JP7227469B2 - 垂直共振器面発光レーザ素子 - Google Patents

Description

本開示は、垂直共振器面発光レーザ素子に関する。

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。

特開２０１５－０３５５４１号公報

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。

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。

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。

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。 図１ＡのＩＢ－ＩＢ線の概略断面図である。 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。 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。 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。 図３ＡのＩＩＩＢ－ＩＩＩＢ線の概略断面図である。 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。 図４ＡのＩＶＢ－ＩＶＢ線の概略断面図である。 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。 図５ＡのＶＢ－ＶＢ線の概略断面図である。 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。 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。 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。 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。

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。

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。

（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。

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。

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４ａ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ｎｍ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。

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４ａ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。

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。

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、ＧａＮ、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、４０ｎｍ～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。

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４ａ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。

（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Ｉｎ₂Ｏ₃、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Ｉｎ₂Ｏ₃）、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。

（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／Ｎｂ₂Ｏ₅、ＳｉＯ₂／Ｔａ₂Ｏ₅、ＳｉＯ₂／Ａｌ₂Ｏ₃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／Ｎｂ₂Ｏ₃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。

（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ＳｉＯ_X系材料、ＳｉＮ等のＳｉＮ_Y系材料、ＳｉＯ_XＮ_Y系材料、Ｔａ₂Ｏ₅、ＺｒＯ₂、ＡｌＮ、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｇａ₂Ｏ₃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。

（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。

（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。

（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、５０μｍ～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。

（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／Ｎｂ₂Ｏ₅、ＳｉＯ₂／Ｔａ₂Ｏ₅、ＳｉＯ₂／Ａｌ₂Ｏ₃等が挙げられる。その厚みは、例えば、０．４μｍが挙げられる。

〔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４ａ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１Ｃ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。

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１４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。

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／Ｎｂ₂Ｏ₃、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／Ａｌ_0.8Ｉｎ_0.2Ｎ＝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（Ｍｇ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／Ａｕ、１．５ｎｍ／２００ｎｍ／５００ｎｍ）が形成された。

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。

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

Claims (10)

1. 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、
   前記第２光反射膜の上方に、さらに放熱基板を備える垂直共振器面発光レーザ素子。
2. 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及び前記凸部の側面の一部を被覆する絶縁膜を備える垂直共振器面発光レーザ素子。
3. 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及び前記積層体の側面の一部を被覆する絶縁膜を備える垂直共振器面発光レーザ素子。
4. 前記絶縁膜は、前記第２光反射膜と離間している請求項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。
5. 前記凸部の側方で前記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１～４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. 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５に記載の垂直共振器面発光レーザ素子。
7. 前記第１光反射膜は、半導体多層膜を含む請求項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。
8. 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、
   前記凸部は、上面に前記ｐ側コンタクト層を有し、かつ前記凸部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１～７のいずれか１項に記載の垂直共振器面発光レーザ素子。
9. 前記凸部は、平面視形状が円形である請求項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。
10. 前記凸部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１～９のいずれか１項に記載の垂直共振器面発光レーザ素子。

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