JP6664688B2

JP6664688B2 - 垂直共振器型発光素子

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Publication number: JP6664688B2
Application number: JP2015226744A
Authority: JP
Inventors: 竹内　哲也; 哲也竹内; 赤▲崎▼　勇; 勇赤▲崎▼; 素顕岩谷; 和希池山; 岩山　章; 章岩山; 孝信赤木; 圭祐中田
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd; Meijo University
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd; Meijo University
Priority date: 2015-11-19
Filing date: 2015-11-19
Publication date: 2020-03-13
Anticipated expiration: 2035-11-19
Also published as: JP2017098328A

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、共振器と、多層膜反射鏡と、当該共振器及び多層膜反射鏡に電流注入を行うためのｎ側電極及びｐ側電極と、を有する発光素子が開示されている。また、非特許文献１には、ＡｌＩｎＮ／ＧａＮからなる分布ブラッグ反射器を用いた窒化物系半導体レーザが開示されている。

国際公開第2014/167965号

Applied Physics Letters, vol. 101, p. 151113 (2012)

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、反射鏡での光の反射率が高いこと、及び反射鏡での光の吸収率が低いことが好ましい。また、発振閾値を下げるためには、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。

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、高反射率な反射鏡を有し、高効率での電流注入が可能な垂直共振器型発光素子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、複数の半導体層からなる第１の多層膜と、第１の多層膜上に形成され、第１の導電型を示す不純物が第１の多層膜よりも多くドープされた複数の半導体層からなる第２の多層膜と、を含む第１の反射鏡と、第２の多層膜上に形成され、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の半導体層上において第１の反射鏡に対向して配置された第２の反射鏡と、第２の多層膜又は第１の半導体層に接触された電極と、を有することを有することを特徴としている。

（ａ）は、実施例１に係る半導体レーザの断面図であり、（ｂ）は、実施例１の半導体レーザの上面図である。実施例１の変形例に係る半導体レーザの断面図である。（ａ）は、実施例２に係る半導体レーザの断面図であり、（ｂ）は、実施例２の半導体レーザの模式的な上面図である。実施例２の変形例に係る半導体レーザの断面図である。実施例３に係る半導体レーザの断面図である。

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）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１４Ｂを含む半導体構造層１４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１３及び１５を有する。

本実施例においては、半導体レーザ１０は、基板１１上に第１の反射鏡１３、半導体構造層１４及び第２の反射鏡１５が積層された構造を有している。具体的には、基板１１上にバッファ層１２が形成され、バッファ層１２上に第１の反射鏡１３が形成されている。また、第１の反射鏡１３上には半導体構造層１４が、半導体構造層１４上には第２の反射鏡１５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。また、バッファ層１２はＧａＮの組成を有する。

図１（ａ）に示すように、半導体構造層１４は、ｎ型半導体層（第１の導電型を有する第１の半導体層）１４Ａと、活性層１４Ｂ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）１４Ｃ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１４Ａは、第１の反射鏡１３上に形成されている。また、ｐ型半導体層１４Ｃ上には第２の反射鏡１５が形成されている。

第１の反射鏡１３は、不純物がドープされていない複数の半導体層からなるノンドープ多層膜（第１の多層膜）１３Ａと、ｎ型不純物がドープされた複数の半導体層からなるドープ多層膜（第２の多層膜）１３Ｂとからなる。ノンドープ多層膜１３Ａはバッファ層１２上に形成され、ドープ多層膜１３Ｂはノンドープ多層膜１３Ａ上に形成されている。また、ドープ多層膜１３Ｂ上にはｎ型半導体層１４Ａが形成されている。

本実施例においては、第１の反射鏡１３及び半導体構造層１４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、ノンドープ多層膜１３Ａは、ＡｌＩｎＮの組成を有する低屈折率層（第１のノンドープ半導体層）Ｌ１及びＧａＮの組成を有する高屈折率層（第２のドープ半導体層）Ｈ１が交互に複数回積層された構造を有する。また、ドープ多層膜１３Ｂは、ｎ型不純物（例えばＳｉなど）を含んだＡｌＩｎＮの組成を有する低屈折率層（第１のドープ半導体層）Ｌ２及びＧａＮの組成を有する高屈折率層（第２のドープ半導体層）Ｈ２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１４Ａは、Ａｌ_zＧａ_1-zＮ（０≦ｚ≦１）の組成を有した層より構成され、ｎ型不純物としてＳｉを含む。活性層１４Ｂ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１４Ｃは、Ａｌ_zＧａ_1-zＮ（０≦ｚ≦１）の組成を有した層より構成され、ｐ型不純物としてＭｇを含む。本実施例においては、バッファ層１２、第１の反射鏡１３及び半導体構造層１４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。

半導体レーザ１０は、ｎ型半導体層１４Ａに接続されたｎ電極（第１の電極）１６と、ｐ型半導体層１４Ｃに接続されたｐ電極（第２の電極）１７とを有する。ｎ電極１６は、ｎ型半導体層１４Ａに接触されている。また、ｐ電極１７は、ｐ型半導体層１４Ｃ上に形成されている。本実施例においては、半導体構造層１４を部分的に除去し、露出したｎ型半導体層１４Ａの上面上にＴｉ層、Ａｌ層、Ｔｉ層及びＡｕ層を積層することによって、ｎ電極１６を形成した。また、本実施例においては、半導体構造層１４の側面及び上面を覆い、半導体構造層１４（ｐ型半導体層１４Ｃ）の一部を露出させる開口部を有する絶縁膜１８を形成し、当該開口部内及び絶縁膜１８上にＩＴＯ膜を形成することで、ｐ電極１７を形成した。ｐ電極１７は、例えばＩＴＯやＩＺＯなど、活性層１４Ｂからの放出光に対して透光性を有する材料からなる。

第２の反射鏡１５は、ｐ電極１７上に形成されている。第２の反射鏡１５は、ｐ型半導体層１４Ｃ上において第１の反射鏡１３に対向して配置されている。本実施例においては、第２の反射鏡１５は、ＳｉＯ₂からなる低屈折率層（第１の誘電体層）Ｌ３及びＺｒＯ₂からなる高屈折率層（第２の誘電体層）Ｈ３が交互に複数回積層された構造を有している。すなわち、本実施例においては、第１の反射鏡１３は半導体材料からなる分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）であり、第２の反射鏡１５は誘電体材料からなる分布ブラッグ反射器である。

また、本実施例においては、ｐ電極１７上にパッド電極１９が形成されている。図１（ａ）に示すように、パッド電極１９は、ｐ電極１７の上面の一部が露出するまで第２の反射鏡１５を部分的に除去し、露出したｐ電極１７の上面上にＴｉ層及びＡｕ層を積層することで形成した。

図１（ｂ）は、半導体レーザ１０の模式的な上面図である。なお、図１（ａ）は、図１（ｂ）のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。図１（ｂ）に示すように、本実施例においては、半導体レーザ１０は、基板１１に垂直な方向から見たときに矩形の形状を有している。また、第２の反射鏡１５は基板１１の中央部分に形成されている。また、パッド電極１９は第２の反射鏡１５を取り囲むように環状に形成されている。また、ｎ電極１６は、絶縁膜１８を介してパッド電極１９の外側に形成されている。

次に、再度図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１３及び１５が共振器を構成する。半導体構造層１４（活性層１４Ｂ）から放出された光は、第１及び第２の反射鏡１３及び１５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）。また、共振光は、その一部が第２の反射鏡１５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。

ここで、第１の反射鏡１３について説明する。本実施例においては、第１の反射鏡１３は、不純物を含まない半導体からなるノンドープ多層膜１３Ａと、不純物を含んだ半導体からなるドープ多層膜１３Ｂとからなる。すなわち、第１の反射鏡１３は、導電性を有しない部分（ノンドープ多層膜１３Ａ）と導電性を有する部分（ドープ多層膜１３Ｂ）とを有する。従って、本実施例においては、第１の反射鏡１３は、その全体が反射鏡として機能する。一方、第１の反射鏡１３のうち、ドープ多層膜１３Ｂが半導体構造層１４への電流注入領域として機能する。

第１の反射鏡１３がノンドープ多層膜１３Ａ及びドープ多層膜１３Ｂを有することで、第１の反射膜１３における光の反射率の向上を図りつつ、半導体構造層１４への効率的な電流注入を行うことが可能となる。まず、不純物をドープした半導体層においては、不純物をドープしていない半導体層に比べて光の吸収による損失が大きい。一方、高い反射率を得るためには、一定の層数の半導体層を形成する必要がある。これに対し、本実施例においては、半導体層への不純物ドープによって半導体層を反射鏡の一部とすることでの光吸収損失を抑えつつ、高い反射率の反射鏡を形成することが可能となる。

また、光共振器用の半導体多層膜が導電性を有しない場合、例えばｎ型半導体層１４Ａの層厚が小さいことによってシリーズ抵抗が大きくなり、駆動電圧が高くなる。また、光共振器内の光は半導体多層膜反射器（第１の反射鏡１３）内にも進入するため、半導体多層膜へのドーピングにより、自由電子の光吸収による光損失が生ずる。本実施例においては、ドープ多層膜１３Ｂを有することで、ｎ型半導体層１４Ａのみならずドープ多層膜１３Ｂも電流経路として機能する。従って、駆動電圧の増加が抑制される。また、第１の反射鏡１３のうちのドープ多層膜１３Ｂに限定してドーピングすることで、すなわち、ノンドープ多層膜１３Ａを有することで、自由電子の吸収による光損失が抑制される。従って、短い共振器長の面発光レーザを得ることができる。

なお、ドープ多層膜１３Ｂにおいては、低屈折率層Ｌ２は、Ａｌを含む窒化物系半導体からなり、活性層１４Ｂ側の高屈折率層Ｈ２との界面付近において高い不純物濃度を有すること、当該高い不純物濃度の領域では高屈折率層Ｈ２よりも高い不純物濃度を有することが好ましい。すなわち、低屈折率層Ｌ２は、低ドープ層（図示せず）と、低ドープ層よりも活性層１４Ｂ側でかつ高屈折率層Ｈ２との界面に形成され、低ドープ層及び高屈折率層Ｈ２よりも高い不純物濃度を有する高ドープ層（図示せず）とを有する。

例えば、本実施例においては、低屈折率層Ｌ２（ＡｌＩｎＮ層）は、４５ｎｍの層厚を有し、７×１０¹⁸ｃｍ^-3の濃度でｎ型不純物であるＳｉがドーピングされているが、高屈折率層Ｈ２との界面付近の１０ｎｍの部分においては５×１０¹⁹ｃｍ^-3の濃度でｎ型不純物であるＳｉがドープされている。一方、高屈折率層Ｈ２（ＧａＮ層）は、４０ｎｍの層厚を有し、その全体が７×１０¹⁸ｃｍ^-3の一定濃度でｎ型不純物であるＳｉがドープされている。

なお、ドープ多層膜１３Ｂにおいては、高屈折率層Ｈ２及び低屈折率層Ｌ２を異なる不純物濃度で形成することで、一定の光吸収損失の抑制及び低抵抗化を図ることができる。すなわち、ドープ多層膜１３Ｂは、高屈折率層Ｈ２と、高屈折率層Ｈ２よりも小さい屈折率を有し、高屈折率層Ｈ２とは異なる不純物濃度を有する低屈折率層Ｌ２が交互に積層された構造を有することが好ましい。例えば、高屈折率層Ｈ２及び低屈折率層Ｌ２は互いに異なる組成を有する。従って、高屈折率層Ｈ２及び低屈折率層Ｌ２の組成に応じ、異なる濃度で不純物をドープすることで、光吸収損失の抑制及び低抵抗化を図ることができる。また、上記したように、低屈折率層Ｌ２は、低ドープ層及び高ドープ層を有すること、例えば低屈折率層Ｌ２の上部１０ｎｍを高ドープ層、その他を低ドープ層とすることで、光吸収損失はさらに抑制される。

なお、高屈折率層Ｈ２及び低屈折率層Ｌ２が異なる不純物濃度を有する場合について説明したが、高屈折率層Ｈ２及び低屈折率層Ｌ２の不純物濃度の関係はこれに限定されない。ドープ多層膜１３Ｂは、不純物を含んで導電性を有する半導体層から構成されていればよい。

なお、本実施例においては、第２の反射鏡１５は、誘電体多層膜によって構成されている。本実施例においては、第２の反射鏡１５は、半導体レーザ１５における光の出射部として機能する。従って、第２の反射鏡１５は、第１の反射鏡１３よりも小さな反射率で形成されている。第２の反射鏡１５を誘電体多層膜で形成することで、製造時間の短縮を図ることができる。
［変形例］
図２は、実施例１の変形例に係る半導体レーザ１０Ａの断面図である。半導体レーザ１０Ａは、ｎ電極１６の構成を除いては、半導体レーザ１０と同様の構成を有する。本変形例においては、ｎ電極１６は、ドープ多層膜（第２の多層膜）１３Ｂ上に形成されている。すなわち、ｎ電極１６は、第２の多層膜１３Ｂに接触されている。

実施例１では、ｎ電極１６がｎ型半導体層１４Ａに接触されている場合について説明したが、ｎ電極１６は、ｎ型半導体層１４Ａに接触される場合に限定されない。本変形例においては、ｎ電極１６はドープ多層膜１３Ｂに接触されている。ｎ電極１６を直接ドープ多層膜１３Ｂに接触させることで、ｎ電極１６からｎ型半導体層１４Ａを介さずにドープ多層膜１３Ｂに流れる電流経路を形成することができる。このようにｎ電極１６を構成することによっても、第１の反射鏡１３における反射率の向上及び低抵抗化を図ることができる。また、ｎ電極１６は、図２に示すように、ドープ多層膜１３ＢのうちのＡｌが少ない層又は高屈折率層Ｈ２の表面に接するように形成されていることが好ましい。

本実施例及びその変形例においては、第１の反射鏡１３が、不純物がドープされていないノンドープ多層膜１３Ａと、不純物がドープされたドープ多層膜１３Ｂとからなる。また、ドープ多層膜１３Ｂ上にはｎ型半導体層１４Ａ、活性層１４Ｂ及びｐ型半導体層１４Ｃが形成され、ｎ型半導体層１４Ａ又はドープ多層膜１３Ｂにはｎ電極１６が接触されている。従って、第１の反射鏡１３における反射率の向上及び低抵抗化を図ることができる。従って、高反射率かつ低抵抗な反射鏡を有し、低閾値電圧での動作が可能な半導体レーザを提供することができる。

なお、本実施例においては、第１の反射鏡１３がノンドープ多層膜１３Ａ及びドープ多層膜１３Ｂからなる場合について説明したが、第１の反射鏡１３の構成はこれに限定されない。例えば、第１の反射鏡１３をノンドープ多層膜１３Ａ及びドープ多層膜１３Ｂを明確に区別して形成する場合に限定されない。例えば、ｎ電極１６に近い層（上層側）のドープ量が多く、ｎ電極１６から離れた層のドープ量が少なくなるように第１の反射鏡１３が形成されていてもよい。すなわち、例えばｎ電極１６に近づくに従って徐々にドープ量が変化するように第１の反射鏡１３が構成されていてもよい。また、第１の反射鏡１３は不純物を含まない多層膜を有する必要はない。

換言すれば、第１の反射鏡１３は、複数の半導体層Ｈ１及びＬ１からなる第１の多層膜１３Ａと、第１の多層膜１３Ａ上に形成され、第１の導電型（本実施例においてはｎ型）を示す不純物が第１の多層膜１３Ａよりも多くドープされた複数の半導体層Ｈ２及びＬ２からなる第２の多層膜１３Ｂと、を含んでいればよい。これによって、ドープ量の多い層による低抵抗化への寄与、及びドープ量の少ない層による光損失の低減という効果を得ることができる。

図３（ａ）は、実施例２に係る半導体レーザ２０の断面図である。半導体レーザ２０は、第１の反射鏡２３及びｎ電極２６の構成を除いては、半導体レーザ１０Ａと同様の構成を有する。本実施例においては、ｎ電極２６は、ドープ多層膜２３Ｂの側面に接触されている。

半導体レーザ２０は、凸部２３ＢＰを有するドープ多層膜２３Ｂを有する第１の反射鏡２３と、凸部２３ＢＰの側面２３ＢＳを覆うように形成されたｎ電極２６とを有する。ドープ多層膜２３Ｂは、ｎ型半導体層１４Ａに接する上面２３ＢＵと、半導体構造層１４に垂直な方向から見たときに半導体構造層１４を取り囲むように形成された側面２３ＢＳとを有する凸部２３ＢＰを有する。本実施例においては、ｎ型半導体層１４Ａは、凸部２３ＢＰの上面２３ＢＵ上に形成されている。凸部２３ＢＰは、例えば、半導体構造層１４となる半導体膜を形成した後、当該半導体膜を部分的に除去してドープ多層膜２３Ｂを露出させ、露出したドープ多層膜２３Ｂを部分的に除去することで形成することができる。

ｎ電極２６は、ドープ多層膜２３Ｂにおける凸部２３ＢＰの側面２３ＢＳ上に形成されている。本実施例においては、ｎ電極２６は、凸部２３ＢＰの側面２３ＢＳの全体を覆うように形成されている。また、ｎ電極２６は、図３（ａ）に示すように、凸部２３ＢＰの上面２３ＢＵの外周部上に形成されている。また、ｎ電極２６は、凸部２３ＢＰの外側のドープ多層膜２３Ｂの表面（例えば平坦面）上に形成されている。

本実施例においては、ドープ多層膜２３Ｂが、活性層１４Ｂを取り囲むように設けられた側面２３ＢＳを有する凸部２３ＢＰを有する。また、ｎ電極２６は、凸部２３ＢＰの側面２３ＢＳ上に形成されている。すなわち、ｎ電極２６は、ドープ多層膜２３Ｂ（高屈折率層Ｈ２及び低屈折率層Ｌ２）の側面に接するように形成されている。

ｎ電極２６をドープ多層膜２３Ｂの側面上に形成することで、ドープ多層膜２３Ｂ内における低抵抗化を図ることができる。より具体的には、ドープ多層膜２３Ｂにおいては、各層間、すなわち高屈折率層Ｈ２及び低屈折率層Ｌ２間の方向よりも、各層内の方向の方に電流が流れやすい。従って、ドープ多層膜２３Ｂの側面部分にｎ電極２６とのコンタクト部分を設けることで、ドープ多層膜２３Ｂ内における低抵抗化を図ることができる。

また、本実施例においては、ｎ電極２６は、凸部２３ＢＰの上面２３ＢＵ上及び凸部２３ＢＰの外側のドープ多層膜２３Ｂの表面上に形成されている。従って、ｎ電極２６とドープ多層膜２３Ｂとのコンタクト領域が増大する。従って、ドープ多層膜２３Ｂ及びｎ電極２６間の接触抵抗が低減され、閾値電圧が低減される。

図３（ｂ）は、半導体レーザ２０の模式的な上面図である。図３（ｂ）は、半導体レーザ２０の上面視におけるドープ多層膜２３Ｂ及び半導体構造層１４の構造を模式的に示す図であり、一部の構成要素を省略している。なお、図３（ａ）は、図３（ｂ）のＷ−Ｗ線に沿った断面図である。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、本実施例においては、半導体構造層１４（活性層１４Ｂ）及び凸部２３ＢＰは、円錐台形状を有する。また、凸部２３ＢＰは、半導体構造層１４と同軸の関係にある。また、凸部２３ＢＰの直径は、半導体構造層１４の直径よりも大きい。すなわち、凸部２３ＢＰは、半導体構造層１４と同軸であり、半導体構造層１４よりも大きな直径を有する円錐台形状を有する。

本実施例においては、上面視において半導体構造層１４が円形状を有し、ドープ多層膜２３Ｂの凸部２３ＢＰが円形状を有する。また、凸部２３ＢＰは半導体構造層１４と同軸である。従って、凸部２３ＢＰの側面２３ＢＳ上に形成されたｎ電極２６によって、半導体構造層１４（活性層１４Ｂ）の面内に均一な量の電流が注入される。従って、ドープ多層膜２３Ｂでの光の吸収損失を抑制しつつ低抵抗化を図り、かつ発振特性に優れた半導体レーザ２０を得ることができる。

なお、本実施例においては、半導体構造層１４及び凸部２３ＢＰが円錐台形状を有する場合について説明したが、半導体構造層１４及び凸部２３ＢＰの形状はこれに限定されない。例えば、活性層１４Ｂの層内で均一な電流注入を行うことを考慮すると、活性層１４Ｂ及び凸部２３ＢＰは、円柱形状又は円錐台形状を有することが好ましい。また、ｎ電極２６は、凸部２３ＢＰの側面２３ＢＳの全体を覆うように形成されていることが好ましい。しかし、活性層１４Ｂ、凸部２３ＢＰ及びｎ電極２６の構成は一例に過ぎない。また、半導体構造層１４及び凸部２３ＢＰは、例えば、角柱形状又は角錐台形状を有していても良い。

なお、本実施例においても、ノンドープ多層膜１３Ａ及びドープ多層膜２３Ｂから第１の反射鏡２３を構成する場合に限定されない。例えば、ｎ電極２６に近い層（上層側）のドープ量が多く、ｎ電極２６から離れた層（下層側）のドープ量が少なくなるように反射鏡が構成されていればよい。また、凸部２３ＢＰの外周におけるドープ多層膜２３Ｂの表面（平坦部）においては、Ａｌが少ない層又は高屈折率層Ｈ２の表面がｎ電極２６に接していることが好ましい。
［変形例］
図４は、実施例２の変形例に係る半導体レーザ２０Ａの断面図である。半導体レーザ２０Ａは、第１の反射鏡２３Ａ（ドープ多層膜２３Ｂ１）及びｎ電極２６Ａの構成を除いては半導体レーザ２０と同様の構成を有する。

実施例２では、ドープ多層膜２３Ｂが凸部２３ＢＰを有し、ｎ電極２６が凸部２３ＢＰの側面２３ＢＳ上に形成される場合について説明したが、ドープ多層膜２３Ｂ及びｎ電極２６の構成はこれに限定されない。本変形例では、ｎ電極２６Ａは、ドープ多層膜２３Ｂ１の側面上に形成されている。本変形例は、ドープ多層膜２３Ｂ１が実施例２における凸部２３ＢＰのみからなる場合に相当するともいえる。このようにｎ電極２６Ａを形成しても、ｎ電極２６Ａがドープ多層膜２３Ｂ１の側面に接触される。従って、ドープ多層膜２３Ｂ１での光の吸収を抑制しつつ、低抵抗化を図ることが可能となる。

図５は、実施例３に係る半導体レーザ３０の断面図である。半導体レーザ３０は、第２の反射鏡３３、半導体構造層３４、ｎ電極３６及びこれに付随する絶縁膜３８の構成を除いては、半導体レーザ１０Ａ又は２０と同様の構成を有している。本実施例においては、ｎ電極３６は、ｎ型半導体層３４Ａの側面及びドープ多層膜３３Ｂの側面に接触されている。

ドープ多層膜３３Ｂは、実施例２における凸部２３ＢＰと同様の凸部３３ＢＰを有する。凸部ＢＰは、実施例２における側面２３ＢＳと同様の側面３３ＢＳを有する。半導体構造層３４は、絶縁膜３８から露出した側面３４ＡＳを有するｎ型半導体層３４を有する。ドープ多層膜３３及び半導体構造層３４は、半導体構造層３４となる半導体膜を形成した後、ｎ型半導体層３４の一部が残るようにｐｎ分離を行い、残存したｎ型半導体層３４の外側においてドープ多層膜３３Ｂを部分的に除去することで形成することができる。

本実施例においては、ドープ多層膜３３Ｂにおける凸部３３ＢＰの側面３３ＢＳ及びｎ型半導体層３４の側面３４ＡＳ上にｎ電極３６が形成されている。本実施例においては、ｎ電極３６は、ｐ型半導体層１４Ｃ及び活性層１４Ｂを除去して残存したｎ型半導体層３４Ａの表面の一部に形成されている。また、ｎ電極３６は、凸部３３ＢＰの外側のドープ多層膜３３Ｂの表面（例えば平坦面）上に形成されている。

本実施例においては、ｎ電極３６がドープ多層膜３３Ｂのみならずｎ型半導体層３４Ａに接触されている。従って、活性層１４Ｂ及びｎ電極３６間における低抵抗化を図ることができる。従って、反射鏡３３での光の反射率の向上及び高効率での電流注入を図ることができる。

なお、本実施例においては、ドープ多層膜３３Ｂが凸部３３ＢＰを有する場合について説明したが、ドープ多層膜３３Ｂは凸部３３ＢＰを有する場合に限定されない。ｎ電極３６がドープ多層膜３３Ｂの側面及びｎ型半導体層３４Ａの側面に接触されていればよい。

なお、本実施例においても、ノンドープ多層膜１３Ａ及びドープ多層膜３３Ｂから第１の反射鏡３３を構成する場合に限定されない。例えば、ｎ電極３６に近い層（上層側）のドープ量が多く、ｎ電極３６から離れた層（下層側）のドープ量が少なくなるように反射鏡が構成されていればよい。また、凸部３３ＢＰの外周におけるドープ多層膜３３Ｂの表面（平坦部）においてにおいては、Ａｌが少ない層又は高屈折率層Ｈ２の表面がｎ電極３６に接していることが好ましい。

上記においては、第１の反射鏡１３、２３及び３３が半導体多層膜からなり、第２の反射鏡１５が誘電体多層膜からなる場合について説明したが、反射鏡の構成についてはこれに限定されない。第１及び第２の反射鏡のいずれかが半導体多層膜から構成され、そのいずれかがノンドープ多層膜及びドープ多層膜から構成されるか、又は電極に近い側にドープ量の多い層を含む多層膜から構成されていればよい。例えば第２の反射鏡が半導体多層膜からなる場合、ドープ多層膜（又はドープされている層）はｐ型不純物を有していればよい。

１０、１０Ａ、２０、２０Ａ、３０半導体レーザ（垂直共振器型発光素子）
１３、２３、３３第１の反射鏡
１３Ａ第１の多層膜（ノンドープ多層膜）
１３Ｂ、２３Ｂ、２３Ｂ１、３３Ｂ第２の多層膜（ドープ多層膜）
１４Ａ、３４Ａ第１の半導体層（ｎ型半導体層）
１４Ｂ活性層
１４Ｃ第２の半導体層（ｐ型半導体層）
１５第２の反射鏡

Claims

複数の半導体層からなる第１の多層膜と、前記第１の多層膜上に形成され、第１の導電型を示す不純物が前記第１の多層膜よりも多くドープされた複数の半導体層からなる第２の多層膜と、を含む第１の反射鏡と、
前記第２の多層膜上に形成され、前記第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の半導体層上において前記第１の反射鏡に対向して配置された第２の反射鏡と、
前記第２の多層膜に接触して、前記第１の半導体層から離隔して設けられた電極と、を有することを特徴とする垂直共振器型発光素子。
前記電極は、前記第２の多層膜の側面に接触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。
前記第２の多層膜は、前記第１の半導体層に接する上面と、前記第１の半導体層、前記活性層及び前記第２の半導体層からなる半導体構造層の積層境界面に垂直な方向から見たときに前記上面の外縁が前記半導体構造層を取り囲むように形成された凸部を有し、
前記電極は、前記凸部の側面上に形成されてい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。
前記半導体構造層は円柱形状又は円錐台形状を有し、
前記凸部は、前記半導体構造層と同軸の円柱形状又は円錐台形状を有し、
前記電極は、前記凸部の前記側面全体を覆うように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。
前記電極は、前記凸部の外側の前記第２の多層膜の表面上に形成されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の垂直共振器型発光素子。
複数の半導体層からなる第１の多層膜と、前記第１の多層膜上に形成され、第１の導電型を示す不純物が前記第１の多層膜よりも多くドープされた複数の半導体層からなる第２の多層膜と、を含む第１の反射鏡と、
前記第２の多層膜上に形成され、前記第１の導電型を有する第１の半導体層、前記第１の半導体層上に形成された活性層、及び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の半導体層からなる半導体構造層と、
前記第２の半導体層上において前記第１の反射鏡に対向して配置された第２の反射鏡と、を有する垂直共振器型発光素子であって、
前記半導体構造層は円柱形状又は円錐台形状を有し、
前記第２の多層膜の少なくとも一部は上面が前記第１の半導体層に接する円柱形状又は円錐台形状であり、前記上面の外縁が、前記半導体構造層の積層境界面に垂直な方向から見たときに前記半導体構造層を取り囲んでおり、
前記垂直共振器型発光素子は、前記第２の多層膜の前記円柱形状又は円錐台形状の側面に形成された電極をさらに有することを特徴とする垂直共振器型発光素子。
前記第２の多層膜は、上面が前記第１の半導体層に接する円柱形状又は円錐台形状の凸部を有し、
前記電極は、前記凸部の外側の前記第２の多層膜の表面上に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の垂直共振器型発光素子。
前記第２の多層膜は、高屈折率層と、前記高屈折率層よりも小さな屈折率を有し、前記高屈折率層とは異なる不純物濃度を有する低屈折率層とが交互に積層された構造を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１つに記載の垂直共振器型発光素子。
前記低屈折率層は、低ドープ層と、前記低ドープ層よりも前記活性層側でかつ前記高屈折率層との界面に形成され、前記低ドープ層及び前記高屈折率層よりも高い不純物濃度を有する高ドープ層とを有することを特徴とする請求項８に記載の垂直共振器型発光素子。
前記第２の反射鏡は誘電体多層膜からなることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１つに記載の垂直共振器型発光素子。
前記第１の多層膜はノンドープ多層膜であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１つに記載の垂直共振器型発光素子。