CN114207969A - 垂直谐振器型发光元件 - Google Patents

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Abstract

本发明包括：第一多层膜反射器；第一电极，其是半透明的并且形成在所述第一多层膜反射器上；第一半导体层，其形成在所述第一电极上并具有第一导电层；发光层，其形成在所述第一半导体层上；第二半导体层，其形成在所述发光层上并且具有与所述第一导电层相反的第二导电类型；第二多层膜反射器，其形成在所述第二半导体层上，包括多个半导体膜，每个半导体膜具有第二导电类型，并且与所述第一多层膜反射器一起构成谐振器；半导体基板，其形成在所述第二多层膜反射器上，具有上表面和从所述上表面突出的突起，并且具有第二导电类型；以及第二电极，其形成在所述半导体基板的上表面上。

Description

垂直谐振器型发光元件
技术领域
本发明涉及一种垂直腔发光元件，诸如垂直腔表面发射激光器。
背景技术
传统上，作为半导体激光器之一，已知一种垂直腔型表面发射激光器，其包括用于通过施加电压而发射光的半导体层和跨半导体层彼此相对的多层膜反射镜。在半导体激光器中，例如，设置有电连接到半导体层的电极。例如，专利文献1公开了一种垂直腔型半导体激光器，其具有分别连接到n型半导体层和p型半导体层的n电极和p电极。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP-A-2017-98328
发明内容
本发明要解决的问题
例如，在诸如表面发射激光器的垂直腔发光元件中，光学谐振器由相对的反射镜形成。例如，在表面发射激光器中，通过经由电极向半导体层施加电压，从半导体层发射的光在光学谐振器内部谐振，并且产生激光。
这里，为了在表面发射激光器中引起低阈值的激光振荡，例如，经由电极注入到半导体层中的电流优选地在半导体层中高效地转换为光。因此，例如，诸如表面发射激光器的垂直腔发光元件优选地具有能够以低电阻向半导体层注入电流的电极配置。
考虑到上述要点做出了本发明，并且本发明的目的是提供一种通过执行高效电流注入来执行高效发光操作的垂直腔发光元件。
解决问题的技术方案
根据本发明的垂直腔发光元件包括第一多层膜反射镜、透光第一电极、第一半导体层、发光层、第二半导体层、第二多层膜反射镜、半导体基板和第二电极。所述透光第一电极形成在所述第一多层膜反射镜上。所述第一半导体层形成在所述第一电极上并且具有第一导电类型。所述发光层形成在所述第一半导体层上。所述第二半导体层形成在所述发光层上并且具有与所述第一导电类型相反的第二导电类型。所述第二多层膜反射镜形成在所述第二半导体层上，并且由具有所述第二导电类型的多个半导体层构成。所述第二多层膜反射镜与所述第一多层膜反射镜一起构成谐振器。所述半导体基板形成在所述第二多层膜反射镜上，具有上表面和从该上表面突出的凸部，并且具有所述第二导电类型。所述第二电极形成在所述半导体基板的上表面上。
附图说明
图1是根据实施方式1的表面发射激光器的顶视图。
图2是根据实施方式1的表面发射激光器的截面图。
图3是示意性地示出根据实施方式1的表面发射激光器的电流路径的图。
图4A是示出根据实施方式1的表面发射激光器的制造工艺的图。
图4B是示出根据实施方式1的表面发射激光器的制造工艺的图。
图4C是示出根据实施方式1的表面发射激光器的制造工艺的图。
图4D是示出根据实施方式1的表面发射激光器的制造工艺的图。
图4E是示出根据实施方式1的表面发射激光器的制造工艺的图。
图4F是示出根据实施方式1的表面发射激光器的制造工艺的图。
图4G是示出根据实施方式1的表面发射激光器的制造工艺的图。
图4H是示出根据实施方式1的表面发射激光器的制造工艺的图。
图5是根据实施方式2的表面发射激光器的顶视图。
图6是根据实施方式2的表面发射激光器的截面图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式。在以下实施方式中，将描述将本发明用作表面发射激光器(半导体激光器)的情况。然而，本发明不限于表面发射激光器，并且可应用于各种类型的垂直腔发光元件，例如垂直腔发光二极管。
实施方式1
图1是根据实施方式1的垂直腔表面发射激光器(VCSEL，以下称为表面发射激光器)的示意性顶视图。图2是表面发射激光器10的截面图。图2是沿图1中的线2-2截取的截面图。使用图1和图2，将描述表面发射激光器10的构造。
表面发射激光器10具有安装基板10M、形成在安装基板10M上的p电极(连接电极)11、以及形成为嵌入p电极11中并且部分地从p电极11露出的第一多层膜反射镜(以下简称为第一反射镜)12。
在该实施方式中，第一反射镜12具有这样的结构，其中第一介电膜(以下称为低折射率介电膜)12L和具有比低折射率介电膜12L高的折射率的第二介电膜(以下称为高折射率介电膜)12H交替层叠。在该实施方式中，第一反射镜12构成由介电材料制成的分布式布拉格反射器(DBR，distributed Bragg reflector)。
在该实施方式中，p电极11在上表面上具有开口部分，第一反射镜12从该开口部分露出。第一反射镜12具有在p电极11的开口部分处从p电极11突出的同时从p电极11暴露的露出部12E。
在该实施方式中，第一反射镜12具有嵌入在p电极11中的埋入式多层膜部分和从该埋入式多层膜部分以分阶段在宽度上减小的方式突出的突出多层膜部分。在该实施方式中，突出多层膜部分是第一反射镜12的从埋入式多层膜部分以圆柱形状突出的部分，从而直径分两个阶段减小。
此外，在该实施方式中，第一反射镜12中的突出多层膜部分具有下部分(在该实施方式中为下台阶部分)和上部分(在该实施方式中为上台阶部分)，下部分具有由p电极11覆盖的侧表面，上部分具有从p电极11突出并露出的侧表面和上表面。即，在该实施方式中，第一反射镜12的露出部12E包括突出多层膜部分的下部分的上表面和上部分的侧表面和上表面。第一反射镜12的露出部12E在顶视图中具有圆形形状。
表面发射激光器10包括形成在p电极11上同时覆盖第一反射镜12的露出部12E的透光电极(第一电极)13。在该实施方式中，第一反射镜12具有从安装基板10M侧穿过至透光电极13侧的通孔。p电极11部分地穿过第一反射镜12并连接到透光电极13。在该实施方式中，第一反射镜12具有形成为管状的通孔，并且p电极11以管状穿过第一反射镜12并且连接到透光电极13。
表面发射激光器10包括绝缘层14，绝缘层14形成在p电极11和透光电极13上，并且具有在第一反射镜12的露出部12E上使透光电极13露出的开口部分14A。
在该实施方式中，透光电极13具有从绝缘层14的开口部分14A露出的露出部13E。在该实施方式中，透光电极13的露出部13E具有圆形顶面形状。
例如，安装基板10M由具有高导热性的材料(例如，诸如AlN的陶瓷材料)制成。p电极11由诸如Au、Al和Cu的金属材料制成。第一反射镜12中的低折射率介电膜12L由SiO2制成，而高折射率介电膜12H由Nb2O5制成。透光电极13由诸如ITO和IZO的透明导电膜制成。绝缘层14由SiO2、SiN等构成。
表面发射激光器10包括光学半导体层15，该光学半导体层15形成在绝缘层14上并且在绝缘层14的开口部分14A处连接到透光电极13的露出部13E。例如，光学半导体层15包括由氮化物半导体制成的多个半导体层。透光电极13的露出部13E用作将透光电极13(p电极11)电连接到光学半导体层15的接触区域。
在该实施方式中，光学半导体层15包括形成在绝缘层14上同时与透光电极13的露出部13E接触的p型半导体层(具有第一导电类型的第一半导体层)15P、形成在p型半导体层15P上的发光层(有源层)15A、以及形成在发光层15A上的n型半导体层(第二半导体层，其是具有与第一导电类型相反的第二导电类型的半导体层)15N。
在该实施方式中，n型半导体层15N具有GaN成分，并且包含Si作为n型杂质。发光层15A具有量子阱结构，该量子阱结构包括具有InGaN成分的阱层和具有GaN成分的阻挡层。p型半导体层15P具有GaN基成分，并且包含Mg作为p型杂质。
光学半导体层15的构造不限于此。例如，n型半导体层15N可以具有具备彼此不同的成分的多个n型半导体层。发光层15A可以具有单量子阱结构或者可以具有单层结构。
p型半导体层15P可以具有具备彼此不同成分的多个p型半导体层。例如，p型半导体层15P可以具有用于与透光电极13形成欧姆接触的接触层(未示出)。在这种情况下，例如，对于p型半导体层15P而言，仅具有GaN层作为接触层和发光层15A之间的覆层是必要的。
光学半导体层15例如可以在发光层15A和p型半导体层15P之间具有电子阻挡层(未示出)，该电子阻挡层避免注入到发光层15A中的电子溢出到p型半导体层15P中。例如，电子阻挡层可以具有AlGaN成分。电子阻挡层可以包含杂质，并且例如可以具有p型杂质并且可以具有p型导电类型。
表面发射激光器10包括形成在光学半导体层15上的第二多层膜反射镜(以下简称为第二反射镜)16。第二反射镜16隔着光学半导体层15与第一反射镜12相对地布置。第二反射镜16与第一反射镜12一起构成谐振器10C，谐振器10C具有与光学半导体层15垂直的方向(与安装基板10M垂直的方向)作为谐振器长度方向。
在该实施方式中，第二反射镜16具有这样的结构，其中第一半导体膜(以下称为低折射率半导体膜)16L和具有比低折射率半导体膜16L高的折射率的第二半导体膜(以下称为高折射率半导体膜)16H交替层叠。即，在该实施方式中，第二反射镜16构成由半导体材料制成的分布式布拉格反射器。
例如，第二反射镜16中的低折射率半导体膜16L和高折射率半导体膜16H中的每一个由与光学半导体层15相同种类的半导体材料制成，光学半导体层15在该实施方式中是氮化物半导体材料。例如，低折射率半导体膜16L由AlInN制成，而高折射率半导体膜16H由GaN制成。
此外，在该实施方式中，第二反射镜16具有n型导电类型。在该实施方式中，低折射率半导体膜16L和高折射率半导体膜16H中的每一个都包含n型杂质。例如，在该实施方式中，低折射率半导体膜16L和高折射率半导体膜16H分别是包含Si的AlInN膜和GaN膜。
表面发射激光器10包括形成在第二反射镜16上的半导体基板17。半导体基板17由与光学半导体层15和第二反射镜16相同种类的半导体材料制成，在该实施方式中，第二反射镜16是氮化物半导体材料。半导体基板17对于从发光层15A发射的光具有透光性。
在该实施方式中，半导体基板17是用于光学半导体层15和第二反射镜16的晶体生长的生长基板。例如，半导体基板17具有GaN成分。此外，在该实施方式中，在半导体基板17和第二反射镜16之间包括具有GaN成分的缓冲层(未示出)。
此外，在该实施方式中，半导体基板17具有n型导电类型。在该实施方式中，半导体基板17由具有n型杂质的半导体材料制成，并且在该实施方式中是包含Si的GaN基板。
半导体基板17具有上表面17S和从上表面17S突出的凸部17P。凸部17P具有被研磨成镜面抛光的顶表面17PS。此外，凸部17P具有损伤层17A，损伤层17A形成在距顶表面17PS预定深度的区域中，并且其中导电特性被研磨损害。
在该实施方式中，凸部17P是从半导体基板17的上表面17S以圆柱形状突出的部分。凸部17P形成为布置在凸部17P的中心轴穿过透光电极13中的露出部13E的中心的位置处(即，与光学半导体层15的接触区域)。在该实施方式中，凸部17P的宽度(直径)D2比透光电极13的露出部13E的宽度(直径)D1大。
在该实施方式中，半导体基板17的上表面17S是通过蚀刻去除的半导体基板17的表面区域。更具体地，半导体基板17的上表面17S是在研磨之后通过干蚀刻去除研磨表面而显现的半导体基板17的表面区域。因此，半导体基板17的上表面17S是示出n型导电类型的区域。在该实施方式中，半导体基板17的凸部17P是半导体基板17的表面区域，在该表面区域中，研磨表面保留而没有被干蚀刻。
表面发射激光器10包括n电极(第二电极)18，n电极18形成在半导体基板17的上表面17S上并且具有围绕凸部17P的开口部分18A。在该实施方式中，n电极18由Au、Al、Cu等金属材料形成。
在该实施方式中，n电极18以层状形状形成在半导体基板17上。n电极18的开口部分18A具有比半导体基板17的凸部17P的宽度大的开口宽度，并且形成为与凸部17P分隔开。
表面发射激光器10具有形成在n电极18上的抗反射层19，以掩埋半导体基板17的凸部17P。抗反射层19例如由电介质多层膜构成，并且在该实施方式中，具有Ta2O5层和SiO2层交替层叠多次的结构。抗反射层19抑制从发光层15A发射的光被半导体基板17的凸部17P的顶表面17PS反射。
在该实施方式中，透光电极13的露出部13E(即，绝缘层14的开口部分14A)限定发光中心，该发光中心是发光层15A的发光区域的中心，并且限定谐振器10C的中心轴(在下文中称为发光中心轴)AX。谐振器10C的发光中心轴AX穿过透光电极13的露出部13E的中心并且沿着垂直于光学半导体层15的方向延伸。
发光层15A的发光区域例如是在发光层15A内发射具有预定强度或更高强度的光的具有预定宽度的区域，并且发光区域的中心是发光中心。此外，例如，发光层15A的发光区域是在发光层15A内注入具有预定密度或更高密度的电流的区域，并且发光区域的中心是发光中心。与穿过发光中心的安装基板10M垂直的直线是发光中心轴AX。发光中心轴AX是沿着由第一反射镜12和第二反射镜16构成的谐振器10C的谐振器长度方向延伸的直线。发光中心轴AX对应于从表面发射激光器10出射的激光的光轴。
在该实施方式中，第二反射镜16具有比第一反射镜12小的光反射率。第二反射镜16对于从发光层15A发射的光具有透光性质。第二反射镜16反射从发光层15A发射的大部分光，并且透射已经在谐振器10C中谐振的激光束LB的一部分以出射到谐振器10C外部。
因此，在该实施方式中，表面发射激光器10被配置为使得在谐振器10C中产生的激光束LB从半导体基板17的凸部17P的顶表面17PS出射。
换句话说，表面发射激光器10具有半导体基板17的凸部17P的区域作为光提取区域，并且具有作为围绕半导体基板17的凸部17P的区域的上表面17S的区域(其也可以被称为相对于凸部17P的凹陷部分区域)作为与光学半导体层15的接触区域。
图3是示意性地示出表面发射激光器的电流路径的图。在该实施方式中，如图3中虚线所示，在透光电极13(p电极11)和n电极18之间流动的电流CR沿着与光学半导体层15和第二反射镜16大致垂直的方向(以下称为纵向)流动。电流CR的路径可以说是当电流注入到光学半导体层15中时电阻变得最小的路径。
具体地，首先，在与表面发射激光器10类似地沿纵向布置相对电极的情况下，电极之间的距离在许多情况下变为小于约200μm。这是因为，除非表面发射激光器10本身具有一定程度的机械强度，否则操作是不可能的，因此，通常需要留下大约80至200μm作为半导体基板17的厚度。
另一方面，暂时地，在通过部分地去除光学半导体层15等而沿平行于光学半导体层15的方向(在下文中称为横向)布置电极的情况下，电流沿平行于光学半导体层15的方向流动。在这种情况下，考虑到稳定的热辐射特性和电特性，电极之间的电流路径的距离在许多情况下变为约50μm或更大。
这里，光学半导体层15中的电阻与在光学半导体层15中流动的电流路径的距离成比例，并且与电流路径的横截面积成反比。然后，在电极沿纵向布置的情况下，与电极沿横向布置的情况相比，电流路径的横截面积足够大，以抵消电流路径的距离的差异。例如，在纵向方向上电极布置的情况下电流路径的横截面积比在横向方向上布置电极的情况下电流路径的横截面积(其为显著超过100倍的横截面积)大两位数或更多。因此，通过沿纵向布置电极，可以使电极之间的电阻比横向的情况小得多。
因此，电流CR不会浪费在光半导体层15中，而是被注入到发光层15A中并且高效地转换为光。因此，光学半导体层15可以执行高效的发光操作。
在该实施方式中，激光束LB从镜面抛光的半导体基板17的凸部17P的顶表面17PS出射。在使激光束LB的输出功率和光束形状稳定方面，这是最优选的配置。
具体地，考虑到在类似于表面发射激光器10的纵向方向上布置电极的情况下获得高的电特性并且激光束LB在不降低输出功率的情况下射出，半导体基板17优选在一定程度上较薄。
此外，考虑到激光束LB的光学特性(例如激光束LB的光束形状和输出分布)稳定，作为激光束LB的出射表面的凸部17P的顶面17PS优选地高度平坦化。在这种情况下，例如，在执行减薄成为半导体基板17的生长基板的处理之后，使用执行诸如研磨的镜面抛光工艺。
然而，本申请的发明人注意到，进行研磨具有如下缺点，即，在生长基板的研磨表面附近形成不具有导电性的区域。此外，本申请的发明人通过实验证实，当n电极18形成在研磨表面上时，没有获得到p电极11的导通。
与此相反，在该实施方式中，通过去除除了成为光出射面的部分以外的生长基板的研磨面，将作为半导体基板17的表面区域而不是成为激光束LB的光路的部分的上表面17S的区域用作与n电极18的接触区域。因此，通过夹持光学半导体层15，能够在半导体基板17的上表面17S与透光电极13的露出部13E之间形成长度方向的电流CR的良好路径。
因此，表面发射激光器10成为可以通过执行高效电流注入来执行高效发光操作的发光元件。此外，表面发射激光器10成为允许稳定激光束LB以高输出功率出射的激光元件。通过在凸部17P上设置抗反射层19，具有高输出功率和光学特性的激光束LB可以更稳定地出射。
半导体基板17中的凸部17P的形状和尺寸可以基于例如激光束LB的光束形状、辐射角等来设计。例如，将发光层15A设定为激光束LB的出射点，并且考虑激光束LB从n型半导体层15N到半导体基板17的凸部17P的顶表面17PS的距离以及激光束LB在n型半导体层15N中的辐射角、第二反射镜16以及半导体基板17，可以计算在半导体基板17的凸部17P的顶表面17PS处的激光束LB的光束形状和光束宽度(光束直径)。
在该实施方式中，半导体基板17中的凸部17P相对于上表面17S的高度比n电极18的厚度(距上表面17S的高度)大。这抑制了在激光束LB从凸部17P的顶表面17PS出射之后激光束LB的外缘部分被n电极18吸收。因此，激光束LB可以以设计的光束形状和输出功率稳定地出射。
在该实施方式中，n电极18的开口部分18A的开口直径比半导体基板17的凸部17P的宽度D2大。因此，n电极18与凸部17P的侧表面分离。这在n电极18的制造中是优选的。具体地，在通过剥离形成为n电极18的金属层的情况下，在一些情况下，当金属层剥离时，在金属层的端部处产生毛刺。即使在这种情况下，通过使用比凸部17P大的掩模来形成n电极18，可以抑制在凸部17P上形成毛刺。
在该实施方式中，p电极11与安装基板10M的大致整个表面接触。由此，p电极11能够形成用于将从光学半导体层15产生的热有效地传导到安装基板10M的散热路径。因此，表面发射激光器10成为发光元件，该发光元件具有高的热辐射性能，并且即使在长时间驱动和使用大电流的情况下也稳定地操作。
在该实施方式中，p电极11穿过第一反射镜12并连接到透光电极13。因此，可以形成用于有效地将热量从光学半导体层15传导到安装基板10M的路径。p电极11形成为以包围发光中心轴AX的方式穿过管状的第一反射镜12。有了这一点，可以预期大的热辐射效应。
图4A至图4H中的每一个是示出表面发射激光器10的制造工艺的截面图。使用图4A至图4H，将描述表面发射激光器10的制造方法的示例。图4A至图4H中的每一个在表面发射激光器10的制造工艺方面是类似于图2的截面图。
首先，如图4A所示，制备成为半导体基板17的生长基板17W，在该生长基板17W上生长第二反射镜16和光学半导体层15。例如，对于第二反射镜16和光学半导体层15的生长，可以使用金属有机化学气相沉积(MOCVD法)。
具体地，首先，制备具有平板形状的n型GaN基板作为生长基板17W。在GaN基板上生长作为缓冲层的n-GaN层之后，在缓冲层上多次交替生长作为高折射率半导体膜16H的n-GaN膜和作为低折射率半导体膜16L的n-AlInN膜。由此，在生长基板17W上形成第二反射镜16。
接下来，在第二反射镜16上，分别生长作为n型半导体层15N的n-GaN层、作为发光层15A的多对InGaN层和GaN层、以及作为p型半导体层15P的p-GaN层。由此，在第二反射镜16上形成光学半导体层15。
随后，在光学半导体层15上形成绝缘层14。在该实施方式中，在p型半导体层15P上形成SiO2层，并且在SiO2层的一部分中形成开口部分。由此，形成具有开口部分14A的绝缘层14。
接下来，在绝缘层14上形成透光电极13。在该实施方式中，在绝缘层14的开口部分14A处，以与p型半导体层15P的上表面接触的方式，在绝缘层14上层叠形成作为透光电极13的ITO。
随后，在绝缘层14上形成构成p电极11的一部分的层状电极11A。在该实施方式中，作为层状电极11A，形成具有开口宽度大于绝缘层14的开口部分14A的宽度D1的开口部分11B的金属层。层状电极11A的开口部分11B布置为，在与层状电极11A垂直的方向上观察时，与绝缘层14的开口部分14A重叠(在该实施方式中，以包围开口部分14A的方式)。
接下来，如图4B所示，从生长基板17W的与第二反射镜16相反侧的表面切割并研磨生长基板17W。具体地，首先，切割或切断生长基板17W以减小生长基板17W的厚度。然后，在切割表面上执行磨削和研磨工艺。由此，形成对第二反射镜16的相反侧的生长基板17W的表面进行了镜面抛光的生长基板17WG。
这里，通过执行生长基板17W的研磨工艺，在已经研磨的表面附近损伤n型导电特性。因此，在研磨之后的生长基板17WG上，形成高电阻区域，该高电阻区域具有非常高的电阻并且即使直接形成n电极也变为非欧姆接触，即，成为半导体基板17的损伤层17A的表面区域。
随后，如图4C所示，在层状电极11A上，形成由高折射率介电膜12H和低折射率介电膜12L构成的介电多层膜12ML，该介电多层膜12ML成为第一反射镜12，以嵌入开口部分11B。在该实施方式中，作为高折射率介电膜12H和低折射率介电膜12L，分别交替层叠Nb2O5膜和SiO2膜Nb2O5多次。
接下来，如图4D所示，去除电介质多层膜12ML的一部分以暴露层状电极11A。在该实施方式中，形成将电介质多层膜12ML以筒状去除的区域，使得层状电极11A的开口部分11B被从电介质多层膜12ML露出的层状电极11A的一部分以环状包围。
此外，在该实施方式中，去除电介质多层膜12ML，使得层状电极11A的从电介质多层膜12ML暴露的部分布置在透光电极13上的区域中。通过部分地去除电介质多层膜12ML，在层状电极11A上形成第一反射镜12。
随后，如图4E所示，构成p电极11的埋入电极11C形成为埋入第一反射镜12，并与从第一反射镜12露出的层状电极11A接触。掩埋电极11C的上表面是平坦的。埋入电极11C例如由类似于层状电极11A的金属材料制成。由此，层状电极11A和埋入电极11C整体成为埋入第一反射镜12的p电极11，该p电极11使第一反射镜12的一部分露出。
接下来，如图4F所示，生长基板17WG从p电极11侧接合到安装基板10M。例如，在制备陶瓷基板作为安装基板10M并且在陶瓷基板的上表面上形成金属层(未示出)之后，将p电极11接合到金属层。由此，生长基板17WG与光学半导体层15、第一反射镜12和第二反射镜16一起安装在安装基板10M上。
随后，如图4所示，从损伤区域17DA侧部分地去除生长基板17WG。例如，为了部分去除生长基板17WG，可以使用诸如干蚀刻的处理技术。由此，生长基板17WG的未被去除的部分从已被去除并暴露的表面突出。
此外，在未被去除的部分上，损伤区域17DA保留。另一方面，被去除的部分不具有损伤区域17DA，并且变为示出n型导电类型的部分。这形成具有上表面17S和从上表面17S突出的凸部17P并且在凸部17P的上表面上具有损伤层17A的半导体基板17。
接下来，如图4H所示，在半导体基板17上形成金属层，并且在金属层上形成露出凸部17P的开口部分。这形成了n电极18。通过在n电极18上形成介电材料的多层膜，同时嵌入半导体基板17的凸部17P，形成抗反射层19。表面发射激光器10可以例如以这种方式制造。
在该实施方式中，已经描述了半导体基板17具有在凸部17P上镜面抛光的顶表面17PS并且在顶表面17PS附近具有导电特性受损的损伤层17A的情况。然而，半导体基板17的构造不限于此。半导体基板17只要至少具有形成有n电极18的上表面17S和从上表面17S突出并用作光出射表面的凸部17P即可。这允许经由半导体基板17在纵向上传导，并且允许令人满意的光从凸部17P出射。
在该实施方式中，已经描述了作为半导体基板17中除了凸部17P之外的表面区域的上表面17S是通过干蚀刻显现的半导体基板17的表面区域的情况。然而，仅需要半导体基板17的上表面17S是示出n型导电类型的表面区域，并且上表面17S的形成方法不限于蚀刻。
在该实施方式中，已经描述了第一反射镜12形成为嵌入在p电极11中并且具有从p电极11突出并暴露的露出部12E的情况。此外，已经描述了透光电极13连接到p电极11的情况。然而，p电极11、第一反射镜12和透光电极13的构造不限于这些。
例如，表面发射激光器10仅需要至少具有形成在第一反射镜12上的第一反射镜12和用作p侧电极的透光电极13。此外，已经描述了绝缘层14设置在透光电极13上的情况。然而，不需要设置绝缘层14。例如，只要p型半导体层15P上的透光电极13上的区域的一部分的电阻降低，该区域就用作电流注入区域。此外，不必设置抗反射层19。
因此，在该实施方式中，表面发射激光器10包括第一反射镜12、透光电极(第一电极)13、p型半导体层15P(第一半导体层)、发光层15A、n型半导体层15N、第二反射镜16、半导体基板17和n电极18。透光电极13形成在第一反射镜12上。p型半导体层15P形成在透光电极13上。发光层15A形成在p型半导体层15P上。n型半导体层15N形成在发光层15A上。第二反射镜16形成在n型半导体层15N上，并且由具有n型导电类型(第二导电类型)的多个半导体膜构成。半导体基板17形成在第二反射镜16上，具有上表面17S和从上表面17S突出的凸部17P，并且具有n型导电型。n电极18形成在半导体基板17的上表面17S上。因此，可以提供通过执行高效电流注入来执行高效发光操作的表面发射激光器10(垂直腔发光元件)。
实施方式2
图5是根据实施方式2的表面发射激光器20的顶视图。图6是沿图5中的线6-6截取的横截面图，其是表面发射激光器20的横截面图。使用图5和图6，将描述表面发射激光器20的构造。
在该实施方式中，表面发射激光器20包括具有多个露出部21E的第一反射镜21、具有对应于各个露出部21E的多个开口部分23A的绝缘层23、具有多个露出部22E的透光电极22、以及具有多个凸部24P的半导体基板24。即，表面发射激光器20具有多个光出射部分并且具有多个发光中心轴AX。
更具体地，第一反射镜21具有这样的结构，其中分别类似于第一反射镜12中的低折射率介电膜12L和高折射率介电膜12H的低折射率介电膜21L和高折射率介电膜21H交替层叠。第一反射镜21具有从p电极11露出的多个露出部21E。在该实施方式中，第一反射镜21与第二反射镜16一起构成谐振器20C。
透光电极22形成在第一反射镜21上，同时覆盖第一反射镜21的多个露出部21E中的每一个。绝缘层23具有在透光电极22中的第一反射镜21的露出部21E上的区域处露出透光电极22的开口部分23A。由此，透光电极22具有各从绝缘层23露出的多个露出部22E。即，在光学半导体层15的p型半导体层15P上，形成与透光电极22的多个接触区域。
半导体基板24具有上表面24S和多个凸部24P，所述多个凸部24P形成在透光电极22的相应多个露出部22E上并且每个凸部24P都从上表面24S暴露。每个凸部24P在其上表面附近具有损伤层24A。
表面发射激光器20具有n电极25，n电极25形成在半导体基板24的上表面24S上，并且具有围绕相应的多个凸部24P的多个开口部分25A。表面发射激光器20具有抗反射层26，抗反射层26形成为覆盖半导体基板24的凸部24P和n电极25。表面发射激光器20包括连接到n电极25的焊盘电极27。
在该实施方式中，表面发射激光器20包括半导体基板24的多个凸部24P作为激光束LB的出射部分。即使在表面发射激光器20中，通过使用除了半导体基板24的凸部24P之外的区域作为与n电极25的接触区域，可以在纵向上形成令人满意的导通，并且可以执行到光学半导体层15的高效电流注入。因此，可以提供通过执行高效电流注入来执行高效发光操作的表面发射激光器20(垂直腔发光元件)。
附图标记列表
10、20表面发射激光器(VCSEL)
11p电极(连接电极)
12、21第一反射镜
13、22透光电极(第一电极)
15光学半导体层
16第二反射镜
17、24半导体基板
18、25n电极

Claims (9)

1.一种垂直腔发光元件，其包括：
第一多层膜反射镜；
透光第一电极，其形成在所述第一多层膜反射镜上；
第一半导体层，其形成在所述第一电极上并且具有第一导电类型；
发光层，其形成在所述第一半导体层上；
第二半导体层，其形成在所述发光层上并且具有与所述第一导电类型相反的第二导电类型；
第二多层膜反射镜，其形成在所述第二半导体层上，并且由具有所述第二导电类型的多个半导体层构成，所述第二多层膜反射镜与所述第一多层膜反射镜一起构成谐振器；
半导体基板，其形成在所述第二多层膜反射镜上，所述半导体基板具有上表面和从该上表面突出的凸部，并且具有所述第二导电类型；以及
第二电极，其形成在所述半导体基板的上表面上。
2.根据权利要求1所述的垂直腔发光元件，其中，
所述半导体基板的凸部具有被研磨成镜面抛光的顶表面。
3.根据权利要求2所述的垂直腔发光元件，其中，
所述半导体基板的凸部具有形成在所述顶表面附近的损伤层，并且所述损伤层的第二导电类型通过研磨被损伤。
4.根据权利要求2或3所述的垂直腔发光元件，其中，
所述半导体基板的上表面是所述半导体基板的表面区域，在研磨之后通过蚀刻从该表面区域去除研磨表面。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的垂直腔发光元件，其中，
所述第二多层膜反射镜对于从所述发光层发射的光具有比所述第一多层膜反射镜小的反射率。
6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的垂直腔发光元件，所述垂直腔发光元件包括：
连接电极，其形成在所述第一多层膜反射镜上以嵌入所述第一多层膜反射镜，并且连接到所述第一电极。
7.根据权利要求6所述的垂直腔发光元件，其中，
所述连接电极穿过所述第一多层膜反射镜并且连接到所述第一电极。
8.根据权利要求1至7中的任意一项所述的垂直腔发光元件，所述垂直腔发光元件包括：
抗反射层，其形成为覆盖所述半导体基板的所述凸部。
9.根据权利要求1至8中的任意一项所述的垂直腔发光元件，其中，
所述第二电极形成为与所述凸部分离。
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