TWI418052B - Surface emitting laser element and its manufacturing method and surface emitting laser array and manufacturing method thereof - Google Patents

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TWI418052B
TWI418052B TW096118595A TW96118595A TWI418052B TW I418052 B TWI418052 B TW I418052B TW 096118595 A TW096118595 A TW 096118595A TW 96118595 A TW96118595 A TW 96118595A TW I418052 B TWI418052 B TW I418052B
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Hirohisa Saito
Fumitake Nakanishi
Shinji Matsukawa
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Sumitomo Electric Industries
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Description

面發光雷射元件及其製造方法與面發光雷射陣列及其製造方法
本發明係關於面發光雷射元件及其製造方法與面發光雷射陣列及其製造方法，詳細而言，係關於在發光區域之發光均一的面發光雷射元件、面發光雷射陣列及良率佳地製造此等之製造方法。
為了獲得發光強度高且可靠性高之半導體發光元件，作為半導體發光元件用基板，需要採用具導電性且差排密度低之氮化鎵基板。因而，半導體發光元件用之導電性氮化鎵基板係在其基板之結晶中，刻意使差排集中，而形成差排密度高之區域(以下，稱為高差排密度區域)，而在該高差排密度區域以外的區域形成差排密度低之低差排密度區域。先前提出有：藉由在如此形成之導電性氮化鎵基板的低差排密度區域上，形成包含發光層之數個半導體層，形成LED(發光二極體)構造或帶狀雷射構造，來製造發光強度及可靠性高之半導體發光元件。(如日本特開2003－124115號公報及日本特開2003－124572號公報)。
[專利文獻1]日本特開2003－124115號公報[專利文獻2]日本特開2003－124572號公報
但是，上述日本特開2003－124115號公報或日本特開2003－124572號公報中提出之半導體發光元件，有以下之問題。亦即，使用導電性氮化鎵基板形成具有帶狀雷射構造之半導體發光元件時，因氮化鎵基板之劈開性不足，如形成法布里佩羅(Fabry－Perot)共振器時之良率降低。
此外，使用導電性氮化鎵基板形成具有LED構造之半導體發光元件時，即使以將LED構造中之發光區域位於低差排密度區域內之上方的方式形成，仍發生發光區域內之發光不均一的情況，因而半導體發光元件之良率降低。調查該原因後發現，係因在導電性氮化鎵基板之低差排密度區域內含有：導電性高之子區域(以下，稱為低差排密度高導電區域)與導電性低之子區域(以下，稱為低差排密度低導電區域)。另外，由於導電性氮化鎵基板之高差排密度區域係差排密度高，並且載子濃度高、導電性高之區域，因此，將該高差排密度區域稱為高差排密度高導電區域。
本發明之目的為解決上述問題，而提供在發光區域發光均一之面發光雷射元件、面發光雷射陣列及良率佳地製造此等之製造方法。
本發明之面發光雷射元件的製造方法係包含：準備作為導電性氮化鎵基板之導電性氮化鎵複區域基板之步驟，該基板包含：差排密度及載子濃度高之高差排密度高導電區域，差排密度比高差排密度高導電區域低之低差排密度高導電區域，及差排密度及載子濃度比高差排密度高導電區域低之低差排密度低導電區域；半導體層積層體形成步驟，其係在導電性氮化鎵複區域基板之一方主面上形成包含發光層之III－V族化合物半導體層積層體；及電極形成步驟，其係在III－V族化合物半導體層積層體之最上層上形成半導體層側電極，並在導電性氮化鎵複區域基板之另一方主面上形成基板側電極；在發光層中，以載子流入之發光區域限制於低差排密度高導電區域內之上方的方式，形成III－V族化合物半導體層積層體、半導體層側電極及基板側電極。藉由該製造方法，可輕易且良率佳地獲得流入發光區域內之載子均一，且發光區域內之發光均一的面發光雷射元件。
本發明之面發光雷射元件的製造方法中，在電極形成步驟中，可以將發光區域限制於低差排密度高導電區域內之上方的方式，將半導體層側電極形成於低差排密度高導電區域內之上方的位置。此外，在半導體層積層體形成步驟中，可以將發光區域限制於低差排密度高導電區域內之上方的方式，在III－V族化合物半導體層積層體內形成載子狹窄區域。藉由該製造方法，可將發光區域限制於低差排密度高導電區域內之上方，可輕易且良率佳地獲得流入發光區域內之載子均一，且發光區域內之發光均一的面發光雷射元件。
本發明之面發光雷射元件的製造方法中，高差排密度高導電區域可為點狀，且高差排密度高導電區域之各點係配置於在導電性氮化鎵複區域基板之主面上光柵常數為PD 之周期性的三角光柵點或正方光柵點上；低差排密度高導電區域係從以各點之中心作為中心之半徑為PD /2的圓內之區域除去各點的區域。此外，高差排密度高導電區域可為帶狀，且高差排密度高導電區域之各帶在導電性氮化鎵複區域基板之主面上，以周期性之間隔PS 配置；低差排密度高導電區域係從氮化鎵複區域基板之全部區域除去各帶、與將自各帶之中心僅離開PS /2之位置作為中心而形成之低差排密度低導電區域的區域。藉由該製造方法，可輕易且良率佳地獲得流入發光區域內之載子的面內分布均一，且發光區域內之發光均一的面發光雷射元件。
此外，本發明之面發光雷射元件的製造方法中，可為高差排密度高導電區域係差排密度為1×106 cm－2 以上，載子濃度為1×1018 cm－3 以上之區域，且低差排密度高導電區域係差排密度未達1×106 cm－2 ，載子濃度為1×1018 cm－3 以上之區域，低差排密度低導電區域係差排密度未達1×106 cm－2 ，載子濃度未達1×1018 cm－3 之區域。藉由該製造方法，可將發光區域限制於差排密度未達1×106 cm－2 ，載子濃度為1×1018 cm－3 以上之低差排密度高導電區域內的上方，流入發光區域內之載子的面內分布均一，可良率佳地獲得發光區域內之發光均一，且發光效率高的面發光雷射元件。
此外，本發明之面發光雷射元件包含：導電性氮化鎵基板；III－V族化合物半導體層積層體，其係包含形成於導電性氮化鎵基板之一方主面上的發光層；半導體層側電極，其係形成於III－V族化合物半導體層積層體之最上層上；及基板側電極，其係形成於導電性氮化鎵基板之另一方主面上；且導電性氮化鎵基板包含差排密度未達1×106 cm－2 ，載子濃度為1×1018 cm－3 以上之區域的低差排密度高導電區域；在發光層中，載子流入之發光區域位於低差排密度高導電區域內之上方。該面發光雷射元件，因為發光區域位於差排密度未達1×106 cm－2 ，載子濃度為1×1018 cm－3 以上之區域的低差排密度高導電區域內之上方，所以流入發光區域內之載子的面內分布均一，且發光區域內之發光均一，並且發光效率高。
本發明之面發光雷射元件中，可以發光區域位於低差排密度高導電區域內之上方的方式，將半導體層側電極形成於低差排密度高導電區域內之上方的位置。此外，可以發光區域位於低差排密度高導電區域內之上方的方式，在III－V族化合物半導體層積層體內形成載子狹窄區域。該面發光雷射元件，因為發光區域位於低差排密度高導電區域內之上方，所以流入發光區域內之載子的面內分布均一，且發光區域內之發光均一。
本發明之面發光雷射元件中，導電性氮化鎵基板進一步可包含差排密度為1×106 cm－2 以上，載子濃度為1×1018 cm－3 以上之區域的高差排密度高導電區域及差排密度未達1×106 cm－2 ，載子濃度未達1×1018 cm－3 之區域的低差排密度低導電區域之至少任何一個。該面發光雷射元件，因為發光區域位於差排密度未達1×106 cm－2 ，載子濃度為1×1018 cm－3 以上之區域的低差排密度高導電區域內之上方，所以，即使導電性氮化鎵基板中包含高差排密度高導電區域及低差排密度低導電區域之至少任何一個，仍然流入發光區域內之載子的面內分布均一，且發光區域內之發光均一，並且發光效率高。
此外，本發明之包含數個面發光雷射元件之面發光雷射陣列的製造方法係包含：準備作為導電性氮化鎵基板之導電性氮化鎵複區域基板之步驟，該基板包含：差排密度及載子濃度高之高差排密度高導電區域，差排密度比高差排密度高導電區域低之低差排密度高導電區域，及差排密度及載子濃度比高差排密度高導電區域低之低差排密度低導電區域；半導體層積層體形成步驟，其係在導電性氮化鎵複區域基板之一方主面上形成包含發光層之III－V族化合物半導體層積層體；及電極形成步驟，其係在III－V族化合物半導體層積層體之最上層上形成半導體層側電極，並在導電性氮化鎵複區域基板之另一方主面上形成基板側電極；在包含於面發光雷射陣列之各個面發光雷射元件的發光層中，以載子流入之發光區域限制於低差排密度高導電區域內之上方的方式，形成III－V族化合物半導體層積層體、半導體層側電極及基板側電極。藉由該製造方法，可良率佳地獲得包含數個流入發光區域內之載子的面內分布均一，且發光區域內之發光均一的面發光雷射元件之面發光雷射陣列。
本發明之面發光雷射陣列的製造方法中，在電極形成步驟中，可以將發光區域限制於低差排密度高導電區域內之上方的方式，將半導體層側電極形成於低差排密度高導電區域內之上方的位置。此外，在半導體層積層體形成步驟中，可以將發光區域限制於低差排密度高導電區域內之上方的方式，在III－V族化合物半導體層積層體內形成載子狹窄區域。藉由該製造方法，可將發光區域限制於低差排密度高導電區域內之上方，可良率佳地獲得包含數個流入發光區域內之載子均一，且發光區域內之發光均一的面發光雷射元件之面發光雷射陣列。
本發明之面發光雷射陣列的製造方法中，高差排密度高導電區域可為點狀，且高差排密度高導電區域之各點係配置於在導電性氮化鎵複區域基板之主面上光柵常數為PD 之周期性的三角光柵點或正方光柵點上；低差排密度高導電區域係從以各點之中心作為中心之半徑為PD /2的圓內之區域除去各點的區域。此外，高差排密度高導電區域可為帶狀，且高差排密度高導電區域之各帶在導電性氮化鎵複區域基板之主面上，以周期性之間隔PS 配置；低差排密度高導電區域係從氮化鎵複區域基板之全部區域除去各帶、與將自各帶之中心僅離開PS /2之位置作為中心而形成之低差排密度低導電區域的區域。藉由該製造方法，可良率佳地獲得包含數個流入發光區域內之載子面內分布均一，且發光區域內之發光均一的面發光雷射元件之面發光雷射陣列。
此外，本發明之面發光雷射陣列的製造方法中，可為高差排密度高導電區域係差排密度為1×106 cm－2 以上，載子濃度為1×1018 cm－3 以上之區域，且低差排密度高導電區域係差排密度未達1×106 cm－2 ，載子濃度為1×1018 cm－3 以上之區域，低差排密度低導電區域係差排密度未達1×106 cm－2 ，載子濃度未達1×1018 cm－3 之區域。藉由該製造方法，可將各個面發光雷射元件之發光區域限制於差排密度未達1×106 cm－2 ，載子濃度為1×1018 cm－3 以上之低差排密度高導電區域內的上方，可良率佳地獲得包含數個流入發光區域內之載子的面內分布均一，且發光區域內之發光均一，且發光效率高的面發光雷射元件之面發光雷射陣列。
此外，本發明之包含數個面發光雷射元件的面發光雷射陣列，其面發光雷射元件包含：導電性氮化鎵基板；III－V族化合物半導體層積層體，其係包含形成於導電性氮化鎵基板之一方主面上的發光層；半導體層側電極，其係形成於III－V族化合物半導體層積層體之最上層上；及基板側電極，其係形成於導電性氮化鎵基板之另一方主面上；面發光雷射陣列包含導電性氮化鎵複區域基板，其係包含：差排密度及載子濃度高之高差排密度高導電區域，差排密度比高差排密度高導電區域低之低差排密度高導電區域，及差排密度及載子濃度比高差排密度高導電區域低之低差排密度低導電區域；在包含於面發光雷射陣列之各個面發光雷射元件的發光層中，載子流入之發光區域位於低差排密度高導電區域內之上方。該面發光雷射陣列，因為各個面發光雷射元件之發光區域位於低差排密度高導電區域內之上方，所以流入發光區域內之載子的面內分布均一，且發光區域內之發光均一。
本發明之面發光雷射陣列中，可以發光區域位於低差排密度高導電區域內之上方的方式，將半導體層側電極形成於低差排密度高導電區域內之上方的位置。此外，可以發光區域位於低差排密度高導電區域內之上方的方式，在III－V族化合物半導體層積層體內形成載子狹窄區域。該面發光雷射陣列，因為各個面發光雷射元件之發光區域位於低差排密度高導電區域內之上方，所以流入發光區域內之載子的面內分布均一，且發光區域內之發光均一。
本發明之面發光雷射陣列中，可為高差排密度高導電區域係差排密度為1×106 cm－2 以上，載子濃度為1×1018 cm－3 以上之區域，低差排密度高導電區域係差排密度未達1×106 cm－2 ，載子濃度為1×1018 cm－3 以上之區域，低差排密度低導電區域係差排密度未達1×106 cm－2 ，載子濃度未達1×1018 cm－3 之區域。該面發光雷射陣列，因為各個面發光雷射元件之發光區域位於差排密度未達1×106 cm－2 ，載子濃度為1×1018 cm－3 以上之低差排密度高導電區域內的上方，所以流入發光區域內之載子的面內分布均一，且發光區域內之發光均一，並且發光效率高。
 (發明之效果)
本發明可提供在發光區域發光均一之面發光雷射元件、面發光雷射陣列及良率佳地製造此等之製造方法。
依據圖式說明實施方式。此時，顯示面發光雷射元件或面發光雷射陣列之模式剖面圖的圖1B、2B、6B、7B、8B、10~15、17B及18B中，導電性氮化鎵基板及III－V族化合物半導體層積層體之各層的厚度並非反映實際之厚度者。為了使III－V族化合物半導體層積層體之層構造明確，而擴大揭示各層之厚度。
(實施形態1)
本發明之面發光雷射元件之製造方法，參照圖1A、1B、2A及2B，其特徵為包含：準備作為導電性氮化鎵基板10之導電性氮化鎵複區域基板之步驟，該基板包含：差排密度及載子濃度高之高差排密度高導電區域10a，差排密度比高差排密度高導電區域10a低之低差排密度高導電區域10b，及差排密度及載子濃度比高差排密度高導電區域10a低之低差排密度低導電區域10c；半導體層積層體形成步驟，其係在導電性氮化鎵複區域基板之一方主面10m上形成包含發光層200之III－V族化合物半導體層積層體20；及電極形成步驟，其係在III－V族化合物半導體層積層體20之最上層上形成半導體層側電極15，並在導電性氮化鎵複區域基板之另一方主面10n上形成基板側電極11；在發光層200中，以載子流入之發光區域200a限制於低差排密度高導電區域10b內之上方的方式，形成III－V族化合物半導體層積層體20、半導體層側電極15及基板側電極11。
本實施形態之面發光雷射元件的製造方法中，藉由在發光層200中，以載子流入之發光區域200a限制於低差排密度高導電區域10b內之上方的方式，形成III－V族化合物半導體層積層體20、半導體層側電極15及基板側電極11，而在發光區域200a內均一地流入載子，所以可獲得發光區域200a內之發光均一的面發光雷射元件1。
此時，於發光層200中，以載子流入之發光區域200a限制於低差排密度高導電區域10b內之上方的方式，而形成III－V族化合物半導體層積層體20、半導體層側電極15及基板側電極11之方法，並無特別限制，如有：如圖1A及圖1B所示，將半導體層側電極15形成於低差排密度高導電區域10b內之上方的位置之方法；如圖2A及2B所示，在III－V族化合物半導體層積層體20內形成載子狹窄區域250之方法等。詳細內容於後述。另外，使來自發光區域200a之發光自元件之主面振盪用的共振器構造，可使用後述之各種構造。圖1A、1B、2A及2B中並未顯示該共振器構造。
實施形態1之面發光雷射元件的製造方法中，參照圖3A、3B、4A、4B、5A及5B，包含準備作為導電性氮化鎵基板10之導電性氮化鎵複區域基板之步驟，該基板包含：差排密度及載子濃度高之高差排密度高導電區域10a，差排密度比高差排密度高導電區域低之低差排密度高導電區域10b，及差排密度及載子濃度比高差排密度高導電區域低之低差排密度低導電區域10c。此時，各區域中之差排密度，可藉由CL(陰極發光)法或腐蝕坑法，直接統計每單位面積之螢光像中的暗點或腐蝕坑而獲得。此外，各區域中之載子濃度可藉由C－V(電容－電壓測定)法或Hall測定法來測定。另外，所謂載子，係有助於導電之電洞或電子的總稱，所謂載子濃度，係指有助於導電之電洞或電子之濃度。該導電性氮化鎵複區域基板藉由使差排集中於高差排密度高導電區域10a中，而減低高差排密度高導電區域10a以外之區域(低差排密度高導電區域10b及低差排密度低導電區域10c)之差排密度。因而，可在低差排密度高導電區域10b及低差排密度低導電區域10c上形成差排密度低之III－V族化合物半導體層積層體，而可獲得發光強度及可靠性高之面發光雷射元件。
如在上述導電性氮化鎵複區域基板之高差排密度高導電區域10a內的上方形成有發光層200之發光區域200a的FP(法布里．佩羅)型(此為端面發光型的一般型)雷射元件之壽命為100小時以上，1000小時以下程度，而在高差排密度高導電區域10a以外之區域(低差排密度高導電區域10b及低差排密度低導電區域10c)內的上方形成有發光層200之發光區域200a之FP型雷射元件的壽命非常長，達50000小時以上。
本實施形態使用之導電性氮化鎵複區域基板的製造方法，並無特別限制，如在基底基板上結晶生長氮化鎵時，可在形成高差排密度高導電區域之位置預先形成晶種。該導電性氮化鎵複區域基板之更具體的製造方法如下。
首先，準備基底基板。基底基板並無特別限制，只要係可使氮化鎵結晶生長者即可，如為藍寶石基板、砷化鎵(GaAs)基板等。考慮在爾後步驟除去基底基板時，宜使用除去容易之砷化鎵基板等。
其次，在上述基底基板上，如形成包含氧化矽(SiO2 )膜之晶種。該晶種之形狀如可為點狀或帶狀。該晶種可規則地形成數個。更具體而言，晶種以對應於圖3A、4A或5A之高差排密度高導電區域10a之配置的配置，而形成點狀或帶狀。
其次，在形成有上述晶種之基底基板上，如藉由HVPE(氫化物氣相生長)法，使氮化鎵結晶生長。在結晶生長中及結晶生長後之氮化鎵的結晶生長面上，依晶種之圖案形狀形成小面。晶種為點狀之圖案時，規則地形成包含小面之坑，晶種為帶狀之圖案時，形成稜狀之小面。此時，結晶生長時，除了氮化鎵原料之外，藉由添加摻雜物，而在氮化鎵結晶中賦予導電性。
其次，將生長之氮化鎵結晶切割成特定之形狀，藉由研磨其表面，而獲得包含：高差排密度高導電區域10a、低差排密度高導電區域10b及低差排密度低導電區域10c之導電性氮化鎵複區域基板(導電性氮化鎵基板10)。
參照圖3A、3B、4A、4B、5A及5B，在該導電性氮化鎵複區域基板(導電性氮化鎵基板10)上，對應於基底基板之晶種的配置，而形成高差排密度高導電區域10a，自該高差排密度高導電區域10a，在一定範圍內形成有低差排密度高導電區域10b。此時，參照圖3A或4A，於形成有點狀之高差排密度高導電區域10a的情況下，係形成有甜甜圈狀之低差排密度高導電區域10b。參照圖5A，在形成有帶狀之高差排密度高導電區域10a的情況下，係形成有帶狀之低差排密度高導電區域10b。再者，在該低差排密度高導電區域10b與相鄰之低差排密度高導電區域10b之間形成有低差排密度低導電區域10c。此時，可使用螢光顯微鏡來觀察高差排密度高導電區域10a、低差排密度高導電區域10b及低差排密度低導電區域10c。
如上述，可獲得包含：差排密度為1×106 cm－2 以上，載子濃度為1×1018 cm－3 以上之高差排密度高導電區域10a；差排密度未達1×106 cm－2 ，載子濃度為1×1018 cm－3 以上之低差排密度高導電區域10b；及差排密度未達1×106 cm－2 ，載子濃度未達1×1018 cm－3 之低差排密度低導電區域10c的導電性氮化鎵複區域基板。
此時，上述導電性氮化鎵複區域基板中之上述各區域的電阻率係：上述高差排密度高導電區域10a及低差排密度高導電區域10b之電阻率為0.002Ω．cm以上，0.1Ω．cm以下，上述低差排密度低導電區域10c之電阻率為0.5 Ω．cm以上，100000 Ω．cm以下。此外，在低差排密度高導電區域10b與低差排密度低導電區域10c之邊界，觀察出電阻率不連續之變化。此外，參照圖19，上述導電性氮化鎵複區域基板中之低差排密度高導電區域10b及低差排密度低導電區域10c之擴展電阻之值，以SSRM(掃描型擴展電阻顯微鏡)測定後，確認兩者間差異1位數以上。
實施形態1之面發光雷射元件的製造方法中，參照圖1A、1B、2A及2B，包含在上述導電性氮化鎵複區域基板(導電性氮化鎵基板10)之一方主面10m上，形成包含發光層200之III－V族化合物半導體層積層體20的步驟。此時，所謂III－V族化合物半導體層，係指藉由長周期率表中之IIIb族元素與Vb族元素之氮的化合物而形成之半導體層。此外，所謂III－V族化合物半導體層積層體，係指III－V族化合物半導體層之積層體。
實施形態1中，III－V族化合物半導體層積層體20之積層構造，只要是適合本發明之目的的構造即可，並無特別限制，參照圖1A、1B、2A及2B，如以下所示地形成。在導電性氮化鎵基板10上形成：至少1層之第一導電型III－V族化合物半導體層210、發光層200及至少1層之第二導電型III－V族化合物半導體層220。另外，亦可在導電性氮化鎵基板10與第一導電型III－V族化合物半導體層210之間形成緩衝層201。此時，所謂III－V族化合物半導體層，係指藉由長周期率表中之IIIb族元素與Vb族元素之氮的化合物而形成之半導體層。此外，所謂第一導電型及第二導電型，係指各個不同之導電型、n型及p型、或p型及n型。此外，在III－V化合物半導體20之積層構造中，如後述，包含使來自發光區域200a之發光自元件之主面振盪用的共振器構造(圖1及圖2中無圖示)。
實施形態1之面發光雷射元件的製造方法中，參照圖1A、1B、2A及2B，包含在上述III－V族化合物半導體層積層體20之最上層上形成半導體層側電極15，並在導電性氮化鎵複區域基板(導電性氮化鎵基板10)之另一方主面10n上形成基板側電極11的電極形成步驟。藉由形成該電極，而獲得面發光雷射元件。此時，參照圖1A及2A，電性連接於半導體層側電極15而形成銲墊電極17。該銲墊電極17係電性連接銲接線用者。
實施形態1之面發光雷射元件的製造方法中，於發光層200中，以載子流入之發光區域200a限制於低差排密度高導電區域10b內之上方的方式，而形成：III－V族化合物半導體層積層體20、半導體層側電極15及基板側電極11。該III－V族化合物半導體層積層體20、半導體層側電極15及基板側電極11之形成方法並無特別限制，如宜採用以下之方法。
(實施形態1－A1)
參照圖1A及1B，實施形態1之面發光雷射元件的製造方法中之電極形成步驟中，可以將發光區域200a限制於低差排密度高導電區域10b內之上方的方式，而將半導體層側電極15形成於低差排密度高導電區域10b內之上方的位置。採用實施形態1－A1時，即使基板側電極11不僅在低差排密度高導電區域10b內之下方，亦擴大至高差排密度高導電區域10a或低差排密度低導電區域10c之下方而形成，藉由將半導體層側電極15形成於低差排密度高導電區域10b內之上方位置，仍可在發光層200中，將載子流入之發光區域200a限制於低差排密度高導電區域10b內之上方。藉此，可獲得流入發光區域200a內之載子均一，且發光區域200a內之發光均一的面發光雷射元件。
參照圖1A及1B，實施形態1－A1之面發光雷射元件中，半導體層側電極不透明時，發光區域200a(直徑D)內之發光，僅自上述半導體層側電極15外周近旁區域(係指自外周至5 μm程度的外側區域，以下相同)的主面取出於外部。此外，藉由在半導體層側電極15內設置1個以上之開口部(圖上未顯示)，可自其開口部將發光區域200a內之發光取出於外部。再者，藉由將半導體層側電極15作為透明電極，可自半導體層側電極15之全部區域，將發光區域200a內之發光取出於外部。另外，從圖1B瞭解，發光層200之發光區域200a與半導體層側電極15之形成區域大致一致，不過在圖1A中，為了容易觀察，係錯開邊界線而描繪。
(實施形態1－A2)
參照圖2A及2B，實施形態1之面發光雷射元件的製造方法中之半導體形成步驟中，可以將發光區域200a限制於低差排密度高導電區域10b內之上方的方式，在III－V族化合物半導體層積層體20內形成載子狹窄區域250。採用實施形態1－A2時，即使半導體層側電極15及基板側電極11不僅分別在低差排密度高導電區域10b內之下方，亦擴大至高差排密度高導電區域10a或低差排密度低導電區域10c之上方或下方而形成，藉由在III－V族化合物半導體層積層體20內形成載子狹窄區域250，仍可在發光層200中，將載子流入之發光區域200a限制於低差排密度高導電區域1ob內之上方。藉此，可獲得流入發光區域200a內之載子均一，且發光區域200a內之發光均一的面發光雷射元件。
此時，形成載子狹窄區域250之方法並無特別限制，只要係適合發明目的者即可，不過，如藉由台面型蝕刻來台面狀地劃分區域時，因形成於其台面側面部之蝕刻損傷，流入之載子的一部分再結合。從防止該載子再結合之觀點，如宜採用圖6B所示地，形成包含絕緣體之載子狹窄層250a之方法，及如圖7B所示地，形成藉由離子佈植等，而絕緣化之絕緣化區域250b的方法等。
參照圖2A及2B，實施形態1－A2中，半導體層側電極15係形成有在中央部具有開口部之環狀的電極。因為藉由上述載子狹窄區域250，發光區域200a被限制於環狀之半導體層側電極15的開口區域內，所以發光區域200a之發光係自環狀之半導體層側電極15的開口區域而取出於外部。
在發光層200中，將載子流入之發光區域200a限制於低差排密度高導電區域10b內之上方的方法，實施形態1－A1係顯示將半導體層側電極15形成於低差排密度高導電區域10b內之上方位置的方法，而實施形態1－A2係顯示在III－V族化合物半導體層積層體20內形成載子狹窄區域250之方法，不過，亦宜使用在III－V族化合物半導體層積層體20內形成載子狹窄區域250，並且將半導體層側電極15形成於低差排密度高導電區域10b內之上方位置的方法。
此外，藉由實施形態1之面發光雷射元件的製造方法而獲得之面發光元件中，可實施面發光之III－V族化合物半導體層積層體20的積層構造並無特別限制，不過，如宜採圖6B所示之n型層側之DBR(多層分布布拉格反射器(multilayer distributed Bragg reflector)；布拉格反射器，以下相同)213與電介質反射鏡103之組合構造，圖7B所示之n型層側之DBR213與p型層側之DBR223之組合構造，及圖8B所示之包含光子結晶層233之構造等。
實施形態1之面發光雷射元件的製造方法中，從以將發光區域200a位於導電性氮化鎵複區域基板(導電性氮化鎵基板10)之低差排密度高導電區域10b內之上方的方式而形成之觀點，低差排密度高導電區域10b在導電性氮化鎵複區域基板(導電性氮化鎵基板10)之主面10m,10n上的配置很重要。就這一點，具體說明如下。
(實施形態1－B1)
參照圖3A及3B與圖4A及4B，在實施形態1之面發光雷射元件的製造方法中使用的導電性氮化鎵複區域基板(導電性氮化鎵基板10)中，高差排密度高導電區域10a係點狀，且高差排密度高導電區域10a之各點，於導電性氮化鎵複區域基板(導電性氮化鎵基板10)之主面10m,10n上，配置於光柵常數為PD 之周期性的三角光柵點(圖3A之情況)或是正方光柵點(圖4A之情況)上，低差排密度高導電區域10b成為從將各點之中心作為中心之半徑PD /2的圓內之區域除去各點的甜甜圈狀區域。此時，實際之高差排密度高導電區域10a及低差排密度高導電區域10b的外周形成接近圓之多角形狀，如圖3A或4A所示，可近似於圓。藉由在如此識別之低差排密度高導電區域10b內的上方形成發光區域200a，可輕易且良率佳地獲得流入發光區域200a內之載子的面內分布均一，且發光區域200a內之發光均一的面發光雷射元件。
(實施形態1－B2)
參照圖5A及5B，在實施形態1之面發光雷射元件的製造方法中使用的導電性氮化鎵複區域基板(導電性氮化鎵基板10)中，高差排密度高導電區域10a係帶狀，且高差排密度高導電區域10a之各帶，以周期性之間隔PS 配置於導電性氮化鎵複區域基板之主面10m,10n上，低差排密度高導電區域10b為從導電性氮化鎵複區域基板(導電性氮化鎵基板10)之全部區域除去各帶，與將自各帶之中心離開PS /2的位置作為中心而形成之低差排密度低導電區域10c的區域。藉由在如此識別之低差排密度高導電區域10b內的上方形成發光區域200a，可輕易且良率佳地獲得流入發光區域200a內之載子的面內分布均一，且發光區域200a內之發光均一的面發光雷射元件。
(實施形態1－C)
實施形態1之面發光雷射元件的製造方法使用之導電性氮化鎵複區域基板(導電性氮化鎵基板10)宜為，高差排密度高導電區域10a係差排密度為1×106 cm－2 以上，載子濃度為1×1018 cm－3 以上之區域，低差排密度高導電區域10b係差排密度未達1×106 cm－2 ，載子濃度為1×1018 cm－3 以上之區域，低差排密度低導電區域10c係差排密度未達1×106 cm－2 ，載子濃度未達1×1018 cm－3 之區域。藉由使用該導電性氮化鎵複區域基板，而在差排密度未達1×106 cm－2 ，載子濃度為1×1018 cm－3 以上之低差排密度高導電區域10b內的上方位置形成發光區域200a，可良率佳地獲得在發光區域內電流均一地流入之載子的面內分布均一，發光區域內之發光均一，且發光效率高的面發光雷射元件。
(實施形態2)
本發明之面發光雷射元件，參照圖1A、1B、2A及2B，其特徵為包含：導電性氮化鎵基板10；形成於導電性氮化鎵基板10之一方主面10m上，而包含發光層200之III－V族化合物半導體層積層體20；形成於III－V族化合物半導體層積層體20之最上層上的半導體層側電極15；及形成於導電性氮化鎵基板10之另一方主面10n上的基板側電極11，且導電性氮化鎵基板10包含：差排密度未達1×106 cm－2 ，載子濃度為1×1018 cm－3 以上之低差排密度高導電區域10b，在發光層200中，將載子流入之發光區域200a位於低差排密度高導電區域10b內之上方。該面發光雷射元件1，因為發光區域200a位於差排密度未達1×106 cm－2 ，載子濃度為1×1018 cm－3 以上之區域的低差排密度高導電區域10b內之上方，所以流入發光區域內200a之載子的面內分布均一，發光區域200a內之發光均一，且發光效率高。
(實施形態2－A1)
實施形態2之面發光雷射元件的一例，參照圖1A及1B，其特徵為係包含：導電性氮化鎵基板10；形成於導電性氮化鎵基板10之一方主面10m上，而包含發光層200之III－V族化合物半導體層積層體20；形成於III－V族化合物半導體層積層體20之最上層上的半導體層側電極15；及形成於導電性氮化鎵基板10之另一方主面10n上的基板側電極11之面發光雷射元件1，且導電性氮化鎵基板10包含：差排密度未達1×106 cm－2 ，載子濃度為1×1018 cm－3 以上之區域的低差排密度高導電區域10b，在發光層200中，以將載子流入之發光區域200a位於低差排密度高導電區域10b內之上方的方式，而將半導體層側電極15形成於低差排密度高導電區域10b內之上方位置。該面發光雷射元件1，因為發光區域200a位於差排密度未達1×106 cm－2 ，載子濃度為1×1018 cm－3 以上之區域的低差排密度高導電區域10b內之上方，所以流入發光區域內200a之載子的面內分布均一，發光區域200a內之發光均一，且發光效率高。
(實施形態2－A2)
實施形態2之面發光雷射元件的其他例，參照圖2A及2B，其特徵為包含：導電性氮化鎵基板10；形成於導電性氮化鎵基板10之一方主面10m上，而包含發光層200之III－V族化合物半導體層積層體20；形成於III－V族化合物半導體層積層體20之最上層上的半導體層側電極15；及形成於導電性氮化鎵基板10之另一方主面10n上的基板側電極11，且導電性氮化鎵基板10包含：差排密度未達1×106 cm－2 ，載子濃度為1×1018 cm－3 以上之區域的低差排密度高導電區域，在發光層200中，以將載子流入之發光區域200a位於低差排密度高導電區域10b內之上方的方式，而在III－V族化合物半導體層積層體20內形成載子狹窄區域250。該面發光雷射元件1，因為發光區域200a位於差排密度未達1×106 cm－2 ，載子濃度為1×1018 cm－3 以上之區域的低差排密度高導電區域10b內之上方，所以流入發光區域內200a之載子的面內分布均一，發光區域200a內之發光均一，且發光效率高。
此外，實施形態2之面發光雷射元件中，導電性氮化鎵基板10進一步可包含差排密度為1×106 cm－2 以上，載子濃度為1×1018 cm－3 以上之區域的高差排密度高導電區域10a及差排密度未達1×106 cm－2 ，載子濃度未達1×1018 cm－3 之區域的低差排密度低導電區域10c之至少任何一個。該面發光雷射元件1，因為發光區域200a位於差排密度未達1×106 cm－2 ，載子濃度為1×1018 cm－3 以上之區域的低差排密度高導電區域10b內之上方，所以，即使導電性氮化鎵基板10中包含高差排密度高導電區域10a及低差排密度低導電區域10c之至少任何一個，仍然流入發光區域200a內之載子的面內分布均一，發光區域200a內之發光均一，且發光效率高。
(實施形態3)
以下說明本發明之面發光雷射元件的一個具體例。參照圖6，實施形態3之面發光雷射元件1包含：導電性氮化鎵基板10；及形成於該導電性氮化鎵基板10之一方主面10m上，而包含發光層200之III－V族化合物半導體層積層體20。此外，參照圖6A及6B，在III－V族化合物半導體層積層體20之最上層(接觸層229)上具備：電性連接銲接線用之銲墊電極17；以電性連接於該銲墊電極17之方式所形成之p型之環狀的半導體層側電極15；及配置於該環狀之半導體層側電極15內周側的電介質反射鏡103。
參照圖6B，該面發光雷射元件1剖面中之具體構造，係在n型之導電性氮化鎵基板10的一方主面10m(係指形成有III－V族化合物半導體層積層體之側的主面，以下相同)上，形成有緩衝層201。構成該緩衝層201之材料，如可使用n型氮化鎵(具有n型之導電型的氮化鎵)。
在該緩衝層201上形成有n型層側之DBR213。該DBR213包含由n型AlGaN與n型氮化鎵構成之層數個堆疊的多層膜。在該DBR213上形成有n型之包覆層215。構成該包覆層215之材料，如可使用n型AlGaN。在該包覆層215上形成有發光層200。該發光層200如可為具有堆疊GaInN層與氮化鎵層之多層膜構造的多重量子井發光層。在該發光層200上形成p型之包覆層225。構成該包覆層225之材料，如可使用p型AlGaN。在該包覆層225上形成有p型之接觸層227。構成該接觸層227之材料，如可使用氮化鎵。
在該接觸層227上形成有包含絕緣體之載子狹窄層250a。構成該載子狹窄層250a之材料，如可使用包含氧化矽(SiO2 )之絕緣膜。在該載子狹窄層250a中，於n型之導電性氮化鎵基板10之低差排密度高導電區域10b內的上方，且在位於後述之電介質反射鏡103的區域，形成有平面形狀為圓形狀之開口部。該開口部作為所謂的發光區域200a。亦即，發光區域200a係以在低差排密度高導電區域10b內之上方，且位於形成有電介質反射鏡103之區域(電介質反射鏡形成區域103a)內之下方的方式而形成。該開口部之直徑係寬度D(參照圖6)。在該載子狹窄層250a上形成有p型之接觸層229。構成該接觸層229之材料，如可使用氮化鎵。在該接觸層229上，形成有上述環狀之半導體層側電極15及電介質反射鏡103。電介質反射鏡103如亦可為包含硫化鋅(ZnS)與氟化鎂(MgF2 )之多層膜。另外，DBR213之厚度T(參照圖6B)宜為3μm以上，6μm以下。
如在藍寶石基板上形成DBR213之厚度為3μm以上者時，從藍寶石基板與DBR213之光柵常數之差產生大的畸變。結果發生龜裂(裂痕)，導致特性惡化。但是，在導電性氮化鎵基板10上形成DBR213時，因為導電性氮化鎵基板10與DBR213之光柵對準度顯著上昇，所以畸變減少。結果，可抑制龜裂之發生。如此，使用導電性氮化鎵基板10時，可形成如上述膜厚較厚之DBR213。此種厚之DBR213，就雷射光射出之波長的光，可實現高反射率。結果，可自電介質反射鏡103側射出雷射光。
此外，在n型之導電性氮化鎵基板(具有n型導電型之導電性氮化鎵基板)10的另一方主面10n(係指未形成III－V族化合物半導體層積層體之側的主面，以下相同)上，形成有基板側電極11(n側之電極)。
此外，本實施形態之面發光雷射元件，因為發光層200之發光區域200a位於導電性氮化鎵基板10中包含之低差排密度高導電區域10b內的上方，所以，即使導電性氮化鎵基板10中含有高差排密度高導電區域10a及低差排密度低導電區域10c之至少任何一個，仍然是流入發光區域200a內之載子的面內分布均一，且發光區域200a內之發光均一。此外，低差排密度高導電區域10b係差排密度未達1×106cm-2，載子濃度為1×1018cm-3以上之區域時，發光效率更高。
(實施形態4)
以下說明本發明之面發光雷射元件的其他具體例。參照圖7，本實施形態之面發光雷射元件1，基本上具有與圖6所示之實施形態3之面發光雷射元件相同的平面構造，不過，差異處為環狀之半導體層側電極15的內周側未配置圖6所示之電介質反射鏡103。此外，參照圖7B，其剖面構造係在n型之導電性氮化鎵基板10的一方主面10m上，配置有緩衝層201、DBR213、包覆層215及發光層200，此外，在n型之導電性氮化鎵基板10的另一方主面10n上形成有基板側電極11(n側之電極)。在圖7B所示之面發光雷射元件中，自該發光層200起下層之構造與圖6B所示之實施形態3的面發光雷射元件相同。不過，圖7B所示之面發光雷射元件之自發光層200起上層的構造與圖6B所示之實施形態3的面發光雷射元件不同。
如圖7B所示，本實施形態之面發光雷射元件，具體而言係在發光層200上形成有p型之包覆層225。而後，在該包覆層225上形成有p型層側之DBR223。DBR223成為交互地堆疊數種氮化物磊晶層之多層膜構造。如DBR223可使用交互地堆疊AlGaN與氮化鎵之多層膜，或交互地堆疊AlGaN與GaInN之多層膜構造等。而後，在該DBR223上形成p型接觸層229。在該接觸層229上形成上述環狀之半導體層側電極15。而後，在DBR223及包覆層225上形成藉由佈植離子而絕緣化之絕緣化區域250b。在包覆層225中，在正好位於環狀之半導體層側電極15的內周側正下方的部分，且在n型之導電性氮化鎵基板10的低差排密度高導電區域10b內之上方，未形成絕緣化區域250b之平面形狀形成圓形狀之區域。該區域成為發光區域200a。該區域之寬度D(直徑)如可為5μm。而後，DBR213、223之厚度T如可為3μm以上，6μm以下。
此種構造由於可在導電性氮化鎵基板10上，以相對較厚之膜厚(係指3μm以上，6μm以下之膜厚)形成包含氮化物半導體層的DBR213、223，因此，可使在發光層200中發光之光，在2個DBR213、223之間充分反射。結果，可使充分光量之雷射光振盪。
此外，本實施形態之面發光雷射元件，因為發光層200中包含之發光區域200a位於導電性氮化鎵基板10中包含之低差排密度高導電區域10b內的上方，所以，即使導電性氮化鎵基板10中含有高差排密度高導電區域10a及低差排密度低導電區域10c之至少任何一個，仍然是流入發光區域200a內之載子的面內分布均一，發光區域200a內之發光均一。此外，低差排密度高導電區域10b係差排密度未達1×106 cm－2 ，載子濃度為1×1018 cm－3 以上之區域時，發光效率更高。
(實施形態5)
以下說明本發明之面發光雷射元件的又其他具體例。本實施形態之面發光雷射元件1，其平面構造如圖8A所示，係在III-V族化合物半導體層積層體之最上層(接觸層229)上，形成有：半導體層側電極15，以及與其電性連接之銲墊電極17。此外，其剖面構造如圖8B所示，此外，在n型之導電性氮化鎵基板10的一方主面10m上，形成有n型之包覆層215、發光層200、p型之包覆層225、光子結晶層233、p型之包覆層226及接觸層229，作為III-V族化合物半導體層積層體20。在導電性氮化鎵基板10與n型之包覆層215之間亦可形成有緩衝層，不過，圖8B中並未顯示。在該接觸層229上形成有半導體層側電極15。此外，在n型之導電性氮化鎵基板10的另一方主面10n上形成有基板側電極11(n側電極)。
圖8B所示之本實施形態的面發光雷射元件中，並無圖6B所示之實施形態3之面發光雷射元件的DBR213及電介質反射鏡103，或是圖7B所示之實施形態4的面發光雷射元件之一對DBR213,223等複雜之共振器構造，而係藉由形成於2個p型之包覆層225及226之間的作為二維繞射光柵之光子結晶層233，來實施面發光。
此外，圖8B所示之本實施形態之面發光雷射元件中，在III-V族化合物半導體層積層體20之最上層的接觸層229上，且在導電性氮化鎵基板10之低差排密度高導電區域10b內的上方形成有半導體層側電極15。藉由如此形成有III-V族化合物半導體層積層體20及導電性氮化鎵基板10之半導體層側電極15與基板側電極11，發光區域200a位於低差排密度高導電區域10b內之上方。該發光區域200a之寬度D(直徑)如可為50 μm~200 μm程度。
本實施形態之面發光雷射元件，參照圖8A及8B，在導電性氮化鎵基板10之一方主面10m上依序堆疊有：n型之包覆層215、發光層200、p型之包覆層225、光子結晶層233、p型之包覆層226及接觸層229。在接觸層229上設有半導體層側電極15。在導電性氮化鎵基板10之另一方主面10n上設有基板側電極11(n側電極)。半導體層側電極15及基板側電極11如由金(Au)等組成。
發光層200如藉由Alx Ga1－x－y Iny N(0≦x,y≦1,0≦x＋y≦1)組成之多重量子井而構成。此外，亦可由單一之半導體材料而組成。發光層200可形成沿著光子結晶層233而設置，並延伸於特定方向之數個量子細線，此外，可形成沿著光子結晶層233而設置的數個量子箱。各量子細線關於與其長度方向正交之2個方向，具有電子之能級形成離散之尺寸(如數十nm程度)。各量子箱關於彼此正交之3個方向，具有電子之能級形成離散的尺寸(如數十nm程度)。由於具備此種量子構造時，狀態密度大，因此發光效率提高，並且發光光譜尖銳。
此處，參照圖9說明光子結晶層233。光子結晶層233含有：結晶層233a，及折射率比結晶層233a低之數個繞射光柵孔233b。結晶層233a由氮化鎵組成，形成於結晶層233a之孔係繞射光柵孔233b。亦即，繞射光柵孔233b由空氣組成。
光子結晶層233中，在結晶層233a之一個主面上，以形成三角光柵或正方光柵之方式設有數個繞射光柵孔233b。各個繞射光柵孔233b，如作為柱狀(如圓柱形狀)的空間部來設置。各個繞射光柵孔233b之中心與鄰接於其之繞射光柵孔233b的中心之距離PP 為等值，如為0.16 μm。此外，繞射光柵孔233b之直徑DP 如為0.06 μm。
光子結晶層233中，結晶層233a具有第一折射率(氮化鎵之情況為2.54)，周期性地形成之繞射光柵孔233b具有第二折射率(空氣之情況為1)。繞射光柵孔233b中可埋入與結晶層233a不同之物質。但是，為了第一折射率與第二折射率取較大之差，繞射光柵孔233b宜為無任何埋入之狀態(存在氣體，如存在空氣之狀態)。如此，折射率取較大之差時，可將光封閉於第一折射率之媒質內。另外，埋入繞射光柵孔233b之材料，亦即低折射率之電介質材料，可使用氮化矽膜(SiNx )等。
光子結晶層233係對第一方向以及與該方向形成特定角度之第二方向，具有相等周期(對應於光柵常數之值)的繞射光柵。在光子結晶層233上，關於上述2個方向及此等方向之周期，可作各種選擇。此外，藉由至少將存在於發光區域200a內之導電性氮化鎵基板10及結晶層233a的差排密度形成1×106 cm－2 以下，而在存在於發光區域200a內之結晶層233a中形成繞射光柵孔233b之蝕刻步驟中，不產生因差排造成之瑕疵的集合體。
此處，說明本實施形態之面發光雷射元件的面發光。參照圖8B，在半導體層側電極15上施加正電壓時，電洞自p型之包覆層225及226向發光層200佈植，電子自n型之包覆層215向發光層200佈植。對發光層200佈植電洞及電子(將電洞及電子合稱為載子)時，產生載子之再結合而發生光。發生之光的波長，藉由發光層200具備之半導體層的帶隙來規定。
發光層200中發生之光，藉由n型之包覆層215及p型之包覆層225而封閉於發光層200內，不過，一部分之光作為瞬逝光而到達光子結晶層233。到達光子結晶層233之瞬逝光的波長與光子結晶層233具有之特定周期一致情況下，在對應於其周期之波長中，光反覆繞射而發生駐波，來規定相位條件。藉由光子結晶層233規定相位之光被發光層200內之光反饋，依然發生駐波。該駐波滿足光子結晶層233中規定之光的波長及相位條件。
由於此種現象係發光層200及光子結晶層233二維地具有寬度而形成，因此，可在發光區域200a中產生。在該狀態下存儲充分量之光時，波長及相位條件一致之光，在與光子結晶層233之主面233m垂直的方向(圖8B之上方向)上，自III-V族化合物半導體層積層體20之最上層的主面受激發射。
另外，將本實施形態之面發光雷射元件1的各部分尺寸例示地列舉如下，導電性氮化鎵基板10之厚度如為100μm，光子結晶層233之厚度如為0.1μm，n型之包覆層215及p型之包覆層226之各個厚度如為0.5μm，發光層200及p型之包覆層225之各個厚度如為0.1 μm。
上述實施形態3~5中，如圖6A、7A及8A所示，各圖中，就1個面發光雷射元件1，均係例示具有1個發光區域200a的元件。但是，1個面發光雷射元件之發光區域不限定於1個。如就圖16所示之1個面發光雷射元件，從提高每1個元件之發光強度的觀點而言，宜為具有數個面發光區域之元件。
(實施形態6)
本發明之面發光雷射陣列之製造方法，參照圖17A、17B、18A及18B，其特徵為：係包含數個面發光雷射元件1之面發光雷射陣列2的製造方法，且包含：準備作為導電性氮化鎵基板10之導電性氮化鎵複區域基板之步驟，該基板包含：差排密度及載子濃度高之高差排密度高導電區域10a，差排密度比高差排密度高導電區域10a低之低差排密度高導電區域10b，及差排密度及載子濃度比高差排密度高導電區域10a低之低差排密度低導電區域10c；半導體層積層體形成步驟，其係在導電性氮化鎵複區域基板之一方主面10m上形成包含發光層200之III－V族化合物半導體層積層體20；及電極形成步驟，其係在III－V族化合物半導體層積層體20之最上層上形成半導體層側電極15，並在導電性氮化鎵複區域基板之另一方主面10n上形成基板側電極11；在包含於面發光雷射陣列2之各個面發光雷射元件1的發光層200中，以載子流入之發光區域200a限制於低差排密度高導電區域10b內之上方的方式，形成III－V族化合物半導體層積層體20、半導體層側電極15及基板側電極11。
本實施形態之面發光雷射陣列元件的製造方法中，藉由在包含於面發光雷射陣列2之各個面發光雷射元件1的發光層200中，以載子流入之發光區域200a限制於低差排密度高導電區域10b內之上方的方式，形成III－V族化合物半導體層積層體20、半導體層側電極15及基板側電極11，而在發光區域200a內均一地流入載子，所以可獲得發光區域200a內之發光均一的面發光雷射陣列2。
實施形態6之面發光雷射陣列的製造方法中，在包含於面發光雷射陣列2之各個面發光雷射元件1的發光層200中，以載子流入之發光區域200a限制於低差排密度高導電區域10b內之上方的方式，形成III－V族化合物半導體層積層體20、半導體層側電極15及基板側電極11。該III－V族化合物半導體層積層體20、半導體層側電極15及基板側電極11之形成方法雖無特別限制，不過，如宜使用以下之方法。
(實施形態6－A1)
參照圖17A及17B，在實施形態6之面發光雷射陣列的製造方法中之電極形成步驟中，可以將發光區域200a限制於低差排密度高導電區域10b內之上方的方式，而將半導體層側電極15形成於低差排密度高導電區域10b內之上方的位置。採用實施形態6－A1時，即使基板側電極11不僅在低差排密度高導電區域10b內之下方，亦擴大至高差排密度高導電區域10a或低差排密度低導電區域10c之下方而形成，藉由將半導體層側電極15形成於低差排密度高導電區域10b內之上方位置，仍可在各個面發光雷射元件1之發光層200中，將載子流入之發光區域200a限制於低差排密度高導電區域10b內之上方。藉此，可獲得流入發光區域200a內之載子均一，且發光區域200a內之發光均一的面發光雷射陣列。
參照圖17A及17B，實施形態6-A1之面發光雷射元件中，半導體層側電極15不透明時，發光區域200a(直徑D)內之發光，僅自上述半導體層側電極15外周近旁區域(係指自外周至5μm程度的外側區域，以下相同)的主面取出於外部。此外，藉由在半導體層側電極15內設置1個以上之開口部(圖上未顯示)，可自其開口部將發光區域200a內之發光取出於外部。再者，藉由將半導體層側電極15作為透明電極，可自半導體層側電極15之全部區域，將發光區域200a內之發光取出於外部。另外，從圖17B瞭解，發光層200之發光區域200a與半導體層側電極15之形成區域大致一致，不過在圖17A中，為了容易觀察，係錯開邊界線而描繪。
(實施形態6-A2)
參照圖18A及18B，實施形態6之面發光雷射陣列的製造方法中之半導體形成步驟中，可以將發光區域200a限制於低差排密度高導電區域10b內之上方的方式，在III-V族化合物半導體層積層體20內形成載子狹窄區域250。採用實施形態6-A2時，即使半導體層側電極15及基板側電極11不僅分別在低差排密度高導電區域10b內之上方或下方，亦擴大至高差排密度高導電區域10a或低差排密度低導電區域10c之上方或下方而形成，藉由在III－V族化合物半導體層積層體20內形成載子狹窄區域250，仍可在各個面發光雷射元件1之發光層200中，將載子流入之發光區域200a限制於低差排密度高導電區域10b內之上方。藉此，可獲得流入發光區域200a內之載子均一，且發光區域200a內之發光均一的面發光雷射陣列。
此時，形成載子狹窄區域250之方法並無特別限制，只要係適合發明目的者即可，不過，如藉由台面型蝕刻來台面狀地劃分區域時，因形成於其台面側面部之蝕刻損傷，流入之載子的一部分再結合。從防止該載子再結合之觀點，如宜採用圖6B所示地，形成包含絕緣體之載子狹窄層250a之方法，及如圖7B所示地，形成藉由離子佈植等，而絕緣化之絕緣化區域250b的方法等。
參照圖18A及18B，實施形態6－A2中，各個面發光雷射元件1之半導體層側電極15係形成有具有開口區域位於導電性氮化鎵基板10之低差排密度高導電區域10b內的上方之開口部的環狀之半導體層側電極15。因為藉由上述載子狹窄區域250，發光區域200a被限制於環狀之半導體層側電極15的開口區域內，所以各個面發光雷射元件1之發光區域200a之發光係自環狀之半導體層側電極15的開口區域而取出於外部。
在各個面發光雷射元件之發光層200中，將載子流入之發光區域200a限制於低差排密度高導電區域10b內之上方的方法，實施形態6－A1係顯示將半導體層側電極15形成於低差排密度高導電區域10b內之上方位置的方法，而實施形態6－A2係顯示在III－V族化合物半導體層積層體20內形成載子狹窄區域250之方法，不過，亦宜使用在III－V族化合物半導體層積層體20內形成載子狹窄區域250，並且將半導體層側電極15形成於低差排密度高導電區域10b內之上方位置的方法。
此外，藉由實施形態6之面發光雷射陣列的製造方法而獲得之各個面發光元件中，可實施面發光之III－V族化合物半導體層積層體20的積層構造並無特別限制，不過，如宜採圖6B所示之n型層側之DBR(多層分布布拉格反射器(multilayer distributed Bragg reflector)；布拉格反射器，以下相同)213與電介質反射鏡103之組合構造，圖7B所示之n型層側之DBR213與P型層側之DBR223之組合構造，及圖8B所示之包含光子結晶層233之構造等。
實施形態6之面發光雷射陣列的製造方法中，從以將各個面發光元件1之發光層200的發光區域200a形成於導電性氮化鎵複區域基板(導電性氮化鎵基板10)之低差排密度高導電區域10b內之上方位置的觀點，低差排密度高導電區域10b在導電性氮化鎵複區域基板(導電性氮化鎵基板10)之主面10m上的配置很重要。就這一點，具體說明如下。
(實施形態6－B1)
參照圖3A、3B、4A及4B，在實施形態6之面發光雷射陣列的製造方法中使用的導電性氮化鎵複區域基板(導電性氮化鎵基板10)中，高差排密度高導電區域10a係點狀，且高差排密度高導電區域10a之各點，於導電性氮化鎵複區域基板(導電性氮化鎵基板10)之主面10m,10n上，配置於光柵常數為PD 之周期性的三角光柵點(圖3A之情況)或是正方光柵點(圖4A之情況)上，低差排密度高導電區域10b成為從將各點之中心作為中心之半徑PD /2的圓內之區域除去各點的甜甜圈狀區域。此時，實際之高差排密度高導電區域10a及低差排密度高導電區域10b的外周形成接近圓之多角形狀，如圖3A或4A所示，可近似於圓。藉由在如此識別之低差排密度高導電區域10b內的上方形成各個面發光雷射元件1之發光區域200a，可輕易且良率佳地獲得包含數個流入發光區域200a內之載子的面內分布均一，且發光區域200a內之發光均一的面發光雷射元件1之面發光雷射陣列2。
(實施形態6－B2)
參照圖5A及5B，在實施形態6之面發光雷射陣列的製造方法中使用的導電性氮化鎵複區域基板(導電性氮化鎵基板10)中，高差排密度高導電區域10a係帶狀，且高差排密度高導電區域10a之各帶，以周期性之間隔PS 配置於導電性氮化鎵複區域基板之主面10m,10n上，低差排密度高導電區域10b為從導電性氮化鎵複區域基板(導電性氮化鎵基板10)之全部區域除去各帶，與將自各帶之中心離開PS /2的位置作為中心而形成之低差排密度低導電區域10c的區域。藉由在如此識別之低差排密度高導電區域10b內的上方形成各個面發光雷射元件1之發光區域200a，可輕易且良率佳地獲得包含數個流入發光區域200a內之載子的面內分布均一，且發光區域200a內之發光均一的面發光雷射元件1之面發光雷射陣列2。
(實施形態6－C)
實施形態6之面發光雷射陣列的製造方法使用之導電性氮化鎵複區域基板(導電性氮化鎵基板10)宜為，高差排密度高導電區域10a係差排密度為1×106 cm－2 以上，載子濃度為1×1018 cm－3 以上之區域，低差排密度高導電區域10b係差排密度未達1×106 cm－2 ，載子濃度為1×1018 cm－3 以上之區域，低差排密度低導電區域10c係差排密度未達1×106 cm－2 ，載子濃度未達1×1018 cm－3 之區域。藉由使用該導電性氮化鎵複區域基板，而在差排密度未達1×106 cm－2 ，載子濃度為1×1018 cm－3 以上之低差排密度高導電區域10b內的上方形成各個面發光雷射元件1之發光區域200a，可良率佳地獲得包含數個流入發光區域內之載子的面內分布均一，發光區域內之發光均一，且發光效率高的面發光雷射元件1之面發光雷射陣列2。
(實施形態7)
本發明之面發光雷射陣列，參照圖17A、17B、18A及18B，其特徵為：係包含數個面發光雷射元件1之面發光雷射陣列2，且面發光雷射元件1包含：導電性氮化鎵基板10；形成於導電性氮化鎵基板10之一方主面10m上，而包含發光層200之III－V族化合物半導體層積層體20；形成於III－V族化合物半導體層積層體20之最上層上的半導體層側電極15；及形成於導電性氮化鎵基板10之另一方主面10n上的基板側電極11，面發光雷射陣列2包含導電性氮化鎵複區域基板(導電性氮化鎵基板10)，其係包含：差排密度及載子濃度高之高差排密度高導電區域10a，差排密度比高差排密度高導電區域10a低之低差排密度高導電區域10b，及差排密度與載子濃度比高差排密度高導電區域10a低之低差排密度低導電區域10c，包含於面發光雷射陣列2之各個面發光雷射元件1的發光層200中，載子流入之發光區域200a位於低差排密度高導電區域10b內之上方。
實施形態7之面發光雷射陣列2，因為各個面發光雷射元件1之發光區域200a位於低差排密度高導電區域10b內之上方，所以流入發光區域200a內之載子的面內分布均一，且發光區域200a內之發光均一。實施形態7之面發光雷射陣列2係以各個面發光雷射元件1之發光區域200a位於低差排密度高導電區域10b內之上方的方式，較佳地，具有以下實施形態7－A1或實施形態7－A2之構造。
(實施形態7－A1)
實施形態7之面發光雷射陣列的一例，參照圖17A及17B，其特徵為：係包含數個面發光雷射元件1之面發光雷射陣列2，且面發光雷射元件1包含：導電性氮化鎵基板10；形成於導電性氮化鎵基板10之一方主面10m上，而包含發光層200之III－V族化合物半導體層積層體20；形成於III－V族化合物半導體層積層體20之最上層上的半導體層側電極15；及形成於導電性氮化鎵基板10之另一方主面10n上的基板側電極11，面發光雷射陣列2包含導電性氮化鎵複區域基板(導電性氮化鎵基板10)，其係包含：差排密度及載子濃度高之高差排密度高導電區域10a，差排密度比高差排密度高導電區域10a低之低差排密度高導電區域10b，及差排密度與載子濃度比高差排密度高導電區域10a低之低差排密度低導電區域10c，包含於面發光雷射陣列2之各個面發光雷射元件1的發光層200中，以載子流入之發光區域200a位於低差排密度高導電區域10b內之上方的方式，將半導體層側電極形成於低差排密度高導電區域內之上方位置。
實施形態7－A1之面發光雷射陣列2，因為各個面發光雷射元件1之發光區域200a位於低差排密度高導電區域10b內之上方，所以流入發光區域200a內之載子的面內分布均一，且發光區域200a內之發光均一。
(實施形態7－A2)
實施形態7之面發光雷射陣列的其他例，參照圖18A及18B，其特徵為：係包含數個面發光雷射元件1之面發光雷射陣列2，且面發光雷射元件1包含：導電性氮化鎵基板10；形成於導電性氮化鎵基板10之一方主面10m上，而包含發光層200之III－V族化合物半導體層積層體20；形成於III－V族化合物半導體層積層體20之最上層上的半導體層側電極15；及形成於導電性氮化鎵基板10之另一方主面10n上的基板側電極11，面發光雷射陣列2包含導電性氮化鎵複區域基板(導電性氮化鎵基板10)，其係包含：差排密度及載子濃度高之高差排密度高導電區域10a，差排密度比高差排密度高導電區域10a低之低差排密度高導電區域10b，及差排密度與載子濃度比高差排密度高導電區域10a低之低差排密度低導電區域10c，包含於面發光雷射陣列2之各個面發光雷射元件1的發光層200中，以載子流入之發光區域200a位於低差排密度高導電區域10b內之上方的方式，而在III－V族化合物半導體層積層體20內形成有載子狹窄區域250。
實施形態7－A2之面發光雷射陣列2，因為各個面發光雷射元件1之發光區域200a位於低差排密度高導電區域10b內之上方，所以流入發光區域200a內之載子的面內分布均一，且發光區域200a內之發光均一。
在實施形態7之面發光雷射陣列的導電性氮化鎵複區域基板(導電性氮化鎵基板10)中，高差排密度高導電區域10a可成為差排密度為1×106 cm－2 以上，載子濃度為1×1018 cm－3 以上之區域，低差排密度高導電區域10b可成為差排密度未達1×106 cm－2 ，載子濃度為1×1018 cm－3 以上之區域，低差排密度低導電區域10c可成為差排密度未達1×106 cm－2 ，載子濃度未達1×1018 cm－3 之區域。該面發光雷射陣列2，因為各個面發光雷射元件1之發光區域200a位於差排密度未達1×106 cm－2 ，載子濃度為1×1018 cm－3 以上之區域的低差排密度高導電區域10b內之上方，所以，流入發光區域200a內之載子的面內分布均一，發光區域200a內之發光均一，且發光效率高。
實施形態7之面發光雷射陣列2，參照圖17A、17B、18A及18B，如藉由在單一之導電性氮化鎵基板10及III－V族化合物半導體層積層體20之單一的積層體上並列數個面發光雷射元件1之單位元件(使用1個積層體而形成數個單位元件)而構成。圖17A及17B係將單位元件以並列2行圖1A及1B所示之面發光雷射元件的方式而配置者。此外，圖18A及18B係將單位元件以並列2行圖2A及2B所示之面發光雷射元件的方式而配置者。單位元件中之銲墊電極17上，分別連接固定有包含金之銲接線70。藉由此種面發光雷射陣列可獲得充分之雷射光輸出。
實施例 (實施例1)
以下說明實施形態3之面發光雷射元件的具體實施例。首先，在包含氧化矽膜之晶種以間隔400 μm而形成帶狀的砷化鎵基板(基底基板)上，藉由HVPE法，使用矽(Si)作為摻雜物進行小面生長，導電性氮化鎵基板10係製作包含：差排密度為1×106 cm－2 以上，載子濃度為1×1018 cm－3 以上之高差排密度高導電區域10a，差排密度未達1×106 cm－2 ，載子濃度為1×1018 cm－3 以上之低差排密度高導電區域10b，及差排密度未達1×106 cm－2 ，載子濃度未達1×1018 cm－3 之低差排密度低導電區域10c的n型之導電性氮化鎵複區域基板。此時，各區域中之差排密度藉由CL法測定，各區域中之載子濃度藉由C－V法及Hall測定法來測定。
其次，參照圖6B，在n型之導電性氮化鎵複區域基板(導電性氮化鎵基板10)的一方主面10m上，形成包含發光層200之III－V族化合物半導體層積層體20，在該III－V族化合物半導體層積層體之最上層上形成環狀之半導體層側電極15，並在n型之導電性氮化鎵複區域基板(導電性氮化鎵基板10)的另一方主面10n上形成基板側電極11，而使發光層200之發光區域200a位於低差排密度高導電區域10b內的上方。
此時，III－V族化合物半導體層積層體20係藉由MOCVD(有機金屬化學氣相體堆積)法而形成。具體而言，係如以下所示地形成III－V族化合物半導體層積層體20。
首先，在n型之導電性氮化鎵複區域基板(導電性氮化鎵基板10)上形成n型氮化鎵緩衝層，作為緩衝層201。在該緩衝層201上形成DBR213。該DBR213係採用Al0.3 Ga0.7 N/氮化鎵多層構造(交互堆疊Al0.3 Ga0.7 N層與氮化鎵層之積層構造)。此時，每一組(1對)Al0.3 Ga0.7 N層與氮化鎵層的合計厚度約86 nm，而形成60對之多層構造。在該DBR213上形成n型之包覆層215。並在該包覆層215上形成Ga0.9 In0.1 N/氮化鎵多重量子井構造，作為發光層200。具體而言，係形成交互堆疊Ga0.9 In0.1 N層與氮化鎵層的多層構造。在該發光層200上形成與上述包覆層215相同構造之p型之包覆層225。此時，n型之包覆層215係n型Al0.15 Ga0.85 N包覆層，p型之包覆層225係p型Al0.15 Ga0.85 N包覆層。
其次，在p型之包覆層225上形成p型之接觸層227。此時，p型之接觸層227係p＋ 型氮化鎵接觸層。在該p型之接觸層227上形成包含氧化矽絕緣體之電流狹窄層250a。此時，以藉由電流狹窄層250a而指定之發光區域(藉由圓形之開口部規定藉由電流狹窄層250a所形成之平面形狀的區域)200a位於導電性氮化鎵基板10之低差排密度高導電區域10b內之上方的方式，而形成電流狹窄層250a。此外，發光區域200a之直徑D為5μm。在該電流狹窄層250a上形成與上述p型之接觸層227相同組合之p型之接觸層229。
其次，在該p型之接觸層229上形成環狀之半導體層側電極15(p側電極)及電介質反射鏡103，並在導電性氮化鎵基板10之另一方主面10n上形成基板側電極11(n側電極)，而獲得本實施例之面發光雷射元件。此時，電介質反射鏡103係採用就420 nm近旁之波長光，具有99%之反射率的硫化鋅/氟化鎂多層膜(12對)。此時，以電介質反射鏡103之形成區域103a包含發光區域200a之全部區域的方式，而形成電介質反射鏡103。另外，以包圍電介質反射鏡103之方式而配置之環狀的半導體層側電極15，係對上述發光區域注入電流用者。
在所獲得之面發光雷射元件中注入電流後，於8kA/cm2 以上的電流密度中確認雷射振盪，且其發光均一。
(比較例1)
除了以發光區域200a位於導電性氮化鎵基板10之低差排密度高導電區域10b及低差排密度低導電區域10c內之上方的方式，而形成電流狹窄層250之外，與實施例1同樣地獲得面發光雷射元件。此時，位於發光區域200a內之下方的低差排密度高導電區域10b與低差排密度低導電區域10c之面積比為3：1。在獲得之面發光雷射元件中注入電流後，於7.5kA/cm2 以上的電流密度中確認雷射振盪，且其發光均一。
(實施例2)
以下說明實施形態4之面發光雷射元件的具體實施例。首先，製作具有與實施例1相同特性之導電性氮化鎵複區域基板(導電性氮化鎵基板10)。其次，參照圖7B，在n型之導電性氮化鎵複區域基板(導電性氮化鎵基板10)之一方主面10m上形成包含發光層200之III－V族化合物半導體層積層體20，在該III－V族化合物半導體層積層體之最上層上形成環狀之半導體層側電極15，並在n型之導電性氮化鎵複區域基板(導電性氮化鎵基板10)的另一方主面10n上形成基板側電極11，而使發光層200之發光區域200a位於低差排密度高導電區域10b內的上方。
此時，III－V族化合物半導體層積層體20係藉由MOCVD(有機金屬化學氣相體堆積)法而形成。具體而言，係如以下所示地形成III－V族化合物半導體層積層體20。
與實施例1同樣地，在n型之導電性氮化鎵複區域基板(導電性氮化鎵基板10)上依序形成：緩衝層201(n型氮化鎵緩衝層)、DBR213(60對之Al0.3 Ga0.7 N/氮化鎵多層構造，另外，每一對Al0.3 Ga0.7 N層與氮化鎵層的合計厚度約80 nm)、n型之包覆層215(n型Al0.15 Ga0.85 N包覆層)、發光層200(Ga0.9 In0.1 N/氮化鎵多重量子井構造)及p型之包覆層225(p型Al0.15 Ga0.85 N包覆層)。
其次，在p型之包覆層225上形成DBR223。此時，DBR223採用60對之Al0.3 Ga0.7 N/氮化鎵多層構造(交互堆疊Al0.3 Ga0.7 N層與氮化鎵層之積層構造)，亦即採用與DBR213相同之構造。另外，每一對Al0.3 Ga0.7 N層與氮化鎵層的合計厚度約80 nm。在該DBR223上形成p＋ 型氮化鎵接觸層，作為p型之接觸層229。其次，藉由台面蝕刻及離子佈植之選擇性部分絕緣化，而在p型之包覆層225及DBR223之一部分形成絕緣化區域250b。以藉由該絕緣化區域250b而指定之發光區域(藉由圓形之開口部規定藉由絕緣化區域250b所形成之平面形狀的區域)200a位於導電性氮化鎵基板10中包含之低差排密度高導電區域10b內之上方的方式，而形成絕緣化區域250b。此外，發光區域200a之直徑D為5 μm。其次，在該p型之接觸層229上形成環狀之半導體層側電極15(p側電極)，並在導電性氮化鎵基板10之另一方主面10n上形成基板側電極11(n側電極)，而獲得本實施例之面發光雷射元件。
在所獲得之面發光雷射元件中注入電流後，於6kA/cm2 以上的電流密度中確認雷射振盪，且其發光均一。
(實施例3)
以下說明實施形態5之面發光雷射元件的具體實施例。首先，製作具有與實施例1相同特性之導電性氮化鎵複區域基板(導電性氮化鎵基板10)。其次，參照圖8B，在n型之導電性氮化鎵複區域基板(導電性氮化鎵基板10)之一方主面10m上形成包含發光層200之III－V族化合物半導體層積層體20，在該III－V族化合物半導體層積層體之最上層上形成半導體層側電極15，並在n型之導電性氮化鎵複區域基板(導電性氮化鎵基板10)的另一方主面10n上形成基板側電極11，而使發光層200之發光區域200a位於低差排密度高導電區域10b內的上方。
此時，III－V族化合物半導體層積層體20係藉由MOCVD(有機金屬化學氣相體堆積)法而形成。具體而言，係如以下所示地形成III－V族化合物半導體層積層體20。
參照圖10，在導電性氮化鎵複區域基板(導電性氮化鎵基板10)上依序形成：緩衝層(圖上未顯示)(n型氮化鎵緩衝層)、n型之包覆層215(n型Al0.15 Ga0.85 N包覆層)、發光層200(Ga0.9 In0.1 N/氮化鎵多重量子井構造)、p型之包覆層225(p型Al0.15 Ga0.85 N包覆層)及形成光子結晶用的結晶層233a(氮化鎵層)。
其次，參照圖11，藉由電子束曝光，而在結晶層233a上形成特定圖案之抗蝕層30。亦即，係塗布電子束曝光用光抗蝕層(日本ZEON公司製ZEP520)，使用電子束曝光機來描繪微細孔之抗蝕圖案。抗蝕層30之圖案係正方光柵之0.16 μm間隔，且直徑0.06 μm的微細孔。
其次，參照圖12，將抗蝕層30作為遮罩，使用ICP(感應耦合電漿)-RIE(反應性離子蝕刻)法蝕刻結晶層233a，而在結晶層233a之特定位置形成深度為0.1μm的繞射光柵孔233b，而形成光子結晶層233。如此獲得第一積層體21。蝕刻係使用氯氣與少量之稀有氣體的混合氣體作為蝕刻氣體，並在0.4Pa程度之高度真空中進行。因而，完成平坦性及垂直性高之蝕刻。
另外，參照圖13，除圖12之第一積層體21之外，在基底基板40(藍寶石基板)上，藉由MOCVD法形成：剝離層41(In0.4Ga0.6N層)、p型之接觸層229(p+型氮化鎵接觸層)及p型之包覆層226(p型Al0.15Ga0.85N包覆層)，而獲得第二積層體22。
其次，參照圖14，以第一積層體21之光子結晶層233與第二積層體22之p型之包覆層226彼此相對之方式，進行第一積層體21與第二積層體22的熔接貼合。該熔接貼合係在氮氣氛中，以700℃的溫度進行。
其次，參照圖15，藉由照射雷射光，同時從橫方向蝕刻剝離層41，而選擇性除去剝離層41。藉此，III-V族化合物半導體層積層體20之最上層的p型之接觸層229自基底基板40分離，該接觸層229之上面露出，而作為光射出面。
其次，參照圖8B，以發光層200之發光區域200a位於導電性氮化鎵基板10中包含之低差排密度高導電區域10b內的上方之方式，在p型之接觸層229上，於低差排密度高導電區域10b內之上方位置形成半導體層側電極15(p側電極)。其次，在導電性氮化鎵基板10之另一方主面10n上形成基板側電極11(n側電極)，而獲得本實施例之面發光雷射元件。
在所獲得之面發光雷射元件中注入電流後，於5kA/cm2 以上的電流密度中，確認雷射振盪，且其發光均一。
如上述，在面發光雷射元件1之製造中，藉由準備作為導電性氮化鎵基板10之導電性氮化鎵複區域基板，該基板包含：差排密度及載子濃度高之高差排密度高導電區域10a，差排密度比高差排密度高導電區域低之低差排密度高導電區域10b，及差排密度及載子濃度比高差排密度高導電區域低之低差排密度低導電區域10c；在導電性氮化鎵複區域基板(導電性氮化鎵基板10)上，以發光層中包含之發光區域位於低差排密度高導電區域內之上方的方式，形成III－V族化合物半導體層積層體20，而良率佳地獲得在發光區域內電流均一地流入之電流均一，且發光區域內之發光均一的面發光雷射元件1。
1．．．面發光雷射元件
2．．．面發光雷射陣列
10．．．導電性氮化鎵基板
10a．．．高差排密度高導電區域
10b．．．低差排密度高導電區域
10c．．．低差排密度低導電區域
10m,10n,233m．．．主面
11．．．基板側電極
15．．．半導體層側電極
17．．．銲墊電極
20．．．III－V族化合物半導體層積層體
21．．．第一積層體
22．．．第二積層體
30．．．抗蝕層
40．．．基底基板
41．．．剝離層
70．．．銲接線
103．．．電介質反射鏡
200．．．發光層
200a．．．發光區域
201．．．緩衝層
210,220．．．III－V族化合物半導體層
213,223．．．DBR
215,225,226．．．包覆層
227,229．．．接觸層
233．．．光子結晶層
233a．．．結晶層
233b．．．繞射光柵孔
250．．．載子狹窄區域
250a．．．載子狹窄層
250b．．．絕緣化區域
圖1A係顯示本發明之面發光雷射元件之一例的概略平面圖。
圖1B係圖1A之線段IB－IB的概略剖面圖。
圖2A係顯示本發明之面發光雷射元件之其他例的概略平面圖。
圖2B係圖2A之線段IIB－IIB的概略剖面圖。
圖3A係顯示用於本發明之導電性氮化鎵基板之一具體例的概略平面圖。
圖3B係圖3A之線段IIIB－IIIB的概略剖面圖。
圖4A係顯示用於本發明之導電性氮化鎵基板之其他具體例的概略平面圖。
圖4B係圖4A之線段IVB－IVB的概略剖面圖。
圖5A係顯示用於本發明之導電性氮化鎵基板之又其他具體例的概略平面圖。
圖5B係圖5A之線段VB－VB的概略剖面圖。
圖6A係顯示本發明之面發光雷射元件之一具體例的概略平面圖。
圖6B係圖6A之線段VIB－VIB的概略剖面圖。
圖7A係顯示本發明之面發光雷射元件之其他具體例的概略平面圖。
圖7B係圖7A之線段VIIB－VIIB的概略剖面圖。
圖8A係顯示本發明之面發光雷射元件之又其他具體例的概略平面圖。
圖8B係圖8A之線段VIIIB－VIIIB的概略剖面圖。
圖9係顯示用於本發明之光子結晶層的概略立體圖。
圖10係顯示圖8A及8B所示之面發光元件的製造方法之第一步驟的概略剖面圖。
圖11係顯示圖8A及8B所示之面發光元件的製造方法之第二步驟的概略剖面圖。
圖12係顯示圖8A及8B所示之面發光元件的製造方法之第三步驟的概略剖面圖。
圖13係顯示圖8A及8B所示之面發光元件的製造方法之第四步驟的概略剖面圖。
圖14係顯示圖8A及8B所示之面發光元件的製造方法之第五步驟的概略剖面圖。
圖15係顯示圖8A及8B所示之面發光元件的製造方法之第六步驟的概略剖面圖。
圖16係顯示本發明之面發光雷射元件之又其他例的概略平面圖。
圖17A係顯示本發明之面發光雷射元件之一例的概略平面圖。
圖17B係圖17A之線段XVIIB－XVIIB的概略剖面圖。
圖18A係顯示本發明之面發光雷射元件之其他例的概略平面圖。
圖18B係圖18A之線段XVIIIB－XVIIIB的概略剖面圖。
圖19係顯示導電性氮化鎵基板之低差排密度高導電區域及低差排密度低導電區域的擴展電阻之圖。
1．．．面發光雷射元件
10．．．導電性氮化鎵基板
10a．．．高差排密度高導電區域
10b．．．低差排密度高導電區域
10c．．．低差排密度低導電區域
10m,10n．．．主面
11．．．基板側電極
15．．．半導體層側電極
20．．．III－V族化合物半導體層積層體
200．．．發光層
200a．．．發光區域
201．．．緩衝層
210,220．．．III－V族化合物半導體層
D．．．直徑

Claims (17)

  1. 一種面發光雷射元件(1)之製造方法，係包含：準備作為導電性氮化鎵基板(10)之導電性氮化鎵複區域基板之步驟，該基板包含：差排密度及載子濃度高之高差排密度高導電區域(10a)，差排密度比前述高差排密度高導電區域(10a)低之低差排密度高導電區域(10b)，及差排密度及載子濃度比前述高差排密度高導電區域(10a)低之低差排密度低導電區域(10c)；半導體層積層體形成步驟，其係在前述導電性氮化鎵複區域基板之一方主面(10m)上形成包含發光層(200)之III-V族化合物半導體層積層體(20)；及電極形成步驟，其係在前述III-V族化合物半導體層積層體(20)之最上層上形成半導體層側電極(15)，並在前述導電性氮化鎵複區域基板之另一方主面(10n)上形成基板側電極(11)；前述高差排密度高導電區域(10a)係差排密度為1×106cm-2以上，載子濃度為1×1018cm-3以上之區域，前述低差排密度高導電區域(10b)係差排密度未達1×106cm-2，載子濃度為1×1018cm-3以上之區域，前述低差排密度低導電區域(10c)係差排密度未達1×106cm-2，載子濃度未達1×1018cm-3之區域，在前述發光層(200)中，以載子流入之發光區域(200a)限制於前述低差排密度高導電區域(10b)內之上方的方式，形成前述III-V族化合物半導體層積層體(20)、前述 半導體層側電極(15)及前述基板側電極(11)。
  2. 如請求項1之面發光雷射元件之製造方法，其中在前述電極形成步驟中，係以將前述發光區域(200a)限制於前述低差排密度高導電區域(10b)內之上方的方式，將前述半導體層側電極(15)形成於前述低差排密度高導電區域(10b)內之上方的位置。
  3. 如請求項1之面發光雷射元件之製造方法，其中在前述半導體層積層體形成步驟中，係以將前述發光區域(200a)限制於前述低差排密度高導電區域(10b)內之上方的方式，在前述III-V族化合物半導體層積層體(20)內形成載子狹窄區域(250)。
  4. 如請求項1之面發光雷射元件之製造方法，其中前述高差排密度高導電區域(10a)為點狀，且前述高差排密度高導電區域(10a)之各點係配置於在前述導電性氮化鎵複區域基板之主面(10m)上光柵常數為PD之周期性的三角光柵點或正方光柵點上；前述低差排密度高導電區域(10b)係從以前述各點之中心作為中心之半徑為PD/2的圓內之區域除去前述各點的區域。
  5. 如請求項1之面發光雷射元件之製造方法，其中前述高差排密度高導電區域(10a)為帶狀，且前述高差排密度高導電區域(10a)之各帶在前述導電性氮化鎵複區域基板之主面(10m)上，以周期性之間隔PS配置；前述低差排密度高導電區域(10b)係從前述氮化鎵複區 域基板之全部區域除去前述各帶、與將自前述各帶之中心僅離開PS/2之位置作為中心而形成之前述低差排密度低導電區域(10c)的區域。
  6. 一種面發光雷射元件，其包含：導電性氮化鎵基板(10)；III-V族化合物半導體層積層體(20)，其係包含形成於前述導電性氮化鎵基板(10)之一方主面(10m)上的發光層(200)；半導體層側電極(15)，其係形成於前述III-V族化合物半導體層積層體(20)之最上層上；及基板側電極(11)，其係形成於前述導電性氮化鎵基板(10)之另一方主面(10n)上；且前述導電性氮化鎵基板(10)包含差排密度未達1×106cm-2，載子濃度為1×1018cm-3以上之區域的低差排密度高導電區域(10b)；在前述發光層(200)中，載子流入之發光區域(200a)位於前述低差排密度高導電區域(10b)內之上方。
  7. 如請求項6之面發光雷射元件，其中以前述發光區域(200a)位於前述低差排密度高導電區域(10b)內之上方的方式，將前述半導體層側電極(15)形成於前述低差排密度高導電區域(10b)內之上方的位置。
  8. 如請求項6之面發光雷射元件，其中以前述發光區域(200a)位於前述低差排密度高導電區域(10b)內之上方的方式，在前述III-V族化合物半導體層積層體(20)內形成載子狹窄區域(250)。
  9. 如請求項6之面發光雷射元件，其中前述導電性氮化鎵 基板(10)進一步包含差排密度為1×106cm-2以上，載子濃度為1×1018cm-3以上之區域的高差排密度高導電區域(10a)及差排密度未達1×106cm-2，載子濃度未達1×1018cm-3之區域的低差排密度低導電區域(10c)之至少任何一個。
  10. 一種包含數個面發光雷射元件(1)之面發光雷射陣列(2)的製造方法，係包含：準備作為前述導電性氮化鎵基板(10)之導電性氮化鎵複區域基板之步驟，該基板包含：差排密度及載子濃度高之高差排密度高導電區域(10a)，差排密度比前述高差排密度高導電區域(10a)低之低差排密度高導電區域(10b)，及差排密度及載子濃度比前述高差排密度高導電區域(10a)低之低差排密度低導電區域(10c)；半導體層積層體形成步驟，其係在前述導電性氮化鎵複區域基板之一方主面(10m)上形成包含發光層(200)之III-V族化合物半導體層積層體(20)；及電極形成步驟，其係在前述III-V族化合物半導體層積層體(20)之最上層上形成半導體層側電極(15)，並在前述導電性氮化鎵複區域基板之另一方主面(10n)上形成基板側電極(11)；前述高差排密度高導電區域(10a)係差排密度為1×106cm-2以上，載子濃度為1×1018cm-3以上之區域，前述低差排密度高導電區域(10b)係差排密度未達1×106cm-2，載子濃度為1×1018cm-3以上之區域，前述低差排密度低 導電區域(10c)係差排密度未達1×106cm-2，載子濃度未達1×1018cm-3之區域，在包含於前述面發光雷射陣列(2)之各個前述面發光雷射元件(1)的前述發光層(200)中，以載子流入之發光區域(200a)限制於前述低差排密度高導電區域(10b)內之上方的方式，形成前述III-V族化合物半導體層積層體(20)、前述半導體層側電極(15)及前述基板側電極(11)。
  11. 如請求項10之面發光雷射陣列的製造方法，其中在前述電極形成步驟中，係以將前述發光區域(200a)限制於前述低差排密度高導電區域(10b)內之上方的方式，將前述半導體層側電極(15)形成於前述低差排密度高導電區域(10b)內之上方的位置。
  12. 如請求項10之面發光雷射陣列的製造方法，其中在前述半導體層積層體形成步驟中，係以將前述發光區域(200a)限制於前述低差排密度高導電區域(10b)內之上方的方式，在前述III-V族化合物半導體層積層體(20)內形成載子狹窄區域(250)。
  13. 如請求項10之面發光雷射陣列的製造方法，其中前述高差排密度高導電區域(10a)為點狀，且前述高差排密度高導電區域(10a)之各點係配置於在前述導電性氮化鎵複區域基板之主面(10m)上光柵常數為PD之周期性的三角光柵點或正方光柵點上；前述低差排密度高導電區域(10b)係從以前述各點之中心作為中心之半徑為PD/2的圓內之區域除去前述各點的 區域。
  14. 如請求項10之面發光雷射陣列的製造方法，其中前述高差排密度高導電區域(10a)為帶狀，且前述高差排密度高導電區域(10a)之各帶在前述導電性氮化鎵複區域基板之主面(10m)上，以周期性之間隔PS配置；前述低差排密度高導電區域(10b)係從前述氮化鎵複區域基板之全部區域除去前述各帶、與將自前述各帶之中心僅離開PS/2之位置作為中心而形成之前述低差排密度低導電區域(10c)的區域。
  15. 一種包含數個面發光雷射元件(1)的面發光雷射陣列(2),前述面發光雷射元件(1)包含：導電性氮化鎵基板(10)；III-V族化合物半導體層積層體(20)，其係包含形成於前述導電性氮化鎵基板(10)之一方主面(10m)上的發光層(200)；半導體層側電極(15)，其係形成於前述III-V族化合物半導體層積層體(20)之最上層上；及基板側電極(11)，其係形成於前述導電性氮化鎵基板(10)之另一方主面(10n)上；前述面發光雷射陣列(2)包含導電性氮化鎵複區域基板，其係包含：差排密度及載子濃度高之高差排密度高導電區域(10a)，差排密度比前述高差排密度高導電區域(10a)低之低差排密度高導電區域(10b)，及差排密度及載子濃度比前述高差排密度高導電區域(10a)低之低差排密度低導電區域(10c)； 前述高差排密度高導電區域(10a)係差排密度為1×106cm-2以上，載子濃度為1×1018cm-3以上之區域，前述低差排密度高導電區域(10b)係差排密度未達1×106cm-2，載子濃度為1×1018cm-3以上之區域，前述低差排密度低導電區域(10c)係差排密度未達1×106cm-2，載子濃度未達1×1018cm-3之區域，在包含於前述面發光雷射陣列(2)之各個前述面發光雷射元件(1)的前述發光層(200)中，載子流入之發光區域(200a)位於前述低差排密度高導電區域(10b)內之上方。
  16. 如請求項15之面發光雷射陣列，其中係以前述發光區域(200a)位於前述低差排密度高導電區域(10b)內之上方的方式，將前述半導體層側電極(15)形成於前述低差排密度高導電區域(10b)內之上方的位置。
  17. 如請求項15之面發光雷射陣列，其中係以前述發光區域(200a)位於前述低差排密度高導電區域(10b)內之上方的方式，在前述III-V族化合物半導體層積層體(20)內形成載子狹窄區域(250)。
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