JP7660552B2 - 発光デバイスおよび発光デバイスの製造方法 - Google Patents

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Description

本開示は、発光デバイスおよび発光デバイスの製造方法に関する。
例えば、特許文献１では、不純物として炭素（Ｃ）がドープされたＤＢＲ上に、不純物として亜鉛（Ｚｎ）がドープされたｐ形のＩｎＧａＰからなる保護層を設けることでレーザ発振の安定化を図った面発光レーザが開示されている。
特開２０００－１６４９８２号公報
ところで、発光デバイスではデバイス特性の安定性および製造歩留まりの向上が望まれている。
デバイス特性の安定性および製造歩留まりを向上させることが可能な発光デバイスおよび発光デバイスの製造方法を提供することが望ましい。
本開示の一実施の形態の発光デバイスは、基板と、基板側から第２の光反射層、活性層および不純物として炭素を含むヒ素系半導体層からなる第１の光反射層の順に積層された半導体積層体と、半導体積層体の第１の光反射層側に設けられ、半導体積層体に面する一の面および一の面とは反対側の他の面を有するリン系半導体層からなる第１のバッファ層と、少なくとも第１の光反射層と第１のバッファ層との間に設けられ、不純物としてマグネシウムを含むヒ素系半導体層からなる第２のバッファ層と、第１のバッファ層の他の面側に設けられると共に、不純物として炭素を含むヒ素系半導体層からなる第１のコンタクト層と、基板と第２の光反射層との間に設けられた第２のコンタクト層とを備えたものであり、第２のバッファ層は、第１のバッファ層の一の面および他の面の両方に設けられ、第１のコンタクト層および第１のバッファ層の他の面側に設けられた第２のバッファ層に光出射面となる開口が形成されている。
本開示の一実施形態の発光デバイスの製造方法は、基板上に第２のコンタクト層、第２の光反射層、活性層、不純物として炭素を含むヒ素系半導体層からなる第１の光反射層、不純物として亜鉛またはマグネシウムを含むヒ素系半導体層からなる第２のバッファ層、リン系半導体層からなる第１のバッファ層、第２のバッファ層および不純物として炭素を含むヒ素系半導体層からなる第１のコンタクト層を結晶成長によりこの順に形成した後、第１のバッファ層をエッチングストップ層として第１のコンタクト層および第２のバッファ層をエッチングして、底面が光出射面となる開口を形成する。
本開示の一実施の形態の発光デバイス、一実施の形態の第１の発光デバイスの製造方法および一実施形態の第２の発光デバイスの製造方法では、半導体積層体を構成する、不純物として炭素を含むヒ素系半導体層からなる第１の光反射層と、リン系半導体層からなる第１のバッファ層との間に、不純物として亜鉛またはマグネシウムを含むヒ素系半導体層からなる第２のバッファ層を設けるようにした。これにより、第１の光反射層に不純物として含まれる炭素の原料とリン系半導体との接触による結晶成長面の表面状態の悪化を抑制する。
本開示の第１の実施の形態に係る半導体レーザの構成の一例を表す断面模式図である。 図１に示した半導体レーザの製造方法の一例を説明する断面模式図である。 図２Ａに続く工程を表す断面模式図である。 図２Ｂに続く工程を表す断面模式図である。 図２Ｃに続く工程を表す断面模式図である。 本開示の第２の実施の形態に係る半導体レーザの構成の一例を表す断面模式図である。 図３に示した半導体レーザの製造方法の一例を説明する断面模式図である。 図４Ａに続く工程を表す断面模式図である。 図４Ｂに続く工程を表す断面模式図である。 図４Ｃに続く工程を表す断面模式図である。 図１等に示した半導体レーザを備えた照明装置を用いた測距装置の概略構成の一例を表すブロック図である。
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明は本開示の一具体例であって、本開示は以下の態様に限定されるものではない。また、本開示は、各図に示す各構成要素の配置や寸法、寸法比等についても、それらに限定されるものではない。なお、説明する順序は、下記の通りである。
１．第１の実施の形態（Ｃドープされたヒ素系半導体からなる第１反射層とリン系半導体層からなる第１バッファ層との間に、ＺｎまたはＭｇがドープされたヒ素系半導体からなる第２バッファ層を有する裏面出射型の半導体レーザの例）
１－１．半導体レーザの構成
１－２．半導体レーザの製造方法
１－３．作用・効果
２．第２の実施の形態（Ｃドープされたヒ素系半導体からなる第１反射層とリン系半導体層からなる第１バッファ層との間に、ＺｎまたはＭｇがドープされたヒ素系半導体からなる第２バッファ層を有する表面出射型の半導体レーザの例）
３．適用例（測距装置の例）
＜１．第１の実施の形態＞
図１は、本開示の第１の実施の形態に係る発光デバイス（半導体レーザ１）の断面構成の一例を模式的に表したものである。この半導体レーザ１は、例えば、裏面出射型の垂直共振器面発光レーザ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER：ＶＣＳＥＬ）であり、例えば、複数の発光領域として複数のＶＣＳＥＬがアレイ状に集積されたものである。
（１－１．半導体レーザの構成）
半導体レーザ１は、例えば、基板１１の第１面（表面（面１１Ｓ１））に複数の半導体積層体１０を有している。半導体積層体１０は、例えば柱状形状（メサ形状）を有し、例えば、第１光反射層１４、活性層１５および第２光反射層１６がこの順に積層されている。第１光反射層１４と活性層１５との間には、電流注入領域１７Ａを形成する電流狭窄層１７が設けられている。この半導体積層体１０が、本開示の「半導体積層体」の一具体例に相当する。半導体積層体１０と基板１１との間には、第１コンタクト層１２およびバッファ層１３が基板側から順に積層されており、バッファ層１３は、例えば、第１層１３Ａ、第２層１３Ｂおよび第３層１３Ｃが、第１コンタクト層１２側からこの順に積層された多層構造を有し、半導体積層体１０と共に、メサ形状を形成している。第１コンタクト層１２は、複数の半導体積層体１０に対する共通層として基板１１上に延在している。第１コンタクト層１２上には、第１電極２１が各半導体積層体１０の共通電極として設けられている。各半導体積層体１０の上面（面１０Ｓ１）には、それぞれ、第２コンタクト層１８および第２電極２２がこの順に形成されている。更に、第１電極２１および第２電極２２を除く第１コンタクト層１２の上面（面１２Ｓ１）および第２コンタクト層１８の上面ならびに第２コンタクト層１８、半導体積層体１０およびバッファ層１３の側面は絶縁膜２３に覆われており、基板１１の第２面（裏面（面１１Ｓ２））は絶縁膜２４に覆われている。
以下に、半導体レーザ１の各部の構成や材料等について詳細に説明する。
基板１１は、複数の半導体積層体１０を集積する支持基板である。本実施の形態のように、裏面出射型の半導体レーザ１では、基板１１は、例えば不純物を含まない、例えばＧａＡｓ系半導体によって構成されている半絶縁性基板を用いることが好ましい。この他、基板１１は、キャリア濃度が低く、レーザ光の吸収が低減されるものであればよく、例えば、ｐ型またはｎ型のキャリア濃度が５×１０17ｃｍ-3以下のキャリア濃度を有する基板を用いることができる。
第１コンタクト層１２は、例えばＧａＡｓ系半導体によって構成されている。第１コンタクト層１２は、第１電極２１と各半導体積層体１０の第１光反射層１４とを電気的に接続するためのものである。第１コンタクト層１２は、ｐ型のＧａＡｓによって構成されており、不純物として、例えば炭素（Ｃ）を含んでいる。第１コンタクト層１２は、本開示の「第１のコンタクト層」の一具体例に相当する。
バッファ層１３は、上記のように、第１層１３Ａ、第２層１３Ｂおよび第３層１３Ｃが第１コンタクト層１２側からこの順に積層された多層構造を有するものである。第１層１３Ａは、例えば、不純物として亜鉛（Ｚｎ）またはマグネシウム（Ｍｇ）を含むヒ素系半導体層によって構成されている。第２層１３Ｂは、例えば、不純物として亜鉛（Ｚｎ）またはマグネシウム（Ｍｇ）を含むリン系半導体層によって構成されている。第３層１３Ｃは、第１層１３Ａと同様に、例えば、不純物として亜鉛（Ｚｎ）またはマグネシウム（Ｍｇ）を含むヒ素系半導体層によって構成されている。
ヒ素系半導体層は、少なくともヒ素（Ａｓ）を含む化合物半導体を含む層であり、例えば、ＧａＡｓ層、ＡｌＧａＡｓ層およびＡｌＡｓ層が挙げられる。第１層１３Ａおよび第３層１３Ｃは、本開示の「第２のバッファ層」の一具体例に相当し、上記半導体層のうちのいずれか１層または２層以上からなる単層膜または積層膜として形成することができる。第１層１３Ａおよび第３層１３Ｃの積層方向の膜厚（以下、単に厚みという）は、例えば５ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。
リン系半導体層は、少なくともリン（Ｐ）を含む化合物半導体を含む層であり、例えば、ＧａＩｎＰ層、ＡｌＧａＩｎＰ層およびＡｌＩｎＰ層が挙げられる。第２層１３Ｂは、本開示の「第１のバッファ層」の一具体例に相当し、上記半導体層のうちのいずれか１層または２層以上からなる単層膜または積層膜として形成することができる。第２層１３Ｂの厚みは、例えば５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。
第１光反射層１４は、バッファ層１３と電流狭窄層１７との間に配置され、活性層１５および電流狭窄層１７を間にして第２光反射層１６と対向している。第１光反射層１４は、活性層１５で発生した光を第２光反射層１６との間で共振させるようになっている。第１光反射層１４は、本開示の「第１の光反射層」の一具体例に相当する。
第１光反射層１４は、低屈折率層（図示せず）および高屈折率層（図示せず）を交互に積層したＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）層である。低屈折率層は、例えば光学厚さがλ×１／４ｎのｐ型のＡｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ（０＜ｘ１≦１）からなり、高屈折率層は、例えば光学厚さがλ×１／４ｎのｐ型のＡｌx2Ｇａ1-x2Ａｓ（０≦ｘ２＜ｘ１）からなる。λは、各発光領域から発せられるレーザ光の発振波長であり、ｎは、屈折率である。第１光反射層１４は、不純物として、例えば炭素（Ｃ）を含んでいる。
活性層１５は、第１光反射層１４と第２光反射層１６との間に設けられている。活性層１５は、例えばアルミニウムガリウムヒ素（ＡｌＧａＡｓ）系の半導体材料により構成されている。活性層１５では、第１電極２１および第２電極２２から注入された正孔および電子が発光再結合して誘導放出光を発生するようになっている。活性層１５のうち電流注入領域１７Ａとの対向領域が発光領域となる。活性層１５には、例えばアンドープのＡｌx3Ｇａ1-x3Ａｓ（０＜ｘ３≦０．４５）を用いることができる。活性層１５は、例えばＧａＡｓとＡｌＧａＡｓとの多重量子井戸（ＭＱＷ：Multi Quantum Well）構造を有していてもよい。この他、インジウムガリウムヒ素（ＩｎＧａＡｓ）とＡｌＧａＡｓとの多重量子井戸構造により活性層１５を構成するようにしてもよい。活性層１５は、本開示の「活性層」の一具体例に相当する。
第２光反射層１６は、活性層１５と第２コンタクト層１８との間に配置されたＤＢＲ層である。第２光反射層１６は、活性層１５および電流狭窄層１７を間にして第１光反射層１４と対向している。第２光反射層１６は、本開示の「第２の光反射層」の一具体例に相当する。
第２光反射層１６は、低屈折率層および高屈折率層を交互に重ねた積層構造を有している。低屈折率層は、例えば光学膜厚がλ／４ｎのｎ型のＡｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ（０＜ｘ４≦１）である。高屈折率層は、例えば光学膜厚がλ／４ｎのｎ型のＡｌx5Ｇａ1-x5Ａｓ（０≦ｘ５＜ｘ４）である。第２光反射層１６は、不純物として、例えばシリコン（Ｓｉ）を含んでいる。
電流狭窄層１７は、第１光反射層１４と活性層１５との間に設けられ、例えば、メサ形状を有する半導体積層体１０の外周側から内側に所定の幅を有して環状に形成されている。換言すると、電流狭窄層１７は、第１光反射層１４と活性層１５との間に設けられ、その中央部分に所定の幅の開口を有しており、この開口が電流注入領域１７Ａとなっている。電流狭窄層１７は、例えばｐ型のＡｌＧａＡｓにより構成されている。具体的には、電流狭窄層１７は、Ａｌ0.85Ｇａ0.15Ａｓ～ＡｌＡｓからなり、これを酸化して酸化アルミニウム（ＡｌＯx）層とすることで、電流を狭窄する。半導体レーザ１では、この電流狭窄層１７を設けることにより、第１電極２１から活性層１５に注入させる電流の狭窄がなされ、電流注入効率が高められる。
第２コンタクト層１８は、導電性を有する、例えばＧａＡｓ系半導体によって構成されている。第２コンタクト層１８は、例えば、ｎ型のＧａＡｓによって構成されており、不純物として、例えばシリコン（Ｓｉ）を含んでいる。第２コンタクト層１８は、本開示の「第２のコンタクト層」の一具体例に相当する。
第１電極２１は、第１コンタクト層１２上に設けられ、例えば、例えば、チタン（Ｔｉ）／白金（Ｐｔ）／金（Ａｕ）の多層膜によって形成されている。
第２電極２２は、半導体積層体１０の上方、具体的には、第２コンタクト層１８上に設けられ、例えば金－ゲルマニウム（Ａｕ－Ｇｅ）／ニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）の多層膜によって形成されている。
絶縁膜２３は、第２コンタクト層１８の上面および第２コンタクト層１８、半導体積層体１０およびバッファ層１３の側面ならびに第１コンタクト層１２の上面（面１２Ｓ１）に、例えば連続して形成されている。絶縁膜２３は、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）あるいは酸化シリコン（ＳｉＯ2）等の単層膜または積層膜により構成されている。絶縁膜２３の各第２コンタクト層１８の上面および第１コンタクト層１２の所定の位置は、それぞれ、開口２３Ｈ（例えば、図２Ｄ参照）が設けられており、各開口２３Ｈに、第１電極２１または第２電極２２が埋め込まれている。
絶縁膜２４は、基板１１の裏面（面１１Ｓ２）の、例えば全面に形成されている。絶縁膜２４は、絶縁膜２４と同様に、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）あるいは酸化シリコン（ＳｉＯ2）等の単層膜または積層膜により構成されている。
本実施の形態の半導体レーザ１は、基板１１上に設けられた複数の半導体積層体１０と、第１電極２１とが、例えばｐ型のＧａＡｓによって構成された第１コンタクト層１２によって互いに電気的に接続された、所謂アノード共通構造を有する半導体レーザである。
半導体レーザ１では、第１電極２１および第２電極２２に所定の電圧を印加すると、第１電極２１および第２電極２２から半導体積層体１０に電圧が印加される。これにより、第１電極２１から電子が、第２電極２２からホールが、活性層１５に注入され、電子およびホールの再結合により光が発生する。光は第１光反射層１４と第２光反射層１６との間で共振して増幅され、基板１１の裏面（面１１Ｓ２）からレーザ光Ｌが出射される。
（１－２．半導体レーザの製造方法）
次に、図２Ａ～図２Ｄを参照して、半導体レーザ１の製造方法について説明する。
まず、図２Ａに示したように、基板１１上に、例えば有機金属気相成長（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ：ＭＯＣＶＤ）法等のエピタキシャル結晶成長法により、第１コンタクト層１２、バッファ層１３、第１光反射層１４、活性層１５、第２光反射層１６および第２コンタクト層１８を構成する各化合物半導体層をこの順に形成し、エピウェハを作製する。この際、ＧａＡｓ系半導体を含むヒ素系半導体の原料としては、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）等のメチル系有機金属化合物と、アルシン(ＡｓＨ3)ガスを用い、ドナー不純物の原料としては、例えばジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）を用い、アクセプタ不純物の原料としては、例えば四臭化炭素（ＣＢｒ4）を用いる。リン系半導体（例えば、ＡｌＧａＩｎＰ）の原料としては、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）等のメチル系有機金属化合物と、ホスフィン(ＰＨ3)ガスを用い、ドナー不純物の原料としては、例えばジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）を用い、アクセプタ不純物の原料としては、例えばジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）やシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）を用いる。
続いて、図２Ｂに示したように、第２コンタクト層１８上に、所定のパターンのレジスト膜（図示せず）を形成した後、このレジスト膜をマスクとして、第２コンタクト層１８、第２光反射層１６、活性層１５および第１光反射層１４をエッチングし、柱状のメサ構造（半導体積層体１０）を形成する。このとき、例えばＣｌ系ガスによるＲＩＥ（Reactive Ion Etching）を用いることが好ましい。第２コンタクト層１８、第２光反射層１６、活性層１５および第１光反射層１４のエッチングでは、バッファ層１３の第２層１３Ｂがエッチングストップ層として機能する。これにより、ウェハ面内におけるエッチング深さが一定となる。その後、水蒸気雰囲気下で高温処理を施すことで、予めエピ成長の際に積層しておいたアルミニウム（Ａｌ）組成の高い、例えばＡｌＧａＡｓ層を酸化し、電流狭窄する酸化層（電流狭窄層１７）を形成する。
次に、図２Ｃに示したように、バッファ層１３の第２層１３Ｂおよび第１層１３Ａをエッチングにより除去し、第１コンタクト層１２を露出させる。
続いて、図２Ｄに示したように、第２コンタクト層１８の上面から第１コンタクト層１２上に連続する絶縁膜２３および基板１１の裏面（面１１Ｓ２）に絶縁膜２４を形成した後、第１コンタクト層１２上および第２コンタクト層１８上に第１電極２１および第２電極２２をそれぞれ形成する。絶縁膜２３，２４は、例えば化学気相成長（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）法または原子層堆積（ＡＬＤ：Atomic Layer Deposition）法により形成する。絶縁膜２３は、第２コンタクト層１８の上面からエッチングにより露出した第１コンタクト層１２の上面（面１２Ｓ１）全体を被覆するように形成した後、絶縁膜２３上に所定のパターンのレジスト膜（図示せず）をパターン形成し、ＲＩＥ等のエッチングを行い、所定の位置に開口２３Ｈを形成する。その後、例えばレジストパターンを用いたリフトオフ法を用いて、第１コンタクト層１２上および第２コンタクト層１８の上面に、それぞれ、第１電極２１および第２電極２２をパターン形成する。以上により、図１に示した半導体レーザ１が完成する。
（１－３．作用・効果）
本実施の形態の半導体レーザ１は、不純物として炭素（Ｃ）を含むヒ素系半導体層からなる第１光反射層１４と、バッファ層１３を構成するリン系半導体層からなる第２層１３Ｂとの間に、不純物として亜鉛（Ｚｎ）またはマグネシウム（Ｍｇ）を含むヒ素系半導体層からなる第３層１３Ｃを設けるようにした。これにより、第１光反射層１４に含まれる炭素（Ｃ）の原料として用いられるアクセプタ不純物（例えば、四臭化炭素（ＣＢｒ4））と、第２層１３Ｂを構成するリン系半導体との接触による結晶成長面の表面状態の悪化が抑制される。以下、これについて説明する。
前述したように、ｐ形のＤＢＲとｐ形のＧａＡｓからなるオーミックコンタクト層との間に、不純物として亜鉛（Ｚｎ）をドープしたｐ形のＩｎＧａＰ層を形成し、これをエッチングストップ層として用いることでレーザ発振の安定化を図った面発光レーザが開発されている。
上記面発光レーザでは、ｐ形のＤＢＲおよびｐ形のＧａＡｓからなるオーミックコンタクト層は、いずれも不純物として炭素（Ｃ）がドープされている。面発光レーザを含む半導体レーザの結晶成長は一般にＭＯＣＶＤ法が用いられるが、ＭＯＣＶＤ法において炭素（Ｃ）をドープする際には、四臭化炭素（ＣＢｒ4）や塩化臭素（ＢｒＣｌ3）等が原料として用いられる。例えば、四臭化炭素（ＣＢｒ4）を用いた場合には、熱分解によって、例えばｐ形のＤＢＲの結晶成長中に臭素（Ｂｒ）が発生する。発生した臭素（Ｂｒ）の一部は、メモリ効果によりリアクタ内に残留する。このリアクタ内に残留した臭素（Ｂｒ）は、次に結晶成長させるリン系半導体、即ち上記ＩｎＧａＰ層と容易に反応し、ＩｎＧａＰ層の表面状態（例えば、平坦性）の悪化や、ＩｎＧａＰ層の表面に反応物に起因した結晶欠陥やダスト等を発生させ、デバイス特性の悪化や製造歩留まりの低下を引き起こす虞がある。
これに対して、本実施の形態では、不純物として炭素（Ｃ）を含むヒ素系半導体層からなる第１光反射層１４と、リン系半導体層からなる第２層１３Ｂとの間に、不純物として亜鉛（Ｚｎ）またはマグネシウム（Ｍｇ）を含むヒ素系半導体層からなる第３層１３Ｃを設けるようにした。これにより、四臭化炭素（ＣＢｒ4）等のＣドープ材料とリン系半導体からなる第２層１３Ｂとの接触による結晶成長面の表面状態の悪化が抑制される。具体的には、Ｃドープ材料に起因したリン系半導体層とのエッチング反応を防ぎ、結晶成長面における欠陥ピットの発生や表面モフォロジーの悪化を防止することが可能となる。
以上のように、本実施の形態の半導体レーザ１では、不純物として亜鉛（Ｚｎ）またはマグネシウム（Ｍｇ）を含むヒ素系半導体層からなる第３層１３Ｃを、不純物として炭素（Ｃ）を含むヒ素系半導体層からなる第１光反射層１４と、リン系半導体層からなる第２層１３Ｂとの間に設けるようにしたので、Ｃドープ材料とリン系半導体との接触による結晶成長面の表面状態の悪化が抑制され、リン系半導体層（第２層１３Ｂ）およびその上方には平坦性に優れたエピ層が形成されるようになる。よって、面発光レーザのデバイス特性および製造歩留まりを向上させることが可能となる。
また本実施の形態では、第１コンタクト層１２を不純物として炭素（Ｃ）を含むＧａＡｓ系半導体によって構成するようにしたので、この第１コンタクト層１２とリン系半導体層からなる第２層１３Ｂとの間にも、不純物として亜鉛（Ｚｎ）またはマグネシウム（Ｍｇ）を含むヒ素系半導体層からなる第１層１３Ａを設けるようにした。これにより、第１コンタクト層１２を形成する際に用いる四臭化炭素（ＣＢｒ4）等のＣドープ材料とリン系半導体からなる第２層１３Ｂとの接触を抑制し、平坦性に優れた第１コンタクト層１２および第２層１３Ｂの形成が可能となる。
以下、本開示の第２の実施の形態および適用例について説明する。以下では、上記第１の実施の形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。
＜２．第２の実施の形態＞
図３は、本開示の第２の実施の形態に係る発光デバイス（半導体レーザ２）の断面構成の一例を模式的に表したものである。この半導体レーザ２は、例えば、表面出射型の垂直共振器面発光レーザ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER：ＶＣＳＥＬ）であり、例えば、複数の発光領域として複数のＶＣＳＥＬがアレイ状に集積されたものである。
半導体レーザ２は、例えば、基板１１の第１面（表面（面１１Ｓ１））に、一部が柱状形状（メサ形状）を有する複数の半導体積層体１０を有している。本実施の形態の半導体積層体１０は、例えば、第２光反射層１６、活性層１５および第１光反射層１４がこの順に積層されており、第１光反射層１４と活性層１５との間には、電流注入領域１７Ａを形成する電流狭窄層１７が設けられている。半導体積層体１０と基板１１との間には、第２コンタクト層１８が設けられており、各半導体積層体１０の上面には、バッファ層１３および第１コンタクト層１２がこの順に積層されている。バッファ層１３は、例えば、第３層１３Ｃ、第２層１３Ｂおよび第１層１３Ａが、半導体積層体１０側からこの順に積層されている。本実施の形態では、第２コンタクト層１８および第２光反射層１６の一部が複数の半導体積層体１０に対する共通層として基板１１上に延在している。また、電流注入領域１７Ａの上方の第１コンタクト層１２およびバッファ層１３を構成する第１層１３Ａには、光出射面となる開口Ｈが形成されており、この開口Ｈの周囲の第１コンタクト層１２上に第１電極２１が設けられている。第２電極２２は、複数の半導体積層体１０に対する共通電極として基板１１の裏面（面１１Ｓ２）に設けられている。更に、開口Ｈの側面および底面ならびに第１コンタクト層１２、バッファ層１３、第１光反射層１４、電流狭窄層１７、活性層１５、第２光反射層１６の一部の側面および各半導体積層体１０に共通する第２光反射層１６の上面（面１６Ｓ１）は、１絶縁膜２３に覆われている。
半導体レーザ２は、例えば、以下のようにして製造することができる。
まず、図４Ａに示したように、基板１１上に、例えばＭＯＣＶＤ法等のエピタキシャル結晶成長法により、第２コンタクト層１８、第２光反射層１６、活性層１５、第１光反射層１４、バッファ層１３および第１コンタクト層１２を構成する各化合物半導体層をこの順に形成してエピウェハを作製した後、第２光反射層１６までエッチングし、柱状のメサ構造（半導体積層体１０）を形成する。
続いて、図４Ｂに示したように、水蒸気雰囲気下で高温処理を施すことで、予めエピ成長の際に積層しておいたアルミニウム（Ａｌ）組成の高い、例えばＡｌＧａＡｓ層を酸化し、電流狭窄する酸化層（電流狭窄層１７）を形成する。
次に、図４Ｃに示したように、第２層１３Ｂをエッチングストップ層として、電流注入領域１７Ａの上方の第１コンタクト層１２および第１層１３Ａを、例えばウェットエッチングにより選択的に除去し、底面が光出射面となる開口Ｈを形成する。
続いて、図４Ｄに示したように、開口Ｈの側面および底面ならびに開口Ｈの周囲の第１コンタクト層１２の上面から第２光反射層１６の上面（面１６Ｓ１）に連続する絶縁膜２３を形成した後、第１コンタクト層１２の上面および基板１１の裏面（面１１Ｓ２）に第１電極２１および第２電極２２をそれぞれ形成する。絶縁膜２３は、例えばＣＶＤ法またはＡＬＤ法により、開口Ｈの側面および底面ならびに開口Ｈの周囲の第１コンタクト層１２の上面から第２光反射層１６の上面（面１６Ｓ１）全体を被覆するように形成した後、所定のパターンのレジスト膜（図示せず）をパターン形成し、ＲＩＥ等のエッチングにより第１コンタクト層１２上に開口を形成する。その後、例えばレジストパターンを用いたリフトオフ法を用いて、第１コンタクト層１２に、第１電極２１をパターン形成する。以上により、図３に示した半導体レーザ２が完成する。
以上のように、本実施の形態の半導体レーザ２では、基板１１側から、第２コンタクト層１８、第２光反射層１６、活性層１５、第１光反射層１４、バッファ層１３および第１コンタクト層１２をこの順に積層された、不純物として炭素（Ｃ）を含むヒ素系半導体層からなる第１光反射層１４と、リン系半導体層からなる第２層１３Ｂとの間に、不純物として亜鉛（Ｚｎ）またはマグネシウム（Ｍｇ）を含むヒ素系半導体層からなる第３層１３Ｃを設けるようにした。また、リン系半導体層からなる第２層１３Ｂと、不純物として炭素（Ｃ）を含むヒ素系半導体層からなる第１コンタクト層１２との間に、第３層１３Ｃと同様の構成を有する第１層１３Ａを設けるようにした。このような構成を有する表面出射型の半導体レーザ２においても、上記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。即ち、面発光レーザのデバイス特性および製造歩留まりを向上させることが可能となる。
なお、本実施の形態の半導体レーザ２では、レーザ光Ｌは半導体積層体１０の上方から出射されるため、基板１１は、上記第１の実施の形態において挙げた半絶縁性基板に限らず、一般的なガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板を用いるようにしてもよい。この他、基板１１は、発光デバイスの材料系や異種基板の接合プロセス等により、インジウムリン（ＩｎＰ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、シリコン（Ｓｉ）、または炭化シリコン（ＳｉＣ）等により構成するようにしてもよい。
＜３．適用例＞
本技術は半導体レーザを含む種々の電子機器に適用できる。例えば、スマートフォン等の携帯電子機器に備えられる光源や、形状や動作等を検知する各種センシング機器の光源等に適用できる。
図５は、上述した半導体レーザ１を備えた照明装置１００を用いた測距装置（測距装置２００）の概略構成を表したブロック図である。測距装置２００は、ＴｏＦ方式により距離を測定するものである。測距装置２００は、例えば、照明装置１００と、受光部２１０と、制御部２２０と、測距部２３０とを有する。
照明装置１００は、例えば、図１等に示した半導体レーザ１を光源として備えたものである。照明装置１００では、例えば、矩形波の発光制御信号ＣＬＫｐに同期して照明光を発生する。また、発光制御信号ＣＬＫｐは、周期信号であれば、矩形波に限定されない。例えば、発光制御信号ＣＬＫｐは、サイン波であってもよい。
受光部２１０は、照射対象物３００から反射された反射光を受光して、垂直同期信号ＶＳＹＮＣの周期が経過するたびに、その周期内の受光量を検出するものである。例えば、６０ヘルツ（Ｈｚ）の周期信号が垂直同期信号ＶＳＹＮＣとして用いられる。また、受光部２１０には、複数の画素回路が二次元格子状に配置されている。受光部２１０は、これらの画素回路の受光量に応じた画像データ（フレーム）を測距部２３０に供給する。なお、垂直同期信号ＶＳＹＮＣの周波数は、６０ヘルツ（Ｈｚ）に限定されず、３０ヘルツ（Ｈｚ）や１２０ヘルツ（Ｈｚ）としてもよい。
制御部２２０は、照明装置１００を制御するものである。制御部２２０は、発光制御信号ＣＬＫｐを生成して照明装置１００および受光部２１０に供給する。発光制御信号ＣＬＫｐの周波数は、例えば２０メガヘルツ（ＭＨｚ）である。なお、発光制御信号ＣＬＫｐの周波数は、２０メガヘルツ（ＭＨｚ）に限定されず、例えば５メガヘルツ（ＭＨｚ）としてもよい。
測距部２３０は、画像データに基づいて、照射対象物３００までの距離をＴｏＦ方式で測定するものである。この測距部２３０は、画素回路毎に距離を測定して画素毎に物体までの距離を諧調値で示すデプスマップを生成する。このデプスマップは、例えば、距離に応じた度合いのぼかし処理を行う画像処理や、距離に応じてフォーカスレンズの合焦点を求めるオートフォーカス（ＡＦ）処理等に用いられる。
以上、第１、第２の実施の形態および適用例を挙げて本技術を説明したが、本技術は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記第１の実施の形態等において説明した半導体レーザ１，２の層構成は一例であり、更に他の層を備えていてもよい。また、各層の材料も一例であって、上述のものに限定されるものではない。
例えば、上記第１の実施の形態等では、第１コンタクト層１２が不純物（ドーパント）として炭素（Ｃ）を含む例を示したが、第１コンタクト層１２のドーパントは炭素（Ｃ）に限らない。例えば、第１コンタクト層１２は、バッファ層１３と同様に、ドーパントとして亜鉛（Ｚｎ）等を含んでいてもよい。その場合には、第１コンタクト層１２と接するバッファ層１３の第１層１３Ａは省略しても構わない。
また、上記第１の実施の形態では、基板１１上に第１コンタクト層１２、バッファ層１３、第１光反射層１４、活性層１５、第２光反射層１６および第２コンタクト層１８がこの順に積層された、アノード共通構造を有する裏面出射型の半導体レーザ（半導体レーザ１）を例に示したがこれに限らない。例えば、半導体レーザ１は、第２の実施の形態の半導体レーザ２のように、基板１１側から第２コンタクト層１８、第２光反射層１６、活性層１５、第１光反射層１４、バッファ層１３および第１コンタクト層１２がこの順に積層された、所謂カソード共通構造を有する裏面出射型の半導体レーザとして構成してもよい。同様に、上記第２の実施の形態において説明した表面出射型の半導体レーザ（半導体レーザ２）についても、基板１１側から順に、第１コンタクト層１２、バッファ層１３、第１光反射層１４、活性層１５、第２光反射層１６および第２コンタクト層１８が積層された構成としてもよい。
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってよい。
なお、本技術は以下のような構成とすることができる。以下の構成の本技術によれば、半導体積層体を構成する、不純物として炭素を含むヒ素系半導体層からなる第１の光反射層と、リン系半導体層からなる第１のバッファ層との間に、不純物として亜鉛またはマグネシウムを含むヒ素系半導体層からなる第２のバッファ層を設けるようにした。これにより、第１の光反射層に不純物として含まれる炭素の原料とリン系半導体との接触による結晶成長面の表面状態の悪化が抑制され、デバイス特性の安定性および製造歩留まりを向上させることが可能となる。
（１）
基板と、
前記基板側から第２の光反射層、活性層および不純物として炭素を含むヒ素系半導体層からなる第１の光反射層の順に積層された半導体積層体と、
前記半導体積層体の前記第１の光反射層側に設けられ、前記半導体積層体に面する一の面および前記一の面とは反対側の他の面を有するリン系半導体層からなる第１のバッファ層と、
少なくとも前記第１の光反射層と前記第１のバッファ層との間に設けられ、不純物としてマグネシウムを含むヒ素系半導体層からなる第２のバッファ層と、
前記第１のバッファ層の前記他の面側に設けられると共に、不純物として炭素を含むヒ素系半導体層からなる第１のコンタクト層と、
前記基板と前記第２の光反射層との間に設けられた第２のコンタクト層とを備え、
前記第２のバッファ層は、前記第１のバッファ層の前記一の面および前記他の面の両方に設けられ、
前記第１のコンタクト層および前記第１のバッファ層の前記他の面側に設けられた前記第２のバッファ層に光出射面となる開口が形成されている
発光デバイス。
（２）
前記ヒ素系半導体層はＧａＡｓ層、ＡｌＧａＡｓ層およびＡｌＡｓ層のうちのいずれか１層または２層以上からなる単層膜または積層膜である、前記（１）に記載の発光デバイス。
（３）
前記リン系半導体層は、ＧａＩｎＰ層、ＡｌＧａＩｎＰ層およびＡｌＩｎＰ層のうちのいずれか１層または２層以上からなる単層膜または積層膜である、前記（１）または（２）に記載の発光デバイス。
（４）
前記半導体積層体は、前記第１の光反射層と前記活性層との間に電流注入領域を有する電流狭窄層をさらに有する、前記（１）乃至（３）のうちのいずれか１つに記載の発光デバイス。
（５）
前記半導体積層体に対して所定の電圧を印加可能に設けられた第１の電極および第２の電極をさらに有する、前記（１）乃至（４）のうちのいずれか１つに記載の発光デバイス。
（６）
前記半導体積層体は、前記半導体積層体の上方にレーザ光を出射する、前記（１）乃至（５）のうちのいずれか１つに記載の発光デバイス。
（７）
基板上に第２のコンタクト層、第２の光反射層、活性層、不純物として炭素を含むヒ素系半導体層からなる第１の光反射層、不純物として亜鉛またはマグネシウムを含むヒ素系半導体層からなる第２のバッファ層、リン系半導体層からなる第１のバッファ層、前記第２のバッファ層および不純物として炭素を含むヒ素系半導体層からなる第１のコンタクト層を結晶成長によりこの順に形成した後、
前記第１のバッファ層をエッチングストップ層として前記第１のコンタクト層および前記第２のバッファ層をエッチングして、底面が光出射面となる開口を形成する
発光デバイスの製造方法。
（８）
前記第１のバッファ層、前記第２のバッファ層、前記第１の光反射層、前記活性層および前記第２の光反射層を有機金属気相成長法により連続して形成する、前記（７）に記載の発光デバイスの製造方法。
本出願は、日本国特許庁において２０２０年２月１８日に出願された日本特許出願番号２０２０－０２５１９０号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願の全ての内容を参照によって本出願に援用する。
当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。

Claims (8)

  1. 基板と、
    前記基板側から第２の光反射層、活性層および不純物として炭素を含むヒ素系半導体層からなる第１の光反射層の順に積層された半導体積層体と、
    前記半導体積層体の前記第１の光反射層側に設けられ、前記半導体積層体に面する一の面および前記一の面とは反対側の他の面を有するリン系半導体層からなる第１のバッファ層と、
    少なくとも前記第１の光反射層と前記第１のバッファ層との間に設けられ、不純物としてマグネシウムを含むヒ素系半導体層からなる第２のバッファ層と、
    前記第１のバッファ層の前記他の面側に設けられると共に、不純物として炭素を含むヒ素系半導体層からなる第１のコンタクト層と、
    前記基板と前記第２の光反射層との間に設けられた第２のコンタクト層とを備え、
    前記第２のバッファ層は、前記第１のバッファ層の前記一の面および前記他の面の両方に設けられ、
    前記第１のコンタクト層および前記第１のバッファ層の前記他の面側に設けられた前記第２のバッファ層に光出射面となる開口が形成されている
    発光デバイス。
  2. 前記ヒ素系半導体層はＧａＡｓ層、ＡｌＧａＡｓ層およびＡｌＡｓ層のうちのいずれか１層または２層以上からなる単層膜または積層膜である、請求項１に記載の発光デバイス。
  3. 前記リン系半導体層は、ＧａＩｎＰ層、ＡｌＧａＩｎＰ層およびＡｌＩｎＰ層のうちのいずれか１層または２層以上からなる単層膜または積層膜である、請求項１に記載の発光デバイス。
  4. 前記半導体積層体は、前記第１の光反射層と前記活性層との間に電流注入領域を有する電流狭窄層をさらに有する、請求項１に記載の発光デバイス。
  5. 前記半導体積層体に対して所定の電圧を印加可能に設けられた第１の電極および第２の電極をさらに有する、請求項１に記載の発光デバイス。
  6. 前記半導体積層体は、前記半導体積層体の上方にレーザ光を出射する、請求項１に記載の発光デバイス。
  7. 基板上に第２のコンタクト層、第２の光反射層、活性層、不純物として炭素を含むヒ素系半導体層からなる第１の光反射層、不純物として亜鉛またはマグネシウムを含むヒ素系半導体層からなる第２のバッファ層、リン系半導体層からなる第１のバッファ層、前記第２のバッファ層および不純物として炭素を含むヒ素系半導体層からなる第１のコンタクト層を結晶成長によりこの順に形成した後、
    前記第１のバッファ層をエッチングストップ層として前記第１のコンタクト層および前記第２のバッファ層をエッチングして、底面が光出射面となる開口を形成する
    発光デバイスの製造方法。
  8. 前記第１のバッファ層、前記第２のバッファ層、前記第１の光反射層、前記活性層および前記第２の光反射層を有機金属気相成長法により連続して形成する、請求項７に記載の発光デバイスの製造方法。
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