電極１４ｂとｎ側電極１６ｂ、ｐ側電極１４ｃとｎ側電極１６ｃ、及びｐ側電極１４ｄとｎ側電極１６ｄとを組み合わせて第１の電極対と呼ぶものとする。第１の電極対は、図７（ａ）及び（ｂ）に示す電流経路を形成する。

また、図６に示すように、出射窓１８に対して同じ側に位置するｐ側電極１４ａとｎ側電極１６ｄ、ｐ側電極１４ｂとｎ側電極１６ｃ、ｐ側電極１４ｃとｎ側電極１６ｂ、及びｐ側電極１４ｄとｎ側電極１６ａとを組み合わせて第２の電極対と呼ぶものとする。

接続切換部１４０は、一例として、上記の第１及び第２の電極対を構成することが可能な複数のスイッチから構成されているものとする。

駆動部１３０は、一例として、ｐ側電極１４ａ〜１４ｄに接続され、それぞれ独立に駆動電力を供給するように構成されているものとする。

（半導体発光装置の動作）
以下に本発明の第２の実施の形態における半導体発光装置の動作について各図を参照しながら説明する。

図８（ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係るｐ側電極１４ａとｎ側電極１６ａの電極対に供給される駆動電流と時間の関係を示したグラフであり、（ｂ）は、ｐ側電極１４ｂとｎ側電極１６ｂの電極対に供給される駆動電流と時間の関係を示したグラフであり、（ｃ）は、ｐ側電極１４ｃとｎ側電極１６ｃの電極対に供給される駆動電流と時間の関係を示したグラフであり、（ｄ）は、ｐ側電極１４ｄとｎ側電極１６ｄの電極対に供給される駆動電流と時間の関係を示したグラフである。

半導体発光装置１の制御部１２０は、温度測定部１１０から半導体発光素子１００の温度を取得し、制御部１２０の判定回路１２１は、しきい値１２２に基づいて取得した温度の高低を判定する。

制御部１２０は、判定回路１２１の判定結果に基づいてスイッチ制御回路１２３、接続切換部１４０及びスイッチを介して第１の電極対又は第２の電極対を選択的に構成する。

具体的には、制御部１２０のスイッチ制御回路１２３は、判定回路１２１の判定結果が高温度であったとき、ｐ側電極１４ａとｎ側電極１６ｄ、ｐ側電極１４ｂとｎ側電極１６ｃ、ｐ側電極１４ｃとｎ側電極１６ｂ、及びｐ側電極１４ｄとｎ側電極１６ａとから第２の電極対を選択的に構成する。

制御部１２０は、半導体発光素子１００に供給する駆動電流をＩとするとき、駆動部１３０を介してｐ側電極１４ａとｎ側電極１６ｄからなる第２の電極対に駆動電流Ｉ／４を、ｐ側電極１４ｂとｎ側電極１６ｃからなる第２の電極対に駆動電流Ｉ／４を、ｐ側電極１４ｃとｎ側電極１６ｂからなる第２の電極対に駆動電流Ｉ／４を、ｐ側電極１４ｄとｎ側電極１６ａからなる第２の電極対に駆動電流Ｉ／４を、同時に供給する。同時に駆動電流を供給することによって、活性領域８に供給される駆動電流は、Ｉとなる。つまり、駆動部１３０は、選択された少なくとも１つの第２の電極対のそれぞれに供給される電流の合計が、駆動電流Ｉに等しくなるように供給する。なお、駆動電流は、この４つの第２の電極対のうち、少なくとも１つの第２の電極対に選択的に供給されても良い。このとき、駆動電流は、選択された第２の電極対の数をＸ（≧１の４までの整数）とすると、それぞれの電極対にＩ／Ｘずつ供給される。

また、制御部１２０のスイッチ制御回路１２３は、判定回路１２１の判定結果が低温度であったとき、ｐ側電極１４ａとｎ側電極１６ａ、ｐ側電極１４ｂとｎ側電極１６ｂ、ｐ側電極１４ｃとｎ側電極１６ｃ、及びｐ側電極１４ｄとｎ側電極１６ｄから第１の電極対を構成する。

制御部１２０は、半導体発光素子１００に供給する駆動電流をＩとするとき、図８（ａ）に示すように、駆動部１３０を介してｐ側電極１４ａとｎ側電極１６ａの電極対に駆動電流Ｉ、図８（ｂ）に示すように、ｐ側電極１４ｂとｎ側電極１６ｂの電極対に駆動電流Ｉ、図８（ｃ）に示すように、駆動部１３０を介してｐ側電極１４ｃとｎ側電極１６ｃの電極対に駆動電流Ｉ、図８（ｄ）に示すように、ｐ側電極１４ｄとｎ側電極１６ｄの電極対に駆動電流Ｉを周期的に供給する。周期的に供給することによって、活性領域８に供給される駆動電流は、Ｉとなる。なお、駆動電流は、上記の電極対のうち、少なくとも１つの電極対に供給されても良い。

なお、本実施の形態における半導体発光素子１００のｐ側及びｎ側電極は、４分割されたが、Ｎ（≧２の整数）分割されても良い。つまり、出射窓１８を形成するｐ側電極がＮ分割され、メサ構造体１０１を囲むｎ側電極がＮ分割される。この半導体発光装置は、高温時には、一例として、駆動部を介して第２の電極対に対して同時に電流Ｉ／Ｎが供給され、低温時には、第１の電極対に対して周期的に電流Ｉが供給される。なお、駆動電流は、高温時には、少なくとも１つの第２の電極対に供給されても良く、低温時には、少なくとも１つの第１の電極対に供給されても良い。

[第３の実施の形態]
以下に本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１及び第２の実施の形態に比べ、ｎ側電極が基板の裏側に設けられている点において異なっている。

（半導体発光装置の構成）
図９（ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係る半導体発光素子の上面模式図であり、（ｂ）は、半導体発光素子の裏面模式図であり、図１０（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第３の実施の形態に係る半導体発光素子の図９（ａ）のX−X線における断面図である。図９（ａ）、（ｂ）は、半導体発光素子１００を上面及び裏面から見た場合のｐ側及びｎ側電極の配置を模式的に示す図である。

本実施の形態における半導体発光装置１の半導体発光素子１００は、図９（ａ）に示すように、光が出射する出射窓１８を形成し、面方向に幅を有する円環形状のｐ側電極１４ｅと、図９（ｂ）に示すように、基板２の裏側に設けられ、基板２に垂直で、かつ、出射窓１８の中心を通る軸を中心として、面方向に幅を有する円環形状の第１のｎ側電極１６ａと、第１のｎ側電極１６ａの中心部分に円形状を有して形成された第２のｎ側電極１６ｂと、を備えて概略構成されている。

ここで、図１０（ｂ）に示すように、ｐ側電極１４ｅとｎ側電極１６ｂとを組み合わせて第１の電極対と呼ぶものとする。第１の電極対は、図１０（ｂ）に示す電流経路（第１の電流経路）を形成する。

また、図１０（ａ）に示すように、ｐ側電極１４ｅとｎ側電極１６ａとを組み合わせて第２の電極対と呼ぶものとする。第２の電極対は、図１０（ａ）に示す電流経路（第２の電流経路）を形成する。

（半導体発光装置の動作）
以下に本発明の第３の実施の形態における半導体発光装置の動作について各図を参照しながら説明する。

半導体発光装置１の制御部１２０は、温度測定部１１０から半導体発光素子１００の温度を取得し、制御部１２０の判定回路１２１は、しきい値１２２に基づいて取得した温度の高低を判定する。

制御部１２０は、判定回路１２１の判定結果に基づいてスイッチ制御回路１２３、接続切換部１４０及びスイッチを介して第１の電極対又は第２の電極対を選択的に構成する。

具体的には、制御部１２０のスイッチ制御回路１２３は、判定回路１２１の判定結果が高温度であったとき、図１０（ａ）に示すように、ｐ側電極１４ｅとｎ側電極１６ａから第２の電極対を選択的に構成する。

制御部１２０は、半導体発光素子１００に供給する駆動電流をＩとするとき、駆動部１３０を介してｐ側電極１４ａとｎ側電極１６ｂから構成される第２の電極対に駆動電流Ｉを供給する。

また、制御部１２０のスイッチ制御回路１２３は、判定回路１２１の判定結果が低温度であったとき、図１０（ｂ）に示すように、ｐ側電極１４ｅとｎ側電極１６ｂから第１の電極対を選択的に構成する。

制御部１２０は、半導体発光素子１００に供給する駆動電流をＩとするとき、駆動部１３０を介してｐ側電極１４ｅとｎ側電極１６ｂから構成される第１の電極対に駆動電流Ｉを供給する。

なお、本実施の形態における半導体発光素子１００は、メサ構造体１０１を有するが、これに限定されず、メサ構造体１０１を持たない円柱形状等の面発光型半導体レーザであっても良い。

[第４の実施の形態]
以下に本発明の第４の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１〜第３の実施の形態に比べ、ｎ側電極が基板の上面及び裏面に設けられている点において異なっている。

（半導体発光装置の構成）
図１１（ａ）は、本発明の第４の実施の形態に係る半導体発光素子の上面模式図であり、（ｂ）は、半導体発光素子の裏面模式図であり、図１２（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第４の実施の形態に係る半導体発光素子の図１１（ａ）のXII−XII線における断面図である。図１１（ａ）及び（ｂ）は、半導体発光素子を上面及び裏面から見た場合のｐ側及びｎ側電極の配置を模式的に示す図である。

本実施の形態における半導体発光装置１の半導体発光素子１００は、図１１（ａ）に示すように、光が出射する出射窓１８を形成し、面方向に幅を有する円環形状のｐ側電極１４ｅと、メサ構造体１０１を囲むように基板２上に設けられたｎ側電極１６ａと、図１１（ｂ）に示すように、基板２の裏面に設けられ、基板２に垂直で、かつ、出射窓１８の中心を通る軸を中心として、面方向に幅を有する円環形状のｎ側電極１６ｂと、を備えて概略構成されている。

ここで、図１２（ｂ）に示すように、ｐ側電極１４ｅとｎ側電極１６ｂとを組み合わせて第１の電極対と呼ぶものとする。第１の電極対は、図１２（ｂ）に示す電流経路（第１の電流経路）を形成する。

また、図１２（ａ）に示すように、ｐ側電極１４ｅとｎ側電極１６ａとを組み合わせて第２の電極対と呼ぶものとする。第２の電極対は、図１２（ａ）に示す電流経路（第２の電流経路）を形成する。

（半導体発光装置の動作）
以下に本発明の第４の実施の形態における半導体発光装置の動作について各図を参照しながら説明する。

半導体発光装置１の制御部１２０は、温度測定部１１０から半導体発光素子１００の温度を取得し、制御部１２０の判定回路１２１は、しきい値１２２に基づいて取得した温度の高低を判定する。

制御部１２０は、判定回路１２１の判定結果に基づいてスイッチ制御回路１２３、接続切換部１４０及びスイッチを介して第１の電極対又は第２の電極対を選択的に構成する。

具体的には、制御部１２０のスイッチ制御回路１２３は、判定回路１２１の判定結果が高温度であったとき、図１２（ａ）に示すように、ｐ側電極１４ｅとｎ側電極１６ａから第２の電極対を選択的に構成する。

制御部１２０は、半導体発光素子１００に供給する駆動電流をＩとするとき、駆動部１３０を介してｐ側電極１４ａとｎ側電極１６ｂから構成される第２の電極対に駆動電流Ｉを供給する。

また、制御部１２０のスイッチ制御回路１２３は、判定回路１２１の判定結果が低温度であったとき、図１２（ｂ）に示すように、ｐ側電極１４ｅとｎ側電極１６ｂから第１の電極対を選択的に構成する。

制御部１２０は、半導体発光素子１００に供給する駆動電流をＩとするとき、駆動部１３０を介してｐ側電極１４ｅとｎ側電極１６ｂから構成される第１の電極対に駆動電流Ｉを供給する。

なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されず、本発明の技術思想を逸脱あるいは変更しない範囲内で種々の変形及び組み合わせが可能である。

なお、上記の各実施の形態におけるｐ側及びｎ側電極の形状は、上記に限定されず、自由に変更可能である。

また、上記の各実施の形態における半導体発光素子において、ｐ側電極とｎ側電極の極性を入れ替えても良い。このとき、半導体発光素子において、バッファ層、下部ＤＢＲ層、上部ＤＢＲ層及びコンタクト層の極性も入れ替えなければならない。

１…半導体発光装置、２…基板、３…バッファ層、４…下部ＤＢＲ第、５…下部スペーサ層、６…量子井戸層、７…上部スペーサ層、８…活性領域、９…酸化領域、１０…電流通過領域、１１…電流狭窄層、１２…上部ＤＢＲ層、１３…コンタクト層、１４ａ〜１４ｅ…ｐ側電極、１５…層間絶縁膜、１６ａ〜１６ｄ…ｎ側電極、１７…コンタクトホール、１８…出射窓、１００…半導体発光素子、１０１…メサ構造体、１１０…温度測定部、１２０…制御部、１２１…判定回路、１２２…しきい値、１２３…スイッチ制御回路、１３０…駆動部、１４０…接続切換部、１４１〜１４４…スイッチ、Ｉ…駆動電流、Ｉ_ｔｈ…しきい値電流、Ｏｘ…電流狭窄径

Claims (9)

1. 光を出射する出射窓を形成するように前記出射窓の周囲に設けられた第１の電極と、
   前記第１の電極との間に、電流狭窄層の電流通過領域を通る電流経路を形成可能な位置に設けられた複数の第２の電極と、
   を具備する半導体発光素子と、
   前記第１の電極と前記複数の第２の電極とに前記半導体発光素子の駆動電流を選択的に供給する駆動部と、
   を備えた半導体発光装置。
2. 第１導電型の下部多層膜反射層、活性領域、及び第２導電型の上部多層膜反射層が順次積層されたメサ構造体を有する半導体基板と、
   前記上部多層膜反射層上に、前記活性領域で発生した光が出射する出射窓を形成するように前記出射窓の周囲に設けられたＮ個（Ｎ≧２の整数）の第１の電極と、
   前記上部多層膜反射層及び前記下部多層膜反射層との間に設けられ、電流通過領域が形成された電流狭窄層と、
   前記半導体基板上の前記メサ構造体の周囲に設けられ、前記第１の電極との間に、前記電流狭窄層の前記電流通過領域を通る電流経路を形成する、前記第１の電極と同数のＮ個の第２の電極と、
   を具備する半導体発光素子と、
   前記出射窓を介して互いに反対側に位置する前記第１の電極と前記第２の電極とを組み合わせた第１の電極対と、前記出射窓に対して同じ側に位置する前記第１の電極と前記第２の電極とを組み合わせた第２の電極対とを構成し、前記第１の電極対又は前記第２の電極対に対して選択的に前記半導体発光素子の駆動電流を供給する駆動部と、
   を備えた半導体発光装置。
3. 前記第１の電極対と前記第２の電極対の接続を切り換える複数のスイッチを有する接続切換部と、
   前記半導体発光素子の温度がしきい値以上なら高温度、前記しきい値よりも低いなら低温度と判定を行う判定回路と、前記判定回路による判定結果に基づいて前記複数のスイッチの制御を行うスイッチ制御回路と、を具備する制御部と、
   を備えた請求項２に記載の半導体発光装置。
4. 前記制御部は、前記判定回路による判定結果が前記低温度のとき、前記スイッチ制御回路、前記スイッチ接続回路及び前記複数のスイッチを介して前記第１の電極対から１つの前記第１の電極対を選択して接続を切り換え、
   前記駆動部は、選択された１つの前記第１の電極対に前記駆動電流を供給する請求項３に記載の半導体発光装置。
5. 前記制御部は、前記判定回路による判定結果が前記低温度のとき、前記スイッチ制御回路、前記スイッチ接続回路及び前記複数のスイッチを介して複数の前記第１の電極対を選択して接続を切り換え、
   前記駆動部は、選択された複数の前記第１の電極対のそれぞれに周期的に前記駆動電流を供給する請求項３に記載の半導体発光装置。
6. 前記制御部は、前記判定回路による判定結果が前記高温度のとき、前記スイッチ制御回路、前記スイッチ接続回路及び前記複数のスイッチを介して少なくとも１つの前記第２の電極対を選択して接続を切り換え、
   前記駆動部は、選択された少なくとも１つの前記第２の電極対のそれぞれに供給される電流の合計が前記駆動電流に等しくなるように供給する請求項３に記載の半導体発光装置。
7. 第１導電型の下部多層膜反射層、活性領域、及び第２導電型の上部多層膜反射層が順次積層された半導体基板と、
   前記上部多層膜反射層上に形成され、光を出射する出射窓を形成するように前記出射窓の周囲に設けられた第１の電極と、
   前記上部多層膜反射層及び前記下部多層膜反射層との間に設けられ、電流通過領域を有する電流狭窄層と、
   前記射出窓に対向する前記半導体基板裏に設けられ、前記第１の電極との間に、前記電流狭窄層の前記電流通過領域を通る第１の電流経路を形成する第２の電極と、
   前記半導体基板裏の前記第２の電極の周囲に間隔を有して形成され、前記第１の電極との間に、前記電流狭窄層の前記電流通過領域を通る第２の電流経路を形成する第３の電極と、
   を具備する半導体発光素子と、
   前記第１の電極と前記第２の電極とを組み合わせた第１の電極対と、前記第１の電極と前記第３の電極とを組み合わせた第２の電極対と、を構成し、前記第１の電極対又は前記第２の電極対に対して選択的に前記半導体発光素子の駆動電流を供給する駆動部と、
   を備えた半導体発光装置。
8. 第１導電型の下部多層膜反射層、活性領域、及び第２導電型の上部多層膜反射層が順次積層されたメサ構造体を有する半導体基板と、
   前記上部多層膜反射層上に形成され、光を出射する出射窓を形成するように前記出射窓の周囲に設けられた第１の電極と、
   前記上部多層膜反射層及び前記下部多層膜反射層との間に設けられ、電流通過領域を有する電流狭窄層と、
   前記射出窓に対向する前記半導体基板裏に設けられ、前記第１の電極との間に、前記電流狭窄層の前記電流通過領域を通る第１の電流経路を形成する第２の電極と、
   前記半導体基板上の前記メサ構造体の周囲に形成され、前記第１の電極との間に、前記電流狭窄層の前記電流通過領域を通る第２の電流経路を形成する第３の電極と、
   を具備する半導体発光素子と、
   前記第１の電極と前記第２の電極とを組み合わせた第１の電極対と、前記第１の電極と前記第３の電極とを組み合わせた第２の電極対と、を構成し、前記第１の電極対又は前記第２の電極対に対して選択的に前記半導体発光素子の駆動電流を供給する駆動部と、
   を備えた半導体発光装置。
9. 前記第１の電極対と前記第２の電極対の接続を切り換える複数のスイッチを有する接続切換部と、
   前記半導体発光素子の温度がしきい値以上なら高温度、前記しきい値よりも低いなら低温度と判定を行う判定回路と、前記判定回路による判定結果に基づいて前記複数のスイッチの制御を行うスイッチ制御回路と、を具備する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記判定回路による判定結果が前記低温度のとき、前記スイッチ制御回路、前記スイッチ接続回路及び前記複数のスイッチを介して前記第１の電極対に接続を切り換え、前記判定回路による判定結果が前記高温度のとき、前記スイッチ制御回路、前記スイッチ接続回路及び前記複数のスイッチを介して前記第２の電極対に接続を切り換える請求項７又は８に記載の半導体発光装置。

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