JP2023041840A - Vertical resonator surface-emitting laser element - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vertical resonator surface-emitting laser element capable of stabilizing a shape of an oscillated laser beam.
SOLUTION: The present invention relates to a vertical resonator surface-emitting laser element comprising: a first light reflection film; a laminate of a nitride semiconductor formed by successively laminating an n-side semiconductor layer, an active layer and a p-side semiconductor layer including a current injection region on a top face of the first light reflection film in this order; a translucent p electrode being in contact with a top face of the current injection region and extending to a surface of a periphery of the current injection region; a second light reflection film disposed on the p electrode, disposed in at least a portion from the top face of the current injection region to the surface of the periphery of the current injection region and including a dielectric lamination film; and an insulation film separated from the top face of the current injection region and covering at least a portion of a side face of the laminate.
SELECTED DRAWING: Figure 1B
COPYRIGHT: (C)2023,JPO&INPIT

Description

本開示は、垂直共振器面発光レーザ素子に関する。 The present disclosure relates to vertical cavity surface emitting laser devices.

従来から、窒化物半導体を用いて、垂直共振器型面発光レーザとして機能するレーザ素
子の研究が進められており、例えば、半導体積層体に段差を形成することにより電流狭窄
を行う構造が提案されている(特許文献1等参照)。
GaN系の半導体積層体を有する面発光レーザ素子のp型半導体層への電流狭窄構造と
しては、例えば、p型半導体層の表面に開口を有する絶縁膜を形成し、その開口において
露出したp型半導体層の表面にITOなどの透明電極を形成する構造が挙げられる。絶縁
膜の開口においてp型半導体層と透明電極とが接触している部分が面発光レーザ素子の電
流注入領域である。そして、透明電極の半導体層とは反対側の面には、誘電体多層膜から
なる光反射層が絶縁膜の開口の内部から外部にかけて設けられている。すなわち、誘電体
多層膜は段差のある領域に設けられている。
Conventionally, research has been conducted on a laser device that functions as a vertical cavity surface emitting laser using a nitride semiconductor. (See Patent Document 1, etc.).
As a current confinement structure for a p-type semiconductor layer of a surface emitting laser device having a GaN-based semiconductor laminate, for example, an insulating film having an opening is formed on the surface of the p-type semiconductor layer, and the p-type semiconductor layer exposed in the opening is formed. A structure in which a transparent electrode such as ITO is formed on the surface of a semiconductor layer can be mentioned. The portion where the p-type semiconductor layer and the transparent electrode are in contact with each other in the opening of the insulating film is the current injection region of the surface emitting laser device. A light reflecting layer made of a dielectric multilayer film is provided on the surface of the transparent electrode opposite to the semiconductor layer from the inside to the outside of the opening of the insulating film. That is, the dielectric multilayer film is provided in a stepped region.

特開2015-035541号公報JP 2015-035541 A

しかし、そのような面発光レーザ素子では、段差の凹の部分が電流注入領域であるため
、誘電体多層膜は、層を重ねるほど段差の影響を受けた段差領域が電流注入領域の中央部
に近づく。誘電体多層膜の反射率は平坦な領域と段差領域とでは異なっている。このため
、そのような面発光レーザ素子では、発振するレーザ光の形状を制御し難いという課題が
ある。
本開示は、上記課題に鑑みなされたものであり、発振するレーザ光の形状を安定化する
ことができる垂直共振器面発光レーザ素子を提供することを目的とする。
However, in such a surface-emitting laser element, since the recessed portion of the step is the current injection region, the dielectric multilayer film is affected by the step, and the step region becomes closer to the center of the current injection region as the layers are piled up. Get closer. The reflectance of the dielectric multilayer film is different between the flat area and the stepped area. Therefore, in such a surface emitting laser element, there is a problem that it is difficult to control the shape of the emitted laser light.
The present disclosure has been made in view of the above problems, and an object of the present disclosure is to provide a vertical cavity surface emitting laser device capable of stabilizing the shape of oscillating laser light.

本開示の一の態様における垂直共振器面発光レーザ素子は、第1光反射膜の上面に、n
側半導体層、活性層及び凸部を有するp側半導体層がこの順に積層された窒化物半導体の
積層体と、
前記凸部の上面に接触し、前記凸部の周囲の表面に延長する透光性のp電極と、
前記凸部の上方から側方まで延長し、前記p電極の上に配置され、誘電体積層膜を含む
第2光反射膜と、
前記凸部の上面と離間し、少なくとも前記p側半導体層の前記凸部の周囲の表面の一部
を被覆する絶縁膜を備える。
In one aspect of the present disclosure, the vertical cavity surface emitting laser device has n
a nitride semiconductor laminate in which a side semiconductor layer, an active layer, and a p-side semiconductor layer having a protrusion are stacked in this order;
a translucent p-electrode in contact with the upper surface of the protrusion and extending to a surface surrounding the protrusion;
a second light reflecting film extending from above to the side of the convex portion, disposed on the p-electrode, and including a dielectric laminated film;
An insulating film is provided which is separated from the upper surface of the protrusion and covers at least a part of the surface of the p-side semiconductor layer around the protrusion.

上記の一態様の垂直共振器面発光レーザ素子によれば、発振するレーザ光の形状を安定
化することができる。
According to the vertical cavity surface emitting laser device of one aspect described above, the shape of the oscillating laser light can be stabilized.

本発明の一実施形態の垂直共振器面発光レーザ素子の構造を説明するための要部の概略平面図である。1 is a schematic plan view of a main part for explaining the structure of a vertical cavity surface emitting laser device according to one embodiment of the present invention; FIG. 図1AのIB-IB線の概略断面図である。FIG. 1B is a schematic cross-sectional view along line IB-IB of FIG. 1A; 図1Aの垂直共振器面発光レーザ素子の電流狭窄構造における積層構造を示す要部の概略断面図である。1B is a schematic cross-sectional view of a main part showing a laminated structure in the current confinement structure of the vertical cavity surface emitting laser device of FIG. 1A; FIG. 図1Aの垂直共振器面発光レーザ素子の変形例を示す要部の概略断面図である。1B is a schematic cross-sectional view of a main part showing a modification of the vertical cavity surface emitting laser device of FIG. 1A; FIG. 図1Aの垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法を説明するための概略平面図である。1B is a schematic plan view for explaining a method of manufacturing the vertical cavity surface emitting laser device of FIG. 1A; FIG. 図3AのIIIB-IIIB線の概略断面図である。3B is a schematic cross-sectional view along line IIIB-IIIB of FIG. 3A; FIG. 図1Aの垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法を説明するための概略平面図である。1B is a schematic plan view for explaining a method of manufacturing the vertical cavity surface emitting laser device of FIG. 1A; FIG. 図4AのIVB-IVB線の概略断面図である。FIG. 4B is a schematic cross-sectional view along line IVB-IVB of FIG. 4A; 図1Aの垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法を説明するための概略平面図である。1B is a schematic plan view for explaining a method of manufacturing the vertical cavity surface emitting laser device of FIG. 1A; FIG. 図5AのVB-VB線の概略断面図である。5B is a schematic cross-sectional view along line VB-VB of FIG. 5A; FIG. 図2の垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法を説明するための概略縦断面図である。FIG. 3 is a schematic vertical cross-sectional view for explaining a method of manufacturing the vertical cavity surface emitting laser device of FIG. 2; 図2の垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法を説明するための概略縦断面図である。FIG. 3 is a schematic longitudinal sectional view for explaining a method of manufacturing the vertical cavity surface emitting laser device of FIG. 2; 図1Aの垂直共振器面発光レーザ素子の上方からの近視野像を示す写真である。1B is a photograph showing a near-field image from above of the vertical cavity surface emitting laser device of FIG. 1A. FIG. 変形例の垂直共振器面発光レーザ素子の要部を示す概略断面図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a main part of a vertical cavity surface emitting laser device of a modified example;

以下、本開示の実施の形態について適宜図面を参照して説明する。ただし、以下に説明
する実施の形態は、本開示の技術思想を具体化するためのものであって、特定的な記載が
ない限り、本開示を以下のものに限定しない。また、一の実施の形態、実施例において説
明する内容は、他の実施の形態、実施例にも適用可能である。各図面が示す部材の大きさ
、厚み、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。
Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings as appropriate. However, the embodiments described below are for embodying the technical idea of the present disclosure, and unless there is a specific description, the present disclosure is not limited to the following. In addition, the contents described in one embodiment and example can also be applied to other embodiments and examples. The size, thickness, positional relationship, etc. of members shown in each drawing may be exaggerated for clarity of explanation.

本発明の一実施形態の垂直共振器面発光レーザ素子は、図1A及び1Bに示すように、
第1光反射膜1と、窒化物半導体の積層体5と、透光性のp電極6と、第2光反射膜8と
、絶縁膜7を備える。積層体5は、第1光反射膜1の上面に配置されており、n側半導体
層2、活性層3及び凸部4aを有するp側半導体層4がこの順に積層されている。p電極
6は、凸部4aの上面に接触し、凸部4aの周囲の表面に延長する。第2光反射膜8は、
凸部4aの上方から側方まで延長し、p電極6の上に配置され、誘電体積層膜を含む。絶
縁膜7は、凸部4aの上面と離間し、少なくともp側半導体層4の凸部4aの周囲の表面
の一部を被覆する。すなわち、絶縁膜7は凸部4aの上面には設けられていない。
このような構成を有する垂直共振器面発光レーザ素子とすることにより、p側半導体層
の凸部の上面を電流注入領域として、第2光反射膜8のうち電流注入領域の直上に位置す
る部分を平坦にすることができる。これにより、電流注入領域の直上において第2光反射
膜8による散乱による光のロスを低減することができる。その結果、垂直共振器面レーザ
素子から発振するレーザ光の形状を安定化することができる。また、垂直共振器面発光レ
ーザ素子の閾値電流の低下を図ることが可能となる。なお、本明細書において、n側半導
体層2からp側半導体層4に向かう方向を上方という。図において上下が逆転した場合で
あっても、n側半導体層2からp側半導体層4に向かう方向を上方として説明する。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the vertical cavity surface emitting laser device of one embodiment of the present invention has
It includes a first light reflecting film 1 , a nitride semiconductor laminate 5 , a translucent p-electrode 6 , a second light reflecting film 8 , and an insulating film 7 . The laminated body 5 is arranged on the upper surface of the first light reflecting film 1, and the n-side semiconductor layer 2, the active layer 3, and the p-side semiconductor layer 4 having the convex portion 4a are laminated in this order. The p-electrode 6 contacts the upper surface of the protrusion 4a and extends to the surface surrounding the protrusion 4a. The second light reflecting film 8 is
It extends laterally from above the projection 4a, is arranged on the p-electrode 6, and includes a dielectric laminated film. The insulating film 7 is spaced apart from the upper surface of the protrusion 4a and covers at least part of the surface of the p-side semiconductor layer 4 around the protrusion 4a. That is, the insulating film 7 is not provided on the upper surface of the convex portion 4a.
By using the vertical cavity surface emitting laser device having such a structure, the upper surface of the projection of the p-side semiconductor layer is used as a current injection region, and the portion of the second light reflection film 8 located directly above the current injection region. can be flattened. As a result, light loss due to scattering by the second light reflecting film 8 can be reduced immediately above the current injection region. As a result, the shape of laser light emitted from the vertical cavity surface laser device can be stabilized. In addition, it is possible to reduce the threshold current of the vertical cavity surface emitting laser device. In this specification, the direction from the n-side semiconductor layer 2 to the p-side semiconductor layer 4 is referred to as upward. The direction from the n-side semiconductor layer 2 to the p-side semiconductor layer 4 will be described as the upper side even if the top and bottom of the drawing are reversed.

(窒化物半導体の積層体)
窒化物半導体の積層体5は、例えば、GaN系半導体からなるn側半導体層2、GaN
系半導体からなる活性層3、GaN系半導体からなるp側半導体層4が、第1光反射膜1
上にこの順に積層されて構成されている。GaN系半導体としては、例えば、AlGaN
、GaN、InGaNが挙げられる。
n側半導体層2は、単層又は多層であり、n型不純物、例えば、Si等をドープしたn
型層を1層以上有する。活性層3は、例えば、InGaNよりなる量子井戸層と、GaN
よりなる障壁層とを交互に積層した積層体である。積層数は所望の特性により適宜設定す
ることができる。p側半導体層4は、p側光ガイド層と、その上に配置されたp側コンタ
クト層を有することができる。p側コンタクト層は、p型不純物、例えば、Mg等がドー
プされた層である。p側光ガイド層は、p型不純物を、p側コンタクト層よりもp型不純
物を低濃度でドープした層又はアンドープの層とすることができる。この場合、p側コン
タクト層はp側半導体層4の最上層とする。
(Laminate of nitride semiconductor)
The nitride semiconductor laminate 5 includes, for example, the n-side semiconductor layer 2 made of a GaN-based semiconductor, GaN
The active layer 3 made of a GaN-based semiconductor and the p-side semiconductor layer 4 made of a GaN-based semiconductor constitute the first light reflecting film 1 .
They are stacked on top in this order. As a GaN-based semiconductor, for example, AlGaN
, GaN, and InGaN.
The n-side semiconductor layer 2 is a single layer or multiple layers, and is an n-type semiconductor layer doped with an n-type impurity such as Si.
It has one or more mold layers. The active layer 3 includes, for example, a quantum well layer made of InGaN and a GaN
It is a laminate obtained by alternately laminating barrier layers made of The number of laminations can be appropriately set according to the desired properties. The p-side semiconductor layer 4 can have a p-side optical guide layer and a p-side contact layer disposed thereon. The p-side contact layer is a layer doped with p-type impurities such as Mg. The p-side optical guide layer can be a layer doped with p-type impurities at a lower concentration than the p-side contact layer or an undoped layer. In this case, the p-side contact layer is the uppermost layer of the p-side semiconductor layer 4 .

n側半導体層2、活性層3及びp側半導体層4の各厚みは、適宜設定することができる
。後述する第1光反射膜1の上面から第2光反射膜8の下面までの全膜厚をλ/2nの整
数倍とし、その間に定在波が生じるように設定する。そして、定在波の最も強い部分が活
性層3に、定在波の最も弱い部分が、後述する透光性のp電極6に位置するように配置す
る。
Each thickness of the n-side semiconductor layer 2, the active layer 3, and the p-side semiconductor layer 4 can be appropriately set. The total film thickness from the upper surface of the first light reflecting film 1 to the lower surface of the second light reflecting film 8, which will be described later, is an integer multiple of λ/2n, and is set so that a standing wave is generated between them. Then, they are arranged so that the strongest portion of the standing wave is positioned on the active layer 3 and the weakest portion of the standing wave is positioned on the translucent p-electrode 6, which will be described later.

窒化物半導体層の積層体5は、p側半導体層4の上面に凸部4aを有する。この凸部4
aの上面が電流注入領域として機能する。電流注入領域の直下が発光部となる。凸部4a
の平面視形状としては、円形、楕円形、多角形等の形状が挙げられるが、窒化物半導体の
積層体5により均一な電流を注入することを考慮して、円形であるものが好ましい。凸部
4aの上面の大きさは、例えば、直径又は一辺の長さ3μm~12μmが挙げられる。凸
部4aの側面は、凸部4aの上面に対して垂直でもよく、傾斜していてもよい。例えば、
凸部4aは錐台形状とすることができる。凸部4aの高さは、例えば、十数nm~数百n
mが挙げられ、50nm~200nmとすることができる。
このように、p側半導体層4の上面に凸部4aを形成することにより発光部を規定する
ことができる。また、凸部4aを形成することにより共振器部分とその周辺部とで屈折率
差を与えることができ、横方向の光閉じ込めが可能となる。
The stack 5 of nitride semiconductor layers has a protrusion 4 a on the upper surface of the p-side semiconductor layer 4 . This convex part 4
The upper surface of a functions as a current injection region. A light emitting portion is directly below the current injection region. Projection 4a
The planar shape of is circular, elliptical, polygonal, or the like, but a circular shape is preferable in consideration of more uniform current injection into the nitride semiconductor laminate 5 . The size of the upper surface of the convex portion 4a is, for example, a diameter or a side length of 3 μm to 12 μm. The side surface of the convex portion 4a may be perpendicular to the upper surface of the convex portion 4a, or may be inclined. for example,
The convex portion 4a can have a frustum shape. The height of the convex portion 4a is, for example, ten and several nanometers to several hundred nanometers.
m, which can be from 50 nm to 200 nm.
Thus, by forming the convex portion 4a on the upper surface of the p-side semiconductor layer 4, the light emitting portion can be defined. Further, by forming the convex portion 4a, it is possible to give a refractive index difference between the resonator portion and its peripheral portion, thereby enabling light confinement in the lateral direction.

凸部4aは上方に突出している。凸部4aは、p側半導体層のなかでも、p型不純物を
最も高濃度にドープしたp側コンタクト層によって上面が形成されていることが好ましい
。p側コンタクト層のみによって凸部4a全体が形成されていてもよいが、高濃度にドー
プするp側コンタクト層は比較的薄膜で形成することが好ましく、一方で凸部4aを安定
して形成するためには凸部4aの高さはある程度高いことが好ましい。このため、凸部4
aはp側コンタクト層よりもp型不純物が低濃度にドープされた又はアンドープの層を有
することが好ましい。凸部4aの周囲に位置するp側半導体層4の表面には、このような
低濃度ドープ又はアンドープの層が配置していることが好ましい。この場合、凸部4aの
下方にも、その低濃度ドープ又はアンドープの層が配置されている。このような低濃度ド
ープ又はアンドープの層は、例えばp側光ガイド層である。言い換えると、凸部4aの上
面を構成する層のp型不純物濃度は、凸部4aの周囲の表面を構成する層のp型不純物濃
度よりも高いことが好ましい。これにより、凸部4aの上面は、透光性のp電極6とコン
タクトをとることができる。また、凸部4aの周囲の表面がp電極6と接触していても、
その部分には電流が実質的に注入されないようにすることができる。したがって、電流を
実質的に凸部4aの上面のみから、効率的に注入することができる。凸部4aの周囲の表
面を構成する層のp型不純物濃度は、例えば1×1017cm-3~1×1019cm-3とする
ことができ、凸部4aの上面を構成する層のp型不純物濃度は、例えば1×1020cm-3
~5×1020cm-3とすることができる。凸部4aの周囲の表面を構成する層は、例えば
p側光ガイド層である。凸部4aの上面を構成する層は、p側コンタクト層である。後述
する第2光反射膜8を平坦に形成するために、凸部4aの上面は平坦な面であることが好
ましい。
The convex portion 4a protrudes upward. The upper surface of the convex portion 4a is preferably formed by a p-side contact layer doped with p-type impurities at the highest concentration among the p-side semiconductor layers. Although the entire convex portion 4a may be formed only by the p-side contact layer, it is preferable to form the highly doped p-side contact layer with a relatively thin film, while stably forming the convex portion 4a. For this purpose, it is preferable that the height of the convex portion 4a is high to some extent. For this reason, the convex portion 4
Preferably, a has a layer doped or undoped with a p-type impurity at a lower concentration than the p-side contact layer. Such a low-concentration doped or undoped layer is preferably arranged on the surface of the p-side semiconductor layer 4 located around the convex portion 4a. In this case, the low-concentration doped or undoped layer is also arranged below the convex portion 4a. Such lightly doped or undoped layers are, for example, p-side optical guide layers. In other words, the p-type impurity concentration of the layer forming the upper surface of the convex portion 4a is preferably higher than the p-type impurity concentration of the layer forming the surface around the convex portion 4a. As a result, the upper surface of the convex portion 4a can be brought into contact with the translucent p-electrode 6. Next, as shown in FIG. Moreover, even if the surface around the convex portion 4a is in contact with the p-electrode 6,
Substantially no current can be injected into that portion. Therefore, the current can be effectively injected substantially only from the upper surface of the projection 4a. The p-type impurity concentration of the layer forming the surface around the convex portion 4a can be, for example, 1×10 17 cm −3 to 1×10 19 cm −3 . The p-type impurity concentration is, for example, 1×10 20 cm −3
˜5×10 20 cm −3 . The layer forming the surface around the convex portion 4a is, for example, a p-side optical guide layer. The layer forming the upper surface of the projection 4a is the p-side contact layer. In order to form a flat second light reflecting film 8, which will be described later, the upper surface of the convex portion 4a is preferably flat.

窒化物半導体層の積層体5は、上述した凸部4aの外周部分、つまり凸部4aの上面の
側において、p側半導体層4及び活性層3が厚み方向に除去されて、n側半導体層2が一
部露出していることが好ましい。これにより、レーザ素子に電流を供給するp電極及びn
電極を積層体の同一面側に配置することができる。
In the stack 5 of nitride semiconductor layers, the p-side semiconductor layer 4 and the active layer 3 are removed in the thickness direction at the outer peripheral portion of the convex portion 4a, that is, at the upper surface side of the convex portion 4a, and the n-side semiconductor layer is formed. 2 is preferably partially exposed. As a result, the p-electrode and the n-electrode that supply current to the laser element are formed.
The electrodes can be arranged on the same side of the laminate.

窒化物半導体層の積層体5は、第1光反射膜1上に配置されている。第1光反射膜1は
、例えば、半導体多層膜、誘電体多層膜を含んで構成される。屈折率が異なる2種以上の
膜を交互に積層することにより、光反射膜を得ることができる。半導体多層膜としては、
窒化物半導体層、例えば、AlGaInN化合物半導体が挙げられる。具体的には、Ga
N、AlGaN、GaInN、AlGaInNが挙げられる。なかでも、GaNと、それ
と格子整合するAlInNとの組み合わせが好ましい。誘電体積層膜としては、例えば、
Si、Mg、Al、Hf、Nb、Zr、Sc、Ta、Ga、Zn、Y、B、Ti等の酸化
物、窒化物又はフッ化物等が挙げられる。
第1光反射膜1は、意図する反射率を得るために、各層を構成する材料、膜厚、積層数
等を適宜選択することができる。例えば、積層膜を構成する各層の厚さはλ/4n(但し
、λはレーザの発振波長、nは各層を構成する媒質の屈折率である)であり、発振波長λ
、発振波長λでの用いる材料の屈折率nによって適宜設定することができる。具体的には
、λ/4nの奇数倍とすることが好ましい。例えば、発振波長λが410nmの発光素子
において、第1光反射膜を、GaN/AlInNから構成する場合、各層の厚みは、40
nm~70nmが挙げられる。積層膜の積層数は、意図する特性により適宜設定すること
ができる。積層膜の積層数は、2層以上が挙げられ、例えば5層~100層とすることが
できる。第1光反射膜1の全体の厚みは、例えば、0.08μm~7μmとすることがで
きる。
第1光反射膜1は、レーザ素子の発光部を覆う限り、大きさ及び形状は、適宜設計する
ことができる。
A stack 5 of nitride semiconductor layers is arranged on the first light reflecting film 1 . The first light reflecting film 1 includes, for example, a semiconductor multilayer film and a dielectric multilayer film. A light reflecting film can be obtained by alternately laminating two or more films having different refractive indices. As a semiconductor multilayer film,
Nitride semiconductor layers such as AlGaInN compound semiconductors can be used. Specifically, Ga
N, AlGaN, GaInN, and AlGaInN. Among them, a combination of GaN and AlInN lattice-matched thereto is preferable. As a dielectric laminated film, for example,
Si, Mg, Al, Hf, Nb, Zr, Sc, Ta, Ga, Zn, Y, B, Ti and other oxides, nitrides, or fluorides can be used.
In order to obtain the intended reflectance, the first light reflecting film 1 can appropriately select the material, film thickness, number of layers, etc. that constitute each layer. For example, the thickness of each layer constituting the laminated film is λ/4n (where λ is the oscillation wavelength of the laser and n is the refractive index of the medium constituting each layer), and the oscillation wavelength λ
, can be appropriately set depending on the refractive index n of the material used at the oscillation wavelength λ. Specifically, it is preferably an odd multiple of λ/4n. For example, in a light emitting device having an oscillation wavelength λ of 410 nm, when the first light reflecting film is composed of GaN/AlInN, the thickness of each layer is 40 nm.
nm to 70 nm. The number of laminated films to be laminated can be appropriately set depending on the intended properties. The number of layers of the laminated film may be 2 or more, and may be, for example, 5 to 100 layers. The total thickness of the first light reflecting film 1 can be, for example, 0.08 μm to 7 μm.
The size and shape of the first light reflecting film 1 can be appropriately designed as long as it covers the light emitting portion of the laser element.

第1光反射膜1及び窒化物半導体層の積層体5は、例えば、半導体成長用の基板11の
上に形成することができ、当該分野で公知の方法によって形成することができる。凸部4
aの形成及びn側半導体層2の一部露出は、窒化物半導体層の積層体5を形成した後、フ
ォトリソグラフィ及びエッチングなどの方法を利用すればよい。
The stack 5 of the first light reflecting film 1 and the nitride semiconductor layer can be formed, for example, on the substrate 11 for semiconductor growth by a method known in the art. Convex part 4
The formation of a and the partial exposure of the n-side semiconductor layer 2 may be performed by using methods such as photolithography and etching after forming the stack 5 of nitride semiconductor layers.

(p電極6)
p電極6は、p側半導体層4の凸部4aから電流を注入するための電極であり、少なく
とも凸部4aの上面に接触している電極である。p電極6は、凸部4aの側面まで延長し
ていてもよいし、凸部4aの周囲のp側半導体層4の上面にまで延長していてもよい。例
えば、p電極6は、凸部4aの上面から、凸部4aの側面を通って、凸部4a周囲のp側
半導体層4上にまで配置されている。上述したように、凸部4aの上面がp型不純物を高
濃度ドープしたp側コンタクト層によって形成されている場合には、少なくとも凸部4a
の上面で、p電極6から電流を注入することができる。また、上述したように、凸部4a
の周囲に位置するp側半導体層4の表面が、p型不純物を低濃度ドープした層によって形
成されている場合には、p電極6はこの部分でショットキー接触となる。したがって、電
流はp側コンタクト層のみから注入され、p電極6とp側半導体層4の間に絶縁膜を設け
なくても電流狭窄が可能となる。
(p-electrode 6)
The p-electrode 6 is an electrode for injecting a current from the convex portion 4a of the p-side semiconductor layer 4, and is an electrode in contact with at least the upper surface of the convex portion 4a. The p-electrode 6 may extend to the side surface of the protrusion 4a, or may extend to the upper surface of the p-side semiconductor layer 4 around the protrusion 4a. For example, the p-electrode 6 is arranged from the upper surface of the convex portion 4a through the side surface of the convex portion 4a and onto the p-side semiconductor layer 4 around the convex portion 4a. As described above, when the upper surface of the projection 4a is formed of the p-side contact layer heavily doped with p-type impurities, at least the projection 4a
current can be injected from the p-electrode 6 on the upper surface of the . Moreover, as described above, the convex portion 4a
If the surface of the p-side semiconductor layer 4 located around is formed of a layer doped with a p-type impurity at a low concentration, the p-electrode 6 makes Schottky contact at this portion. Therefore, current is injected only from the p-side contact layer, and current confinement is possible without providing an insulating film between the p-electrode 6 and the p-side semiconductor layer 4 .

p電極6は、p側半導体層4にのみ接触しているかぎり、その平面積の大きさは特に限
定されず、例えば、凸部4a上面の平面積よりも大きく、p側半導体層4の上面の外縁よ
り内側にその外縁が配置する大きさとすることができる。
p電極6は、レーザ発振する波長域に対して透光性の材料から形成される導電部材であ
る。透光性の材料としては、インジウム-錫酸化物(ITO、SnドープのIn23、結
晶性及びアモルファスを含む)、インジウム-亜鉛酸化物(IZO)、IFO(Fドープ
のIn23)、酸化錫(SnO2)、ATO(SbドープのSnO2)、FTO(Fドープ
のSnO2)、酸化亜鉛(ZnO、AlドープのZnO、BドープのZnOを含む)、ガ
リウム酸化物、チタン酸化物、ニオブ酸化物、ニッケル酸化物等を母材とする透明導電材
料が挙げられる。具体的にはITOが挙げられる。膜厚は薄いほうが、p電極6による光
吸収を低減することができる一方、抵抗が上昇するため、これらのバランスを考慮して適
宜調整することができる。p電極6の膜厚は、例えば、5nm~100nmが挙げられる
The plane area of the p-electrode 6 is not particularly limited as long as it is in contact with the p-side semiconductor layer 4 only. may be sized such that its outer edge is positioned inside the outer edge of the
The p-electrode 6 is a conductive member made of a material that is translucent to the wavelength range of laser oscillation. Translucent materials include indium-tin oxide (ITO, Sn-doped In 2 O 3 , including crystalline and amorphous), indium-zinc oxide (IZO), IFO (F-doped In 2 O 3 ), tin oxide (SnO 2 ), ATO (Sb-doped SnO 2 ), FTO (F-doped SnO 2 ), zinc oxide (including ZnO, Al-doped ZnO, B-doped ZnO), gallium oxide, titanium Examples of transparent conductive materials include oxides, niobium oxides, nickel oxides, and the like as base materials. A specific example is ITO. The thinner the film thickness, the more the light absorption by the p-electrode 6 can be reduced, while the resistance increases. The film thickness of the p-electrode 6 is, for example, 5 nm to 100 nm.

(第2光反射膜8)
第2光反射膜8は、p電極6の上に配置され、凸部4aの上面から凸部4aの周囲の表
面の少なくとも一部に配置されている。このような配置により、第2光反射膜8は、電流
注入領域の直上において平坦に形成することができる。凸部4aの周囲の表面の少なくと
も一部とは、例えば、凸部4aを取り囲む領域であって、凸部4aの直径又は一辺の長さ
の10%~50%程度大きくなる直径又は一辺の長さの領域が挙げられる。凸部4aの上
面の面積は電流狭窄を行なうため小さいことが好ましいが、第2光反射膜8の平面積はあ
る程度大きい方が形成しやすい。このため、第2光反射膜8は凸部4aの上面のみではな
く凸部4aの周囲の表面の少なくとも一部を含む領域にまで設けられていることが好まし
い。
第2光反射膜は、誘電体多層膜を含んで構成することができる。第2光反射膜は、上述
した第1光反射膜1で例示した誘電体多層膜と同様の構成とすることができる。例えば、
SiO2/Nb25、SiO2/Ta25、SiO2/Al23が挙げられる。各層の厚さ
はλ/4n(ここで、λはレーザの発振波長、nは各層を構成する媒質の屈折率である)
である。積層数は意図する特性により適宜設定することができる。具体的には、第2光反
射膜8を、SiO2/Nb23等から構成する場合、各層は、40nm~70nmが挙げ
られる。積層膜の積層数は、2層以上が挙げられ、例えば5層~20層とすることができ
る。第2光反射膜8の全体の厚みは、例えば、0.08μm~2.0μmが挙げられ、0
.6μm~1.7μmとすることができる。
第2光反射膜8は、後述する絶縁膜7とは離間して配置されていることが好ましい。
(Second light reflecting film 8)
The second light reflecting film 8 is arranged on the p-electrode 6 and is arranged from the upper surface of the convex portion 4a to at least part of the surface around the convex portion 4a. With such an arrangement, the second light reflecting film 8 can be formed flat directly above the current injection region. At least a part of the surface surrounding the convex portion 4a is, for example, a region surrounding the convex portion 4a, the diameter or the length of one side of which is about 10% to 50% larger than the diameter or the length of one side of the convex portion 4a. area. It is preferable that the area of the upper surface of the convex portion 4a is small in order to confine the current, but it is easier to form the second light reflecting film 8 if the planar area thereof is large to some extent. Therefore, it is preferable that the second light reflecting film 8 is provided not only on the upper surface of the convex portion 4a but also on a region including at least part of the surface around the convex portion 4a.
The second light reflecting film can be configured including a dielectric multilayer film. The second light reflecting film can have the same structure as the dielectric multilayer film exemplified for the first light reflecting film 1 described above. for example,
SiO2 / Nb2O5 , SiO2 / Ta2O5 , and SiO2 / Al2O3 . The thickness of each layer is λ/4n (where λ is the oscillation wavelength of the laser and n is the refractive index of the medium that constitutes each layer).
is. The number of laminations can be appropriately set depending on the intended properties. Specifically, when the second light reflecting film 8 is composed of SiO 2 /Nb 2 O 3 or the like, each layer has a thickness of 40 nm to 70 nm. The number of laminated films may be 2 or more, and may be, for example, 5 to 20 layers. The overall thickness of the second light reflecting film 8 is, for example, 0.08 μm to 2.0 μm.
. It can be from 6 μm to 1.7 μm.
It is preferable that the second light reflecting film 8 is arranged apart from the insulating film 7 which will be described later.

(絶縁膜7)
絶縁膜7は、凸部4aの上面と離間して配置される。絶縁膜7は、少なくともp側半導
体層4の凸部4aの周囲の表面の一部を被覆する。絶縁膜7の形成位置及び厚みは、凸部
4aの上面の直上において第2光反射膜8が平坦であるように設定する。絶縁膜7は第2
光反射膜8と離間して配置されることが好ましい。これにより、より確実に凸部4aの上
面の直上において第2光反射膜8を平坦に配置することができる。また、図8に示すよう
に、絶縁膜7の厚みを凸部4aの上面に達しない程度とし、絶縁膜7を、凸部4aの側面
に接するが凸部4aの側面の一部のみ、例えば半分未満を被覆するように配置してもよい
。このような配置であれば、凸部4aの上面の直上において第2光反射膜8を平坦とする
ことができ、且つ、絶縁膜7によってより確実に凸部4aの周囲のp側半導体層4への電
流注入を防止することができる。また、絶縁膜7は、p側半導体層4のみならず、活性層
3の側面と、露出したn側半導体層2の上面の一部を被覆してもよいし、さらに積層体5
の側面を被覆してもよい。
絶縁膜7は、SiO2を含むSiOX系材料、SiN等のSiNY系材料、SiOXY
材料、Ta25、ZrO2、AlN、Al23、Ga23等の無機材料等によって形成す
ることができる。絶縁膜を構成する材料は、積層体5を構成する材料よりも屈折率が小さ
いことが好ましい。
(insulating film 7)
The insulating film 7 is arranged apart from the upper surface of the projection 4a. The insulating film 7 covers at least part of the surface of the p-side semiconductor layer 4 around the protrusion 4a. The formation position and thickness of the insulating film 7 are set so that the second light reflecting film 8 is flat directly above the upper surface of the convex portion 4a. The insulating film 7 is the second
It is preferable that the light reflecting film 8 be spaced apart from the light reflecting film 8 . As a result, the second light reflecting film 8 can be arranged flatly directly above the upper surface of the convex portion 4a more reliably. Further, as shown in FIG. 8, the thickness of the insulating film 7 is set so that it does not reach the upper surface of the convex portion 4a, and the insulating film 7 is in contact with the side surface of the convex portion 4a, but only a part of the side surface of the convex portion 4a. It may be arranged to cover less than half. With such an arrangement, the second light reflecting film 8 can be flattened immediately above the upper surface of the convex portion 4a, and the insulating film 7 more reliably ensures that the p-side semiconductor layer 4 around the convex portion 4a is flat. can prevent current injection into the The insulating film 7 may cover not only the p-side semiconductor layer 4 but also the side surface of the active layer 3 and part of the exposed top surface of the n-side semiconductor layer 2 .
may be coated on the sides of the
The insulating film 7 is made of SiOx - based materials including SiO2 , SiNy - based materials such as SiN, SiOxNy - based materials, Ta2O5 , ZrO2 , AlN, Al2O3 , Ga2O3 , and the like . It can be formed from an inorganic material or the like. The material forming the insulating film preferably has a lower refractive index than the material forming the laminate 5 .

(その他の部材)
(パッド電極9p、n電極9n)
垂直共振器面発光レーザ素子10Aは、さらに、p側半導体層4の上に形成された透光
性のp電極6に電気的に接続されたpパッド電極9pと、露出したn側半導体層2に電気
的に接続されたn電極9nとが配置されていることが好ましい。
これらpパッド電極9p及びn電極9nは、当該分野において通常電極として用いられ
る導電性材料の何れによって形成してもよい。例えば、Ti/Pt/Au、Ti/Rh/
Au等が挙げられる。パッド電極9pは、凸部4aの外周を取り囲む形状で配置すること
が好ましい。これにより、パッド電極9pからp電極6を介して、p側半導体層4により
均一に電流を注入することができる。また、パッド電極9pは、第2光反射膜8と離間し
て配置することが好ましい。このように、pパッド電極9pが第2光反射膜8の直下に配
置されないことにより、電流注入領域の直上における第2光反射膜8の平坦性をより確実
に確保することができる。
n電極9n及びパッド電極9pは、同じ又は異なる材料にて単層構造で形成されていて
もよいし、同じ材料によって、同じ積層構造で形成されていてもよいし、異なる材料で異
なる積層構造で形成されていてもよい。n電極9n及びパッド電極9pを同じ材料によっ
て同じ積層構造で形成する場合、n電極9n及びパッド電極9pを同一工程で形成するこ
とができる。
(Other members)
(Pad electrode 9p, n-electrode 9n)
The vertical cavity surface emitting laser device 10A further includes a p-pad electrode 9p electrically connected to a translucent p-electrode 6 formed on the p-side semiconductor layer 4, and an exposed n-side semiconductor layer 2. It is preferable that an n-electrode 9n electrically connected to .
These p-pad electrode 9p and n-electrode 9n may be formed of any conductive material commonly used as an electrode in this field. For example, Ti/Pt/Au, Ti/Rh/
Au etc. are mentioned. The pad electrode 9p is preferably arranged in a shape surrounding the outer periphery of the convex portion 4a. As a result, the current can be more uniformly injected into the p-side semiconductor layer 4 from the pad electrode 9p through the p-electrode 6 . Moreover, it is preferable to arrange the pad electrode 9p apart from the second light reflecting film 8 . Since the p-pad electrode 9p is not arranged directly below the second light reflecting film 8 in this manner, the flatness of the second light reflecting film 8 directly above the current injection region can be ensured more reliably.
The n-electrode 9n and the pad electrode 9p may be formed of the same or different materials in a single layer structure, may be formed of the same material in the same laminated structure, or may be formed of different materials in different laminated structures. may be formed. When the n-electrode 9n and the pad electrode 9p are formed from the same material with the same laminated structure, the n-electrode 9n and the pad electrode 9p can be formed in the same process.

(基板11)
窒化物半導体の積層体5は、通常、半導体成長用基板の上に積層されることから、垂直
共振器面発光レーザ素子は、半導体成長用の基板11を有していてもよい。第1光反射膜
1が窒化物半導体から形成される場合は、基板11の上にまず第1光反射膜1を形成し、
その上に積層体5を形成する。また、積層体5を形成した後に、積層体5から半導体成長
用基板を除去し、除去によって露出した積層体5の表面に第1光反射膜1が形成されてい
てもよい。半導体成長用の基板11としては、例えば、窒化物半導体(GaN等)、サフ
ァイア、炭化珪素、シリコン等の基板が挙げられる。
(substrate 11)
Since the nitride semiconductor laminate 5 is usually laminated on a substrate for semiconductor growth, the vertical cavity surface emitting laser device may have a substrate 11 for semiconductor growth. When the first light reflecting film 1 is made of a nitride semiconductor, the first light reflecting film 1 is first formed on the substrate 11,
A laminate 5 is formed thereon. Further, after the laminate 5 is formed, the semiconductor growth substrate may be removed from the laminate 5 and the first light reflecting film 1 may be formed on the surface of the laminate 5 exposed by the removal. Examples of the substrate 11 for semiconductor growth include substrates such as nitride semiconductors (such as GaN), sapphire, silicon carbide, and silicon.

(放熱基板12)
上述した垂直共振器面発光レーザ素子は、図2に示すように、放熱基板12に接合され
ていてもよい。放熱基板12としては、AlN等のセラミックス、炭化珪素等の半導体か
らなる半導体基板、金属単体基板又は2種以上の金属の複合体からなる金属基板等が挙げ
られる。例えば、絶縁性のAlNセラミックスを母材とし、その表面に複数の金属膜15
が形成された基板を放熱基板12として用いることができる。金属膜15は、それぞれ、
pパッド電極9p及びn電極9nと電気的に接続される。p電極とn電極が積層体5を挟
んで配置されている場合や、第1光反射膜1の側を放熱基板12に接合する場合など、p
電極とn電極の両方を放熱基板12に電気的に接続する必要がない場合は、放熱基板12
として金属基板などの導電性の基板を用いてもよい。放熱基板12の膜厚は、例えば、5
0μm~500μm程度が挙げられる。
放熱基板12の形成方法は、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。
(Heat dissipation substrate 12)
The vertical cavity surface emitting laser device described above may be bonded to a heat dissipation substrate 12 as shown in FIG. Examples of the heat dissipation substrate 12 include a semiconductor substrate made of ceramics such as AlN, a semiconductor such as silicon carbide, a single metal substrate, or a metal substrate made of a composite of two or more metals. For example, an insulating AlN ceramic is used as a base material, and a plurality of metal films 15 are formed on the surface thereof.
can be used as the heat dissipation substrate 12 . The metal films 15 are respectively
It is electrically connected to p-pad electrode 9p and n-electrode 9n. When the p-electrode and the n-electrode are arranged with the laminated body 5 interposed therebetween, or when the first light reflecting film 1 side is bonded to the heat dissipation substrate 12, the p
If it is not necessary to electrically connect both the electrode and the n-electrode to the heat dissipation substrate 12, the heat dissipation substrate 12
A conductive substrate such as a metal substrate may be used as the substrate. The film thickness of the heat dissipation substrate 12 is, for example, 5
About 0 μm to 500 μm can be mentioned.
As a method for forming the heat dissipation substrate 12, a method commonly used in the relevant field can be used.

(反射防止膜14)
上述した垂直共振器面発光レーザ素子は、第1光反射膜1側からレーザ光が出射される
が、第1光反射膜1の積層体5とは反対側の面、上述した基板11を有する場合には、基
板11の積層体5とは反対側の面に、反射防止膜14を配置していてもよい。反射防止膜
14としては、上述した第1光反射膜1で例示した誘電体多層膜と同様の材料を用いるこ
とができる。積層数や各層の厚みを光反射膜とは異なるものとすることで反射防止機能を
有する膜を形成することができる。例えば、SiO2/Nb25、SiO2/Ta25、S
iO2/Al23等が挙げられる。その厚みは、例えば、0.4μmが挙げられる。
(Antireflection film 14)
The vertical cavity surface emitting laser device described above emits a laser beam from the side of the first light reflecting film 1, and has the above-described substrate 11 on the surface of the first light reflecting film 1 opposite to the laminate 5. In some cases, an antireflection film 14 may be arranged on the surface of the substrate 11 opposite to the laminate 5 . As the antireflection film 14, the same material as the dielectric multilayer film exemplified for the first light reflection film 1 can be used. By making the number of layers and the thickness of each layer different from those of the light reflecting film, a film having an antireflection function can be formed. For example, SiO2 / Nb2O5 , SiO2 / Ta2O5 , S
iO 2 /Al 2 O 3 and the like. Its thickness is, for example, 0.4 μm.

〔垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法〕
上述した垂直共振器面発光レーザ素子は、例えば、以下の方法により製造することがで
きる。
まず、図3A及び3B等に示すように、半導体成長用の基板11を準備し、第1光反射
膜1を形成し、さらに、第1光反射膜1の上面に、n側半導体層2、活性層3及び凸部4
aを有するp側半導体層4をこの順に積層して窒化物半導体の積層体5を形成する。窒化
物半導体層の積層体5を形成した後、凸部4aの形成の前後に、p側半導体層4及び活性
層3の一部を除去することにより、n側半導体層2の表面を露出させることができる。
その後、図3A及び3Bに示すように、凸部4aの上面に接触し、凸部4aの周囲の表
面に延長する透光性のp電極6を形成する。
続いて、図4A及び4Bに示すように、p側半導体層4の凸部4aの側方等を被覆する
絶縁膜7を形成する。絶縁膜7は、p電極6と接触しないように形成してもよいが、p電
極6の外周を被覆するように、その一部がp電極6を被覆するように形成することが好ま
しい。
任意に、図5A及び5Bに示すように、絶縁膜7を形成した後、pパッド電極9p及び
n電極9nを形成する。特に、pパッド電極9pを、凸部4aよりも大きく、凸部4aの
上面及びその周りを取り囲むようなリング状で形成することによって、pパッド電極9p
からp電極6を介して、p側半導体層4により均一に電流を注入することができる。
次に、図1A及び1Bに示すように、誘電体積層膜を含む第2光反射膜8を形成する。
第2光反射膜8は、p電極6の上であって、凸部4aの上面から少なくとも凸部4aの周
囲の表面の一部の上に形成する。第2光反射膜8は、絶縁膜7とは離間し、接触しないよ
うに配置することが好ましい。このように、第2光反射膜8を形成することにより、図1
Cに示すように、凸部4aの上面、つまり、電流注入領域Xの直上において、第2光反射
膜8を、より確実に、その領域Xの端部まで平坦に配置することができる。これにより、
発光部にキャリアを効果的に注入することができる。その結果、発光部においてレーザ光
を得ることができる。なお、第2光反射膜8は、電流注入領域Xの端部まで平坦に配置さ
れていればよく、その限りにおいて、絶縁膜7と接触してもよい。
[Manufacturing Method of Vertical Cavity Surface Emitting Laser Device]
The vertical cavity surface emitting laser device described above can be manufactured, for example, by the following method.
First, as shown in FIGS. 3A and 3B, etc., a substrate 11 for semiconductor growth is prepared, a first light reflecting film 1 is formed, and an n-side semiconductor layer 2, Active layer 3 and convex portion 4
The p-side semiconductor layer 4 having the a is laminated in this order to form the laminated body 5 of the nitride semiconductor. After the stack 5 of nitride semiconductor layers is formed, the surface of the n-side semiconductor layer 2 is exposed by removing part of the p-side semiconductor layer 4 and the active layer 3 before and after the formation of the protrusion 4a. be able to.
After that, as shown in FIGS. 3A and 3B, a translucent p-electrode 6 is formed in contact with the upper surface of the convex portion 4a and extending to the surrounding surface of the convex portion 4a.
Subsequently, as shown in FIGS. 4A and 4B, an insulating film 7 is formed to cover the sides of the protrusions 4a of the p-side semiconductor layer 4 and the like. The insulating film 7 may be formed so as not to be in contact with the p-electrode 6 , but preferably formed so as to cover the outer periphery of the p-electrode 6 and partially cover the p-electrode 6 .
Optionally, after forming insulating film 7, p-pad electrode 9p and n-electrode 9n are formed, as shown in FIGS. 5A and 5B. In particular, by forming the p-pad electrode 9p in a ring shape that is larger than the projection 4a and surrounds the upper surface of the projection 4a and its surroundings, the p-pad electrode 9p
The current can be more uniformly injected into the p-side semiconductor layer 4 via the p-electrode 6 from the .
Next, as shown in FIGS. 1A and 1B, a second light reflecting film 8 including a dielectric laminated film is formed.
The second light reflecting film 8 is formed on the p-electrode 6 and on at least part of the surface surrounding the convex portion 4a from the upper surface of the convex portion 4a. It is preferable that the second light reflecting film 8 is spaced apart from the insulating film 7 and arranged so as not to come into contact with the insulating film 7 . By forming the second light reflecting film 8 in this way, the
As shown in C, the second light reflecting film 8 can be arranged flat to the end of the region X on the upper surface of the projection 4a, ie, directly above the current injection region X, more reliably. This will
Carriers can be effectively injected into the light emitting portion. As a result, laser light can be obtained at the light emitting portion. The second light reflecting film 8 only needs to be flatly arranged up to the end of the current injection region X, and may be in contact with the insulating film 7 to that extent.

このようにして得られた垂直共振器面発光レーザ素子を放熱基板に接合する場合、例え
ば、図6Aに示すように、半導体成長用の基板の第1光反射膜1と反対側の面を薄膜化し
て、薄膜化された基板11aを形成する。この際、半導体成長用の基板を完全に除去して
もよい。薄膜化又は除去は、当該分野で公知の研磨方法やエッチング方法等を利用して行
うことができる。
また、図6Bに示すように、基板11aの第1光反射膜1と反対側の面に反射防止膜1
4を形成してもよい。基板11を完全除去する場合は、反射防止膜14は第1光反射膜1
の表面に形成してよい。
さらに、図2に示すように、得られた積層体5を、放熱基板12に接合する。接合に用
いる接合層13は、例えば、上述したpパッド電極9p及びn電極9n等と同様の材料の
ほか、半田等を用いることができる。接合層13は、pパッド電極9p及びn電極9nに
それぞれに接合し、放熱基板12の金属膜15とそれぞれ接合するように配置することが
できる。この場合、接合層13は導電性であり、接合層13を介して、pパッド電極9p
と1つの金属膜15を電気的に接続し、n電極9nと別の金属膜15を電気的に接続する
。また、放熱基板12と得られた積層体5との間、つまり積層体5における接合層13が
配置される領域以外の領域は、空洞のままであってもよいし、絶縁性の放熱部材等によっ
て埋め込んでもよい。
接合は、例えば、図2に示すように接合層13を配置した後、加熱によって接合層13
を軟化させることによって行うことができる。
なお、放熱基板12への積層体5の接合は、基板11の薄膜化等及び/又は反射防止膜
14の形成の前に行ってもよい。
When bonding the thus obtained vertical cavity surface emitting laser device to a heat dissipation substrate, for example, as shown in FIG. to form a thinned substrate 11a. At this time, the substrate for semiconductor growth may be completely removed. Thinning or removal can be performed using a polishing method, an etching method, or the like known in the art.
Further, as shown in FIG. 6B, an antireflection film 1 is formed on the surface of the substrate 11a opposite to the first light reflecting film 1.
4 may be formed. When the substrate 11 is completely removed, the antireflection film 14 is replaced by the first light reflection film 1
may be formed on the surface of
Furthermore, as shown in FIG. 2, the laminate 5 thus obtained is joined to a heat dissipation substrate 12 . For the bonding layer 13 used for bonding, for example, solder or the like can be used in addition to the same material as the p-pad electrode 9p and the n-electrode 9n described above. The bonding layer 13 can be arranged so as to be bonded to the p-pad electrode 9p and the n-electrode 9n, respectively, and to be bonded to the metal film 15 of the heat dissipation substrate 12, respectively. In this case, the bonding layer 13 is conductive, and the p-pad electrode 9p is connected through the bonding layer 13.
and one metal film 15 are electrically connected, and the n-electrode 9n and another metal film 15 are electrically connected. In addition, the area between the heat dissipation substrate 12 and the obtained laminate 5, that is, the area of the laminate 5 other than the area where the bonding layer 13 is disposed may remain hollow, or may be an insulating heat dissipation member or the like. can be embedded by
For the bonding, for example, after the bonding layer 13 is arranged as shown in FIG.
can be done by softening the
Note that the bonding of the laminate 5 to the heat dissipation substrate 12 may be performed before thinning the substrate 11 and/or forming the antireflection film 14 .

試験例1
垂直共振器面発光レーザ素子10Aとして、図1A及び1Bに示すように、GaN基板
11と、窒化物半導体の積層体5と、ITOからなる透光性のp電極6(30nm厚)と
、誘電体積層膜を含む第2光反射膜8(SiO2/Nb23、λ/4厚、15.5ペア)
と、絶縁膜7(SiO2、100nm厚)を有するレーザ素子を形成した。積層体5は、
第1光反射膜1(GaN/Al0.8In0.2N=46.6nm/51.2nm厚)、n側半
導体層2(SiドープGaN)、活性層3(GaN/InGaN)、p側半導体層4(M
gドープGaN及びアンドープAlGaN)がこの順に積層されている。p側半導体層4
は凸部4a(高さ:70nm、直径:5μm、上面視形状:円形)を有する。p電極6は
凸部4aの上面に接触し、凸部4aの周囲の表面に延長している。第2光反射膜8は凸部
4aの側方まで延長し、p電極6の上に配置されている。絶縁膜7は第2光反射膜8と離
間し、p側半導体層4の凸部4aの周囲の表面の少なくとも一部を被覆している。積層体
5は、一部において、p側半導体層4及び活性層3が除去されてn側半導体層2が露出し
ており、その表面及びp電極6上にはn電極9n及びpパッド電極9p(Ti/Pt/A
u、1.5nm/200nm/500nm)が形成された。
Test example 1
As shown in FIGS. 1A and 1B, the vertical cavity surface emitting laser element 10A includes a GaN substrate 11, a nitride semiconductor laminate 5, a translucent p-electrode 6 (thickness of 30 nm) made of ITO, and a dielectric material. Second light reflecting film 8 (SiO 2 /Nb 2 O 3 , λ/4 thickness, 15.5 pairs) including a body laminated film
Then, a laser device having an insulating film 7 (SiO 2 , 100 nm thick) was formed. The laminate 5 is
First light reflecting film 1 (GaN/Al 0.8 In 0.2 N=46.6 nm/51.2 nm thick), n-side semiconductor layer 2 (Si-doped GaN), active layer 3 (GaN/InGaN), p-side semiconductor layer 4 (M
g-doped GaN and undoped AlGaN) are laminated in this order. p-side semiconductor layer 4
has a convex portion 4a (height: 70 nm, diameter: 5 μm, top view shape: circular). The p-electrode 6 is in contact with the upper surface of the convex portion 4a and extends to the surrounding surface of the convex portion 4a. The second light reflecting film 8 extends to the side of the convex portion 4 a and is arranged on the p-electrode 6 . The insulating film 7 is spaced apart from the second light reflecting film 8 and covers at least part of the surface of the p-side semiconductor layer 4 around the protrusion 4a. In the laminated body 5, the p-side semiconductor layer 4 and the active layer 3 are partially removed to expose the n-side semiconductor layer 2. On the surface and the p-electrode 6, an n-electrode 9n and a p-pad electrode 9p are formed. (Ti/Pt/A
u, 1.5 nm/200 nm/500 nm) were formed.

このような構成の垂直共振器面発光レーザ素子10Aを、室温にて電流(1mA)を注
入して連続動作させたところ、図1Bにおける上方向にレーザ光が出射された。垂直共振
器面発光レーザ素子10Aの上方からその近視野像(NFP)を観察したところ、図7に
示すように、電流注入領域(点線)の中央部で発振したことが確認された。図7において
、レーザ光のNFPの形状は概ね円形であり、その中心部の発光強度が最大であるといえ
る。なお、図7では、白色に近いほど発光強度が大きいことを示している。
このように、本実施形態における垂直共振器面発光レーザ素子10Aは、発振するレー
ザ光の形状を安定化することができる。
When the vertical cavity surface emitting laser element 10A having such a configuration was operated continuously by injecting a current (1 mA) at room temperature, laser light was emitted upward in FIG. 1B. Observing the near-field image (NFP) of the vertical cavity surface emitting laser device 10A from above, it was confirmed that oscillation occurred in the central portion of the current injection region (dotted line), as shown in FIG. In FIG. 7, the shape of the NFP of the laser light is generally circular, and it can be said that the emission intensity is maximum at the central portion. Note that FIG. 7 shows that the closer to white the light is, the higher the emission intensity is.
Thus, the vertical cavity surface emitting laser device 10A in this embodiment can stabilize the shape of the oscillating laser light.

1 第1光反射膜
2 n側半導体層
3 活性層
4 p側半導体層
4a 凸部
5 窒化物半導体の積層体
6 p電極
7 絶縁膜
8 第2光反射膜
9p、9n パッド電極
10A 垂直共振器面発光レーザ素子
11 半導体成長用の基板
12 放熱基板
13 接合層
14 反射防止膜
15 金属膜
REFERENCE SIGNS LIST 1 first light reflecting film 2 n-side semiconductor layer 3 active layer 4 p-side semiconductor layer 4a convex portion 5 nitride semiconductor laminate 6 p-electrode 7 insulating film 8 second light reflecting film 9p, 9n pad electrode 10A vertical resonator Surface emitting laser element 11 substrate for semiconductor growth 12 heat dissipation substrate 13 bonding layer 14 antireflection film 15 metal film

Claims (9)

第1光反射膜と、
前記第1光反射膜の上面に、n側半導体層、活性層、及び、電流注入領域を有するp側半導体層がこの順に積層された窒化物半導体の積層体と、
前記電流注入領域の上面に接触し、前記電流注入領域の周囲の表面に延長する透光性のp電極と、
前記p電極の上に配置され、前記電流注入領域の上面から前記電流注入領域の周囲の表面の少なくとも一部に配置されている、誘電体積層膜を含む第2光反射膜と、
前記電流注入領域の上面と離間し、前記積層体の側面の少なくとも一部を被覆する絶縁膜と、
を備える垂直共振器面発光レーザ素子。
a first light reflecting film;
a nitride semiconductor laminate in which an n-side semiconductor layer, an active layer, and a p-side semiconductor layer having a current injection region are laminated in this order on the upper surface of the first light reflecting film;
a translucent p-electrode in contact with the top surface of the current injection region and extending to a surface surrounding the current injection region;
a second light reflecting film including a dielectric laminated film disposed on the p-electrode and extending from the upper surface of the current injection region to at least part of the surface surrounding the current injection region;
an insulating film that is separated from the upper surface of the current injection region and covers at least a portion of the side surface of the laminate;
A vertical cavity surface emitting laser device comprising:
前記絶縁膜は、前記p側半導体層の前記電流注入領域の周囲の表面の一部を被覆する請求項1に記載の垂直共振器面発光レーザ素子。 2. The vertical cavity surface emitting laser device according to claim 1, wherein said insulating film covers part of the surface of said p-side semiconductor layer surrounding said current injection region. 前記絶縁膜は、前記第2光反射膜と離間している請求項2に記載の垂直共振器面発光レーザ素子。 3. The vertical cavity surface emitting laser device according to claim 2, wherein said insulating film is separated from said second light reflecting film. 前記電流注入領域の側方で前記p電極と接続し、前記絶縁膜上に配置されたpパッド電極をさらに備える請求項1~3のいずれか1項に記載の垂直共振器面発光レーザ素子。 4. The vertical cavity surface emitting laser device according to claim 1, further comprising a p-pad electrode connected to said p-electrode on the side of said current injection region and arranged on said insulating film. 前記pパッド電極は前記第2光反射膜から離間している請求項4に記載の垂直共振器面発光レーザ素子。 5. The vertical cavity surface emitting laser device according to claim 4, wherein said p-pad electrode is separated from said second light reflecting film. 前記第1光反射膜は、半導体多層膜を含む請求項1~5のいずれか1項に記載の垂直共振器面発光レーザ素子。 6. The vertical cavity surface emitting laser device according to claim 1, wherein the first light reflecting film includes a semiconductor multilayer film. 前記p側半導体層は、p側光ガイド層及び該p側光ガイド層の上に配置されたp側コンタクト層を有し、
前記電流注入領域は、上面に前記p側コンタクト層を有し、かつ前記電流注入領域の周囲の表面は前記p側光ガイド層の表面である請求項1~6のいずれか1項に記載の垂直共振器面発光レーザ素子。
The p-side semiconductor layer has a p-side optical guide layer and a p-side contact layer disposed on the p-side optical guide layer,
7. The current injection region according to any one of claims 1 to 6, wherein the current injection region has the p-side contact layer on its upper surface, and the surface surrounding the current injection region is the surface of the p-side optical guide layer. Vertical cavity surface emitting laser device.
前記第2光反射膜の上方に、さらに放熱基板を備えた請求項1~7のいずれか1項に記載の垂直共振器面発光レーザ素子。 8. The vertical cavity surface emitting laser device according to claim 1, further comprising a heat dissipation substrate above said second light reflecting film. 前記p側半導体層の上面の側において、前記n側半導体層の一部が露出しており、該n側半導体層にn電極が接続されている請求項1~8のいずれか1項に記載の垂直共振器面発光レーザ素子。 9. The n-side semiconductor layer is partially exposed on the upper surface side of the p-side semiconductor layer, and an n-electrode is connected to the n-side semiconductor layer. vertical cavity surface emitting laser device.
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