JP2011029607A - Vertical resonator type surface-emitting laser - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、誘電体材料からなる反射鏡を有する窒化物半導体を用いた垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）に関するものである。 The present invention relates to a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) using a nitride semiconductor having a reflecting mirror made of a dielectric material.
従来から、レーザプリンタや光通信装置等の光源として垂直共振器型面発光レーザが利用されている。垂直共振器型面発光レーザでは、レーザの横モード制御の目的からその半導体層表面に、所定の大きさで開口部を有する絶縁層、上部電極及び半透明電極を設ける技術が提供されている（例えば、特許文献１）。また、キャップ層及びそれに接触する電極の構造を工夫することにより、しきい値電流の低下及び横モードの安定を図る技術が提供されている（例えば、特許文献２）。
また、窒化物半導体を用いた垂直共振器型面発光レーザについても、その研究が進められている（例えば、非特許文献１〜３）。
Conventionally, vertical cavity surface emitting lasers have been used as light sources for laser printers and optical communication devices. In the vertical cavity surface emitting laser, a technique is provided in which an insulating layer having an opening with a predetermined size, an upper electrode, and a translucent electrode are provided on the surface of a semiconductor layer for the purpose of controlling the transverse mode of the laser ( For example, Patent Document 1). Further, a technique for reducing the threshold current and stabilizing the lateral mode by devising the structure of the cap layer and the electrode in contact therewith is provided (for example, Patent Document 2).
In addition, research on vertical cavity surface emitting lasers using nitride semiconductors is also in progress (for example,
窒化物半導体は抵抗が高いため、特許文献１のように、レーザ発振に寄与する領域（以下、活性領域）において開口部を有するように部分的に電極を設けると、活性領域内での電流の偏りが見られる。そのため、活性領域の全体に電極を設けることが必要になる。しかし、活性領域の全体に電極を設けたとしても、特許文献２のように、活性領域以外の領域、具体的には活性領域よりも外周に優先的に電流が注入される構造とすると、活性領域への電流注入の均一性が不十分になり、しきい値電流が高くなる。そのため、窒化物半導体を用いた垂直共振器型面発光レーザでは、活性領域への電流の供給を促進させ、活性領域に供給される電流分布を均一にし、レーザ発振に寄与する活性領域に均一に電流を注入するような構造が求められる。
Since a nitride semiconductor has high resistance, as in
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、活性領域への電流の供給を促進させ、しきい値電流の低い垂直共振器型面発光レーザを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a vertical cavity surface emitting laser having a low threshold current by promoting the supply of current to an active region.
本発明の垂直共振器型面発光レーザは、ｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体層を含む窒化物半導体層の少なくとも一方の表面に、開口部を有する絶縁層と、前記開口部を被覆するように前記絶縁層上に設けられた透光性電極と、該透光性電極を介して前記開口部上に設けられた誘電体材料からなる反射鏡とを有し、前記絶縁層と前記反射鏡の間に導電性材料を設けることを特徴とする。
また、前記導電性材料は、前記絶縁層の開口部と一致するように開口部を有する、もしくは前記絶縁層の開口部よりも外側で絶縁層を覆うように開口部を有することが好ましい。
また、前記導電性材料と、前記透光性電極は異なる材料であることが好ましい。
また、前記導電性材料の導電率は、前記透光性電極の導電率より大きいことが好ましい。
前記導電性材料は、前記絶縁層と透光性電極の間に形成されることが好ましい。
前記導電性材料は、ｐ型半導体層側に形成されることが好ましい。
前記反射鏡の外周側面には、前記透光性電極と電気的に接続するように設けられた電極を有し、前記導電性材料の外周端部は、前記電極の外周側面よりも内側であることが好ましい。
前記導電性材料は、いずれかの層にＴｉ、ＮｉまたはＣｒを含む積層構造であることが好ましい。
The vertical cavity surface emitting laser of the present invention includes an insulating layer having an opening on at least one surface of a nitride semiconductor layer including an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer, and covering the opening A translucent electrode provided on the insulating layer, and a reflecting mirror made of a dielectric material provided on the opening through the translucent electrode, the insulating layer and the A conductive material is provided between the reflecting mirrors.
The conductive material preferably has an opening so as to coincide with the opening of the insulating layer, or has an opening so as to cover the insulating layer outside the opening of the insulating layer.
The conductive material and the translucent electrode are preferably different materials.
The conductivity of the conductive material is preferably larger than the conductivity of the translucent electrode.
The conductive material is preferably formed between the insulating layer and the translucent electrode.
The conductive material is preferably formed on the p-type semiconductor layer side.
An outer peripheral side surface of the reflecting mirror has an electrode provided so as to be electrically connected to the translucent electrode, and an outer peripheral end portion of the conductive material is inside the outer peripheral side surface of the electrode. It is preferable.
The conductive material preferably has a laminated structure including Ti, Ni, or Cr in any layer.
本発明の垂直共振器型面発光レーザによれば、活性領域への電流の供給を促進させ、しきい値電流の低い垂直共振器型面発光レーザを提供することができる。 According to the vertical cavity surface emitting laser of the present invention, it is possible to promote the supply of current to the active region and provide a vertical cavity surface emitting laser with a low threshold current.
以下に、本発明を実施するための形態を図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は一例であって、本発明を以下に限定するものではなく、記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等についても本発明を限定するものではない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。また、説明を簡略化するために、同一の構成要件には同一の符号を付し、その説明を一部省略する。
なお、説明の便宜上、「第２反射鏡５０ｂ」との区別のため「反射鏡５０ａ」を「第１反射鏡」と記載することがある。また、「第２電極７０」との区別のため「電極６０」を「第１電極」と記載することがある。
EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, the form for implementing this invention is demonstrated, referring drawings. However, the form shown below is an example, and the present invention is not limited to the following, and the present invention is not limited to the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described. Absent. Note that the size, positional relationship, and the like of the members shown in each drawing may be exaggerated for clarity of explanation. In order to simplify the description, the same constituent elements are denoted by the same reference numerals, and a part of the description is omitted.
For convenience of explanation, the “reflecting
図１に、本発明の垂直共振器型面発光レーザの一例を示す。図１（ａ）は、本発明の半導体レーザ装置の断面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）中の丸囲み部分の拡大図である。また、図６は、図１（ａ）の要部の拡大図である図１（ｂ）について、別の形態を示したものである。
本発明の垂直共振器型面発光レーザは、図１に示すように、窒化物半導体層１０の表面に、開口部を有する絶縁層２０と、開口部を被覆するように絶縁層上に設けられた透光性電極４０と、透光性電極を介して開口部上に設けられた反射鏡５０ａとを有し、絶縁層２０と反射鏡５０ａの間に導電性材料３０が設けられている。
また、窒化物半導体層１０は、ｎ型半導体層１１、活性層１２及びｐ型半導体層１３を含んで形成される。また、反射鏡５０ａの外周側面には、透光性電極４０と電気的に接続するように設けられた電極６０を有している。また、ｎ型半導体層１１の表面には、第２反射鏡５０ｂ及び第２電極７０が形成されている。
FIG. 1 shows an example of a vertical cavity surface emitting laser according to the present invention. 1A is a cross-sectional view of the semiconductor laser device of the present invention, and FIG. 1B is an enlarged view of a circled portion in FIG. 1A. FIG. 6 shows another embodiment of FIG. 1 (b), which is an enlarged view of the main part of FIG. 1 (a).
As shown in FIG. 1, the vertical cavity surface emitting laser of the present invention is provided on the surface of a
The
本発明の各構成について説明する。
（窒化物半導体層）
窒化物半導体層は、後述する成長基板上に形成し、得ることができる。
窒化物半導体層は、例えば、一般式ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で示されるものが好ましい。これに加えて、III族元素としてＢが一部に置換されたものを用いてもよいし、Ｖ族元素としてＮの一部をＰ、Ａｓで置換されたものを用いてもよい。本発明の垂直共振器型面発光レーザとしては、３００ｎｍ〜６５０ｎｍ程度の波長域のレーザ光を得られるように活性層の組成を調整することが適当である。
Each configuration of the present invention will be described.
(Nitride semiconductor layer)
The nitride semiconductor layer can be formed and obtained on a growth substrate described later.
The nitride semiconductor layer is preferably, for example, one represented by a general formula In x Al y Ga 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1). In addition to this, an element in which B is partially substituted as a group III element may be used, or an element in which a part of N is substituted with P or As may be used as a group V element. For the vertical cavity surface emitting laser of the present invention, it is appropriate to adjust the composition of the active layer so that laser light having a wavelength range of about 300 nm to 650 nm can be obtained.
ｎ型半導体層は、ｎ型不純物としてＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＣｄなどのＩＶ族元素又はＶＩ族元素等を１種類以上含有していてもよい。また、ｐ型半導体層は、ｐ型不純物としてＭｇ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｓｒ等を含有している。
不純物は、５×１０１６／ｃｍ３〜１×１０２１／ｃｍ３程度の濃度範囲で含有されていることが好ましい。ただし、ｎ型半導体層及びｐ型半導体層を構成する半導体層の全てが必ずしも不純物を含有していなくてもよい。
また、ｎ型半導体層、活性層、ｐ型半導体層は、それぞれ単一膜構造、多層膜構造又は組成比が互いに異なる２層を含む超格子構造等であってもよい。これらの層は、組成傾斜層、濃度傾斜層を備えたものであってもよい。活性層は、単一量子井戸構造、多重量子井戸構造等の量子井戸構造を用いることができる。
The n-type semiconductor layer may contain one or more group IV elements or group VI elements such as Si, Ge, Sn, S, O, Ti, Zr, and Cd as n-type impurities. The p-type semiconductor layer contains Mg, Zn, Be, Mn, Ca, Sr, etc. as p-type impurities.
It is preferable that the impurities are contained in a concentration range of about 5 × 10 16 / cm 3 to 1 × 10 21 / cm 3 . However, all of the semiconductor layers constituting the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer do not necessarily contain impurities.
The n-type semiconductor layer, the active layer, and the p-type semiconductor layer may each have a single film structure, a multilayer film structure, or a superlattice structure including two layers having different composition ratios. These layers may include a composition gradient layer and a concentration gradient layer. The active layer can use a quantum well structure such as a single quantum well structure or a multiple quantum well structure.
窒化物半導体層の膜厚は特に限定されないが、活性領域に効果的に電流を注入することができるように適宜調整することが好ましい。例えば、ｎ型半導体層は、０．２〜１２μｍ、好ましくは０．２〜６μｍ程度、活性層は、１５〜３００ｎｍ程度、ｐ型半導体層は、０．０１〜１μｍ、好ましくは０．０６〜１μｍ程度が挙げられる。好ましくは、窒化物半導体層の全体としての膜厚が０．３〜６μｍ程度のものである。この程度の膜厚の窒化物半導体層に本発明を適用するとより効果的である。
なお、本明細書において、「活性領域」は、図１（ａ）中にＭで示すように、対向する反射鏡に挟まれた窒化物半導体層のうち、ｐ型半導体層側の表面が透光性電極と接触して規定される領域、あるいは、絶縁層の開口部で規定される領域とする。
The thickness of the nitride semiconductor layer is not particularly limited, but is preferably adjusted as appropriate so that current can be effectively injected into the active region. For example, the n-type semiconductor layer is 0.2 to 12 μm, preferably about 0.2 to 6 μm, the active layer is about 15 to 300 nm, and the p-type semiconductor layer is 0.01 to 1 μm, preferably 0.06 to About 1 μm may be mentioned. Preferably, the nitride semiconductor layer as a whole has a film thickness of about 0.3 to 6 μm. It is more effective to apply the present invention to a nitride semiconductor layer having such a film thickness.
In the present specification, the “active region” means that the surface on the p-type semiconductor layer side of the nitride semiconductor layer sandwiched between opposing reflectors is transparent, as indicated by M in FIG. The region is defined by being in contact with the photoelectrode or the region defined by the opening of the insulating layer.
また、窒化物半導体層は、活性領域を含む領域が任意に凸部状に加工されていてもよい。これにより、活性領域において横方向の光閉じ込めの効果を高め、より高効率に発振させることができる。
なお、「横方向」は、レーザ光の出射方向に実質的に垂直な向きを指し、窒化物半導体層の積層面と平行な方向を指す。「縦方向」は、レーザ光の出射方向に実質的に平行な向きを指し、半導体層の積層方向と平行な方向を指す。
この凸部は、ｐ型半導体層側若しくはｎ型半導体層側のいずれに突出するように設けてもよい。ｎ型半導体層側に凸部が設けられる場合は、成長基板を剥離した後に設けられることが好ましい。また、凸部の高さは特に限定されず、ｐ型半導体層側から設けられた凸部の底面が、ｐ型半導体層、活性層やｎ型半導体層のいずれであってもよいし、ｎ型半導体層側から設けられた凸部についても同様である。好ましくは、ｐ型半導体層側から設けられ、ｐ型半導体層の途中に底面を有するような凸部であり、これによってより効果的に横方向の光閉じ込めをすることができる。上面視したときの凸部の形状は特に限定されず、円、楕円、矩形等を選択できる。
また凸部は、公知の加工方法としてウェットエッチング又はドライエッチング等を用いて設けることができ、なかでも、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を用いることが好ましい。例えば、窒化物半導体層表面に凸部形状を決定するための適当な大きさ及び形状を有するマスクパターンを形成し、このマスクパターンをマスクとしてエッチングする方法が挙げられる。マスクパターンは、レジスト、ＳｉＯ２等の絶縁体をフォトリソグラフィ及びエッチングする方法等により形成することができる。
In the nitride semiconductor layer, a region including an active region may be arbitrarily processed into a convex shape. Thereby, the effect of lateral light confinement in the active region can be enhanced and oscillation can be performed with higher efficiency.
The “lateral direction” refers to a direction substantially perpendicular to the laser light emission direction, and refers to a direction parallel to the laminated surface of the nitride semiconductor layers. The “longitudinal direction” refers to a direction substantially parallel to the laser light emission direction, and refers to a direction parallel to the stacking direction of the semiconductor layers.
You may provide this convex part so that it may protrude to either the p-type semiconductor layer side or the n-type semiconductor layer side. When the convex portion is provided on the n-type semiconductor layer side, it is preferably provided after the growth substrate is peeled off. Further, the height of the convex portion is not particularly limited, and the bottom surface of the convex portion provided from the p-type semiconductor layer side may be any of the p-type semiconductor layer, the active layer, and the n-type semiconductor layer, and n The same applies to the convex portions provided from the mold semiconductor layer side. Preferably, it is a convex portion provided from the p-type semiconductor layer side and having a bottom surface in the middle of the p-type semiconductor layer, whereby the lateral light confinement can be more effectively performed. The shape of the convex portion when viewed from above is not particularly limited, and a circle, an ellipse, a rectangle, or the like can be selected.
Further, the convex portion can be provided by wet etching or dry etching as a known processing method, and it is preferable to use reactive ion etching (RIE). For example, a method of forming a mask pattern having an appropriate size and shape for determining the convex shape on the surface of the nitride semiconductor layer and etching using the mask pattern as a mask can be mentioned. The mask pattern can be formed by a method of photolithography and etching an insulator such as a resist or SiO 2 .
また、垂直共振器型面発光レーザの共振器長は、例えば、図１では、窒化物半導体層１０の膜厚で決定される。共振器長の調整を窒化物半導体層のエッチングにより行う場合、高精度で膜厚を制御するために、窒化物半導体層中にエッチングストップ層を挿入してもよい。エッチングストップ層の材料は特に限定されるものでなく、エッチングされる半導体層よりもエッチングされにくいものであればよい。具体的には、Ａｌ組成比が０．１以上、好ましくは０．２〜０．３程度のＡｌＧａＮによる層等が挙げられる。エッチングストップ層の膜厚は特に限定されず、例えば、１０〜５０ｎｍ程度が例示される。
The cavity length of the vertical cavity surface emitting laser is determined by the film thickness of the
窒化物半導体の成長方法は、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）など窒化物半導体の成長方法として知られている方法を用いることができる。 Nitride semiconductor growth methods include nitride semiconductors such as MOVPE (metal organic chemical vapor deposition), MOCVD (metal organic chemical vapor deposition), HVPE (hydride vapor deposition), MBE (molecular beam epitaxy). A method known as a growth method can be used.
（絶縁層）
本発明の垂直共振器型面発光レーザでは、窒化物半導体層の少なくとも一方の表面に、開口部を有する絶縁層が形成される。絶縁層は、所望の領域に電流を注入するために設けられる。特に、ｐ型半導体層表面に絶縁層を設けることで、効果的に活性領域への電流注入を行うことができる。
また、絶縁層は、窒化物半導体及び／又は後述する透光性電極よりも屈折率が小さい材料であることが好ましい。これにより、横方向の光の閉じ込めを行うことができる。また、絶縁層の屈折率が透光性電極よりも大きい材料を用いると、高次の横モードの発生を抑制することができるという点で好ましい。
絶縁層の具体的な材料としては例えば、ＳｉＯ２、Ｇａ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２等の酸化物、ＳｉＮ、ＡｌＮ及びＡｌＧａＮ等の窒化物等が例示される。その膜厚としては、５〜１０００ｎｍ程度、好ましくは、１０〜１００ｎｍ程度が例示される。
(Insulating layer)
In the vertical cavity surface emitting laser of the present invention, an insulating layer having an opening is formed on at least one surface of the nitride semiconductor layer. The insulating layer is provided to inject current into a desired region. In particular, by providing an insulating layer on the surface of the p-type semiconductor layer, current can be effectively injected into the active region.
The insulating layer is preferably made of a material having a refractive index smaller than that of a nitride semiconductor and / or a translucent electrode described later. Thereby, it is possible to confine light in the lateral direction. In addition, it is preferable to use a material having a refractive index of the insulating layer larger than that of the translucent electrode because generation of higher-order transverse modes can be suppressed.
Specific examples of the insulating layer include oxides such as SiO 2 , Ga 2 O 3 , Al 2 O 3 , and ZrO 2 , and nitrides such as SiN, AlN, and AlGaN. The film thickness is about 5 to 1000 nm, preferably about 10 to 100 nm.
また、本発明の絶縁層は開口部を有する。図１に示すような垂直共振器型面発光レーザでは、ｐ側の絶縁層の開口部が、垂直共振器型面発光レーザの活性領域の大きさを規定する。開口部の形状としては、特に限定されず、円形、楕円形、矩形、これらに近似する形状等が挙げられる。図３に示すように、活性領域の中心までの距離を等距離とすることで、活性領域に均一に電流注入することができ、均一に光閉じ込めをできるという点からも、円形であることが好ましい。開口部の大きさとしては、円形の場合は、その直径が１〜１５μｍ程度、好ましくは３〜１０μｍ程度が挙げられ、この程度の大きさの活性領域であれば活性領域へ均一に電流注入を行うことが可能である。 The insulating layer of the present invention has an opening. In the vertical cavity surface emitting laser as shown in FIG. 1, the opening of the p-side insulating layer defines the size of the active region of the vertical cavity surface emitting laser. The shape of the opening is not particularly limited, and examples thereof include a circle, an ellipse, a rectangle, and a shape similar to these. As shown in FIG. 3, by making the distance to the center of the active region equal, the current can be uniformly injected into the active region and the light can be uniformly confined. preferable. As the size of the opening, in the case of a circular shape, the diameter is about 1 to 15 μm, preferably about 3 to 10 μm. If the active region has such a size, current can be uniformly injected into the active region. Is possible.
絶縁層は、当該分野で公知の方法によって形成することができる。例えば、蒸着法、スパッタ法、反応性スパッタ法、ＥＣＲプラズマスパッタ法、マグネトロンスパッタ法等が挙げられる。
開口部の形成方法としては、公知の方法を用いて形成することが可能であるが、リフトオフ法、フォトリソグラフィを用いたエッチング（ドライエッチング、ウェットエッチング）などの方法でパターニングし、開口部を設けることが好ましい。
また、所望の領域に電流を注入する方法として、イオン注入、選択酸化（熱酸化、陽極酸化など）等の当該分野で公知の方法を組み合わせて用いてもよい。
The insulating layer can be formed by a method known in the art. For example, vapor deposition, sputtering, reactive sputtering, ECR plasma sputtering, magnetron sputtering, and the like can be given.
As a method for forming the opening, a known method can be used. However, the opening is formed by patterning by a lift-off method, etching using photolithography (dry etching, wet etching), or the like. It is preferable.
In addition, as a method for injecting a current into a desired region, methods known in the art such as ion implantation and selective oxidation (thermal oxidation, anodization, etc.) may be used in combination.
（透光性電極）
絶縁層の開口部を被覆するように透光性電極が設けられる。つまり、透光性電極は、窒化物半導体層表面に接触して、絶縁層上に跨るように形成される。また、透光性電極は、その一部は、絶縁層を介して窒化物半導体層上に配置されている。
このような配置としては、例えば、図１に示すように、ｐ型半導体層上の中央部分が透光性電極に直接接触し、この中央部分を取り囲む領域では、絶縁層を介して透光性電極が配置している形態等が例示される。
(Translucent electrode)
A translucent electrode is provided so as to cover the opening of the insulating layer. That is, the translucent electrode is formed in contact with the surface of the nitride semiconductor layer and straddling the insulating layer. A part of the translucent electrode is disposed on the nitride semiconductor layer with an insulating layer interposed therebetween.
As such an arrangement, for example, as shown in FIG. 1, the central portion on the p-type semiconductor layer is in direct contact with the translucent electrode, and the region surrounding the central portion is translucent through an insulating layer. The form etc. which the electrode has arrange | positioned are illustrated.
また、透光性電極が形成される領域としては特に限定されず、図１に示すように、絶縁層を介して窒化物半導体層表面の全面に形成されてもよいし、図５に示すように、窒化物半導体層表面の一部に形成されてもよい。なお、電流注入の観点から、活性領域のみで窒化物半導体層と接触するように形成されることが好ましい。
また、詳細は後述するが、電極６０と電気的に接続させるために、開口部上に設けられる反射鏡５０ａから露出するように形成することが好ましい。
Further, the region where the translucent electrode is formed is not particularly limited, and may be formed on the entire surface of the nitride semiconductor layer through the insulating layer as shown in FIG. 1, or as shown in FIG. Further, it may be formed on a part of the surface of the nitride semiconductor layer. From the viewpoint of current injection, it is preferably formed so as to be in contact with the nitride semiconductor layer only in the active region.
Moreover, although mentioned later for details, in order to electrically connect with the
このように透光性電極を形成することにより、活性領域の外周部に偏る傾向のある電流の供給を中心部にも拡散させ、活性領域内で均一に電流を供給することができ、効率よく発振させることができる。つまり、透光性電極が設けられることで、電流を横方向に広げ、効率よく活性領域に電流を供給することができる。 By forming the translucent electrode in this way, the supply of current that tends to be biased toward the outer periphery of the active region can be diffused to the central portion, and the current can be supplied uniformly within the active region. It can oscillate. That is, by providing the translucent electrode, the current can be spread in the lateral direction and the current can be efficiently supplied to the active region.
透光性電極の材料は、透明、例えば、透明電極に入射する光の５０％以上を透過すること、６０％以上、７０％以上、さらに８０％以上の光を透過するものであれば、特に限定されない。また、透光性電極による光吸収は、透明電極に入射する光の３％以下、さらに１％以下であることが好ましい。例えば、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）及びマグネシウム（Ｍｇ）からなる群から選択された少なくとも１種の元素を含む層の単層膜又は積層膜により形成することができる。また、導電性酸化物で形成することが好ましく、具体的にはＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＡＴＯ、ＩＴＯ、ＭｇＯ等が挙げられる。なかでも、ＩＴＯが好ましい。
透光性電極の膜厚は特に限定されず、３〜１００ｎｍ程度が例示される。また、２０ｎｍ以下、特に、５〜２０ｎｍ程度とすることで、透光性電極による光の吸収を軽減することができる一方で、電流が外周付近に偏り、活性領域内への電流の広がりが不十分となる傾向にあり、発熱が増大するため、本発明を適用するとより効果的である。
The material of the translucent electrode is transparent, for example, as long as it transmits 50% or more of light incident on the transparent electrode, 60% or more, 70% or more, and further 80% or more of light. It is not limited. The light absorption by the translucent electrode is preferably 3% or less, more preferably 1% or less of the light incident on the transparent electrode. For example, it can be formed of a single-layer film or a stacked film including at least one element selected from the group consisting of zinc (Zn), indium (In), tin (Sn), and magnesium (Mg). Moreover, it is preferable to form with a conductive oxide, specifically, ZnO, In 2 O 3 , SnO 2 , ATO, ITO, MgO, and the like can be given. Of these, ITO is preferable.
The film thickness of a translucent electrode is not specifically limited, About 3-100 nm is illustrated. Further, by setting the thickness to 20 nm or less, particularly about 5 to 20 nm, the absorption of light by the translucent electrode can be reduced, but the current is biased near the outer periphery, and the current does not spread into the active region. Since it tends to be sufficient and heat generation increases, it is more effective to apply the present invention.
透光性電極は、当該分野で公知の方法によって形成することができる。例えば、蒸着法、スパッタ法、反応性スパッタ法、ＥＣＲプラズマスパッタ法、マグネトロンスパッタ法等が挙げられる。 The translucent electrode can be formed by a method known in the art. For example, vapor deposition, sputtering, reactive sputtering, ECR plasma sputtering, magnetron sputtering, and the like can be given.
（反射鏡）
図１等に示すように、反射鏡は、透光性電極を介して開口部上に設けられる。また、反射鏡は、その一部が絶縁層と対向するように設けられる。つまり、反射鏡は絶縁層の開口部を被覆するように、絶縁層の開口部よりも大きく設けられる。
(Reflector)
As shown in FIG. 1 and the like, the reflecting mirror is provided on the opening via the translucent electrode. The reflecting mirror is provided so that a part thereof faces the insulating layer. That is, the reflecting mirror is provided larger than the opening of the insulating layer so as to cover the opening of the insulating layer.
反射鏡の大きさは特に限定されないが、開口部の径よりも５〜３０μｍ程度、好ましくは１０〜２０μｍ大きく形成することが好ましい。詳細は後述するが、反射鏡端部の膜厚や膜質に分布がある領域が活性領域上に設けられないようにするためである。また、反射鏡の形状は特に限定されないが、絶縁層の開口部と相似する形状若しくはそれに近似する形状で設けることができる。具体的な形状としては、円、楕円、矩形等で形成することができる。円形の場合、直径１０〜７０μｍ程度であることが好ましい。 The size of the reflecting mirror is not particularly limited, but it is preferably about 5 to 30 μm, preferably 10 to 20 μm larger than the diameter of the opening. Although details will be described later, this is to prevent a region having a distribution in film thickness and film quality at the end of the reflector from being provided on the active region. Further, the shape of the reflecting mirror is not particularly limited, but it can be provided in a shape similar to or similar to the opening of the insulating layer. As a specific shape, it can be formed in a circle, an ellipse, a rectangle or the like. In the case of a circle, the diameter is preferably about 10 to 70 μm.
反射鏡は、誘電体材料で形成され、誘電体多層膜から形成されることが好ましい。
具体的な誘電体材料としては、例えば、Ｓｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｔａ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｙ、Ｂ、Ｔｉ等の酸化物、窒化物（例えば、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＢＮ、ＳｉＮ等）又はフッ化物等が挙げられる。具体的には、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＨｆＯ２等が例示される。これらの誘電体のうち、屈折率が異なる２種以上の材料層を交互に積層することにより誘電体多層膜を得ることができる。例えば、ＳｉＯ２／Ｎｂ２Ｏ５、ＳｉＯ２／ＺｒＯ２、ＳｉＯ２／ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３／Ｎｂ２Ｏ５等の多層膜が好ましい。
The reflecting mirror is preferably made of a dielectric material and formed of a dielectric multilayer film.
Specific dielectric materials include, for example, Si, Mg, Al, Hf, Nb, Zr, Sc, Ta, Ga, Zn, Y, B, Ti, and other oxides and nitrides (for example, AlN, AlGaN, GaN, BN, SiN, etc.) or fluoride. Specifically, SiO 2, TiO 2, ZrO 2, Ta 2
反射鏡は、所望の反射率を得るために、材料、膜厚、多層膜のペア数等を適宜調整することができる。各層の膜厚は、用いる材料等により適宜調整することができ、所望の発振波長（λ）、用いる材料のλでの屈折率（ｎ）によって決まる。具体的には、λ／（４ｎ）の奇数倍とすることが好ましく、反射率と放熱性を考慮して適宜調整することが好ましい。例えば、発振波長が４１０ｎｍの素子において、Ｎｂ２Ｏ５／ＳｉＯ２で形成される場合、４０〜７０ｎｍ程度が例示される。ペア数は、２ペア以上、好ましくは５〜１５ペア程度が例示される。誘電体多層膜の全体としての膜厚は、例えば、０．３〜２．５μｍ、好ましくは０．６〜１.７μｍ程度が例示される。 In order to obtain a desired reflectance, the reflecting mirror can appropriately adjust the material, the film thickness, the number of pairs of multilayer films, and the like. The thickness of each layer can be adjusted as appropriate depending on the material used, and is determined by the desired oscillation wavelength (λ) and the refractive index (n) at λ of the material used. Specifically, it is preferably an odd multiple of λ / (4n), and is preferably adjusted as appropriate in consideration of reflectivity and heat dissipation. For example, when an element having an oscillation wavelength of 410 nm is formed of Nb 2 O 5 / SiO 2 , about 40 to 70 nm is exemplified. The number of pairs is 2 pairs or more, preferably about 5 to 15 pairs. The film thickness as a whole of the dielectric multilayer film is, for example, about 0.3 to 2.5 μm, preferably about 0.6 to 1.7 μm.
また、図２に示すように、反射鏡上に金属材料からなる接着層が形成される場合、反射鏡の最上層は、反射鏡を構成する多層膜のうち、屈折率の低い材料を用いることが好ましい。これにより、接着層との界面における反射率を高めることができる。また、反射率の高い金属材料を選択することで接着層との界面における反射率をさらに高めることができる。 As shown in FIG. 2, when an adhesive layer made of a metal material is formed on the reflecting mirror, the uppermost layer of the reflecting mirror is made of a material having a low refractive index among the multilayer films constituting the reflecting mirror. Is preferred. Thereby, the reflectance at the interface with the adhesive layer can be increased. Further, the reflectance at the interface with the adhesive layer can be further increased by selecting a metal material having a high reflectance.
誘電体多層膜は、当該分野で公知の方法によって形成することができる。例えば、蒸着法、スパッタ法、反応性スパッタ法、ＥＣＲプラズマスパッタ法、マグネトロンスパッタ法又はこれらの方法の２種以上を組み合わせる方法が挙げられる。また、これらの方法と、全体又は部分的な前処理、不活性ガス（Ａｒ、Ｈｅ、Ｘｅ等）、酸素、オゾンガス又はプラズマの照射、酸化処理、熱処理、露光処理のいずれか１種以上とを組み合わせる方法等種々の方法を利用することができる。なお、組み合わせの方法では、必ずしも同時又は連続的に成膜及び／又は処理しなくてもよく、成膜した後に処理等を行ってもよいし、その逆でもよい。 The dielectric multilayer film can be formed by a method known in the art. For example, a vapor deposition method, a sputtering method, a reactive sputtering method, an ECR plasma sputtering method, a magnetron sputtering method, or a method in which two or more of these methods are combined can be given. Further, any one or more of these methods and whole or partial pretreatment, inert gas (Ar, He, Xe, etc.), oxygen, ozone gas or plasma irradiation, oxidation treatment, heat treatment, and exposure treatment. Various methods such as a combination method can be used. Note that in the combination method, the film formation and / or treatment may not necessarily be performed simultaneously or continuously, and the treatment may be performed after the film formation, or vice versa.
（導電性材料）
本発明の垂直共振器型面発光レーザでは、絶縁層と反射鏡の間に導電性材料が設けられる。この導電性材料は、活性領域への電流の供給を促進させ、活性領域に供給される電流分布を均一にし、しきい値電流の低い垂直共振器型面発光レーザを提供するために寄与するものである。
(Conductive material)
In the vertical cavity surface emitting laser of the present invention, a conductive material is provided between the insulating layer and the reflecting mirror. This conductive material contributes to provide a vertical cavity surface emitting laser with a low threshold current by facilitating the supply of current to the active region, making the current distribution supplied to the active region uniform. It is.
図１を参照しながら詳細について説明する。
反射鏡は、その材料及び膜厚により反射率が決定され、それによってレーザの特性が大きく左右される。また、反射鏡は、誘電体材料で形成されるため、窒化物半導体層表面の全面に形成されると、外部と電気的に接続させることができない。そのため、図１（ａ）に示すように、窒化物半導体層表面の一部の領域に形成する必要があるが、一部の領域に形成する場合、その全体において同一の膜厚で形成することはきわめて困難であり、特にその外周部付近で膜厚の分布及び膜質の劣化が起こってしまう。活性領域内で反射鏡に膜厚及び／又は膜質の分布がある場合、反射率が低下して、所望の特性の垂直共振器型面発光レーザが得られず、発振自体が困難となることがある。また、外周部での光の散乱や吸収によって、損失が増加する恐れがある。そのため、活性領域の全体で所望の反射率を有する反射鏡を形成する必要があり、活性領域よりも大きく反射鏡を形成することで活性領域の全体で所望の反射率を有する反射鏡を形成することができる。
さらに、このような構造とすると、図１（ｂ）中のＷで示すように、反射鏡と絶縁層とが対向するような領域が設けられる。この反射鏡と絶縁層に挟まれた部分では、透光性電極のみで電流を供給することになるので、絶縁層上のその他の領域（電極６０が形成された領域）よりも横方向の電流の広がりが悪くなる。
そこで、絶縁層と反射鏡の間に導電性材料を形成することによって、反射鏡と絶縁層の間、言い換えると絶縁層上に形成された反射鏡の下部において、透光性電極４０に加えて、導電性材料３０、特に、図１（ｂ）中のＷとＨで囲まれた部分にも電流が流れ、絶縁層上における電流の広がりを改善し、活性領域への電流の拡散を促し、活性領域に均一に電流を注入することができ、ひいてはしきい値が低く、横モードの安定した垂直共振器型面発光レーザを得ることができる。さらに、素子内部で発生する熱を低減させることができ、高出力で長寿命の垂直共振器型面発光レーザを得ることができると考えられる。
Details will be described with reference to FIG.
The reflectance of the reflecting mirror is determined by the material and film thickness, and the characteristics of the laser are greatly influenced by the reflectance. Further, since the reflecting mirror is formed of a dielectric material, it cannot be electrically connected to the outside if formed on the entire surface of the nitride semiconductor layer. Therefore, as shown in FIG. 1A, it is necessary to form in a partial region of the surface of the nitride semiconductor layer, but when forming in a partial region, the entire film should be formed with the same film thickness. Is extremely difficult, and in particular, the film thickness distribution and the film quality deteriorate near the outer periphery. When the reflector has a film thickness and / or film quality distribution in the active region, the reflectivity decreases, and a vertical cavity surface emitting laser with desired characteristics cannot be obtained, and oscillation itself becomes difficult. is there. Moreover, there is a risk that loss increases due to light scattering and absorption at the outer periphery. Therefore, it is necessary to form a reflecting mirror having a desired reflectance in the entire active region, and a reflecting mirror having a desired reflectance is formed in the entire active region by forming a reflecting mirror larger than the active region. be able to.
Furthermore, with such a structure, as indicated by W in FIG. 1B, a region where the reflecting mirror and the insulating layer face each other is provided. In the portion sandwiched between the reflecting mirror and the insulating layer, current is supplied only by the translucent electrode, so that the current in the lateral direction is higher than other regions on the insulating layer (region where the
Therefore, by forming a conductive material between the insulating layer and the reflecting mirror, in addition to the
また、導電性材料は、絶縁層の開口部と一致するように開口部を有する、もしくは絶縁層の開口部よりも外側で絶縁層を覆うように開口部を有することが好ましい。導電性材料が開口部内に形成される場合、その導電性材料が形成された領域に優先的に電流が供給されてしまうため、活性領域内で電流の偏りを引き起こす原因となるが、これを抑制しつつ活性領域に電流を供給し、活性領域内での電流の広がりを均一なものとするためである。また、活性領域に導電性材料が形成された場合と比較して光損失を低減し、効率よく発振させることができる。 The conductive material preferably has an opening so as to coincide with the opening of the insulating layer, or has an opening so as to cover the insulating layer outside the opening of the insulating layer. When a conductive material is formed in the opening, current is preferentially supplied to the region where the conductive material is formed, which causes current bias in the active region, but this is suppressed. This is because current is supplied to the active region while the current spread in the active region is made uniform. Further, light loss can be reduced and oscillation can be efficiently performed as compared with the case where a conductive material is formed in the active region.
また、図１、２又は５のように、絶縁層の開口部と一致するように開口部を有する導電性材料であれば、絶縁層の形成後に導電性材料を同じマスクで形成することができるので、より簡便に本発明の効果を得ることができる垂直共振器型面発光レーザを得ることができる。
また、図４に示すように、絶縁層の開口部よりも外側で絶縁層を覆うように開口部を有するように形成すると、導電性材料に金属を用いた場合に、図４（ｂ）中の矢印ａに示すように、活性領域の外周部において絶縁層と接触する部材を透光性電極とすることができ、活性領域の外周部における光の吸収や散乱の影響を低減させることができるため好ましい。
Further, as shown in FIGS. 1, 2, or 5, if the conductive material has an opening so as to coincide with the opening of the insulating layer, the conductive material can be formed with the same mask after the insulating layer is formed. Therefore, a vertical cavity surface emitting laser capable of obtaining the effects of the present invention more easily can be obtained.
In addition, as shown in FIG. 4, when an opening is formed so as to cover the insulating layer outside the opening of the insulating layer, when a metal is used for the conductive material, in FIG. As shown by arrow a, the member in contact with the insulating layer in the outer peripheral portion of the active region can be a translucent electrode, and the influence of light absorption and scattering in the outer peripheral portion of the active region can be reduced. Therefore, it is preferable.
また、導電性材料が形成される位置としては、絶縁層と反射鏡の間であれば特に限定されない。具体的には、図１等に示すように、絶縁層２０と透光性電極４０の間に形成することができる。あるいは、絶縁層２０と透光性電極４０の間に形成する代わりに、透光性電極４０と反射鏡５０ａの間に形成してもよい。そのなかでも、絶縁層と透光性電極の間に形成されることが好ましい。半導体層で発生した熱をより効率良く逃がすことができると考えられるためである。さらに、上述したような、絶縁層の開口部と一致するような開口部を有する導電性材料であれば、絶縁層の形成後に導電性材料を同じマスクを用いて形成することができるので、より簡便に本発明の垂直共振器型面発光レーザを得ることができる。
Further, the position where the conductive material is formed is not particularly limited as long as it is between the insulating layer and the reflecting mirror. Specifically, it can be formed between the insulating
また、導電性材料は、ｐ型半導体層側に設けられることが好ましい。窒化物半導体は、特にｐ型半導体層の抵抗が高いため、透光性電極を用いて電流を広げる必要があり、導電性材料を設けることで、絶縁層上での電流の広がりを改善することができるためである。 The conductive material is preferably provided on the p-type semiconductor layer side. Nitride semiconductors have a particularly high resistance in the p-type semiconductor layer, so it is necessary to spread the current using a transparent electrode. By providing a conductive material, the spread of current on the insulating layer can be improved. It is because it can do.
また、導電性材料は、透光性電極と同じ材料であってもいいし、異なる材料であってもよいが、絶縁層上における電流の広がりを改善させるという観点から、導電性材料の導電率は、透光性電極の導電率以上であることが好ましい。導電性材料と透光性電極が同じ材料で形成される場合には、絶縁層の開口部を被覆する透光性電極を形成する前もしくは後に、異なる形状のマスクを用いて形成すればよい。また、異なる材料で形成される場合には、導電性材料の導電率は、透光性電極の導電率より大きいことが好ましい。これにより、透光性電極の膜厚を薄くしたとしても電流の広がりが悪化することなく活性領域への電流注入を行うことができる。具体的には、透光性電極よりも導電率が１０倍以上、好ましくは、１００倍以上大きいものである。また、導電性材料は、熱伝導率の高い材料を用いることが好ましい。 In addition, the conductive material may be the same material as the translucent electrode or may be a different material, but from the viewpoint of improving the spread of current on the insulating layer, the conductivity of the conductive material. Is preferably greater than or equal to the conductivity of the translucent electrode. In the case where the conductive material and the light-transmitting electrode are formed using the same material, they may be formed using masks having different shapes before or after the light-transmitting electrode covering the opening of the insulating layer is formed. Moreover, when formed with a different material, it is preferable that the electrical conductivity of a conductive material is larger than the electrical conductivity of a translucent electrode. As a result, even if the thickness of the translucent electrode is reduced, current injection into the active region can be performed without deteriorating current spreading. Specifically, the conductivity is 10 times or more, preferably 100 times or more larger than that of the translucent electrode. Moreover, it is preferable to use a material with high thermal conductivity as the conductive material.
導電性材料は、単層膜又は積層膜により形成することができ、具体的な材料としては、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、ＩＴＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３等の透明導電性酸化物からなる群から選択された少なくとも一種を含む金属、合金を含むものであることが好ましい。図６に示すように積層構造とする場合には、いずれかの層にＴｉ、ＮｉまたはＣｒを含む積層構造とすることが好ましい。Ｔｉ、ＮｉまたはＣｒを用いることにより、絶縁層、透光性電極もしくは反射鏡との密着性を向上させることができるためである。つまり、図６中の最上層及び最下層３０ａが、絶縁層もしくは透光性電極と接触するように、Ｔｉ、ＮｉまたはＣｒを含む層とすることが好ましい。具体的な積層構造としては、Ｔｉ−Ｒｈ−Ｔｉ、Ｔｉ−Ｐｔ−Ｔｉ、Ｎｉ−Ａｇ−Ｎｉ、Ｎｉ−Ａｕ−Ｎｉ、Ａｌ−Ｔｉ等が挙げられる。またこの場合、絶縁層としてＳｉＯ２を用い、透光性電極としてＩＴＯを用いることで、絶縁層、導電性材料及び透光性電極の密着性を向上させることができ、より効果的である。また、Ｔｉ、ＮｉまたはＣｒの層に挟まれる中間層３０ｂとしては、比較的導電率の高いＡｕ，Ａｇ，Ｃｕ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｌ等を用いることが好ましい。
The conductive material can be formed of a single layer film or a laminated film, and specific materials include nickel (Ni), gold (Au), platinum (Pt), rhodium (Rh), titanium (Ti), A metal or alloy containing at least one selected from the group consisting of transparent conductive oxides such as copper (Cu), silver (Ag), aluminum (Al), chromium (Cr), ITO, ZnO, and In 2 O 3. It is preferable that it is included. In the case of a laminated structure as shown in FIG. 6, a laminated structure containing Ti, Ni or Cr in any layer is preferable. This is because the use of Ti, Ni, or Cr can improve the adhesion with the insulating layer, the translucent electrode, or the reflecting mirror. That is, it is preferable that the uppermost layer and the
また、導電性材料の膜厚は、特に限定されないが、全体で０．０１〜１．７μｍ程度、好ましくは０．０２〜０．１５μｍ程度、さらに好ましくは０．０３〜０．１０μｍで形成されるものである。また、上述したＴｉ、ＮｉまたはＣｒの層は、１〜３０ｎｍ程度、好ましくは３〜１０ｎｍで形成されるものである。また、中間層３０ｂの膜厚としては、１０〜１７００ｎｍ程度、好ましくは３０〜７０ｎｍで形成されるものである。
The film thickness of the conductive material is not particularly limited, but is generally about 0.01 to 1.7 μm, preferably about 0.02 to 0.15 μm, and more preferably 0.03 to 0.10 μm. Is. The Ti, Ni, or Cr layer described above is formed with a thickness of about 1 to 30 nm, preferably 3 to 10 nm. Further, the film thickness of the
また、導電性材料の形成方法としては、当該分野で公知の方法によって形成することができる。例えば、蒸着法、スパッタ法、反応性スパッタ法、ＥＣＲプラズマスパッタ法、マグネトロンスパッタ法等が挙げられる。
導電性材料の開口部の形成方法としては、公知の方法を用いて形成することが可能であるが、リフトオフ方法、フォトリソグラフィを用いたエッチング（ドライエッチング、ウェットエッチング）などを用いたパターニングにより開口部を設けることができる。そのなかでも、リフトオフ法を用いて形成することが好ましい。
Moreover, as a formation method of an electroconductive material, it can form by a well-known method in the said field | area. For example, vapor deposition, sputtering, reactive sputtering, ECR plasma sputtering, magnetron sputtering, and the like can be given.
As a method for forming the opening of the conductive material, a known method can be used. However, the opening is formed by patterning using a lift-off method, etching using photolithography (dry etching, wet etching), or the like. Can be provided. Among these, it is preferable to form using a lift-off method.
（電極）
電極は、透光性電極と電気的に接続される。また、例えば、図２に示すように、導電性の支持基板と貼り合わせるような場合に、外部と電気的に接続するために形成される。電極は、透光性電極に接触するように形成されることが好ましい。また、反射鏡の側面に接触するように形成されるか、反射鏡を貫通して透光性電極に接触するように形成することが好ましい。ただし、透光性電極に電流を供給し得る形態であれば、これら以外の形態で電極を形成してもよいし、垂直共振器型面発光レーザの構造によっては省略することもできる。
電極は、絶縁層上の透光性電極と接触するように設けることが好ましい。透光性電極が窒化物半導体層と接触している領域に電極を配置すると、電極の直下にのみに電流が流れ、活性領域の中心部まで電流が広がりにくくなるが、これを防ぐことができる。
(electrode)
The electrode is electrically connected to the translucent electrode. Further, for example, as shown in FIG. 2, it is formed to be electrically connected to the outside when it is bonded to a conductive support substrate. The electrode is preferably formed so as to be in contact with the translucent electrode. Moreover, it is preferable to form so that it may contact the side surface of a reflective mirror, or to penetrate a reflective mirror and to contact a translucent electrode. However, as long as the current can be supplied to the translucent electrode, the electrode may be formed in other forms, or may be omitted depending on the structure of the vertical cavity surface emitting laser.
The electrode is preferably provided so as to be in contact with the translucent electrode on the insulating layer. When the electrode is disposed in a region where the translucent electrode is in contact with the nitride semiconductor layer, current flows only directly under the electrode and it is difficult for the current to spread to the center of the active region, but this can be prevented. .
また、図５に示すように、導電性材料の外周端部（図５中の矢印ｃ）が、電極の外周側面（図５中の矢印ｂ）よりも内側になるように形成することが好ましい。このように導電性材料及び電極を形成すると、絶縁層と導電性材料の接触面積を減らすことができると共に、透光性電極及び導電性材料の側面から絶縁層の表面にかけて電極によって被覆されているので、両者の剥がれが起こるのを抑制することができる。それにより、導電性材料を導電率、熱伝導率の高い材料で形成することができるので、発熱低減、放熱性向上の点で好ましい。 Moreover, as shown in FIG. 5, it is preferable that the outer peripheral end portion (arrow c in FIG. 5) of the conductive material is formed to be inside the outer peripheral side surface (arrow b in FIG. 5) of the electrode. . When the conductive material and the electrode are formed in this manner, the contact area between the insulating layer and the conductive material can be reduced, and the electrode is covered from the side surface of the translucent electrode and the conductive material to the surface of the insulating layer. Therefore, it can suppress that peeling of both occurs. Accordingly, the conductive material can be formed of a material having high conductivity and thermal conductivity, which is preferable in terms of heat generation reduction and heat dissipation improvement.
電極の膜厚は特には限定されないが、支持基板と接合する場合には、電極の上面が反射鏡の上面と同程度の高さになるように形成することが好ましい。これにより支持基板との接合を強固にすることができ、この後の工程中などに窒化物半導体層と支持基板の剥離が起こるのを防ぐことができる。具体的には、０．６〜１．７μｍ程度である。
電極は、抵抗が低く、熱伝導率の大きい材料が好ましい。例えば、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、これらの酸化物又は窒化物、ＩＴＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３等の透明導電性酸化物からなる群から選択された少なくとも一種を含む金属、合金の単層膜又は積層膜により形成することができる。具体的には、Ｔｉ−Ｒｈ−Ａｕ、Ｃｒ−Ｐｔ−Ａｕ、Ｎｉ−Ａｕ、Ｎｉ−Ａｕ−Ｐｔ、Ｐｄ−Ｐｔ、Ｎｉ−Ｐｔ、Ｃｒ−Ｒｈ−Ａｕ等が挙げられる。
The film thickness of the electrode is not particularly limited, but when it is bonded to the support substrate, it is preferable to form the electrode so that the upper surface of the electrode is as high as the upper surface of the reflecting mirror. As a result, the bonding with the support substrate can be strengthened, and peeling of the nitride semiconductor layer and the support substrate can be prevented during the subsequent steps. Specifically, it is about 0.6 to 1.7 μm.
The electrode is preferably made of a material having low resistance and high thermal conductivity. For example, nickel (Ni), gold (Au), platinum (Pt), aluminum (Al), palladium (Pd), rhodium (Rh), titanium (Ti), molybdenum (Mo), chromium (Cr), tungsten (W ), Copper (Cu), silver (Ag), oxides or nitrides thereof, metals containing at least one selected from the group consisting of transparent conductive oxides such as ITO, ZnO, and In 2 O 3 , alloys It can be formed of a single layer film or a laminated film. Specifically, Ti—Rh—Au, Cr—Pt—Au, Ni—Au, Ni—Au—Pt, Pd—Pt, Ni—Pt, Cr—Rh—Au, and the like can be given.
また、電極は、反射鏡を形成する前又は後に形成することができる。
形成方法としては、当該分野で公知の方法によって形成することができる。例えば、蒸着法、スパッタ法、反応性スパッタ法、ＥＣＲプラズマスパッタ法、マグネトロンスパッタ法等が挙げられる。
The electrode can be formed before or after the reflecting mirror is formed.
As a formation method, it can form by a method well-known in the said field | area. For example, vapor deposition, sputtering, reactive sputtering, ECR plasma sputtering, magnetron sputtering, and the like can be given.
以下、その他の構成及び本発明の垂直共振器型面発光レーザの製造方法について説明する。
図２及び３に本発明の垂直共振器型面発光レーザの一例を示す。図３は、本発明の垂直共振器型面発光レーザの上面図であり、図２は、図３中のＩ−Ｉ´断面の断面図である。
図２は、図１の垂直共振器型面発光レーザの反射鏡５０ａが形成された側を接着層８０を介して支持基板９０に接合したものである。また、図３に示すように、略矩形で形成された垂直共振器型面発光レーザの活性領域に、円形で第２の反射鏡５０ｂが設けられており、透光性電極４０は、窒化物半導体層との接触面積が第２の反射鏡５０ｂよりも小さくなるように第２の反射鏡５０ｂと対向して設けられている。
また、本発明の垂直共振器型面発光レーザは、図２に示すように、ｐ型半導体層側を支持基板に接合し、矢印で示すようにｎ型半導体層側からレーザ光を取り出すことが好ましい。
Hereinafter, other configurations and a method for manufacturing the vertical cavity surface emitting laser of the present invention will be described.
2 and 3 show an example of the vertical cavity surface emitting laser of the present invention. 3 is a top view of the vertical cavity surface emitting laser according to the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG.
FIG. 2 is a view in which the side on which the reflecting
Further, as shown in FIG. 2, the vertical cavity surface emitting laser of the present invention can join the p-type semiconductor layer side to the support substrate and take out the laser light from the n-type semiconductor layer side as indicated by the arrow. preferable.
まず、成長基板上に窒化物半導体層を形成する。成長基板は、窒化物半導体を成長させることができる基板であればどのような基板であってもよい。具体的には、スピネル（ＭｇＡ１２Ｏ４）、炭化珪素、シリコン、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ダイヤモンド、ニオブ酸リチウム、ガリウム酸ネオジウム等が挙げられるが、Ｃ面、Ｍ面、Ａ面及びＲ面のいずれかを主面とするサファイアもしくは窒化物半導体基板（ＧａＮ、ＡｌＮ等）を用いることが好ましい。また、成長基板は、その表面に０°〜１０°程度のオフ角を有していてもよい。また、窒化物半導体層を成長させる前に、任意に下地層等を形成してもよい。 First, a nitride semiconductor layer is formed on the growth substrate. The growth substrate may be any substrate as long as it can grow a nitride semiconductor. Specific examples include spinel (MgA1 2 O 4 ), silicon carbide, silicon, ZnS, ZnO, GaAs, diamond, lithium niobate, neodymium gallate, etc., but the C, M, A, and R planes. It is preferable to use a sapphire or nitride semiconductor substrate (GaN, AlN, etc.) whose main surface is any one of the above. The growth substrate may have an off angle of about 0 ° to 10 ° on the surface thereof. Further, an underlying layer or the like may be optionally formed before growing the nitride semiconductor layer.
次に、ｐ型半導体層表面に、絶縁層、透光性電極、導電性材料、電極及び反射鏡を形成し、ｐ型半導体層側を支持基板に接合する。
支持基板の具体的な材料としては、ＡｌＮ、Ｓｉ、ＳｉＣ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｕ、ＣｕＷ、Ｇｅ等が挙げられる。なかでも、導電性を有し、熱伝導率が高いものが好ましい。機械的特性、弾性変形、塑性変形性、物理的強度、放熱性等の観点からは、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｕからなる金属基板が好ましい。また、Ｓｉ基板は、安価であり、加工容易性の点から好ましい。支持基板の厚さは、例えば、５０〜５００μｍ程度が適している。
Next, an insulating layer, a translucent electrode, a conductive material, an electrode, and a reflecting mirror are formed on the surface of the p-type semiconductor layer, and the p-type semiconductor layer side is bonded to the support substrate.
Specific materials for the support substrate include AlN, Si, SiC, Ni, Au, Cu, CuW, Ge, and the like. Among these, those having conductivity and high thermal conductivity are preferable. From the viewpoint of mechanical properties, elastic deformation, plastic deformability, physical strength, heat dissipation, etc., a metal substrate made of Ni, Au, or Cu is preferable. Moreover, the Si substrate is inexpensive and is preferable from the viewpoint of ease of processing. The thickness of the support substrate is suitably about 50 to 500 μm, for example.
垂直共振器型面発光レーザを支持基板に接合する際には、接着層を反射鏡及び電極上に形成して接合することが好ましい。接着層は、反射鏡及び電極上の一部若しくは全面にわたって形成することができる。電極を外部と電気的に接続させるために、電極と接触するように形成することが好ましい。
接着層の材料としては、（Ｔｉ／Ｓｉ）−Ｐｔ−Ｐｄ、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ−（Ａｕ／Ｓｎ）、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ−（Ａｕ／Ｓｉ）、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ−（Ａｕ／Ｇｅ）、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ−Ｉｎ、Ａｕ−Ｓｎ、Ｉｎ、Ａｕ−Ｓｉ、Ａｕ−Ｇｅ、Ａｌ−Ｒｈ−Ａｕ−（Ａｕ／Ｓｎ）等が挙げられる。
また、支持基板側にも同様の接着層が形成されていることが好ましい。この接着層は、反射鏡上に形成する接着層と同様の材料、膜厚、方法により形成することができる。
垂直共振器型面発光レーザと支持基板の接合方法としては、例えば、接合面を合わせた後所定の温度及び圧力下で保持することによって接合する方法が挙げられる。しかし、支持基板の形成方法は特に限定されず、当該分野で通常使用される方法を利用することができる。具体的には、熱圧着法、ダイレクトボンディング法、電解めっき法等が挙げられる。
When the vertical cavity surface emitting laser is bonded to the support substrate, it is preferable that the adhesive layer is formed on the reflecting mirror and the electrode and bonded. The adhesive layer can be formed over a part or the entire surface of the reflector and the electrode. In order to electrically connect the electrode to the outside, it is preferable to form the electrode in contact with the electrode.
The material of the adhesive layer is (Ti / Si) -Pt-Pd, Ti-Pt-Au- (Au / Sn), Ti-Pt-Au- (Au / Si), Ti-Pt-Au- (Au / Ge), Ti—Pt—Au—In, Au—Sn, In, Au—Si, Au—Ge, Al—Rh—Au— (Au / Sn), and the like.
Moreover, it is preferable that the same adhesive layer is formed also on the support substrate side. This adhesive layer can be formed by the same material, film thickness, and method as the adhesive layer formed on the reflecting mirror.
As a method for bonding the vertical cavity surface emitting laser and the support substrate, for example, a method of bonding by bonding the bonded surfaces and holding them at a predetermined temperature and pressure can be cited. However, the method for forming the support substrate is not particularly limited, and a method usually used in this field can be used. Specific examples include a thermocompression bonding method, a direct bonding method, and an electrolytic plating method.
続いて、成長基板を一部若しくは全部除去する。この工程以降は、ｎ型半導体層側を上方として加工を行う。成長基板が絶縁性基板である場合は、全部を除去することが好ましいが、活性領域を含む一部の領域だけ除去してもよい。
成長基板の除去方法は、特に限定されず、当該分野で公知の方法により行うことができる。例えば、レーザリフトオフ法、研磨、エッチング等を利用することができる。
Subsequently, a part or all of the growth substrate is removed. After this step, processing is performed with the n-type semiconductor layer side as the upper side. When the growth substrate is an insulating substrate, it is preferable to remove the entire substrate, but only a part of the region including the active region may be removed.
The method for removing the growth substrate is not particularly limited, and can be performed by a method known in the art. For example, a laser lift-off method, polishing, etching, or the like can be used.
成長基板の一部もしくは全部を除去した後に、露出した基板またはｎ型半導体層の表面を任意の方法で加工してもよい。これにより、平滑な共振器面を形成し、共振器長の制御をすることができる。鏡面加工とすることにより、ｎ型半導体層表面での光の散乱を最小限に抑えることができる。
加工方法としては、ＣＭＰ（化学機械研磨）法やエッチング等を利用することができる。これらの方法や加工条件については、当該分野で公知のものを適宜用いて行うことができる。例えば、ＣＭＰの研磨剤としては、燐酸、水酸化カリウム、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）等を用いることができる。また、ウェットエッチングは、エッチャントとして、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどのアルカリ水溶液、リン酸、硫酸、王水等の酸性溶液等を用い、窒化物半導体層を所定時間浸漬するなどしてエッチャントに晒すことにより行うことができる。ドライエッチングのエッチングガスとしては、ＣＦ4のようなフッ素系、Ｃｌ2、ＣＣｌ4、ＳｉＣｌ4のような塩素系、ＨＩのようなヨウ素系ガスの単独又は混合ガスを適宜選択することができる。
また、上述したように、窒化物半導体層にエッチングストップ層を含む場合、エッチングにより、窒化物半導体層を一部除去し、エッチングストップ層を露出させることで、共振器長の制御を高精度に行うことができる。この場合、エッチングは全面で行ってもよいし活性領域を含む一部の領域だけ行ってもよい。
また、この加工後の残りの窒化物半導体層の膜厚が、垂直共振器型面発光レーザの共振器長となる。窒化物半導体層の残りの膜厚が０．３〜６．０μｍ程度となるように加工することが好ましい。
After removing a part or all of the growth substrate, the exposed substrate or the surface of the n-type semiconductor layer may be processed by any method. Thereby, a smooth resonator surface can be formed and the resonator length can be controlled. By performing mirror finishing, light scattering on the surface of the n-type semiconductor layer can be minimized.
As a processing method, a CMP (chemical mechanical polishing) method, etching, or the like can be used. About these methods and processing conditions, it can carry out using what is well-known in the said field | area suitably. For example, phosphoric acid, potassium hydroxide, tetramethylammonium hydroxide (TMAH) or the like can be used as a CMP abrasive. In addition, wet etching uses an alkaline aqueous solution such as potassium hydroxide or sodium hydroxide, an acidic solution such as phosphoric acid, sulfuric acid, or aqua regia as an etchant, and the nitride semiconductor layer is immersed in the etchant for a predetermined time. This can be done by exposing. As an etching gas for dry etching, a fluorine-based gas such as CF 4 , a chlorine-based gas such as Cl 2 , CCl 4 , and SiCl 4 , or an iodine-based gas such as HI can be selected as appropriate.
Further, as described above, when the nitride semiconductor layer includes an etching stop layer, the cavity length can be controlled with high accuracy by partially removing the nitride semiconductor layer by etching and exposing the etching stop layer. It can be carried out. In this case, etching may be performed on the entire surface or only a part of the region including the active region.
Further, the film thickness of the remaining nitride semiconductor layer after processing becomes the cavity length of the vertical cavity surface emitting laser. It is preferable to process the nitride semiconductor layer so that the remaining film thickness is about 0.3 to 6.0 μm.
続いて、ｎ型半導体層上に、第２電極及び第２反射鏡を任意の順序で形成する。
第２電極は、ｎ型半導体層に電流を供給し得る形態であれば、その形成位置や接触面積などは限定されない。例えば、図３に示すように、第２反射鏡を取り囲むように配置される例が挙げられる。第２電極とｎ型半導体層との接触面積は、用いる材料、垂直共振器型面発光レーザの大きさ等によって適宜調整することができる。また、第２電極は、第２反射鏡の上もしくは下に外周の一部が重なるように形成してもよい。また、成長基板に導電性基板を用いる場合には、成長基板を一部残しておき第２電極を形成してもよい。
第２電極は、第１電極の材料と同様の材料、膜厚、方法により形成することができる。
また、第２電極は、対向するように形成することには限定されず、ｐ型半導体層及び活性層が除去されて露出されたｎ型半導体層表面に形成されていてもよい。
Subsequently, the second electrode and the second reflecting mirror are formed in an arbitrary order on the n-type semiconductor layer.
As long as the second electrode can supply current to the n-type semiconductor layer, the formation position and the contact area thereof are not limited. For example, as shown in FIG. 3, the example arrange | positioned so that a 2nd reflective mirror may be enclosed is mentioned. The contact area between the second electrode and the n-type semiconductor layer can be appropriately adjusted depending on the material used, the size of the vertical cavity surface emitting laser, and the like. Further, the second electrode may be formed so that a part of the outer periphery overlaps with or above the second reflecting mirror. When a conductive substrate is used as the growth substrate, the second electrode may be formed while leaving a part of the growth substrate.
The second electrode can be formed by the same material, film thickness, and method as those of the first electrode.
Further, the second electrode is not limited to be formed so as to face each other, and may be formed on the surface of the n-type semiconductor layer exposed by removing the p-type semiconductor layer and the active layer.
第２反射鏡５０ｂは、第１反射鏡と同様の材料、形状、大きさで、同様に形成することができる。ただし、第１反射鏡５０ａ及び第２反射鏡５０ｂは、必ずしも同一の材料、同一の構成でなくてもよい。所望の反射率を得るために、材料、膜厚、多層膜のペア数等を適宜調整することができる。第２反射鏡は、第１反射鏡と対向する領域に設けられていればよい。
また、第２反射鏡は、第１反射鏡よりも面積を大きく、第１反射鏡と対向する領域を被覆するように設けられることが好ましい。第２反射鏡をこのように形成することで、効率の良い垂直共振器型面発光レーザを簡便に、再現性よく製造することができる。
なお、本発明では導電性材料、絶縁層及び透光性電極は、ｐ型半導体層側に形成されることには限定されず、ｎ型半導体層側にも同様にして形成することができる。
また、本発明では、第２反射鏡を半導体材料で形成してもよい。その場合、成長基板上にｎ型半導体層を形成する前に第２反射鏡が形成されることが好ましい。その材料としては、ＡｌＮ／ＧａＮ、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ等が例示される。
The second reflecting mirror 50b can be similarly formed with the same material, shape, and size as the first reflecting mirror. However, the 1st
Moreover, it is preferable that a 2nd reflective mirror is provided so that an area may be larger than a 1st reflective mirror and the area | region facing a 1st reflective mirror may be coat | covered. By forming the second reflecting mirror in this way, an efficient vertical cavity surface emitting laser can be easily manufactured with good reproducibility.
In the present invention, the conductive material, the insulating layer, and the translucent electrode are not limited to be formed on the p-type semiconductor layer side, and can be similarly formed on the n-type semiconductor layer side.
In the present invention, the second reflecting mirror may be formed of a semiconductor material. In that case, it is preferable that the second reflecting mirror is formed before forming the n-type semiconductor layer on the growth substrate. Examples of the material include AlN / GaN and AlGaN / GaN.
最後にウエハを分割し、垂直共振器型面発光レーザを得る。この際の分割方法としては、ダイサー、スクライバー、エッチング等当該分野で公知の方法を利用することができる。これらのうちの適当な方法でウエハに溝部を形成し、溝部に沿ってブレイカー等で加圧して分割してもよい。
なお、任意の段階で、ウエハ状態で形成された窒化物半導体層に溝部を設けることで、予め個々の垂直共振器型面発光レーザを規定してもよい。例えば、成長基板を除去した後、成長基板を除去後に窒化物半導体層表面を加工した後、あるいは、第２電極及び／又は第２反射鏡を形成する前後、又はこれ以外の適当な段階に行うことができる。
また、必ずしも各々の活性領域の間でウエハを分割することには限定されず、任意にウエハを分割することができる。例えば、複数の活性領域をもつような垂直共振器型面発光レーザアレイとしてもよい。
また、得られた素子を金属や樹脂等で形成される種々のパッケージに実装してレーザ装置を得ることができる。
Finally, the wafer is divided to obtain a vertical cavity surface emitting laser. As a dividing method at this time, a method known in the art such as a dicer, a scriber, or etching can be used. A groove portion may be formed in the wafer by an appropriate method of these, and the wafer may be divided by being pressed with a breaker or the like along the groove portion.
Note that individual vertical cavity surface emitting lasers may be defined in advance by providing grooves in the nitride semiconductor layer formed in a wafer state at an arbitrary stage. For example, after removing the growth substrate, removing the growth substrate, processing the surface of the nitride semiconductor layer, before or after forming the second electrode and / or the second reflecting mirror, or any other suitable stage. be able to.
Further, the wafer is not necessarily divided between the active regions, and the wafer can be arbitrarily divided. For example, a vertical cavity surface emitting laser array having a plurality of active regions may be used.
Further, a laser device can be obtained by mounting the obtained element on various packages formed of metal, resin, or the like.
また、本発明の垂直共振器型面発光レーザは、その側面の一部又は全部あるいは窒化物半導体層の表面の一部に適宜に絶縁膜が設けられていてもよい。また、上述したような凸部を設ける場合には、凸部の側面を絶縁膜で被覆することが好ましい。
絶縁膜の材料としては、例えば、ＳｉＯ２、Ｇａ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２等の酸化物、ＳｉＮ、ＡｌＮ及びＡｌＧａＮ等の窒化物等が例示される。絶縁膜の膜厚は、例えば、２０〜１０００ｎｍ程度が挙げられる。絶縁膜の形成は、当該分野で公知の方法を利用して行うことができる。
In addition, in the vertical cavity surface emitting laser of the present invention, an insulating film may be appropriately provided on part or all of the side surface or part of the surface of the nitride semiconductor layer. Moreover, when providing the above convex part, it is preferable to coat | cover the side surface of a convex part with an insulating film.
Examples of the material for the insulating film include oxides such as SiO 2 , Ga 2 O 3 , Al 2 O 3 , and ZrO 2 , and nitrides such as SiN, AlN, and AlGaN. As for the film thickness of an insulating film, about 20-1000 nm is mentioned, for example. The insulating film can be formed using a method known in this field.
以下に本発明の垂直共振器型面発光レーザの実施例を示す。
（実施例１）
本実施例の垂直共振器型面発光レーザ１００は、図２に示すように、支持基板９０であるシリコン基板上に、接着層８０、誘電体多層膜からなる反射鏡５０ａ、ＩＴＯからなる透光性電極４０、窒化物半導体層１０、誘電体多層膜からなる第２反射鏡５０ｂが形成されている。また、透光性電極４０と窒化物半導体層１０の間には部分的にＳｉＯ２からなる絶縁層２０が配置され、活性領域を規定している。さらに、絶縁層２０と反射鏡５０ａの間には、導電性材料３０が形成されている。また、導電性材料は、図６に示すように、積層構造で形成されている。
また、反射鏡５０ａの側面には、接着層８０と透光性電極４０の双方と電気的に接続された電極６０が形成されている。さらに、第２反射鏡５０ｂの外周には、窒化物半導体層と電気的に接続された第２電極７０が形成されている。
Examples of the vertical cavity surface emitting laser of the present invention are shown below.
Example 1
As shown in FIG. 2, the vertical cavity
Further, an
このような垂直共振器型面発光レーザは、以下の方法により製造することができる。
まず、成長基板であるサファイア基板上に、ＡｌＧａＮ層を１０ｎｍ、アンドープのＧａＮ層を１．５μｍ積層する。その上に、ｎ型半導体層１１として、ＳｉをドープしたＧａＮを膜厚２μｍ積層する。次に、ＳｉドープＩｎＧａＮよりなる障壁層を１３ｎｍ、アンドープＩｎＧａＮよりなる井戸層を１０ｎｍの膜厚で積層する。これを２回繰り返し、最後にアンドープＩｎＧａＮよりなる膜厚の１３ｎｍ障壁層を積層して活性層１２を形成する。次に、ｐ型半導体層１３として、ＭｇをドープしたＡｌＧａＮ層を７．５ｎｍの膜厚で積層し、ＭｇをドープしたＧａＮ層を６３ｎｍの膜厚で積層する。
Such a vertical cavity surface emitting laser can be manufactured by the following method.
First, an AlGaN layer of 10 nm and an undoped GaN layer of 1.5 μm are stacked on a sapphire substrate, which is a growth substrate. On top of this, as the n-
続いて、ｐ型半導体層１３の表面に、ＳｉＯ２からなる絶縁層２０を膜厚５０ｎｍで形成し、中央部分に直径８μｍの円形の開口部を有する形状にパターニングする。
次に、絶縁層と同様の形状で、Ｔｉ／Ｒｈ／Ｔｉ（１０ｎｍ／５０ｎｍ／１０ｎｍ）からなる導電性材料を形成する。
次に、導電性材料３０の上に、開口部を被覆するように膜厚５０ｎｍのＩＴＯからなる透光性電極４０を形成し、熱処理を行う。
次に、反射鏡の形成予定位置である活性領域をフォトリソグラフィによりレジストで覆い、Ｔｉ／Ｒｈ／Ａｕ（１．５ｎｍ／２００ｎｍ／１１００ｎｍ）を成膜し、リフトオフ法により電極６０を形成する。
次に、活性領域に透光性電極４０を介して直径１８μｍの円形で反射鏡５０ａを形成する。反射鏡は、Ｎｂ２Ｏ５／ＳｉＯ２（４０ｎｍ／７０ｎｍ）の１２ペアで形成し、１層目のＮｂ２Ｏ５を２０ｎｍで形成する。
Subsequently, an insulating
Next, a conductive material made of Ti / Rh / Ti (10 nm / 50 nm / 10 nm) is formed in the same shape as the insulating layer.
Next, a light-transmitting
Next, the active region which is the position where the reflecting mirror is to be formed is covered with a resist by photolithography, Ti / Rh / Au (1.5 nm / 200 nm / 1100 nm) is formed, and the
Next, the reflecting
続いて、反射鏡５０ａ及び電極６０の上に、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ／ＡｕＳｎ（膜厚：１００ｎｍ／２５０ｎｍ／５００ｎｍ／２０００ｎｍ）からなる接着層８０を形成する。また、上記とは別に、ＴｉＳｉ２／Ｐｔ／Ａｕ（膜厚：３ｎｍ／２５０ｎｍ／５００ｎｍ）からなる接着層を表面に形成したシリコン基板を準備し、シリコン基板の接着層側を接着層８０に貼り合わせる。
その後、レーザアシスト・エピタキシャル・リフトオフによって、成長基板を除去し、ｎ型半導体層１１の表面を露出させる。続いて、ｎ型半導体層１１の表面をＣＭＰ法により研磨し、窒化物半導体層１０の全膜厚を１．１μｍ程度に調整する。
次に、ｎ型半導体層１１の上に、活性領域を中心として、直径２８μｍの円形の開口部を有する形状に、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ／Ｎｉ（膜厚：１７ｎｍ／２００ｎｍ／５００ｎｍ／６ｎｍ）からなる第２電極７０を形成する。
次に、活性領域を被覆するようにｎ型半導体層１１上に直径４８μｍの円形で誘電体多層膜からなる第２反射鏡５０ｂを形成する。第２反射鏡は、ＳｉＯ２／Ｎｂ２Ｏ５（７０ｎｍ／４０ｎｍ）の７ペアで形成する。
最後に、ダイシングを行う領域の窒化物半導体層を除去し、ダイシングによりチップ状に分離して垂直共振器型面発光レーザを得る。
Subsequently, an
Thereafter, the growth substrate is removed by laser-assisted epitaxial lift-off, and the surface of the n-
Next, from Ti / Pt / Au / Ni (film thickness: 17 nm / 200 nm / 500 nm / 6 nm) into a shape having a circular opening with a diameter of 28 μm centering on the active region on the n-
Next, a second reflecting mirror 50b made of a dielectric multilayer film having a diameter of 48 μm is formed on the n-
Finally, the nitride semiconductor layer in the region to be diced is removed and separated into chips by dicing to obtain a vertical cavity surface emitting laser.
このようにして製造された垂直共振器型面発光レーザ１００に、室温にて電流を注入して動作させたところ、図２の矢印方向にレーザ光が出射され、安定した駆動を得ることができる。
When the vertical cavity
本発明との比較のため、導電性材料３０を形成しない以外は、同様の構成で垂直共振器型面発光レーザを作製し、同条件で電流を注入して動作させる。
比較例の垂直共振器型面発光レーザは、本発明の垂直共振器型面発光レーザと比較してしきい値電流が高くなり、得られる最大の出力が小さくなり、寿命が短くなる。本発明の垂直共振器型面発光レーザは、活性領域に供給される電流分布が均一になり、透光性電極での発熱が低減して放熱性が向上する。その結果、しきい値電流が低く、横モードの安定した、高出力で長寿命の垂直共振器型面発光レーザが得られる。
For comparison with the present invention, a vertical cavity surface emitting laser is manufactured with the same configuration except that the
The vertical cavity surface emitting laser of the comparative example has a higher threshold current than the vertical cavity surface emitting laser of the present invention, the maximum output that can be obtained is reduced, and the lifetime is shortened. In the vertical cavity surface emitting laser of the present invention, the current distribution supplied to the active region becomes uniform, heat generation at the translucent electrode is reduced, and heat dissipation is improved. As a result, a vertical cavity surface emitting laser having a low threshold current, a stable lateral mode, a high output and a long lifetime can be obtained.
（実施例２）
本実施例では、図４に示すような垂直共振器型面発光レーザについて、実施例１と同様に接着層８０を介して支持基板９０に接合したものを作製する。
実施例１と異なる点は、絶縁層上に形成された導電性材料の開口部を絶縁層の開口部よりも大きくなるように形成した点であり、具体的には、絶縁層を形成した後、絶縁層を形成したマスクよりも直径で５μｍ大きいマスクを設け、同様にして導電性材料を形成する。それ以外は、実施例１と同様にして作製する。
本実施例の垂直共振器型面発光レーザは、実施例１の垂直共振器型面発光レーザと比較して、活性領域の外周部での光の吸収や散乱の影響を低減させることができ、しきい値電流の低い垂直共振器型面発光レーザが得られる。
(Example 2)
In this embodiment, a vertical cavity surface emitting laser as shown in FIG. 4 is manufactured by bonding to a
The difference from Example 1 is that the opening of the conductive material formed on the insulating layer is formed to be larger than the opening of the insulating layer. Specifically, after the insulating layer is formed, A mask having a
Compared with the vertical cavity surface emitting laser of Example 1, the vertical cavity surface emitting laser of this example can reduce the influence of light absorption and scattering at the outer periphery of the active region, A vertical cavity surface emitting laser with a low threshold current can be obtained.
（実施例３）
本実施例では、図５に示すような垂直共振器型面発光レーザについて、実施例１と同様に接着層８０を介して支持基板９０に接合したものを作製する。
実施例１と異なる点は、導電性材料及び透光性電極の外周端部が、電極の外周側面よりも内側になるように形成した点であり、具体的には、絶縁層を形成した後、開口部の大きさは同じで、活性領域の外周の絶縁層上に幅１０μｍのリング状に、同様の条件で導電性材料を形成する。続いて、開口部はなく、素子領域よりも直径で２０μｍ大きくなるように直径２８μｍの円形状に透光性電極を形成する。それ以外は、実施例１と同様にして作製する。
本実施例の垂直共振器型面発光レーザは、実施例１の垂直共振器型面発光レーザと比較して導電性材料の面積を減らすことで密着性の問題が軽減され、導電性材料に導電率、熱伝導率の高い材料を用いることができるので、発熱低減、放熱性向上の効果が得られる。
(Example 3)
In this embodiment, a vertical cavity surface emitting laser as shown in FIG. 5 is manufactured by bonding to a
The difference from Example 1 is that the outer peripheral end portions of the conductive material and the translucent electrode are formed so as to be inside the outer peripheral side surface of the electrode. Specifically, after the insulating layer is formed The size of the opening is the same, and a conductive material is formed in a ring shape with a width of 10 μm on the insulating layer on the outer periphery of the active region under the same conditions. Subsequently, a transparent electrode is formed in a circular shape having a diameter of 28 μm so that there is no opening and the diameter is 20 μm larger than the element region. Other than that, it produces similarly to Example 1. FIG.
In the vertical cavity surface emitting laser of this example, the problem of adhesion is reduced by reducing the area of the conductive material as compared with the vertical cavity surface emitting laser of Example 1, and the conductive material is electrically conductive. Since a material having a high rate and thermal conductivity can be used, effects of reducing heat generation and improving heat dissipation can be obtained.
（実施例４）
本実施例では、図１に示すような垂直共振器型面発光レーザについて、実施例１と同様に接着層８０を介して支持基板９０に接合したものを作製する。
本実施例は、導電性材料をＡｕ（７０ｎｍ）で形成する点以外は、実施例１と同様の構成であり、同様にして形成することができる。
本実施例の垂直共振器型面発光レーザは、実施例１の垂直共振器型面発光レーザと比較して、放熱性の良好な垂直共振器型面発光レーザが得られる。
Example 4
In the present embodiment, a vertical cavity surface emitting laser as shown in FIG. 1 is bonded to a
This example has the same configuration as that of Example 1 except that the conductive material is formed of Au (70 nm), and can be formed in the same manner.
Compared with the vertical cavity surface emitting laser of the first embodiment, the vertical cavity surface emitting laser of the present embodiment can provide a vertical cavity surface emitting laser with better heat dissipation.
（実施例５）
本実施例は、成長基板として窒化物半導体基板を用いた点以外は、実施例１と同様の構成であり、同様にして作製することができる。
得られた垂直共振器型面発光レーザ素子は、結晶性のよい窒化物半導体層を形成することができるため、駆動による窒化物半導体層の結晶の劣化を抑制することができ、実施例１と比較して長時間の駆動が可能になる。
(Example 5)
This example has the same configuration as that of Example 1 except that a nitride semiconductor substrate is used as a growth substrate, and can be manufactured in the same manner.
Since the obtained vertical cavity surface emitting laser element can form a nitride semiconductor layer with good crystallinity, it can suppress deterioration of the crystal of the nitride semiconductor layer due to driving. Compared to this, it is possible to drive for a long time.
（実施例６）
本実施例では導電性材料３０の材料及び膜厚を変更する。具体的には導電性材料３０をＡｌ／Ｔｉ（１．３μｍ／１７ｎｍ）で形成する。それ以外は実施例１と同様の構成であり、同様にして作製することができる。
得られた垂直共振器型面発光レーザ素子は、実施例１と比較して活性領域に供給される電流分布がより均一になり、放熱性の良好な垂直共振器型面発光レーザ素子が得られる。
(Example 6)
In this embodiment, the material and film thickness of the
In the obtained vertical cavity surface emitting laser element, the distribution of current supplied to the active region becomes more uniform than in Example 1, and a vertical cavity surface emitting laser element with good heat dissipation can be obtained. .
本発明の垂直共振器型面発光レーザは、光ディスクシステム及び電子機器への利用、光ネットワークの光源、レーザプリンタの光源、レーザディスプレイ、レーザプロジェクタなどに用いるディスプレイの分野への応用、各種の分析機器等のバイオ関連用途への応用など、広範囲に利用することができる。 The vertical cavity surface emitting laser of the present invention is applied to an optical disk system and an electronic apparatus, an optical network light source, a laser printer light source, a laser display, a laser projector, a display used for a laser projector, and various analytical instruments. It can be used in a wide range of applications such as bio-related applications.
１００ 垂直共振器型面発光レーザ
１０ 窒化物半導体層
１１ ｎ型半導体層
１２ 活性層
１３ ｐ型半導体層
２０ 絶縁層
３０、３０ａ、３０ｂ 導電性材料
４０ 透光性電極
５０、５０ａ 反射鏡
５０ｂ 第２反射鏡
６０ 電極
７０ 第２電極
８０ 接着層
９０ 支持基板
DESCRIPTION OF
Claims (8)
開口部を有する絶縁層と、
前記開口部を被覆するように前記絶縁層上に設けられた透光性電極と、
該透光性電極を介して前記開口部上に設けられた誘電体材料からなる反射鏡とを有し、
前記絶縁層と前記反射鏡の間に導電性材料を設ける垂直共振器型面発光レーザ。 On at least one surface of a nitride semiconductor layer including an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer,
An insulating layer having an opening;
A translucent electrode provided on the insulating layer so as to cover the opening;
A reflective mirror made of a dielectric material provided on the opening through the translucent electrode;
A vertical cavity surface emitting laser in which a conductive material is provided between the insulating layer and the reflecting mirror.
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