JP2000022266A - Semiconductor light emitting device - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】温度を測定する素子と半導体発光素子との間の
温度差を一定に保ち、それらの間の熱応力を小さく保
ち、かつ、高集積度で形成できる半導体発光素子の構造
を提供する。
【解決手段】基板と、前記基板上に形成された半導体層
と、この半導体層上に形成された半導体発光素子と、前
記半導体層上に形成された温度センサーとを具備するこ
とを特徴とする半導体発光素子。
(57) Abstract: A semiconductor light emitting device that can be formed with a high degree of integration while maintaining a constant temperature difference between an element for measuring temperature and a semiconductor light emitting device, keeping a thermal stress therebetween small. Provide structure. The semiconductor device includes a substrate, a semiconductor layer formed on the substrate, a semiconductor light emitting element formed on the semiconductor layer, and a temperature sensor formed on the semiconductor layer. Semiconductor light emitting device.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は化合物半導体材料を
用いた半導体発光素子に係わり、特にGaN,AlGaN、InGaN
などのGaN 化合物半導体からなる半導体発光素子を安
定に動作させる構造に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor light emitting device using a compound semiconductor material, and in particular, to GaN, AlGaN, and InGaN.
And a structure for stably operating a semiconductor light emitting device made of a GaN compound semiconductor such as a GaN compound semiconductor.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、高密度光ディスクシステムを実現
する手段として、波長が従来のGaInAsP 系の赤色レーザ
ーよりも短い青色半導体レーザーの開発が進められてい
る。青色半導体レーザーとしては、ZnSe系やGaN 系の半
導体レーザーで、室温でのレーザー発振が確認されてい
る。しかし、例えば、GaN 系の半導体レーザーでは、今
まで発表されたレーザーの閾値電流密度は、3kA/cm2 以
上と高く、赤色レーザーのレーザー閾値電流密度である
1kA/cm2 よりも数倍大きい。このため、レーザー発振を
安定に得るための注入電流量も、典型的には10kA/cm 2
と大きくなり、発光に寄与しない非放射性再結合によっ
て消費される電力P も大きくなる。非放射性再結合によ
って消費される電力は主にジュール熱となり素子の温度
上昇をまねき、素子を破壊するといった問題がある。2. Description of the Related Art In recent years, as a means for realizing a high-density optical disk system, a blue semiconductor laser having a wavelength shorter than that of a conventional GaInAsP-based red laser has been developed. As a blue semiconductor laser, a ZnSe-based or GaN-based semiconductor laser has been confirmed to emit laser at room temperature. However, for example, in the case of GaN-based semiconductor lasers, the threshold current density of lasers that have been announced so far is as high as 3 kA / cm 2 or more, which is the laser threshold current density of red lasers.
Several times larger than 1 kA / cm 2 . Therefore, the injection current amount for stably obtaining laser oscillation is also typically 10 kA / cm 2
And the power P consumed by non-radiative recombination that does not contribute to light emission also increases. The power consumed by the non-radiative recombination mainly becomes Joule heat, which causes a rise in the temperature of the device, which causes a problem that the device is destroyed.
【0003】この問題を解決するために、半導体発光素
子の温度を測定する温度センサを、ヒートシンク上に集
積し、温度がある温度以上になると発光を止め冷却させ
る機能を持たせた半導体集積回路が知られている(例え
ば、特開平9-83088 )。In order to solve this problem, a semiconductor integrated circuit having a function of integrating a temperature sensor for measuring the temperature of a semiconductor light emitting element on a heat sink and stopping the light emission when the temperature becomes a certain temperature or more is provided. It is known (for example, JP-A-9-83088).
【0004】図36はこのような温度センサを有する半
導体発光素子の断面図である。半導体レーザ等の半導体
発光素子1、サーミスタ等の温度センサ2がそれぞれ別
のサブマウント3、4を介して、銅またはアルミニウム
からなるヒートシンク5上にマウントされている。サブ
マウント3、4は、ダイヤモンドや、アルミナ、窒化ア
ルミ膜、雲母、またはシリコンゴムからできている。こ
れらサブマウント3、4は、熱伝導率の良い絶縁体から
なり、例えば10から100 μmの厚さで形成されている。FIG. 36 is a sectional view of a semiconductor light emitting device having such a temperature sensor. A semiconductor light emitting device 1 such as a semiconductor laser and a temperature sensor 2 such as a thermistor are mounted on a heat sink 5 made of copper or aluminum via separate submounts 3 and 4, respectively. The submounts 3 and 4 are made of diamond, alumina, an aluminum nitride film, mica, or silicon rubber. These submounts 3 and 4 are made of an insulator having good thermal conductivity and are formed, for example, with a thickness of 10 to 100 μm.
【0005】半導体発光素子1は、GaN やAlGaN 、InAl
GaN からなる10μm 以下の薄膜半導体発光層6が、アル
ミナやスピネルからなる成長基板7上に、気相あるいは
液相成長し形成されている。この半導体発光素子1は、
成長基板7上にエピタキシャル形成された後、サブマウ
ント3上に接着され、ヒートシンク5上にマウントされ
ている。[0005] The semiconductor light emitting device 1 is made of GaN, AlGaN, InAl or the like.
A thin-film semiconductor light-emitting layer 6 of 10 μm or less made of GaN is formed on a growth substrate 7 made of alumina or spinel by growing in a gas phase or a liquid phase. This semiconductor light emitting device 1
After being epitaxially formed on the growth substrate 7, it is bonded on the submount 3 and mounted on the heat sink 5.
【0006】ところでGaN 系の半導体発光素子1では、
現在エピタキシャル成長基板として、サファイヤなどア
ルミ酸化膜で形成された基板やMgAl2 O 4 などのスピネ
ルを用いた基板でしか良好な特性を選られていない。こ
れらの基板の熱伝導率H は、60Wm-1K -1以下であり、Ga
N の熱伝導率である130Wm -1K -1の半分以下である。Incidentally, in the GaN-based semiconductor light emitting device 1,
At present, good characteristics can be selected only as a substrate formed of an aluminum oxide film such as sapphire or a substrate using a spinel such as MgAl 2 O 4 as an epitaxial growth substrate. The thermal conductivity H of these substrates is 60 Wm -1 K -1 or less, and Ga
Less than half of 130 Wm -1 K -1 which is the thermal conductivity of N 2.
【0007】また前述したように、青色レーザの代表で
あるGaN 系の半導体発光素子では、p 型に制御するのが
困難でp 型GaN コンタクト層を低抵抗化するのが困難で
ある。よって、直列寄生抵抗の消費電力が大きく、素子
内での発熱量が非常に大きい。As described above, it is difficult to control the p-type GaN-based semiconductor light-emitting device, which is a typical example of a blue laser, to the p-type, and to lower the resistance of the p-type GaN contact layer. Therefore, the power consumption of the series parasitic resistance is large, and the amount of heat generated in the element is very large.
【0008】従ってGaN 系等の青色発光素子を図36の
ような構造に用いた場合、成長基板7の熱抵抗が大き
く、半導体発光素子1で発熱した熱が温度センサーに伝
わりにくくなり、実際の半導体発光素子1の温度を温度
センサー2が感知できないという問題が生じる。Therefore, when a blue light-emitting device such as a GaN-based device is used in the structure shown in FIG. 36, the thermal resistance of the growth substrate 7 is large, and the heat generated by the semiconductor light-emitting device 1 is not easily transmitted to the temperature sensor. There is a problem that the temperature of the semiconductor light emitting element 1 cannot be detected by the temperature sensor 2.
【0009】ここで、半導体発光素子1で発熱した熱が
どれほど温度センサー2に伝達しないか見積もってみ
る。半導体レーザーの注入する電流密度をI とし、レー
ザ−に引加する電圧をV とし、効率をηすると、熱とな
って消費される単位面積あたりの電力P は、P=IV(1- η
となる。ここで、成長基板7の両面の温度差をΔT とす
ると、ΔT=P*d/H となる。成長基板7の熱伝導率H を60
Wm-1K -1、d を50μm以上、効率ηを0.4 、I を3kA/cm
2 、V を5Vとすると、P は1.5kW/cm2 、ΔT は75℃以上
となる。従って温度センサ2は、実際の半導体発光素子
1の温度よりも75℃以上も低い温度を測っていること
になる。Here, how much heat generated by the semiconductor light emitting element 1 is not transmitted to the temperature sensor 2 will be estimated. When the current density injected by the semiconductor laser is I, the voltage applied to the laser is V, and the efficiency is η, the power P per unit area consumed as heat is P = IV (1-η
Becomes Here, assuming that the temperature difference between both surfaces of the growth substrate 7 is ΔT, ΔT = P * d / H. The thermal conductivity H of the growth substrate 7 is 60
Wm -1 K -1 , d is 50 μm or more, efficiency η is 0.4, I is 3 kA / cm
2 , If V is 5V, P becomes 1.5kW / cm 2 and ΔT becomes 75 ° C or more. Therefore, the temperature sensor 2 measures a temperature lower than the actual temperature of the semiconductor light emitting element 1 by 75 ° C. or more.
【0010】また、成長基板7の熱抵抗が大きいため
に、薄膜半導体発光層6から成長基板7を通じない放熱
(半導体発光素子1の側面および上面からの放熱)が、
薄膜半導体発光層6 から成長基板7を通じての放熱に対
して無視できなくなる。このため、ヒートシンク5以外
の領域の温度が変化すると、温度センサ2と薄膜半導体
発光層6の温度差が変化し、温度センサ2の温度と薄膜
半導体発光層6との温度差を一定に保つことが困難とな
る。また、温度センサ2の基板の熱伝導率の温度依存性
と半導体発光素子1の基板の熱伝導率の温度依存性が異
なるため、半導体発光素子1から温度センサ2までの熱
抵抗が、温度によって異なり、温度センサ2の温度と薄
膜半導体発光層6との温度との差を一定に保つことが困
難となる。従って、予め決まった温度差を見積もって、
温度センサ2の温度出力から薄膜半導体発光層6の温度
を推測しようとしても、温度差が一定でないために測定
誤差が生じる。Further, since the thermal resistance of the growth substrate 7 is large, heat radiation from the thin film semiconductor light emitting layer 6 through the growth substrate 7 (heat radiation from the side and top surfaces of the semiconductor light emitting element 1)
The heat radiation from the thin film semiconductor light emitting layer 6 through the growth substrate 7 cannot be ignored. For this reason, when the temperature of the region other than the heat sink 5 changes, the temperature difference between the temperature sensor 2 and the thin film semiconductor light emitting layer 6 changes, and the temperature difference between the temperature sensor 2 and the thin film semiconductor light emitting layer 6 is kept constant. Becomes difficult. Further, since the temperature dependence of the thermal conductivity of the substrate of the temperature sensor 2 and the temperature dependence of the thermal conductivity of the substrate of the semiconductor light emitting element 1 are different, the thermal resistance from the semiconductor light emitting element 1 to the temperature sensor 2 depends on the temperature. In contrast, it is difficult to keep the difference between the temperature of the temperature sensor 2 and the temperature of the thin-film semiconductor light emitting layer 6 constant. Therefore, by estimating a predetermined temperature difference,
When trying to estimate the temperature of the thin film semiconductor light emitting layer 6 from the temperature output of the temperature sensor 2, a measurement error occurs because the temperature difference is not constant.
【0011】また上述した比較的熱伝導率が低い材料以
外に、成長基板7の厚さが厚くなり、薄膜半導体発光層
6の熱抵抗よりも、成長基板7の熱抵抗が大きくなった
場合にも同様な問題が生じT が大きくなる。つまり、成
長基板7がSiC のような半導体基板でも、成長基板7の
厚さが半導体層6の厚さの4 倍以上であると、成長基板
7の熱抵抗が、薄膜半導体発光層6の熱抵抗より大きく
なるため、上記問題が生じる。In addition to the above-mentioned materials having relatively low thermal conductivity, when the thickness of the growth substrate 7 becomes large and the thermal resistance of the growth substrate 7 becomes larger than the thermal resistance of the thin-film semiconductor light emitting layer 6, A similar problem arises and T increases. That is, even if the growth substrate 7 is a semiconductor substrate such as SiC, if the thickness of the growth substrate 7 is four times or more the thickness of the semiconductor layer 6, the thermal resistance of the growth substrate 7 becomes smaller than that of the thin-film semiconductor light emitting layer 6. Since the resistance becomes larger than the resistance, the above problem occurs.
【0012】さらに、温度センサ2と半導体発光素子1
とが別に形成されているため、それらをヒートシンク5
上にマウントする場合に、温度センサ2と半導体発光素
子1との合わせずれが生じる。このため、薄膜半導体発
光層6から温度センサ2に至るまでの距離が変動し、そ
れらの間の熱抵抗が変動する。このため、温度センサ2
と薄膜半導体発光層6の温度差が素子ごとに変化し、温
度センサ2の温度と薄膜半導体発光層6との温度との差
を一定に保つことが困難となる。さらに、温度センサ2
と半導体発光素子1とが別に形成されているため、それ
らの集積度を向上させるのが困難となる。Further, the temperature sensor 2 and the semiconductor light emitting device 1
Are formed separately from each other,
When mounted on the top, misalignment between the temperature sensor 2 and the semiconductor light emitting element 1 occurs. For this reason, the distance from the thin-film semiconductor light emitting layer 6 to the temperature sensor 2 varies, and the thermal resistance between them varies. Therefore, the temperature sensor 2
The difference between the temperature of the temperature sensor 2 and the temperature of the thin film semiconductor light emitting layer 6 is difficult to keep constant. Further, the temperature sensor 2
Since the semiconductor light emitting device 1 and the semiconductor light emitting device 1 are separately formed, it is difficult to improve their integration.
【0013】[0013]
【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
の半導体発光素子構造では、温度を測定する温度センサ
2と半導体発光素子1とが別に形成されている。このた
め、半導体発光素子1を結晶成長するのに用いる基板の
熱抵抗が大きい場合には、温度センサ2の温度と半導体
発光素子1の温度とが大きく異なるため、半導体素子の
実際の温度を正確に測定できないという問題があった。As described above, in the conventional semiconductor light emitting device structure, the temperature sensor 2 for measuring the temperature and the semiconductor light emitting device 1 are separately formed. For this reason, when the thermal resistance of the substrate used for growing the semiconductor light emitting device 1 for crystal growth is large, the temperature of the temperature sensor 2 and the temperature of the semiconductor light emitting device 1 are greatly different. There was a problem that measurement was not possible.
【0014】また、半導体発光素子1での実際の温度と
温度センサでの温度との差を一定に保つことが困難で、
予め温度差を見積もって、半導体発光素子1の温度を推
測することもできない問題があった。Also, it is difficult to keep the difference between the actual temperature of the semiconductor light emitting element 1 and the temperature of the temperature sensor constant,
There has been a problem that the temperature of the semiconductor light emitting element 1 cannot be estimated by estimating the temperature difference in advance.
【0015】また、半導体発光素子1と温度センサ2が
別々に形成されているので、半導体発光素子の集積度を
上げることが困難な問題があった。本発明は、上記問題
を解決するためになされたもので、温度を測定する素子
と半導体発光素子との間の温度差を一定に保ち、それら
の間の熱応力を小さく保ち、かつ、高集積度で形成でき
る半導体発光素子を提供することを目的とする。Further, since the semiconductor light emitting device 1 and the temperature sensor 2 are separately formed, there is a problem that it is difficult to increase the degree of integration of the semiconductor light emitting device. The present invention has been made in order to solve the above problems, and keeps the temperature difference between the element for measuring temperature and the semiconductor light emitting element constant, keeps the thermal stress between them small, and achieves high integration. It is an object of the present invention to provide a semiconductor light-emitting element that can be formed at different temperatures.
【0016】[0016]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、基板と、前記基板上に形成された半導体
層と、この半導体層上に形成された半導体発光素子と、
前記半導体層上に形成された温度センサーとを具備する
ことを特徴とする半導体発光素子を提供する。To achieve the above object, the present invention provides a substrate, a semiconductor layer formed on the substrate, a semiconductor light emitting device formed on the semiconductor layer,
And a temperature sensor formed on the semiconductor layer.
【0017】また本発明は、前記温度センサーは、温度
によって抵抗が変化するインピーダンス素子であること
を特徴とする半導体発光素子を提供する。また本発明
は、前記基板は、絶縁体であることを特徴とする半導体
発光素子を提供する。The present invention also provides a semiconductor light emitting device, wherein the temperature sensor is an impedance element whose resistance changes with temperature. The present invention also provides a semiconductor light emitting device, wherein the substrate is an insulator.
【0018】また本発明は、前記絶縁体基板の熱伝導率
は、前記半導体層よりも小さいことを特徴とする半導体
発光素子を提供する。また本発明は、前記絶縁体基板
は、アルミ酸化膜を含み、前記半導体は、ガリウム窒素
またはZnSeを含むことを特徴とする半導体発光素子を提
供する。Further, the present invention provides a semiconductor light emitting device wherein the thermal conductivity of the insulator substrate is smaller than that of the semiconductor layer. The present invention also provides a semiconductor light emitting device, wherein the insulator substrate includes an aluminum oxide film, and the semiconductor includes gallium nitrogen or ZnSe.
【0019】また本発明は、前記半導体は、ガリウム窒
素またはZnSeを含み、前記半導体層は、シリコンカーバ
イドを介して前記基板上に上に形成されていることを特
徴とする半導体素子を提供する。Further, the present invention provides a semiconductor device, wherein the semiconductor contains gallium nitrogen or ZnSe, and the semiconductor layer is formed on the substrate via silicon carbide.
【0020】また本発明は、前記シリコンカーバイドの
熱伝導率をその膜厚で割った商は、前記半導体層の熱伝
導率を前記半導体発光部から前記シリコンカーバイドま
での界面の距離で割った商よりも小さいことを特徴とす
る半導体発光素子を提供する。Further, according to the present invention, the quotient obtained by dividing the thermal conductivity of the silicon carbide by its film thickness is obtained by dividing the thermal conductivity of the semiconductor layer by the distance of the interface from the semiconductor light emitting portion to the silicon carbide. And a semiconductor light-emitting device characterized by being smaller than the above.
【0021】また本発明は、絶縁体基板上に形成された
第1導電型の第1の半導体層と、この第1の半導体層上
に形成された第1導電型と異なる第2導電型の第2の半
導体層と、前記第1の半導体層と第2の半導体層から形
成された半導体発光素子と、前記第2の半導体層上に形
成された第1の電極と、前記第1の半導体層上に形成さ
れた第2および第3の電極からなり、前記第2の電極と
前記第3の電極の間の抵抗は温度によって変化すること
を特徴とする半導体発光素子を提供する。According to the present invention, a first conductive type first semiconductor layer formed on an insulator substrate and a second conductive type different from the first conductive type formed on the first semiconductor layer are provided. A second semiconductor layer, a semiconductor light emitting device formed from the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, a first electrode formed on the second semiconductor layer, and the first semiconductor A semiconductor light emitting device comprising a second electrode and a third electrode formed on a layer, wherein a resistance between the second electrode and the third electrode changes with temperature.
【0022】[0022]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施例を説明する。 (実施例1)図1は、本発明の第1の実施例にかかる半
導体発光素子の断面図、図2はその上面図である。図1
は、図2中A-A'方向の断面図を示している。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (Embodiment 1) FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor light emitting device according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a top view thereof. FIG.
Shows a cross-sectional view in the AA 'direction in FIG.
【0023】図1に示すようにヒートシンク5上に、サ
ブマウント3、絶縁体基板(成長基板)7が形成されて
いる。絶縁体基板7上には、第2導電型半導体層20が
形成されている。この第2導電型半導体層20を共通の
下地にして、左側に半導体発光素子1が形成され、右側
に温度センサ2が形成されている。As shown in FIG. 1, a submount 3 and an insulator substrate (growth substrate) 7 are formed on a heat sink 5. The second conductivity type semiconductor layer 20 is formed on the insulator substrate 7. The semiconductor light emitting element 1 is formed on the left side, and the temperature sensor 2 is formed on the right side, using the second conductivity type semiconductor layer 20 as a common base.
【0024】半導体発光素子1は、第2導電型半導体キ
ャリア障壁層19、第2導電型半導体光ガイド層18、
半導体活性層17、第1導電型半導体光ガイド層16、
第1導電型半導体キャリア障壁層15、第1導電型半導
体コンタクト層14が順次積層形成され、高抵抗領域2
1によって電流狭窄された構造となっている。8は電極
である。The semiconductor light emitting device 1 includes a second conductivity type semiconductor carrier barrier layer 19, a second conductivity type semiconductor light guide layer 18,
A semiconductor active layer 17, a first conductivity type semiconductor light guide layer 16,
A first conductivity type semiconductor carrier barrier layer 15 and a first conductivity type semiconductor contact layer 14 are sequentially laminated to form a high resistance region 2
1 has a current confined structure. 8 is an electrode.
【0025】温度センサ2は、電極9と電極10間に導
電性薄膜13が直列に接続され、電極11と電極12に
よって電位差を測定できる構造となっている。この実施
例に示す半導体発光素子と、図36に示す従来の発光素
子との主な相違点は、本実施例の半導体発光素子は、半
導体層20上に、温度センサ2と半導体発光素子1が共
通に形成されているところである。The temperature sensor 2 has a structure in which a conductive thin film 13 is connected in series between an electrode 9 and an electrode 10, and a potential difference can be measured by the electrodes 11 and 12. The main difference between the semiconductor light emitting device shown in this embodiment and the conventional light emitting device shown in FIG. 36 is that the semiconductor light emitting device of this embodiment has a temperature sensor 2 and a semiconductor light emitting device 1 on a semiconductor layer 20. It is being formed in common.
【0026】本実施例の半導体発光素子構造では、半導
体発光素子1で発熱した熱は熱伝導率が高い半導体層2
0を介して直接温度センサ2に伝達することで、温度低
下が生じず実際の半導体発光素子1の温度を測定するこ
とができる。In the semiconductor light emitting device structure of this embodiment, heat generated by the semiconductor light emitting device 1 is transferred to the semiconductor layer 2 having a high thermal conductivity.
By transmitting the temperature directly to the temperature sensor 2 via the “0”, the actual temperature of the semiconductor light emitting device 1 can be measured without causing a temperature drop.
【0027】本実施例における半導体発光素子の構造
を、具体的な材料を示しながらもう少し詳しく説明す
る。ヒートシンク5は、例えば銅またはアルミニウム、
または熱伝導率の高いアルミナなどのセラミックスを用
い、サブマウント3は、例えば、ダイヤモンドや、シリ
コンカーバイド、アルミナ、窒化アルミ膜、雲母、また
はシリコンゴムを用いることができる。このサブマウン
ト3は、熱伝導率の良い絶縁体からなり、例えば0.1 か
ら100 μmの厚さで形成される。The structure of the semiconductor light emitting device in this embodiment will be described in more detail with reference to specific materials. The heat sink 5 is made of, for example, copper or aluminum,
Alternatively, ceramics such as alumina having high thermal conductivity are used, and the submount 3 can be made of, for example, diamond, silicon carbide, alumina, an aluminum nitride film, mica, or silicon rubber. The submount 3 is made of an insulator having a good thermal conductivity and is formed, for example, with a thickness of 0.1 to 100 μm.
【0028】なお、図36に示す従来の半導体発光素子
では、半導体領域20とヒートシンク5の絶縁を保つた
めに、サブマウント3は絶縁体である必要があった。し
かし本実施例の半導体発光素子では、成長基板7が絶縁
体である場合には、例えば、銀ペーストのように、サブ
マウント3は導体でも構わず、また、省略してもよい。In the conventional semiconductor light emitting device shown in FIG. 36, the submount 3 needs to be an insulator to keep the semiconductor region 20 and the heat sink 5 insulated. However, in the semiconductor light emitting device of the present embodiment, when the growth substrate 7 is an insulator, the submount 3 may be a conductor like silver paste, for example, or may be omitted.
【0029】半導体発光素子1は、例えば、GaN 系から
なる発光素子であり、例えば、GaNやAlGaN 、InAlGaN
からなる。これらの半導体は、例えば、アルミナ、C 面
サファイア基板やMgO 、スピネル、SiC からなる成長基
板7上に形成されて構成されている。この成長基板7
は、半導体レーザー等の半導体発光素子1を気相成長ま
たは液相成長し成膜するための基板である。The semiconductor light emitting device 1 is, for example, a GaN-based light emitting device, such as GaN, AlGaN, or InAlGaN.
Consists of These semiconductors are formed on a growth substrate 7 made of, for example, alumina, a C-plane sapphire substrate, or MgO, spinel, or SiC. This growth substrate 7
Is a substrate on which a semiconductor light emitting device 1 such as a semiconductor laser is formed by vapor phase growth or liquid phase growth to form a film.
【0030】また、この半導体発光素子1 の構成として
は、次のような積層構造の半導体レーザが考えられる。
例えば、まず、GaN またはAlN をバッファ層としてn 型
GaN半導体層20が、厚さ0.3 から10μmで成長基板7
の上部に形成されている。このn 型GaN 半導体層20
は、例えば、シリコンを5x1017から1x1019cm-3ドープし
て形成されている。As a configuration of the semiconductor light emitting device 1, a semiconductor laser having the following laminated structure can be considered.
For example, first, use GaN or AlN as a buffer layer and n-type
The GaN semiconductor layer 20 has a thickness of 0.3 to 10 μm and a growth substrate 7.
Is formed at the top. This n-type GaN semiconductor layer 20
Is formed, for example, by doping silicon from 5 × 10 17 to 1 × 10 19 cm −3 .
【0031】さらに、 n型GaN 半導体層20の上部に
は、例えば、厚さ0.1 から1 μmのn型Alx Ga1-x N 半
導体キャリア障壁層19が形成されている。このAlの組
成x は0.1 から0.5 程度であり、x を大きくすると屈折
率が低下しバンドギャップが広くなるため、より半導体
光ガイド層16、半導体活性層17、半導体光ガイド層
18に光および電子を閉じ込めることができるが、結晶
性が悪化し、ドナー準位を活性化させるためのエネルギ
ーが大きくなるため、抵抗が高くなる。よって、x とし
ては、例えば、0.25程度が望ましい。Further, an n-type Al x Ga 1 -xN semiconductor carrier barrier layer 19 having a thickness of, for example, 0.1 to 1 μm is formed on the n-type GaN semiconductor layer 20. The composition x of this Al is about 0.1 to 0.5, and when x is increased, the refractive index is reduced and the band gap is widened, so that the semiconductor optical guide layer 16, the semiconductor active layer 17, and the semiconductor optical guide layer 18 have more light and electrons. Can be confined, but the crystallinity deteriorates and the energy for activating the donor level increases, so that the resistance increases. Therefore, it is desirable that x is, for example, about 0.25.
【0032】また、 n型Alx Ga1-x N 半導体キャリア障
壁層19は、例えば、シリコンを5x1016から2x1018cm-3
ドープして形成されている。さらに、GaN 半導体光ガイ
ド層18に、Inを添加してAlx Ga1-x yIny N としても
良く、y としては、0<y<0.5とすればよく、典型的には
0.05程度とすればよい。このようにInを添加することに
よって、半導体キャリア障壁層19でのキャリアのライ
フタイムを長くすることができ、よりしきい値電流密度
を低減することができる。The n-type Al x Ga 1 -xN semiconductor carrier barrier layer 19 is formed, for example, by forming silicon from 5 × 10 16 to 2 × 10 18 cm −3.
It is formed by doping. Furthermore, In may be added to the GaN semiconductor light guide layer 18 to make Al x Ga 1- xy In y N, and y may be 0 <y <0.5, typically,
It may be about 0.05. By adding In as described above, the lifetime of carriers in the semiconductor carrier barrier layer 19 can be extended, and the threshold current density can be further reduced.
【0033】さらに、半導体キャリア障壁層19の上部
には、例えば、厚さ0.01から0.3 μmのn 型GaN 半導体
光ガイド層18が形成され、光をガイドするコア層の一
部となっている。この半導体光ガイド層18のn 型不純
物密度は、例えば、シリコンが5x1016から2x1018cm-3添
加されており、意図的に不純物を添加しなくても、半導
体キャリア障壁層19からの偏析によって不純物添加を
行ってもよい。Further, an n-type GaN semiconductor light guide layer 18 having a thickness of, for example, 0.01 to 0.3 μm is formed on the semiconductor carrier barrier layer 19 and forms a part of a core layer for guiding light. The n-type impurity density of the semiconductor optical guide layer 18 is, for example, 5 × 10 16 to 2 × 10 18 cm −3 added to silicon. Even if silicon is not added intentionally, segregation from the semiconductor carrier barrier layer 19 causes An impurity may be added.
【0034】さらに、半導体光ガイド層18の上部に
は、例えば、厚さ0.001 から0.2 μmのInGaN からなる
半導体活性層17が形成されている。半導体活性層17
の厚さは、キャリアを積層方向に量子閉じ込めできる程
度の厚さであることが望ましく、この半導体活性層17
のInの組成は0.5 以下になることが、GaN と格子不整合
による転位が導入されないために望ましい。また、半導
体活性層17は、例えば、それぞれ0.001 から0.2 〓厚
さのInGaAlN とInGaN との多重量子井戸構造となってい
てもよい。この半導体活性層17は、意図的に不純物を
添加しないことが、正孔と電子の再結合を促進し、発光
効率を高くするのに望ましい。Further, a semiconductor active layer 17 made of, for example, InGaN having a thickness of 0.001 to 0.2 μm is formed on the semiconductor light guide layer 18. Semiconductor active layer 17
Is preferably thick enough to confine carriers in the stacking direction.
Is preferably 0.5 or less so that dislocation due to lattice mismatch with GaN is not introduced. Further, the semiconductor active layer 17 may have a multiple quantum well structure of, for example, InGaAlN and InGaN each having a thickness of 0.001 to 0.2 mm. It is desirable that the semiconductor active layer 17 not intentionally add impurities to promote recombination of holes and electrons and increase luminous efficiency.
【0035】さらに、半導体活性層17の上部には、例
えば、厚さ0.01から0.3 μmのp 型GaN 半導体光ガイド
層16が形成され、光をガイドするコア層の一部となっ
ている。この半導体光ガイド層のp 型層は、例えば、Mg
またはZn、Beを添加不純物とし、例えば、5x1016から5x
1018cm-3添加されている。半導体光ガイド層16と半導
体光ガイド層18は半導体活性層17よりも大きなバン
ドギャップを持ち、半導体活性層17に効果的に電子お
よび正孔を閉じ込める役割を持つ。Further, a p-type GaN semiconductor light guide layer 16 having a thickness of, for example, 0.01 to 0.3 μm is formed on the semiconductor active layer 17 and serves as a part of a core layer for guiding light. The p-type layer of this semiconductor light guide layer is, for example, Mg
Alternatively, Zn and Be are added impurities, for example, 5x10 16 to 5x
10 18 cm -3 is added. The semiconductor light guide layer 16 and the semiconductor light guide layer 18 have a larger band gap than the semiconductor active layer 17 and have a role of effectively confining electrons and holes in the semiconductor active layer 17.
【0036】さらに、半導体光ガイド層16の上部に
は、例えば、厚さ0.1 から1 μmのp型Alx Ga1-x N 半
導体キャリア障壁層15が形成されている。このAlの組
成x は0.1 から0.5 程度であり、x を大きくすると屈折
率が低下しバンドギャップが大きくなるため、より半導
体光ガイド層16、半導体活性層17、半導体光ガイド
層18に光および電子を閉じ込めることができるが、結
晶性が悪化しポーラスになるため、抵抗が高くなる。よ
って、x としては、例えば、0.25程度が望ましい。ま
た、 p型Alx Ga1-x N 半導体キャリア障壁層15は、例
えば、MgまたはZn、Beを1x1017から2x1018cm-3ドープし
て形成されている。さらに、GaN 半導体光ガイド層16
に、Inを添加してAlx Ga1-x yIny N としても良く、y
としては、0<y<0.5 とすればよく、典型的には0.05程度
とすればよい。このようにInを添加することによって、
半導体キャリア障壁層15でのキャリアのライフタイム
を長くすることができ、よりしきい値電流密度を低減す
ることができる。Further, a p-type Al x Ga 1 -xN semiconductor carrier barrier layer 15 having a thickness of, for example, 0.1 to 1 μm is formed on the semiconductor light guide layer 16. The composition x of this Al is about 0.1 to 0.5. When x is increased, the refractive index is reduced and the band gap is increased, so that the semiconductor optical guide layer 16, the semiconductor active layer 17, and the semiconductor optical guide layer 18 have more light and electrons. Can be confined, but the crystallinity deteriorates and becomes porous, so that the resistance increases. Therefore, it is desirable that x is, for example, about 0.25. The p-type Al x Ga 1 -xN semiconductor carrier barrier layer 15 is formed by doping, for example, Mg, Zn, or Be from 1 × 10 17 to 2 × 10 18 cm −3 . Further, the GaN semiconductor light guide layer 16
May be added to form Al x Ga 1-x y In y N.
May be set to 0 <y <0.5, typically about 0.05. By adding In in this way,
The lifetime of carriers in the semiconductor carrier barrier layer 15 can be lengthened, and the threshold current density can be further reduced.
【0037】さらに、半導体キャリア障壁層15の上部
および高抵抗領域21の上部には、例えば、MgまたはZ
n、Beを添加した、厚さ0.01から0.5 μmのp 型GaN 半
導体コンタクト層14が形成されている。この部分のp
型層は、例えば、MgまたはZn、Beを添加不純物とし、例
えば、1x1018から5x1018cm-3添加されている。Further, on the upper portion of the semiconductor carrier barrier layer 15 and the upper portion of the high resistance region 21, for example, Mg or Z
A p-type GaN semiconductor contact layer 14 having a thickness of 0.01 to 0.5 μm to which n and Be are added is formed. P of this part
The mold layer is doped with, for example, 1 × 10 18 to 5 × 10 18 cm −3 using, for example, Mg, Zn, or Be as an additional impurity.
【0038】高抵抗領域21は、半導体活性層17の外
側の半導体キャリア障壁層15、半導体光ガイド層1
6、半導体活性層17、半導体光ガイド層18、半導体
キャリア障壁層19を無秩序化し混晶化した領域であ
る。この高抵抗領域21では、半導体活性層17、半導
体光ガイド層16、半導体ガイド層18が、それらより
も誘電率の低い半導体キャリア障壁層15および半導体
キャリア障壁層19と混晶化する。このため、高抵抗領
域21は、半導体活性層17、半導体光ガイド層16お
よび半導体光ガイド層18よりも誘電率が低くなる。よ
って、高抵抗領域21よりも半導体活性層17、半導体
光ガイド層16および半導体光ガイド層18に、より効
率的に光を閉じ込めることができる。The high-resistance region 21 includes the semiconductor carrier barrier layer 15 outside the semiconductor active layer 17 and the semiconductor light guide layer 1.
6, a region in which the semiconductor active layer 17, the semiconductor light guide layer 18, and the semiconductor carrier barrier layer 19 are disordered and mixed. In the high resistance region 21, the semiconductor active layer 17, the semiconductor optical guide layer 16, and the semiconductor guide layer 18 are mixed with the semiconductor carrier barrier layers 15 and 19 having a lower dielectric constant. Therefore, the high-resistance region 21 has a lower dielectric constant than the semiconductor active layer 17, the semiconductor light guide layer 16, and the semiconductor light guide layer 18. Therefore, light can be more efficiently confined in the semiconductor active layer 17, the semiconductor light guide layer 16, and the semiconductor light guide layer 18 than in the high resistance region 21.
【0039】さらに、半導体光ガイド層16および半導
体光ガイド層18は、それらよりもバンドギャップの広
い半導体キャリア障壁層15および半導体キャリア障壁
層19と混晶化するため、高抵抗領域21は、半導体光
ガイド層16および半導体光ガイド層18よりもバンド
ギャップが広くなる。よって、高抵抗領域21に挟まれ
た半導体活性層17、半導体光ガイド層16および半導
体光ガイド層18に、より効率的電子および正孔を注入
することができる。Further, since the semiconductor light guide layer 16 and the semiconductor light guide layer 18 are mixed with the semiconductor carrier barrier layer 15 and the semiconductor carrier barrier layer 19 each having a wider band gap, the high resistance region 21 The band gap is wider than the light guide layer 16 and the semiconductor light guide layer 18. Therefore, electrons and holes can be more efficiently injected into the semiconductor active layer 17, the semiconductor light guide layer 16, and the semiconductor light guide layer 18 sandwiched between the high resistance regions 21.
【0040】また、半導体コンタクト層14の上部に
は、例えば、MgやZnを添加したNi、TiまたはAuで形成さ
れたp 型電極8が形成されている。このp 型電極8は半
導体コンタクト層14に対するオーミック電極となって
いる。On the upper part of the semiconductor contact layer 14, a p-type electrode 8 made of, for example, Ni, Ti or Au to which Mg or Zn is added is formed. The p-type electrode 8 is an ohmic electrode for the semiconductor contact layer 14.
【0041】さらに、半導体レーザー等の半導体発光素
子1 が形成されたn 型半導体層20の上には、半導体キ
ャリア障壁層19と0.3 から5 μm離れて、半導体層2
0に対するn 型のオーミック電極となる電極9が形成さ
れている。Further, on the n-type semiconductor layer 20 on which the semiconductor light emitting element 1 such as a semiconductor laser is formed, the semiconductor layer 2 is separated from the semiconductor carrier barrier layer 19 by 0.3 to 5 μm.
An electrode 9 serving as an n-type ohmic electrode for 0 is formed.
【0042】さらに、電極8が半導体発光素子1のp 型
電極、電極9が半導体発光素子1のn 型電極となり、こ
れらの間に正のバイアスを引加することによって、半導
体発光素子1を順方向にバイアスし、半導体活性層17
で電子正孔の再結合を生じさせ発光させることができ
る。Further, the electrode 8 is a p-type electrode of the semiconductor light-emitting device 1, and the electrode 9 is an n-type electrode of the semiconductor light-emitting device 1. By applying a positive bias between these electrodes, the semiconductor light-emitting device 1 is sequentially turned on. In the semiconductor active layer 17
Then, recombination of electron holes is caused to emit light.
【0043】次に本実施例の半導体発光素子の温度セン
サ2について具体的な材料を用いて詳しく説明する。本
実施例に特徴的な点として、半導体発光素子1に用いら
れているn 型電極9が形成されているn 型半導体層20
の上に、電極10、11、12および導電性膜13が形
成されている点がある。ここで、導電性膜13は温度に
よって抵抗が変化する素子であり、例えば、半導体層2
0と反対の導電性を有する半導体、例えば、GaN からな
るp 型半導体によって形成されている。この導電性膜1
3がp型半導体で形成されている場合、例えば、Mgまた
はZn、Beを添加不純物とし、例えば、1x1016から5x1018
cm-3添加されている。Next, the temperature sensor 2 of the semiconductor light emitting device of this embodiment will be described in detail using specific materials. This embodiment is characterized in that the n-type semiconductor layer 20 on which the n-type electrode 9 used in the semiconductor light emitting device 1 is formed.
There is a point on which electrodes 10, 11, 12 and a conductive film 13 are formed. Here, the conductive film 13 is an element whose resistance changes depending on the temperature.
It is formed of a semiconductor having a conductivity opposite to zero, for example, a p-type semiconductor made of GaN. This conductive film 1
When 3 is formed of a p-type semiconductor, for example, Mg, Zn, or Be is used as an additional impurity, and for example, 1 × 10 16 to 5 × 10 18
cm -3 has been added.
【0044】また、電極9、10、11、12は導電性
膜13の電極となり、例えば、厚さ0.01から3 〓の、P
t,W,SiC,Ti,Au,Cr,Ni,Al 、Taなどの金属やその積層
膜、または合金、あるいはその酸化膜で形成されてい
る。これらは、例えば、線状に形成された導電性膜13
の両端にそれぞれ電極9および電極12が形成され、第
1および第2の電流端子となっている。The electrodes 9, 10, 11, and 12 serve as electrodes of the conductive film 13 and have a thickness of, for example, 0.01 to 3 mm.
It is formed of a metal such as t, W, SiC, Ti, Au, Cr, Ni, Al and Ta, a laminated film thereof, an alloy thereof, or an oxide film thereof. These are, for example, a conductive film 13 formed in a linear shape.
The electrodes 9 and 12 are formed at both ends, respectively, to serve as first and second current terminals.
【0045】ここで、導電性膜13は、半導体膜20と
非抵抗性接触、例えば、ショットキー障壁を形成した接
触となっていることが、半導体膜20の寄生抵抗を導電
性膜13の抵抗から分離することができ望ましい。Here, the fact that the conductive film 13 is in a non-resistance contact with the semiconductor film 20, for example, a contact forming a Schottky barrier, indicates that the parasitic resistance of the semiconductor film 20 is reduced by the resistance of the conductive film 13. Is desirable.
【0046】さらに、導電性膜13の電極9に近い側に
は、導電性膜13が分岐して電極10が、また導電性膜
13の電極12に近い側には、導電性膜13が分岐して
電極11が形成されている。これら電極10および電極
11は、第1および第2の電圧端子となっている。これ
ら電極9、10、11、12によって、四端子法による
抵抗測定が可能となっており、電極のコンタクト抵抗に
依らず、導電性膜13の抵抗を測定することができる。Further, on the side of the conductive film 13 near the electrode 9, the conductive film 13 branches and the electrode 10, and on the side of the conductive film 13 near the electrode 12, the conductive film 13 branches. Thus, an electrode 11 is formed. These electrodes 10 and 11 serve as first and second voltage terminals. The electrodes 9, 10, 11, and 12 enable resistance measurement by the four-terminal method, and the resistance of the conductive film 13 can be measured regardless of the contact resistance of the electrodes.
【0047】次に、本実施例の半導体発光素子の製造工
程を説明する。先ず、図3に示すように、例えば、アル
ミナ、またはC 面サファイア基板やMgO 、スピネル、Si
C からなる成長基板7を準備する。この成長基板7は、
機械的強度を維持するために、50μm以上の厚さ形成さ
れていることが望ましい。Next, the manufacturing process of the semiconductor light emitting device of this embodiment will be described. First, as shown in FIG. 3, for example, alumina or a C-plane sapphire substrate, MgO, spinel, Si
A growth substrate 7 made of C is prepared. This growth substrate 7
In order to maintain the mechanical strength, it is desirable that the thickness be 50 μm or more.
【0048】次に、例えば、有機金属CVD(MOCVD)法、分
子線エピタキシャル成長法(MBE) 法、または気相成長法
(VPE) 法によって、例えば500 から600 ℃で低温成長し
たGaN またはAlN をバッファ層として、900 から1100℃
で、シリコンを添加しながら、厚さ0.3 から10μmのn
型GaN 半導体層20を全面堆積する。このn 型GaN 半導
体層20形成前に、例えば、SiO 2 によって基板をパタ
ーニングし、転位密度を減少させるようにしてもよい。Next, for example, metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), molecular beam epitaxy (MBE), or vapor phase epitaxy
For example, GaN or AlN grown at a low temperature of 500 to 600 ° C using GaN or AlN as a buffer layer by the (VPE) method.
Then, while adding silicon, the thickness of 0.3 to 10 μm n
Type GaN semiconductor layer 20 is deposited on the entire surface. Before forming the n-type GaN semiconductor layer 20, the substrate may be patterned with, for example, SiO 2 to reduce the dislocation density.
【0049】次に、例えば、900 から1100℃で、シリコ
ンを添加しつつ、厚さ0.1 から1 μmのn 型Alx Ga1-x
N 半導体キャリア障壁層19を全面堆積する。ここで、
Inを添加して半導体キャリア障壁層19をAlx Ga1-x y
Iny N とした場合には、Inの再蒸発を防ぐために成長温
度を低温化し、たとえば、600 から1000℃の間、典型的
には800 ℃で成長すればよい。Next, for example, at 900 to 1100 ° C., while adding silicon, an n-type Al x Ga 1-x having a thickness of 0.1 to 1 μm is added.
An N semiconductor carrier barrier layer 19 is deposited on the entire surface. here,
The semiconductor carrier barrier layer 19 is doped with In to add Al x Ga 1-x y
In the case of In y N, the growth temperature may be lowered to prevent re-evaporation of In, for example, the growth may be performed at 600 to 1000 ° C., typically 800 ° C.
【0050】次に、例えば、800 から1100℃で、厚さ0.
01から0.3 μmのn 型GaN 半導体光ガイド層18を全面
堆積する。次に、例えば、600 から1000℃で、厚さ0.00
1 から0.2 μmの、例えば、InGaN からなる半導体活性
層17を全面堆積する。この半導体活性層17は、例え
ば、それぞれ0.001 から0.2 μmの厚さのInGaAlN とIn
GaN との多重量子井戸構造となっていてもよく、これに
は、例えば、Alの組成を積層時に時間的に周期的に変化
させればよい。Next, for example, at 800 to 1100 ° C., with a thickness of 0.
An n-type GaN semiconductor light guide layer 18 of 01 to 0.3 μm is entirely deposited. Next, for example, at a temperature of 600 to 1000 ° C and a thickness of 0.00
A semiconductor active layer 17 of, for example, InGaN of 1 to 0.2 μm is deposited on the entire surface. This semiconductor active layer 17 is made of, for example, InGaAlN and In each having a thickness of 0.001 to 0.2 μm.
It may have a multiple quantum well structure with GaN, for example, by changing the Al composition temporally and periodically during lamination.
【0051】次に、例えば、900 から1100℃で、Mgまた
はZn、Beを添加しながら、p 型GaN半導体光ガイド層1
6を全面堆積する。次に、例えば、900 から1100℃で、
MgまたはZn、Beを添加しながら、p 型AlxGa1-x N 半導
体キャリア障壁層15を全面堆積する。ここで、Inを添
加して半導体キャリア障壁層15をAlx Ga1-x yIny N
としてもよく、その場合には、Inの再蒸発を防ぐために
成長温度を低温化し、たとえば、600 から1000℃の間、
典型的には800 ℃で成長すればよい。Next, for example, at 900 to 1100 ° C., while adding Mg, Zn, or Be, the p-type GaN semiconductor light guide layer 1 is formed.
6 is deposited on the entire surface. Then, for example, at 900 to 1100 ° C,
A p-type Al x Ga 1 -xN semiconductor carrier barrier layer 15 is deposited over the entire surface while adding Mg, Zn, and Be. Here, the semiconductor carrier barrier layer 15 is doped with In to add Al x Ga 1-x y In y N
In that case, the growth temperature is lowered to prevent re-evaporation of In, for example, between 600 and 1000 ° C.
Typically, growth may be performed at 800 ° C.
【0052】次に、図4(断面図)図5(上面図)に示
すように、例えば、リソグラフィと選択拡散またはイオ
ン注入を用いることにより、1 から100 μm幅の活性領
域の両側に、ストライプ状に選択的にZnを添加し、例え
ば、300 から1000℃で熱拡散する。これにより、高抵抗
領域21を形成する。この工程では、原子の相互拡散が
生じ、半導体活性層17の外側の半導体キャリア障壁層
15、半導体光ガイド層16、半導体活性層17、半導
体光ガイド層18、半導体キャリア障壁層19が無秩序
化し混晶化する。このZnを拡散する代替として、例え
ば、プロトンやアルゴンをイオン注入して高抵抗領域2
1を形成してもよい。この高抵抗領域21の深さは、半
導体光ガイド層16、半導体活性層17、半導体光ガイ
ド層18の領域が含まれていればよく、半導体キャリア
障壁層19まで高抵抗化しなくてもよい。Next, as shown in FIG. 4 (cross-sectional view) and FIG. 5 (top view), stripes are formed on both sides of an active region having a width of 1 to 100 μm by using, for example, lithography and selective diffusion or ion implantation. Zn is selectively added in the form, and thermal diffusion is performed at, for example, 300 to 1000 ° C. Thereby, the high resistance region 21 is formed. In this step, interdiffusion of atoms occurs, and the semiconductor carrier barrier layer 15, the semiconductor optical guide layer 16, the semiconductor active layer 17, the semiconductor optical guide layer 18, and the semiconductor carrier barrier layer 19 outside the semiconductor active layer 17 are disordered and mixed. Crystallize. As an alternative to diffusing Zn, for example, ion implantation of protons or argon may
1 may be formed. The depth of the high-resistance region 21 only needs to include the regions of the semiconductor light guide layer 16, the semiconductor active layer 17, and the semiconductor light guide layer 18, and it is not necessary to increase the resistance to the semiconductor carrier barrier layer 19.
【0053】次に、例えば、800 から1100℃で、Mgまた
はZn、Beを添加しながら、p 型GaN半導体コンタクト層
14を全面堆積する。次に、図6(断面図)図7(上面
図)に示すように、半導体発光素子1となる以外の部
分、すなわち、1 から100 μm幅の活性領域の高抵抗領
域21を、例えば1 から100 μm幅残して、半導体層2
0に達するまでリソグラフィとエッチングを行う。Next, a p-type GaN semiconductor contact layer 14 is deposited over the entire surface at, for example, 800 to 1100 ° C. while adding Mg, Zn, or Be. Next, as shown in FIG. 6 (cross-sectional view) and FIG. 7 (top view), a portion other than the semiconductor light emitting element 1, that is, a high-resistance region 21 of an active region having a width of 1 to 100 μm is formed, for example, from 1 to 100 μm. Semiconductor layer 2 leaving 100 μm width
Lithography and etching are performed until the number reaches zero.
【0054】次に、図8(断面図)図9(上面図)に示
すように、導電性薄膜13となる、例えば、厚さ0.01か
ら3 μmの、Pt,W,SiC,Ti,Au,Cr,Ni,Al などの金属をス
パッタまたは蒸着法によって半導体層20上に堆積し、
リソグラフィとエッチング法によってパターニングを行
う。この製造方法の代替として、例えば、あらかじめレ
ジストなどの犠牲膜を全面堆積し、リソグラフィを行い
半導体層20に達する段差を犠牲膜に形成した後、導電
性薄膜13となる、厚さ0.01から3 μmの、Pt,W,SiC,T
i,Au,Cr,Ni,Ta,Alなどの金属をスパッタまたは蒸着法に
よって堆積し、犠牲膜をエッチングして取り除くことに
より、導電性薄膜13をパターニングする、いわゆるリ
フトオフ法を用いてもよい。また、この金属膜を形成し
た後に、例えば、酸素プラズマやO2 ガスなどの酸化雰
囲気で処理することにより、W,Ni、Cu、Cr,Ta,Tiの金属
結晶粒界に酸化物を形成した化合膜を形成してもよい。Next, as shown in FIG. 8 (cross-sectional view) and FIG. 9 (top view), for example, Pt, W, SiC, Ti, Au, A metal such as Cr, Ni, or Al is deposited on the semiconductor layer 20 by sputtering or evaporation,
Patterning is performed by lithography and etching. As an alternative to this manufacturing method, for example, a sacrificial film such as a resist is deposited on the entire surface in advance, lithography is performed, and a step reaching the semiconductor layer 20 is formed in the sacrificial film, and then the conductive thin film 13 is formed to a thickness of 0.01 to 3 μm. Of Pt, W, SiC, T
A so-called lift-off method of patterning the conductive thin film 13 by depositing a metal such as i, Au, Cr, Ni, Ta, or Al by sputtering or vapor deposition and removing the sacrificial film by etching may be used. After forming this metal film, for example, an oxide was formed at the metal grain boundaries of W, Ni, Cu, Cr, Ta, and Ti by performing treatment in an oxidizing atmosphere such as oxygen plasma or O 2 gas. A compound film may be formed.
【0055】次に、予めレジストなどの犠牲膜を全面堆
積し、リソグラフィを行い半導体コンタクト層14の上
部に、半導体コンタクト層14に達する段差を犠牲膜に
形成した後、厚さ0.01から3 μmの、MgやZnを添加した
Ni、TiまたはAuの金属をスパッタまたは蒸着法によって
堆積し、前記犠牲膜をエッチングして取り除くことによ
り、p 型電極8を形成する。Next, a sacrificial film such as a resist is deposited on the entire surface in advance, and lithography is performed to form a step reaching the semiconductor contact layer 14 on the semiconductor contact layer 14, and then a sacrificial film having a thickness of 0.01 to 3 μm is formed. , Mg and Zn added
A p-type electrode 8 is formed by depositing a metal of Ni, Ti or Au by sputtering or vapor deposition and removing the sacrificial film by etching.
【0056】次に、予めレジストなどの犠牲膜を全面堆
積し、リソグラフィを行い半導体層20の上部に、半導
体層20に達する段差を犠牲膜に形成した後、厚さ0.01
から3 μmの、SiやGeを添加したNi、TiまたはAuの金属
をスパッタまたは蒸着法によって堆積し、前記犠牲膜を
エッチングして取り除くことにより、n 型電極9を形成
する。Next, a sacrificial film such as a resist is deposited on the entire surface in advance, and lithography is performed to form a step reaching the semiconductor layer 20 on the semiconductor layer 20.
An n-type electrode 9 is formed by depositing a metal of Ni, Ti or Au to which Si or Ge is added by sputtering or vapor deposition, and removing the sacrificial film by etching.
【0057】最後に、予めレジストなどの犠牲膜を全面
堆積し、リソグラフィを行い半導体層20の上部に、半
導体層20に達する段差を形成した後、厚さ0.01から3
μmの、Ni、TiまたはAuの金属をスパッタまたは蒸着法
によって堆積し、前記犠牲膜をエッチングして取り除く
ことにより、温度センサの電極10、11、12を形成
する。ここで、電極10、11、12と半導体膜20と
の間の並列抵抗が、導電性薄膜13の抵抗と、電極9と
半導体膜20との抵抗との和よりも大きくなればよい。Finally, a sacrificial film such as a resist is deposited on the entire surface in advance, and lithography is performed to form a step reaching the semiconductor layer 20 on the semiconductor layer 20.
The electrodes 10, 11, and 12 of the temperature sensor are formed by depositing a metal of Ni, Ti or Au with a thickness of μm by sputtering or vapor deposition, and removing the sacrificial film by etching. Here, the parallel resistance between the electrodes 10, 11, 12 and the semiconductor film 20 may be larger than the sum of the resistance of the conductive thin film 13 and the resistance of the electrode 9 and the semiconductor film 20.
【0058】この電極10、11、12を形成するに
は、電極8を形成するプロセスおよび金属膜で電極1
0、11、12を形成すると同時に行っても良く、電極
10、11、12と半導体膜20との間にpn接合または
ショットキー接合が形成されるため、高抵抗となり半導
体膜20で形成される寄生抵抗の影響が減少し望まし
い。In order to form the electrodes 10, 11, and 12, the process of forming the electrode 8 and the formation of the electrode 1 by using a metal film are performed.
It may be performed simultaneously with the formation of 0, 11, and 12, and since a pn junction or a Schottky junction is formed between the electrodes 10, 11, and 12 and the semiconductor film 20, the resistance becomes high and the semiconductor film 20 is formed. This is desirable because the effect of parasitic resistance is reduced.
【0059】さらに、絶縁体からなる成長基板7を、例
えば、裏面からポリッシングやエッチングによって研磨
し50から100 μmの厚さに薄膜化する。さらに、銅また
はアルミニウム、または熱伝導率の高いアルミナなどの
セラミックスからなるヒートシンク5の上に堆積または
接着形成されたダイヤモンドや、シリコンカーバイド、
アルミナ、窒化アルミ膜、雲母、またはシリコンゴムか
らなるサブマウント3上に、成長基板7の裏面を接触さ
せ、図1(断面図)図2(上面図)に示す実施例1の半
導体発光素子が形成される。Further, the growth substrate 7 made of an insulator is polished from the back surface by polishing or etching, for example, to be thinned to a thickness of 50 to 100 μm. Further, diamond, silicon carbide, or diamond deposited or bonded on a heat sink 5 made of copper or aluminum, or ceramics such as alumina having high thermal conductivity.
The back surface of the growth substrate 7 is brought into contact with the submount 3 made of alumina, aluminum nitride film, mica, or silicon rubber, and the semiconductor light emitting device of the first embodiment shown in FIG. 1 (cross-sectional view) and FIG. It is formed.
【0060】次に、本実施例での半導体発光素子1の熱
破壊を防止する制御例を示す。図10は、半導体発光素
子1の熱破壊を防止するための制御回路である。ダイオ
ード等からなる半導体発光素子1の一方の電極端子8に
電流源24の出力が接続され、他方の電極端子9は接地
されて定電流駆動されるようになっている。また、この
電流源24には、制御入力ノード23が接続されてお
り、制御入力ノード23の電圧または電流によって、出
力電流が変化する。さらに、制御入力ノード23は比較
器22の出力となっている。また、温度センサとなる導
電性薄膜からなる抵抗器13は、一方の電流入力端子1
2を、第2の電流源25に接続されている。また、高電
圧側の電圧端子11は比較器22の負の制御入力に、ま
た、低電圧側の電圧端子10は比較器22の正の制御入
力に接続されている。比較器22としては、入力と線形
に変化するものを用いてもよいし、ある電圧を閾値とし
て出力電圧が大きく変化する特性を有するものを用いて
もよい。Next, a control example for preventing thermal destruction of the semiconductor light emitting device 1 in this embodiment will be described. FIG. 10 is a control circuit for preventing the thermal destruction of the semiconductor light emitting device 1. The output of the current source 24 is connected to one electrode terminal 8 of the semiconductor light emitting element 1 composed of a diode or the like, and the other electrode terminal 9 is grounded and driven at a constant current. A control input node 23 is connected to the current source 24, and the output current changes according to the voltage or current of the control input node 23. Further, the control input node 23 is an output of the comparator 22. A resistor 13 made of a conductive thin film serving as a temperature sensor is connected to one of the current input terminals 1.
2 is connected to a second current source 25. The high voltage terminal 11 is connected to the negative control input of the comparator 22, and the low voltage terminal 10 is connected to the positive control input of the comparator 22. As the comparator 22, a comparator that changes linearly with the input may be used, or a comparator having a characteristic that the output voltage greatly changes with a certain voltage as a threshold may be used.
【0061】図10に示す回路構成では、半導体発光素
子1 の温度が上昇すると、導電性薄膜からなる抵抗器1
3を金属薄膜で形成している場合、その抵抗が増加す
る。そのため、比較器22の入力端子11の端子10に
対する電位差が増大する。よって、その出力23は温度
が高い場合には、より負の電圧となり、電流源24の電
流出力を抑制する。このようにすることにより、半導体
発光素子1に負帰還をかけることができ、温度が上昇し
た場合の半導体発光素子1の破壊や劣化を防ぐことがで
きる。In the circuit configuration shown in FIG. 10, when the temperature of the semiconductor light emitting element 1 rises, the resistor 1 made of a conductive thin film
When 3 is formed of a metal thin film, its resistance increases. Therefore, the potential difference between the input terminal 11 and the terminal 10 of the comparator 22 increases. Therefore, the output 23 has a more negative voltage when the temperature is high, and suppresses the current output of the current source 24. By doing so, it is possible to apply a negative feedback to the semiconductor light emitting device 1, and it is possible to prevent the semiconductor light emitting device 1 from being broken or deteriorated when the temperature rises.
【0062】また、図10において、導電性薄膜からな
る抵抗器13として、半導体薄膜を用いることもでき
る。この場合、温度が上昇すると、キャリア濃度が増加
するため抵抗が減少する。この場合、図10の比較器2
2の正入力端子10および負入力端子11を互いに交換
すれば、前記と同様に負帰還をかけることができる。In FIG. 10, a semiconductor thin film can be used as the resistor 13 made of a conductive thin film. In this case, when the temperature increases, the resistance decreases because the carrier concentration increases. In this case, the comparator 2 in FIG.
If the positive input terminal 10 and the negative input terminal 11 are exchanged with each other, negative feedback can be applied in the same manner as described above.
【0063】また、本実施例では以下の特徴がある。 1)半導体発光素子と温度センサを別に形成した場合と比
較して、それぞれの端子数2つと4つの和の6つよりも
端子を共通に用いることにより5つに減少させることが
でき、より、ボンディング起因の信頼性の問題の確率を
減少させ、合わせずれ、およびパッド面積を小さくする
ことができる。 2)温度センサとして平面型の抵抗素子を用いることがで
き、四端子測定のパターンを容易に形成することができ
る。よって、温度センサ2の抵抗を測定する場合に、温
度センサ2のコンタクト部の直列寄生抵抗の影響を取り
除くことができ、より精度よく温度測定を行うことがで
きる。また、抵抗素子として金属薄膜を用いた場合に
は、絶対温度に対して線形に依存し抵抗変化の直線性が
良い特性を得ることができる。よって、負帰還をかける
場合に線形動作をより安定して行わせることができ、安
定した温度管理をすることができる。 3)レーザーの閾値電流I thの温度依存性は、例えば、温
度をT とし、A 、Bを定数として、I thからBexp(AT)に依
存することが、例えば、S. M. Sze, "Physicsof Semi
conductor Devices", (2 nd edition) John Wiley and
Sons Inc. p732(1981) で知られている。また、レーザ
ーの光出力Poは、電子正孔の再結合と光子についての生
成消滅微分方程式を解くことにより、注入電流をI 、C
を定数として、PoからC(I-I th) に依存する。よって、
本実施例のように温度を精密に測定することによって、
I thを推測し、それによって、I-I thが一定となるよう
に制御すれば、レーザー光出力Poも一定とすることがで
きる。これにより、従来必要であった、レーザー光出力
の校正のための受光素子を省略することができ、より簡
単かつ高集積化可能で出力が一定のレーザー発光素子ユ
ニットを実現できる。 4)本実施例の製造工程では、温度センサ2の電極9の形
成を半導体発光素子1の電極9の形成と共通化してい
る。このため、温度センサ2と半導体発光素子1を別々
に形成するよりも工程数を減らすことができ、より製造
コストを下げることができる。The present embodiment has the following features. 1) Compared to the case where the semiconductor light emitting element and the temperature sensor are separately formed, the number of terminals can be reduced to five by using the terminals in common rather than the sum of two and four, and The probability of reliability problems due to bonding can be reduced, and misalignment and pad area can be reduced. 2) A planar resistance element can be used as the temperature sensor, and a four-terminal measurement pattern can be easily formed. Therefore, when measuring the resistance of the temperature sensor 2, the influence of the series parasitic resistance of the contact portion of the temperature sensor 2 can be removed, and the temperature can be measured more accurately. Further, when a metal thin film is used as the resistance element, it is possible to obtain a characteristic in which the resistance changes linearly with respect to the absolute temperature and the linearity of the resistance change is good. Therefore, when negative feedback is applied, linear operation can be performed more stably, and stable temperature management can be performed. 3) The temperature dependency of the threshold current I th of the laser is, for example, that the temperature is T, and A and B are constants, and that from I th to Bexp (AT), for example, SM Sze, "Physics of Semi
conductor Devices ", (2 nd edition ) John Wiley and
Sons Inc. p732 (1981). Also, the laser light output Po is obtained by solving the injection currents I and C by solving the electron-hole recombination and the generation-annihilation differential equation for photons.
Is dependent on Po to C (II th ) as a constant. Therefore,
By precisely measuring the temperature as in this example,
By estimating I th and thereby controlling II th to be constant, the laser light output Po can also be constant. As a result, it is possible to omit the light receiving element for calibrating the laser light output, which is conventionally required, and it is possible to realize a laser light emitting element unit which can be more easily integrated and has a constant output. 4) In the manufacturing process of this embodiment, the formation of the electrode 9 of the temperature sensor 2 is shared with the formation of the electrode 9 of the semiconductor light emitting element 1. For this reason, the number of steps can be reduced as compared with the case where the temperature sensor 2 and the semiconductor light emitting element 1 are separately formed, and the manufacturing cost can be further reduced.
【0064】(実施例2)図11は本発明の実施例2に
係る半導体発光素子の断面図、図12はその上面図であ
る。図11は、図12のA-A'方向断面図である。(Embodiment 2) FIG. 11 is a sectional view of a semiconductor light emitting device according to Embodiment 2 of the present invention, and FIG. 12 is a top view thereof. FIG. 11 is a sectional view taken along the line AA ′ of FIG.
【0065】実施例1では、温度センサ2を半導体層2
0上の半導体素子1が形成されていない領域に形成した
が、実施例2では、温度センサ2を半導体層20上の、
半導体発光素子1が形成されたその上に形成した例であ
る。In the first embodiment, the temperature sensor 2 is
However, in Example 2, the temperature sensor 2 was formed on the semiconductor layer 20 on the semiconductor layer 20.
This is an example in which the semiconductor light emitting device 1 is formed thereon.
【0066】すなわち、半導体コンタクト層14の上部
には、例えば、MgやZnを添加したNi、TiまたはAuで形成
されたp 型電極8が形成されている。このp 型電極8は
半導体コンタクト層14に対するオーミック電極となっ
ている。半導体コンタクト層14、半導体キャリア障壁
層15、半導体光ガイド層16、半導体活性層17、半
導体光ガイド層18、半導体キャリア障壁層19はpn接
合を形成し、半導体発光素子1 を構成している。That is, a p-type electrode 8 made of, for example, Ni, Ti or Au added with Mg or Zn is formed on the semiconductor contact layer 14. The p-type electrode 8 is an ohmic electrode for the semiconductor contact layer 14. The semiconductor contact layer 14, the semiconductor carrier barrier layer 15, the semiconductor light guide layer 16, the semiconductor active layer 17, the semiconductor light guide layer 18, and the semiconductor carrier barrier layer 19 form a pn junction and constitute a semiconductor light emitting device 1.
【0067】さらに、半導体層19と0.3 から5 μm離
れて、p型電極8と反対の導電型を有するn 型電極9が
形成されている。電極8が半導体発光素子1のp 型電
極、電極9が半導体発光素子1のn 型電極となり、これ
らの間に正のバイアスを引加することによって、半導体
レーザー発光素子を順方向にバイアスし、発光させるこ
とができる。Further, an n-type electrode 9 having a conductivity type opposite to that of the p-type electrode 8 is formed at a distance of 0.3 μm from the semiconductor layer 19. The electrode 8 serves as a p-type electrode of the semiconductor light emitting device 1 and the electrode 9 serves as an n-type electrode of the semiconductor light emitting device 1. By applying a positive bias between them, the semiconductor laser light emitting device is biased in the forward direction. It can emit light.
【0068】さらに、本実施例では、p 型電極8 が形成
されているp 型半導体コンタクト層14の上に、電極
8' および導電性膜13が形成されている。こうするこ
とでより半導体発光素子の温度を正確に測定することが
可能となる。ここで、導電性膜13は温度によって抵抗
が変化する素子であり、例えば、厚さ0.01から1 μm
の、W,Ti,Au,Cr,Ni,Al,Ta などの金属によって形成され
ている。Further, in this embodiment, the electrode 8 'and the conductive film 13 are formed on the p-type semiconductor contact layer 14 on which the p-type electrode 8 is formed. This makes it possible to more accurately measure the temperature of the semiconductor light emitting device. Here, the conductive film 13 is an element whose resistance changes with temperature, and has a thickness of, for example, 0.01 to 1 μm.
Of metal such as W, Ti, Au, Cr, Ni, Al and Ta.
【0069】また、電極8および電極8' は導電性膜1
3の電極となり、例えば、厚さ0.01から3 μmの、Pt,
W,SiC,Ti,Au,Cr,Ni,Al,Taなどの金属かそれら積層膜や
合金、またはそれらの酸化膜まで形成されている。例え
ば、線状に形成された導電性膜13の両端にそれぞれ電
極8および電極8' が形成され、第1および第2の電流
電圧端子となっている。ここで、導電性膜13は、半導
体コンタクト層14と非抵抗性接触、例えば、ショット
キー障壁を形成した接触となっていることが、半導体コ
ンタクト層14寄生抵抗を導電性膜13の抵抗から分離
することができ望ましい。The electrodes 8 and 8 ′ are formed on the conductive film 1.
3 electrodes, for example, Pt, having a thickness of 0.01 to 3 μm,
Metals such as W, SiC, Ti, Au, Cr, Ni, Al, Ta, or their laminated films or alloys, or even their oxide films are formed. For example, electrodes 8 and electrodes 8 'are formed at both ends of the conductive film 13 formed in a linear shape, respectively, and serve as first and second current / voltage terminals. Here, the fact that the conductive film 13 is in a non-resistance contact with the semiconductor contact layer 14, for example, a contact forming a Schottky barrier, separates the parasitic resistance of the semiconductor contact layer 14 from the resistance of the conductive film 13. It can be desirable.
【0070】これら電極8および電極8' によって、導
電体膜13の抵抗測定が可能となっており、これら、電
極8、電極8' および導電性膜13によって、温度セン
サ2を形成している。The resistance of the conductor film 13 can be measured by the electrode 8 and the electrode 8 ′, and the temperature sensor 2 is formed by the electrode 8, the electrode 8 ′ and the conductive film 13.
【0071】本実施例の製造工程は、実施例1の図6お
よび図7に対応する工程まで同じである。その後、例え
ば、予めレジストなどの犠牲膜を全面堆積し、リソグラ
フィを行い半導体層20の上部に、半導体層20に達す
る段差を犠牲膜に形成した後、厚さ0.01から3 μmの、
SiやGeを添加したNi、TiまたはAuの金属をスパッタまた
は蒸着法によって堆積し、前記犠牲膜をエッチングして
取り除くことにより、n 型層の電極9を形成する。The manufacturing steps of the present embodiment are the same as those of the first embodiment up to the steps corresponding to FIGS. After that, for example, a sacrificial film such as a resist is deposited on the entire surface in advance, and a step reaching the semiconductor layer 20 is formed on the semiconductor layer 20 by lithography to form a step reaching the semiconductor layer 20, and then a thickness of 0.01 to 3 μm is formed.
An electrode 9 of an n-type layer is formed by depositing a metal of Ni, Ti or Au to which Si or Ge is added by sputtering or vapor deposition and removing the sacrificial film by etching.
【0072】次に、例えば、予めレジストなどの犠牲膜
を全面堆積し、リソグラフィを行い半導体コンタクト層
14の上部に、半導体コンタクト層14に達する段差を
犠牲膜に形成した後、厚さ0.01から3 μmの、MgやZnを
添加したNi、TiまたはAuの金属をスパッタまたは蒸着法
によって堆積し、前記犠牲膜をエッチングして取り除く
ことにより、p 型電極8を形成する。Next, for example, a sacrificial film such as a resist is deposited on the entire surface in advance, and lithography is performed to form a step reaching the semiconductor contact layer 14 on the semiconductor contact layer 14. A p-type electrode 8 is formed by depositing a μm metal of Ni, Ti or Au to which Mg or Zn has been added by sputtering or vapor deposition and etching away the sacrificial film.
【0073】また、この工程の後に、金属電極8とp 型
半導体コンタクト層14、または金属電極9とn 型半導
体コンタクト層20との抵抗性接触を良好にするため
に、例えば300 から1000℃のアニールを挿入してもよ
い。After this step, in order to improve the resistance contact between the metal electrode 8 and the p-type semiconductor contact layer 14 or between the metal electrode 9 and the n-type semiconductor contact layer 20, a temperature of 300 to 1000.degree. Annealing may be inserted.
【0074】さらに、例えば、予めレジストなどの犠牲
膜を全面堆積し、リソグラフィを行い半導体コンタクト
層14の上部に、半導体コンタクト層14に達する段差
を犠牲膜に形成した後、厚さ0.01から3 μmの、Ni、Ti
またはAuの金属をスパッタまたは蒸着法によって堆積
し、前記犠牲膜をエッチングして取り除くことにより、
温度センサの電極8' を形成する。この電極8' を形成
する工程は、例えば、電極9を形成する金属膜を形成す
る工程に含めて行っても良く、電極8' と半導体コンタ
クト層14との間にpn接合またはショットキー接合が形
成されるため、半導体コンタクト層14を通じた寄生抵
抗の影響が減少し望ましい。Further, for example, a sacrificial film such as a resist is deposited on the entire surface in advance, and a step reaching the semiconductor contact layer 14 is formed on the semiconductor contact layer 14 by lithography to form a step having a thickness of 0.01 to 3 μm. , Ni, Ti
Or by depositing Au metal by sputtering or vapor deposition, etching and removing the sacrificial film,
The electrode 8 'of the temperature sensor is formed. The step of forming the electrode 8 ′ may be performed, for example, in the step of forming a metal film for forming the electrode 9. A pn junction or a Schottky junction between the electrode 8 ′ and the semiconductor contact layer 14 may be formed. Since it is formed, the effect of the parasitic resistance through the semiconductor contact layer 14 is reduced, which is desirable.
【0075】ここで、特に、電極8' のp 型半導体コン
タクト層14に対する抵抗が、導電性薄膜13の抵抗
と、電極8とp 型半導体コンタクト層14との抵抗との
和よりも大きくなるようになれば、導電性薄膜13の抵
抗を測定する場合に、半導体コンタクト層14を通じた
寄生抵抗の影響を小さくすることができる。Here, particularly, the resistance of the electrode 8 ′ to the p-type semiconductor contact layer 14 is larger than the sum of the resistance of the conductive thin film 13 and the resistance of the electrode 8 and the p-type semiconductor contact layer 14. When measuring the resistance of the conductive thin film 13, the influence of the parasitic resistance through the semiconductor contact layer 14 can be reduced.
【0076】さらに、例えば、導電性薄膜13となる、
厚さ0.01から3 μmの、Pt,W,SiC,Ti,Au,Cr,Ni,Al,Taな
どの金属をスパッタまたは蒸着法によって半導体コンタ
クト層14上に堆積し、リソグラフィとエッチング法に
よってパターニングを行う。この製造方法の代替とし
て、例えば、予めレジストなどの犠牲膜を全面堆積し、
リソグラフィを行い半導体膜20に達する段差を形成し
た後、導電性薄膜13となる、厚さ0.01から3 μmの、
Pt,W,SiC,Ti,Au,Cr,Ni,Al,Taなどの金属をスパッタまた
は蒸着法によって堆積し、犠牲膜をエッチングして取り
除くことにより、導電性薄膜13を形成する、いわゆる
リフトオフ法を用いてもよい。Further, for example, the conductive thin film 13 becomes
A metal such as Pt, W, SiC, Ti, Au, Cr, Ni, Al, Ta or the like having a thickness of 0.01 to 3 μm is deposited on the semiconductor contact layer 14 by sputtering or vapor deposition, and patterned by lithography and etching. Do. As an alternative to this manufacturing method, for example, a sacrificial film such as a resist is deposited on the entire surface in advance,
After forming a step reaching the semiconductor film 20 by performing lithography, the conductive thin film 13 having a thickness of 0.01 to 3 μm is formed.
A so-called lift-off method of forming a conductive thin film 13 by depositing a metal such as Pt, W, SiC, Ti, Au, Cr, Ni, Al, Ta by sputtering or vapor deposition and etching away the sacrificial film. May be used.
【0077】また、この金属膜を形成した後に、例え
ば、酸素プラズマやO 2 ガスなどの酸化雰囲気で処理す
ることにより、W,Ni、Cu、Cr,Ti,Taの金属結晶粒界に酸
化物を形成した化合膜を形成してもよい。After this metal film is formed, it is treated in an oxidizing atmosphere such as oxygen plasma or O 2 gas to form an oxide on the metal grain boundaries of W, Ni, Cu, Cr, Ti and Ta. May be formed.
【0078】さらに、例えば、成長基板7を、例えば、
裏面からポリッシングやエッチングによって研磨し50か
ら100 μmの厚さに薄膜化してもよい。さらに、例え
ば、銅またはアルミニウム、または熱伝導率の高いアル
ミナなどのセラミックスからなるヒートシンク5の上に
堆積または接着形成されたダイヤモンドや、シリコンカ
ーバイド、アルミナ、窒化アルミ膜、雲母、またはシリ
コンゴムからなるサブマウント3上に、成長基板7の裏
面を接触させることで、実施例2の半導体発光素子が形
成される。Further, for example, the growth substrate 7 is
The back surface may be polished by polishing or etching to reduce the thickness to 50 to 100 μm. Further, for example, diamond, silicon carbide, alumina, an aluminum nitride film, mica, or silicon rubber is deposited or bonded on a heat sink 5 made of ceramic such as copper or aluminum or alumina having a high thermal conductivity. By bringing the back surface of the growth substrate 7 into contact with the submount 3, the semiconductor light emitting device of the second embodiment is formed.
【0079】図13は、実施例2にかかる半導体発光素
子の熱破壊を防止する制御回路図である。ダイオード等
からなる半導体発光素子1のp 型電極端子8にトランジ
スタQ1のソースドレイン電極の一方が接続されている。
ここで、p 型電極端子8は、温度センサ2の電極の一方
にもなっている。また、温度センサ2のもう一方の電極
8' には、トランジスタQ2のソースドレイン電極の一方
が接続されている。また、破線で囲まれた領域が、半導
体発光素子1と温度センサ2との集積回路に対応する。FIG. 13 is a control circuit diagram for preventing thermal destruction of the semiconductor light emitting device according to the second embodiment. One of the source and drain electrodes of the transistor Q1 is connected to the p-type electrode terminal 8 of the semiconductor light emitting element 1 composed of a diode or the like.
Here, the p-type electrode terminal 8 is also one of the electrodes of the temperature sensor 2. The other electrode 8 'of the temperature sensor 2 is connected to one of the source and drain electrodes of the transistor Q2. A region surrounded by a broken line corresponds to an integrated circuit of the semiconductor light emitting device 1 and the temperature sensor 2.
【0080】さらに、トランジスタQ1およびトランジス
タQ2のもう一方のソースドレイン電極は互いに接続され
て、電流源24の出力に接続されている。また、この電
流源24には、制御入力ノード23が接続されており、
制御入力ノード23の電圧または電流によって、出力電
流が変化する。Further, the other source and drain electrodes of the transistor Q1 and the transistor Q2 are connected to each other and to the output of the current source 24. Also, a control input node 23 is connected to the current source 24,
The output current changes depending on the voltage or current of the control input node 23.
【0081】さらに、トランジスタQ1の制御入力、つま
り、ゲート電極には、例えばバイアス電圧源32が接続
されている。このバイアス電圧源32は、レーザーが発
光するのに適当な電流をQ1のドレインとソースとの間に
流すように導通状態となるように設定されている。Further, for example, a bias voltage source 32 is connected to the control input of the transistor Q1, that is, the gate electrode. The bias voltage source 32 is set to be conductive so that an appropriate current for the laser to emit light flows between the drain and the source of Q1.
【0082】さらに、制御入力ノード23には、第1の
増幅器29の出力が接続され、第1の増幅器29の入力
には、周波数フィルタ、例えば、ローパスフィルタ27
の出力が接続されている。ここで、第1の増幅器29と
して、入力と線形に変化するものを用いてもよいし、あ
る電圧を閾値として出力電圧が大きく変化する特性を有
するものを用いてもよい。また、このローパスフィルタ
27のカットオフ周波数は、信号源28の周波数f より
も十分低い周波数とする。例えば、周波数f としては、
1Mから100Hz とし、カットオフ周波数としてはfの1/2
以下とするのが望ましい。Further, the output of the first amplifier 29 is connected to the control input node 23, and the input of the first amplifier 29 is connected to a frequency filter, for example, a low-pass filter 27.
Output is connected. Here, as the first amplifier 29, an amplifier that changes linearly with the input may be used, or an amplifier having a characteristic that the output voltage greatly changes with a certain voltage as a threshold may be used. The cut-off frequency of the low-pass filter 27 is set to a frequency sufficiently lower than the frequency f of the signal source 28. For example, as the frequency f,
From 1M to 100Hz, cutoff frequency is 1/2 of f
It is desirable to do the following.
【0083】さらに、ローパスフィルタ27の入力に
は、乗算器またはミキサ30の出力と接続され、その乗
算器またはミキサ30の第1の入力は、第2の増幅器3
1の出力と接続されている。また、第2の増幅器31の
入力は、電極8' と接続され、電極8' の電圧を第2の
増幅器31によって増幅している。ここで、第2の増幅
器31の入力インピーダンスは、電極8' と電極9との
抵抗に比較して十分大きいとする。電極8' の電圧をV
1 とし、ミキサの第2の入力の電圧をV 2 とし、ミキサ
の出力の電圧をV 3 とする。Further, the input of the low-pass filter 27 is connected to the output of the multiplier or mixer 30, and the first input of the multiplier or mixer 30 is connected to the second amplifier 3.
1 output. The input of the second amplifier 31 is connected to the electrode 8 ′, and the voltage of the electrode 8 ′ is amplified by the second amplifier 31. Here, it is assumed that the input impedance of the second amplifier 31 is sufficiently larger than the resistance between the electrode 8 ′ and the electrode 9. Voltage of electrode 8 'is V
1, and the voltage of the second input of the mixer and V 2, the voltage of the output of the mixer and V 3.
【0084】さらに、その乗算器またはミキサ30の第
2の入力は、コンデンサ26を通じてVoの電圧を与え
る、例えば、周波数f の信号源28が接続され、さら
に、トランジスタQ2の制御入力、つまり、ゲート入力に
接続されている。このコンデンサ26の代わりにハイパ
スフィルタを接続してもよい。ここで、この信号源28
は、電流をQ2のドレインとソースとの間に流すように、
常に導通状態となるように設定されていることが望まし
い。また電流源24は、Q1およびQ2の、ドレインおよび
ソース間のインピーダンスが十分大きければ、電圧源で
置き換えても構わない。Further, a second input of the multiplier or mixer 30 is connected to a signal source 28 having a voltage Vo, for example, of a frequency f through a capacitor 26, and furthermore, a control input of the transistor Q2, that is, a gate. Connected to input. A high-pass filter may be connected instead of the capacitor 26. Here, this signal source 28
So that the current flows between the drain and source of Q2,
It is desirable that the setting is made to be always in a conductive state. The current source 24 may be replaced with a voltage source if the impedance between the drain and the source of Q1 and Q2 is sufficiently large.
【0085】実施例2の半導体発光素子は、電極8から
半導体発光素子1へ流れ込む電流I1 と、電極8' から
半導体発光素子1へ流れ込む電流I 2 との和が、電流源
24で決まる一定値となるため、半導体発光素子1の発
光強度が電極8' の電圧に依らず一定となる。[0085] The semiconductor light emitting device of Example 2, the current I 1 flowing from the electrode 8 to the semiconductor light emitting element 1, the sum of the current I 2 flowing from the electrode 8 'to the semiconductor light emitting element 1 is determined by the current source 24 constant Therefore, the light emission intensity of the semiconductor light emitting device 1 becomes constant regardless of the voltage of the electrode 8 '.
【0086】また、本実施例の半導体発光素子は、トラ
ンジスタQ2、信号源28、第1の増幅器29、乗算器ま
たはミキサ30、ローパスフィルタ27、第2の増幅器
31が、周波数f で、電極8' と電極9との間のインピ
ーダンスを測定し、ノード23に与える装置となってい
る。この半導体発光素子では、電極8' の周波数f の成
分の出力電圧が微弱であっても、ローパスフィルタ27
で周波数f の成分を、他の周波数成分と分離して抽出す
ることができる。よって、電極8' の直流電圧オフセッ
トや、増幅器31の電圧オフセットに依らず高感度で電
極8' と電極9とのインピーダンス、特に、抵抗成分を
測定することができる。In the semiconductor light emitting device of this embodiment, the transistor Q2, the signal source 28, the first amplifier 29, the multiplier or mixer 30, the low-pass filter 27, and the second amplifier 31 This is a device for measuring the impedance between the 'and the electrode 9 and applying the measured impedance to the node 23. In this semiconductor light emitting device, even if the output voltage of the component of the frequency f of the electrode 8 'is weak, the low-pass filter 27
Thus, the component of the frequency f can be separated and extracted from other frequency components. Therefore, the impedance between the electrode 8 'and the electrode 9, particularly the resistance component, can be measured with high sensitivity regardless of the DC voltage offset of the electrode 8' and the voltage offset of the amplifier 31.
【0087】図14は図13に示す回路の信号波形の例
である。図14の左端の記号は、図13中の記号に対応
している。信号源28の出力V 0 が0VとV DDとで周期的
にduty50% で変化しているとする。ここでは、信号源2
8の出力波形として、矩形波を示したが、正弦波や三角
波など他の形状でもよい。この信号源28の出力に対応
して、トランジスタQ2のドレインとソースとの間のイン
ピーダンスが変化し、電流I 1 と電流I 2 とに周波数f
の成分、例えば、ΔI の成分が重畳される。ここで、ト
ランジスタQ1およびトランジスタQ2は1つの電流源24
から電流を供給されているため、電流I 1 と電流I 2 の
和は電流源の供給する電流となり一定となる。よって、
半導体発光素子1に流れる電流も一定となるため、発光
も周波数f で変化することなく一定となって、発光源と
しては望ましい。FIG. 14 is an example of a signal waveform of the circuit shown in FIG. The symbols at the left end in FIG. 14 correspond to the symbols in FIG. It is assumed that the output V 0 of the signal source 28 periodically changes between 0 V and V DD at a duty of 50%. Here, signal source 2
Although the rectangular waveform is shown as the output waveform 8, other shapes such as a sine wave and a triangular wave may be used. In response to the output of the signal source 28, the impedance between the drain of the transistor Q2 and the source is changed, the current I 1 and the current I 2 and the frequency f
, For example, the component of ΔI is superimposed. Here, the transistor Q1 and the transistor Q2 are connected to one current source 24.
Because it is supplied with current from the sum of the currents I 1 and the current I 2 is constant becomes a current supplied by the current source. Therefore,
Since the current flowing through the semiconductor light emitting element 1 is also constant, the light emission is constant without changing at the frequency f 2, which is desirable as a light emitting source.
【0088】次に、電流I 2 の変化に伴い、電極8' の
電圧も周波数f で変化する。この時、半導体発光素子1
の抵抗と導電体膜13の抵抗の和をR とすると、図14
に示すのように、V 1 には、最大電圧V a の直流成分に
R ΔI の振幅の周波数f の成分が重畳される。ここで、
半導体発光素子1の抵抗が導電体膜13の抵抗よりも十
分低いことが望ましく、この場合R を測定することによ
り導電体膜13の抵抗を測定することができる。[0088] Then, with the change of the current I 2, the voltage of the electrode 8 'is also changed in frequency f. At this time, the semiconductor light emitting element 1
Assuming that the sum of the resistance of the conductive film 13 and the resistance of the conductive film 13 is R, FIG.
As shown in, the V 1, the DC component of the maximum voltage V a
The component of the frequency f of the amplitude of R ΔI is superimposed. here,
It is desirable that the resistance of the semiconductor light emitting element 1 is sufficiently lower than the resistance of the conductor film 13. In this case, the resistance of the conductor film 13 can be measured by measuring R.
【0089】さらに、乗算器またはミキサ30の第2の
入力の電圧V 2 は、直流成分が0 となるように周波数f
で、乗算器またはミキサ30の第1の入力と位相が揃っ
た振幅ΔV の交流が加えられている。乗算器またはミキ
サ30の出力V 3 には、-VaΔV/2 とV a ΔV/2-R ΔI
ΔV/2 の振幅が得られる。よって、乗算器またはミキサ
30の出力V 3 の直流成分は-RΔI ΔV/4 となる。すな
わち、乗算器またはミキサ30の第2の入力の電圧V 2
の電圧成分の中で、周波数f で、乗算器またはミキサ3
0の第1の入力と位相が揃った交流成分に比例した成分
がV 3 の直流成分として得られる。Further, the voltage V 2 at the second input of the multiplier or mixer 30 is adjusted to the frequency f so that the DC component becomes zero.
In this case, an AC having an amplitude ΔV having the same phase as the first input of the multiplier or mixer 30 is applied. The output V 3 of the multiplier or mixer 30 includes -V a ΔV / 2 and V a ΔV / 2 -R ΔI
An amplitude of ΔV / 2 is obtained. Thus, the DC component of the output V 3 of the multiplier or mixer 30 is -RΔI ΔV / 4. That is, the voltage V 2 at the second input of the multiplier or mixer 30
Of the voltage component of the multiplier or mixer 3 at the frequency f
A first input component whose phase is proportional to the uniform AC component of 0 is obtained as the DC component of V 3.
【0090】一方、第1の増幅器31までで増幅された
周波数f 以外の成分、例えば、直流成分は、周波数f の
成分に変換されるため、ローパスフィルタ27で濾過さ
れる。よって、例えば、第2の増幅器31に直流オフセ
ット成分があっても非常に精度よく電極8' の抵抗R に
比例した成分を第1の増幅器29の出力として得ること
ができる。ここで、第1の増幅器29の増幅度を正負調
整することにより、実施例1と同様に負帰還をかけるこ
とができる。On the other hand, a component other than the frequency f amplified by the first amplifier 31, for example, a DC component, is converted into a component of the frequency f and is filtered by the low-pass filter 27. Therefore, for example, even if there is a DC offset component in the second amplifier 31, a component proportional to the resistance R of the electrode 8 'can be obtained very accurately as the output of the first amplifier 29. Here, by adjusting the amplification degree of the first amplifier 29 to positive or negative, negative feedback can be applied as in the first embodiment.
【0091】実施例2の半導体発光素子は、実施例1の
半導体発光素子の特徴の他に以下の特徴がある。実施例
2の半導体発光素子の製造工程では、導電性膜13を形
成するプロセスが、電極8、8' 、9を形成するプロセ
スの後にある。よって、電極8、8' および9の低抵抗
オーミック電極を得るためのアニールプロセスを経るこ
となく、導電性膜13を形成することができる。よっ
て、導電性膜13の経る熱工程を減らすことができ、よ
り安定な導電体膜13を形成することができる。The semiconductor light emitting device of the second embodiment has the following features in addition to the features of the semiconductor light emitting device of the first embodiment. In the manufacturing process of the semiconductor light emitting device according to the second embodiment, the process of forming the conductive film 13 is after the process of forming the electrodes 8, 8 ', and 9. Therefore, the conductive film 13 can be formed without going through the annealing process for obtaining the low-resistance ohmic electrodes of the electrodes 8, 8 'and 9. Therefore, the number of heat steps required for the conductive film 13 can be reduced, and a more stable conductive film 13 can be formed.
【0092】また、実施例2の半導体素子では、温度セ
ンサ2と半導体発光素子1の集積回路の端子数を3つに
減らすことができる。よって、より、配線数を減らすこ
とができ、配線コストおよび配線に起因する不良の発生
を減らし、パッド面積を小さくすることができる。In the semiconductor device of the second embodiment, the number of terminals of the integrated circuit of the temperature sensor 2 and the semiconductor light emitting device 1 can be reduced to three. Therefore, the number of wirings can be further reduced, wiring costs and occurrence of defects due to wirings can be reduced, and the pad area can be reduced.
【0093】(実施例3)図15は本発明の実施例3に
係る半導体発光素子の断面図、図16はその上面図であ
る。図15は、図16のA-A'方向断面図である。(Embodiment 3) FIG. 15 is a cross-sectional view of a semiconductor light emitting device according to Embodiment 3 of the present invention, and FIG. 16 is a top view thereof. FIG. 15 is a sectional view taken along the line AA ′ of FIG.
【0094】実施例3の半導体発光素子は、実施例2の
半導体発光素子の導電体膜13として、p 型半導体、例
えばp 型GaN 層14を線状に加工したものを用いた例で
ある。The semiconductor light emitting device of the third embodiment is an example in which a p-type semiconductor, for example, a p-type GaN layer 14 processed into a linear shape is used as the conductor film 13 of the semiconductor light emitting device of the second embodiment.
【0095】すなわち、図に示すように、左端のメサに
よって分離された線状のp 型GaN 層14が導電性膜13
となっており、高抵抗領域21上に形成されている。ま
た、導電性膜13の両端にp 型電極8および8' が形成
されている。電極8' はp 型GaN 層14に対する抵抗性
p 型電極となっている。That is, as shown in the figure, the linear p-type GaN layer 14 separated by the left-most mesa forms the conductive film 13.
And is formed on the high-resistance region 21. Further, p-type electrodes 8 and 8 ′ are formed at both ends of the conductive film 13. The electrode 8 'has a resistance to the p-type GaN layer 14.
It is a p-type electrode.
【0096】導電性膜13として、半導体層を用いてい
るので、温度によって、キャリア密度や移動度が変化す
るため、比抵抗から逆に温度を求めることができる。実
施例3の半導体発光素子は、実施例2の半導体発光素子
の特徴に加えて以下の特徴がある。Since a semiconductor layer is used as the conductive film 13, the carrier density and the mobility change depending on the temperature, so that the temperature can be obtained from the specific resistance. The semiconductor light emitting device of the third embodiment has the following features in addition to the features of the semiconductor light emitting device of the second embodiment.
【0097】p 型GaN 層からなる導電性膜13を、高抵
抗領域21上に形成しているので、他のp 型GaN 層14
から電気的に分離することができる。また、導電性膜1
3がp 型GaN 層で形成されているため、半導体発光素子
1を形成する以外の物質を新たに導電性膜13として形
成する必要がなく、汚染の問題が少なく、また、工程数
を削減することができる。Since the conductive film 13 made of the p-type GaN layer is formed on the high-resistance region 21, the other p-type GaN layer 14
Can be electrically separated from the Also, the conductive film 1
Since the layer 3 is formed of a p-type GaN layer, it is not necessary to newly form a material other than the semiconductor light emitting element 1 as the conductive film 13, so that there is little problem of contamination and the number of steps is reduced. be able to.
【0098】(実施例4)図17は本発明の実施例4に
係る半導体発光素子の断面図、図18はその上面図であ
る。図17は、図18のA-A'方向断面図である。(Embodiment 4) FIG. 17 is a sectional view of a semiconductor light emitting device according to Embodiment 4 of the present invention, and FIG. 18 is a top view thereof. FIG. 17 is a sectional view taken along the line AA ′ of FIG.
【0099】実施例4の半導体発光素子は、半導体層2
0のn 型半導体層をメサ加工して、導電性膜13として
用い、温度センサとしたものである。すなわち、図に示
すように、電極9がn 型半導体層20上に形成されてい
る他に、前記n 型半導体層20上に前記電極9とは分離
して電極9' が形成されている。このとき電極9' は、
n 型半導体層20に対してオーミック電極となることが
望ましい。The semiconductor light emitting device of the fourth embodiment has the semiconductor layer 2
The n-type semiconductor layer of No. 0 is mesa processed and used as the conductive film 13 to form a temperature sensor. That is, as shown in the drawing, an electrode 9 ′ is formed on the n-type semiconductor layer 20 separately from the electrode 9, in addition to the electrode 9 being formed on the n-type semiconductor layer 20. At this time, the electrode 9 '
It is desirable to be an ohmic electrode for the n-type semiconductor layer 20.
【0100】ここで、半導体層20の比抵抗は温度によ
って変化するため、この比抵抗に比例した半導体層20
の電極9' の抵抗を測定することによって、温度を測定
することができる。Here, since the specific resistance of the semiconductor layer 20 changes with temperature, the semiconductor layer 20 in proportion to this specific resistance is changed.
By measuring the resistance of the electrode 9 ', the temperature can be measured.
【0101】図19は実施例4の半導体発光素子の温度
を測定し、帰還をかけるための回路図をである。この回
路は、基本的には、図13の回路と同じであるが、半導
体発光素子1のn 型電極9、9' に、温度を測定する導
電性膜13(抵抗領域)が形成されている。そのため、
定電流源24の電流を流す方向が逆となり、また、半導
体発光素子1のpn接合を正にバイアスするために、電圧
源40が接続されている。測定に関する回路動作につい
ては、実施例2と本質的に同じであるので省略する。FIG. 19 is a circuit diagram for measuring the temperature of the semiconductor light emitting device of Embodiment 4 and applying feedback. This circuit is basically the same as the circuit of FIG. 13, except that a conductive film 13 (resistance region) for measuring a temperature is formed on the n-type electrodes 9 and 9 ′ of the semiconductor light emitting device 1. . for that reason,
The direction of flowing the current from the constant current source 24 is reversed, and a voltage source 40 is connected to positively bias the pn junction of the semiconductor light emitting device 1. The circuit operation related to the measurement is basically the same as that of the second embodiment, and thus the description is omitted.
【0102】実施例4の半導体発光素子は、実施例2の
半導体発光素子の特徴に加えて以下の特徴がある。導電
性膜13がn 型GaN 層で形成されているため、半導体発
光素子1を形成する以外の物質を新たに導電膜13とし
て形成する必要がなく、汚染の問題が少なく、また工程
数を削減することができる。さらに、半導体発光素子1
の両側に、n 型半導体に対する複数の電極を形成してお
り、電極に流れる電流を分散させ、n 型半導体の抵抗お
よびコンタクト抵抗の影響を小さく抑え、より、それら
寄生抵抗成分による発熱を小さく抑えることができる。The semiconductor light emitting device of the fourth embodiment has the following features in addition to the features of the semiconductor light emitting device of the second embodiment. Since the conductive film 13 is formed of an n-type GaN layer, there is no need to newly form a material other than the semiconductor light emitting device 1 as the conductive film 13, thereby reducing the problem of contamination and reducing the number of steps. can do. Further, the semiconductor light emitting device 1
A plurality of electrodes for the n-type semiconductor are formed on both sides of the substrate, dispersing the current flowing through the electrodes, minimizing the influence of the resistance and contact resistance of the n-type semiconductor, and further suppressing the heat generated by the parasitic resistance components. be able to.
【0103】(実施例5)図20は本発明の実施例5の
半導体発光素子の断面図、図21はその上面図である。
図20は、図21のA-A'方向断面図を示している。(Embodiment 5) FIG. 20 is a sectional view of a semiconductor light emitting device according to Embodiment 5 of the present invention, and FIG. 21 is a top view thereof.
FIG. 20 is a sectional view taken along the line AA ′ of FIG.
【0104】実施例5の半導体発光素子は、温度センサ
2が導電性薄膜ではなくpn接合で形成されている。この
半導体発光素子の温度センサー2は、半導体発光素子1
の半導体コンタクト層14、半導体キャリア障壁層1
5、半導体光ガイド層16、半導体活性層17、半導体
光ガイド層18、半導体キャリア障壁層19と同じ膜で
形成されており、pn接合を形成している。In the semiconductor light emitting device of the fifth embodiment, the temperature sensor 2 is formed not by a conductive thin film but by a pn junction. The temperature sensor 2 of the semiconductor light emitting device is composed of the semiconductor light emitting device 1
Semiconductor contact layer 14, semiconductor carrier barrier layer 1
5, the semiconductor light guide layer 16, the semiconductor active layer 17, the semiconductor light guide layer 18, and the semiconductor carrier barrier layer 19 are formed of the same film, and form a pn junction.
【0105】また、図に示すように、半導体発光素子1
と温度センサ2の間には、層19と0.3 から5 μm 離れ
て、n 型層20に対するオーミック電極9が形成されて
いる。電極8が半導体発光素子1 のp 型電極、電極9が
半導体発光素子1のn 型電極となり、これらの間に正の
バイアスを引加することによって、半導体発光素子1を
順方向にバイアスし、発光させることができる。Further, as shown in FIG.
An ohmic electrode 9 for the n-type layer 20 is formed between the temperature sensor 2 and the layer 19 at a distance of 0.3 μm from the layer 19. The electrode 8 is a p-type electrode of the semiconductor light-emitting device 1, and the electrode 9 is an n-type electrode of the semiconductor light-emitting device 1. By applying a positive bias between them, the semiconductor light-emitting device 1 is biased in the forward direction. It can emit light.
【0106】また、この半導体発光素子は、電極9よ
り、0.3 から5 μm 離れて層14、15、16、17、
18、19が積層形成され、その上部にp 型電極8'' が
形成されて温度センサ2を構成している。ここで、この
pn接合にはレーザーのしきい値電流を与える電圧以下の
電圧、および、0V以下の逆バイアスが引加されているこ
とが望ましい。Further, this semiconductor light emitting device is arranged such that the layers 14, 15, 16, 17,
The temperature sensor 2 is formed by laminating layers 18 and 19 and forming a p-type electrode 8 ″ on the top of the layers. Where this
It is desirable that a voltage equal to or lower than a voltage that gives a threshold current of the laser and a reverse bias equal to or lower than 0 V are applied to the pn junction.
【0107】また、電極8''と電極9間の逆方向リーク
電流I leakは、再結合生成電流や拡散電流で決まる場
合、温度をT 、ボルツマン係数をk、n を1から2の間
の数、接合に引加される電圧をV として、exp(V/nkT)に
比例する。よって温度センサ2は、I leakを測定するこ
とによって、温度T を測定することができる。When the reverse leak current I leak between the electrode 8 ″ and the electrode 9 is determined by the recombination generation current and the diffusion current, the temperature is T, the Boltzmann coefficient is k, and n is between 1 and 2. V is the voltage applied to the junction and the junction, and is proportional to exp (V / nkT). Therefore, the temperature sensor 2 can measure the temperature T by measuring I leak .
【0108】ここで、半導体発光素子1には、無秩序化
した混晶領域で高抵抗領域21を形成し、電流狭窄させ
るが、pn接合による温度センサ2には混晶領域21を形
成しない。Here, the high-resistance region 21 is formed in the disordered mixed crystal region in the semiconductor light emitting element 1 to confine the current, but the mixed crystal region 21 is not formed in the temperature sensor 2 based on the pn junction.
【0109】本実施例では、実施例1と異なり、温度セ
ンサ2 を形成する領域に、特性の良好なpn接合を形成す
るため、温度センサ2 の部分には高抵抗層21を形成し
ないことが望ましい。しかし、特性の良好なpn接合を形
成できる場合は、混晶領域からなる高抵抗領域21を形
成してもよい。In the present embodiment, unlike the first embodiment, a pn junction having good characteristics is formed in a region where the temperature sensor 2 is formed. Therefore, the high resistance layer 21 may not be formed in the temperature sensor 2 portion. desirable. However, if a pn junction having good characteristics can be formed, the high resistance region 21 composed of a mixed crystal region may be formed.
【0110】ここで、電極8''はp 型半導体コンタクト
層14の電極となり、例えば、厚さ0.01から3 μm の、
Pt,W,SiC,Ti,Au,Cr,Ni,Al などの金属かそれら積層膜や
合金で形成されている。Here, the electrode 8 ″ serves as an electrode of the p-type semiconductor contact layer 14, and has a thickness of, for example, 0.01 to 3 μm.
It is formed of a metal such as Pt, W, SiC, Ti, Au, Cr, Ni, Al, or a laminated film or alloy thereof.
【0111】次に、実施例5にかかる半導体発光素子の
製造方法を図22、図23、図24、図25、図26を
用いて説明する。まず、図22(断面図)に示すよう
に、実施例1と同様に膜7から膜15までの積層構造を
形成する。Next, a method for manufacturing the semiconductor light emitting device according to the fifth embodiment will be described with reference to FIGS. 22, 23, 24, 25, and 26. First, as shown in FIG. 22 (cross-sectional view), a laminated structure of the films 7 to 15 is formed as in the first embodiment.
【0112】さらに、例えば、リソグラフィと選択拡散
またはイオン注入を用いることにより、1 から100 μm
幅の半導体活性層17の両側に、ストライプ状に選択的
にZnを添加し、例えば、600 から1000℃で熱拡散して、
半導体活性層17の外側の層を無秩序化させ混晶化し
て、高抵抗領域21を形成する。このZnを拡散する代替
として、例えば、プロトンやアルゴンをイオン注入して
高抵抗領域21を形成してもよい。この高抵抗領域21
の形成深さには、半導体光ガイド層16、半導体活性層
17、半導体光ガイド層18の活性領域が含まれていれ
ばよく、半導体キャリア障壁層19まで高抵抗化または
Znを拡散しなくてもよい。Further, for example, by using lithography and selective diffusion or ion implantation, 1 to 100 μm
Zn is selectively added in stripes to both sides of the semiconductor active layer 17 having a width, and thermally diffused at, for example, 600 to 1000 ° C.
The layer outside the semiconductor active layer 17 is disordered and mixed to form a high-resistance region 21. As an alternative to diffusing Zn, for example, the high resistance region 21 may be formed by ion implantation of protons or argon. This high resistance region 21
The formation depth of the semiconductor light guide layer 16, the semiconductor active layer 17, and the active region of the semiconductor light guide layer 18 may be included in the formation depth.
It is not necessary to diffuse Zn.
【0113】次に、図23(断面図)図24(上面図)
に示すように、例えば、800 から1100℃で、MgまたはZ
n、Beを添加しながら、p 型GaN 層14を全面堆積す
る。次に、例えば、半導体発光素子1となる以外の部
分、すなわち、1 から100 μm幅の活性領域の両側の高
抵抗領域21を、例えば1 から100 μm幅残し、かつ、
温度センサ2に対応する部分も残るようにして、半導体
膜20に達するまでリソグラフィとエッチングを行う。Next, FIG. 23 (cross-sectional view) and FIG. 24 (top view)
For example, at 800 to 1100 ° C, Mg or Z
A p-type GaN layer 14 is deposited over the entire surface while adding n and Be. Next, for example, a portion other than the semiconductor light emitting element 1, that is, a high resistance region 21 on both sides of an active region having a width of 1 to 100 μm is left with a width of 1 to 100 μm, and
Lithography and etching are performed until the semiconductor film 20 is reached, so that the portion corresponding to the temperature sensor 2 also remains.
【0114】次に、図25(断面図)図26(上面図)
に示すように、あらかじめレジストなどの犠牲膜を全面
堆積し、リソグラフィを行い半導体膜20上に、例え
ば、半導体膜20に達する段差を犠牲膜に形成した後、
厚さ0.01から3 μmの、SiやGeを添加したNi、Tiまたは
Auの金属をスパッタまたは蒸着法によって堆積し、前記
犠牲膜をエッチングして取り除くことにより、n 型電極
9を形成する。Next, FIG. 25 (cross-sectional view) and FIG. 26 (top view)
As shown in (1), after a sacrificial film such as a resist is entirely deposited in advance and lithography is performed, for example, a step reaching the semiconductor film 20 is formed in the sacrificial film,
Ni or Ti or Si or Ge doped with thickness of 0.01 to 3 μm
An n-type electrode 9 is formed by depositing Au metal by sputtering or vapor deposition and etching away the sacrificial film.
【0115】次に、あらかじめレジストなどの犠牲膜を
全面堆積し、リソグラフィを行い半導体コンタクト層1
4の上部に、半導体コンタクト層14に達する段差を犠
牲膜に形成した後、厚さ0.01から3 μmの、MgやZnを添
加したNi、TiまたはAuの金属をスパッタまたは蒸着法に
よって堆積し、前記犠牲膜をエッチングして取り除くこ
とにより、p 型電極となる電極8および電極8' を形成
する。Next, a sacrificial film such as a resist is deposited on the entire surface in advance, and lithography is performed to form a semiconductor contact layer 1.
After a step reaching the semiconductor contact layer 14 is formed on the sacrificial film on the upper part of 4, a metal of Ni, Ti or Au added with Mg or Zn having a thickness of 0.01 to 3 μm is deposited by sputtering or evaporation, By removing the sacrificial film by etching, an electrode 8 and an electrode 8 'to be p-type electrodes are formed.
【0116】また、この工程の後に、金属電極8とp 型
半導体コンタクト層14、金属電極8' とp 型半導体コ
ンタクト層14、または金属電極9とn 型半導体層20
との抵抗性接触を良好にするために、例えば300 から10
00℃のアニールを挿入してもよい。After this step, the metal electrode 8 and the p-type semiconductor contact layer 14, the metal electrode 8 'and the p-type semiconductor contact layer 14, or the metal electrode 9 and the n-type semiconductor layer 20 are formed.
300 to 10 for good ohmic contact with
You may insert annealing of 00 degreeC.
【0117】次に、成長基板7を、例えば、裏面からポ
リッシングやエッチングによって研磨し50から100 μm
の厚さに薄膜化する。次に、銅またはアルミニウム、ま
たは熱伝導率の高いアルミナなどのセラミックスからな
るヒートシンク5の上に堆積または接着形成されたダイ
ヤモンドや、シリコンカーバイド、アルミナ、窒化アル
ミ膜、雲母、またはシリコンゴムからなるサブマウント
3上に、前記成長基板7の裏面を接触させ、本実施例の
半導体発光素子を作成する。Next, the growth substrate 7 is polished from the back surface by polishing or etching, for example, to 50 to 100 μm.
To a thickness of Next, diamond or silicon carbide, alumina, aluminum nitride film, mica, or silicon rubber deposited or bonded on a heat sink 5 made of ceramics such as copper or aluminum or alumina having high thermal conductivity. The back surface of the growth substrate 7 is brought into contact with the mount 3 to form the semiconductor light emitting device of this embodiment.
【0118】本実施例では、実施例1の特徴の他に、以
下の特徴を有する。半導体発光素子1と温度センサ1の
端子を1つ共有できるので、端子数を1つ削減でき、よ
り、ボンディング起因の信頼性の問題の確率を減少さ
せ、合わせずれ、およびパッド面積を小さくすることが
できる。The present embodiment has the following features in addition to the features of the first embodiment. Since one terminal of the semiconductor light emitting element 1 and one terminal of the temperature sensor 1 can be shared, the number of terminals can be reduced by one, so that the probability of reliability problems due to bonding is reduced, misalignment and pad area are reduced. Can be.
【0119】また、半導体レーザー1のpn接合の層構
造をそのまま温度センサ2に用いられるので、あらため
て温度センサ2を形成するプロセスを追加することなく
pn接合からなる温度センサー2を形成することができ
る。よって、従来の工程に比べ工程増加もない。Further, since the pn junction layer structure of the semiconductor laser 1 is used as it is for the temperature sensor 2, the process for forming the temperature sensor 2 is not required again.
The temperature sensor 2 composed of a pn junction can be formed. Therefore, there is no increase in the number of steps as compared with the conventional steps.
【0120】また、金属薄膜の抵抗率の温度依存性は、
温度にほぼ比例して変化するのに対し、pn接合の再結合
生成電流や拡散電流は、exp(V/nkT)に比例して温度T に
対して指数関数的に変化する。よって、より高温でのセ
ンサの温度に対する感度を大きくすることができ、より
高温での温度の制御性を大きくできる。The temperature dependence of the resistivity of the metal thin film is as follows:
While it changes almost in proportion to temperature, the recombination generation current and diffusion current of the pn junction change exponentially with temperature T in proportion to exp (V / nkT). Therefore, the sensitivity of the sensor to a higher temperature can be increased, and the controllability of the temperature at a higher temperature can be increased.
【0121】また、本実施例の構造では温度センサ2と
半導体レーザー1を同じ構造で形成することができる。
よって、2つの並列する半導体レーザー構造をあらかじ
め形成し、2つの構造の内で発光出力特性の良い方を半
導体レーザー素子として用い、もう一方を温度センサ素
子として用いれば、特性の良い半導体レーザーと温度セ
ンサを歩留まりよく得ることができる。In the structure of this embodiment, the temperature sensor 2 and the semiconductor laser 1 can be formed with the same structure.
Therefore, if two parallel semiconductor laser structures are formed in advance, and one of the two structures having a better emission output characteristic is used as a semiconductor laser element and the other is used as a temperature sensor element, a semiconductor laser having a good characteristic and a temperature sensor can be obtained. Sensors can be obtained with high yield.
【0122】また、本構造で、pn接合を順方向にバイア
スする方法も用いることができる。例えば、高レベルの
キャリア注入条件まで順方向電流I を流した場合には、
I は、pn接合を形成する半導体の真性半導体キャリア密
度に比例する。よって、高レベルのキャリア注入条件で
電流が一定となる条件の場合、pn接合の順方向電圧V
は、温度の一次関数として変化する。よって、数mV/ ℃
以上の感度を持った、温度に対して直線性の良いセンサ
を形成することができる。In the present structure, a method of biasing the pn junction in the forward direction can also be used. For example, when the forward current I flows up to the high level carrier injection condition,
I is proportional to the intrinsic semiconductor carrier density of the semiconductor forming the pn junction. Therefore, when the current is constant under the high level carrier injection condition, the forward voltage V
Varies as a linear function of temperature. Therefore, several mV / ° C
A sensor having the above sensitivity and good linearity with respect to temperature can be formed.
【0123】本実施例の測定回路としては、図10の電
極9および電極10を、電極9と読み替え、図10の電
極12および電極11を電極8''と読み替え、導電性膜
13を本実施例のpn接合と読み替えれば良い。As the measuring circuit of the present embodiment, the electrodes 9 and 10 in FIG. 10 are read as the electrode 9, the electrodes 12 and 11 in FIG. 10 are read as the electrode 8 ″, and the conductive film 13 is used in the present embodiment. It can be replaced with the pn junction in the example.
【0124】また、周波数f の成分で電流I を変調し、
pn接合に形成される順方向電圧の周波数f の成分を測定
することにより、測定回路の直流オフセット成分の影響
を小さくし、より高精度な測定を行うことができる。The current I is modulated by the component of the frequency f,
By measuring the component of the frequency f 2 of the forward voltage formed at the pn junction, the effect of the DC offset component of the measurement circuit can be reduced, and more accurate measurement can be performed.
【0125】(実施例6)図27、図29、図30は本
発明の実施例6の半導体発光素子の断面図、図28はそ
の上面図である。図27は、図28のA-A'方向断面図、
図29は、図28のB-B'方向断面図、図30は、図28
のC-C'方向断面図を示している。(Embodiment 6) FIGS. 27, 29 and 30 are sectional views of a semiconductor light emitting device according to Embodiment 6 of the present invention, and FIG. 28 is a top view thereof. FIG. 27 is a sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 28,
FIG. 29 is a sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 28, and FIG.
5 shows a cross-sectional view taken along the line CC ′ of FIG.
【0126】本実施例は、温度センサ2となるダイオー
ドが、複数個形成されている点に特徴がある。図27、
28に示すように、左側の領域は、半導体コンタクト層
14、半導体キャリア障壁層15、半導体光ガイド層1
6、半導体活性層17、半導体光ガイド層18、半導体
キャリア障壁層19からなるpn接合により、半導体発光
素子1を構成している。この構造は既に述べた各実施例
と同様の構造である。This embodiment is characterized in that a plurality of diodes serving as the temperature sensor 2 are formed. FIG.
As shown at 28, the region on the left is the semiconductor contact layer 14, the semiconductor carrier barrier layer 15, the semiconductor light guide layer 1
6. The semiconductor light emitting device 1 is constituted by a pn junction including a semiconductor active layer 17, a semiconductor light guide layer 18, and a semiconductor carrier barrier layer 19. This structure is similar to each of the embodiments described above.
【0127】また、図27、図28に示すように、中央
の領域には、半導体キャリア障壁層19と0.3 から5 μ
m離れて、n 型半導体層層20に対するオーミック電極
9が形成されている。電極8が半導体発光素子1のp 型
電極、電極9が半導体発光素子1のn 型電極となり、こ
れらの間に正のバイアスを引加することによって、半導
体発光素子を順方向にバイアスし、発光させることがで
きる。As shown in FIG. 27 and FIG. 28, the semiconductor carrier barrier layer 19 is
An ohmic electrode 9 for the n-type semiconductor layer 20 is formed at a distance of m. The electrode 8 is a p-type electrode of the semiconductor light-emitting element 1 and the electrode 9 is an n-type electrode of the semiconductor light-emitting element 1. By applying a positive bias between these electrodes, the semiconductor light-emitting element is forward biased to emit light. Can be done.
【0128】また、図27、図28、図29、図30に
示すように、右側の領域に、電極9より、0.3 から5 μ
m離れて半導体コンタクト層14、半導体キャリア障壁
層15、半導体光ガイド層16、半導体活性層17、半
導体光ガイド層18、半導体キャリア障壁層19と同じ
積層構造で、形成された温度センサ2が2つ形成されて
いる。図では2つの温度センサー2を形成した例を示し
たが、3つ以上でもかまわない。この温度センサー2
は、半導体レーザー1 と同じ半導体層20上に形成さ
れ、同じ積層構造を有している。またその上部にそれぞ
れp 型電極8''およびp 型電極8''' が形成されてい
る。Also, as shown in FIGS. 27, 28, 29, and 30, the electrode 9 applied 0.3 to 5 μm to the right region.
The temperature sensor 2 having the same laminated structure as the semiconductor contact layer 14, the semiconductor carrier barrier layer 15, the semiconductor light guide layer 16, the semiconductor active layer 17, the semiconductor light guide layer 18, and the semiconductor carrier barrier layer 19 at a distance of m One is formed. In the figure, an example in which two temperature sensors 2 are formed is shown, but three or more temperature sensors may be formed. This temperature sensor 2
Are formed on the same semiconductor layer 20 as the semiconductor laser 1 and have the same laminated structure. Further, a p-type electrode 8 ″ and a p-type electrode 8 ″ ′ are formed thereon.
【0129】この温度センサ2のpn接合にはレーザーの
しきい値電流を与える電圧以下の電圧、または、0V以下
の逆バイアスが引加されていることが望ましい。電極
8''と電極9間の電流I juncは、再結合生成電流や拡散
電流で決まる場合、温度をT 、ボルツマン係数をk、n
を1から2の間の数、接合に引加される電圧をV とし
て、exp(V/nkT)に比例する。よって,Ijuncを測定するこ
とによって、温度T を測定することができる。この複数
個の温度センサー2が、同じ形状で形成されているの
で、特性の揃った複数個のpn接合を得ることができ、形
状効果、少数キャリアの再結合寿命、およびバンドギャ
ップの温度依存性に依らず正確に温度を測定できる。It is desirable that a voltage equal to or lower than the voltage for providing the threshold current of the laser or a reverse bias equal to or lower than 0 V is applied to the pn junction of the temperature sensor 2. When the current I junc between the electrode 8 ″ and the electrode 9 is determined by the recombination generation current and the diffusion current, the temperature is T, the Boltzmann coefficient is k, n
Is a number between 1 and 2, and V is the voltage applied to the junction, and is proportional to exp (V / nkT). Therefore, the temperature T can be measured by measuring I junc . Since the plurality of temperature sensors 2 are formed in the same shape, a plurality of pn junctions having uniform characteristics can be obtained, and the shape effect, the recombination lifetime of minority carriers, and the temperature dependence of the band gap can be obtained. The temperature can be accurately measured regardless of the temperature.
【0130】以下にこのことを説明する。ここで、電極
8''と電極9間に順方向電圧V F1が引加され、その時流
れる電流をI F1とする。一方、電極8''' と電極9間に
順方向電圧V F2が引加され、その時流れる電流をI F2と
する。再結合生成電流や拡散電流で決まる場合を考える
と、特性の揃った同じ接合面積を持つダイオードでは、
次式が成立する。Hereinafter, this will be described. Here, a forward voltage V F1 is applied between the electrode 8 ″ and the electrode 9, and the current flowing at that time is defined as I F1 . On the other hand, the forward voltage V F2 and electrode 8 '''between the electrodes 9 is引加, the current flowing at that time and I F2. Considering the case where it is determined by the recombination generation current and diffusion current, in a diode with the same junction area with uniform characteristics,
The following equation holds.
【0131】 I F1=A1 *exp(VF1/nkT) I F2=A1 *exp(VF2/nkT) 式(1) 式(1) で、A 1 は、V F1およびV F2には依存しない係数
であり、温度T や少数キャリア寿命、pn接合面積には依
存する。また、式(1) の定数n は、拡散電流の条件で1
、再結合電流や高注入条件で2 となる定数であり、温
度T や少数キャリア寿命、pn接合面積には依存しない。I F1 = A 1 * exp (V F1 / nkT) I F2 = A 1 * exp (V F2 / nkT) Equation (1) In equation (1), A 1 is equal to V F1 and V F2 . This coefficient does not depend on temperature T, minority carrier lifetime, and pn junction area. In addition, the constant n in equation (1) is 1 under the condition of the diffusion current.
The constant is 2 under the recombination current and high injection conditions, and does not depend on the temperature T, minority carrier lifetime, or pn junction area.
【0132】式(1) より、A 1 を消去することができ
て、温度T が以下の式で求められる。 T=q/nk*(V F1−V F2)/{ln(I F1/IF2)} 式(2) 式(2) には、形状効果や少数キャリア寿命に依存する項
が含まれない。よって、実施例2 よりも形状効果の影響
を受けることなく温度を決定することができる。さら
に、I F1とI F2の絶対値ではなく、その比によって、温
度T を求めることができる。[0132] from equation (1), and can delete the A 1, the temperature T is determined by the following formula. T = q / nk * (V F1 −V F2 ) / {ln (I F1 / I F2 )} Equation (2) Equation (2) does not include terms that depend on the shape effect or minority carrier lifetime. Therefore, the temperature can be determined without being affected by the shape effect as compared with the second embodiment. Further, the temperature T 1 can be obtained not by the absolute values of I F1 and I F2 but by their ratio.
【0133】なお、本実施例の製造工程は、実施例5と
同一であるので省略する。ここで、実施例5の図24に
対応する製造工程図を、図31に示す。図31に示すよ
うに、高抵抗領域21は例えば、Znを拡散したりプロト
ンを注入して形成した無秩序化した領域を示し、半導体
キャリア障壁層15は、無秩序化していない活性領域の
表面を示している。また、点線は、後に形成する半導体
層20に達するメサ領域の境界を示している。The manufacturing steps of this embodiment are the same as those of the fifth embodiment and will not be described. Here, a manufacturing process diagram corresponding to FIG. 24 of the fifth embodiment is shown in FIG. As shown in FIG. 31, the high-resistance region 21 indicates a disordered region formed by, for example, diffusing Zn or injecting protons, and the semiconductor carrier barrier layer 15 indicates a surface of an active region which is not disordered. ing. In addition, a dotted line indicates a boundary of a mesa region reaching the semiconductor layer 20 to be formed later.
【0134】右側の領域の温度センサ2の複数個の領域
15の形状が等しくなるようにパターン形成すること、
および後に形成する半導体層20に達するメサ領域の境
界も、温度センサ2に含まれる複数個のpn接合で形状が
等しくなるようにパターン形成することが重要となる。Forming a pattern so that the shapes of the plurality of regions 15 of the temperature sensor 2 in the right region are equal;
Also, it is important to form a pattern so that the boundary of the mesa region reaching the semiconductor layer 20 to be formed later has the same shape by a plurality of pn junctions included in the temperature sensor 2.
【0135】また、電極9に対する電極8''の位置、お
よび電極9に対する電極8''' の位置も対称になるよう
に形成することが望ましい。図32は、本実施例の半導
体発光素子の熱破壊を防止する制御回路図である。It is desirable that the position of the electrode 8 ″ with respect to the electrode 9 and the position of the electrode 8 ″ ′ with respect to the electrode 9 be symmetrical. FIG. 32 is a control circuit diagram for preventing thermal destruction of the semiconductor light emitting device of this embodiment.
【0136】図32中、点線で囲った部分は、図27等
で示した半導体発光素子部分である。半導体発光素子1
のp 型電極端子8に電流源24の出力が接続されてい
る。また、この電流源24には、制御入力ノード23が
接続されており、制御入力ノード23の電圧または電流
によって、出力電流が変化する。In FIG. 32, the portion surrounded by the dotted line is the semiconductor light emitting element portion shown in FIG. 27 and the like. Semiconductor light emitting device 1
The output of the current source 24 is connected to the p-type electrode terminal 8. A control input node 23 is connected to the current source 24, and the output current changes according to the voltage or current of the control input node 23.
【0137】また、符号37と38は、温度センサ2を
示しており、温度センサダイオード37、38の一端は
電極9で共通接続され、グランドに落とされている。ま
た、温度センサダイオード37の電極8''は、いわゆ
る、カレントミラー定電流源回路の独立電流源に接続さ
れ、温度センサダイオード38の電極8''' は、カレン
トミラー定電流源回路の従属電流源に接続されている。Reference numerals 37 and 38 denote the temperature sensor 2, and one ends of the temperature sensor diodes 37 and 38 are commonly connected to the electrode 9 and are grounded. The electrode 8 ″ of the temperature sensor diode 37 is connected to an independent current source of a so-called current mirror constant current source circuit, and the electrode 8 ′ ″ of the temperature sensor diode 38 is connected to the subordinate current of the current mirror constant current source circuit. Connected to the source.
【0138】Q3,Q4,Q4' は特性の揃ったトランジスタで
あり、Q3のドレイン電極から流れる電流と等しい電流
が、Q4およびQ4' のドレイン電極から流れるようになっ
ている。Q4' と同様に、Q3と特性の揃ったトランジスタ
を複数個Q4と並列に接続しても構わないし、Q4のみでQ
4' の無い構成で、Q4のチャネル幅を変化させてQ4とQ3
の電流比を変化させてもよい。Q3, Q4, Q4 'are transistors having uniform characteristics, and a current equal to the current flowing from the drain electrode of Q3 flows from the drain electrodes of Q4 and Q4'. Like Q4 ', multiple transistors with the same characteristics as Q3 may be connected in parallel with Q4, or Q4
In the configuration without 4 ', the channel width of Q4 is changed and Q4 and Q3
May be changed.
【0139】以下の説明では、簡単のために、図32に
示すように、2つのトランジスタQ4,Q4'を並列に接続し
た場合について動作を述べる。ここで、比較器22の入
力インピーダンスは抵抗34および温度センサダイオー
ド38の抵抗に比較して十分大きいとする。この条件で
は、温度センサダイオード37を流れる電流I F1は、温
度センサダイオード38を流れる電流I F2の二倍となっ
ている。In the following description, for the sake of simplicity, an operation in a case where two transistors Q4 and Q4 'are connected in parallel as shown in FIG. 32 will be described. Here, it is assumed that the input impedance of the comparator 22 is sufficiently larger than the resistances of the resistor 34 and the temperature sensor diode 38. In this condition, the current I F1 flowing through the temperature sensor diodes 37 has a two-fold current I F2 flowing through the temperature sensor diodes 38.
【0140】よって、電極8''の電圧をV F1、電極
8''' の電圧をV F2とすると、式(2) より、温度T は、
T=q/nk*(V F1−V F2)/{ln2} で求めることができる。そ
こで、図32のように、差動増幅器22の正入力36を
電極8''および負入力35を電極8''' に接続すること
によって、温度T に比例する出力を差動増幅器22の出
力として得ることができる。Therefore, assuming that the voltage of the electrode 8 ″ is V F1 and the voltage of the electrode 8 ″ ′ is V F2 , from the equation (2), the temperature T becomes
T = q / nk * (V F1 −V F2 ) / {ln2}. Therefore, as shown in FIG. 32, by connecting the positive input 36 of the differential amplifier 22 to the electrode 8 ″ and the negative input 35 to the electrode 8 ″ ′, the output proportional to the temperature T can be changed to the output of the differential amplifier 22. Can be obtained as
【0141】また、図32に示すように、差動増幅器2
2の出力には、例えば、電圧制限器となる回路33の入
力が接続されている。また、この電圧制限器の出力は、
半導体発光素子1を駆動する電流源24の制御入力に接
続されている。このような構成をとることにより、ある
温度以上で、半導体発光素子1に流れる電流を制限する
ことができ、半導体発光素子の熱破壊や劣化に対する保
護回路を実現することができる。Further, as shown in FIG.
For example, an input of a circuit 33 serving as a voltage limiter is connected to the output of the second circuit. The output of this voltage limiter is
It is connected to a control input of a current source 24 for driving the semiconductor light emitting device 1. With such a configuration, the current flowing through the semiconductor light emitting device 1 can be limited at a certain temperature or higher, and a protection circuit against thermal destruction and deterioration of the semiconductor light emitting device can be realized.
【0142】また、電圧制限回路33として、入力電圧
に指数的に依存する回路を形成し、制御入力23の値に
比例するオフセット電流を加えるように電流源24を構
成することにより、温度T が変化しても半導体発光素子
1がレーザー動作をした場合に、発光強度をほぼ一定に
保つ回路を実現することができる。Further, by forming a circuit exponentially dependent on the input voltage as the voltage limiting circuit 33 and configuring the current source 24 so as to apply an offset current proportional to the value of the control input 23, the temperature T can be reduced. When the semiconductor light emitting element 1 performs the laser operation even if it changes, it is possible to realize a circuit that keeps the light emission intensity almost constant.
【0143】本実施例では、実施例1のおよび実施例2
の特徴の他に以下の特徴がある。先ず、それぞれの端子
を2つ共通に用いることにより4つに減少させることが
でき、より、ボンディング起因の信頼性の問題の確率を
減少させ、合わせずれ、およびパッド面積を小さくする
ことができる。In this embodiment, the first embodiment and the second embodiment are used.
In addition to the features described above, there are the following features. First, by using two terminals in common, the number of terminals can be reduced to four, so that the probability of reliability problems due to bonding can be reduced, and misalignment and pad area can be reduced.
【0144】また、複数個の温度センサが、同じ形状で
集積形成されている構造を取ることにより、特性の揃っ
た複数個のpn接合を得ることができ、形状効果、少数キ
ャリアの再結合寿命、およびバンドギャップの温度依存
性、温度センサを駆動する電源の絶対精度に依らず正確
に温度を測定できる。Further, by adopting a structure in which a plurality of temperature sensors are integrated and formed in the same shape, a plurality of pn junctions having uniform characteristics can be obtained, and the shape effect and the recombination lifetime of minority carriers can be obtained. The temperature can be accurately measured irrespective of the temperature dependency of the band gap, and the absolute accuracy of the power supply for driving the temperature sensor.
【0145】以上のように本発明の実施例を説明してき
たが、本発明は上述した各実施例に限定されるものでは
ない。本発明による半導体発光素子は、半導体発光素子
1の成長基板7の厚さが厚く、半導体発光素子1から成
長基板7までの熱抵抗よりも、成長基板7の表面から裏
面までの熱抵抗が大きい場合に、その効果を発揮する。Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments. In the semiconductor light emitting device according to the present invention, the thickness of the growth substrate 7 of the semiconductor light emitting device 1 is large, and the thermal resistance from the front surface to the back surface of the growth substrate 7 is larger than the thermal resistance from the semiconductor light emitting device 1 to the growth substrate 7. In that case, it exerts its effect.
【0146】上記各実施例では、成長基板7としては、
熱伝導率が半導体層20よりも低い絶縁体を例として挙
げて記述した。しかし、成長基板7は絶縁体である必要
は必ずしもなく、例えばSiC などでもよく、成長基板7
の熱伝導率を成長基板7の膜厚で割った商が、半導体層
20の熱伝導率を半導体活性層17から成長基板7まで
の界面の距離で割った商よりも小さければ、効果を発揮
する。In each of the above embodiments, the growth substrate 7
The insulator having a lower thermal conductivity than the semiconductor layer 20 has been described as an example. However, the growth substrate 7 does not necessarily need to be an insulator, and may be, for example, SiC.
If the quotient obtained by dividing the thermal conductivity of the semiconductor substrate 20 by the film thickness of the growth substrate 7 is smaller than the quotient obtained by dividing the thermal conductivity of the semiconductor layer 20 by the distance of the interface from the semiconductor active layer 17 to the growth substrate 7, the effect is exhibited. I do.
【0147】また、上記各実施例では、半導体発光素子
1として半導体レーザー素子を示したが、例えば、レー
ザー素子ではなくLED 素子でも構わず、本実施例の構造
により、より温度が正確に測定できることは明らかであ
る。この場合、構造としては、例えば、半導体キャリア
障壁層19、15のAlx Ga1-x yIny N 、および半導体
光ガイド層18、16のGaN 層を省いた構造をLED とし
て用いればよい。In each of the above embodiments, a semiconductor laser element is shown as the semiconductor light emitting element 1. However, for example, an LED element may be used instead of a laser element, and the structure of the present embodiment can measure the temperature more accurately. Is clear. In this case, as the LED, for example, a structure in which the Al x Ga 1- xy In y N of the semiconductor carrier barrier layers 19 and 15 and the GaN layer of the semiconductor light guide layers 18 and 16 are omitted may be used.
【0148】また、各実施例では、GaN 系の半導体発光
素子1を示したが、勿論、ZnSe系半導体発光素子でも、
熱伝導率がZnSeやZnS よりも悪い基板上に形成した半導
体レーザーでは同様な問題が生ずることは明らかであ
り、GaN をZnSe系の材料に置き換えれば同様に有効であ
る。In each of the embodiments, the GaN-based semiconductor light emitting device 1 has been described.
It is clear that a similar problem occurs in a semiconductor laser formed on a substrate having a lower thermal conductivity than ZnSe or ZnS, and it is similarly effective if GaN is replaced with a ZnSe-based material.
【0149】また、pn接合の拡散電流や再結合電流を利
用した温度センサを示したが、例えば、バイポーラトラ
ンジスタでベースとコレクタ間を短絡し、コレクタ電流
を一定にした場合のベースエミッタ間電圧を測定する方
法でも、同様の原理で温度センサとして用いることがで
きる。Further, the temperature sensor using the diffusion current and the recombination current of the pn junction has been described. For example, when the base and the collector are short-circuited by a bipolar transistor and the collector current is kept constant, the voltage between the base and the emitter is reduced. In the measurement method, the same principle can be used as a temperature sensor.
【0150】また、特性の揃ったトランジスタ2個を異
なったコレクタ電流で動作させ、2個のトランジスタの
ベースとエミッタとの間の電圧を測定する方法で、トラ
ンジスタ単独素子間のベースとエミッタとの間の電圧ば
らつきを減少させてもよい。Also, two transistors having the same characteristics are operated with different collector currents, and the voltage between the base and the emitter of the two transistors is measured. The voltage variation between them may be reduced.
【0151】また、カレントミラー回路は、他の実現方
法、例えば、Q3,Q4,Q4''はn 型MISFETで形成してもよ
い。また、温度センサとしては、ショットキー接合ダイ
オードで流れる電流を用いても良い。Further, the current mirror circuit may be formed by other realization methods, for example, Q3, Q4, Q4 '' may be formed by an n-type MISFET. Further, a current flowing through a Schottky junction diode may be used as the temperature sensor.
【0152】また、n 型半導体上に、p 型半導体を形成
する例を示したが、逆に、p型半導体上に、n型半導体
を形成してもよい。また、pn接合を利用した温度センサ
2を示したが、pn接合に入射した光によるリーク電流増
大を防ぐため、この位置は、半導体発光素子1の発光し
た光が入りにくい位置に形成するのが望ましい。よっ
て、例えば、半導体発光素子1がレーザー素子である場
合には、高抵抗領域21を形成して光閉じ込めを行う幅
方向に沿って、図31に示したように、温度センサを形
成するのが望ましい。Although the example in which the p-type semiconductor is formed on the n-type semiconductor has been described, the n-type semiconductor may be formed on the p-type semiconductor. Although the temperature sensor 2 using the pn junction is shown, this position should be formed at a position where light emitted from the semiconductor light emitting element 1 is difficult to enter to prevent an increase in leak current due to light incident on the pn junction. desirable. Therefore, for example, when the semiconductor light emitting element 1 is a laser element, it is preferable to form a temperature sensor as shown in FIG. 31 along the width direction in which the high-resistance region 21 is formed and light is confined. desirable.
【0153】また、絶縁膜の形成法としては、熱酸化に
よる酸化膜形成法、30keV 程度の低加速エネルギーで酸
素を注入した酸化膜を形成してもよいし、絶縁膜を堆積
する方法で形成してもよいし、シリコン窒化膜を堆積す
る方法、これらを組み合わせてもよい。As the method of forming the insulating film, an oxide film formed by thermal oxidation, an oxide film implanted with oxygen at a low acceleration energy of about 30 keV, or a method of depositing an insulating film may be used. Or a method of depositing a silicon nitride film, or a combination thereof.
【0154】また、素子分離膜や絶縁膜形成法自身は、
金属膜を絶縁膜に変換するこれら以外の方法、例えば酸
素イオンを堆積した金属膜や半導体膜に注入する方法
や、堆積した半導体膜を酸化または窒化する方法を用い
てもかまわない。The method of forming the element isolation film and the insulating film itself is as follows.
Other methods for converting a metal film into an insulating film, such as a method of injecting oxygen ions into a deposited metal film or a semiconductor film, or a method of oxidizing or nitriding the deposited semiconductor film may be used.
【0155】また、温度センサを形成する位置は、半導
体発光素子1の直下のサブマウント3と成長基板7との
界面よりも、半導体発光素子1からの熱抵抗が低い位置
であれば、本実施例の効果が現れる。図33は、例え
ば、図1の実施例1 に対応する断面で、各構造間の距離
を示したものである。In addition, if the temperature sensor is formed at a position where the thermal resistance from the semiconductor light emitting element 1 is lower than the interface between the submount 3 and the growth substrate 7 immediately below the semiconductor light emitting element 1, the present embodiment is used. The effect of the example appears. FIG. 33 is, for example, a cross section corresponding to the first embodiment of FIG. 1 and shows the distance between the respective structures.
【0156】図33で、x は半導体発光素子1の発光中
心から温度センサとなる導電性膜13の中心までの、半
導体膜20および成長基板7に沿った距離である。ま
た、yは半導体発光素子1のx を測定した方向での幅で
あり、d 1 は、導電性膜13を形成している部分での半
導体膜20の膜厚、d 2 は成長基板7 の膜厚である。In FIG. 33, x is a distance along the semiconductor film 20 and the growth substrate 7 from the emission center of the semiconductor light emitting element 1 to the center of the conductive film 13 serving as a temperature sensor. Further, y is the width of the semiconductor light emitting element 1 in the direction in which x is measured, d 1 is the thickness of the semiconductor film 20 at the portion where the conductive film 13 is formed, and d 2 is the thickness of the growth substrate 7. It is a film thickness.
【0157】この場合、半導体膜20の熱伝導率をH
20、成長基板7の熱伝導率をH 7 として、以下の条件
を満たすことにより、半導体発光素子1 の直下のサブマ
ウント3と成長基板7との界面よりも、半導体発光素子
1からの熱抵抗を低くすることができ、後述の発明の効
果が生ずる。In this case, the thermal conductivity of the semiconductor film 20 is set to H
20. Assuming that the thermal conductivity of the growth substrate 7 is H 7 , by satisfying the following condition, the thermal resistance from the semiconductor light emitting element 1 is higher than the interface between the submount 3 directly below the semiconductor light emitting element 1 and the growth substrate 7. Can be reduced, and the effects of the invention described below occur.
【0158】H 20*d1 /x>H7 *y/d2 式(3) すなわち、x としては、x<H 20*d1 *d2 /(H 7 *y) とな
れば良い。例えば、成長基板7としてサファイア基板(H
7 =60Wm -1K -1) とし、半導体層20としてGaN(H 20=1
30Wm-1K -1) 、d 1 として0.3 μm以上、d 2 として50
μm以上、半導体レーザーエッチングストライプ幅y を
20μmとすると、x は1.6 μm以下で上記条件を満たす
ことができる。H 20 * d 1 / x> H 7 * y / d 2 Equation (3) That is, x should be x <H 20 * d 1 * d 2 / (H 7 * y). For example, a sapphire substrate (H
7 = 60 Wm -1 K -1 ), and GaN (H 20 = 1
30Wm -1 K -1 ), 0.3 μm or more for d 1 and 50 for d 2
μm or more, semiconductor laser etching stripe width y
Assuming that the thickness is 20 μm, the above condition can be satisfied when x is 1.6 μm or less.
【0159】また、図34は、図11の半導体発光素子
に対応する断面で、各構造間の距離を示したものであ
る。図34で、x は半導体発光素子1の発光中心から温
度センサとなる導電性膜13の中心までの、半導体膜2
0積層方向に沿った距離である。また、z は、半導体発
光素子1の発光中心から成長基板7までの、半導体膜2
0積層方向に沿った距離で、d 2 は成長基板7の膜厚で
ある。FIG. 34 is a cross section corresponding to the semiconductor light emitting device of FIG. 11, showing the distance between the structures. In FIG. 34, x denotes the semiconductor film 2 from the emission center of the semiconductor light emitting element 1 to the center of the conductive film 13 serving as a temperature sensor.
0 Distance along the stacking direction. Z is the semiconductor film 2 from the emission center of the semiconductor light emitting element 1 to the growth substrate 7.
The distance along the zero stacking direction, d 2, is the film thickness of the growth substrate 7.
【0160】この場合、半導体膜20の熱伝導率をH
20、成長基板7の熱伝導率をH 7 として、以下の条件
を満たすことにより、半導体発光素子1の直下のサブマ
ウント3と成長基板7との界面よりも、半導体発光素子
1からの熱抵抗を低くすることができ、後述の発明の効
果が生ずる。In this case, the thermal conductivity of the semiconductor film 20 is H
20. Assuming that the thermal conductivity of the growth substrate 7 is H 7 , by satisfying the following conditions, the thermal resistance from the semiconductor light emitting element 1 is higher than the interface between the submount 3 immediately below the semiconductor light emitting element 1 and the growth substrate 7. Can be reduced, and the effects of the invention described below occur.
【0161】 1/(H20/x)<1/(H20/z)+1/(H7 /d2 ) 式(4) すなわち、x としては、x<z+d 2 *H20/H7 となれば良
い。通常、成長基板7の上に形成した半導体膜20は、
ヘテロ材料の成長となるため、半導体膜20の結晶性を
向上させ、成長基板7からの不純物拡散を防ぐために、
厚く形成する。よって、容易にz>x の条件を実現するこ
とができる。また、このz>x の場合、成長基板7の熱伝
導率に依らず、半導体発光素子1の直下のサブマウント
3と成長基板7との界面よりも、半導体発光素子1から
導電性膜13までの熱抵抗を低くすることができる。よ
って、例えば、SiC などの、半導体層20よりも熱伝導
率が良い材料を成長基板7に用いた場合でも、従来例よ
り正確に温度を測定することができる。1 / (H 20 / x) <1 / (H 20 / z) + 1 / (H 7 / d 2 ) Equation (4) That is, for x, x <z + d 2 * H 20 / You may be familiar with the H 7. Usually, the semiconductor film 20 formed on the growth substrate 7
In order to improve the crystallinity of the semiconductor film 20 and to prevent impurity diffusion from the growth substrate 7,
It is formed thick. Therefore, the condition of z> x can be easily realized. When z> x, the distance from the semiconductor light emitting element 1 to the conductive film 13 is higher than the interface between the submount 3 and the growth substrate 7 immediately below the semiconductor light emitting element 1 irrespective of the thermal conductivity of the growth substrate 7. Thermal resistance can be reduced. Therefore, even when a material having better thermal conductivity than the semiconductor layer 20, such as SiC, is used for the growth substrate 7, the temperature can be measured more accurately than in the conventional example.
【0162】さらに、温度をセンスする領域は半導体発
光素子の直下の半導体層20となった場合、半導体発光
素子1の直下のサブマウント3と成長基板7との界面よ
りも、半導体発光素子1から温度センス領域の熱抵抗を
低くすることができ、後述の発明の効果が生ずる。Further, when the temperature sensing region is the semiconductor layer 20 immediately below the semiconductor light emitting device, the temperature of the semiconductor layer 20 is lower than the interface between the submount 3 and the growth substrate 7 immediately below the semiconductor light emitting device 1. The thermal resistance of the temperature sensing region can be reduced, and the effects of the invention described below occur.
【0163】図35は、図20の半導体発光素子に対応
する断面で、各構造間の距離を示したものである。図3
5で、x は半導体発光素子1の発光中心から温度センサ
となるpn接合の中心までの、半導体膜20および成長基
板7に沿った距離である。また、y は半導体発光素子1
のx を測定した方向での幅であり、y 2 は温度センサ2
となるpn接合のx を測定した方向での幅である。sら
に、d 1 は、導電性膜13を形成している部分での半導
体膜20の膜厚、d 2 は成長基板7の膜厚である。ま
た、z 2は、温度センサ2となるpn接合から成長基板7
までの、半導体膜20積層方向に沿った距離である。FIG. 35 is a cross section corresponding to the semiconductor light emitting device of FIG. 20, showing the distance between the structures. FIG.
In FIG. 5, x is a distance along the semiconductor film 20 and the growth substrate 7 from the emission center of the semiconductor light emitting element 1 to the center of the pn junction serving as a temperature sensor. Also, y is the semiconductor light emitting element 1
Is the width in the direction in which x is measured, and y 2 is the temperature sensor 2
Is the width of the pn junction in the direction in which x is measured. the s et, d 1 is the thickness of the semiconductor film 20 in a portion forming the conductive film 13, d 2 is the thickness of the growth substrate 7. Further, z 2 is calculated from the pn junction serving as the temperature sensor 2 to the growth substrate 7.
Up to the distance along the stacking direction of the semiconductor films 20.
【0164】この場合、半導体膜20の熱伝導率をH
20、成長基板7の熱伝導率をH 7 として、以下の条件
を満たすことにより、半導体発光素子1の直下のサブマ
ウント3と成長基板7との界面よりも、半導体発光素子
1からの熱抵抗を低くすることができ、後述の発明の効
果が生ずる。In this case, the thermal conductivity of the semiconductor film 20 is H
20. Assuming that the thermal conductivity of the growth substrate 7 is H 7 , by satisfying the following conditions, the thermal resistance from the semiconductor light emitting element 1 is higher than the interface between the submount 3 immediately below the semiconductor light emitting element 1 and the growth substrate 7. Can be reduced, and the effects of the invention described below occur.
【0165】 1/(H7 *y/d2 )>1/(H20*d1 /x)+1/(H20*y2 /z2 ) 式(5) 本発明による半導体発光素子は、絶縁体基板上に気相成
長または液相成長によって形成された半導体発光素子
で、絶縁体の熱抵抗が薄膜半導体発光層の熱抵抗よりも
大きい場合でも、ヒートシンク以外の領域の温度が変化
しても、温度をより正確に測定できる。よって、温度セ
ンサの出力から薄膜半導体発光層の温度を推測する場合
に誤差が小さくなる。1 / (H 7 * y / d 2 )> 1 / (H 20 * d 1 / x) + 1 / (H 20 * y 2 / z 2 ) Formula (5) In a semiconductor light emitting device formed by vapor phase growth or liquid phase growth on an insulator substrate, even if the thermal resistance of the insulator is larger than the thermal resistance of the thin film semiconductor light emitting layer, the temperature of the region other than the heat sink changes. However, the temperature can be measured more accurately. Therefore, when estimating the temperature of the thin film semiconductor light emitting layer from the output of the temperature sensor, the error is reduced.
【0166】また、本発明による半導体発光素子は、温
度センサが半導体発光素子上に形成されているため、そ
れらをヒートシンク上に形成する場合に、温度センサと
半導体発光素子との合わせずれが生じない。このため、
薄膜半導体発光層から温度センサに至るまでの距離が素
子毎で変動せず、温度変化による膨張による距離の変化
も小さい。よって、薄膜半導体発光層と温度センサとの
間の熱抵抗の変動も小さい。このため、温度センサと薄
膜半導体発光層の温度差が変動しにくくなり、温度セン
サの温度と薄膜半導体発光層との温度との差を一定に保
つことが容易となる。Further, in the semiconductor light emitting device according to the present invention, since the temperature sensor is formed on the semiconductor light emitting device, no misalignment occurs between the temperature sensor and the semiconductor light emitting device when they are formed on the heat sink. . For this reason,
The distance from the thin-film semiconductor light-emitting layer to the temperature sensor does not vary from element to element, and the change in distance due to expansion due to temperature change is small. Therefore, the fluctuation of the thermal resistance between the thin-film semiconductor light emitting layer and the temperature sensor is small. For this reason, the temperature difference between the temperature sensor and the thin-film semiconductor light-emitting layer is less likely to fluctuate, and the difference between the temperature of the temperature sensor and the temperature of the thin-film semiconductor light-emitting layer can be easily kept constant.
【0167】また、本発明による半導体発光素子は、温
度センサと半導体発光素子上に形成されているため、そ
れらの集積度を向上させるのが容易となる。また、本発
明による半導体発光素子は、温度センサを半導体発光素
子と同じ材料で形成されているので、温度センサの熱膨
張係数と半導体発光素子の熱膨張係数とが等しくなる。
よって、温度センサと基板との間の剥離や亀裂が形成さ
れる可能性が小さくなる。Further, since the semiconductor light emitting device according to the present invention is formed on the temperature sensor and the semiconductor light emitting device, it is easy to improve the degree of integration thereof. Further, in the semiconductor light emitting device according to the present invention, since the temperature sensor is formed of the same material as the semiconductor light emitting device, the thermal expansion coefficient of the temperature sensor is equal to that of the semiconductor light emitting device.
Therefore, the possibility that peeling or cracks are formed between the temperature sensor and the substrate is reduced.
【0168】また、本発明による半導体発光素子は、温
度センサの基板の熱伝導率の温度依存性と半導体発光素
子の基板の熱伝導率の温度依存性が等しいため、薄膜半
導体発光層から温度センサまでの熱抵抗がより一定で小
さくでき、温度センサの温度と半導体薄膜層との温度と
の差を一定に保つことが容易となり、応答速度も向上さ
せることができる。よって、急な温度上昇にも十分高速
に対応する保護回路を形成することができる。In the semiconductor light emitting device according to the present invention, the temperature dependence of the thermal conductivity of the substrate of the temperature sensor is equal to the temperature dependence of the thermal conductivity of the substrate of the semiconductor light emitting device. The thermal resistance can be made more constant and smaller, the difference between the temperature of the temperature sensor and the temperature of the semiconductor thin film layer can be easily kept constant, and the response speed can be improved. Therefore, it is possible to form a protection circuit capable of responding to a sudden temperature rise sufficiently quickly.
【0169】また、本発明による半導体発光素子は、温
度センサを半導体発光素子が熱抵抗が高い絶縁体基板上
に形成されている場合、ヒートシンクの熱抵抗が小さく
ても、温度センサと半導体発光素子との温度差は小さく
なり、温度センサによりより正確に温度を測定すること
ができる。In the semiconductor light emitting device according to the present invention, when the temperature sensor is formed on an insulating substrate having a high thermal resistance, the temperature sensor and the semiconductor light emitting device can be used even if the heat resistance of the heat sink is small. Is smaller, and the temperature can be more accurately measured by the temperature sensor.
【0170】また、本発明による半導体素子は、温度セ
ンサの温度と薄膜半導体発光層との温度との差を一定に
保つことができるので、発光素子が使用範囲内にあるよ
うにする制御性が向上し、発光素子の熱破壊や劣化を防
ぐことができる。In the semiconductor device according to the present invention, the difference between the temperature of the temperature sensor and the temperature of the thin-film semiconductor light emitting layer can be kept constant. Thus, thermal destruction and deterioration of the light emitting element can be prevented.
【0171】また、本発明による半導体発光素子は、ヒ
ートシンクと発光素子を接続するサブマウントを、従来
の発光素子とセンサとのそれぞれに必要であった2つか
ら1つに減じることができ、より素子数を減らし高集積
化することができる。Further, in the semiconductor light emitting device according to the present invention, the number of submounts for connecting the heat sink and the light emitting device can be reduced from two required for the conventional light emitting device and one required for the sensor. The number of elements can be reduced and high integration can be achieved.
【0172】また、本発明による半導体発光素子は、温
度の測定精度が上がるため、光強度を受光素子によって
補正しなくても、温度センサの情報を発光素子の注入電
流値にフィードバックすることにより、安定した光出力
を得ることができるといったさまざまな効果を期待でき
る。In the semiconductor light emitting device according to the present invention, since the accuracy of measuring the temperature is improved, the information of the temperature sensor is fed back to the injection current value of the light emitting device without correcting the light intensity by the light receiving device. Various effects such as stable light output can be expected.
【0173】[0173]
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の半導体発
光素子は、温度を測定する素子と半導体発光素子との間
の温度差を一定に保ち、それらの間の熱応力を小さく保
ち、かつ、高集積度で形成できるという効果を奏する。As described in detail above, the semiconductor light emitting device of the present invention keeps the temperature difference between the device for measuring temperature and the semiconductor light emitting device constant, and keeps the thermal stress between them small. In addition, there is an effect that it can be formed with a high degree of integration.
【図1】 本発明の実施例1の半導体発光素子の断面
図。FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor light emitting device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】 本発明の実施例1の半導体発光素子の上面
図。FIG. 2 is a top view of the semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention.
【図3】 本発明の実施例1の半導体発光素子の製造工
程における断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing step of the semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention.
【図4】 本発明の実施例1の半導体発光素子の製造工
程における断面図。FIG. 4 is a sectional view in a manufacturing process of the semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention.
【図5】 本発明の実施例1の半導体発光素子の製造工
程における上面図。FIG. 5 is a top view in a manufacturing step of the semiconductor light-emitting device according to the first embodiment of the present invention.
【図6】 本発明の実施例1の半導体発光素子の製造工
程における断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing step of the semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention.
【図7】 本発明の実施例1の半導体発光素子の製造工
程における上面図。FIG. 7 is a top view in the manufacturing process of the semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention.
【図8】 本発明の実施例1の半導体発光素子の製造工
程における断面図。FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing step of the semiconductor light-emitting device according to the first embodiment of the present invention.
【図9】 本発明の実施例1の半導体発光素子の製造工
程における上面図。FIG. 9 is a top view in a manufacturing step of the semiconductor light-emitting device according to the first embodiment of the present invention.
【図10】 本発明の実施例1の半導体発光素子の回路
図。FIG. 10 is a circuit diagram of the semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention.
【図11】 本発明の実施例2の半導体発光素子の断面
図。FIG. 11 is a sectional view of a semiconductor light emitting device according to a second embodiment of the present invention.
【図12】 本発明の実施例2の半導体発光素子の上面
図。FIG. 12 is a top view of a semiconductor light emitting device according to a second embodiment of the present invention.
【図13】 本発明の実施例2の半導体発光素子の回路
図。FIG. 13 is a circuit diagram of a semiconductor light emitting device according to a second embodiment of the present invention.
【図14】 本発明の実施例2の半導体発光素子の回路
タイミングチャート。FIG. 14 is a circuit timing chart of the semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention.
【図15】 本発明の実施例3の半導体発光素子の断面
図。FIG. 15 is a sectional view of a semiconductor light emitting device according to a third embodiment of the present invention.
【図16】 本発明の実施例3の半導体発光素子の上面
図。FIG. 16 is a top view of a semiconductor light emitting device according to a third embodiment of the present invention.
【図17】 本発明の実施例4の半導体発光素子の断面
図。FIG. 17 is a sectional view of a semiconductor light emitting device according to a fourth embodiment of the present invention.
【図18】 本発明の実施例4の半導体発光素子の上面
図。FIG. 18 is a top view of a semiconductor light emitting device according to a fourth embodiment of the present invention.
【図19】 本発明の実施例4の半導体発光素子の回路
図。FIG. 19 is a circuit diagram of a semiconductor light emitting device according to a fourth embodiment of the present invention.
【図20】 本発明の実施例5の半導体発光素子の断面
図。FIG. 20 is a sectional view of a semiconductor light emitting device according to a fifth embodiment of the present invention.
【図21】 本発明の実施例5の半導体発光素子の上面
図。FIG. 21 is a top view of a semiconductor light emitting device according to a fifth embodiment of the present invention.
【図22】 本発明の実施例5の半導体発光素子の製造
工程における断面図。FIG. 22 is a sectional view in a manufacturing step of the semiconductor light-emitting device according to the fifth embodiment of the present invention.
【図23】 本発明の実施例5の半導体発光素子の製造
工程における断面図。FIG. 23 is a sectional view in a manufacturing step of the semiconductor light-emitting device according to the fifth embodiment of the present invention.
【図24】 本発明の実施例5の半導体発光素子の製造
工程における上面図。FIG. 24 is a top view in a manufacturing step of the semiconductor light-emitting device according to the fifth embodiment of the present invention.
【図25】 本発明の実施例5の半導体発光素子の製造
工程における断面図。FIG. 25 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing step of the semiconductor light-emitting device according to the fifth embodiment of the present invention.
【図26】 本発明の実施例5の半導体発光素子の製造
工程における上面図。FIG. 26 is a top view illustrating a manufacturing step of the semiconductor light emitting device according to the fifth embodiment of the present invention.
【図27】 本発明の実施例6の半導体発光素子の断面
図。FIG. 27 is a sectional view of a semiconductor light emitting device according to a sixth embodiment of the present invention.
【図28】 本発明の実施例6の半導体発光素子の上面
図。FIG. 28 is a top view of a semiconductor light emitting device according to a sixth embodiment of the present invention.
【図29】 本発明の実施例6の半導体発光素子の断面
図。FIG. 29 is a sectional view of a semiconductor light emitting device according to a sixth embodiment of the present invention.
【図30】 本発明の実施例6の半導体発光素子の断面
図。FIG. 30 is a sectional view of a semiconductor light emitting device according to a sixth embodiment of the present invention.
【図31】 本発明の実施例6の半導体発光素子の製造
工程における上面図。FIG. 31 is a top view in a manufacturing step of the semiconductor light-emitting device according to the sixth embodiment of the present invention.
【図32】 本発明の実施例6の半導体発光素子の回路
図。FIG. 32 is a circuit diagram of a semiconductor light emitting device according to a sixth embodiment of the present invention.
【図33】 本発明の実施例1の半導体発光素子の断面
図。FIG. 33 is a sectional view of the semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention.
【図34】 本発明の実施例2の半導体発光素子の断面
図。FIG. 34 is a sectional view of a semiconductor light emitting device according to a second embodiment of the present invention.
【図35】 本発明の実施例6の半導体発光素子の断面
図。FIG. 35 is a sectional view of a semiconductor light emitting device according to a sixth embodiment of the present invention.
【図36】 従来の半導体発光素子の断面図。FIG. 36 is a cross-sectional view of a conventional semiconductor light emitting device.
1…半導体発光素子 2…温度センサ 3…サブマウント 4…サブマウント 5…ヒートシンク 6…薄膜半導体発光層 7…成長基板 8…第1導電型電極 9…第2同電型電極 10…第2導電型電極 11…第2導電型電極 12…第2導電型電極 13…導電性薄膜 14…第1導電型半導体コンタクト層 15…第1導電型半導体キャリア障壁層 16…第1導電型半導体光ガイド層 17…半導体活性層 18…第2導電型半導体光ガイド層 19…第2導電型半導体キャリア障壁層 20第2導電型半導体層 21…高抵抗領域 22…差動増幅器 23…出力 24…電流源 25…電流源 26…キャパシタ 27…ローパスフィルター 28…電流源 29…増幅器 30…ミキサ 31…増幅器 32…バイアス電圧源 33…電圧制限器 34…抵抗 35…負入力 36…正入力 37…温度センサダイオード 38…温度センサダイオード 40…電圧源 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor light emitting element 2 ... Temperature sensor 3 ... Submount 4 ... Submount 5 ... Heat sink 6 ... Thin film semiconductor light emitting layer 7 ... Growth substrate 8 ... 1st conductivity type electrode 9 ... 2nd conductivity type electrode 10 ... 2nd conductivity Type electrode 11: Second conductivity type electrode 12: Second conductivity type electrode 13: Conductive thin film 14: First conductivity type semiconductor contact layer 15: First conductivity type semiconductor carrier barrier layer 16: First conductivity type semiconductor light guide layer Reference Signs List 17 semiconductor active layer 18 second conductivity type semiconductor light guide layer 19 second conductivity type semiconductor carrier barrier layer 20 second conductivity type semiconductor layer 21 high resistance region 22 differential amplifier 23 output 24 current source 25 ... Current source 26 ... Capacitor 27 ... Low-pass filter 28 ... Current source 29 ... Amplifier 30 ... Mixer 31 ... Amplifier 32 ... Bias voltage source 33 ... Voltage limiter 34 ... Resistance 35 ... Negative input Force 36 ... Positive input 37 ... Temperature sensor diode 38 ... Temperature sensor diode 40 ... Voltage source
Claims (8)
ことを特徴とする半導体発光素子。1. A semiconductor device comprising: a substrate; a semiconductor layer formed on the substrate; a semiconductor light emitting device formed on the semiconductor layer; and a temperature sensor formed on the semiconductor layer. Semiconductor light emitting device.
変化するインピーダンス素子であることを特徴とする請
求項1記載の半導体発光素子。2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein said temperature sensor is an impedance element whose resistance changes with temperature.
る請求項1 或いは請求項2記載の半導体発光素子。3. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein said substrate is an insulator.
層よりも小さいことを特徴とする請求項3記載の半導体
発光素子。4. The semiconductor light emitting device according to claim 3, wherein said insulator substrate has a lower thermal conductivity than said semiconductor layer.
前記半導体は、ガリウム窒素またはZnSeを含むことを特
徴とする請求項3或いは請求項4記載の半導体発光素
子。5. The insulator substrate includes an aluminum oxide film,
The semiconductor light emitting device according to claim 3, wherein the semiconductor includes gallium nitrogen or ZnSe.
含み、前記半導体層は、シリコンカーバイドを介して前
記基板上に上に形成されていることを特徴とする請求項
1、請求項2、請求項3或いは請求項4記載の半導体発
光素子。6. The semiconductor device according to claim 1, wherein said semiconductor contains gallium nitrogen or ZnSe, and said semiconductor layer is formed on said substrate via silicon carbide. The semiconductor light emitting device according to claim 3 or 4.
膜厚で割った商は、前記半導体層の熱伝導率を前記半導
体発光部から前記シリコンカーバイドまでの界面の距離
で割った商よりも小さいことを特徴とする請求項6記載
の半導体発光素子。7. A quotient obtained by dividing the thermal conductivity of the silicon carbide by its film thickness is smaller than a quotient obtained by dividing the thermal conductivity of the semiconductor layer by a distance of an interface from the semiconductor light emitting portion to the silicon carbide. 7. The semiconductor light emitting device according to claim 6, wherein:
1の半導体層と、 この第1の半導体層上に形成された第1導電型と異なる
第2導電型の第2の半導体層と、 前記第1の半導体層と第2の半導体層から形成された半
導体発光素子と、 前記第2の半導体層上に形成された第1の電極と、 前記第1の半導体層上に形成された第2および第3の電
極からなり、 前記第2の電極と前記第3の電極の間の抵抗は温度によ
って変化することを特徴とする半導体発光素子。8. A first semiconductor layer of a first conductivity type formed on an insulator substrate, and a second semiconductor layer of a second conductivity type different from the first conductivity type formed on the first semiconductor layer. A semiconductor layer; a semiconductor light emitting device formed from the first semiconductor layer and the second semiconductor layer; a first electrode formed on the second semiconductor layer; A semiconductor light emitting device comprising second and third electrodes formed, wherein a resistance between the second electrode and the third electrode changes with temperature.
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| JP10184907A JP2000022266A (en) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | Semiconductor light emitting device |
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| JP2000022266A true JP2000022266A (en) | 2000-01-21 |
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007053410A (en) * | 2006-11-28 | 2007-03-01 | Sony Corp | Method for manufacturing light emitting device |
| US7528540B2 (en) * | 2000-02-15 | 2009-05-05 | Sony Corporation | Light emitting device and optical device using the same |
| JP2009542033A (en) * | 2006-06-30 | 2009-11-26 | インテル コーポレイション | Electrically pumped semiconductor evanescent laser |
| JP2010192871A (en) * | 2009-02-18 | 2010-09-02 | Silitek Electronic (Guangzhou) Co Ltd | Light emitting diode chip with temperature sensor pattern, and method of manufacturing same |
| JP2011222548A (en) * | 2010-04-02 | 2011-11-04 | Sony Corp | Semiconductor light-emitting device |
| JP2019110164A (en) * | 2017-12-15 | 2019-07-04 | 株式会社堀場製作所 | Semiconductor laser device, method for manufacturing the same, and gas analyzer |
-
1998
- 1998-06-30 JP JP10184907A patent/JP2000022266A/en active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7528540B2 (en) * | 2000-02-15 | 2009-05-05 | Sony Corporation | Light emitting device and optical device using the same |
| JP2009542033A (en) * | 2006-06-30 | 2009-11-26 | インテル コーポレイション | Electrically pumped semiconductor evanescent laser |
| JP2013048302A (en) * | 2006-06-30 | 2013-03-07 | Intel Corp | Electrically pumped semiconductor evanescent laser |
| US8767792B2 (en) | 2006-06-30 | 2014-07-01 | Intel Corporation | Method for electrically pumped semiconductor evanescent laser |
| JP2007053410A (en) * | 2006-11-28 | 2007-03-01 | Sony Corp | Method for manufacturing light emitting device |
| JP2010192871A (en) * | 2009-02-18 | 2010-09-02 | Silitek Electronic (Guangzhou) Co Ltd | Light emitting diode chip with temperature sensor pattern, and method of manufacturing same |
| JP2011222548A (en) * | 2010-04-02 | 2011-11-04 | Sony Corp | Semiconductor light-emitting device |
| JP2019110164A (en) * | 2017-12-15 | 2019-07-04 | 株式会社堀場製作所 | Semiconductor laser device, method for manufacturing the same, and gas analyzer |
| JP7049820B2 (en) | 2017-12-15 | 2022-04-07 | 株式会社堀場製作所 | Semiconductor laser equipment, its manufacturing method, and gas analyzer |
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