JP7453588B2 - Vertical cavity surface emitting laser device - Google Patents

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JP7453588B2 JP2023013952A JP2023013952A JP7453588B2 JP 7453588 B2 JP7453588 B2 JP 7453588B2 JP 2023013952 A JP2023013952 A JP 2023013952A JP 2023013952 A JP2023013952 A JP 2023013952A JP 7453588 B2 JP7453588 B2 JP 7453588B2
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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 a vertical cavity surface emitting laser device.

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。
Research has been progressing on laser devices that function as vertical cavity surface emitting lasers using nitride semiconductors, and for example, a structure has been proposed in which current confinement is achieved by forming steps in a semiconductor stack. (See Patent Document 1, etc.).
As a current confinement structure for the p-type semiconductor layer of a surface-emitting laser element having a GaN-based semiconductor stack, for example, an insulating film having an opening is formed on the surface of the p-type semiconductor layer, and the p-type An example is a structure in which a transparent electrode such as ITO is formed on the surface of a semiconductor layer. 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 element. A light reflecting layer made of a dielectric multilayer film is provided on the surface of the transparent electrode opposite to the semiconductor layer, extending from the inside to the outside of the opening of the insulating film. That is, the dielectric multilayer film is provided in an area with a step difference.

特開2015-035541号公報Japanese Patent Application Publication No. 2015-035541

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 device, the concave part of the step is the current injection region, so the more layers of the dielectric multilayer film are stacked, the more the step region affected by the step becomes the center of the current injection region. Get closer. The reflectance of the dielectric multilayer film differs between flat areas and stepped areas. Therefore, such a surface emitting laser element has a problem in that it is difficult to control the shape of the oscillated 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 element that can stabilize the shape of oscillated 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 the vertical cavity surface emitting laser device according to one aspect of the present disclosure, n
A nitride semiconductor stacked body in which a side semiconductor layer, an active layer, and a p-side semiconductor layer having a convex portion are stacked in this order;
a translucent p-electrode that contacts the upper surface of the protrusion and extends to the surrounding surface of 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 that is spaced apart from the upper surface of the convex portion and covers at least a part of the surface of the p-side semiconductor layer around the convex portion.

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 the above embodiment, the shape of the oscillated 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。FIG. 1 is a schematic plan view of main parts for explaining the structure of a vertical cavity surface emitting laser device according to an embodiment of the present invention. 図1AのIB-IB線の概略断面図である。1A is a schematic cross-sectional view taken along line IB-IB in FIG. 1A. FIG. 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。FIG. 1B is a schematic cross-sectional view of essential parts showing a laminated structure in the current confinement structure of the vertical cavity surface emitting laser device of FIG. 1A. 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。1A 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。1A 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。FIG. 3B is a schematic cross-sectional view taken along line IIIB-IIIB in FIG. 3A. 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。1A 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 taken along line IVB-IVB in 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。1A 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。5A is a schematic cross-sectional view taken along the 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。3 is a schematic vertical cross-sectional view for explaining a method of manufacturing the vertical cavity surface emitting laser device of FIG. 2. 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。3 is a schematic vertical cross-sectional view for explaining a method of manufacturing the vertical cavity surface emitting laser device of FIG. 2. FIG. 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。1A is a photograph showing a near-field image from above of the vertical cavity surface emitting laser device of FIG. 1A. 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. 7 is a schematic cross-sectional view showing a main part of a vertical cavity surface emitting laser device according to 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。
Embodiments of the present disclosure will be described below with appropriate reference to the drawings. 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. Furthermore, the content described in one embodiment or example is also applicable to other embodiments or examples. The sizes, thicknesses, positional relationships, 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。
A vertical cavity surface emitting laser device according to an embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 1A and 1B,
It includes a first light-reflecting film 1 , a nitride semiconductor stack 5 , a transparent p-electrode 6 , a second light-reflecting film 8 , and an insulating film 7 . The stacked body 5 is disposed on the upper surface of the first light reflective film 1, and includes an n-side semiconductor layer 2, an active layer 3, and a p-side semiconductor layer 4 having a convex portion 4a, which are stacked in this order. The p-electrode 6 contacts the upper surface of the convex portion 4a and extends to the surface around the convex portion 4a. The second light reflective film 8 is
It extends from above to the side of the convex portion 4a, is placed 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 4 a and covers at least a part of the surface of the p-side semiconductor layer 4 around the protrusion 4 a. That is, the insulating film 7 is not provided on the upper surface of the convex portion 4a.
By using a vertical cavity surface emitting laser device having such a configuration, the upper surface of the convex portion 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 made flat. Thereby, it is possible to reduce the loss of light due to scattering by the second light reflection film 8 directly above the current injection region. As a result, the shape of the laser beam oscillated from the vertical cavity surface laser element can be stabilized. Furthermore, it is possible to reduce the threshold current of the vertical cavity surface emitting laser element. Note that in this specification, the direction from the n-side semiconductor layer 2 to the p-side semiconductor layer 4 is referred to as upward. Even if the top and bottom are reversed in the figure, the direction from the n-side semiconductor layer 2 to the p-side semiconductor layer 4 will be described as being upward.

(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。
(Nitride semiconductor laminate)
The nitride semiconductor stack 5 includes, for example, an n-side semiconductor layer 2 made of a GaN-based semiconductor, a GaN
The active layer 3 made of a GaN-based semiconductor and the p-side semiconductor layer 4 made of a GaN-based semiconductor form the first light reflecting film 1.
They are stacked on top in this order. Examples of GaN-based semiconductors include AlGaN
, GaN, and InGaN.
The n-side semiconductor layer 2 is a single layer or a multilayer, 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 quantum well layer made of GaN.
This is a laminate in which barrier layers consisting of the following are alternately laminated. The number of laminated layers can be appropriately set depending on desired characteristics. 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 a p-type impurity, 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。
The thicknesses of the n-side semiconductor layer 2, the active layer 3, and the p-side semiconductor layer 4 can be set as appropriate. 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 integral multiple of λ/2n, and is set so that a standing wave is generated therebetween. Then, they are arranged so that the strongest part of the standing wave is located in the active layer 3, and the weakest part of the standing wave is located in the transparent 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 stacked body 5 of nitride semiconductor layers has a convex portion 4 a on the upper surface of the p-side semiconductor layer 4 . This convex portion 4
The upper surface of a serves as a current injection region. Directly below the current injection region becomes a light emitting section. Convex portion 4a
Examples of the planar shape include circular, elliptical, and polygonal shapes, but a circular shape is preferable in consideration of injecting a more uniform current into the nitride semiconductor stack 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 may have a frustum shape. The height of the convex portion 4a is, for example, from several tens of nanometers to several hundred nanometers.
m, and can range from 50 nm to 200 nm.
In this manner, by forming the convex portion 4a on the upper surface of the p-side semiconductor layer 4, a light emitting portion can be defined. Further, by forming the convex portion 4a, a difference in refractive index can be provided between the resonator portion and its peripheral portion, thereby making it possible to confine light 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 projects upward. The upper surface of the convex portion 4a is preferably formed of a p-side contact layer doped with the highest concentration of p-type impurities among the p-side semiconductor layers. The entire convex portion 4a may be formed only by the p-side contact layer, but it is preferable that the highly doped p-side contact layer be formed as 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 with a p-type impurity at a lower concentration than the p-side contact layer or an undoped layer. It is preferable that such a lightly doped or undoped layer is disposed on the surface of the p-side semiconductor layer 4 located around the convex portion 4a. In this case, the lightly doped or undoped layer is also arranged below the convex portion 4a. Such a lightly doped or undoped layer is, for example, a p-side light guide layer. In other words, the p-type impurity concentration of the layer constituting the upper surface of the convex portion 4a is preferably higher than the p-type impurity concentration of the layer constituting the surface around the convex portion 4a. This allows the upper surface of the convex portion 4a to make contact with the transparent p-electrode 6. Furthermore, even if the surface around the convex portion 4a is in contact with the p-electrode 6,
Current can be substantially not injected into that portion. Therefore, current can be efficiently injected substantially only from the upper surface of the convex portion 4a. The p-type impurity concentration of the layer constituting the surface around the convex portion 4a can be, for example, 1×10 17 cm −3 to 1×10 19 cm −3 , and the p-type impurity concentration of the layer constituting the upper surface of the convex portion 4 a The p-type impurity concentration is, for example, 1×10 20 cm -3
~5×10 20 cm -3 . The layer constituting the surface around the convex portion 4a is, for example, a p-side light guide layer. The layer forming the upper surface of the convex portion 4a is a p-side contact layer. In order to form a second light reflecting film 8, which will be described later, flat, the upper surface of the convex portion 4a is preferably a flat surface.

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 stacked body 5 of nitride semiconductor layers, the p-side semiconductor layer 4 and the active layer 3 are removed in the thickness direction on the outer peripheral portion of the above-mentioned convex portion 4a, that is, on the upper surface side of the convex portion 4a, and the n-side semiconductor layer is removed. 2 is preferably partially exposed. This allows the p-electrode and n-electrode to supply current to the laser element to
The electrodes can be placed on the same side of the stack.

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 stacked body 5 of nitride semiconductor layers is arranged on the first light reflective film 1. The first light reflective film 1 is configured to include, for example, a semiconductor multilayer film and a dielectric multilayer film. A light reflecting film can be obtained by alternately stacking two or more films having different refractive indexes. As a semiconductor multilayer film,
A nitride semiconductor layer, for example, an AlGaInN compound semiconductor can be mentioned. Specifically, Ga
Examples include N, AlGaN, GaInN, and AlGaInN. Among these, a combination of GaN and AlInN, which is lattice matched to GaN, is preferred. Examples of dielectric laminated films include:
Examples include oxides, nitrides, and fluorides of Si, Mg, Al, Hf, Nb, Zr, Sc, Ta, Ga, Zn, Y, B, and Ti.
In the first light reflecting film 1, the material constituting each layer, the film thickness, the number of layers, etc. can be appropriately selected in order to obtain the intended reflectance. 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 preferable to set it to an odd multiple of λ/4n. For example, in a light emitting device with an oscillation wavelength λ of 410 nm, when the first light reflecting film is made of GaN/AlInN, the thickness of each layer is 40 nm.
Examples include nm to 70 nm. The number of laminated films can be appropriately set depending on the intended characteristics. The number of laminated layers in the laminated film may be two or more layers, 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 designed as appropriate as long as it covers the light emitting part 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 first light reflective film 1 and the nitride semiconductor layer stack 5 can be formed, for example, on the substrate 11 for semiconductor growth, and can be formed by a method known in the art. Convex portion 4
The formation of a and the partial exposure of the n-side semiconductor layer 2 may be performed using methods such as photolithography and etching after forming the stacked body 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 current from the convex portion 4a of the p-side semiconductor layer 4, and is an electrode that is 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 convex portion 4a, or may extend to the upper surface of the p-side semiconductor layer 4 around the convex portion 4a. For example, the p-electrode 6 is disposed from the top surface of the convex portion 4a, passing through the side surface of the convex portion 4a, and extending onto the p-side semiconductor layer 4 around the convex portion 4a. As described above, when the upper surface of the convex portion 4a is formed of the p-side contact layer doped with p-type impurities at a high concentration, at least the convex portion 4a
Current can be injected from the p-electrode 6 on the top surface of the . Further, as described above, the convex portion 4a
When the surface of the p-side semiconductor layer 4 located around the p-side semiconductor layer 4 is formed of a layer lightly doped with p-type impurities, the p-electrode 6 forms a 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 size of the planar area of the p-electrode 6 is not particularly limited as long as it is in contact only with the p-side semiconductor layer 4; The size may be such that the outer edge is located inside the outer edge of the outer edge.
The p-electrode 6 is a conductive member made of a material that is transparent 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, and B-doped ZnO), gallium oxide, titanium Examples include transparent conductive materials having base materials such as oxide, niobium oxide, and nickel oxide. A specific example is ITO. The thinner the film thickness is, the more light absorption by the p-electrode 6 can be reduced, while the resistance increases, so it can be adjusted as appropriate by considering the balance between these. The 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 reflective film 8)
The second light reflecting film 8 is disposed on the p-electrode 6, and is disposed from the upper surface of the convex portion 4a to at least a portion of the surface around the convex portion 4a. With this arrangement, the second light reflecting film 8 can be formed flat directly above the current injection region. At least a part of the surface around the protrusion 4a is, for example, a region surrounding the protrusion 4a, which is approximately 10% to 50% larger than the diameter or side length of the protrusion 4a. An example is the area of sa. Although it is preferable that the area of the upper surface of the convex portion 4a be small in order to perform current confinement, it is easier to form the second light reflecting film 8 if the planar area is large to some extent. For this reason, it is preferable that the second light reflection film 8 is provided not only on the upper surface of the convex portion 4a but also in a region including at least a part of the surface around the convex portion 4a.
The second light reflecting film can be configured to include a dielectric multilayer film. The second light-reflecting film can have the same structure as the dielectric multilayer film exemplified in the first light-reflecting film 1 described above. for example,
Examples include SiO2 / Nb2O5 , SiO2 / Ta2O5 , and SiO2 / Al2O3 . The thickness of each layer is λ/4n (here, λ is the oscillation wavelength of the laser, and n is the refractive index of the medium constituting each layer)
It is. The number of laminated layers can be appropriately set depending on the intended characteristics. Specifically, when the second light reflecting film 8 is made of SiO 2 /Nb 2 O 3 or the like, each layer has a thickness of 40 nm to 70 nm. The number of layers in the laminated film may be two or more layers, 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, and 0.08 μm to 2.0 μm, for example.
.. It can be 6 μm to 1.7 μm.
It is preferable that the second light reflecting film 8 is placed 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 convex portion 4a. The insulating film 7 covers at least a part of the surface around the protrusion 4 a of the p-side semiconductor layer 4 . 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 . Thereby, the second light reflecting film 8 can be more reliably arranged flatly just above the upper surface of the convex portion 4a. Further, as shown in FIG. 8, the thickness of the insulating film 7 is set to such an extent that it does not reach the upper surface of the convex part 4a, and the insulating film 7 is in contact with the side surface of the convex part 4a, but only on a part of the side surface of the convex part 4a, for example. It may be arranged so as to cover less than half of the area. With such an arrangement, the second light reflecting film 8 can be made flat just above the upper surface of the convex part 4a, and the insulating film 7 can more reliably protect the p-side semiconductor layer 4 around the convex part 4a. It is possible to prevent current injection into. Further, 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 a part of the exposed upper surface of the n-side semiconductor layer 2, and may further cover the stacked body 5.
The sides may be covered.
The insulating film 7 is made of a SiO x type material including SiO 2 , a SiN Y type material such as SiN, a SiO It can be formed from an inorganic material or the like. It is preferable that the material constituting the insulating film has a lower refractive index than the material constituting 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 parts)
(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 transparent 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 the n-electrode 9n be disposed.
These p-pad electrode 9p and n-electrode 9n may be formed of any conductive material commonly used as electrodes in the field. For example, Ti/Pt/Au, Ti/Rh/
Examples include Au. The pad electrode 9p is preferably arranged in a shape surrounding the outer periphery of the convex portion 4a. Thereby, current can be more uniformly injected into the p-side semiconductor layer 4 from the pad electrode 9p via the p-electrode 6. Moreover, it is preferable that the pad electrode 9p be arranged apart from the second light reflection film 8. In this way, by not disposing the p pad electrode 9p directly under the second light reflective film 8, the flatness of the second light reflective film 8 directly above the current injection region can be more reliably ensured.
The n-electrode 9n and the pad electrode 9p may be formed of the same or different materials and have a single layer structure, may be formed of the same material and have the same laminated structure, or may be formed of different materials and have different laminated structures. may be formed. When the n-electrode 9n and the pad electrode 9p are formed of the same material and have 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 stack 5 is usually stacked 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 reflective film 1 is formed from a nitride semiconductor, the first light reflective film 1 is first formed on the substrate 11,
A laminate 5 is formed thereon. Further, after forming the laminate 5, the semiconductor growth substrate may be removed from the laminate 5, and the first light reflective 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 made of 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 board 12)
The above-described vertical cavity surface emitting laser element 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, a metal substrate made of a composite of two or more metals, and the like. For example, an insulating AlN ceramic is used as the base material, and a plurality of metal films 15 are formed on the surface of the base material.
A substrate on which is formed can be used as the heat dissipation substrate 12. The metal film 15 is
It is electrically connected to the p pad electrode 9p and the n electrode 9n. In cases where a p-electrode and an n-electrode are arranged with the laminate 5 in between, or when the first light reflective film 1 side is bonded to the heat dissipation substrate 12, the p-electrode
When it is not necessary to electrically connect both the electrode and the n-electrode to the heat dissipation board 12, the heat dissipation board 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.
Examples include about 0 μm to 500 μm.
As a method for forming the heat dissipation substrate 12, a method commonly used in the 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。
(Anti-reflection film 14)
The above-described vertical cavity surface-emitting laser element emits laser light from the first light-reflecting film 1 side, 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 disposed 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 described above can be used. By making the number of laminated layers and the thickness of each layer different from that of the light reflecting film, a film having an antireflection function can be formed. For example, SiO 2 /Nb 2 O 5 , SiO 2 /Ta 2 O 5 , S
Examples include iO 2 /Al 2 O 3 . The 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。
[Method for manufacturing 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, a substrate 11 for semiconductor growth is prepared, a first light reflecting film 1 is formed, and an n-side semiconductor layer 2 is formed on the upper surface of the first light reflecting film 1. Active layer 3 and convex portion 4
A nitride semiconductor stack 5 is formed by stacking p-side semiconductor layers 4 having a nitride semiconductor layer 4 in this order. After forming the stacked body 5 of nitride semiconductor layers, 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 forming the convex portion 4a. be able to.
Thereafter, as shown in FIGS. 3A and 3B, a transparent p-electrode 6 is formed that contacts the upper surface of the convex portion 4a and extends to the surface around the convex portion 4a.
Subsequently, as shown in FIGS. 4A and 4B, an insulating film 7 is formed to cover the sides of the protrusion 4a of the p-side semiconductor layer 4. Although the insulating film 7 may be formed so as not to contact the p-electrode 6, it is preferable to form the insulating film 7 so as to cover the outer periphery of the p-electrode 6, with a portion of the insulating film 7 covering the p-electrode 6.
Optionally, as shown in FIGS. 5A and 5B, after forming the insulating film 7, a p pad electrode 9p and an n electrode 9n are formed. In particular, by forming the p pad electrode 9p in a ring shape that is larger than the convex portion 4a and surrounds the upper surface of the convex portion 4a and its surroundings, the p pad electrode 9p
Current can be more uniformly injected into the p-side semiconductor layer 4 through the p-electrode 6 .
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, from the upper surface of the convex portion 4a to at least a portion of the surface around the convex portion 4a. It is preferable that the second light reflecting film 8 is placed apart from the insulating film 7 and not in contact with it. By forming the second light reflecting film 8 in this way, FIG.
As shown in C, on the upper surface of the convex portion 4a, that is, directly above the current injection region X, the second light reflection film 8 can be more reliably arranged flat to the end of the region X. This results in
Carriers can be effectively injected into the light emitting part. As a result, laser light can be obtained in the light emitting section. Note that 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 as long as it is flat.

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 the vertical cavity surface emitting laser device thus obtained is bonded to a heat dissipating 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 polishing methods, etching methods, etc. known in the art.
Further, as shown in FIG. 6B, an antireflection film 1 is provided on the surface of the substrate 11a opposite to the first light reflection film 1.
4 may be formed. When completely removing the substrate 11, the antireflection film 14 is the first light reflection film 1.
may be formed on the surface of
Furthermore, as shown in FIG. 2, the obtained laminate 5 is bonded to a heat dissipation substrate 12. For the bonding layer 13 used for bonding, for example, in addition to the same material as the above-mentioned p pad electrode 9p and n electrode 9n, solder or the like can be used. 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 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 via 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. Further, the area between the heat dissipation substrate 12 and the obtained laminate 5, that is, the area other than the area where the bonding layer 13 in the laminate 5 is arranged, may remain hollow, or may be made of an insulating heat dissipation member, etc. You can also embed it by
For example, after arranging the bonding layer 13 as shown in FIG. 2, the bonding layer 13 is bonded by heating.
This can be done by softening.
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 device 10A includes a GaN substrate 11, a nitride semiconductor stack 5, a transparent p-electrode 6 (30 nm thick) made of ITO, and a dielectric Second light reflecting film 8 including laminated film (SiO 2 /Nb 2 O 3 , λ/4 thickness, 15.5 pairs)
Then, a laser element having an insulating film 7 (SiO 2 , 100 nm thick) was formed. The laminate 5 is
First light reflective 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 stacked 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 contacts the upper surface of the convex portion 4a and extends to the surface around the convex portion 4a. The second light reflecting film 8 extends to the side of the convex portion 4a and is disposed on the p-electrode 6. The insulating film 7 is spaced apart from the second light reflecting film 8 and covers at least a portion of the surface around the protrusion 4 a of the p-side semiconductor layer 4 . In a part of the stacked body 5, the p-side semiconductor layer 4 and the active layer 3 are removed to expose the n-side semiconductor layer 2, and an n-electrode 9n and a p-pad electrode 9p are formed on the surface and the p-electrode 6. (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 device 10A having such a configuration was operated continuously at room temperature by injecting a current (1 mA), laser light was emitted upward in FIG. 1B. When the near-field image (NFP) of the vertical cavity surface emitting laser device 10A was observed from above, it was confirmed that oscillation occurred in the center of the current injection region (dotted line), as shown in FIG. In FIG. 7, the shape of the NFP of the laser beam is approximately circular, and it can be said that the emission intensity at the center thereof is maximum. Note that FIG. 7 shows that the closer the color is to white, the higher the emission intensity is.
In this way, the vertical cavity surface emitting laser device 10A of this embodiment can stabilize the shape of the oscillated laser beam.

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
1 First light-reflecting film 2 N-side semiconductor layer 3 Active layer 4 P-side semiconductor layer 4a Convex portion 5 Nitride semiconductor stack 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
前記絶縁膜の一部は前記p電極の上に配置される垂直共振器面発光レーザ素子。
a first light reflective film;
a nitride semiconductor stack in which an n-side semiconductor layer, an active layer, and a p-side semiconductor layer having a current injection region are stacked in this order on the upper surface of the first light-reflecting film;
a translucent p-electrode that contacts the upper surface of the current injection region and extends to the surrounding surface of the current injection region;
a second light reflecting film including a dielectric laminated film, which is disposed on the p-electrode and is disposed from the upper surface of the current injection region to at least a portion of the surface around the current injection region;
an insulating film that is spaced apart from the top surface of the current injection region and covers at least a portion of the side surface of the stacked body;
Equipped with
A vertical cavity surface emitting laser device in which a portion of the insulating film is disposed on the p-electrode .
第1光反射膜と、 a first light reflective film;
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、 a nitride semiconductor stack in which an n-side semiconductor layer, an active layer, and a p-side semiconductor layer having a current injection region are stacked in this order on the upper surface of the first light-reflecting film;
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、 a translucent p-electrode that contacts the upper surface of the current injection region and extends to the surrounding surface of the current injection region;
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、 a second light reflecting film including a dielectric laminated film, which is disposed on the p-electrode and is disposed from the upper surface of the current injection region to at least a portion of the surface around the current injection region;
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、 an insulating film that is spaced apart from the top surface of the current injection region and covers at least a portion of the side surface of the stacked body;
を備え、 Equipped with
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、 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,
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垂直共振器面発光レーザ素子。 The current injection region has the p-side contact layer on its upper surface, and the surface around the current injection region is the surface of the p-side optical guide layer.
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又は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 1 , wherein the insulating film covers a part of the surface of the p-side semiconductor layer around the 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 3 , wherein the insulating film is spaced apart from the 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~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. The vertical cavity surface emitting laser device according to claim 1, further comprising a p pad electrode connected to the p electrode on a side of the current injection region and disposed on the 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 5 , wherein the p pad electrode is spaced apart from the 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~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 vertical cavity surface emitting laser device according to claim 1 , wherein the first light reflecting film includes a semiconductor multilayer film. 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。 The vertical cavity surface emitting laser device according to claim 1, further comprising a heat dissipation substrate above the second light reflection 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. A portion of the n-side semiconductor layer is 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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