JP4163833B2 - 半導体発光装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオード装置又は高密度光記録が可能な半導体レーザ装置等の半導体発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、III-Ｖ族化合物半導体であって、赤外領域の発光光を生成するＡｌＧａＡｓや、赤色の発光光を生成するＡｌＩｎＧａＰを用いた発光層は、ＧａＡｓからなる基板上に形成されている。ＧａＡｓ基板は、比較的安価であると共に、ＡｌＧａＡｓやＡｌＩｎＧａＰと同じくIII-Ｖ族化合物半導体であるため、基板上にエピタキシャル成長させる際に、該基板上に成長する結晶中にダブルドメインバウンダリ等の欠陥が導入されることがなく、ＡｌＧａＡｓ又はＡｌＩｎＧａＰに対して格子整合が取り易いという利点を有しているので、広く用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＧａＡｓ基板は、ＡｌＧａＡｓ又はＡｌＩｎＧａＰを活性層に持つ光デバイスの発光光を吸収するため、発光ダイオード装置においては発光光の半分以上がＧａＡｓ基板に吸収されてしまうという問題がある。また、ＧａＡｓ基板は熱伝導率が低く、熱飽和が容易に起こり、熱伝導効率が低下するという問題を有しているため、半導体レーザ装置においては、一般に、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の熱伝導率が比較的高い部材からなるサブマウント上に半導体チップを実装している。このため、半導体レーザ装置の製造時には、サブマウントや半田材等の資材が必要となる上に、製造時の工数が増えることにもなる。
【０００４】
本発明は、前記の問題を鑑みてなされたものであり、活性層からの発光光の吸収がなく且つ放熱性に優れる半導体発光装置を得られるようにすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明は、半導体発光装置の基板に活性層からの発光光の波長に対して透明で且つ高い熱伝導率を持つ基板を用いる構成とする。
【０００６】
具体的に、本発明に係る第１の半導体発光装置は、窒素を含む第１のIII-Ｖ族化合物半導体からなる基板と、基板の上に形成され、ヒ素又はリンを含む第２のIII-Ｖ族化合物半導体からなる活性層とを備えている。
【０００７】
第１の半導体発光装置によると、窒化物からなる第１のIII-Ｖ族化合物半導体は、エネルギーギャップが、ヒ素又はリンを含む第２のIII-Ｖ族化合物半導体と比べて大きいため、第２のIII-Ｖ族化合物半導体からなる活性層から発せられる発光光は、第１のIII-Ｖ族化合物半導体からなる基板に対して透明であり、該基板に吸収されることがなく、その結果、発光効率が向上する。また、窒化物からなる化合物半導体は熱伝導率が優れているため、放熱効率が向上し、熱飽和が生じにくいので、高温下であっても高効率の動作が可能となる。
【０００８】
第１の半導体発光装置において、第２のIII-Ｖ族化合物半導体は、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（但し、ｘは０≦ｘ≦１である）からなることが好ましい。このようにすると、活性層からは、赤外領域の発光光が出力されるため、窒化物からなる第１の化合物半導体基板に吸収されることがない。
【０００９】
第１の半導体発光装置において、第２のIII-Ｖ族化合物半導体は、ＡｌxＧａyＩｎ1-x-y Ｐ（但し、ｘ、ｙは０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１である）からなることが好ましい。このようにすると、活性層からは、赤色領域の発光光が出力されるため、窒化物からなる第１の化合物半導体基板に吸収されることがない。
【００１０】
この場合に、活性層が発光ダイオード素子又は半導体レーザ素子として発光可能に設けられていることが好ましい。
【００１１】
本発明に係る第２の半導体発光装置は、窒素を含むIII-Ｖ族化合物半導体からなる基板と、基板の上に形成され、ＡｌxＧａyＩｎ1-x-y Ｎ（但し、ｘ、ｙは０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１である）からなる第１の活性層、ＡｌxＧａyＩｎ1-x-y Ｐ（但し、ｘ、ｙは０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１である）からなる第２の活性層及びＡｌxＧａ1-xＡｓ（但し、ｘは０≦ｘ≦１である）からなる第３の活性層のうちの少なくとも２つとを備えている。
【００１２】
第２の半導体発光装置によると、ＡｌＧａＩｎＮからなる第１の活性層からは青色の発光光が出力され、ＡｌＧａＩｎＰからなる第２の活性層からは赤色の発光光が出力され、ＡｌＧａＡｓからなる第３の活性層からは赤外の発光光が出力される。このため、窒素を含む化合物半導体からなる基板のエネルギーギャップを第１の活性層からの発光光よりも大きくしておけば、各活性層からの発光光がいずれも基板に吸収されることがない。さらに、窒化物半導体は熱伝導率に優れるため、高温下でも高効率の動作が可能となる。これにより、単一の基板上に２波長以上の異なる波長を出力できる高効率な半導体発光装置を得ることができる。
【００１３】
第２の半導体発光装置において、第１の活性層、第２の活性層及び第３の活性層がそれぞれ面発光可能に設けられており、第１の活性層、第２の活性層及び第３の活性層のうちの少なくとも２つの活性層が、各活性層のエネルギーギャップが大きい順に基板側から形成され、各活性層からの発光光は、基板における各活性層と反対側の面から出射されることが好ましい。このようにすると、各活性層からの発光光が窒化物半導体からなる基板に対して透明であるだけでなく、複数の活性層におけるエネルギーギャップが、基板側が最も大きく基板から離れるに連れて小さくなるので、基板側から離れた一の活性層からの発光光が該一の活性層と基板との間に設けられた少なくとも１つの他の活性層によって吸収されることがない。従って、各活性層からの発光光を基板の各活性層と反対側の面から確実に取り出すことができる。
【００１４】
第２の半導体発光装置において、第１の活性層、第２の活性層及び第３の活性層のうちの少なくとも２つが、基板の主面からほぼ同一の高さとなるように設けられていることが好ましい。このようにすると、活性層がレーザ構造であって、光ディスクのピックアップに用いるような場合には、複数の活性層から出射される各レーザ光の位置合わせが容易となる。
【００１５】
第１又は第２の半導体発光装置において、基板が六方晶系の結晶構造を有し且つその主面の面方位が｛０００１｝面であることが好ましい。このようにすると、基板の主面が六方晶でその面方位が｛０００１｝面であるため、該主面上には立方晶の面方位が｛１１１｝面となる特定の面が成長する。その結果、各活性層を含む半導体の結晶性が損なわれないので、高品質な活性層を確実に実現できる。
【００１６】
第１又は第２の半導体発光装置において、基板が六方晶系の結晶構造を有し且つその主面の面方位が｛１−１０１｝面であることが好ましい。このようにすると、基板の主面が六方晶でその面方位が｛１−１０１｝面であるため、該主面上には立方晶の面方位が｛００１｝面となる特定の面が成長するので、各活性層を含む半導体の結晶性が損なわれることがない。
【００１７】
なお、本願明細書においては、便宜上、面方位又は結晶軸の一の指数に負の符号を付加することにより、該符号に続く一の指数の反転を表わすことにする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１９】
図１は本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置であって、発光ダイオード装置の断面構成を表わしている。以下、装置の構成を本装置の製造方法として説明する。
【００２０】
まず、III 族源を、例えばトリメチルガリウム（ＴＭＧ）又はトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）とし、Ｖ族源を、例えばアルシン（ＡｓＨ3 ）とする有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法を用いて、主面の面方位に（０００１）面を持つｎ型のＧａＮからなる基板１１の上に、基板温度を約７００℃として、膜厚が約１μｍのｎ型のＧａＡｓからなり、基板１１と該基板１１上に成長する各半導体層との格子不整合を緩和するバッファ層１２と、膜厚が約０．５μｍのｎ型のＡｌＧａＡｓからなり、発光に寄与するキャリアを後述する発光層に閉じ込める第１クラッド層１３と、膜厚が約０．１μｍのアンドープのＡｌＧａＡｓからなり、閉じ込められたキャリアを再結合させて発光光を生成する発光層（活性層）１４と、膜厚が約０．５μｍのｐ型のＡｌＧａＡｓからなり、キャリアを発光層１４に閉じ込める第２クラッド層１５と、膜厚が約２μｍのｐ型のＧａＡｓからなり、後述するｐ側電極とのオーミックコンタクトを図るコンタクト層１６とを順次成長させる。ここで、第１クラッド層１３及び第２クラッド層１５のＡｌの組成は、キャリアが確実に閉じ込められるように発光層１４のＡｌの組成よりも大きくすることが好ましい。また、各半導体層１２〜１６の主面の面方位は（１１１）面となる。
【００２１】
次に、基板１１上に各半導体層１２〜１６が形成されたエピタキシャル基板をＭＯＣＶＤ装置から取り出し、続いて、蒸着法等を用いて、基板１１の主面と反対側の面に、ＴｉとＡｌとの積層膜からなるｎ側電極１７を形成し、その後、所定形状のパターニングを施す。続いて、同じく蒸着法等を用いて、コンタクト層１６上に、透明電極となるように膜厚が約１０ｎｍのＡｕ及びＺｎからなるｐ側電極１８を形成し、所定形状のパターニングを施す。なお、ｎ側電極１７及びｐ側電極１８の形成順序はいずれが先であっても構わない。
【００２２】
次に、窒素ガスと水素ガスとの混合雰囲気において、各電極１７、１８が形成されたエピタキシャル基板を４００℃程度で加熱することにより、ｎ側電極１７及びｐ側電極１８をそれぞれオーミック化する。
【００２３】
次に、エピタキシャル基板を劈開して、図１に示す発光ダイオード装置を得る。さらに、図示はしていないが、ｐ側電極１８を発光面としてｎ側電極１７はステム又はマウントに実装する。
【００２４】
図２は本実施形態に係る発光ダイオード装置と、該発光ダイオード装置の基板１１をＧａＮからＧａＡｓに替えた比較用の発光ダイオード装置との電流光出力特性を示す。図２において、横軸は各装置に与える電流を示し、縦軸は各装置の光出力量を表わしている。ここでは、発光波長を８００ｎｍとしている。図２に示すように、曲線１に示す本実施形態の発光ダイオード装置は、曲線２に示す比較用の発光ダイオード装置と比べて、同一の電流値で約２倍の光出力を得られることが分かる。これは、本実施形態に係る発光ダイオード装置の基板１１が発光光の波長に対して透明であることによる。具体的には、図３に示すように、基板１１によって発光光の吸収がなく、例えば、発光層１４から基板１１側に発せられた発光光Ｌ１、Ｌ２は、基板１１の中で反射を繰り返しながら基板１１の裏面に設けられたｎ側電極１７で反射され、透明電極であるｐ側電極１８を透過して外部に出射されるようになるからである。なお、図３において、反射光を明確に示すため、図３におけるハッチングを省略している。
【００２５】
なお、基板１１は発光光に対して透明であるため、ｎ側電極１７を透明電極とし、且つ、ｐ側電極１８を発光光が反射可能な膜厚としてステム等に実装すれば、逆にｎ側電極１７側から発光光を取り出すこともできる。
【００２６】
また、基板１１の主面の面方位は、（０００１）面に限らず、（１−１０１）面又は（１−１００）面を用いてもよい。この場合には、各半導体層１２〜１６の主面は（００１）面となり、平坦なエピタキシャル成長を観測している。さらに、このうちの（１−１０１）面を用いれば、より確実に立方晶を得ることができるので好ましい。
【００２７】
また、基板１１に、主面に対して傾斜角度が１５°以内の、いわゆる傾斜基板を用いるとエピタキシャル層の結晶の品質が向上するため好ましい。
【００２８】
また、ＧａＮからなる基板１１は、Ａｌ又はＩｎを含んでいてもよい。
【００２９】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００３０】
図４は本発明の第２の実施形態に係る半導体発光装置であって、半導体レーザ装置の断面構成を表わしている。以下、装置の構成を本装置の製造方法として説明する。
【００３１】
まず、III 族源を、例えばＴＭＧ又はＴＭＡとし、Ｖ族源を、例えばＡｓＨ3 ガスとするＭＯＣＶＤ法を用いて、主面の面方位に（０００１）面を持つｎ型のＧａＮからなる基板２１の上に、基板温度を約７００℃として、膜厚が約１μｍのｎ型のＧａＡｓからなり、基板２１と該基板２１上に成長する各半導体層との格子不整合を緩和するバッファ層２２と、膜厚が約０．５μｍのｎ型のＡｌＧａＡｓからなり、キャリア及び生成された発光光を後述する活性層に閉じ込める第１クラッド層２３と、膜厚が約５０ｎｍのアンドープのＡｌＧａＡｓからなり、閉じ込められたキャリアを再結合させて発光光を生成する活性層２４と、膜厚が約０．１μｍのｐ型のＡｌＧａＡｓからなり、キャリア及び生成された発光光を活性層２４に閉じ込める第２クラッド層２５と、膜厚が約０．５μｍのｎ型のＡｌＧａＡｓからなり、電流を活性層２４に効率良く注入する電流ブロック層２６を順次成長させる。ここで、第１クラッド層２３及び第２クラッド層２５のＡｌの組成は、キャリア及び生成光が確実に閉じ込められるように活性層２４のＡｌの組成よりも大きくする。また、各半導体層２２〜２６の主面の面方位は（１１１）面が得られている。さらに、電流ブロック層２６のＡｌ組成を第２クラッド層２５のＡｌ組成より大きくすれば、レーザ光の導波構造が実屈折率型となり、動作電流の低減を図れるので好ましい。
【００３２】
次に、電流ブロック層２６が形成されたエピタキシャル基板をＭＯＣＶＤ装置からいったん外部に取り出す。続いて、公知のリソグラフィ法及びエッチング法を用いて、電流ブロック層２６に対してエッチングを行なって、電流ブロック層２６にストライプ状の開口部を形成する。このときのストライプが延びる方向は、基板２１の晶帯軸の＜１−１００＞方向とすることが好ましい。このようにすると、劈開によりミラー（反射端面）の形成が容易に行なえるようになる。
【００３３】
次に、ストライプ構造が形成されたエピタキシャル基板を再度ＭＯＣＶＤ装置に投入し、電流ブロック層２６上に開口部を含めて全面に、膜厚が約２μｍのｐ型のＡｌＧａＡｓからなり、キャリアを発光層２４に閉じ込める第３クラッド層２７と、膜厚が約２μｍのｐ型のＧａＡｓからなり、後述するｐ側電極とのオーミックコンタクトを図るコンタクト層２８とを順次成長させる。
【００３４】
次に、基板２１上に各半導体層２２〜２８が形成されたエピタキシャル基板をＭＯＣＶＤ装置から取り出し、続いて、蒸着法等を用いて、基板２１の主面と反対側の面に、ＴｉとＡｌとの積層膜からなるｎ側電極２９を形成し、その後、所定形状のパターニングを施す。また、同じく蒸着法等を用いて、コンタクト層２８上に、Ａｕ及びＺｎからなるｐ側電極３０を形成し、所定形状のパターニングを施す。
【００３５】
次に、窒素ガスと水素ガスとの混合雰囲気において、各電極２９、３０が形成されたエピタキシャル基板を４００℃程度で加熱することにより、ｎ側電極２９及びｐ側電極３０をそれぞれオーミック化する。
【００３６】
次に、エピタキシャル基板を劈開して、図４に示す半導体レーザ装置を得る。さらに、図示はしていないが、ｎ側電極２９をステム又はマウントに実装する。
【００３７】
図５は本実施形態に係る半導体レーザ装置と、該半導体レーザ装置の基板２１をＧａＮからＧａＡｓに替えた比較用の半導体レーザ装置との、温度が７０℃における電流光出力特性を示す。図５において、横軸は各装置に与える電流を示し、縦軸は各装置の光出力量を表わしている。図５に示すように、曲線４に示す比較用の半導体レーザ装置の場合は、熱飽和のために６０ｍＷ以上の光出力を得られないのに対し、曲線３に示す本実施形態の半導体レーザ装置の場合は、熱飽和が生じることがなく、１００ｍＷもの出力値を得られている。
【００３８】
このように、本実施形態によると、半導体レーザ装置の基板２１に、ＧａＡｓと比べて熱伝導率が高いＧａＮを用いているため、活性層２４において発生した熱を高効率に放熱することができる。
【００３９】
なお、本実施形態に係る基板２１の主面の面方位は、（０００１）面に限らず、（１−１０１）面又は（１−１００）面を用いてもよい。この場合には、各半導体層２２〜２８の主面は（００１）面となり、平坦なエピタキシャル成長を実現できる。さらに、このうちの（１−１０１）面を用いれば、より確実に立方晶を得ることができる。また、基板２１に傾斜角度が１５°以内の傾斜基板を用いるとエピタキシャル層の結晶の品質が向上するため好ましい。
【００４０】
また、ＧａＮからなる基板２１には、Ａｌ又はＩｎを含んでいてもよい。
【００４１】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態について説明する。
【００４２】
図１は本発明の第３の実施形態に係る半導体発光装置であって、発光ダイオード装置の断面構成を表わしている。本実施形態に係る発光ダイオード装置は、活性層にＡｌＧａＩｎＰを用いて赤色の発光光を出力する点が第１の実施形態と異なる。ここでも、第１の実施形態と同様に、装置の構成を製造方法として説明する。
【００４３】
まず、III 族源を、例えばＴＭＧ、ＴＭＡ又はトリメチルインジウム（ＴＭＩ）とし、Ｖ族源を、例えばホスフィン（ＰＨ3 ）とするＭＯＣＶＤ法を用いて、主面の面方位に（０００１）面を持つｎ型のＧａＮからなる基板１１の上に、基板温度を約７００℃として、膜厚が約１μｍのｎ型のＧａＡｓからなり、基板１１と該基板１１上に成長する各半導体層との格子不整合を緩和するバッファ層１２と、膜厚が約０．５μｍのｎ型のＡｌＧａＩｎＰからなり、発光に寄与するキャリアを後述する発光層に閉じ込める第１クラッド層１３と、膜厚が約０．１μｍのアンドープのＡｌＧａＩｎＰからなり、閉じ込められたキャリアを再結合させて発光光を生成する発光層（活性層）１４と、膜厚が約０．５μｍのｐ型のＡｌＧａＩｎＰからなり、キャリアを発光層１４に閉じ込める第２クラッド層１５と、膜厚が約２μｍのｐ型のＡｌＧａＩｎＰからなり、後述するｐ側電極とのオーミックコンタクトを図るコンタクト層１６とを順次成長させる。ここで、第１クラッド層１３、第２クラッド層１５及びコンタクト層１６のエネルギーギャップ（バンドギャップ）は、キャリアが確実に閉じ込められるように発光層１４のエネルギーギャップよりも大きくすることが好ましい。また、各半導体層１２〜１６の主面の面方位は（１１１）面となる。
【００４４】
次に、基板１１上に各半導体層１２〜１６が形成されたエピタキシャル基板をＭＯＣＶＤ装置から取り出し、続いて、蒸着法等を用いて、基板１１の主面と反対側の面に、ＴｉとＡｌとの積層膜からなるｎ側電極１７を形成し、その後、所定形状のパターニングを施す。続いて、同じく蒸着法等を用いて、コンタクト層１６上に、透明電極となるように膜厚が約１０ｎｍのＡｕ及びＺｎからなるｐ側電極１８を形成し、所定形状のパターニングを施す。
【００４５】
次に、窒素ガスと水素ガスとの混合雰囲気において、各電極１７、１８が形成されたエピタキシャル基板を４００℃程度で加熱することにより、ｎ側電極１７及びｐ側電極１８をそれぞれオーミック化する。
【００４６】
次に、エピタキシャル基板を劈開して、図１に示す発光ダイオード装置を得る。さらに、図示はしていないが、ｐ側電極１８を発光面としてｎ側電極１７はステム又はマウントに実装する。
【００４７】
本実施形態においても、本実施形態に係る発光ダイオード装置と、該発光ダイオード装置の基板１１をＧａＮからＧａＡｓに替えた比較用の発光ダイオード装置との電流光出力特性を比較した。ここでも、本実施形態の発光ダイオード装置は、比較用の発光ダイオード装置と比べて、同一の電流値で約２倍の光出力を得られている。これは、本実施形態に係る発光ダイオード装置の基板１１が発光光の波長に対して透明であることによっており、図３で説明したように、光の取り出し効率が向上するためである。
【００４８】
なお、基板１１は発光光に対して透明であるため、ｎ側電極１７を透明電極とし、且つ、ｐ側電極１８を反射可能の膜厚としてステム等に実装すれば、ｎ側電極１７側から発光光を取り出すこともできる。
【００４９】
また、基板１１の主面の面方位は、（０００１）面に限らず、（１−１０１）面又は（１−１００）面を用いてもよい。この場合には、各半導体層１２〜１６の主面は（００１）面となり、平坦なエピタキシャル成長を観測している。さらに、このうちの（１−１０１）面を用いれば、より確実に立方晶を得ることができる。さらには、基板１１に、傾斜角度が１５°以内の傾斜基板を用いることが好ましい。
【００５０】
また、ＧａＮからなる基板１１は、Ａｌ又はＩｎを含んでいてもよい。
【００５１】
（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態について説明する。
【００５２】
図４は本発明の第４の実施形態に係る半導体発光装置であって、半導体レーザ装置の断面構成を表わしている。本実施形態に係る半導体レーザ装置は、活性層にＡｌＧａＩｎＰを用いて赤色のレーザ光を出力する点が第２の実施形態と異なる。ここでも、第２の実施形態と同様に、装置の構成を製造方法として説明する。
【００５３】
まず、III 族源を、例えばＴＭＧ、ＴＭＡ又はＴＭＩとし、Ｖ族源を、例えばＰＨ3 ガスとするＭＯＣＶＤ法を用いて、主面の面方位に（０００１）面を持つｎ型のＧａＮからなる基板２１の上に、基板温度を約７００℃として、膜厚が約１μｍのｎ型のＧａＡｓからなり、基板２１と該基板２１上に成長する各半導体層との格子不整合を緩和するバッファ層２２と、膜厚が約０．５μｍのｎ型のＡｌＧａＡｓからなり、キャリア及び生成された発光光を後述する発光層に閉じ込める第１クラッド層２３と、膜厚が約３ｎｍの井戸層（図示せず）と膜厚が約７ｎｍのバリア層（図示せず）とを少なくとも３組含み、アンドープのＡｌＧａＩｎＰからなる多重量子井戸活性層２４と、膜厚が約０．１μｍのｐ型のＡｌＧａＡｓからなり、キャリア及び生成された発光光を多重量子井戸活性層２４に閉じ込める第２クラッド層２５と、膜厚が約０．５μｍのｎ型のＡｌＧａＡｓからなり、多重量子井戸活性層２４に電流を効率良く注入する電流ブロック層２６とを順次成長させる。ここで、第１クラッド層２３及び第２クラッド層２５の屈折率は、キャリア及び生成光が確実に閉じ込められるように多重量子井戸活性層２４の透過屈折率よりも大きくする。また、各半導体層２２〜２６の主面の面方位は（１１１）面が得られている。さらに、電流ブロック層２６のＡｌ組成を第２クラッド層２５のＡｌ組成より大きくすれば、レーザ光の導波構造が実屈折率型となり、動作電流の低減を図れるので好ましい。
【００５４】
次に、電流ブロック層２６が形成されたエピタキシャル基板をＭＯＣＶＤ装置からいったん外部に取り出す。続いて、電流ブロック層２６に対してエッチングを行なって、電流ブロック層２６にストライプ状の開口部を形成する。このときのストライプが延びる方向は、基板２１の晶帯軸の＜１−１００＞方向とすることが好ましい。このようにすると、劈開によりミラー（反射端面）の形成が容易に行なえるようになる。
【００５５】
次に、ストライプ構造が形成されたエピタキシャル基板を再度ＭＯＣＶＤ装置に投入し、電流ブロック層２６上に開口部を含めて全面にわたって、膜厚が約２μｍのｐ型のＡｌＧａＡｓからなり、キャリアを多重量子井戸層２４に閉じ込める第３クラッド層２７と、膜厚が約２μｍのｐ型のＧａＡｓからなり、後述するｐ側電極とのオーミックコンタクトを図るコンタクト層２８とを順次成長させる。
【００５６】
次に、基板２１上に各半導体層２２〜２８が形成されたエピタキシャル基板をＭＯＣＶＤ装置から取り出し、続いて、蒸着法等を用いて、基板２１の主面と反対側の面に、ＴｉとＡｌとの積層膜からなるｎ側電極２９を形成し、その後、所定形状のパターニングを施す。同様に蒸着法等を用いて、コンタクト層２８上に、Ａｕ及びＺｎからなるｐ側電極３０を形成し、その後、所定形状のパターニングを施す。
【００５７】
次に、窒素ガスと水素ガスとの混合雰囲気において、各電極２９、３０が形成されたエピタキシャル基板を４００℃程度で加熱することにより、ｎ側電極２９及びｐ側電極３０をそれぞれオーミック化する。
【００５８】
次に、エピタキシャル基板を劈開して、図４に示す半導体レーザ装置を得る。
【００５９】
第２の実施形態と同様に、本実施形態に係る半導体レーザ装置と、該半導体レーザ装置の基板２１をＧａＮからＧａＡｓに替えた比較用の半導体レーザ装置との、温度が７０℃における電流光出力特性を比較したところ、比較用の半導体レーザ装置の場合は、熱飽和のため４０ｍＷ以上の出力値を得られないのに対し、本実施形態に係る半導体レーザ装置の場合は、熱飽和が生じないため、８０ｍＷもの出力値を得られている。
【００６０】
このように、本実施形態によると、ＧａＡｓと比べて熱伝導率が高いＧａＮからなる基板２１を用いているため、多重量子井戸活性層２４において発生した熱を効果的に放熱することができる。
【００６１】
なお、本実施形態に係る基板２１の主面の面方位は、（０００１）面に限らず、（１−１０１）面又は（１−１００）面を用いてもよい。この場合には、各半導体層２２〜２８の主面は（００１）面となり、平坦なエピタキシャル成長を実現できる。さらに、このうちの（１−１０１）面を用いれば、より確実に立方晶を得ることができる。さらには、基板２１に傾斜角度が１５°以内の傾斜基板を用いることが好ましい。
【００６２】
また、ＧａＮからなる基板２１には、Ａｌ又はＩｎを含んでいてもよい。
【００６３】
（第５の実施形態）
以下、本発明の第５の実施形態について説明する。
【００６４】
図６は本発明の第５の実施形態に係る半導体発光装置であって、多波長スタック方式の面発光型レーザ装置の断面構成を表わしている。以下、装置の構成を本装置の製造方法として説明する。
【００６５】
（青色レーザ素子部）
まず、III 族源を、例えばＴＭＧ、ＴＭＡ又はＴＭＩとし、Ｖ族源を、例えば、ＡｓＨ3 、ＰＨ3 又はアンモニア（ＮＨ3 ）とするＭＯＣＶＤ法を用いて、主面の面方位に（０００１）面を持つｎ型のＧａＮからなる基板３１の上に、基板温度を約１０００℃として、膜厚が約０．５μｍのｎ型のＧａＮからなり、基板３１と該基板３１上に成長する各半導体層の結晶性を向上するバッファ層３２と、ｎ型のＡｌＧａＮ及びＧａＮの積層体からなる第１ブラッグ反射（ＤＢＲ）層３３と、膜厚が約０．１μｍのｎ型のＧａＮからなり、後述する多重量子井戸活性層にキャリア及び生成光を閉じ込め易くする第１光ガイド層３４とを順次成長させる。
【００６６】
次に、基板温度を７００℃付近にまで降温し、第１光ガイド層３４上に、アンドープのＩｎＧａＮからなる第１多重量子井戸活性層３５を成長させる。
【００６７】
その後、再び基板温度を１０００℃程度にまで昇温し、第１多重量子井戸活性層３５の上に、膜厚が約０．１μｍのｐ型ＧａＮからなり、第１多重量子井戸活性層３５にキャリア及び生成光を閉じ込め易くする第２光ガイド層３６、ｐ型のＡｌＧａＮ、及びＧａＮの積層体からなる第２ブラッグ反射層３７及び膜厚が約０．５μｍのｎ型のＡｌＧａＮからなる第１電流ブロック層３８を順次成長させる。
【００６８】
次に、第１電流ブロック層３８が形成されたエピタキシャル基板をＭＯＣＶＤ装置から取り出し、リソグラフィ法及びエッチング法を用いて、第１電流ブロック層３８にほぼ円形状の開口部を形成する。
【００６９】
次に、開口部が形成されたエピタキシャル基板を再度ＭＯＣＶＤ装置に投入し、第１電流ブロック層３８上に開口部を含めて全面にわたって、膜厚が約２μｍのｐ型のＧａＮからなり、後述するｐ側電極とのオーミックコンタクトを図る第１コンタクト層３９を成長させる。
【００７０】
以上の工程により青色レーザ素子部５が形成される。
【００７１】
（赤色レーザ素子部）
次に、赤色レーザ素子部６を説明する。
【００７２】
続いて、基板温度を７００℃程度にまで降温し、第１コンタクト層３９上に、膜厚が約０．５μｍで高抵抗のＡｌＡｓからなり、青色レーザ素子部５と赤色レーザ素子部６とを絶縁する第１素子分離層４０と、膜厚が約２μｍのｎ型のＡｌＧａＡｓからなり、後述するｎ側電極とのオーミックコンタクトを図る第２コンタクト層４１と、ｎ型のＡｌＡｓ及びＡｌＧａＡｓの積層体からなる第３ブラッグ反射層４２と、膜厚が約０．１μｍのｎ型のＡｌＧａＩｎＰからなり、後述する多重量子井戸活性層にキャリア及び生成光を閉じ込め易くする第３光ガイド層４３と、アンドープのＡｌＧａＩｎＰからなる第２多重量子井戸活性層４４と、膜厚が約０．１μｍのｐ型のＡｌＧａＩｎＰからなり、第２多重量子井戸活性層４４にキャリア及び生成光を閉じ込め易くする第４光ガイド層４５とを順次成長させる。続いて、第４光ガイド層４５上に、ｐ型のＡｌＡｓ及びＡｌＧａＡｓの積層体からなる第４ブラッグ反射層４６と、膜厚が約０．５μｍのｎ型のＡｌＧａＩｎＰからなる第２電流ブロック層４７とを成長させる。
【００７３】
次に、第２電流ブロック層４７が形成されたエピタキシャル基板をＭＯＣＶＤ装置から取り出し、通常のリソグラフィ法及びエッチング法を用いて、第２電流ブロック層４７における第１の電流ブロック層３８の開口部とほぼ重なるように円形状の開口部を形成する。
【００７４】
次に、開口部が形成されたエピタキシャル基板を再度ＭＯＣＶＤ装置に投入し、第２電流ブロック層４７上に開口部を含めて全面にわたって、膜厚が約２μｍのｐ型のＡｌＧａＡｓからなり、後述するｐ側電極とのオーミックコンタクトを図る第３コンタクト層４８を成長させる。
【００７５】
以上の工程により赤色レーザ素子部６が形成される。
【００７６】
（赤外レーザ素子部）
次に、赤外レーザ素子部７を説明する。
【００７７】
続いて、基板温度を７００℃程度にしたまま、第３コンタクト層４８上に、膜厚が約０．５μｍで高抵抗のＡｌＡｓからなり、赤色レーザ素子部６と赤外レーザ素子部７とを絶縁する第２素子分離層４９と、膜厚が約２μｍのｎ型のＡｌＧａＡｓからなり、後述するｎ側電極とのオーミックコンタクトを図る第４コンタクト層５０と、ｎ型のＡｌＡｓ及びＡｌＧａＡｓの積層体からなる第５ブラッグ反射層５１と、膜厚が約０．１μｍのｎ型のＡｌＧａＡｓからなり、後述する量子井戸活性層にキャリア及び生成光を閉じ込め易くする第５光ガイド層５２と、アンドープのＡｌＧａＡｓからなる量子井戸活性層５３と、膜厚が約０．１μｍのｐ型のＡｌＧａＡｓからなり、量子井戸活性層５３にキャリア及び生成光を閉じ込め易くする第６光ガイド層５４とを順次成長させる。続いて、第６光ガイド層５４上に、ｐ型のＡｌＡｓ及びＡｌＧａＡｓの積層体からなる第６ブラッグ反射層５５と、膜厚が約０．５μｍのｎ型のＡｌＧａＡｓからなる第３電流ブロック層５６とを順次成長させる。
【００７８】
次に、第３電流ブロック層５６が形成されたエピタキシャル基板をＭＯＣＶＤ装置から取り出し、リソグラフィ法及びエッチング法を用いて、第３電流ブロック層５６における第２電流ブロック層４７の開口部とほぼ重なるように円形状の開口部を形成する。
【００７９】
次に、開口部が形成されたエピタキシャル基板を再度ＭＯＣＶＤ装置に投入し、第３電流ブロック層５６上に開口部を含めて全面にわたって、膜厚が約２μｍのｐ型のＧａＡｓからなり、後述するｐ側電極とのオーミックコンタクトを図る第５コンタクト層５７を成長させる。
【００８０】
次に、各レーザ素子部５〜７の電極を形成する。
【００８１】
まず、第５コンタクト層５７までが形成されたエピタキシャル基板をＭＯＣＶＤ装置から取り出した後、通常のリソグラフィ法及びエッチング法を用いて、青色レーザ素子部５の第１コンタクト層３９における第１電流ブロック層３８の開口部を中心とする環状の第１電極形成領域を露出する。続いて、赤色レーザ素子部６の第２コンタクト層４１における第１電極形成領域の内側に位置する周縁部で且つ第２電流ブロック層４７の開口部を中心とする環状の第２電極形成領域を露出する。続いて、赤色レーザ素子部６の第３コンタクト層４８における第２電極形成領域の内側に位置する周縁部で且つ第２電流ブロック層４７の開口部を中心とする環状の第３電極形成領域を露出する。続いて、赤外レーザ素子部７の第４コンタクト層５０における第３電極形成領域の内側に位置する周縁部で且つ第３電流ブロック層５６の開口部を中心とする環状の第４電極形成領域を露出する。
【００８２】
次に、蒸着法等を用いて、青色レーザ素子部５においては、基板３１の各活性層と反対側の面であって、ＴｉとＡｌとの積層膜からなり、第１電流ブロック層３８の開口部を中心とする環状のｎ側第１電極５８を形成する。続いて、第１電極形成領域にＡｕ及びＺｎからなるｐ側第１電極５９を形成する。
【００８３】
次に、赤色レーザ素子部６においては、第２電極形成領域にＴｉとＡｌとの積層膜からなる環状のｎ側第２電極６０を形成し、第３電極形成領域にＡｕ及びＺｎからなるｐ側第２電極６１を形成する。
【００８４】
次に、赤外レーザ素子部７においては、第４電極形成領域にＴｉとＡｌとの積層膜からなる環状のｎ側第３電極６２を形成し、第５コンタクト層５７上における第３電流ブロック層５６の開口部の上側の領域にＡｕ及びＺｎからなる円形状のｐ側第３電極６３を形成する。なお、各ｎ側電極５８、６０、６２と、各ｐ側電極５９、６１、６３とはプロセスのスループットが向上するような順序で形成すればよい。
【００８５】
また、青色レーザ素子部５における第１多重量子井戸層３５は、膜厚が約３ｎｍの井戸層と膜厚が約５ｎｍのバリア層とを少なくとも１組含み、赤色レーザ素子部６における第２多重量子井戸層４４は、膜厚が約３ｎｍの井戸層と膜厚が約５ｎｍのバリア層とを少なくとも１組含んでいる。
【００８６】
以上説明したように、本実施形態に係る面発光型レーザ装置は、ｎ型のＧａＮからなる基板３１上に基板１１の主面側から、それぞれ独立して動作可能な、青色面発光型レーザ装置、赤色面発光型レーザ装置、赤外面発光型レーザ装置が順次積層された多波長スタック型面発光レーザ装置である。
【００８７】
従って、基板３１が青色レーザ素子部５における第１多重量子井戸活性層３５からのレーザ光に対して透明なエネルギーギャップを持つことはいうまでもなく、各ブラッグ反射層３３、３７、４２、４６、５１及び５５に対して、以下に述べる特徴を有している。
【００８８】
青色レーザ素子部５における第１ブラッグ反射層３３及び第２ブラッグ反射層３７は、青色レーザ素子部５自身の第１多重量子井戸活性層３５からの生成光に対しては高い反射率を有し、且つ、赤色レーザ素子部６の第２多重量子井戸活性層４４からのレーザ光及び赤外レーザ素子部７の量子井戸活性層５３からのレーザ光に対しては共に低い反射率を有するように形成されている。
【００８９】
また、赤色レーザ素子部６における第３ブラッグ反射層４２及び第４ブラッグ反射層４６は、赤色レーザ素子部６自身の第２多重量子井戸活性層４４からの生成光に対しては高い反射率を有し、且つ、赤外レーザ素子部７の量子井戸活性層５３からのレーザ光に対しては低い反射率を有するように形成されている。
【００９０】
このように形成された多波長スタック型レーザ装置を光ディスク装置のピックアップ部に組み込むと、１つの光学系装置で、ＣＤ、ＤＶＤ及び高密度ＤＶＤの３つのディスクを読み出せることを確認している。
【００９１】
なお、本実施形態に係る多波長スタック型面発光レーザ装置は、青色、赤色及び赤外の３つのレーザ素子部５〜７により構成されているが、これに限らず、各活性層のエネルギーギャップが大きい順に、基板３１側から、青色、赤色及び赤外のレーザ素子部５〜７のうちの少なくも２つのレーザ素子部を形成することも可能である。
【００９２】
また、本実施形態に係る基板３１の主面の面方位は、（０００１）面に限らず、（１−１０１）面又は（１−１００）面を用いてもよい。この場合には、各半導体層３２〜５７の主面は（００１）面となり、平坦なエピタキシャル成長を実現できる。さらに、このうちの（１−１０１）面を用いれば、より確実に立方晶を得ることができる。さらに、基板２１に傾斜角度が１５°以内の傾斜基板を用いることが好ましい。
【００９３】
また、ＧａＮからなる基板２１には、Ａｌ又はＩｎを含んでいてもよい。
【００９４】
（第６の実施形態）
以下、本発明の第６の実施形態について説明する。
【００９５】
図７は本発明の第６の実施形態に係る半導体発光装置であって、多波長タンデム型レーザ装置の断面構成を表わしている。以下、装置の構成を本装置の製造方法として説明する。
【００９６】
（青色レーザ素子部）
まず、III 族源を、例えばＴＭＧ、ＴＭＡ又はＴＭＩとし、Ｖ族源を、例えばＮＨ3 、ＡｓＨ3 又はＰＨ3 ガスとするＭＯＣＶＤ法を用いて、基板温度を約１０００℃とし、主面の面方位に（０００１）面を持つｎ型のＧａＮからなる基板７１上の全面にわたって、膜厚が約１μｍのｎ型のＧａＡｓからなり、基板７１と該基板７１上に成長する各半導体層の結晶性を向上するバッファ層７２と、膜厚が約０．５μｍのｎ型のＡｌＧａＮからなり、キャリア及び生成された発光光を後述する多重量子井戸活性層に閉じ込める第１クラッド層７３と、膜厚が約０．１μｍのｎ型のＧａＮからなり、後述する多重量子井戸活性層にキャリア及び生成光を閉じ込め易くする第１光ガイド層７４とを順次成長させる。
【００９７】
次に、基板温度を７００℃付近にまで降温し、第１光ガイド層７４上に、例えば、膜厚が約３ｎｍの井戸層と膜厚が約７ｎｍのバリア層とを少なくとも３組含み、アンドープのＩｎＧａＮからなる多重量子井戸活性層７５を成長させる。
【００９８】
その後、再び基板温度を１０００℃程度にまで昇温し、多重量子井戸活性層７５の上に、膜厚が約０．１μｍのｐ型のＧａＮからなり、多重量子井戸活性層７５にキャリア及び生成光を閉じ込め易くする第２光ガイド層７６と、膜厚が約０．０５μｍのｐ型のＡｌＧａＮからなり、キャリア及び生成された発光光を多重量子井戸活性層７５に閉じ込める第２クラッド層７７と、膜厚が約０．５μｍのｎ型のＡｌＧａＮからなり、多重量子井戸活性層７５に電流を効率良く注入する電流ブロック層７８とを順次成長させる。
【００９９】
次に、電流ブロック層７８が形成されたエピタキシャル基板をＭＯＣＶＤ装置からいったん外部に取り出す。続いて、電流ブロック層７８に対してエッチングを行なって、電流ブロック層７８にストライプ状の開口部を形成する。このときのストライプが延びる方向は、基板７１の晶帯軸の＜１−１００＞方向とすることが好ましい。
【０１００】
次に、ストライプ構造が形成されたエピタキシャル基板を再度ＭＯＣＶＤ装置に投入し、電流ブロック層７８上に開口部を含めて全面にわたって、膜厚が約２μｍのｐ型のＡｌＧａＮからなり、キャリアを多重量子井戸層２４に閉じ込める第３クラッド層７９と、膜厚が約２μｍのｐ型のＧａＡｓからなり、後述するｐ側電極とのオーミックコンタクトを図るコンタクト層８０とを順次成長させる。
【０１０１】
次に、基板７１上の青色レーザ素子部５をマスクして、エピタキシャル層７２〜８０に対してドライエッチングを行なって、赤色レーザ素子部６の基板７１を露出させる。これにより、青色レーザ素子部５の半導体層が完成する。
【０１０２】
（赤色レーザ素子部）
次に、エッチングされたエピタキシャル基板をＭＯＣＶＤ装置に投入し、基板温度を約７００℃に設定して、膜厚が約１μｍのｎ型のＧａＡｓからなり、基板７１と該基板７１上に成長する各半導体層との格子不整合を緩和するバッファ層８１と、膜厚が約０．５μｍのｎ型のＡｌＧａＩｎＰからなる第１クラッド層８２と、膜厚が約０．１μｍのｎ型のＡｌＧａＩｎＰからなる第１光ガイド層８３と、例えば、膜厚が約３ｎｍの井戸層と膜厚が約７ｎｍのバリア層とを少なくとも３組含み、アンドープのＡｌＧａＩｎＰからなる多重量子井戸活性層８４と、膜厚が約０．１μｍのｐ型のＡｌＧａＩｎＰからなる第２光ガイド層８５と、膜厚が約０．０５μｍのｐ型のＡｌＧａＩｎＰからなる第２クラッド層８６と、膜厚が約０．５μｍのｎ型のＡｌＧａＩｎＰからなる電流ブロック層８７とを順次成長させる。
【０１０３】
次に、電流ブロック層８７が形成されたエピタキシャル基板をＭＯＣＶＤ装置からいったん外部に取り出す。続いて、電流ブロック層８７に対してエッチングを行なって、電流ブロック層８７に、青色レーザ素子部５の電流ブロック層７８の開口部とほぼ平行な方向に延びるストライプ状の開口部を形成する。
【０１０４】
次に、ストライプ構造が形成されたエピタキシャル基板を再度ＭＯＣＶＤ装置に投入し、電流ブロック層８７上に開口部を含めて全面にわたって、膜厚が約２μｍのｐ型のＡｌＧａＡｓからなる第３クラッド層８８と、膜厚が約２μｍのｐ型のＧａＡｓからなるコンタクト層８９とを順次成長させる。
【０１０５】
次に、基板７１上の青色レーザ素子部５及び赤色レーザ素子部６をマスクして、エピタキシャル層８１〜８９に対してドライエッチングを行なって、赤外レーザ素子部７の基板７１を露出させる。これにより、赤色レーザ素子部６の半導体層が完成する。
【０１０６】
（赤外レーザ素子部）
次に、エッチングされたエピタキシャル基板をＭＯＣＶＤ装置に投入し、基板温度を約７００℃に設定して、膜厚が約１μｍのｎ型のＧａＡｓからなるバッファ層９０と、膜厚が約０．５μｍのｎ型のＡｌＧａＡｓからなる第１クラッド層９１と、膜厚が約０．１μｍのｎ型のＡｌＧａＡｓからなる第１光ガイド層９２と、膜厚が約０．０５μｍのアンドープのＡｌＧａＡｓからなる量子井戸活性層９３と、膜厚が約０．１μｍのｐ型のＡｌＧａＡｓからなる第２光ガイド層９４と、膜厚が約０．０５μｍのｐ型のＡｌＧａＡｓからなる第２クラッド層９５と、膜厚が約０．５μｍのｎ型のＡｌＧａＡｓからなる電流ブロック層９６とを順次成長させる。
【０１０７】
次に、電流ブロック層９６が形成されたエピタキシャル基板をＭＯＣＶＤ装置からいったん外部に取り出す。続いて、電流ブロック層９６に対してエッチングを行なって、電流ブロック層９６に、青色レーザ素子部５の電流ブロック層７８の開口部とほぼ平行な方向に延びるストライプ状の開口部を形成する。
【０１０８】
次に、ストライプ構造が形成されたエピタキシャル基板を再度ＭＯＣＶＤ装置に投入し、電流ブロック層９６上に開口部を含めて全面にわたって、膜厚が約２μｍのｐ型のＡｌＧａＩｎＰからなる第３クラッド層９７と、膜厚が約２μｍのｐ型のＧａＡｓからなるコンタクト層９８とを順次成長させる。
【０１０９】
次に、エピタキシャル基板をＭＯＣＶＤ装置から取り出し、続いて、青色レーザ素子部５、赤色レーザ素子部６及び赤外レーザ素子部７をそれぞれ島状とするパターニングを行なった後、蒸着法等を用いて、基板７１の主面と反対側の面に、ＴｉとＡｌとの積層膜からなるｎ側電極９９を形成し、その後、所定形状のパターニングを施す。また、同じく蒸着法等を用いて、各コンタクト層８０、８９、９８上に、Ａｕ及びＺｎからなるｐ側電極１００、１０１、１０２を形成し、それぞれ所定形状のパターニングを施す。
【０１１０】
次に、窒素ガスと水素ガスとの混合雰囲気において、各電極９９〜１０２が形成されたエピタキシャル基板を４００℃程度で加熱することにより、各電極９９〜１０２をそれぞれオーミック化する。
【０１１１】
次に、エピタキシャル基板を劈開して、図７に示す多波長タンデム型半導体レーザ装置を得る。なお、各レーザ素子部５〜７のパターニングは、ｐ側電極１００〜１０２の形成後に行なってもよい。
【０１１２】
このように形成された多波長タンデム型レーザ装置を光ディスク装置のピックアップ部に組み込むと、１つの光学系装置で、ＣＤ、ＤＶＤ及び高密度ＤＶＤの３つのディスクを読み出せることを確認している。
【０１１３】
なお、本実施形態に係る多波長スタック型面発光レーザ装置は、青色、赤色及び赤外の３つのレーザ素子部５〜７により構成されているが、これに限らず、青色、赤色及び赤外のレーザ素子部５〜７のうちの少なくも２つのレーザ素子部を形成してもよい。このとき、青色レーザ素子部５を含める場合には、III 族窒化物半導体は成長温度が１０００℃と比較的高いため、最初に形成することが望ましく、一方、同等の成長温度で形成される赤色レーザ素子部６と赤外レーザ素子部７との形成順序はいずれが先であっても構わない。
【０１１４】
また、本実施形態においては、活性層７５、８４、９３の基板７１の主面からの高さを一致させるために、各レーザ素子部５〜７のエピタキシャル成長の後に必要な素子領域を残して基板７１を露出させている。しかしながら、発光部の高さを一致させる必要がない場合には、この露出工程を省略できる。
【０１１５】
また、各レーザ素子部５〜７の基板７１上における相互の位置関係は、任意でよいが、光ディスク装置の光ピックアップ部に用いる場合には、光学系に最も高精度が要求される高密度ＤＶＤ用の青色レーザ素子部５を中心に設けるが好ましい。
【０１１６】
また、本実施形態に係る基板７１の主面の面方位は、（０００１）面に限らず、（１−１０１）面又は（１−１００）面を用いてもよい。この場合には、各半導体層の主面は（００１）面となり、平坦なエピタキシャル成長を実現できる。さらに、このうちの（１−１０１）面を用いれば、より確実に立方晶を得ることができる。さらには、基板２１に傾斜角度が１５°以内の傾斜基板を用いることが好ましい。
【０１１７】
また、ＧａＮからなる基板７１には、Ａｌ又はＩｎを含んでいてもよい。
【０１１８】
【発明の効果】
本発明に係る第１の半導体発光装置によると、基板に、窒素を含む第１のIII-Ｖ族化合物半導体を用いているため、ヒ素又はリンを含む第２の化合物半導体からなる活性層から発せられる発光光は、第１の化合物半導体からなる基板に対して透明であるため、発光効率が向上する。また、窒化物からなる第１の化合物半導体は熱伝導率が優れているため、放熱効率が向上し、高温下であっても高効率の動作が可能となる。
【０１１９】
本発明に係る第２の半導体発光装置によると、窒素を含む化合物半導体からなる基板のエネルギーギャップを第１の活性層からの発光光よりも大きくしておけば、各活性層からの発光光がいずれも基板に吸収されることがない。また、基板に用いた窒化物半導体は熱伝導率に優れるため、高温下でも高効率の動作が可能となるため、単一の基板上に２波長以上の異なる波長を出力できる高効率な半導体発光装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１又は第３の実施形態に係る発光ダイオード装置を示す構成断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る発光ダイオード装置と、該装置の基板をＧａＮからＧａＡｓに替えた比較用の発光ダイオード装置との電流光出力特性を示すグラフである。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る発光ダイオード装置における発光光が伝播する様子を示す模式断面図である。
【図４】本発明の第２又は第３の実施形態に係る半導体レーザ装置を示す構成断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置と、該装置の基板をＧａＮからＧａＡｓに替えた比較用の半導体レーザ装置との電流光出力特性を示すグラフである。
【図６】本発明の第５の実施形態に係る多波長スタック型面発光レーザ装置を示す構成断面図である。
【図７】本発明の第６の実施形態に係る多波長タンデム型半導体レーザ装置を示す構成断面図である。
【符号の説明】
５ 青色レーザ素子部
６ 赤色レーザ素子部
７ 赤外レーザ素子部
１１ 基板
１２ バッファ層
１３ 第１クラッド層
１４ 発光層（活性層）
１５ 第２クラッド層
１６ コンタクト層
１７ ｐ側電極
１８ ｎ側電極
Ｌ１ 発光光
Ｌ２ 発光光
２１ 基板
２２ バッファ層
２３ 第１クラッド層
２４ 活性層
２５ 第２クラッド層
２６ 電流ブロック層
２７ 第３クラッド層
２８ コンタクト層
２９ ｎ側電極
３０ ｐ側電極
３１ 基板
３２ バッファ層
３３ 第１ブラッグ反射層
３４ 第１光ガイド層
３５ 第１多重量子井戸活性層
３６ 第２光ガイド層
３７ 第２ブラッグ反射層
３８ 第１電流ブロック層
３９ 第１コンタクト層
４０ 第１素子分離層
４１ 第２コンタクト層
４２ 第３ブラッグ反射層
４３ 第３光ガイド層
４４ 第２多重量子井戸活性層
４５ 第４光ガイド層
４６ 第４ブラッグ反射層
４７ 第２電流ブロック層
４８ 第３コンタクト層
４９ 第２素子分離層
５０ 第４コンタクト層
５１ 第５ブラッグ反射層
５２ 第５光ガイド層
５３ 量子井戸活性層
５４ 第６光ガイド層
５５ 第６ブラッグ反射層
５６ 第３電流ブロック層
５７ 第５コンタクト層
５８ ｎ側第１電極
５９ ｐ側第１電極
６０ ｎ側第２電極
６１ ｐ側第２電極
６２ ｎ側第３電極
６３ ｐ側第３電極
７１ 基板
７２ バッファ層
７３ 第１クラッド層
７４ 第１光ガイド層
７５ 多重量子井戸活性層
７６ 第２光ガイド層
７７ 第２クラッド層
７８ 電流ブロック層
７９ 第３クラッド層
８０ コンタクト層
８１ バッファ層
８２ 第１クラッド層
８３ 第１光ガイド層
８４ 多重量子井戸活性層
８５ 第２光ガイド層
８６ 第２クラッド層
８７ 電流ブロック層
８８ 第３クラッド層
８９ コンタクト層
９０ バッファ層
９１ 第１クラッド層
９２ 第１光ガイド層
９３ 量子井戸活性層
９４ 第２光ガイド層
９５ 第２クラッド層
９６ 電流ブロック層
９７ 第３クラッド層
９８ コンタクト層
９９ ｎ側電極
１００ ｐ側電極
１０１ ｐ側電極
１０２ ｐ側電極
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオード装置又は高密度光記録が可能な半導体レーザ装置等の半導体発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、III-Ｖ族化合物半導体であって、赤外領域の発光光を生成するＡｌＧａＡｓや、赤色の発光光を生成するＡｌＩｎＧａＰを用いた発光層は、ＧａＡｓからなる基板上に形成されている。ＧａＡｓ基板は、比較的安価であると共に、ＡｌＧａＡｓやＡｌＩｎＧａＰと同じくIII-Ｖ族化合物半導体であるため、基板上にエピタキシャル成長させる際に、該基板上に成長する結晶中にダブルドメインバウンダリ等の欠陥が導入されることがなく、ＡｌＧａＡｓ又はＡｌＩｎＧａＰに対して格子整合が取り易いという利点を有しているので、広く用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＧａＡｓ基板は、ＡｌＧａＡｓ又はＡｌＩｎＧａＰを活性層に持つ光デバイスの発光光を吸収するため、発光ダイオード装置においては発光光の半分以上がＧａＡｓ基板に吸収されてしまうという問題がある。また、ＧａＡｓ基板は熱伝導率が低く、熱飽和が容易に起こり、熱伝導効率が低下するという問題を有しているため、半導体レーザ装置においては、一般に、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の熱伝導率が比較的高い部材からなるサブマウント上に半導体チップを実装している。このため、半導体レーザ装置の製造時には、サブマウントや半田材等の資材が必要となる上に、製造時の工数が増えることにもなる。
【０００４】
本発明は、前記の問題を鑑みてなされたものであり、活性層からの発光光の吸収がなく且つ放熱性に優れる半導体発光装置を得られるようにすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明は、半導体発光装置の基板に活性層からの発光光の波長に対して透明で且つ高い熱伝導率を持つ基板を用いる構成とする。
【０００６】
具体的に、本発明に係る第１の半導体発光装置は、窒素を含む第１のIII-Ｖ族化合物半導体からなる基板と、基板の上に形成され、ヒ素又はリンを含む第２のIII-Ｖ族化合物半導体からなる活性層とを備えている。
【０００７】
第１の半導体発光装置によると、窒化物からなる第１のIII-Ｖ族化合物半導体は、エネルギーギャップが、ヒ素又はリンを含む第２のIII-Ｖ族化合物半導体と比べて大きいため、第２のIII-Ｖ族化合物半導体からなる活性層から発せられる発光光は、第１のIII-Ｖ族化合物半導体からなる基板に対して透明であり、該基板に吸収されることがなく、その結果、発光効率が向上する。また、窒化物からなる化合物半導体は熱伝導率が優れているため、放熱効率が向上し、熱飽和が生じにくいので、高温下であっても高効率の動作が可能となる。
【０００８】
第１の半導体発光装置において、第２のIII-Ｖ族化合物半導体は、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（但し、ｘは０≦ｘ≦１である）からなることが好ましい。このようにすると、活性層からは、赤外領域の発光光が出力されるため、窒化物からなる第１の化合物半導体基板に吸収されることがない。
【０００９】
第１の半導体発光装置において、第２のIII-Ｖ族化合物半導体は、ＡｌxＧａyＩｎ1-x-y Ｐ（但し、ｘ、ｙは０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１である）からなることが好ましい。このようにすると、活性層からは、赤色領域の発光光が出力されるため、窒化物からなる第１の化合物半導体基板に吸収されることがない。
【００１０】
この場合に、活性層が発光ダイオード素子又は半導体レーザ素子として発光可能に設けられていることが好ましい。
【００１１】
本発明に係る第２の半導体発光装置は、窒素を含むIII-Ｖ族化合物半導体からなる基板と、基板の上に形成され、ＡｌxＧａyＩｎ1-x-y Ｎ（但し、ｘ、ｙは０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１である）からなる第１の活性層、ＡｌxＧａyＩｎ1-x-y Ｐ（但し、ｘ、ｙは０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１である）からなる第２の活性層及びＡｌxＧａ1-xＡｓ（但し、ｘは０≦ｘ≦１である）からなる第３の活性層のうちの少なくとも２つとを備えている。
【００１２】
第２の半導体発光装置によると、ＡｌＧａＩｎＮからなる第１の活性層からは青色の発光光が出力され、ＡｌＧａＩｎＰからなる第２の活性層からは赤色の発光光が出力され、ＡｌＧａＡｓからなる第３の活性層からは赤外の発光光が出力される。このため、窒素を含む化合物半導体からなる基板のエネルギーギャップを第１の活性層からの発光光よりも大きくしておけば、各活性層からの発光光がいずれも基板に吸収されることがない。さらに、窒化物半導体は熱伝導率に優れるため、高温下でも高効率の動作が可能となる。これにより、単一の基板上に２波長以上の異なる波長を出力できる高効率な半導体発光装置を得ることができる。
【００１３】
第２の半導体発光装置において、第１の活性層、第２の活性層及び第３の活性層がそれぞれ面発光可能に設けられており、第１の活性層、第２の活性層及び第３の活性層のうちの少なくとも２つの活性層が、各活性層のエネルギーギャップが大きい順に基板側から形成され、各活性層からの発光光は、基板における各活性層と反対側の面から出射されることが好ましい。このようにすると、各活性層からの発光光が窒化物半導体からなる基板に対して透明であるだけでなく、複数の活性層におけるエネルギーギャップが、基板側が最も大きく基板から離れるに連れて小さくなるので、基板側から離れた一の活性層からの発光光が該一の活性層と基板との間に設けられた少なくとも１つの他の活性層によって吸収されることがない。従って、各活性層からの発光光を基板の各活性層と反対側の面から確実に取り出すことができる。
【００１４】
第２の半導体発光装置において、第１の活性層、第２の活性層及び第３の活性層のうちの少なくとも２つが、基板の主面からほぼ同一の高さとなるように設けられていることが好ましい。このようにすると、活性層がレーザ構造であって、光ディスクのピックアップに用いるような場合には、複数の活性層から出射される各レーザ光の位置合わせが容易となる。
【００１５】
第１又は第２の半導体発光装置において、基板が六方晶系の結晶構造を有し且つその主面の面方位が｛０００１｝面であることが好ましい。このようにすると、基板の主面が六方晶でその面方位が｛０００１｝面であるため、該主面上には立方晶の面方位が｛１１１｝面となる特定の面が成長する。その結果、各活性層を含む半導体の結晶性が損なわれないので、高品質な活性層を確実に実現できる。
【００１６】
第１又は第２の半導体発光装置において、基板が六方晶系の結晶構造を有し且つその主面の面方位が｛１−１０１｝面であることが好ましい。このようにすると、基板の主面が六方晶でその面方位が｛１−１０１｝面であるため、該主面上には立方晶の面方位が｛００１｝面となる特定の面が成長するので、各活性層を含む半導体の結晶性が損なわれることがない。
【００１７】
なお、本願明細書においては、便宜上、面方位又は結晶軸の一の指数に負の符号を付加することにより、該符号に続く一の指数の反転を表わすことにする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１９】
図１は本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置であって、発光ダイオード装置の断面構成を表わしている。以下、装置の構成を本装置の製造方法として説明する。
【００２０】
まず、III 族源を、例えばトリメチルガリウム（ＴＭＧ）又はトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）とし、Ｖ族源を、例えばアルシン（ＡｓＨ3 ）とする有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法を用いて、主面の面方位に（０００１）面を持つｎ型のＧａＮからなる基板１１の上に、基板温度を約７００℃として、膜厚が約１μｍのｎ型のＧａＡｓからなり、基板１１と該基板１１上に成長する各半導体層との格子不整合を緩和するバッファ層１２と、膜厚が約０．５μｍのｎ型のＡｌＧａＡｓからなり、発光に寄与するキャリアを後述する発光層に閉じ込める第１クラッド層１３と、膜厚が約０．１μｍのアンドープのＡｌＧａＡｓからなり、閉じ込められたキャリアを再結合させて発光光を生成する発光層（活性層）１４と、膜厚が約０．５μｍのｐ型のＡｌＧａＡｓからなり、キャリアを発光層１４に閉じ込める第２クラッド層１５と、膜厚が約２μｍのｐ型のＧａＡｓからなり、後述するｐ側電極とのオーミックコンタクトを図るコンタクト層１６とを順次成長させる。ここで、第１クラッド層１３及び第２クラッド層１５のＡｌの組成は、キャリアが確実に閉じ込められるように発光層１４のＡｌの組成よりも大きくすることが好ましい。また、各半導体層１２〜１６の主面の面方位は（１１１）面となる。
【００２１】
次に、基板１１上に各半導体層１２〜１６が形成されたエピタキシャル基板をＭＯＣＶＤ装置から取り出し、続いて、蒸着法等を用いて、基板１１の主面と反対側の面に、ＴｉとＡｌとの積層膜からなるｎ側電極１７を形成し、その後、所定形状のパターニングを施す。続いて、同じく蒸着法等を用いて、コンタクト層１６上に、透明電極となるように膜厚が約１０ｎｍのＡｕ及びＺｎからなるｐ側電極１８を形成し、所定形状のパターニングを施す。なお、ｎ側電極１７及びｐ側電極１８の形成順序はいずれが先であっても構わない。
【００２２】
次に、窒素ガスと水素ガスとの混合雰囲気において、各電極１７、１８が形成されたエピタキシャル基板を４００℃程度で加熱することにより、ｎ側電極１７及びｐ側電極１８をそれぞれオーミック化する。
【００２３】
次に、エピタキシャル基板を劈開して、図１に示す発光ダイオード装置を得る。さらに、図示はしていないが、ｐ側電極１８を発光面としてｎ側電極１７はステム又はマウントに実装する。
【００２４】
図２は本実施形態に係る発光ダイオード装置と、該発光ダイオード装置の基板１１をＧａＮからＧａＡｓに替えた比較用の発光ダイオード装置との電流光出力特性を示す。図２において、横軸は各装置に与える電流を示し、縦軸は各装置の光出力量を表わしている。ここでは、発光波長を８００ｎｍとしている。図２に示すように、曲線１に示す本実施形態の発光ダイオード装置は、曲線２に示す比較用の発光ダイオード装置と比べて、同一の電流値で約２倍の光出力を得られることが分かる。これは、本実施形態に係る発光ダイオード装置の基板１１が発光光の波長に対して透明であることによる。具体的には、図３に示すように、基板１１によって発光光の吸収がなく、例えば、発光層１４から基板１１側に発せられた発光光Ｌ１、Ｌ２は、基板１１の中で反射を繰り返しながら基板１１の裏面に設けられたｎ側電極１７で反射され、透明電極であるｐ側電極１８を透過して外部に出射されるようになるからである。なお、図３において、反射光を明確に示すため、図３におけるハッチングを省略している。
【００２５】
なお、基板１１は発光光に対して透明であるため、ｎ側電極１７を透明電極とし、且つ、ｐ側電極１８を発光光が反射可能な膜厚としてステム等に実装すれば、逆にｎ側電極１７側から発光光を取り出すこともできる。
【００２６】
また、基板１１の主面の面方位は、（０００１）面に限らず、（１−１０１）面又は（１−１００）面を用いてもよい。この場合には、各半導体層１２〜１６の主面は（００１）面となり、平坦なエピタキシャル成長を観測している。さらに、このうちの（１−１０１）面を用いれば、より確実に立方晶を得ることができるので好ましい。
【００２７】
また、基板１１に、主面に対して傾斜角度が１５°以内の、いわゆる傾斜基板を用いるとエピタキシャル層の結晶の品質が向上するため好ましい。
【００２８】
また、ＧａＮからなる基板１１は、Ａｌ又はＩｎを含んでいてもよい。
【００２９】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００３０】
図４は本発明の第２の実施形態に係る半導体発光装置であって、半導体レーザ装置の断面構成を表わしている。以下、装置の構成を本装置の製造方法として説明する。
【００３１】
まず、III 族源を、例えばＴＭＧ又はＴＭＡとし、Ｖ族源を、例えばＡｓＨ3 ガスとするＭＯＣＶＤ法を用いて、主面の面方位に（０００１）面を持つｎ型のＧａＮからなる基板２１の上に、基板温度を約７００℃として、膜厚が約１μｍのｎ型のＧａＡｓからなり、基板２１と該基板２１上に成長する各半導体層との格子不整合を緩和するバッファ層２２と、膜厚が約０．５μｍのｎ型のＡｌＧａＡｓからなり、キャリア及び生成された発光光を後述する活性層に閉じ込める第１クラッド層２３と、膜厚が約５０ｎｍのアンドープのＡｌＧａＡｓからなり、閉じ込められたキャリアを再結合させて発光光を生成する活性層２４と、膜厚が約０．１μｍのｐ型のＡｌＧａＡｓからなり、キャリア及び生成された発光光を活性層２４に閉じ込める第２クラッド層２５と、膜厚が約０．５μｍのｎ型のＡｌＧａＡｓからなり、電流を活性層２４に効率良く注入する電流ブロック層２６を順次成長させる。ここで、第１クラッド層２３及び第２クラッド層２５のＡｌの組成は、キャリア及び生成光が確実に閉じ込められるように活性層２４のＡｌの組成よりも大きくする。また、各半導体層２２〜２６の主面の面方位は（１１１）面が得られている。さらに、電流ブロック層２６のＡｌ組成を第２クラッド層２５のＡｌ組成より大きくすれば、レーザ光の導波構造が実屈折率型となり、動作電流の低減を図れるので好ましい。
【００３２】
次に、電流ブロック層２６が形成されたエピタキシャル基板をＭＯＣＶＤ装置からいったん外部に取り出す。続いて、公知のリソグラフィ法及びエッチング法を用いて、電流ブロック層２６に対してエッチングを行なって、電流ブロック層２６にストライプ状の開口部を形成する。このときのストライプが延びる方向は、基板２１の晶帯軸の＜１−１００＞方向とすることが好ましい。このようにすると、劈開によりミラー（反射端面）の形成が容易に行なえるようになる。
【００３３】
次に、ストライプ構造が形成されたエピタキシャル基板を再度ＭＯＣＶＤ装置に投入し、電流ブロック層２６上に開口部を含めて全面に、膜厚が約２μｍのｐ型のＡｌＧａＡｓからなり、キャリアを発光層２４に閉じ込める第３クラッド層２７と、膜厚が約２μｍのｐ型のＧａＡｓからなり、後述するｐ側電極とのオーミックコンタクトを図るコンタクト層２８とを順次成長させる。
【００３４】
次に、基板２１上に各半導体層２２〜２８が形成されたエピタキシャル基板をＭＯＣＶＤ装置から取り出し、続いて、蒸着法等を用いて、基板２１の主面と反対側の面に、ＴｉとＡｌとの積層膜からなるｎ側電極２９を形成し、その後、所定形状のパターニングを施す。また、同じく蒸着法等を用いて、コンタクト層２８上に、Ａｕ及びＺｎからなるｐ側電極３０を形成し、所定形状のパターニングを施す。
【００３５】
次に、窒素ガスと水素ガスとの混合雰囲気において、各電極２９、３０が形成されたエピタキシャル基板を４００℃程度で加熱することにより、ｎ側電極２９及びｐ側電極３０をそれぞれオーミック化する。
【００３６】
次に、エピタキシャル基板を劈開して、図４に示す半導体レーザ装置を得る。さらに、図示はしていないが、ｎ側電極２９をステム又はマウントに実装する。
【００３７】
図５は本実施形態に係る半導体レーザ装置と、該半導体レーザ装置の基板２１をＧａＮからＧａＡｓに替えた比較用の半導体レーザ装置との、温度が７０℃における電流光出力特性を示す。図５において、横軸は各装置に与える電流を示し、縦軸は各装置の光出力量を表わしている。図５に示すように、曲線４に示す比較用の半導体レーザ装置の場合は、熱飽和のために６０ｍＷ以上の光出力を得られないのに対し、曲線３に示す本実施形態の半導体レーザ装置の場合は、熱飽和が生じることがなく、１００ｍＷもの出力値を得られている。
【００３８】
このように、本実施形態によると、半導体レーザ装置の基板２１に、ＧａＡｓと比べて熱伝導率が高いＧａＮを用いているため、活性層２４において発生した熱を高効率に放熱することができる。
【００３９】
なお、本実施形態に係る基板２１の主面の面方位は、（０００１）面に限らず、（１−１０１）面又は（１−１００）面を用いてもよい。この場合には、各半導体層２２〜２８の主面は（００１）面となり、平坦なエピタキシャル成長を実現できる。さらに、このうちの（１−１０１）面を用いれば、より確実に立方晶を得ることができる。また、基板２１に傾斜角度が１５°以内の傾斜基板を用いるとエピタキシャル層の結晶の品質が向上するため好ましい。
【００４０】
また、ＧａＮからなる基板２１には、Ａｌ又はＩｎを含んでいてもよい。
【００４１】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態について説明する。
【００４２】
図１は本発明の第３の実施形態に係る半導体発光装置であって、発光ダイオード装置の断面構成を表わしている。本実施形態に係る発光ダイオード装置は、活性層にＡｌＧａＩｎＰを用いて赤色の発光光を出力する点が第１の実施形態と異なる。ここでも、第１の実施形態と同様に、装置の構成を製造方法として説明する。
【００４３】
まず、III 族源を、例えばＴＭＧ、ＴＭＡ又はトリメチルインジウム（ＴＭＩ）とし、Ｖ族源を、例えばホスフィン（ＰＨ3 ）とするＭＯＣＶＤ法を用いて、主面の面方位に（０００１）面を持つｎ型のＧａＮからなる基板１１の上に、基板温度を約７００℃として、膜厚が約１μｍのｎ型のＧａＡｓからなり、基板１１と該基板１１上に成長する各半導体層との格子不整合を緩和するバッファ層１２と、膜厚が約０．５μｍのｎ型のＡｌＧａＩｎＰからなり、発光に寄与するキャリアを後述する発光層に閉じ込める第１クラッド層１３と、膜厚が約０．１μｍのアンドープのＡｌＧａＩｎＰからなり、閉じ込められたキャリアを再結合させて発光光を生成する発光層（活性層）１４と、膜厚が約０．５μｍのｐ型のＡｌＧａＩｎＰからなり、キャリアを発光層１４に閉じ込める第２クラッド層１５と、膜厚が約２μｍのｐ型のＡｌＧａＩｎＰからなり、後述するｐ側電極とのオーミックコンタクトを図るコンタクト層１６とを順次成長させる。ここで、第１クラッド層１３、第２クラッド層１５及びコンタクト層１６のエネルギーギャップ（バンドギャップ）は、キャリアが確実に閉じ込められるように発光層１４のエネルギーギャップよりも大きくすることが好ましい。また、各半導体層１２〜１６の主面の面方位は（１１１）面となる。
【００４４】
次に、基板１１上に各半導体層１２〜１６が形成されたエピタキシャル基板をＭＯＣＶＤ装置から取り出し、続いて、蒸着法等を用いて、基板１１の主面と反対側の面に、ＴｉとＡｌとの積層膜からなるｎ側電極１７を形成し、その後、所定形状のパターニングを施す。続いて、同じく蒸着法等を用いて、コンタクト層１６上に、透明電極となるように膜厚が約１０ｎｍのＡｕ及びＺｎからなるｐ側電極１８を形成し、所定形状のパターニングを施す。
【００４５】
次に、窒素ガスと水素ガスとの混合雰囲気において、各電極１７、１８が形成されたエピタキシャル基板を４００℃程度で加熱することにより、ｎ側電極１７及びｐ側電極１８をそれぞれオーミック化する。
【００４６】
次に、エピタキシャル基板を劈開して、図１に示す発光ダイオード装置を得る。さらに、図示はしていないが、ｐ側電極１８を発光面としてｎ側電極１７はステム又はマウントに実装する。
【００４７】
本実施形態においても、本実施形態に係る発光ダイオード装置と、該発光ダイオード装置の基板１１をＧａＮからＧａＡｓに替えた比較用の発光ダイオード装置との電流光出力特性を比較した。ここでも、本実施形態の発光ダイオード装置は、比較用の発光ダイオード装置と比べて、同一の電流値で約２倍の光出力を得られている。これは、本実施形態に係る発光ダイオード装置の基板１１が発光光の波長に対して透明であることによっており、図３で説明したように、光の取り出し効率が向上するためである。
【００４８】
なお、基板１１は発光光に対して透明であるため、ｎ側電極１７を透明電極とし、且つ、ｐ側電極１８を反射可能の膜厚としてステム等に実装すれば、ｎ側電極１７側から発光光を取り出すこともできる。
【００４９】
また、基板１１の主面の面方位は、（０００１）面に限らず、（１−１０１）面又は（１−１００）面を用いてもよい。この場合には、各半導体層１２〜１６の主面は（００１）面となり、平坦なエピタキシャル成長を観測している。さらに、このうちの（１−１０１）面を用いれば、より確実に立方晶を得ることができる。さらには、基板１１に、傾斜角度が１５°以内の傾斜基板を用いることが好ましい。
【００５０】
また、ＧａＮからなる基板１１は、Ａｌ又はＩｎを含んでいてもよい。
【００５１】
（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態について説明する。
【００５２】
図４は本発明の第４の実施形態に係る半導体発光装置であって、半導体レーザ装置の断面構成を表わしている。本実施形態に係る半導体レーザ装置は、活性層にＡｌＧａＩｎＰを用いて赤色のレーザ光を出力する点が第２の実施形態と異なる。ここでも、第２の実施形態と同様に、装置の構成を製造方法として説明する。
【００５３】
まず、III 族源を、例えばＴＭＧ、ＴＭＡ又はＴＭＩとし、Ｖ族源を、例えばＰＨ3 ガスとするＭＯＣＶＤ法を用いて、主面の面方位に（０００１）面を持つｎ型のＧａＮからなる基板２１の上に、基板温度を約７００℃として、膜厚が約１μｍのｎ型のＧａＡｓからなり、基板２１と該基板２１上に成長する各半導体層との格子不整合を緩和するバッファ層２２と、膜厚が約０．５μｍのｎ型のＡｌＧａＡｓからなり、キャリア及び生成された発光光を後述する発光層に閉じ込める第１クラッド層２３と、膜厚が約３ｎｍの井戸層（図示せず）と膜厚が約７ｎｍのバリア層（図示せず）とを少なくとも３組含み、アンドープのＡｌＧａＩｎＰからなる多重量子井戸活性層２４と、膜厚が約０．１μｍのｐ型のＡｌＧａＡｓからなり、キャリア及び生成された発光光を多重量子井戸活性層２４に閉じ込める第２クラッド層２５と、膜厚が約０．５μｍのｎ型のＡｌＧａＡｓからなり、多重量子井戸活性層２４に電流を効率良く注入する電流ブロック層２６とを順次成長させる。ここで、第１クラッド層２３及び第２クラッド層２５の屈折率は、キャリア及び生成光が確実に閉じ込められるように多重量子井戸活性層２４の透過屈折率よりも大きくする。また、各半導体層２２〜２６の主面の面方位は（１１１）面が得られている。さらに、電流ブロック層２６のＡｌ組成を第２クラッド層２５のＡｌ組成より大きくすれば、レーザ光の導波構造が実屈折率型となり、動作電流の低減を図れるので好ましい。
【００５４】
次に、電流ブロック層２６が形成されたエピタキシャル基板をＭＯＣＶＤ装置からいったん外部に取り出す。続いて、電流ブロック層２６に対してエッチングを行なって、電流ブロック層２６にストライプ状の開口部を形成する。このときのストライプが延びる方向は、基板２１の晶帯軸の＜１−１００＞方向とすることが好ましい。このようにすると、劈開によりミラー（反射端面）の形成が容易に行なえるようになる。
【００５５】
次に、ストライプ構造が形成されたエピタキシャル基板を再度ＭＯＣＶＤ装置に投入し、電流ブロック層２６上に開口部を含めて全面にわたって、膜厚が約２μｍのｐ型のＡｌＧａＡｓからなり、キャリアを多重量子井戸層２４に閉じ込める第３クラッド層２７と、膜厚が約２μｍのｐ型のＧａＡｓからなり、後述するｐ側電極とのオーミックコンタクトを図るコンタクト層２８とを順次成長させる。
【００５６】
次に、基板２１上に各半導体層２２〜２８が形成されたエピタキシャル基板をＭＯＣＶＤ装置から取り出し、続いて、蒸着法等を用いて、基板２１の主面と反対側の面に、ＴｉとＡｌとの積層膜からなるｎ側電極２９を形成し、その後、所定形状のパターニングを施す。同様に蒸着法等を用いて、コンタクト層２８上に、Ａｕ及びＺｎからなるｐ側電極３０を形成し、その後、所定形状のパターニングを施す。
【００５７】
次に、窒素ガスと水素ガスとの混合雰囲気において、各電極２９、３０が形成されたエピタキシャル基板を４００℃程度で加熱することにより、ｎ側電極２９及びｐ側電極３０をそれぞれオーミック化する。
【００５８】
次に、エピタキシャル基板を劈開して、図４に示す半導体レーザ装置を得る。
【００５９】
第２の実施形態と同様に、本実施形態に係る半導体レーザ装置と、該半導体レーザ装置の基板２１をＧａＮからＧａＡｓに替えた比較用の半導体レーザ装置との、温度が７０℃における電流光出力特性を比較したところ、比較用の半導体レーザ装置の場合は、熱飽和のため４０ｍＷ以上の出力値を得られないのに対し、本実施形態に係る半導体レーザ装置の場合は、熱飽和が生じないため、８０ｍＷもの出力値を得られている。
【００６０】
このように、本実施形態によると、ＧａＡｓと比べて熱伝導率が高いＧａＮからなる基板２１を用いているため、多重量子井戸活性層２４において発生した熱を効果的に放熱することができる。
【００６１】
なお、本実施形態に係る基板２１の主面の面方位は、（０００１）面に限らず、（１−１０１）面又は（１−１００）面を用いてもよい。この場合には、各半導体層２２〜２８の主面は（００１）面となり、平坦なエピタキシャル成長を実現できる。さらに、このうちの（１−１０１）面を用いれば、より確実に立方晶を得ることができる。さらには、基板２１に傾斜角度が１５°以内の傾斜基板を用いることが好ましい。
【００６２】
また、ＧａＮからなる基板２１には、Ａｌ又はＩｎを含んでいてもよい。
【００６３】
（第５の実施形態）
以下、本発明の第５の実施形態について説明する。
【００６４】
図６は本発明の第５の実施形態に係る半導体発光装置であって、多波長スタック方式の面発光型レーザ装置の断面構成を表わしている。以下、装置の構成を本装置の製造方法として説明する。
【００６５】
（青色レーザ素子部）
まず、III 族源を、例えばＴＭＧ、ＴＭＡ又はＴＭＩとし、Ｖ族源を、例えば、ＡｓＨ3 、ＰＨ3 又はアンモニア（ＮＨ3 ）とするＭＯＣＶＤ法を用いて、主面の面方位に（０００１）面を持つｎ型のＧａＮからなる基板３１の上に、基板温度を約１０００℃として、膜厚が約０．５μｍのｎ型のＧａＮからなり、基板３１と該基板３１上に成長する各半導体層の結晶性を向上するバッファ層３２と、ｎ型のＡｌＧａＮ及びＧａＮの積層体からなる第１ブラッグ反射（ＤＢＲ）層３３と、膜厚が約０．１μｍのｎ型のＧａＮからなり、後述する多重量子井戸活性層にキャリア及び生成光を閉じ込め易くする第１光ガイド層３４とを順次成長させる。
【００６６】
次に、基板温度を７００℃付近にまで降温し、第１光ガイド層３４上に、アンドープのＩｎＧａＮからなる第１多重量子井戸活性層３５を成長させる。
【００６７】
その後、再び基板温度を１０００℃程度にまで昇温し、第１多重量子井戸活性層３５の上に、膜厚が約０．１μｍのｐ型ＧａＮからなり、第１多重量子井戸活性層３５にキャリア及び生成光を閉じ込め易くする第２光ガイド層３６、ｐ型のＡｌＧａＮ、及びＧａＮの積層体からなる第２ブラッグ反射層３７及び膜厚が約０．５μｍのｎ型のＡｌＧａＮからなる第１電流ブロック層３８を順次成長させる。
【００６８】
次に、第１電流ブロック層３８が形成されたエピタキシャル基板をＭＯＣＶＤ装置から取り出し、リソグラフィ法及びエッチング法を用いて、第１電流ブロック層３８にほぼ円形状の開口部を形成する。
【００６９】
次に、開口部が形成されたエピタキシャル基板を再度ＭＯＣＶＤ装置に投入し、第１電流ブロック層３８上に開口部を含めて全面にわたって、膜厚が約２μｍのｐ型のＧａＮからなり、後述するｐ側電極とのオーミックコンタクトを図る第１コンタクト層３９を成長させる。
【００７０】
以上の工程により青色レーザ素子部５が形成される。
【００７１】
（赤色レーザ素子部）
次に、赤色レーザ素子部６を説明する。
【００７２】
続いて、基板温度を７００℃程度にまで降温し、第１コンタクト層３９上に、膜厚が約０．５μｍで高抵抗のＡｌＡｓからなり、青色レーザ素子部５と赤色レーザ素子部６とを絶縁する第１素子分離層４０と、膜厚が約２μｍのｎ型のＡｌＧａＡｓからなり、後述するｎ側電極とのオーミックコンタクトを図る第２コンタクト層４１と、ｎ型のＡｌＡｓ及びＡｌＧａＡｓの積層体からなる第３ブラッグ反射層４２と、膜厚が約０．１μｍのｎ型のＡｌＧａＩｎＰからなり、後述する多重量子井戸活性層にキャリア及び生成光を閉じ込め易くする第３光ガイド層４３と、アンドープのＡｌＧａＩｎＰからなる第２多重量子井戸活性層４４と、膜厚が約０．１μｍのｐ型のＡｌＧａＩｎＰからなり、第２多重量子井戸活性層４４にキャリア及び生成光を閉じ込め易くする第４光ガイド層４５とを順次成長させる。続いて、第４光ガイド層４５上に、ｐ型のＡｌＡｓ及びＡｌＧａＡｓの積層体からなる第４ブラッグ反射層４６と、膜厚が約０．５μｍのｎ型のＡｌＧａＩｎＰからなる第２電流ブロック層４７とを成長させる。
【００７３】
次に、第２電流ブロック層４７が形成されたエピタキシャル基板をＭＯＣＶＤ装置から取り出し、通常のリソグラフィ法及びエッチング法を用いて、第２電流ブロック層４７における第１の電流ブロック層３８の開口部とほぼ重なるように円形状の開口部を形成する。
【００７４】
次に、開口部が形成されたエピタキシャル基板を再度ＭＯＣＶＤ装置に投入し、第２電流ブロック層４７上に開口部を含めて全面にわたって、膜厚が約２μｍのｐ型のＡｌＧａＡｓからなり、後述するｐ側電極とのオーミックコンタクトを図る第３コンタクト層４８を成長させる。
【００７５】
以上の工程により赤色レーザ素子部６が形成される。
【００７６】
（赤外レーザ素子部）
次に、赤外レーザ素子部７を説明する。
【００７７】
続いて、基板温度を７００℃程度にしたまま、第３コンタクト層４８上に、膜厚が約０．５μｍで高抵抗のＡｌＡｓからなり、赤色レーザ素子部６と赤外レーザ素子部７とを絶縁する第２素子分離層４９と、膜厚が約２μｍのｎ型のＡｌＧａＡｓからなり、後述するｎ側電極とのオーミックコンタクトを図る第４コンタクト層５０と、ｎ型のＡｌＡｓ及びＡｌＧａＡｓの積層体からなる第５ブラッグ反射層５１と、膜厚が約０．１μｍのｎ型のＡｌＧａＡｓからなり、後述する量子井戸活性層にキャリア及び生成光を閉じ込め易くする第５光ガイド層５２と、アンドープのＡｌＧａＡｓからなる量子井戸活性層５３と、膜厚が約０．１μｍのｐ型のＡｌＧａＡｓからなり、量子井戸活性層５３にキャリア及び生成光を閉じ込め易くする第６光ガイド層５４とを順次成長させる。続いて、第６光ガイド層５４上に、ｐ型のＡｌＡｓ及びＡｌＧａＡｓの積層体からなる第６ブラッグ反射層５５と、膜厚が約０．５μｍのｎ型のＡｌＧａＡｓからなる第３電流ブロック層５６とを順次成長させる。
【００７８】
次に、第３電流ブロック層５６が形成されたエピタキシャル基板をＭＯＣＶＤ装置から取り出し、リソグラフィ法及びエッチング法を用いて、第３電流ブロック層５６における第２電流ブロック層４７の開口部とほぼ重なるように円形状の開口部を形成する。
【００７９】
次に、開口部が形成されたエピタキシャル基板を再度ＭＯＣＶＤ装置に投入し、第３電流ブロック層５６上に開口部を含めて全面にわたって、膜厚が約２μｍのｐ型のＧａＡｓからなり、後述するｐ側電極とのオーミックコンタクトを図る第５コンタクト層５７を成長させる。
【００８０】
次に、各レーザ素子部５〜７の電極を形成する。
【００８１】
まず、第５コンタクト層５７までが形成されたエピタキシャル基板をＭＯＣＶＤ装置から取り出した後、通常のリソグラフィ法及びエッチング法を用いて、青色レーザ素子部５の第１コンタクト層３９における第１電流ブロック層３８の開口部を中心とする環状の第１電極形成領域を露出する。続いて、赤色レーザ素子部６の第２コンタクト層４１における第１電極形成領域の内側に位置する周縁部で且つ第２電流ブロック層４７の開口部を中心とする環状の第２電極形成領域を露出する。続いて、赤色レーザ素子部６の第３コンタクト層４８における第２電極形成領域の内側に位置する周縁部で且つ第２電流ブロック層４７の開口部を中心とする環状の第３電極形成領域を露出する。続いて、赤外レーザ素子部７の第４コンタクト層５０における第３電極形成領域の内側に位置する周縁部で且つ第３電流ブロック層５６の開口部を中心とする環状の第４電極形成領域を露出する。
【００８２】
次に、蒸着法等を用いて、青色レーザ素子部５においては、基板３１の各活性層と反対側の面であって、ＴｉとＡｌとの積層膜からなり、第１電流ブロック層３８の開口部を中心とする環状のｎ側第１電極５８を形成する。続いて、第１電極形成領域にＡｕ及びＺｎからなるｐ側第１電極５９を形成する。
【００８３】
次に、赤色レーザ素子部６においては、第２電極形成領域にＴｉとＡｌとの積層膜からなる環状のｎ側第２電極６０を形成し、第３電極形成領域にＡｕ及びＺｎからなるｐ側第２電極６１を形成する。
【００８４】
次に、赤外レーザ素子部７においては、第４電極形成領域にＴｉとＡｌとの積層膜からなる環状のｎ側第３電極６２を形成し、第５コンタクト層５７上における第３電流ブロック層５６の開口部の上側の領域にＡｕ及びＺｎからなる円形状のｐ側第３電極６３を形成する。なお、各ｎ側電極５８、６０、６２と、各ｐ側電極５９、６１、６３とはプロセスのスループットが向上するような順序で形成すればよい。
【００８５】
また、青色レーザ素子部５における第１多重量子井戸層３５は、膜厚が約３ｎｍの井戸層と膜厚が約５ｎｍのバリア層とを少なくとも１組含み、赤色レーザ素子部６における第２多重量子井戸層４４は、膜厚が約３ｎｍの井戸層と膜厚が約５ｎｍのバリア層とを少なくとも１組含んでいる。
【００８６】
以上説明したように、本実施形態に係る面発光型レーザ装置は、ｎ型のＧａＮからなる基板３１上に基板１１の主面側から、それぞれ独立して動作可能な、青色面発光型レーザ装置、赤色面発光型レーザ装置、赤外面発光型レーザ装置が順次積層された多波長スタック型面発光レーザ装置である。
【００８７】
従って、基板３１が青色レーザ素子部５における第１多重量子井戸活性層３５からのレーザ光に対して透明なエネルギーギャップを持つことはいうまでもなく、各ブラッグ反射層３３、３７、４２、４６、５１及び５５に対して、以下に述べる特徴を有している。
【００８８】
青色レーザ素子部５における第１ブラッグ反射層３３及び第２ブラッグ反射層３７は、青色レーザ素子部５自身の第１多重量子井戸活性層３５からの生成光に対しては高い反射率を有し、且つ、赤色レーザ素子部６の第２多重量子井戸活性層４４からのレーザ光及び赤外レーザ素子部７の量子井戸活性層５３からのレーザ光に対しては共に低い反射率を有するように形成されている。
【００８９】
また、赤色レーザ素子部６における第３ブラッグ反射層４２及び第４ブラッグ反射層４６は、赤色レーザ素子部６自身の第２多重量子井戸活性層４４からの生成光に対しては高い反射率を有し、且つ、赤外レーザ素子部７の量子井戸活性層５３からのレーザ光に対しては低い反射率を有するように形成されている。
【００９０】
このように形成された多波長スタック型レーザ装置を光ディスク装置のピックアップ部に組み込むと、１つの光学系装置で、ＣＤ、ＤＶＤ及び高密度ＤＶＤの３つのディスクを読み出せることを確認している。
【００９１】
なお、本実施形態に係る多波長スタック型面発光レーザ装置は、青色、赤色及び赤外の３つのレーザ素子部５〜７により構成されているが、これに限らず、各活性層のエネルギーギャップが大きい順に、基板３１側から、青色、赤色及び赤外のレーザ素子部５〜７のうちの少なくも２つのレーザ素子部を形成することも可能である。
【００９２】
また、本実施形態に係る基板３１の主面の面方位は、（０００１）面に限らず、（１−１０１）面又は（１−１００）面を用いてもよい。この場合には、各半導体層３２〜５７の主面は（００１）面となり、平坦なエピタキシャル成長を実現できる。さらに、このうちの（１−１０１）面を用いれば、より確実に立方晶を得ることができる。さらに、基板２１に傾斜角度が１５°以内の傾斜基板を用いることが好ましい。
【００９３】
また、ＧａＮからなる基板２１には、Ａｌ又はＩｎを含んでいてもよい。
【００９４】
（第６の実施形態）
以下、本発明の第６の実施形態について説明する。
【００９５】
図７は本発明の第６の実施形態に係る半導体発光装置であって、多波長タンデム型レーザ装置の断面構成を表わしている。以下、装置の構成を本装置の製造方法として説明する。
【００９６】
（青色レーザ素子部）
まず、III 族源を、例えばＴＭＧ、ＴＭＡ又はＴＭＩとし、Ｖ族源を、例えばＮＨ3 、ＡｓＨ3 又はＰＨ3 ガスとするＭＯＣＶＤ法を用いて、基板温度を約１０００℃とし、主面の面方位に（０００１）面を持つｎ型のＧａＮからなる基板７１上の全面にわたって、膜厚が約１μｍのｎ型のＧａＡｓからなり、基板７１と該基板７１上に成長する各半導体層の結晶性を向上するバッファ層７２と、膜厚が約０．５μｍのｎ型のＡｌＧａＮからなり、キャリア及び生成された発光光を後述する多重量子井戸活性層に閉じ込める第１クラッド層７３と、膜厚が約０．１μｍのｎ型のＧａＮからなり、後述する多重量子井戸活性層にキャリア及び生成光を閉じ込め易くする第１光ガイド層７４とを順次成長させる。
【００９７】
次に、基板温度を７００℃付近にまで降温し、第１光ガイド層７４上に、例えば、膜厚が約３ｎｍの井戸層と膜厚が約７ｎｍのバリア層とを少なくとも３組含み、アンドープのＩｎＧａＮからなる多重量子井戸活性層７５を成長させる。
【００９８】
その後、再び基板温度を１０００℃程度にまで昇温し、多重量子井戸活性層７５の上に、膜厚が約０．１μｍのｐ型のＧａＮからなり、多重量子井戸活性層７５にキャリア及び生成光を閉じ込め易くする第２光ガイド層７６と、膜厚が約０．０５μｍのｐ型のＡｌＧａＮからなり、キャリア及び生成された発光光を多重量子井戸活性層７５に閉じ込める第２クラッド層７７と、膜厚が約０．５μｍのｎ型のＡｌＧａＮからなり、多重量子井戸活性層７５に電流を効率良く注入する電流ブロック層７８とを順次成長させる。
【００９９】
次に、電流ブロック層７８が形成されたエピタキシャル基板をＭＯＣＶＤ装置からいったん外部に取り出す。続いて、電流ブロック層７８に対してエッチングを行なって、電流ブロック層７８にストライプ状の開口部を形成する。このときのストライプが延びる方向は、基板７１の晶帯軸の＜１−１００＞方向とすることが好ましい。
【０１００】
次に、ストライプ構造が形成されたエピタキシャル基板を再度ＭＯＣＶＤ装置に投入し、電流ブロック層７８上に開口部を含めて全面にわたって、膜厚が約２μｍのｐ型のＡｌＧａＮからなり、キャリアを多重量子井戸層２４に閉じ込める第３クラッド層７９と、膜厚が約２μｍのｐ型のＧａＡｓからなり、後述するｐ側電極とのオーミックコンタクトを図るコンタクト層８０とを順次成長させる。
【０１０１】
次に、基板７１上の青色レーザ素子部５をマスクして、エピタキシャル層７２〜８０に対してドライエッチングを行なって、赤色レーザ素子部６の基板７１を露出させる。これにより、青色レーザ素子部５の半導体層が完成する。
【０１０２】
（赤色レーザ素子部）
次に、エッチングされたエピタキシャル基板をＭＯＣＶＤ装置に投入し、基板温度を約７００℃に設定して、膜厚が約１μｍのｎ型のＧａＡｓからなり、基板７１と該基板７１上に成長する各半導体層との格子不整合を緩和するバッファ層８１と、膜厚が約０．５μｍのｎ型のＡｌＧａＩｎＰからなる第１クラッド層８２と、膜厚が約０．１μｍのｎ型のＡｌＧａＩｎＰからなる第１光ガイド層８３と、例えば、膜厚が約３ｎｍの井戸層と膜厚が約７ｎｍのバリア層とを少なくとも３組含み、アンドープのＡｌＧａＩｎＰからなる多重量子井戸活性層８４と、膜厚が約０．１μｍのｐ型のＡｌＧａＩｎＰからなる第２光ガイド層８５と、膜厚が約０．０５μｍのｐ型のＡｌＧａＩｎＰからなる第２クラッド層８６と、膜厚が約０．５μｍのｎ型のＡｌＧａＩｎＰからなる電流ブロック層８７とを順次成長させる。
【０１０３】
次に、電流ブロック層８７が形成されたエピタキシャル基板をＭＯＣＶＤ装置からいったん外部に取り出す。続いて、電流ブロック層８７に対してエッチングを行なって、電流ブロック層８７に、青色レーザ素子部５の電流ブロック層７８の開口部とほぼ平行な方向に延びるストライプ状の開口部を形成する。
【０１０４】
次に、ストライプ構造が形成されたエピタキシャル基板を再度ＭＯＣＶＤ装置に投入し、電流ブロック層８７上に開口部を含めて全面にわたって、膜厚が約２μｍのｐ型のＡｌＧａＡｓからなる第３クラッド層８８と、膜厚が約２μｍのｐ型のＧａＡｓからなるコンタクト層８９とを順次成長させる。
【０１０５】
次に、基板７１上の青色レーザ素子部５及び赤色レーザ素子部６をマスクして、エピタキシャル層８１〜８９に対してドライエッチングを行なって、赤外レーザ素子部７の基板７１を露出させる。これにより、赤色レーザ素子部６の半導体層が完成する。
【０１０６】
（赤外レーザ素子部）
次に、エッチングされたエピタキシャル基板をＭＯＣＶＤ装置に投入し、基板温度を約７００℃に設定して、膜厚が約１μｍのｎ型のＧａＡｓからなるバッファ層９０と、膜厚が約０．５μｍのｎ型のＡｌＧａＡｓからなる第１クラッド層９１と、膜厚が約０．１μｍのｎ型のＡｌＧａＡｓからなる第１光ガイド層９２と、膜厚が約０．０５μｍのアンドープのＡｌＧａＡｓからなる量子井戸活性層９３と、膜厚が約０．１μｍのｐ型のＡｌＧａＡｓからなる第２光ガイド層９４と、膜厚が約０．０５μｍのｐ型のＡｌＧａＡｓからなる第２クラッド層９５と、膜厚が約０．５μｍのｎ型のＡｌＧａＡｓからなる電流ブロック層９６とを順次成長させる。
【０１０７】
次に、電流ブロック層９６が形成されたエピタキシャル基板をＭＯＣＶＤ装置からいったん外部に取り出す。続いて、電流ブロック層９６に対してエッチングを行なって、電流ブロック層９６に、青色レーザ素子部５の電流ブロック層７８の開口部とほぼ平行な方向に延びるストライプ状の開口部を形成する。
【０１０８】
次に、ストライプ構造が形成されたエピタキシャル基板を再度ＭＯＣＶＤ装置に投入し、電流ブロック層９６上に開口部を含めて全面にわたって、膜厚が約２μｍのｐ型のＡｌＧａＩｎＰからなる第３クラッド層９７と、膜厚が約２μｍのｐ型のＧａＡｓからなるコンタクト層９８とを順次成長させる。
【０１０９】
次に、エピタキシャル基板をＭＯＣＶＤ装置から取り出し、続いて、青色レーザ素子部５、赤色レーザ素子部６及び赤外レーザ素子部７をそれぞれ島状とするパターニングを行なった後、蒸着法等を用いて、基板７１の主面と反対側の面に、ＴｉとＡｌとの積層膜からなるｎ側電極９９を形成し、その後、所定形状のパターニングを施す。また、同じく蒸着法等を用いて、各コンタクト層８０、８９、９８上に、Ａｕ及びＺｎからなるｐ側電極１００、１０１、１０２を形成し、それぞれ所定形状のパターニングを施す。
【０１１０】
次に、窒素ガスと水素ガスとの混合雰囲気において、各電極９９〜１０２が形成されたエピタキシャル基板を４００℃程度で加熱することにより、各電極９９〜１０２をそれぞれオーミック化する。
【０１１１】
次に、エピタキシャル基板を劈開して、図７に示す多波長タンデム型半導体レーザ装置を得る。なお、各レーザ素子部５〜７のパターニングは、ｐ側電極１００〜１０２の形成後に行なってもよい。
【０１１２】
このように形成された多波長タンデム型レーザ装置を光ディスク装置のピックアップ部に組み込むと、１つの光学系装置で、ＣＤ、ＤＶＤ及び高密度ＤＶＤの３つのディスクを読み出せることを確認している。
【０１１３】
なお、本実施形態に係る多波長スタック型面発光レーザ装置は、青色、赤色及び赤外の３つのレーザ素子部５〜７により構成されているが、これに限らず、青色、赤色及び赤外のレーザ素子部５〜７のうちの少なくも２つのレーザ素子部を形成してもよい。このとき、青色レーザ素子部５を含める場合には、III 族窒化物半導体は成長温度が１０００℃と比較的高いため、最初に形成することが望ましく、一方、同等の成長温度で形成される赤色レーザ素子部６と赤外レーザ素子部７との形成順序はいずれが先であっても構わない。
【０１１４】
また、本実施形態においては、活性層７５、８４、９３の基板７１の主面からの高さを一致させるために、各レーザ素子部５〜７のエピタキシャル成長の後に必要な素子領域を残して基板７１を露出させている。しかしながら、発光部の高さを一致させる必要がない場合には、この露出工程を省略できる。
【０１１５】
また、各レーザ素子部５〜７の基板７１上における相互の位置関係は、任意でよいが、光ディスク装置の光ピックアップ部に用いる場合には、光学系に最も高精度が要求される高密度ＤＶＤ用の青色レーザ素子部５を中心に設けるが好ましい。
【０１１６】
また、本実施形態に係る基板７１の主面の面方位は、（０００１）面に限らず、（１−１０１）面又は（１−１００）面を用いてもよい。この場合には、各半導体層の主面は（００１）面となり、平坦なエピタキシャル成長を実現できる。さらに、このうちの（１−１０１）面を用いれば、より確実に立方晶を得ることができる。さらには、基板２１に傾斜角度が１５°以内の傾斜基板を用いることが好ましい。
【０１１７】
また、ＧａＮからなる基板７１には、Ａｌ又はＩｎを含んでいてもよい。
【０１１８】
【発明の効果】
本発明に係る第１の半導体発光装置によると、基板に、窒素を含む第１のIII-Ｖ族化合物半導体を用いているため、ヒ素又はリンを含む第２の化合物半導体からなる活性層から発せられる発光光は、第１の化合物半導体からなる基板に対して透明であるため、発光効率が向上する。また、窒化物からなる第１の化合物半導体は熱伝導率が優れているため、放熱効率が向上し、高温下であっても高効率の動作が可能となる。
【０１１９】
本発明に係る第２の半導体発光装置によると、窒素を含む化合物半導体からなる基板のエネルギーギャップを第１の活性層からの発光光よりも大きくしておけば、各活性層からの発光光がいずれも基板に吸収されることがない。また、基板に用いた窒化物半導体は熱伝導率に優れるため、高温下でも高効率の動作が可能となるため、単一の基板上に２波長以上の異なる波長を出力できる高効率な半導体発光装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１又は第３の実施形態に係る発光ダイオード装置を示す構成断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る発光ダイオード装置と、該装置の基板をＧａＮからＧａＡｓに替えた比較用の発光ダイオード装置との電流光出力特性を示すグラフである。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る発光ダイオード装置における発光光が伝播する様子を示す模式断面図である。
【図４】本発明の第２又は第３の実施形態に係る半導体レーザ装置を示す構成断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置と、該装置の基板をＧａＮからＧａＡｓに替えた比較用の半導体レーザ装置との電流光出力特性を示すグラフである。
【図６】本発明の第５の実施形態に係る多波長スタック型面発光レーザ装置を示す構成断面図である。
【図７】本発明の第６の実施形態に係る多波長タンデム型半導体レーザ装置を示す構成断面図である。
【符号の説明】
５ 青色レーザ素子部
６ 赤色レーザ素子部
７ 赤外レーザ素子部
１１ 基板
１２ バッファ層
１３ 第１クラッド層
１４ 発光層（活性層）
１５ 第２クラッド層
１６ コンタクト層
１７ ｐ側電極
１８ ｎ側電極
Ｌ１ 発光光
Ｌ２ 発光光
２１ 基板
２２ バッファ層
２３ 第１クラッド層
２４ 活性層
２５ 第２クラッド層
２６ 電流ブロック層
２７ 第３クラッド層
２８ コンタクト層
２９ ｎ側電極
３０ ｐ側電極
３１ 基板
３２ バッファ層
３３ 第１ブラッグ反射層
３４ 第１光ガイド層
３５ 第１多重量子井戸活性層
３６ 第２光ガイド層
３７ 第２ブラッグ反射層
３８ 第１電流ブロック層
３９ 第１コンタクト層
４０ 第１素子分離層
４１ 第２コンタクト層
４２ 第３ブラッグ反射層
４３ 第３光ガイド層
４４ 第２多重量子井戸活性層
４５ 第４光ガイド層
４６ 第４ブラッグ反射層
４７ 第２電流ブロック層
４８ 第３コンタクト層
４９ 第２素子分離層
５０ 第４コンタクト層
５１ 第５ブラッグ反射層
５２ 第５光ガイド層
５３ 量子井戸活性層
５４ 第６光ガイド層
５５ 第６ブラッグ反射層
５６ 第３電流ブロック層
５７ 第５コンタクト層
５８ ｎ側第１電極
５９ ｐ側第１電極
６０ ｎ側第２電極
６１ ｐ側第２電極
６２ ｎ側第３電極
６３ ｐ側第３電極
７１ 基板
７２ バッファ層
７３ 第１クラッド層
７４ 第１光ガイド層
７５ 多重量子井戸活性層
７６ 第２光ガイド層
７７ 第２クラッド層
７８ 電流ブロック層
７９ 第３クラッド層
８０ コンタクト層
８１ バッファ層
８２ 第１クラッド層
８３ 第１光ガイド層
８４ 多重量子井戸活性層
８５ 第２光ガイド層
８６ 第２クラッド層
８７ 電流ブロック層
８８ 第３クラッド層
８９ コンタクト層
９０ バッファ層
９１ 第１クラッド層
９２ 第１光ガイド層
９３ 量子井戸活性層
９４ 第２光ガイド層
９５ 第２クラッド層
９６ 電流ブロック層
９７ 第３クラッド層
９８ コンタクト層
９９ ｎ側電極
１００ ｐ側電極
１０１ ｐ側電極
１０２ ｐ側電極
Claims (10)
- ＧａＮからなる基板と、
前記基板の上に形成され、ヒ素又はリンを含む第２のIII-Ｖ族化合物半導体からなる活性層とを備え、
前記第２のIII-Ｖ族化合物半導体は、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（但し、ｘは０≦ｘ≦１である）からなることを特徴とする半導体発光装置。 - ＧａＮからなる基板と、
前記基板の上に形成され、ヒ素又はリンを含む第２のIII-Ｖ族化合物半導体からなる活性層とを備え、
前記第２のIII-Ｖ族化合物半導体は、ＡｌxＧａyＩｎ1-x-y Ｐ（但し、ｘ、ｙは０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１である）からなることを特徴とする半導体発光装置。 - 前記活性層は発光ダイオード素子として発光可能に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光装置。
- 前記活性層は半導体レーザ素子として発光可能に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光装置。
- ＧａＮからなる基板と、
前記基板の上に形成され、ＡｌxＧａyＩｎ1-x-y Ｎ（但し、ｘ、ｙは０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１である）からなる第１の活性層、ＡｌxＧａyＩｎ1-x-y Ｐ（但し、ｘ、ｙは０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１である）からなる第２の活性層及びＡｌxＧａ1-xＡｓ（但し、ｘは０≦ｘ≦１である）からなる第３の活性層のうちの少なくとも２つとを備えていることを特徴とする半導体発光装置。 - 前記第１の活性層、前記第２の活性層、及び前記第３の活性層はそれぞれ面発光可能に設けられており、
前記第１の活性層、前記第２の活性層、及び前記第３の活性層のうちの少なくとも２つの活性層は、前記各活性層のエネルギーギャップが大きい順に前記基板側から形成され、
前記各活性層からの発光光は、前記基板における前記各活性層と反対側の面から出射されることを特徴とする請求項５に記載の半導体発光装置。 - 前記第１の活性層、前記第２の活性層、及び前記第３の活性層のうちの少なくとも２つは、前記基板の主面からほぼ同一の高さとなるように設けられていることを特徴とする請求項５に記載の半導体発光装置。
- 前記第１の活性層、前記第２の活性層、及び前記第３の活性層は、前記基板の主面からほぼ同一の高さとなるように設けられていることを特徴とする請求項７に記載の半導体発光装置。
- 前記基板は六方晶系の結晶構造を有し且つその主面の面方位は｛０００１｝面であることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の半導体発光装置。
- 前記基板は六方晶系の結晶構造を有し且つその主面の面方位は｛１−１０１｝面であることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の半導体発光装置。
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