JP2000332351A - Semiconductor light emitting device and manufacture thereof - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、面発光が可能な半
導体発光デバイス、およびこのような半導体発光デバイ
スの製造方法に関する。[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a semiconductor light emitting device capable of surface light emission and a method for manufacturing such a semiconductor light emitting device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】面発光が可能な半導体レーザとしては、
ＤＢＲ型半導体レーザがある。この面発光型レーザは、
発光方向に沿って設けられブラッグ反射に基づく１次元
回折格子を有している。2. Description of the Related Art As a semiconductor laser capable of surface emission,
There is a DBR type semiconductor laser. This surface emitting laser
It has a one-dimensional diffraction grating based on Bragg reflection provided along the light emitting direction.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＤＢＲ
型半導体レーザは、発光方向に沿って１次元回折格子を
形成するために周期構造を設ける必要がある。このよう
な周期構造は、屈折率の異なる層を周期的になるように
繰り返し形成する必要がある。However, the DBR
In the type semiconductor laser, it is necessary to provide a periodic structure in order to form a one-dimensional diffraction grating along the light emitting direction. Such a periodic structure needs to be repeatedly formed so that layers having different refractive indexes become periodic.
【０００４】本発明の目的は、従来とは異なった構成を
有する面発光が可能な半導体発光デバイス、およびこの
ような半導体発光デバイスの製造方法を提供することに
ある。An object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device having a configuration different from that of the prior art and capable of surface light emission, and a method of manufacturing such a semiconductor light emitting device.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】発明者は、半導体レーザ
に必要な構成を検討した。半導体レーザは、一般には、
光を発生する活性層を備える。また、レーザ発振すべき
波長を規定するためには、波長選択機能を有する部分が
必要である。更に、面発光を可能にするためには、発生
された光を２次元的に取り出すことが必要である。Means for Solving the Problems The inventor has studied a configuration required for a semiconductor laser. Semiconductor lasers are generally
An active layer for generating light is provided. In addition, a part having a wavelength selection function is required to specify a wavelength at which laser oscillation is to be performed. Further, in order to enable surface light emission, it is necessary to take out the generated light two-dimensionally.
【０００６】そこで、本発明を以下のような構成とし
た。Therefore, the present invention has the following configuration.
【０００７】本発明の半導体発光デバイスは、第１導電
型半導体層と、第２導電型半導体層と、活性層と、２次
元回折格子と、光放出面とを備える。[0007] A semiconductor light emitting device of the present invention includes a first conductivity type semiconductor layer, a second conductivity type semiconductor layer, an active layer, a two-dimensional diffraction grating, and a light emitting surface.
【０００８】第１導電型半導体層および第２導電型半導
体層は、基板の主面上に設けられている。活性層は、キ
ャリアが注入されると光を発生するように設けられ、第
１導電型半導体層および第２導電型半導体層に挟まれて
いる。２次元回折格子は、活性層において発生されるべ
き光の波長を規定するように設けられ、基板の主面が延
びる方向に沿って延びている。The first conductivity type semiconductor layer and the second conductivity type semiconductor layer are provided on the main surface of the substrate. The active layer is provided to generate light when carriers are injected, and is sandwiched between the first conductivity type semiconductor layer and the second conductivity type semiconductor layer. The two-dimensional diffraction grating is provided so as to define the wavelength of light to be generated in the active layer, and extends along the direction in which the main surface of the substrate extends.
【０００９】この結果、活性層において発生され２次元
回折格子によって波長が規定された光が、光放出面から
放出される。この光放出面は、２次元回折格子が延びる
方向に沿って設けられている。As a result, light generated in the active layer and having a wavelength defined by the two-dimensional diffraction grating is emitted from the light emitting surface. The light emitting surface is provided along the direction in which the two-dimensional diffraction grating extends.
【００１０】本発明の半導体発光デバイスでは、２次元
回折格子は、第１の屈折率を有する媒質内に２次元回折
格子を構成するように設けられた第２の屈折率の部分を
有することができる。第１の屈折率は第２の屈折率より
も大きいことが好ましい。第２の屈折率の部分は、第１
の屈折率の媒質内に設けられた凹部であることができ
る。このような２次元回折格子は、三角格子および正方
格子のいずれか一方を採用することによって実現される
ことができる。In the semiconductor light emitting device according to the present invention, the two-dimensional diffraction grating may have a second refractive index portion provided in the medium having the first refractive index so as to constitute the two-dimensional diffraction grating. it can. Preferably, the first refractive index is greater than the second refractive index. The portion of the second refractive index is the first
Concave portion provided in a medium having a refractive index of Such a two-dimensional diffraction grating can be realized by employing one of a triangular lattice and a square lattice.
【００１１】本発明の半導体発光デバイスは、活性層を
介して２次元回折格子と対向するように設けられた別の
２次元回折格子を更に備えることができる。追加された
２次元回折格子は、回折効率を高めることを可能にす
る。両方の２次元回折格子は、回折効率を高めるような
周期、例えば同一の周期を有することが好ましい。これ
らの２次元回折格子は、活性層に関して対称に設けるこ
とができ、また非対称に設けることができる。[0011] The semiconductor light emitting device of the present invention can further include another two-dimensional diffraction grating provided so as to face the two-dimensional diffraction grating via the active layer. The added two-dimensional diffraction grating makes it possible to increase the diffraction efficiency. Preferably, both two-dimensional diffraction gratings have a period that enhances diffraction efficiency, for example, the same period. These two-dimensional diffraction gratings can be provided symmetrically with respect to the active layer or can be provided asymmetrically.
【００１２】本発明の半導体発光デバイスは、活性層に
キャリアを与えるための電極を更に備えることができ
る。このような電極は、光放出面上に設けられることが
できる。このため、活性層に対して２次元的にキャリア
を与えることができる。電極の材料は、活性層において
発生された光に対して透明であることが好ましい。[0012] The semiconductor light emitting device of the present invention can further include an electrode for providing carriers to the active layer. Such an electrode can be provided on the light emitting surface. Therefore, carriers can be two-dimensionally provided to the active layer. The electrode material is preferably transparent to the light generated in the active layer.
【００１３】本発明の半導体発光デバイスでは、活性層
は、キャリアが注入されると光を発生する複数の発光部
と、複数の発光部を分離するように設けられた分離部と
を有することができる。このような活性層の形態は、以
下に例示的に列挙される様々な構造によって実現され
る。２次元量子井戸構造は、複数の半導体層を積層する
ことによって実現される。１次元量子井戸構造は、回折
格子に沿って設けられた量子細線を形成することによっ
て実現される。０次元量子井戸構造は、回折格子に沿っ
て設けられた量子箱を形成することによって実現され
る。活性層の形態は、ここに列挙された構造に限定され
ることはない。活性層は、２次元回折格子に光を提供で
きるように設けられ、また光放出面に沿って設けられる
ことが好ましい。In the semiconductor light emitting device of the present invention, the active layer may include a plurality of light emitting portions that generate light when carriers are injected, and a separating portion provided to separate the plurality of light emitting portions. it can. Such a form of the active layer is realized by various structures exemplified below. The two-dimensional quantum well structure is realized by stacking a plurality of semiconductor layers. The one-dimensional quantum well structure is realized by forming quantum wires provided along the diffraction grating. The zero-dimensional quantum well structure is realized by forming a quantum box provided along a diffraction grating. The form of the active layer is not limited to the structures listed here. The active layer is provided so as to provide light to the two-dimensional diffraction grating, and is preferably provided along the light emitting surface.
【００１４】また、本発明の半導体発光デバイスは、第
１導電型半導体層と、第２導電型半導体層と、活性層
と、フォトニックバンド層と、光放出面とを備える。フ
ォトニックバンド層はフォトニックバンド構造を有す
る。また、フォトニックバンド層は、活性層と光学的に
結合され、基板の主面が伸びる方向に沿って設けられて
いる。活性層において発生される光は、フォトニックバ
ンド構造によって規定される。この結果、光放出面から
は活性層において発生され、フォトニックバンド層によ
って波長および位相が規定された光が放出される。光発
光面は、フォトニックバンド層が延びる方向に沿って設
けられることができる。Further, the semiconductor light emitting device of the present invention includes a first conductivity type semiconductor layer, a second conductivity type semiconductor layer, an active layer, a photonic band layer, and a light emitting surface. The photonic band layer has a photonic band structure. The photonic band layer is optically coupled to the active layer and provided along the direction in which the main surface of the substrate extends. The light generated in the active layer is defined by the photonic band structure. As a result, light is emitted from the light emitting surface in the active layer, and light whose wavelength and phase are defined by the photonic band layer is emitted. The light emitting surface may be provided along a direction in which the photonic band layer extends.
【００１５】本発明に係わる半導体発光デバイスの製造
方法は、(1)第１の基板を含み第１の表面を有する第１
の部品を準備し、(2)第１導電型半導体層、活性層、お
よび第２導電型半導体層を第２の基板の主面上に順に堆
積し、この主面が延びる方向に沿って第２の表面を有す
る第２の部品を形成し、(3)第１の表面および第２の表
面の少なくともいずれか一方に２次元回折格子を形成す
る格子工程、(4)２次元回折格子を形成した後、第１の
表面と第２の表面とが向き合うように第１の部品および
第２の部品を接合する、それぞれの工程を備える。The method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention includes the steps of: (1) forming a first light emitting device having a first surface including a first substrate;
(2) a first conductive type semiconductor layer, an active layer, and a second conductive type semiconductor layer are sequentially deposited on the main surface of the second substrate, and the first conductive type semiconductor layer, the active layer, and the second conductive type semiconductor layer are deposited along the main surface extending direction. Forming a second component having a second surface, (3) forming a two-dimensional diffraction grating on at least one of the first surface and the second surface, and (4) forming a two-dimensional diffraction grating And then bonding the first component and the second component such that the first surface and the second surface face each other.
【００１６】接合されるべき面に２次元格子を形成した
後に、この２次元格子を挟むように２部品を接合するよ
うにした。このため、２次元格子を形成した表面上に他
の層を堆積することがない。故に、他の層の形成に影響
を与えることなく２次元格子が形成される。また、２次
元回折格子の形成面が接合されるので、他の層の形成か
ら影響を受けることはない。After forming a two-dimensional lattice on the surface to be joined, two parts are joined so as to sandwich the two-dimensional lattice. Therefore, no other layer is deposited on the surface on which the two-dimensional lattice is formed. Therefore, a two-dimensional lattice is formed without affecting the formation of other layers. In addition, since the surfaces on which the two-dimensional diffraction grating is formed are joined, they are not affected by the formation of other layers.
【００１７】また、本発明に係わる半導体発光デバイス
の製造方法は、(5)第１の基板および第２の基板の少な
くとも一方を除去し光放出面を形成する工程を更に備え
ることができる。基板の一方を除去すれば、光が発生さ
れる活性層から光放出面までの距離が縮小される。Further, the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention can further include a step of (5) removing at least one of the first substrate and the second substrate to form a light emitting surface. If one of the substrates is removed, the distance from the active layer where light is generated to the light emitting surface is reduced.
【００１８】本発明に係わる半導体発光デバイスの製造
方法は、(6)第１の基板を含み第１の表面を有する第１
の部品を準備し、(7)第１導電型半導体層、活性層、お
よび第２導電型半導体層を第２の基板の主面上に順に堆
積し、この主面が延びる方向に沿って第２の表面を有す
る第２の部品を形成し、(8)第１の表面および第２の表
面の少なくともいずれか一方に２次元回折格子を形成
し、(9)２次元回折格子の形成後に、第１の表面と第２
の表面とが向き合うように第１の部品および第２の部品
を接合し第３の部品を形成し、(10)第３の部品から第１
の基板を第３の表面が現れるように除去し第４の部品を
形成し、(11)第３の基板を含み第４の表面を有する第５
の部品を準備し、(12)第３の表面および第４の表面のい
ずれか一方に形成された別の２次元回折格子を形成し、
(13)第３の表面と第４の表面とが向き合うように、第４
の部品および第５の部品を接合する、それぞれの工程を
備える。The method for manufacturing a semiconductor light-emitting device according to the present invention includes the steps of: (6) forming a first substrate having a first surface and including a first substrate;
(7) a first conductive type semiconductor layer, an active layer, and a second conductive type semiconductor layer are sequentially deposited on the main surface of the second substrate, and the first conductive type semiconductor layer, the active layer, and the second conductive type semiconductor layer are sequentially deposited along the main surface extending direction. Forming a second component having two surfaces, (8) forming a two-dimensional diffraction grating on at least one of the first surface and the second surface, and (9) forming the two-dimensional diffraction grating. First surface and second
The first component and the second component are joined so that the surface of the first component faces the third component to form a third component.
Removing the substrate so that the third surface appears to form a fourth component, and (11) forming a fifth component including the third substrate and having a fourth surface.
(12) forming another two-dimensional diffraction grating formed on one of the third surface and the fourth surface;
(13) The fourth surface is set so that the third surface and the fourth surface face each other.
And the fifth component are joined.
【００１９】このように、作り込むべき２次元回折格子
を張り合わせ面に形成すれば、２次元回折格子を必要な
数だけ積層することができる。As described above, if a two-dimensional diffraction grating to be formed is formed on the bonding surface, a required number of two-dimensional diffraction gratings can be stacked.
【００２０】また、本発明に係わる半導体発光デバイス
の製造方法は、(14)接合された第４の部品および第５の
部品から、第１の基板および第３の基板のいずれかを除
去し、光放出面を形成する工程を更に備えることができ
る。Further, according to the method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention, (14) removing one of the first substrate and the third substrate from the joined fourth component and the fifth component, The method may further include forming a light emitting surface.
【００２１】本発明に係わる半導体発光デバイスの製造
方法では、２次元回折格子を形成する工程は、(15)活性
層において発生されるべき光の波長に対応したフォトニ
ックバンド構造を形成するように規定された２次元回折
格子パターンを持つマスクを第１の表面および第２の表
面の少なくともいずれか一方に形成する工程、(16)マス
クを用いてエッチングし、２次元回折格子を形成する工
程、を有することができる。In the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention, the step of forming a two-dimensional diffraction grating includes: (15) forming a photonic band structure corresponding to the wavelength of light to be generated in the active layer. Forming a mask having a defined two-dimensional diffraction grating pattern on at least one of the first surface and the second surface; (16) forming a two-dimensional diffraction grating by etching using the mask; Can be provided.
【００２２】また、本発明に係わる半導体発光デバイス
の製造方法では、２次元回折格子を形成する工程は、(1
7)活性層において発生されるべき光の波長に対応したフ
ォトニックバンド構造を形成するように規定された２次
元回折格子パターンを持つマスクを第３の表面および第
４の表面のいずれか一方に２次元回折格子を形成し、(1
8)マスクを用いてエッチングし、２次元回折格子を形成
する、それぞれの工程を有することができる。In the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention, the step of forming a two-dimensional diffraction grating includes the steps of (1)
7) A mask having a two-dimensional diffraction grating pattern defined to form a photonic band structure corresponding to the wavelength of light to be generated in the active layer is provided on one of the third surface and the fourth surface. Forming a two-dimensional diffraction grating, (1
8) Each step of etching using a mask to form a two-dimensional diffraction grating can be included.
【００２３】[0023]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態を詳細に説明する。同一および類似の部分
には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Identical and similar parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
【００２４】図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係わ
る半導体発光デバイスの斜視図であり、図１（ｂ）は、
図１（ａ）のＩ−Ｉ断面における断面図である。FIG. 1A is a perspective view of a semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along a line II in FIG.
【００２５】半導体発光デバイス１は、基板１０、第１
の閉じ込め層１２、第２の閉じ込め層１４、活性層１
６、第３の閉じ込め層１８、および２次元回折格子２４
を備える。基板１０としては、所定の面方位、例えば(0
01)のＮ型ＩｎＰの半導体基板を採用することができ
る。第１の閉じ込め層１２および第２の閉じ込め層１４
としては、Ｎ型ＩｎＰの半導体層を採用することができ
る。第３の閉じ込め層１８としては、Ｐ型ＩｎＰの半導
体層を採用することができる。第１の閉じ込め層１２、
第２の閉じ込め層１４および第３の閉じ込め層１８は、
基板１０の主面上にこの順序で積層されている。The semiconductor light emitting device 1 includes a substrate 10, a first
Confinement layer 12, second confinement layer 14, active layer 1
6, third confinement layer 18, and two-dimensional diffraction grating 24
Is provided. As the substrate 10, a predetermined plane orientation, for example, (0
01) An N-type InP semiconductor substrate can be employed. First confinement layer 12 and second confinement layer 14
For example, an N-type InP semiconductor layer can be employed. As the third confinement layer 18, a P-type InP semiconductor layer can be employed. First confinement layer 12,
The second confinement layer 14 and the third confinement layer 18
The layers are stacked on the main surface of the substrate 10 in this order.
【００２６】第３の閉じ込め層１８の表面１８ａ上に
は、円形状のアノード電極２０が設けられている。この
ため、全方向に均一な発光が可能になる。アノード電極
２０が形成されていない表面１８ａの部分は、光放出領
域として機能する。基板１０の主面に対向する裏面上に
は、カソード電極２２が一面に設けられている。これら
の電極２０、２２は、金(Ａｕ)系電極を用いることがで
きる。この材料に限られるものではなく、活性層１６で
発生される光の波長に透明な導電性の材料を用いること
ができる。On the surface 18a of the third confinement layer 18, a circular anode electrode 20 is provided. Therefore, uniform light emission is possible in all directions. The portion of the surface 18a where the anode electrode 20 is not formed functions as a light emitting region. On the back surface facing the main surface of the substrate 10, a cathode electrode 22 is provided on one surface. These electrodes 20 and 22 can be gold (Au) based electrodes. The material is not limited to this, and a conductive material transparent to the wavelength of light generated in the active layer 16 can be used.
【００２７】第２の閉じ込め層１４および第３の閉じ込
め層１８は、活性層に与えられるべきキャリアが伝導す
る導電層として機能する。このため、これらの閉じ込め
層１４，１８は、活性層を挟むように設けられている。
また、第２の閉じ込め層１４および第３の閉じ込め層１
８は、共に、活性層１６にキャリア（電子および正孔）
を閉じ込めるように設けることができる。つまり、第２
の閉じ込め層１４、活性層１６、および第３の閉じ込め
層１８は、ダブルヘテロ接合を形成するように設けるこ
とができる。このため、発光に寄与するキャリアを活性
層１６に集中させることができる。The second confinement layer 14 and the third confinement layer 18 function as conductive layers through which carriers to be provided to the active layer are conducted. For this reason, these confinement layers 14 and 18 are provided so as to sandwich the active layer.
Further, the second confinement layer 14 and the third confinement layer 1
8 are carriers (electrons and holes) in the active layer 16.
Can be provided so as to confine it. That is, the second
The first confinement layer 14, the active layer 16, and the third confinement layer 18 can be provided to form a double heterojunction. Therefore, carriers contributing to light emission can be concentrated on the active layer 16.
【００２８】活性層１６は、キャリアが注入されると光
を発生する。発生される光の波長は、活性層１６が備え
る半導体層のバンドギャップによって規定される。活性
層１６は、単一の半導体材料を用いて形成されることが
できる。また、活性層１６は、単一または多重量子井戸
構造を形成するように設けることもできる。さらに、活
性層１６は、２次元回折格子２４に沿って設けられ所定
の方向に伸びる複数の量子細線として形成されることが
でき、また、２次元回折格子２４に沿って設けられ複数
の量子箱として形成されることができる。各量子細線
は、その長手方向と直交する２方向に関して電子のエネ
ルギ準位が離散的になるような寸法(例えば、数十ｎｍ
程度)を有する。各量子箱は、互いに直交する３方向に
関して電子のエネルギ準位が離散的になるような寸法
(例えば、数十ｎｍ程度)を有する。このような量子構造
を備えると状態密度が大きくなるので、発光効率が高め
られると共に、発光スペクトルが先鋭化される。The active layer 16 emits light when carriers are injected. The wavelength of the generated light is defined by the band gap of the semiconductor layer included in the active layer 16. The active layer 16 can be formed using a single semiconductor material. Further, the active layer 16 can be provided so as to form a single or multiple quantum well structure. Further, the active layer 16 can be formed as a plurality of quantum wires provided along the two-dimensional diffraction grating 24 and extending in a predetermined direction, and a plurality of quantum boxes provided along the two-dimensional diffraction grating 24. Can be formed as Each quantum wire has a dimension (for example, several tens nm) in which the energy levels of electrons are discrete in two directions orthogonal to the longitudinal direction.
Degree). Each quantum box is dimensioned such that the energy levels of electrons are discrete in three directions orthogonal to each other.
(For example, about several tens of nm). When such a quantum structure is provided, the state density is increased, so that the luminous efficiency is increased and the emission spectrum is sharpened.
【００２９】本実施の形態では、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧ
ａＡｓＰ系半導体を採用して、発光波長が１．３ミクロ
ンメートル帯の無歪多重量子井戸構造(Separate Confin
ement Heterostructure Multiple Quantum Well：SCH-M
QW)７周期を有機金属気相エピタキシによって成長し
た。しかしながら、歪超格子構造の活性層を採用するこ
ともできる。In the present embodiment, InGaAs / InG
A strain-free multi-quantum well structure with an emission wavelength of 1.3 μm band (Separate Confin)
ement Heterostructure Multiple Quantum Well: SCH-M
QW) Seven cycles were grown by metalorganic vapor phase epitaxy. However, an active layer having a strained superlattice structure may be employed.
【００３０】第１の閉じ込め層１２上には、２次元回折
格子２４が設けられている。２次元回折格子２４は、第
１の閉じ込め層１２の一表面に複数の凹部２４ａが３角
格子を形成するように設けられている。各凹部２４ａ
は、柱状(例えば、円柱形状)の空間部として設けられて
いる。各凹部２４ａの中心と、これと最も近い隣接の６
個の凹部２４ａの中心との距離は等しい値であり、本実
施の形態では、凹部の中心の間隔は０．４２６ミクロン
メートル、凹部の深さは０．１ミクロンメートルにとら
れた。適用できる格子としては、他に正方格子がある。On the first confinement layer 12, a two-dimensional diffraction grating 24 is provided. The two-dimensional diffraction grating 24 is provided on one surface of the first confinement layer 12 such that a plurality of recesses 24a form a triangular lattice. Each recess 24a
Are provided as columnar (for example, columnar) space portions. The center of each recess 24a and its nearest neighbor 6
The distance from the center of each of the concave portions 24a is equal, and in the present embodiment, the interval between the centers of the concave portions is set to 0.426 μm, and the depth of the concave portions is set to 0.1 μm. Another applicable lattice is a square lattice.
【００３１】第１の閉じ込め層１２は第１の屈折率を有
し、周期的に形成された空間部は第２の屈折率を有す
る。空間部には、第１の閉じ込め層１２と異なる物質を
埋め込むことが可能である。しかしながら、第１の屈折
率と第２の屈折率との差を大きくとるためには、空間部
は何も埋め込まない状態(気体、例えば空気が存在する
状態、より厳格には、後に説明する接合工程における雰
囲気に含まれる気体が存在する状態)であることが好ま
しい。このように屈折率を大きくとると、第１の屈折率
の媒質内に光を閉じ込めることができる。The first confinement layer 12 has a first refractive index, and the periodically formed space has a second refractive index. A material different from that of the first confinement layer 12 can be embedded in the space. However, in order to increase the difference between the first refractive index and the second refractive index, it is necessary to fill the space with nothing (a state in which a gas, for example, air is present, more strictly, a bonding described later). (A state in which a gas contained in the atmosphere in the step exists). When the refractive index is increased as described above, light can be confined in the medium having the first refractive index.
【００３２】第１の閉じ込め層１２の材料、つまり高屈
折率の誘電体材料としては、III−V族化合物半導体、例
えば、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡ
ｓ等、または有機材料、例えば８−キノリノールＡｌ錯
体(Ａｌｑ3)等を用いることができる。また、空間部を
埋め込む材料、つまり低屈折率の誘電体材料としては、
シリコン窒化膜(ＳｉＮｘ)等を用いることができる。As a material of the first confinement layer 12, that is, a dielectric material having a high refractive index, a group III-V compound semiconductor such as InP, InGaAsP, GaAs, and InGaAs is used.
or an organic material such as an 8-quinolinol Al complex (Alq 3 ). In addition, as a material for filling the space, that is, a dielectric material having a low refractive index,
A silicon nitride film (SiNx) or the like can be used.
【００３３】２次元回折格子２４は、第１の方向と、こ
の方向と所定の角度をなす第２の方向とに対して、等し
い周期(格子定数に対応する値)を有する回折格子であ
る。２次元回折格子２４には、上記の２方向およびそれ
らの方向の周期に関して様々な選択が可能である。これ
については、後ほど説明する。The two-dimensional diffraction grating 24 is a diffraction grating having an equal period (a value corresponding to a lattice constant) in a first direction and a second direction forming a predetermined angle with this direction. Various choices are possible for the two-dimensional diffraction grating 24 with respect to the above two directions and the period of those directions. This will be described later.
【００３４】活性層１６において発生された光が２次元
回折格子２４に到達すると、２次元回折格子２４が有す
る所定の周期にこの光の波長が一致する場合には、その
周期に対応する波長において光の位相条件が規定され
る。２次元回折格子２４によって位相が規定された光
は、活性層１６に伝搬し、活性層１６において誘導放出
を促す。誘導放出された光は、２次元回折格子２４にお
いて規定される光の波長および位相条件を満足する。こ
の光は再び２次元回折格子２４へ伝搬する。このように
して、波長及び位相条件の揃った光が発生され増幅され
ていく。When the light generated in the active layer 16 reaches the two-dimensional diffraction grating 24, if the wavelength of the light coincides with a predetermined period of the two-dimensional diffraction grating 24, the light at the wavelength corresponding to that period A light phase condition is defined. The light whose phase is defined by the two-dimensional diffraction grating 24 propagates to the active layer 16 and stimulates stimulated emission in the active layer 16. The stimulated emission satisfies the wavelength and phase conditions of the light defined in the two-dimensional diffraction grating 24. This light propagates to the two-dimensional diffraction grating 24 again. In this way, light with uniform wavelength and phase conditions is generated and amplified.
【００３５】このような現象は、活性層１６および２次
元回折格子２４が２次元的に広がりをもって形成されて
いるので、アノード電極２０を中心にしたある領域にお
いて生じうる。波長および位相条件の揃った光は、活性
層１６または２次元回折格子２４に垂直な方向に向けて
伝搬し光放出面２６から放出される。Such a phenomenon can occur in a certain region centered on the anode electrode 20 because the active layer 16 and the two-dimensional diffraction grating 24 are formed with a two-dimensional spread. The light having the uniform wavelength and phase conditions propagates in a direction perpendicular to the active layer 16 or the two-dimensional diffraction grating 24 and is emitted from the light emitting surface 26.
【００３６】本実施の形態において実現された半導体発
光デバイスの各部分の寸法を例示的に以下に列挙する
と、 基板１０ ：１００μｍ 第１の閉じ込め層１２：０．１μｍ 第２の閉じ込め層１４：０．１μｍ 活性層１６ ：０．１μｍ 第３の閉じ込め層１８：０．１μｍ となる。The dimensions of each part of the semiconductor light emitting device realized in the present embodiment are listed below by way of example. Substrate 10: 100 μm First confinement layer 12: 0.1 μm Second confinement layer 14: 0 0.1 μm Active layer 16: 0.1 μm Third confinement layer 18: 0.1 μm
【００３７】続いて、２次元回折格子について具体例を
掲げながら説明する。２次元回折格子は、少なくとも２
方向に同一の周期で並進させたときに重なり合うような
性質を有する。このような２次元格子は、正三角形、正
方形、正六角形を一面に敷き詰めて配置し、その各頂点
に格子点を設けることによって形成される。ここでは、
正三角形を用いて形成される格子を３角格子、正方形を
用いて形成される格子を正方格子、正六角形を用いて形
成される格子を六角格子とそれぞれ呼ぶ。Next, the two-dimensional diffraction grating will be described with reference to specific examples. The two-dimensional diffraction grating has at least two
It has the property of overlapping when translated in the same direction in the same period. Such a two-dimensional lattice is formed by arranging regular triangles, squares, and regular hexagons all over the surface and providing lattice points at their vertices. here,
A lattice formed using regular triangles is called a triangular lattice, a lattice formed using squares is called a square lattice, and a lattice formed using regular hexagons is called a hexagonal lattice.
【００３８】図２は、２次元回折格子として、格子間隔
がａである３角格子を描いた図面である。３角格子は、
一辺の長さがａである正三角形によって埋め尽くされて
いる。図２において、任意に選択された格子点Ａに着目
し、格子点Ａから格子点Ｂに向かう方向をＸ−Γ方向と
呼び、また格子点Ａから格子点Ｃへ向かう方向をＸ−Ｊ
方向と呼ぶ。本実施の形態では、活性層において発生さ
れる光の波長がＸ−Γ方向に関する格子周期に対応して
いる場合について説明する。FIG. 2 is a drawing depicting a triangular grating having a grating interval of a as a two-dimensional diffraction grating. The triangular lattice is
It is filled with equilateral triangles each having a length of a. In FIG. 2, focusing on an arbitrarily selected grid point A, a direction from the grid point A to the grid point B is called an X-Γ direction, and a direction from the grid point A to the grid point C is XJ
Called direction. In this embodiment, a case where the wavelength of light generated in the active layer corresponds to the grating period in the X- 周期 direction will be described.
【００３９】２次元回折格子２４は、以下に説明する３
個の１次元回折格子群Ｌ、Ｍ、Ｎを含むと考えることが
できる。１次元回折格子群Ｌは、Ｙ軸方向に向けて設け
られた１次元格子Ｌ1、Ｌ2、Ｌ3等から成る。１次元回
折格子群Ｍは、Ｘ軸方向に対して１２０度の角度を方向
に向けて設けられた１次元格子Ｍ1、Ｍ2、Ｍ3等から成
る。１次元回折格子群Ｎは、Ｘ軸方向に対して６０度の
方向に向けて設けられた１次元格子Ｎ1、Ｎ2、Ｎ3等か
ら成る。３格子群は、任意の格子点を中心に１２０度の
角度で回転すると重なりあう。各格子群において、１次
元格子間の間隔はｄであり、１次元格子内の間隔はａで
ある。The two-dimensional diffraction grating 24 has a three-dimensional structure described below.
It can be considered that the one-dimensional diffraction grating groups L, M, and N are included. The one-dimensional diffraction grating group L includes one-dimensional gratings L 1 , L 2 , L 3 and the like provided in the Y-axis direction. The one-dimensional diffraction grating group M is composed of one-dimensional gratings M 1 , M 2 , M 3 and the like provided at an angle of 120 degrees with respect to the X-axis direction. The one-dimensional diffraction grating group N includes one-dimensional gratings N 1 , N 2 , N 3, etc. provided in a direction at 60 degrees to the X-axis direction. The three lattice groups overlap when rotated at an angle of 120 degrees about an arbitrary lattice point. In each lattice group, the interval between the one-dimensional lattices is d, and the interval in the one-dimensional lattice is a.
【００４０】まず、格子群Ｌに関して考える。格子点Ａ
から格子点Ｂの方向に進む光は、格子点Ｂにおいて回折
現象を生じる。回折方向は、ブラッグ条件２ｄ・ｓｉｎ
θ＝ｍλ(ｍ＝０、±１、・・)によって規定され、ここ
で、λは第１の閉じ込め層内における光の波長である。
２次のブラッグ反射(ｍ＝±２)を満足するように回折格
子が形成されている場合には、θ＝±６０゜、±１２０
゜の角度に別の格子点Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇが存在する。ま
た、ｍ＝０に対応する角度θ＝０、１８０゜にも格子点
Ａ、Ｇが存在する。First, the lattice group L will be considered. Grid point A
The light traveling in the direction from to the lattice point B causes a diffraction phenomenon at the lattice point B. The diffraction direction is the Brad condition 2d · sin
θ = mλ (m = 0, ± 1,...), where λ is the wavelength of light in the first confinement layer.
When the diffraction grating is formed so as to satisfy the second-order Bragg reflection (m = ± 2), θ = ± 60 °, ± 120
Another grid point D, E, F, G exists at the angle of ゜. Also, lattice points A and G exist at angles θ = 0 and 180 ° corresponding to m = 0.
【００４１】格子点Ｂにおいて、例えば格子点Ｄの方向
に向けて回折された光は、格子点Ｄにおいて格子群Ｍに
従って回折される。この回折は、格子群Ｌに従う回折現
象と同様に考えることができる。次いで、格子点Ｄにお
いて格子点Ｈに向けて回折される光は、格子群Ｎに従っ
て回折される。このようにして順次、格子点Ｈ、格子点
Ｉ、格子点Ｊと回折されていく。格子点Ｊから格子点Ａ
に向けて回折される光は、格子群Ｎに従って回折され
る。At the lattice point B, for example, the light diffracted in the direction of the lattice point D is diffracted at the lattice point D in accordance with the lattice group M. This diffraction can be considered similarly to the diffraction phenomenon according to the grating group L. Next, the light diffracted at the lattice point D toward the lattice point H is diffracted according to the lattice group N. In this way, the light is sequentially diffracted into the lattice point H, the lattice point I, and the lattice point J. From grid point J to grid point A
Is diffracted according to the grating group N.
【００４２】以上、説明したように、格子点Ａから格子
点Ｂに進む光は、複数回の回折を経て、最初の格子点Ａ
に到達する。このため、半導体発光デバイス１は、従来
の半導体レーザのように２つの光反射面から成る光共振
器を備えていないけれども、ある方向に進む光が複数回
の回折を介して元の格子点の位置の戻るということは、
２次元回折格子２４が光共振器、つまり波長選択器およ
び反射器、として作用することを示している。As described above, the light traveling from the lattice point A to the lattice point B undergoes a plurality of diffractions to form the first lattice point A.
To reach. For this reason, although the semiconductor light emitting device 1 does not include an optical resonator including two light reflecting surfaces unlike a conventional semiconductor laser, light traveling in a certain direction is not reflected by an original lattice point through a plurality of diffractions. Returning the position means
This shows that the two-dimensional diffraction grating 24 functions as an optical resonator, that is, a wavelength selector and a reflector.
【００４３】さらに、２次元回折格子２４では、上記の
説明が任意の格子点Ａにおいて行われたことを考慮する
と、上記のような光の回折は、２次元的に配置されたす
べての格子点において生じ得る。このため、各Ｘ−Γ方
向に伝搬する光が、ブラッグ回折によって２次元的に相
互に結合していると考えられる。２次元回折格子２４で
は、この２次元的結合によって３つのＸ−Γ方向が結合
しあってコヒーレントな状態が形成されると考えられ
る。Further, in the two-dimensional diffraction grating 24, considering that the above description has been made at an arbitrary lattice point A, the light diffraction as described above is performed at all the lattice points arranged two-dimensionally. Can occur. Therefore, it is considered that the light propagating in each X-Γ direction is two-dimensionally coupled to each other by Bragg diffraction. In the two-dimensional diffraction grating 24, it is considered that the three X-Γ directions are coupled to each other by the two-dimensional coupling to form a coherent state.
【００４４】図３は、図２に示された３角格子が有する
逆格子空間を示した図面である。逆格子空間におけるブ
リリアンゾーンの中心Γ点、このΓ点と隣接ブリリアン
ゾーンのΓ点とを結んだ直線がブリリアンゾーンの境界
と交差するＸ点、互いに隣接する３ブリリアンゾーンが
一点において接するＪ点が示されている。図３における
Γ点、Ｘ点、Ｊ点から規定される方向は、図２に説明に
おいて参照したΓ−Ｘ方向およびΓ−Ｊ方向に対応す
る。FIG. 3 shows a reciprocal lattice space of the triangular lattice shown in FIG. The center Γ point of the Brillian zone in the reciprocal lattice space, the X point where a straight line connecting this Γ point and the ブ リ point of the adjacent Brillian zone intersect the boundary of the Brillian zone, and the J point where three adjacent Brillian zones touch at one point. It is shown. The directions defined by points Γ, X, and J in FIG. 3 correspond to the Γ-X and Γ-J directions referred to in the description of FIG.
【００４５】図４（ａ）は、図２に示された２次元３角
格子について、平面波展開法を用いてバンド計算を行っ
た結果を示したフォトニックバンド図であり、特にＴＥ
モードに対する計算結果である。図４（ｂ）は、図４
（ａ）におけるΓ点近傍における拡大図である。FIG. 4A is a photonic band diagram showing the result of band calculation for the two-dimensional triangular lattice shown in FIG. 2 using the plane wave expansion method.
It is a calculation result for the mode. FIG.
FIG. 3 is an enlarged view near a point Γ in FIG.
【００４６】図１の第１の閉じ込め層１２は、図４
（ａ）に示された分散関係、つまりフォトニックバンド
構造を有する。本明細書において、フォトニックバンド
構造とは、媒質内に設けられた少なくとも２次元の周期
的な屈折率分布に基づき光子のエネルギに対して規定さ
れた分散関係をいう。The first confinement layer 12 of FIG.
It has the dispersion relationship shown in FIG. In the present specification, a photonic band structure refers to a dispersion relationship defined for photon energy based on at least a two-dimensional periodic refractive index distribution provided in a medium.
【００４７】本実施の形態における活性層の自然放出光
は、図４（ａ）の縦軸(周波数)の０．３５付近に相当す
る。活性層の自然発光帯をΓ点の近傍と合わせるように
されている。レーザ発振は、光の群速度が零になり大き
な状態密度を持つバンド端において起こると考えられ
る。図４（ｂ）を参照すると、バンド端は、Γ点または
Γ点の近傍に存在するので、レーザ発振はΓ−Ｘ方向を
基本に起こると考えることができる。The spontaneous emission light of the active layer in this embodiment corresponds to about 0.35 on the vertical axis (frequency) in FIG. The spontaneous emission band of the active layer is set to be in the vicinity of the point Γ. Laser oscillation is considered to occur at the band edge where the group velocity of light becomes zero and the density of states becomes large. Referring to FIG. 4B, since the band edge exists near the point Γ or Γ, it can be considered that laser oscillation occurs basically in the Γ-X direction.
【００４８】図５は、２次元回折格子として、格子間隔
がｂである正方格子を描いた図面である。正方格子は、
一辺の長さがｂである正方形で埋め尽くされている。図
５において、任意に選択された格子点Ｗに着目し、格子
点Ｗから格子点Ｐに向かう方向をＸ−Γ方向と呼び、ま
た格子点Ｗから格子点Ｑへ向かう方向Ｘ−Ｊ方向と呼
ぶ。ここでは、活性層において発生される光の波長は、
Ｘ−Γ方向に関する格子周期に対応している場合につい
て説明する。FIG. 5 is a drawing in which a square lattice having a lattice spacing b is drawn as a two-dimensional diffraction grating. The square lattice is
It is filled with squares each having a side length of b. In FIG. 5, focusing on an arbitrarily selected lattice point W, a direction from the lattice point W to the lattice point P is called an X-Γ direction, and a direction from the lattice point W to the lattice point Q in a XJ direction. Call. Here, the wavelength of the light generated in the active layer is
A case corresponding to the lattice period in the X-Γ direction will be described.
【００４９】２次元回折格子２５は、以下に説明する２
個の１次元回折格子群Ｕ、Ｖを含むと考えることができ
る。１次元回折格子群Ｕは、Ｙ軸方向に向けて設けられ
た１次元格子Ｕ1、Ｕ2、Ｕ3等から成る。１次元回折格
子群Ｖは、Ｘ軸方向に向けて設けられた１次元格子
Ｖ1、Ｖ2、Ｖ3等から成る。２格子群は、任意の格子点
を中心に９０゜の角度で回転すると重なりあう。各格子
群において、１次元格子間の間隔はｂであり、１次元格
子内の間隔はｂである。まず、格子群Ｕに関して考え
る。格子点Ｗから格子点Ｐの方向に進む光は、格子点Ｐ
において回折現象を生じる。回折方向は、３角格子の場
合と同様に、ブラッグ条件２ｄ・ｓｉｎθ＝ｍλ(ｍ＝
０、±１、・・)によって規定される。２次のブラッグ
反射(ｍ＝±２)を満足するように回折格子が形成されて
いる場合には、θ＝±９０゜の角度に別の格子点Ｑ、Ｒ
が存在し、ｍ＝０に対応する角度θ＝０、１８０゜にも
格子点Ｗ、Ｓが存在する。The two-dimensional diffraction grating 25 is a two-dimensional diffraction grating described below.
It can be considered to include the one-dimensional diffraction grating groups U and V. The one-dimensional diffraction grating group U includes one-dimensional gratings U 1 , U 2 , U 3, etc. provided in the Y-axis direction. The one-dimensional diffraction grating group V includes one-dimensional gratings V 1 , V 2 , V 3 and the like provided in the X-axis direction. The two lattice groups overlap when rotated at an angle of 90 ° about an arbitrary lattice point. In each lattice group, the interval between the one-dimensional lattices is b, and the interval in the one-dimensional lattice is b. First, consider the lattice group U. Light traveling from the lattice point W to the lattice point P is the lattice point P
Causes a diffraction phenomenon. The diffraction direction is the Bragg condition 2d · sin θ = mλ (m =
0, ± 1, ...). When the diffraction grating is formed so as to satisfy the second-order Bragg reflection (m = ± 2), another grating point Q, R is formed at an angle of θ = ± 90 °.
And lattice points W and S also exist at angles θ = 0 and 180 ° corresponding to m = 0.
【００５０】格子点Ｐにおいて格子点Ｑの方向に向けて
回折された光は、格子点Ｑにおいて格子群Ｖに従って回
折される。この回折は、格子群Ｕに従う回折現象と同様
に考えることができる。次いで、格子点Ｑにおいて格子
点Ｔに向けて回折される光は、格子群Ｕに従って回折さ
れる。このようにして順次に回折されていく。格子点Ｔ
から格子点Ｗに向けて回折される光は、格子群Ｖに従っ
て回折される。The light diffracted at the lattice point P in the direction of the lattice point Q is diffracted at the lattice point Q in accordance with the lattice group V. This diffraction can be considered similarly to the diffraction phenomenon according to the grating group U. Next, the light diffracted at the lattice point Q toward the lattice point T is diffracted according to the lattice group U. In this way, the light is sequentially diffracted. Grid point T
Is diffracted according to the grating group V.
【００５１】以上、説明したように、格子点Ｗから格子
点Ｐに進む光は、複数回の回折を経て、最初の格子点Ｗ
に到達する。このため、半導体発光デバイス１は従来の
半導体レーザのように２つの光反射面から成る光共振器
を備えていないけれども、ある方向に進む光が複数回の
回折を介して元の格子点の位置の戻ることは、２次元回
折格子２５が光共振器、つまり波長選択器および反射
器、として作用することを示している。この反射器によ
って位相整合が達成される。As described above, the light traveling from the lattice point W to the lattice point P undergoes a plurality of diffractions to form the first lattice point W
To reach. For this reason, although the semiconductor light emitting device 1 does not have an optical resonator composed of two light reflecting surfaces unlike a conventional semiconductor laser, light traveling in a certain direction is reflected at a position of an original lattice point through a plurality of diffractions. This indicates that the two-dimensional diffraction grating 25 acts as an optical resonator, that is, a wavelength selector and a reflector. Phase matching is achieved by this reflector.
【００５２】さらに、２次元回折格子２５では、上記の
説明が任意の格子点Ｗにおいて行われたことを考慮する
と、２次元的に配置されたすべての格子点において生じ
得る。このため、各Ｘ−Γ方向に伝搬する光が、２次元
的なブラッグ回折によて相互に結合していると考えられ
る。２次元回折格子２５では、この２次元的結合によっ
てＸ−Γ方向が結合し合ってコヒーレントな状態が形成
されると考えられる。Further, in the two-dimensional diffraction grating 25, considering that the above description has been made at an arbitrary lattice point W, it can occur at all lattice points arranged two-dimensionally. Therefore, it is considered that light propagating in each X- 各 direction is mutually coupled by two-dimensional Bragg diffraction. In the two-dimensional diffraction grating 25, it is considered that the X-Γ directions are coupled to each other by the two-dimensional coupling to form a coherent state.
【００５３】２次元回折格子は、レーザ発振光の単一モ
ード化を実現するために、位相シフト構造を備えること
ができる。図６および図７は、図５に示された正方格子
に対して位相シフト構造を適用した図面である。図示の
回折格子は、同一周期の格子を複数含み、それらは互い
に周期の半分だけシフトされた状態で配置されている。The two-dimensional diffraction grating can have a phase shift structure in order to realize a single mode of the laser oscillation light. 6 and 7 are views in which a phase shift structure is applied to the square lattice shown in FIG. The illustrated diffraction grating includes a plurality of gratings having the same period, which are arranged so as to be shifted from each other by half a period.
【００５４】図６を参照すると、Ｘ軸方向に沿って周期
ｄのＶa格子群およびＶb格子群が設けられている。Ｖa
格子は１次元回折格子Ｖa1、Ｖa2、Ｖa3、Ｖa4を備え、
Ｖb格子は１次元回折格子Ｖb1、Ｖb2、Ｖb3、Ｖb4を備
える。Ｖa格子およびＶb格子は、１次元格子Ｖa4とＶb1
との間の間隔がｄ／２となるように配置されている。Ｙ
軸方向に沿って周期ｄのＵa格子群およびＵb格子群が設
けられている。Ｕa格子は１次元回折格子Ｕa1、Ｕa2、
Ｕa3、Ｕa4を備え、Ｕb格子は１次元回折格子Ｕb 1、Ｕ
b2、Ｕb3、Ｕb4を備える。Ｕa格子およびＵb格子は、１
次元格子Ｕa4とＵb 1との間の間隔がｄ／２となるように
配置されている。Referring to FIG. 6, a group of Va lattices and a group of Vb lattices having a period d are provided along the X-axis direction. V a
The grating comprises one-dimensional diffraction gratings Va1 , Va2 , Va3 , Va4 ,
V b grating comprises a one-dimensional diffraction grating V b1, V b2, V b3 , V b4. V a grating and V b grating, one-dimensional lattice V a4 and V b1
Are arranged so that the distance between them is d / 2. Y
U a grating group and U b grating group of the periodic along the axial direction d is provided. The U a grating is a one-dimensional diffraction grating U a1 , U a2 ,
U a3 , U a4 , and the U b grating is a one-dimensional diffraction grating U b 1 , U a
comprises b2, U b3, U b4. The U a and U b lattices are 1
Spacing between the dimension lattice U a4 and U b 1 is arranged such that d / 2.
【００５５】図７を参照すると、Ｘ軸方向に沿って周期
ｄのＶc格子群およびＶd格子群が設けられている。Ｖc
格子は１次元回折格子Ｖc1、Ｖc2、Ｖc3を備え、Ｖd格
子は１次元回折格子Ｖd1、Ｖd2、Ｖd3を備える。Ｖc格
子およびＶd格子は、１次元格子Ｖc4とＶc1との間の間
隔が３ｄ／２となるように配置されている。Ｙ軸方向に
沿って周期ｄのＵc格子群およびＵd格子群が設けられて
いる。Ｕc格子は１次元回折格子Ｕc1、Ｕc2、Ｕc3、Ｕ
c4を備え、Ｕd格子は１次元回折格子Ｕd1、Ｕd2、
Ｕd3、Ｕc4を備える。Ｕc格子およびＵd格子は、１次元
格子Ｕc4とＵd1との間の間隔が３ｄ／２となるように配
置されている。Referring to FIG. 7, V c grating group and V d grating group of the periodic d along the X-axis direction is provided. V c
Grating comprises a one-dimensional diffraction grating V c1, V c2, V c3 , V d the grating comprises a one-dimensional diffraction grating V d1, V d2, V d3 . The Vc lattice and the Vd lattice are arranged such that the interval between the one-dimensional lattices Vc4 and Vc1 is 3d / 2. Y U c grating group of the periodic d along the axis direction and U d grating group is provided. The Uc grating is a one-dimensional diffraction grating Uc1 , Uc2 , Uc3 , Uc
comprising a c4, U d grating one-dimensional diffraction grating U d1, U d2,
U d3 and U c4 are provided. U c grating and U d grating, an interval between the one-dimensional lattice U c4 and U d1 is arranged so as to 3d / 2.
【００５６】図６および図７に示された位相シフト構造
以外にも、Ｕ格子とＶ格子が部分的に重複して設けられ
るような位相シフト構造も適用できる。また、２次元格
子内の任意の格子点の１個又は複数個を除去すること、
つまり格子欠陥点を導入することによっても位相シフト
構造を実現できる。In addition to the phase shift structure shown in FIGS. 6 and 7, a phase shift structure in which a U grating and a V grating are provided partially overlapping can be applied. Removing one or more of arbitrary grid points in the two-dimensional grid;
That is, the phase shift structure can be realized also by introducing lattice defect points.
【００５７】引き続いて、本発明に係わる半導体発光デ
バイスの製造方法に関して説明する。以下、ＩｎＰ基板
上に３角格子を有する面発光可能な半導体レーザを製造
する工程を順に説明するが、適用される半導体材料等は
例示的にであり、本発明はこれに限られるものはない。Subsequently, a method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention will be described. Hereinafter, steps for manufacturing a semiconductor laser having a triangular lattice and capable of surface emission on an InP substrate will be described in order. However, the semiconductor material and the like to be applied are exemplary, and the present invention is not limited to this. .
【００５８】２次元回折格子は、例えば以下のように作
製される。面方位(001)を有する第１のＮ型ＩｎＰ半導
体基板(以下、第１の基板という)１０を準備する。第１
の基板１０の主面上に、有機金属気相エピタキシ(ＭＯ
ＶＰＥ)法を用いてＮ型ＩｎＰ半導体層１２を成長す
る。図８は、第１の基板１０上にＮ型ＩｎＰ半導体層１
２が形成された後の工程を示す斜視図である。The two-dimensional diffraction grating is manufactured, for example, as follows. A first N-type InP semiconductor substrate (hereinafter, referred to as a first substrate) 10 having a plane orientation (001) is prepared. First
Metal-organic vapor phase epitaxy (MO)
The N-type InP semiconductor layer 12 is grown by using the (VPE) method. FIG. 8 shows an N-type InP semiconductor layer 1 on a first substrate 10.
FIG. 11 is a perspective view showing a step after formation of No. 2;
【００５９】Ｎ型ＩｎＰ半導体層１２の表面に２次元回
折格子をフォトリソグラフィック法およびエッチング法
を用いて形成する。図９は、２次元回折格子が形成され
た後の工程を示す斜視図である。A two-dimensional diffraction grating is formed on the surface of the N-type InP semiconductor layer 12 by using a photolithographic method and an etching method. FIG. 9 is a perspective view showing a step after the two-dimensional diffraction grating is formed.
【００６０】半導体層１２の表面１２ａに感光剤を塗布
する。この感光剤上に、電子ビーム描画装置(例えば、E
LIONIX ELS-3700)を用いて、回折格子パターンを描画す
る(描画工程)。この後、感光剤を現像すると、、回折格
子パターンが形成されたエッチングマスクが完成する。
このマスクが有する回折格子パターンは、引き続くエッ
チング工程においてエッチングされるべき半導体層１２
の表面１２ａ(以下、第１の表面ともいう)に所定形状の
複数の開口を有している。A photosensitive agent is applied to the surface 12a of the semiconductor layer 12. An electron beam writing apparatus (for example, E
Using LIONIX ELS-3700), a diffraction grating pattern is drawn (drawing step). Thereafter, when the photosensitive agent is developed, an etching mask having a diffraction grating pattern formed thereon is completed.
The diffraction grating pattern possessed by this mask is used for the semiconductor layer 12 to be etched in a subsequent etching step.
Has a plurality of openings of a predetermined shape on a surface 12a (hereinafter, also referred to as a first surface).
【００６１】エッチングマスクを用いて、半導体層１２
の所定部分に凹部を形成する(エッチング工程)。エッチ
ングは、反応性イオンエッチング装置(例えば、SACOM R
IE-10N)を用いて行う。マスクの開口部の半導体層１２
は、エッチングによって除去され、所定の深さの凹部が
形成される。図９は、２次元回折格子２４が第１の表面
１２ａに形成された第１の部品２８の斜視図である。図
９においては、２次元回折格子２４として、周期的に配
列された複数の略円形の断面の凹部２４ａを有してい
る。各凹部は、凹部２４ａの配列が回折格子として機能
し得る程度の深さ、例えば０．１μｍ程度、に形成され
ている。The semiconductor layer 12 is formed using an etching mask.
A concave portion is formed in a predetermined portion of (a step of etching). Etching is performed using a reactive ion etching apparatus (for example, SACOM®
IE-10N). Semiconductor layer 12 in opening of mask
Is removed by etching to form a concave portion having a predetermined depth. FIG. 9 is a perspective view of the first component 28 in which the two-dimensional diffraction grating 24 is formed on the first surface 12a. In FIG. 9, the two-dimensional diffraction grating 24 has a plurality of concave portions 24 a having a plurality of substantially circular cross sections arranged periodically. Each recess is formed to a depth such that the arrangement of the recesses 24a can function as a diffraction grating, for example, about 0.1 μm.
【００６２】次に、面方位(001)を有する第２のＰ型Ｉ
ｎＰ半導体基板(以下、第２の基板という)３０を準備す
る。第２の基板３０の主面上に、有機金属気相エピタキ
シ(ＭＯＶＰＥ)法を用いてＰ型ＩｎＰ半導体層１８を成
長する。Next, a second P-type I having a plane orientation (001)
An nP semiconductor substrate (hereinafter, referred to as a second substrate) 30 is prepared. A P-type InP semiconductor layer 18 is grown on the main surface of the second substrate 30 by using a metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE) method.
【００６３】次いで、Ｐ型ＩｎＰ半導体層１８上にアン
ドープ活性層１６を成長する。本実施の形態では、ＭＯ
ＶＰＥ法を用いて、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰのＭ
ＱＷ構造を有するように活性層１６を形成する。この活
性層よって、１．３μｍ帯の光が発生可能になる。さら
に、このようなＭＱＷ構造の両側に、ＭＱＷ構造部にキ
ャリアを閉じ込めるための分離閉じ込めヘテロ構造層(s
eparate confinementheterostructrue)を形成すること
もできる。これによって、２次元的に広がる活性層にキ
ャリアを効率的に閉じ込めることができる。Next, an undoped active layer 16 is grown on the P-type InP semiconductor layer 18. In the present embodiment, the MO
Using the VPE method, the M of InGaAs / InGaAsP
The active layer 16 is formed so as to have a QW structure. With this active layer, light in the 1.3 μm band can be generated. Further, on both sides of such an MQW structure, a separate confinement heterostructure layer (s) for confining carriers in the MQW structure portion.
eparate confinementheterostructrue) can also be formed. As a result, carriers can be efficiently confined in the active layer that extends two-dimensionally.
【００６４】この後に、活性層１４上にＭＯＶＰＥ法を
用いてＮ型ＩｎＰ半導体層１４を成長する。なお、本実
施の形態では、第１の部品２８のＮ型ＩｎＰ半導体層１
２の表層に２次元回折格子２４を形成したけれど、この
２次元回折格子２４に代えて、またはこの２次元回折格
子２４と共に、Ｎ型ＩｎＰ半導体層１４の表面(以下、
第２の表面ともいう１４ａの表層に２次元回折格子を形
成することもできる。Thereafter, an N-type InP semiconductor layer 14 is grown on the active layer 14 by using the MOVPE method. In the present embodiment, the N-type InP semiconductor layer 1 of the first component 28 is
2 is formed on the surface layer of the N-type InP semiconductor layer 14 instead of or together with the two-dimensional diffraction grating 24.
It is also possible to form a two-dimensional diffraction grating on the surface layer 14a, which is also called the second surface.
【００６５】これによって第２の部品３２が完成する。
図１０は、第２の部品３２の斜視図である。第２の部品
３２は、第２の基板３０の主面上に順次形成されたＰ型
ＩｎＰ半導体層１８、アンドープ活性層１６、およびＮ
型ＩｎＰ半導体層１４を備える。最後に形成された半導
体層１４の表面１４ａが露出している。Thus, the second component 32 is completed.
FIG. 10 is a perspective view of the second component 32. The second component 32 includes a P-type InP semiconductor layer 18, an undoped active layer 16, and an N-type active layer 16, which are sequentially formed on the main surface of the second substrate 30.
It has a type InP semiconductor layer 14. The surface 14a of the semiconductor layer 14 formed last is exposed.
【００６６】次いで、第１の部品２８と、第２の部品３
２とを接合する。この接合工程では、第１の表面１２ａ
と第２の表面１４ａとが向き合うように第１の部品２８
および第２の部品３２を接合する。この接合は、本実施
の形態では、融着によって行う(融着工程)。Next, the first part 28 and the second part 3
And 2 are joined. In this bonding step, the first surface 12a
And the first part 28 such that the second part 14a and the second surface 14a face each other.
And the second component 32 is joined. In the present embodiment, this joining is performed by fusion (fusion step).
【００６７】接合されるべき第１の表面１２ａおよび第
２の表面１４ａを清浄にするために、第１の部品２８お
よび第２の部品３２を化学的に処理し、付着した汚染
物、形成された自然酸化膜等を除去する。この化学的な
処理は、第１の部品２８および第２の部品３２を処理溶
液、例えばバッファフッ化水素酸溶液(ＮＨ4Ｆ：ＨＦ＝
１：６)にさらすことによって行なわれる。To clean the first surface 12a and the second surface 14a to be joined, the first part 28 and the second part 32 are chemically treated to remove any adhered contaminants. The removed natural oxide film and the like are removed. This chemical treatment involves treating the first part 28 and the second part 32 with a processing solution, for example, a buffered hydrofluoric acid solution (NH 4 F: HF =
1: 6).
【００６８】引き続いて、図１１に示すように、第１の
表面１２ａと第２の表面１４ａとを向き合わせて、第１
の部品２８および第２の部品３２を重ね合わせる。第１
の部品２８と第２の部品３２との間には、上記表面１２
ａ、１４ａが十分に密着するように所定の圧力(荷重)を
加える。この状態で、十分な融着が達成されるような温
度に所定の時間さらす。Subsequently, as shown in FIG. 11, the first surface 12a and the second surface 14a face each other,
And the second component 32 are overlapped. First
Between the part 28 and the second part 32 of the surface 12
A predetermined pressure (load) is applied so that a and 14a adhere sufficiently. In this state, it is exposed for a predetermined time to a temperature at which sufficient fusion is achieved.
【００６９】このような融着条件を例示的に示せば、還
元性雰囲気、例えばＨ2雰囲気中において、 温度：６２０℃ 時間：３０分 荷重：１．７Ｎ／ｃｍ2 である。また、このような熱処理には、不活性ガス雰囲
気、例えばＮ2、Ａｒ、Ｈｅ等の少なくともいずれかを
含む雰囲気も適用できる。この熱処理によって、第１の
部品２８と第２の部品３２との融着が達成された。図１
２の斜視図は、第１の部品２８と第２の部品３２とが融
着されることによって形成された第３の部品３４を示
す。As an example of such fusion conditions, in a reducing atmosphere, for example, an H 2 atmosphere, the temperature is 620 ° C. The time is 30 minutes The load is 1.7 N / cm 2 . In addition, an inert gas atmosphere, for example, an atmosphere containing at least one of N 2 , Ar, and He can be applied to such a heat treatment. By this heat treatment, fusion between the first component 28 and the second component 32 was achieved. FIG.
The perspective view of FIG. 2 shows a third component 34 formed by fusing the first component 28 and the second component 32 together.
【００７０】第３の部品３４において、第１の基板１０
および第２の基板３０の少なくとも一方を除去すること
ができる(除去工程)。活性層１６からの光を放出するた
めの光放出面を形成するために基板の一方を除去するこ
とができる。このような基板の除去は、選択エッチング
条件によって行うことができる。本実施の形態において
第２の基板３０に適用した選択エッチングを例示すれ
ば、塩酸(HCl)および水を含む混合溶液、いわゆる塩酸
系のエッチャントを用いてウエットエッチングする方法
がある。エッチングによって基板を除去すれば、活性層
１６から光放出面２６までの距離が短縮される。In the third component 34, the first substrate 10
And at least one of the second substrate 30 can be removed (removal step). One of the substrates can be removed to form a light emitting surface for emitting light from the active layer 16. Such removal of the substrate can be performed under selective etching conditions. As an example of the selective etching applied to the second substrate 30 in the present embodiment, there is a method of performing wet etching using a mixed solution containing hydrochloric acid (HCl) and water, that is, a so-called hydrochloric acid-based etchant. If the substrate is removed by etching, the distance from the active layer 16 to the light emitting surface 26 is reduced.
【００７１】図１３の斜視図は、第２の基板３０が除去
されることによって形成された第４の部品３６を示す。
第４の部品３６は、第２の基板３０が除去されることに
よってＰ型ＩｎＰ半導体層１８の一表面(第３の表面と
もいう)１８ａが露出される。図１３においても部分的
に示されているように、第４の部品３６は、２次元回折
格子２４が層間に埋め込まれた構造を有する。２次元回
折格子２４を構成する空間２４ａは、半導体層１２と半
導体層１４によってその周囲を囲まれている。FIG. 13 is a perspective view showing the fourth component 36 formed by removing the second substrate 30.
In the fourth component 36, one surface (also referred to as a third surface) 18a of the P-type InP semiconductor layer 18 is exposed by removing the second substrate 30. As partially shown in FIG. 13, the fourth component 36 has a structure in which the two-dimensional diffraction grating 24 is embedded between layers. The space 24 a forming the two-dimensional diffraction grating 24 is surrounded by the semiconductor layer 12 and the semiconductor layer 14.
【００７２】第４の部品３６の第３の表面１８ａにアノ
ード電極（図１の２０）を形成すると共に、第１の基板
１０の裏面１０ａにカソード電極（図１の２２）を形成
すると、本発明に係わる半導体発光デバイスの主要な工
程が完了する。これによって、図１に示された半導体発
光デバイス１が得られる。When an anode electrode (20 in FIG. 1) is formed on the third surface 18a of the fourth component 36 and a cathode electrode (22 in FIG. 1) is formed on the back surface 10a of the first substrate 10, The main steps of the semiconductor light emitting device according to the invention are completed. Thereby, the semiconductor light emitting device 1 shown in FIG. 1 is obtained.
【００７３】本発明に係わる半導体発光デバイスは、複
数の２次元回折格子２４，４４を備えることができる。
これらの２次元回折格子２４，４４は、活性層１０を挟
んで設けられることが好ましい。これによって、回折効
率を高めることができる。２つの２次元回折格子は、そ
れぞれの格子の格子点が活性層を挟んで対象になるよう
に設けられることができ、また、周期の半分に相当する
距離だけシフトさせて設けられることができ、非対称に
も配置されることができる。以下、複数の回折格子を有
する半導体発光デバイスの製造方法について説明する。The semiconductor light emitting device according to the present invention can include a plurality of two-dimensional diffraction gratings 24 and 44.
These two-dimensional diffraction gratings 24 and 44 are preferably provided with the active layer 10 interposed therebetween. Thereby, diffraction efficiency can be increased. The two two-dimensional diffraction gratings can be provided such that the grid points of each grating are symmetrical with the active layer interposed therebetween, and can be provided shifted by a distance corresponding to half the period, It can also be arranged asymmetrically. Hereinafter, a method for manufacturing a semiconductor light emitting device having a plurality of diffraction gratings will be described.
【００７４】図１４は、第４の部品３６および第５の部
品３８とを接合する工程を示す斜視図である。この接合
工程では、まず、第４の部品３６および第５の部品３８
を準備する。第４の部品の形成方法は既に説明したの
で、第５の部品３８の形成方法について説明する。第５
の部品３８は、第１の部品２８と類似の構造を有する。
つまり、第５の部品３８は、Ｐ型ＩｎＰ半導体基板(以
下、第３の基板ともいう)４０上に形成されたＰ型Ｉｎ
Ｐ半導体層４２を有する。Ｐ型ＩｎＰ半導体層４２の表
面(第４の表面ともいう)４２ａには、２次元回折格子４
４が形成されている。２次元回折格子４２は、Ｐ型Ｉｎ
Ｐ半導体層４２の表層に形成された複数の凹部４２ａを
有する。複数の凹部４２ａは、２次元回折格子を形成す
るように配置されている。第５の部品３８はこのような
構造を有するので、第１の部品２８と同様の工程を経て
形成されることができる。なお、２次元回折格子４２を
第５の部品３８に形成する場合について説明したが、こ
の２次元回折格子４４に代えて、またはこの２次元回折
格子と共に、第４の部品３６の第３の表面１８ａに２次
元回折格子を形成することもできる。FIG. 14 is a perspective view showing a step of joining the fourth component 36 and the fifth component 38. In this joining step, first, the fourth component 36 and the fifth component 38
Prepare Since the method of forming the fourth component has already been described, the method of forming the fifth component 38 will be described. Fifth
Has a structure similar to that of the first part 28.
That is, the fifth component 38 is a P-type InP semiconductor substrate (hereinafter, also referred to as a third substrate) 40 formed on a P-type InP semiconductor substrate 40.
It has a P semiconductor layer 42. A two-dimensional diffraction grating 4 is provided on the surface (also referred to as a fourth surface) 42a of the P-type InP semiconductor layer 42.
4 are formed. The two-dimensional diffraction grating 42 is a P-type In
It has a plurality of recesses 42 a formed in the surface layer of the P semiconductor layer 42. The plurality of concave portions 42a are arranged so as to form a two-dimensional diffraction grating. Since the fifth component 38 has such a structure, it can be formed through a process similar to that of the first component 28. Although the case where the two-dimensional diffraction grating 42 is formed on the fifth component 38 has been described, the third surface of the fourth component 36 may be replaced with the two-dimensional diffraction grating 44 or together with the two-dimensional diffraction grating. A two-dimensional diffraction grating can also be formed on 18a.
【００７５】続いて、第３の表面１８ａと第４の表面４
２ａとが向き合うように、第４の部品３６および第５の
部品３８を接合する。この接合工程は、既に説明した第
１の部品２８と第２の部品３２との融着と同様に行うこ
とができるので、融着工程の詳細については省略する。
しかしながら、第４の部品３６と第５の部品３８との接
合は、この条件に限られることなく別個の手順および条
件を適用できる。図１５に示されるように、第４の部品
３６と第５の部品３８とを接合することによって、第６
の部品４６が得られる。Subsequently, the third surface 18a and the fourth surface 4
The fourth component 36 and the fifth component 38 are joined so that 2a faces each other. Since this joining step can be performed in the same manner as the fusion of the first component 28 and the second component 32 already described, the details of the fusion step are omitted.
However, the joining of the fourth part 36 and the fifth part 38 is not limited to this condition, and separate procedures and conditions can be applied. As shown in FIG. 15, by joining the fourth component 36 and the fifth component 38,
Is obtained.
【００７６】また、本発明に係わる半導体発光デバイス
の製造方法では、第６の部品４６から、第１の基板１０
および第３の基板３８のいずれかを除去することができ
る。本実施の形態では、第１の基板１０を除去する。こ
の除去工程についても、既に説明した除去工程を適用す
ることができるので、更に詳細な説明は省略する。しか
しながら、第６の部品４６を除去する手順および条件
は、この条件に限られることなく別個の手順および条件
を適用できる。In the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention, the first substrate
And any of the third substrate 38 can be removed. In the present embodiment, the first substrate 10 is removed. As for the removing step, the removing step described above can be applied, and therefore, a more detailed description is omitted. However, the procedure and conditions for removing the sixth part 46 are not limited to these conditions, and separate procedures and conditions can be applied.
【００７７】図１６の斜視図は、第１の基板１０が除去
されることによって形成された第７の部品４８を示す。
第７の部品４８は、第１の基板１０が除去されることに
よってＰ型ＩｎＰ半導体層１２の一表面(第５の表面と
もいう)１２ｂが露出される。図１６においても部分的
に示されているように、第７の部品４８は、２次元回折
格子２４が半導体層１２と半導体層１４との間に埋め込
まれ、また、２次元回折格子４４が半導体層１８と半導
体層４０との間に埋め込まれた構造を有する。２次元回
折格子２４を構成する空間２４ａは、半導体層１２と半
導体層１４によってその周囲を囲まれている。２次元回
折格子４４を構成する空間４４ａは、半導体層１８と半
導体層４０によってその周囲を囲まれている。FIG. 16 is a perspective view showing a seventh component 48 formed by removing the first substrate 10.
In the seventh component 48, one surface (also referred to as a fifth surface) 12b of the P-type InP semiconductor layer 12 is exposed by removing the first substrate 10. As partially shown in FIG. 16, the seventh component 48 includes a two-dimensional diffraction grating 24 embedded between the semiconductor layer 12 and the semiconductor layer 14 and a two-dimensional diffraction grating 44 It has a structure embedded between the layer 18 and the semiconductor layer 40. The space 24 a forming the two-dimensional diffraction grating 24 is surrounded by the semiconductor layer 12 and the semiconductor layer 14. The space 44 a forming the two-dimensional diffraction grating 44 is surrounded by the semiconductor layer 18 and the semiconductor layer 40.
【００７８】第７の部品４８の第５の表面１２ｂにカソ
ード電極（図１の２２に相当する電極）を形成すると共
に、第４の基板３８の裏面３８ａにアノード電極（図１
の２０に相当する電極）を形成すると、本発明に係わる
別の実施の形態の半導体発光デバイスの主要な工程が完
了した。A cathode electrode (an electrode corresponding to 22 in FIG. 1) is formed on the fifth surface 12b of the seventh component 48, and an anode electrode (FIG. 1) is formed on the back surface 38a of the fourth substrate 38.
When the electrode corresponding to (20) was formed, the main steps of the semiconductor light emitting device of another embodiment according to the present invention were completed.
【００７９】また、このような半導体発光デバイスは、
第５の表面１２ｂおよび第４の基板３８の裏面３８ａの
少なくともいずれかの面から光を取り出すことが可能で
ある。したがって、本発明に係わる半導体発光デバイス
を搭載部材、例えばリードフレーム、チップキャリア、
プリント基板等に搭載する際にも、上記の面１２ｂおよ
び面３８ａのいずれかを搭載部材に対面させて配置する
ことができる。このため、搭載部材を放熱経路として効
果的に利用できる。このとき、半導体発光デバイスは、
搭載部材の搭載面に対してこのデバイスの光軸が所定の
角度、例えば９０゜をなすように配置される。Further, such a semiconductor light emitting device is
Light can be extracted from at least one of the fifth surface 12b and the back surface 38a of the fourth substrate 38. Therefore, the mounting member of the semiconductor light emitting device according to the present invention, for example, a lead frame, a chip carrier,
When mounting on a printed circuit board or the like, one of the surfaces 12b and 38a can be arranged so as to face the mounting member. For this reason, the mounting member can be effectively used as a heat radiation path. At this time, the semiconductor light emitting device
The optical axis of the device is arranged at a predetermined angle, for example, 90 ° with respect to the mounting surface of the mounting member.
【００８０】いくつかの製造工程によって作製される半
導体発光デバイスを示したけれども、本発明は、説明さ
れた構造以外にも、活性層１６を挟んで設けられた複数
の２次元回折格子２４、４４の内の一方、例えば、２次
元回折格子４４のみを有するような構造を採用すること
もできる。Although a semiconductor light emitting device manufactured by a number of manufacturing steps has been shown, the present invention is not limited to the structure described above, but may include a plurality of two-dimensional diffraction gratings 24 and 44 provided with an active layer 16 interposed therebetween. For example, a structure having only the two-dimensional diffraction grating 44 may be adopted.
【００８１】説明したような構造を有する半導体発光デ
バイスの発光特性を測定した。The light emitting characteristics of the semiconductor light emitting device having the structure as described above were measured.
【００８２】図１７（ａ）は、実施の形態の構造を有す
る半導体発光デバイス電流−出力パワー特性を示す特性
図であり、図１７（ｂ）は、図１７（ａ）の矢印の位置
における発振スペクトルである。この半導体発光デバイ
スは、３角格子構造を有する半導体発光デバイスがレー
ザ発振することを確認するために作製された。このた
め、光放出面には、ブロードエリア型電極(例えば２０
０μｍ幅で長手方向に延びた矩形電極)と、この周囲に
面発光領域とを有する。３角格子は、デバイス全面に形
成されている。FIG. 17A is a characteristic diagram showing a current-output power characteristic of the semiconductor light emitting device having the structure of the embodiment, and FIG. 17B is an oscillation at a position indicated by an arrow in FIG. It is a spectrum. This semiconductor light emitting device was manufactured in order to confirm that a semiconductor light emitting device having a triangular lattice structure oscillated laser. Therefore, a broad area type electrode (for example, 20
(A rectangular electrode extending in the longitudinal direction with a width of 0 μm) and a surface emitting region around the electrode. The triangular lattice is formed on the entire surface of the device.
【００８３】室温、周期１ｍｓ、パルス幅５００ｎｓの
条件において測定した結果、電流密度Ｊth＝３．９ｋＡ
／ｃｍ2の発振しきい値電流を得ることができた。この
電流密度以下では、発光ダイオード(ＬＥＤ)として動作
している。レーザ発振スペクトルは、図１７（ｂ）に示
されるように単一波長である。この波長は、三角格子に
よって規定されている。また、近視野像は、３角格子の
対称性を反映した発振パターンを有する。近視野像に基
づけば、レーザ発振は、Γ−Ｘ方向に平行な方向に起こ
っている。注入電流を増加していくと、Γ−Ｊ方向にも
発光領域が広がっていく傾向にある。故に、大面積でレ
ーザ発振していることが分かる。As a result of measurement under the conditions of room temperature, a cycle of 1 ms, and a pulse width of 500 ns, the current density Jth = 3.9 kA
/ Cm 2 oscillation threshold current was obtained. Below this current density, it operates as a light emitting diode (LED). The laser oscillation spectrum has a single wavelength as shown in FIG. This wavelength is defined by a triangular lattice. The near-field image has an oscillation pattern reflecting the symmetry of the triangular lattice. Based on the near-field image, laser oscillation occurs in a direction parallel to the Γ-X direction. As the injection current increases, the light emitting region tends to spread in the Γ-J direction. Therefore, it can be seen that laser oscillation occurs in a large area.
【００８４】図１８（ａ）は、実施の形態の構造を有す
る半導体発光デバイス電流−出力パワー特性を示す特性
図であり、図１８（ｂ）は、発振しきい値電流密度Ｉth
の１．６１倍の電流密度における発振スペクトルであ
る。この半導体発光デバイスは、全方向に均一なレーザ
発振を目的としているので、光放出面の中央に直径３５
０μｍを有する円形の電極を設けた。３角格子は、デバ
イス全面に形成されている。FIG. 18A is a characteristic diagram showing a current-output power characteristic of a semiconductor light emitting device having the structure of the embodiment, and FIG. 18B is a graph showing an oscillation threshold current density I th
It is an oscillation spectrum at 1.61 times the current density of FIG. Since this semiconductor light emitting device aims at uniform laser oscillation in all directions, a diameter of 35 mm is provided at the center of the light emitting surface.
A circular electrode having 0 μm was provided. The triangular lattice is formed on the entire surface of the device.
【００８５】室温、周期１ｍｓ、パルス幅５００ｎｓの
条件において測定した結果、電流密度Ｊth＝３．３ｋＡ
／ｃｍ2の発振しきい値電流を得ることができた。この
電流密度以下では、発光ダイオード(ＬＥＤ)として動作
している。レーザ発振スペクトルは、図１８（ｂ）に示
されるように２モードで動作していることが確認され、
発振波長の間隔は△λ＝２８オングストロームであり、
これは、図４（ｂ）に示されたバンド端の間隔(Ａ−Ｂ
間)に良く一致している。各モードは、それぞれ波長の
異なるバンド端に対応している可能性がある。As a result of measurement under the conditions of room temperature, a period of 1 ms, and a pulse width of 500 ns, the current density Jth = 3.3 kA
/ Cm 2 oscillation threshold current was obtained. Below this current density, it operates as a light emitting diode (LED). The laser oscillation spectrum was confirmed to be operating in two modes as shown in FIG.
The interval between the oscillation wavelengths is △ λ = 28 Å,
This corresponds to the band edge interval (AB) shown in FIG.
Good match). Each mode may correspond to a band edge having a different wavelength.
【００８６】また、近視野像は、全面において発振がお
こっていることを示している。遠視野像は、出射角１．
８゜と非常に狭く、ほぼ円形のビーム形状を示してい
る。これらの結果は、２次元フォトニックバンド構造に
おける２次元的な光の結合によって、大面積且つコヒー
レントな発振が面内でおこっていることを示していると
考えられる。The near-field image shows that oscillation occurs on the entire surface. The far-field image has an output angle of 1.
It is very narrow at 8 ° and shows a substantially circular beam shape. These results are thought to indicate that large-area and coherent oscillation occurs in the plane due to two-dimensional light coupling in the two-dimensional photonic band structure.
【００８７】以上、データを示しながら説明したよう
に、本発明によれば面発光可能な発光デバイスを提供で
きることが明らかになった。As described above with reference to data, it has become clear that the present invention can provide a light emitting device capable of surface light emission.
【００８８】上記のフォトニックバンド構造には、(1)
制御対象の光と同程度の微細加工を必要とする、(2)光
をより効率的に制御するために空気と半導体のような大
きな屈折率変化を持つ周期構造が必要とされる、(3)２
次元まはた３次元のような高次元の発光を制御するため
には同じ次元の周期構造を形成する必要がある、といっ
た要求がある。半導体レーザの部分的な構造を有する部
品に対してウエハ融着法を適用すると、このような要求
を満たす２次元回折格子が内蔵された発光デバイスを容
易に作製することができる。したがって、フォトニック
バンド構造を内蔵した発光デバイスを形成可能になる。The above photonic band structure includes (1)
(2) In order to control light more efficiently, a periodic structure with a large refractive index change such as air and semiconductor is required (3). ) 2
There is a demand that a periodic structure of the same dimension must be formed in order to control light emission of a high dimension such as a dimension or three dimensions. When a wafer fusion method is applied to a component having a partial structure of a semiconductor laser, a light emitting device having a built-in two-dimensional diffraction grating satisfying such requirements can be easily manufactured. Therefore, a light emitting device having a built-in photonic band structure can be formed.
【００８９】また、本発明の実施の形態では、半導体内
部に２次元・３次元構造を形成できる方法として、ウエ
ハ融着法を用いるようにした。この方法によって、２次
元フォトニックバンド構造内蔵面発光型発光ダイオード
(ＬＥＤ)と共に、２次元フォトニックバンド構造内蔵の
面発光レーザを作製した。さらに円形の電流注入領域を
形成したデバイスを作製すると、全面でのレーザ発振を
確認でき、遠視野像において１．８゜という非常に狭い
出射角を得ることができた。この結果は、２次元フォト
ニックバンド構造に基づく２次元的な光の結合による大
面積・コヒーレントな発振が起った結果と考えられる。
フォトニックバンド構造を内蔵することは、面発光レー
ザに適していると考えられる。また、ウエハ融着法は、
空気／半導体２次元回折格子(発光されるべき光に対し
て透明な導波層内または半導体層内に周期的に設けられ
た空間に基づく２次元回折格子)を形成する方法として
好適であることが示された。In the embodiment of the present invention, a wafer fusion method is used as a method for forming a two-dimensional or three-dimensional structure inside a semiconductor. By this method, a two-dimensional photonic band structure built-in surface emitting light emitting diode
A surface emitting laser with a built-in two-dimensional photonic band structure was fabricated together with (LED). Further, when a device in which a circular current injection region was formed was manufactured, laser oscillation could be confirmed on the entire surface, and a very narrow emission angle of 1.8 ° could be obtained in a far-field image. This result is considered to be a result of large-area coherent oscillation caused by two-dimensional light coupling based on the two-dimensional photonic band structure.
It is considered that incorporating a photonic band structure is suitable for a surface emitting laser. In addition, the wafer fusion method
Suitable as a method of forming an air / semiconductor two-dimensional diffraction grating (a two-dimensional diffraction grating based on a space periodically provided in a waveguide layer or a semiconductor layer transparent to light to be emitted) It has been shown.
【００９０】[0090]
【発明の効果】本発明の半導体発光デバイスによれば、
２次元回折格子が、活性層において発生されるべき光の
波長を規定するように設けられている。このため、活性
層において発生された光は、２次元回折格子によって２
次元的に結合され光放出面から放出される。したがっ
て、面発光が可能な半導体発光デバイスが提供された。According to the semiconductor light emitting device of the present invention,
A two-dimensional diffraction grating is provided to define the wavelength of light to be generated in the active layer. For this reason, the light generated in the active layer is 2D by the two-dimensional diffraction grating.
Dimensionally combined and emitted from the light emitting surface. Therefore, a semiconductor light emitting device capable of surface emission has been provided.
【００９１】また、本発明の半導体発光デバイスの製造
方法によれば、基板を含む一方の部品の接合面上に２次
元格子を形成した後に、この部品と他方の部品とを接合
するようにした。したがって、面発光が可能な半導体発
光デバイスの製造方法が提供された。Further, according to the method of manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention, after forming a two-dimensional lattice on the bonding surface of one component including the substrate, this component and the other component are bonded. . Accordingly, a method for manufacturing a semiconductor light emitting device capable of surface light emission has been provided.
【図１】図１（ａ）は、本発明に係わる半導体発光デバ
イスの斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＩ−
Ｉ断面における断面図である。FIG. 1 (a) is a perspective view of a semiconductor light emitting device according to the present invention, and FIG. 1 (b) is a sectional view taken on line I- of FIG. 1 (a).
It is sectional drawing in I section.
【図２】図２は、２次元回折格子として、格子間隔がａ
である３角格子を描いた図面である。FIG. 2 shows a two-dimensional diffraction grating having a lattice spacing a
3 is a drawing depicting a triangular lattice.
【図３】図３は、図２に示された３角格子が有する逆格
子空間を示した図面である。FIG. 3 is a diagram illustrating a reciprocal lattice space of the triangular lattice illustrated in FIG. 2;
【図４】図４（ａ）は、図２に示された２次元３角格子
についてバンド計算を行った結果を示したフォトニック
バンド図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）におけるΓ
点近傍における拡大図である。FIG. 4A is a photonic band diagram showing a result of performing band calculation on the two-dimensional triangular lattice shown in FIG. 2, and FIG. 4B is a photonic band diagram. ) In
It is an enlarged view near a point.
【図５】図５は、２次元回折格子として、格子間隔がｂ
である正方格子を描いた図面である。FIG. 5 shows a two-dimensional diffraction grating having a lattice spacing of b
2 is a drawing depicting a square lattice.
【図６】図６は、図５に示された正方格子に対して適用
した位相シフト構造を適用した図面である。FIG. 6 is a drawing to which a phase shift structure applied to the square lattice shown in FIG. 5 is applied.
【図７】図７は、図５に示された正方格子に対して適用
した位相シフト構造を適用した図面である。FIG. 7 is a drawing to which a phase shift structure applied to the square lattice shown in FIG. 5 is applied.
【図８】図８は、第１の基板上にＮ型ＩｎＰ半導体層が
形成された後の工程を示す斜視図である。FIG. 8 is a perspective view showing a step after an N-type InP semiconductor layer is formed on a first substrate.
【図９】図９は、２次元回折格子が形成された後の工程
を示す斜視図である。FIG. 9 is a perspective view showing a step after a two-dimensional diffraction grating is formed.
【図１０】図１０は、第２の部品の斜視図である。FIG. 10 is a perspective view of a second component.
【図１１】図１１は、第１の表面と第２の表面とが向き
合わせて、第１の部品と第２の部品とを接合する工程を
示す斜視図である。FIG. 11 is a perspective view showing a step of joining the first component and the second component with the first surface and the second surface facing each other.
【図１２】図１２は、第１の部品と第２の部品とが接合
されることによって形成された第３の部品を示す斜視図
である。FIG. 12 is a perspective view showing a third component formed by joining a first component and a second component.
【図１３】図１３は、第２の基板が除去されることによ
って形成された第４の部品を示すの斜視図である。FIG. 13 is a perspective view showing a fourth component formed by removing the second substrate.
【図１４】図１４は、第４の部品および第５の部品を接
合する工程を示す斜視図である。FIG. 14 is a perspective view showing a step of joining a fourth component and a fifth component.
【図１５】図１５は、第４の部品と第５の部品とを接合
し第６の部品を形成する工程の斜視図である。FIG. 15 is a perspective view of a step of joining a fourth component and a fifth component to form a sixth component.
【図１６】図１６は、第１の基板が除去し、第７の部品
を形成する工程を示す斜視図である。FIG. 16 is a perspective view showing a step of removing a first substrate and forming a seventh component.
【図１７】図１７（ａ）は、実施の形態の構造を有する
半導体発光デバイスの電流−発振パワー特性を示す特性
図であり、図１７（ｂ）は、そのようなデバイスの発振
スペクトルである。FIG. 17A is a characteristic diagram showing current-oscillation power characteristics of a semiconductor light emitting device having the structure of the embodiment, and FIG. 17B is an oscillation spectrum of such a device. .
【図１８】図１８（ａ）は、実施の形態の構造を有する
半導体発光デバイスの電流−発振パワー特性を示す特性
図であり、図１８（ｂ）は、そのようなデバイスの発振
スペクトルである。FIG. 18A is a characteristic diagram showing current-oscillation power characteristics of a semiconductor light emitting device having the structure of the embodiment, and FIG. 18B is an oscillation spectrum of such a device. .
１…半導体発光デバイス、１０…基板、１２…第１の閉
じ込め層、１４…第２の閉じ込め層、１６…活性層、１
８…第３の閉じ込め層、２０…アノード電極、２２…カ
ソード電極、２４、２５、４４…２次元回折格子、２８
…第１の部品、３０…第２の基板、３２…第２の部品、
３４…第３の部品、３６…第４の部品、３８…第５の部
品、４６…第６の部品、４８…第７の部品、DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor light emitting device, 10 ... Substrate, 12 ... First confinement layer, 14 ... Second confinement layer, 16 ... Active layer, 1
8 third confinement layer, 20 anode electrode, 22 cathode electrode, 24, 25, 44 two-dimensional diffraction grating, 28
... first component, 30 ... second substrate, 32 ... second component,
34: a third component, 36: a fourth component, 38: a fifth component, 46: a sixth component, 48: a seventh component,
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野田 進 京都府京都市左京区吉田本町 京都大学工 学研究科内 (72)発明者 佐々木 吾朗 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友電 気工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者 村田 道夫 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友電 気工業株式会社横浜製作所内 Ｆターム(参考） 2H049 AA03 AA13 AA33 AA37 AA55 AA64 5F073 AA63 AA73 AA74 AA75 AA89 AB17 CA12 DA16 EA20 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Susumu Noda Inventor Susumu Yoshida Honcho, Sakyo-ku, Kyoto, Kyoto Prefecture (72) Inventor Goro Sasaki 1 Tayacho, Sakae-ku, Yokohama, Kanagawa Prefecture Sumitomo Electric Industries Co., Ltd. (72) Inventor Michio Murata 1-chome, Taya-cho, Sakae-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Sumitomo Electric Industries, Ltd. Yokohama Works F-term (reference) EA20
Claims (10)
導体層と、 前記基板の主面上に設けられた第２導電型半導体層と、 前記第１導電型半導体層および前記第２導電型半導体層
に挟まれ、キャリアが注入されると光を発生する活性層
と、 前記基板の主面が延びる方向に沿って設けられ、前記活
性層において発生されるべき光の波長を規定する２次元
回折格子と、 前記基板の主面が延びる方向に沿って設けられ、前記活
性層において発生された光が放出される光放出面と、を
備える半導体発光デバイス。A first conductive type semiconductor layer provided on a main surface of a substrate; a second conductive type semiconductor layer provided on a main surface of the substrate; An active layer sandwiched between two conductive semiconductor layers and generating light when carriers are injected, provided along a direction in which a main surface of the substrate extends, and defining a wavelength of light to be generated in the active layer; A semiconductor light emitting device, comprising: a two-dimensional diffraction grating; and a light emitting surface provided along a direction in which a main surface of the substrate extends and emitting light generated in the active layer.
有する媒質内に２次元回折格子を構成するように設けら
れた第２の屈折率の部分を有し、 前記第１の屈折率は前記第２の屈折率よりも大きい、請
求項１に記載の半導体発光デバイス。2. The two-dimensional diffraction grating has a second refractive index portion provided to form a two-dimensional diffraction grating in a medium having a first refractive index, wherein the first refraction is provided. 2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein a refractive index is higher than the second refractive index.
正方格子のいずれか一方である、請求項１に記載の半導
体発光デバイス。3. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein said two-dimensional diffraction grating is one of a triangular lattice and a square lattice.
光を発生する複数の発光部と、前記複数の発光部を分離
するように設けられた分離部とを有する請求項１に記載
の半導体発光デバイス。4. The active layer according to claim 1, wherein the active layer has a plurality of light emitting units that generate light when carriers are injected, and a separating unit provided to separate the plurality of light emitting units. Semiconductor light emitting device.
て透明であって、前記光放出面上に設けられ、前記活性
層にキャリアを与えるための電極を更に備える、請求項
１に記載の半導体発光デバイス。5. The device according to claim 1, further comprising an electrode that is transparent to light generated in the active layer, is provided on the light emitting surface, and provides carriers to the active layer. Semiconductor light emitting device.
と対向するように設けられた別の２次元回折格子を更に
備える、請求項１に記載の半導体発光デバイス。6. The semiconductor light emitting device according to claim 1, further comprising another two-dimensional diffraction grating provided so as to face the two-dimensional diffraction grating via the active layer.
導体層と、 前記基板の主面上に設けられた第２導電型半導体層と、 前記第１導電型半導体層と前記第２導電型半導体層との
間に設けられ、キャリアが注入されると光を発生する活
性層と、 前記基板の主面が延びる方向に沿って設けられ、前記活
性層と光学的に結合され、フォトニックンド構造を有す
るフォトニックバンド層と、 前記フォトニックバンド層が延びる方向に沿って設けら
れ、前記活性層において発生された光が放出される光放
出面と、を備える半導体発光デバイス。7. A first conductive type semiconductor layer provided on a main surface of a substrate, a second conductive type semiconductor layer provided on a main surface of the substrate, the first conductive type semiconductor layer and the first conductive type semiconductor layer. An active layer provided between the two-conductivity-type semiconductor layer and generating light when carriers are injected, provided along a direction in which a main surface of the substrate extends, and optically coupled to the active layer; A semiconductor light emitting device, comprising: a photonic band layer having a photonic band structure; and a light emitting surface provided along a direction in which the photonic band layer extends and emitting light generated in the active layer.
１の部品を準備する工程と、 第１導電型半導体層、活性層、および第２導電型半導体
層を第２の基板の主面上に順に堆積し、前記主面が延び
る方向に沿って第２の表面を有する第２の部品を形成す
る工程と、 前記第１の表面および前記第２の表面の少なくともいず
れか一方に２次元回折格子を形成する格子工程と、 格子工程の後に、前記第１の表面と前記第２の表面とが
向き合うように前記第１の部品および前記第２の部品を
接合する工程と、を備える半導体発光デバイスの製造方
法。8. A step of preparing a first component including a first substrate and having a first surface, the method comprising: connecting a first conductive type semiconductor layer, an active layer, and a second conductive type semiconductor layer to a second substrate. Forming a second component having a second surface along a direction in which the main surface extends, the second component being sequentially deposited on the main surface; and at least one of the first surface and the second surface. A grating step of forming a two-dimensional diffraction grating; and, after the grating step, joining the first component and the second component such that the first surface and the second surface face each other. The manufacturing method of the semiconductor light emitting device provided.
１の部品を準備する工程と、 第１導電型半導体層、活性層、および第２導電型半導体
層を第２の基板の主面上に順に堆積し、前記主面が延び
る方向に沿って第２の表面を有する第２の部品を形成す
る工程と、 前記第１の表面および前記第２の表面の少なくともいず
れか一方に２次元回折格子を形成する格子工程と、 格子工程の後に、前記第１の表面と前記第２の表面とが
向き合うように前記第１の部品および前記第２の部品を
接合し第３の部品を形成する工程と、 前記第３の部品から前記第１の基板を第３の表面が現れ
るように除去し第４の部品を形成する工程と、 第３の基板を含み第４の表面を有する第５の部品を準備
する工程と、 前記第３の表面および前記第４の表面のいずれか一方に
２次元回折格子を形成する工程と、 前記第３の表面と前記第４の表面とが向き合うように、
前記第４の部品および前記第５の部品を接合する工程
と、を備える半導体発光デバイスの製造方法。9. A step of preparing a first component including a first substrate and having a first surface, the method comprising: connecting a first conductive semiconductor layer, an active layer, and a second conductive semiconductor layer to a second substrate. Forming a second component having a second surface along a direction in which the main surface extends, the second component being sequentially deposited on the main surface; and at least one of the first surface and the second surface. A grating step of forming a two-dimensional diffraction grating; and after the grating step, joining the first component and the second component so that the first surface and the second surface face each other, and forming a third component. Forming a fourth component by removing the first substrate from the third component so that a third surface appears, and having a fourth surface including the third substrate. Preparing a fifth component; and any one of the third surface and the fourth surface Forming a two-dimensional diffraction grating on one side, such that the third surface and the fourth surface face each other,
Bonding the fourth component and the fifth component to each other.
フォトニックバンド構造を形成するように規定された２
次元回折格子パターンを持つマスクを前記第１の表面お
よび前記第２の表面の少なくともいずれか一方に形成す
る工程と、 前記マスクを用いてエッチングし、２次元回折格子を形
成する工程と、を有する請求項８または請求項９に記載
の半導体発光デバイスの製造方法。10. The method according to claim 1, wherein the grating step comprises forming a photonic band structure corresponding to a wavelength of light to be generated in the active layer.
Forming a mask having a two-dimensional diffraction grating pattern on at least one of the first surface and the second surface; and forming a two-dimensional diffraction grating by etching using the mask. A method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 8.
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