JP2017084847A - 垂直共振器型発光素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高効率での電流注入が可能であり、高い放熱性を有する垂直共振器型発光素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】第１の反射鏡１２と、第１の反射鏡上に形成され、第１の導電型を有する第１の半導体層１３Ａと、第１の半導体層上に形成された活性層１３Ｂと、活性層上に形成され、第１の導電型とは反対の第２の導電型を有する第２の半導体層１３Ｃと、第２の半導体層の表面に形成され、開口部１５Ａを有する絶縁層１５と、開口部から露出した第２の半導体層の表面上に形成された透光性電極ＰＥと、透光性電極上において第１の反射鏡に対向しかつ開口部にアライメントされて配され、開口部の開口形状に対応した形状の側面を有する第２の反射鏡１４と、第２の反射鏡の側面を覆うように形成された放熱部１７と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、垂直共振器型面発光レーザ（VCSEL：vertical cavity surface emitting laser）などの垂直共振器型発光素子及びその製造方法に関する。

垂直共振器型面発光レーザ（以下、単に面発光レーザと称する）は、基板面に対して垂直に光を共振させ、当該基板面に垂直な方向に光を出射させる構造を有する半導体レーザである。例えば、特許文献１には、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と、当該開口部を被覆するように当該絶縁層上に設けられた透光性電極と、当該透光性電極を介して当該開口部上に設けられた反射鏡と、を有する垂直共振器型面発光レーザが開示されている。また、特許文献１には、絶縁層と透光性電極との間に導電性材料が挿入されることが開示されている。

特開2011-29607号公報

例えば、面発光レーザなどの垂直共振器型発光素子は、発光層を挟んで互いに対向する反射鏡を有し、この互いに対向する反射鏡によって共振器が構成されている。面発光レーザにおいては、反射鏡は、例えば、屈折率が異なる２つの薄膜を交互に複数回積層することで形成することができる。

面発光レーザの発振閾値（動作電圧）を下げるためには、反射鏡が高い反射特性を有することが好ましい。また、レーザ素子に印加された電流が損失なく発光層に注入されることが好ましい。また、面発光レーザの信頼性を高めるためには、例えば半導体層などで発生した熱が効率よく外部に放熱されることが好ましい。

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、高効率での電流注入が可能であり、高い放熱性を有する垂直共振器型発光素子及びその製造方法を提供することを目的としている。

本発明による垂直共振器型発光素子は、第１の反射鏡と、第１の反射鏡上に形成され、第１の導電型を有する第１の半導体層と、第１の半導体層上に形成された活性層と、活性層上に形成され、第１の導電型とは反対の第２の導電型を有する第２の半導体層と、第２の半導体層の表面に形成され、開口部を有する絶縁層と、開口部から露出した第２の半導体層の表面上に形成された透光性電極と、透光性電極上において第１の反射鏡に対向しかつ開口部にアライメントされて配され、開口部の開口形状に対応した形状の側面を有する第２の反射鏡と、第２の反射鏡の側面を覆うように形成された放熱部と、を有することを特徴としている。

また、本発明による垂直共振器型発光素子の製造方法は、第１の導電型を有する第１の半導体層、活性層及び第１の導電型とは反対の第２の導電型を有する第２の半導体層を積層する工程と、第１の半導体層上に第１の反射鏡を形成する工程と、第２の半導体層の表面に開口部を有する絶縁層を形成する工程と、絶縁層の開口部にアライメントされた開口部を有する導電層を形成する工程と、絶縁層の開口部及び導電層の開口部から露出した第２の半導体層の表面に透光性電極を形成する工程と、透光性電極上において第１の反射鏡に対向した位置に第２の反射鏡を形成する工程と、第２の反射膜の側面を覆うように放熱部を形成する工程と、を含み、第２の反射鏡を形成する工程は、透光性電極上に誘電体多層膜を形成する工程と、誘電体多層膜上にマスクを形成する工程と、導電層を遮光層として第１の半導体層側からマスクに露光を行い、マスクのパターニングを行う工程と、を含むことを特徴としている。

（ａ）及び（ｂ）は、実施例１に係る半導体レーザの断面図である。 （ａ）は、実施例１の半導体レーザの上面図であり、（ｂ）は、実施例１に係る半導体レーザの部分拡大断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、実施例１に係る半導体レーザの製造過程を示す断面図である。 （ｄ）及び（ｅ）は、実施例１に係る半導体レーザの製造過程を示す断面図である。 （ｆ）及び（ｇ）は、実施例１に係る半導体レーザの製造過程を示す断面図である。 実施例２に係る半導体レーザの断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、実施例２に係る半導体レーザの製造過程を示す断面図である。

以下、本発明の実施例について詳細に説明する。なお、以下の実施例においては、面発光レーザ（半導体レーザ）について説明する。しかし、本発明は、面発光レーザのみならず、垂直共振器型発光素子に適用することができる。

図１（ａ）及び（ｂ）は、実施例１に係る半導体レーザ１０の断面図である。本実施例においては、半導体レーザ１０は、垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）である。半導体レーザ１０は、活性層１３Ｂを含む半導体構造層１３を介して互いに対向して配置された第１及び第２の反射鏡１２及び１４を有する。なお、図１（ｂ）は、第２の反射鏡１４の詳細構造を示す断面図である。

図１（ａ）に示すように、半導体レーザ１０は、基板１１上に第１の反射鏡１２、半導体構造層１３及び第２の反射鏡１４が積層された構造を有している。具体的には、基板１１上に第１の反射鏡１２が形成されている。また、第１の反射鏡１２上には半導体構造層１３が、半導体構造層１３上には第２の反射鏡１４が形成されている。本実施例においては、基板１１はＧａＮ基板である。

次に、図１（ａ）及び（ｂ）を用いて半導体レーザ１０の構造について説明する。まず、図１（ａ）に示すように、本実施例においては、第１の反射鏡１２は、低屈折率半導体層Ｌ１及び高屈折率半導体層Ｈ１が交互に複数回積層された多層膜反射鏡である。本実施例においては、第１の反射鏡１２は、半導体材料からなる分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）である。

次に、図１（ａ）に示すように、半導体構造層１３は、ｎ型半導体層（第１の導電型を有する第１の半導体層）１３Ａと、活性層１３Ｂと、ｐ型半導体層（第１の導電型とは反対の第２の導電型を有する第２の半導体層）１３Ｃとが積層された構造を有する。本実施例においては、ｎ型半導体層１３Ａは、第１の反射鏡１２上に形成されている。また、ｐ型半導体層１３Ｃ上には第２の反射鏡１４が形成されている。

本実施例においては、第１の反射鏡１２及び半導体構造層１３は、Ａｌ_xＩｎ_yＧａ_1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の組成を有する。例えば、第１の反射鏡１２は、ＡｌＩｎＮの組成を有する低屈折率半導体層Ｌ１及びＧａＮの組成を有する高屈折率半導体層Ｈ１が交互に複数回積層された構造を有する。また、本実施例においては、ｎ型半導体層１３Ａは、ＧａＮの組成を有し、ｎ型不純物としてＳｉを含む。活性層１３Ｂは、ＩｎＧａＮの組成を有する井戸層（図示せず）及びＧａＮの組成を有する障壁層（図示せず）が交互に積層された量子井戸構造を有する。また、ｐ型半導体層１３Ｃは、ＧａＮの組成を有し、ｐ型不純物としてＭｇを含む。

なお、本実施例においては、基板１１と第１の反射鏡１２との間にバッファ層（図示せず）が形成されている。また、第１の反射鏡１２及び半導体構造層１３は、基板１１を成長用基板とし、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）を用いて形成した。

また、半導体レーザ１０は、ｐ型半導体層１３Ｃの表面に形成され、開口部１５Ａを有する絶縁層１５を有する。絶縁層１５の開口部１５Ａからは、ｐ型半導体層１３Ｃの表面が露出している。本実施例においては、絶縁層１５は、ｐ型半導体層１３Ｃの表面を部分的に絶縁化することによって形成した。本実施例においては、ｐ型半導体層１３Ｃの表面には、絶縁化された領域（絶縁層１５）と絶縁化されていない領域（開口部１５Ａから露出した部分）とが形成されている。

半導体レーザ１０は、絶縁層１５上に設けられた導電層１６を有する。本実施例においては、導電層１６は、絶縁層１５の開口部１５Ａと同様の形状及びサイズの開口部を有する。導電層１６は、例えば、Ｐｔからなる。

半導体レーザ１０は、ｎ型半導体層１３Ａに接続されたｎ電極（第１の電極）ＮＥと、ｐ型半導体層１３Ｃに接続されたｐ電極（第２の電極）ＰＥと、を有する。ｎ電極ＮＥは、ｎ型半導体層１３Ａ上に形成されている。また、ｐ電極ＰＥは、ｐ型半導体層１３Ｃ上に形成されている。

本実施例においては、ｎ電極ＮＥは、ｎ型半導体層１４Ａ上に形成されている。また、ｎ電極ＮＥは、Ｔｉ層、Ａｌ層、Ｔｉ層、Ｐｔ層、Ａｕ層及びＴｉ層が積層された構造を有する。ｐ電極ＰＥは、ｐ型半導体層１３Ｃ上に形成されている。より具体的には、絶縁層１５の開口部１５Ａから露出したｐ型半導体層１３Ｃの表面上に形成されている。本実施例においては、ｐ電極ＰＥは、開口部１５Ａを被覆して導電層１６上に形成されている。ｐ電極ＰＥは、例えばＩＴＯやＩＺＯなど、活性層１３Ｂからの放出光に対して透光性を有する材料からなる透光性電極である。

第２の反射鏡１４は、ｐ電極ＰＥ上に形成され、第１の反射鏡１２に対向して配置されている。第２の反射鏡１４は、高屈折率誘電体層Ｈ２及び低屈折率誘電体層Ｌ２が交互に複数回積層された多層膜反射鏡である。本実施例においては、第２の反射鏡１４は、Ｎｂ₂Ｏ₅層（高屈折率誘電体層Ｈ２）及びＳｉＯ₂層（低屈折率誘電体層Ｌ２）が交互に複数回積層された構造を有する。すなわち、本実施例においては、第２の反射鏡１４は、誘電体材料からなる分布ブラッグ反射器である。

第２の反射鏡１４は、ｐ電極ＰＥ上において第１の反射鏡１２に対向して配置されている。また、第２の反射鏡１４は、絶縁層１５の開口部１５Ａにアライメントされて配され、開口部１５Ａの開口形状に対応した（ほぼ一致した）形状の側面１４Ｓを有する。また、第２の反射鏡１４は、導電層１６の開口部とも同じ形状及びサイズを有する。本実施例においては、第２の反射鏡１４の側面１４Ｓは、絶縁層１５の開口部１５Ａと同一の形状を有する。また、第２の反射鏡１４の中心軸は、絶縁層１５の開口部１５Ａの中心軸に対してアライメントされている。

半導体レーザ１０は、第２の反射鏡１４の側面１４Ｓを覆うように形成された放熱部１７を有する。放熱部１７は、半導体構造層１３及び第２の反射鏡１４よりも高い熱伝導性を有する。放熱部１７は、例えば、Ｔｉ層、Ｐｔ層及びＡｕ層がｐ電極ＰＥ上に積層された構造を有する。本実施例においては、放熱部１７は、ｐ電極ＰＥの上面及び第２の反射鏡１４の側面１４Ｓに接触している。放熱部１７は、半導体構造層１３、特に開口部１５Ａの直下の半導体構造層１３の領域に生じた熱を外部に放熱する。また、本実施例においては、放熱部１７は、ｐ電極ＰＥに接続され、外部に接続されるパッド電極として機能する。

活性層１３Ｂ、ｐ型半導体層１３Ｃ、絶縁層１５、導電層１６及びｐ電極ＰＥの側面上には、絶縁膜ＩＳが形成されている。ｎ電極ＮＥは、絶縁膜ＩＳによって、ｐ型半導体層１３Ｃ、ｐ電極ＰＥ、導電層１６及び放熱部１７から絶縁されている。

次に、図１（ａ）を参照し、半導体レーザ１０の発光動作について説明する。まず、半導体レーザ１０においては、互いに対向する第１及び第２の反射鏡１２及び１４が共振器を構成する。半導体構造層１３（活性層１３Ｂ）から放出された光は、第１及び第２の反射鏡１２及び１４間において反射を繰り返し、共振状態に至る（レーザ発振を行う）。そして、共振光は、その一部が第２の反射鏡１４を透過し、外部に取出される。このようにして、半導体レーザ１０は、基板１１に垂直な方向に光を出射する。

また、絶縁層１５は、半導体構造層１３内の電流路を狭窄する電流狭窄層として機能する。ｐ電極ＰＥから半導体構造層１３に注入される電流は、絶縁層１５の開口部１５Ａの直下における半導体構造層１３の領域に集中する（狭窄される）。

図２（ａ）は、半導体レーザ１０の上面を模式的に示す図である。図２（ａ）においては、導電層１６及び放熱部１７の図示を省略している。なお、図１（ａ）及び（ｂ）は、図２（ａ）におけるＶ−Ｖ線に沿った断面図である。

図２（ａ）に示すように、絶縁層１５の開口部１５Ａは、絶縁層１５に垂直な方向から見たとき、円形状を有する。従って、第２の反射鏡１４の側面１４Ｓは、基板１１に垂直な方向から見たとき、円形状を有する。また、本実施例においては、第２の反射鏡１４は、円柱形状を有する。第２の反射鏡１４の側面１４Ｓの位置は、基板１１に垂直な方向から見たとき、絶縁層１５の開口部１５Ａの内側面の位置に一致する。第２の反射鏡１４の上面は、絶縁層１５の開口部１５Ａの直径と同一の直径を有する。

また、活性層１３Ｂ及びｐ型半導体層１３Ｃは、基板１１に垂直な方向から見たとき、円形状を有する。絶縁層１５及び導電層１６は、基板１１に垂直な方向から見たとき、円形状の側面を有する。本実施例においては、絶縁層１５の開口部１５Ａは、絶縁層１５の中央に形成されている。また、絶縁膜ＩＳは、活性層１３Ｂ、ｐ型半導体層１３Ｃ、絶縁層１５、導電層１６及びｐ電極ＰＥの側面を取り囲むように環状に形成されている。

図２（ｂ）は、半導体レーザ１０の一部を拡大して示す部分拡大断面図である。図２（ｂ）は、図１（ａ）の破線で囲まれた部分を拡大して示す図である。なお、図２（ｂ）においては、図の明確さのため、ｐ電極ＰＥへのハッチングを省略している。図２（ｂ）を用いて、絶縁層１５、導電層１６及び第２の反射鏡１４について説明する。

まず、第２の反射鏡１４の側面１４Ｓは、絶縁層１５の開口部１５Ａにアライメントされている。また、本実施例においては、導電層１６は、絶縁層１５の開口部１５Ａにアライメントされた開口部１６Ａを有する。すなわち、第２の反射鏡１４の側面１４Ｓは、絶縁層１５の開口部１５Ａ及び導電層１６の開口部１６Ａを投影した（引き継いだ）形状を有する。また、導電層１６の開口部１６Ａは、絶縁層１５Ａの開口部１５Ａの直径及び第２の反射鏡１４の上面の直径と同一の直径を有する。

本実施例においては、放熱部１７が第２の反射鏡１４の側面１４Ｓを覆うように形成されている。この放熱部１７は、半導体構造層１３における電流路、すなわち発熱源に近接して設けられている。半導体構造層１３内において生じた熱は、ｐ電極ＰＥ、導電層１６及び放熱部１７を介して効率的に外部に放出（排出）される。従って、高い放熱性が得られる。

一方、半導体構造層１３内を流れる電流は、絶縁層１５（電流狭窄層）によって開口部１５Ａの近傍に集中する。また、第２の反射鏡１４は、絶縁層１５の開口部１５Ａを覆うように形成されている。従って、開口部１５Ａの近傍の活性層１３Ｂの領域において放出される大部分の光は、第２の反射鏡１４によって確実に反射される。

本実施例においては、ｐ型半導体層１３Ｃの表面に開口部１５Ａを有する絶縁層１５が設けられている。また、絶縁層１５上には開口部１５Ａにアライメントされた形状の側面を有する第２の反射鏡１４が形成されている。従って、高い放熱性能及び高い発振特性を有する半導体レーザ１０（垂直共振器型発光素子）を提供することができる。また、絶縁層１５の開口部１５Ａが円形状を有する場合、半導体構造層１３から熱が均等に（放射状に）放熱される。従って、半導体構造層１３内の熱を片寄りなく放出することができる。
［半導体レーザ１０の製造方法］
図３（ａ）〜図３（ｇ）は、半導体レーザ１０の製造過程を示す図である。図３（ａ）〜図３（ｇ）は、半導体レーザ１０の各製造過程における断面図である。図３（ａ）〜図３（ｇ）を参照して、半導体レーザ１０の製造方法について説明する。なお、以下においては、製造途中の各段階における半導体レーザ１０の構成要素の全体を素子Ｅ１と称する。
［第１の反射鏡１２及び半導体構造層１３の形成工程］
図３（ａ）は、基板１１上に第１の反射鏡１２及び半導体構造層１３が形成された状態の素子Ｅ１を示す断面図である。まず、基板１１としてＧａＮ基板を準備し、基板１１をクリーニングする。次に、基板１１上にバッファ層（図示せず）としてＧａＮ層を形成する。

次に、バッファ層上に、低屈折率半導体層Ｌ１及び高屈折率半導体層Ｈ１を交互に積層し、第１の反射鏡１２を形成する。本実施例においては、ＡｌＩｎＮ層Ｌ１及びＧａＮ層Ｈ１を交互に４０層ずつ積層した。

次に、第１の反射鏡１２上に、ｎ型半導体層１３Ａ、活性層１３Ｂ及びｐ型半導体層１３Ｃを順次積層し、半導体構造層１３を形成する。本実施例においては、ｎ型半導体層１３Ａとしてｎ−ＧａＮ層を形成した。また、活性層１３Ｂとして、ＩｎＧａＮ層からなる井戸層及びＧａＮ層からなる障壁層を複数回積層し、多重量子井戸構造の活性層を形成した。また、ｐ型半導体層１３Ｃとして、ｐ−ＡｌＧａＮ層、ｐ−ＧａＮ層、ｐ−ＧａＮコンタクト層を形成した。このようにして、基板１１上に、第１の反射鏡１２及び半導体構造層１３を形成する。
［絶縁層１５の形成工程］
図３（ｂ）は、絶縁層１５が形成された状態の素子Ｅ１を示す断面図である。半導体構造層１３を形成した後、ｐ型半導体層１３Ｃの表面に、開口部１５Ａ（図２（ｂ）参照）を有する絶縁層１５を形成する。本実施例においては、開口部１５Ａとなるｐ型半導体層１３Ｃの表面にレジストからなるマスク（第１のマスク）ＭＳ１を形成した。次に、マスクＭＳ１をマスクとし、ｐ型半導体層１３Ｃの表面にプラズマ照射を行い、ｐ型半導体層１３Ｃの表面を絶縁化した。このようにして、ｐ型半導体層１３Ｃの表面に、開口部１５Ａを有する絶縁層１５を形成した。
［導電層１６、ｎ電極ＮＥ及びｐ電極ＰＥの形成工程］
図３（ｃ）は、導電層１６、ｎ電極ＮＥ及びｐ電極ＰＥが形成された状態の素子Ｅ１を示す断面図である。続いて、絶縁層１５上に開口部１６Ａ（図２（ｂ）参照）を有する導電層１６を形成する。導電層１６は、絶縁層１５を形成したマスクＭＳ１を用いて、絶縁層１５上にＰｔを成膜し、マスクＭＳ１を除去することで形成した。このように、ｐ型半導体層１３Ｃ上のマスクＭＳ１を用いて絶縁層１５及び導電層１６の両方を形成することで、開口部１５Ａ及び１６Ａが互いにアライメントされる。また、絶縁材料からなる膜を成膜することなくｐ型半導体層１３Ｃの表面に絶縁層１５を形成することができる。

次に、ｎ電極ＮＥ及びＰ電極ＰＥを形成する。まず、マスクＭＳ１を除去して露出したｐ型半導体層１３Ｃの表面上及び導電層１６上に、ｐ電極ＰＥを形成する。本実施例においては、ｐ電極ＰＥとしてＩＴＯ層を成膜した。また、ｎ型半導体層１３Ａ上にｎ電極ＮＥを形成する。本実施例においては、ｐ電極ＰＥとｐ型半導体層１３Ｃとのコンタクト部の外側においてｐ型半導体層１３Ｃ及び活性層１３Ｂを除去し、ｎ型半導体層１３Ａを部分的に露出させた。続いて、露出したｎ型半導体層１３Ａの表面上におけるｐ型半導体層１３Ｃ及び活性層１３Ｂから離間した領域に、ｎ電極ＮＥを形成した。
［第２の反射鏡１４及び絶縁膜ＩＳの形成工程］
図３（ｄ）は、高屈折率誘電体層Ｈ２及び低屈折率誘電体層Ｌ２が形成された状態の素子Ｅ１を示す断面図である。図３（ｅ）は、マスクＭＳ２が形成された状態の素子Ｅ１を示す断面図である。図３（ｆ）は、第２の反射鏡１４及び絶縁膜ＩＳが形成された状態の素子Ｅ１を示す断面図である。

続いて、図３（ｄ）〜（ｆ）に示すように、ｐ電極ＰＥ上に開口部１５Ａと同様の形状で高屈折率誘電体層Ｈ２及び低屈折率誘電体層Ｌ２を積層して誘電体多層膜を形成する。本実施例においては、まず、図３（ｄ）に示すように、基板１１の全面に高屈折率誘電体層Ｈ２及び低屈折率誘電体層Ｌ２を積層した。

次に、図３（ｅ）に示すように、誘電体多層膜（高屈折率誘電体層Ｈ２及び低屈折率誘電体層Ｌ２）上にレジストからなるマスク（第２のマスク）ＭＳ２を形成する。まず、本実施例においては、基板１１の全面にネガ型レジストを成膜した。

次に、半導体構造層１３側、すなわちｎ型半導体層１３Ａ側からマスクＭＳ２を露光する。本実施例においては、基板１１側から半導体構造層１３に向かって光（例えば紫外光）ＬＢを照射した。ここで、導電層１６及びｎ電極ＮＥを遮光層として機能させることで、導電層１６及びｎ電極ＮＥが形成されていない領域、すなわち開口部１６ＡにアライメントされたマスクＭＳ２のパターニングを行うことができる。すなわち、本工程においては、導電層１６及びｎ電極ＮＥを遮光層として半導体構造層１３側からネガ型レジストに対して露光することで、マスクＭＳ２を形成する。

なお、本実施例においては、導電層１６の開口部１６Ａは絶縁層１５の開口部１５Ａにアライメントされているため、マスクＭＳ２は絶縁層１５の開口部１５Ａにアライメントされる。このように基板１１の裏面から露光を行うことで、導電層１６上のマスクＭＳ２を除去し、開口部１５Ａ上のマスクＭＳ２を正確に残すことができる。

続いて、マスクＭＳ２をマスクとして、高屈折率誘電体層Ｈ２及び低屈折率誘電体層Ｌ２にドライエッチングを行う。これによって、図３（ｆ）に示すように、導電層１６及びｎ電極ＮＥ上の高屈折率誘電体層Ｈ２及び低屈折率誘電体層Ｌ２を除去し、絶縁層１５の開口部１５Ａにアライメントされた第２の反射鏡１４を形成する。

なお、本実施例においては、ｎ電極ＮＥが形成されていないｎ型半導体層１３Ａの表面部分にも高屈折率誘電体層Ｈ２及び低屈折率誘電体層Ｌ２を形成し、マスクＭＳ２を形成した上で露光を行った。従って、ｎ型半導体層１３Ａの表面部分にも高屈折率誘電体層Ｈ２及び低屈折率誘電体層Ｌ２が残存する。この残存した高屈折率誘電体層Ｈ２及び低屈折率誘電体層Ｌ２が絶縁膜ＩＳとなる。このようにして、第２の反射鏡１４及び絶縁膜ＩＳを形成する。
［放熱部１７の形成工程］
図３（ｇ）は、放熱部１７が形成された状態の素子Ｅ１を示す断面図である。図３（ｇ）に示すように、第２の反射鏡１４の側面を覆うようにｐ電極ＰＥ上に放熱部１７を形成する。なお、図示していないが、放熱部１７及びｎ電極ＮＥを外部端子に接続し、基板１１全体を封止した。このようにして、半導体レーザ１０を作製した。

本実施例においては、第２の反射鏡１４を形成するためのマスクＭＳ２のパターニングを基板１１の裏面からの露光によって行う。また、露光時に導電層１６及びｎ電極ＮＥを遮光層として使用する。従って、第２の反射鏡１４を絶縁層１５の開口部１５Ａにアライメントさせた形状で形成することができる。従って、放熱性能に優れた半導体レーザ１０（垂直共振器型発光素子）を提供することができる。また、本実施例においては、第１の反射鏡１２を半導体多層膜によって形成した。従って、高い反射率を有する半導体レーザ１０（垂直共振器型発光素子）を提供することができる。従って、閾値電圧が低く、放熱性能に優れた半導体レーザ１０（垂直共振器型発光素子）を提供することができる。

なお、本実施例においては、導電層１６が形成される場合について説明したが、導電層１６が形成される場合に限定されない。例えば、絶縁層１５の開口部１５Ａにアライメントされた形状の側面１４Ｓを有する第２の反射鏡１４を形成することができれば、導電層１６の代わりに遮光性の層が形成されてればよい。なお、これらの層は、金属材料など、熱伝導率が高い材料から構成されていることが好ましい。

なお、ｐ電極ＰＥ内の電気抵抗を小さくし、損失なくｐ型半導体層１３Ｃに電流を注入することを考慮すると、導電層１６が絶縁層１５及びｐ電極ＰＥの間に形成されていることが好ましい。

図４は、実施例２に係る半導体レーザ２０の構造を示す断面図である。半導体レーザ２０は、第２の反射鏡１４上に裏面電極２２を有する放熱基板２１が形成されていること、並びに第１の反射鏡２３及びｎ電極ＮＥの構成を除いては、半導体レーザ１０と同様の構成を有している。

本実施例においては、第２の反射鏡１４上に放熱基板２１が形成されている。放熱基板２１は、例えばＳｉなど、放熱性能の高い材料からなる。また、本実施例においては、放熱部１７の上面及び第２の反射鏡１４の上面は、同一平面をなしている。また、放熱基板２１は、第２の反射鏡１４及び放熱部１７に接合されている。

また、本実施例においては、第１の反射鏡２３は、高屈折率誘電体層Ｈ３及び低屈折率誘電体層Ｌ３が交互に複数回積層された構造を有する。本実施例においては、第１の反射鏡２３は、Ｎｂ₂Ｏ₅層（高屈折率誘電体層Ｈ３）及びＳｉＯ₂層（低屈折率誘電体層Ｌ３）が交互に複数回積層された構造を有する。本実施例においては、第１の反射鏡２３は、すなわち、第１の反射鏡２３は、誘電体多層膜からなる反射鏡である。

また、半導体構造層１３は、基板１１（成長用基板）から放熱基板２１に貼りかえられており、基板１１は除去されている。また、本実施例においては、第１の反射鏡２３よりも第２の反射鏡１４の方が高い反射率を有する。従って、本実施例においては、第１の反射鏡２３側から光を出射させる。

また、本実施例においては、裏面電極２２は、放熱基板２１上に積層されたＴｉ層、Ｐｔ層及びＡｕ層からなる。

本実施例においては、第２の反射鏡１４の表面及び側面は、電流路、すなわち発熱源に近い位置で放熱部１７及び放熱基板２１に覆われている。従って、半導体構造層１３からの放熱経路が拡大され、半導体レーザ２０の放熱性能は大幅に向上する。
［半導体レーザ２０の製造方法］
図５（ａ）〜（ｃ）は、半導体レーザ２０の製造過程を示す断面図である。図５（ａ）〜（ｃ）は、半導体レーザ２０の各製造過程における断面図である。図５（ａ）〜（ｃ）を参照して、半導体レーザ２０の製造方法について説明する。なお、以下においては、製造途中の各段階における半導体レーザ２０の構成要素の全体を素子Ｅ２と称する。
［半導体構造層１３、絶縁層１５、導電層１６、ｐ電極ＰＥ、第２の反射鏡１４及び放熱部１７の形成工程］
図５（ａ）は、半導体構造層１３、絶縁層１５、導電層１６、ｐ電極ＰＥ、第２の反射鏡１４及び放熱部１７が形成された状態の素子Ｅ２を示す断面図である。本実施例においては、成長用基板１１上に、半導体構造層１３、絶縁層１５、導電層１６、ｐ電極ＰＥ、第２の反射鏡１４及び放熱部１７を形成する。本工程については半導体レーザ１０の製造方法と同様であるため、説明を省略する。なお、本実施例においては、第１の反射鏡２３を形成することなく、基板１１上に半導体構造層１３等を形成する。また、本実施例においては、基板１１としてサファイア基板を用いた。
［放熱基板２１の接合工程］
図５（ｂ）は、放熱基板２１が形成された状態の素子Ｅ２を示す断面図である。図５（ｂ）に示すように、第２の反射鏡１４及び放熱部１７上に、裏面電極２２が形成された放熱基板２１を接合する。本実施例においては、放熱基板２１の一方の主面上に裏面電極２２を形成した。次に、放熱基板２１の他方の主面を、接合層（図示せず）によって第２の反射鏡１４及び放熱部１７に接合した。
［基板１１の除去工程、第１の反射鏡２３の形成工程及びｎ電極ＮＥの形成工程］
図５（ｃ）は、第１の反射鏡２３及びｎ電極ＮＥが形成された状態の素子Ｅ２を示す断面図である。図５（ｃ）に示すように、放熱基板２１を接合した後、基板１１を除去する。本実施例においては、レーザリフトオフ法を用いて基板１１を除去し、ｎ型半導体層１３Ａを露出させ、研磨処理などによって共振器長を調整した。

次に、ｎ型半導体層１３Ａの表面における第２の反射鏡１４に対向する位置に、第１の反射鏡２３を形成する。本実施例においては、ｎ型半導体層１３Ａ上に高屈折率誘電体層Ｈ３及び低屈折率誘電体層Ｌ３を交互に複数回積層した。次に、第２の反射鏡１４に対向する位置の外側において高屈折率誘電体層Ｈ３及び低屈折率誘電体層Ｌ３を除去した。

次に、ｎ型半導体層１３Ａ上にｎ電極ＮＥを形成する。本実施例においては、高屈折率誘電体層Ｈ３及び低屈折率誘電体層Ｌ３を除去することによって露出したｎ型半導体層１３Ａの表面上にｎ電極ＮＥを形成した。なお、その後、ｎ電極ＮＥ及び裏面電極２２を外部端子に接続し、放熱基板２１の全体を封止して、半導体レーザ２０を得た。

本実施例においては、第２の反射鏡１４に接触するように放熱基板２１が設けられている。従って、半導体構造層１３内に生じた熱を効率よく外部に放出することが可能な半導体レーザ２０（垂直共振器型発光素子）を提供することができる。

上記においては、第１の導電型がｎ型であり、第２の導電型がｐ型である場合について説明したが、第１の導電型がｐ型であり、第２の導電型がｎ型であってもよい。

また、第２の反射鏡１４Ｓが絶縁層１５の開口部１５Ａにアライメントされ、開口部１５Ａに対応する側面形状を有する場合について説明したが、第２の反射鏡１４の側面１４Ｓのみならず、第１の反射鏡１２（２３）の側面も絶縁層１５の開口部１５Ａに対応する形状を有していてもよい。

上記したように、第２の半導体層１３Ｃの表面には開口部１５Ａを有する絶縁層１５（電流狭窄層）が形成されている。また、第２の反射鏡１４は、絶縁層１５の開口部１５Ａにアライメントされた側面１４Ｓを有する。また、第２の反射鏡１４を形成するためのマスクＭＳ２のパターニングを裏面露光によって行う。従って、高効率での電流注入が可能であり、高い放熱性を有する半導体レーザ（垂直共振器型発光素子）及びその製造方法を提供することができる。

１０、２０ 半導体レーザ
１２、２３ 第１の反射鏡
１３Ａ 第１の半導体層
１３Ｂ 活性層
１３Ｃ 第２の半導体層
１４ 第２の反射鏡
１４Ｓ 側面
１５ 絶縁層
１５Ａ 開口部
１６ 導電層
１７ 放熱部
２１ 放熱基板

Claims (8)

1. 第１の反射鏡と、
   前記第１の反射鏡上に形成され、第１の導電型を有する第１の半導体層と、
   前記第１の半導体層上に形成された活性層と、
   前記活性層上に形成され、前記第１の導電型とは反対の第２の導電型を有する第２の半導体層と、
   前記第２の半導体層の表面に形成され、開口部を有する絶縁層と、
   前記開口部から露出した前記第２の半導体層の表面上に形成された透光性電極と、
   前記透光性電極上において前記第１の反射鏡に対向しかつ前記開口部にアライメントされて配され、前記開口部の開口形状に対応した形状の側面を有する第２の反射鏡と、
   前記第２の反射鏡の側面を覆うように形成された放熱部と、を有することを特徴とする垂直共振器型発光素子。
2. 前記絶縁層上には、前記絶縁層の前記開口部にアライメントされた開口部を有する導電層が形成され、
   前記透光性電極は、前記導電層上に形成され、
   前記放熱部は、前記第２の反射鏡の側面を覆うように前記透光性電極上に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の垂直共振器型発光素子。
3. 前記絶縁層の前記開口部は、前記絶縁層に垂直な方向から見たときに円形状を有することを特徴とする請求項２に記載の垂直共振器型発光素子。
4. 前記第２の反射鏡上には放熱基板が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の垂直共振器型発光素子。
5. 前記放熱部の上面及び前記第２の反射鏡の上面は同一平面をなし、
   前記放熱基板は、前記第２の反射鏡及び前記放熱部に接合されていることを特徴とする請求項４に記載の垂直共振器型発光素子。
6. 第１の導電型を有する第１の半導体層、活性層及び前記第１の導電型とは反対の第２の導電型を有する第２の半導体層を積層する工程と、
   前記第１の半導体層上に第１の反射鏡を形成する工程と、
   前記第２の半導体層の表面に開口部を有する絶縁層を形成する工程と、
   前記絶縁層の前記開口部にアライメントされた開口部を有する導電層を形成する工程と、
   前記絶縁層の前記開口部及び前記導電層の前記開口部から露出した前記第２の半導体層の表面に透光性電極を形成する工程と、
   前記透光性電極上において前記第１の反射鏡に対向した位置に第２の反射鏡を形成する工程と、
   前記第２の反射膜の側面を覆うように放熱部を形成する工程と、を含み、
   前記第２の反射鏡を形成する工程は、
   前記透光性電極上に誘電体多層膜を形成する工程と、
   前記誘電体多層膜上にマスクを形成する工程と、
   前記導電層を遮光層として前記第１の半導体層側から前記マスクに露光を行い、前記マスクのパターニングを行う工程と、を含むことを特徴とする垂直共振器型発光素子の製造方法。
7. 前記第２の反射鏡及び前記放熱部に放熱基板を接合する工程を含むことを特徴とする請求項７に記載の垂直共振器型発光素子の製造方法。
8. 前記絶縁層を形成する工程は、前記第２の半導体層の表面にパターニングされたマスクを形成する工程と、前記第２の半導体層の表面にプラズマ照射を行い、前記第２の半導体層の表面を絶縁化する工程を含み、
   前記導電層を形成する工程において、前記導電層は、前記第２の半導体層上の前記マスクを用いて形成されることを特徴とする請求項６又は７に記載の垂直共振器型発光素子の製造方法。

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