WO2021095660A1 - 発光素子 - Google Patents

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laminated structure
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木村　秀樹
義昭 渡部
義則 山内
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    • H01S5/32316—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm comprising only (Al)GaAs

Definitions

  • This disclosure relates to a light emitting device.
  • a vertical cavity type surface emitting semiconductor laser (Vertical Cavity Surface Emitting Laser: VCSEL) is used (for example, Patent Document 1).
  • the light emitting element includes an active layer that emits light by injecting an electric current, a first reflector laminated in a first direction with the active layer interposed therebetween, and a second reflector.
  • the light emitting portion having a laminated structure and the light emitting surface from the laminated structure in the first direction are provided with symmetry around the light emitting portion, and the laminated structure is provided in the first direction.
  • the separated groove is provided with a dug-in separation groove and a high resistance region provided in the laminated structure outside the outermost outer peripheral shape of the injection surface of the separation groove and having a higher electric resistance than the light emitting portion.
  • an active layer that emits light by injecting an electric current, a first reflector laminated in a first direction with the active layer interposed therebetween, and a second reflector are provided.
  • a separation groove in which the laminated structure is dug is provided symmetrically around the light emitting portion having the laminated structure including the laminated structure, and the laminated structure outside the outermost peripheral shape of the separation groove has higher electrical resistance than the light emitting portion.
  • a high resistance region is provided.
  • FIG. 1 is a top view showing the configuration of the light emitting element 1 according to the present embodiment
  • FIG. 2 is a vertical cross-sectional view showing the configuration of the light emitting element 1 according to the present embodiment.
  • FIG. 2 schematically shows a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
  • the light emitting element 1 is a surface light emitting type semiconductor laser.
  • the light emitting element 1 includes a laminated structure 100 on the first surface side (that is, the surface side) of the substrate 140.
  • the first reflector 110, the first spacer layer 131, the active layer 130, the second spacer layer 132, the current constriction layer 121, and the second reflector 120 are laminated in this order from the substrate 140 side. It is provided in.
  • the laminated structure 100 a part of the first reflector 110, the first spacer layer 131, the active layer 130, the second spacer layer 132, the current constriction layer 121, and the second reflector 120 are laminated in the lamination direction.
  • a separation groove 153 that is dug in an annular shape is provided.
  • a separation layer 152 is provided inside the separation groove 153 via a first insulating layer 144.
  • the separation groove 153 and the laminated structure 100 of the inner region of the separation layer 152 function as a light emitting portion Em for emitting a laser.
  • the substrate 140 is, for example, an n-type GaAs substrate. More specifically, the substrate 140 may be a (100) -plane GaAs substrate or a (n11) -plane GaAs substrate (n is an integer).
  • the first reflector 110 is a multilayer film reflector in which a plurality of sets of low refractive index layers and high refractive index layers are alternately laminated.
  • the first reflector 110 has an n-type Al x1 Ga 1-x1 having a thickness of ⁇ 0 / n 1 ( ⁇ 0 is the oscillation wavelength of the active layer 130 and n 1 is the refractive index of the low refractive index layer).
  • a low refractive index layer composed of As (0 ⁇ x1 ⁇ 1) and a thickness of ⁇ 0 / n 2 ( ⁇ 0 is the oscillation wavelength of the active layer 130, n 2 is the refractive index of the high refractive index layer).
  • It may be a multilayer film reflector in which high refractive index layers composed of n-type Al x2 Ga 1-x2 As (0 ⁇ x2 ⁇ x1) are alternately laminated.
  • the first spacer layer 131 is composed of, for example, n-type Al x3 Ga 1-x3 As (0 ⁇ x3 ⁇ 1)
  • the second spacer layer 132 is, for example, p-type Al x5 Ga 1-x5 As (0 ⁇ 1). It is composed of x5 ⁇ 1).
  • the p-type impurity contained in the second spacer layer 132 may be, for example, carbon (C), beryllium (Be), magnesium (Mg), zinc (Zn), or the like.
  • the active layer 130 is composed of, for example, undoped Al x4 Ga 1-x4 As (0 ⁇ x4 ⁇ 1), and emits light by injecting an electric current. Specifically, in the active layer 130, the region facing the current injection region 121A of the current constriction layer 121, which will be described later, emits light by injecting the current.
  • the second reflector 120 is a multilayer film reflector in which a plurality of sets of low refractive index layers and high refractive index layers are alternately laminated.
  • the second reflector 120 has a thickness of ⁇ 0 / n 3 ( ⁇ 0 is the oscillation wavelength of the active layer 130, n 3 is the refractive index of the low refractive index layer) p-type Al x6 Ga 1-x6.
  • a low refractive index layer composed of As (0 ⁇ x6 ⁇ 1) and a thickness of ⁇ 0 / n 4 ( ⁇ 0 is the oscillation wavelength of the active layer 130, n 4 is the refractive index of the high refractive index layer).
  • It may be a multilayer film reflector in which high refractive index layers composed of p-type Al x7 Ga 1-x7 As (0 ⁇ x7 ⁇ x1) are alternately laminated.
  • the p-type impurities contained in the low refractive index layer and the high refractive index layer constituting the second reflector 120 are, for example, carbon (C), beryllium (Be), magnesium (Mg), zinc (Zn) and the like. There may be.
  • the current constriction layer 121 is provided inside the second reflector 120 in place of a low refractive index layer several layers away from the active layer 130 side of the second reflector 120.
  • the current constriction layer 121 includes a current injection region 121A and a current constriction region 121B in the in-plane direction perpendicular to the stacking direction.
  • the current injection region 121A is a region composed of p-type Al x8 Ga 1-x8 As (0 ⁇ x8 ⁇ 1).
  • the current constriction region 121B is a region including aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and provided in the outer edge region of the current injection region 121A. According to this configuration, the current constriction layer 121 can constrict the region through which the current flows to the current injection region 121A.
  • the current constriction region 121B can be formed by oxidizing the high-concentration aluminum (Al) contained in the current constriction layer 121 from the side surface of the separation groove 153 when the separation groove 153 is formed.
  • the current constriction region 121B may be provided as an oxidation region in which the current constriction layer 121 made of AlAs (aluminum arsenide) is oxidized from the side surface of the separation groove 153.
  • the current injection region 121A may be provided as an unoxidized region of the current constriction layer 121 made of AlAs (aluminum arsenide).
  • the separation groove 153 has an annular planar shape, and is a groove for digging the laminated structure 100 into a region deeper than the active layer 130 in the laminating direction.
  • the separation groove 153 is provided to electrically or optically separate the light emitting portion Em from other regions.
  • the separation groove 153 penetrates the second reflector 120, the current constriction layer 121, the second spacer layer 132, the active layer 130, and the first spacer layer 131, and reaches a part of the first reflector 110. It may be provided by digging up to the laminated structure 100.
  • the first insulating layer 144 is provided so as to cover the inside of the separation groove 153 with an insulating material. Specifically, the first insulating layer 144 may be provided so as to cover the inner bottom surface and side surface of the separation layer 152 with silicon nitride (SiN) or the like.
  • the separation layer 152 is provided with an organic resin so as to embed the inside of the separation groove 153 via the first insulating layer 144.
  • the separation layer 152 may be provided by embedding the inside of the separation groove 153 with benzocyclobutene (BCB), which is a kind of low dielectric constant resin.
  • BCB benzocyclobutene
  • An annular second electrode 160 is provided on the surface of the laminated structure 100 of the light emitting portion Em on the second reflector 120 side.
  • the second electrode 160 is electrically connected to the second electrode pad 164 provided on the laminated structure 100 outside the light emitting portion Em via the first insulating layer 144, the pad base portion 151, and the second insulating layer 161. Connected to.
  • the second electrode 160 is provided on the surface of the laminated structure 100 on the second reflector 120 side in an annular shape in which a region facing the current injection region 121A is opened.
  • the second electrode 160 may have a shape other than the annular shape as long as it does not cover the region facing the current injection region 121A.
  • the second electrode 160 is provided, for example, by laminating an alloy of gold (Au) and germanium (Ge) and an alloy of gold (Au) and nickel (Ni) in order from the side of the second reflector 120. You may.
  • the first electrode 141 is provided on the second surface (that is, the back surface) opposite to the first surface on which the laminated structure 100 of the substrate 140 is provided.
  • the first electrode 141 has a first insulating layer 144 and a pad base on the laminated structure 100 outside the light emitting portion Em by the first electrode contacts 142 and 143 provided inside the opening 145 penetrating the laminated structure 100. It is electrically connected to the first electrode pad 163 provided via the portion 151 and the second insulating layer 161.
  • the first electrode 141 is provided so as to spread over the entire surface of the second surface of the substrate 140.
  • the first electrode 141 may be provided, for example, by laminating an alloy of gold (Au) and germanium (Ge) and an alloy of gold (Au) and nickel (Ni) in order from the substrate 140 side.
  • the first electrode contacts 142 and 143 are provided inside the opening 145 that is dug through the laminated structure 100 until it reaches the substrate 140, and electrically connects the first electrode 141 and the first electrode pad 163. .. Specifically, the first electrode contact 142 is provided on the bottom surface of the opening 145. The first electrode contact 143 is provided on the bottom surface and the side surface of the opening 145 via the first electrode contact 142 and the first insulating layer 144. The first electrode contacts 142 and 143 are provided by laminating an alloy of gold (Au) and germanium (Ge) and an alloy of gold (Au) and nickel (Ni) in order from the side of the first electrode 141. May be good.
  • the pad base portion 151 is provided in the outer region of the light emitting portion Em as an insulating layer continuous with the separation layer 152. Specifically, the pad base portion 151 is provided by laminating an organic resin forming the separation layer 152 on the surface of the laminated structure 100 in the outer region of the light emitting portion Em via the first insulating layer 144. Be done. Similar to the separation layer 152, when the pad base 151 is provided with a low dielectric constant resin such as benzocyclobutene, the light emitting element 1 is located between the second electrode pad 164 and the first electrode pad 163 and the laminated structure 100. Capacity can be reduced.
  • the second insulating layer 161 is provided on the surfaces of the pad base portion 151, the separating layer 152, and the laminated structure 100 with an insulating material. Specifically, the second insulating layer 161 excludes the electrical contact between the second electrode 160 and the second electrode pad 164 and the electrical contact between the first electrode contact 143 and the first electrode pad 163. , It may be provided with a uniform thickness along the surface shape of the light emitting element 1.
  • the second insulating layer 161 may be provided with an insulating silicon compound such as silicon nitride (SiN).
  • the second electrode pad 164 is provided on the pad base portion 151 adjacent to the light emitting portion Em via the second insulating layer 161.
  • the second electrode pad 164 is electrically connected to the second electrode 160, and functions as a connection terminal between the second electrode 160 and the outside.
  • the second electrode pad 164 can be provided, for example, by laminating titanium (Ti), platinum (Pt), and gold (Au) in this order from the pad base portion 151 side.
  • the first electrode pad 163 is provided on the pad base portion 151 in a region different from the pad base portion 151 on which the second electrode pad 164 is provided via the second insulating layer 161.
  • the first electrode pad 163 is electrically connected to the first electrode contact 143 and functions as a connection terminal between the first electrode 141 and the outside.
  • the first electrode pad 163 can be provided, for example, by laminating titanium (Ti), platinum (Pt), and gold (Au) in this order from the pad base portion 151 side.
  • the third insulating layer 162 is provided on the surfaces of the second electrode pad 164, the first electrode pad 163, and the second insulating layer 161 with an insulating material. Specifically, the third insulating layer 162 is uniform along the surface shape of the light emitting element 1 excluding a part of the area above the second electrode pad 164 and a part of the area above the first electrode pad 163. It may be provided with the thickness of.
  • the third insulating layer 162 may be provided with an insulating silicon compound such as silicon nitride (SiN).
  • the light emitting portion Em and the outer region of the separation layer 152 are provided as the high resistance region Hr.
  • the high resistance region Hr is a region in which the electric resistance of the laminated structure 100 is higher than the electric resistance of the laminated structure 100 of the light emitting portion Em.
  • the high resistance region Hr is provided by introducing an impurity element into the laminated structure 100 from the second reflector 120 side to a region deeper than the depth at which the active layer 130 is provided.
  • the impurities that increase the electrical resistance of the laminated structure 100 by being introduced into the laminated structure 100 include, for example, hydrogen (H), carbon (C), boron (B), oxygen (O), argon (Ar), and aluminum ( It may be any one or more of Al), gallium (Ga), or arsenic (As).
  • H hydrogen
  • C carbon
  • B boron
  • O oxygen
  • Ar argon
  • Al aluminum
  • Ga gallium
  • Ar arsenic
  • one or more of C, B, O, Ar, Al, Ga, or As is laminated in the laminated structure 100, and 5 ⁇ 10 13 pieces / cm 2 or more. It may be formed by introducing at a concentration.
  • the high resistance region Hr may be formed by introducing H into the laminated structure 100 at a concentration of 5 ⁇ 10 14 pieces / cm 2 or more by using an ion implantation method.
  • the impurity element to be introduced into the laminated structure 100 is H
  • the energy for introducing the impurity element into the laminated structure 100 by the ion implantation method becomes small, so that the cost of the step of forming the high resistance region Hr can be reduced. Can be done.
  • the laminated structure 100 of the high resistance region Hr has a concentration distribution of impurity elements in the laminated direction.
  • the concentration peak of the impurity element may be provided at the depth at which the active layer 130 or the current constriction layer 121 is provided.
  • the impurity element is introduced into the laminated structure 100 so that the concentration peak of the impurity element exists at the depth where the active layer 130 or the current constriction layer 121 is provided, the laminated structure 100 is more reliably introduced to the desired depth. Impurity elements are introduced. Therefore, in the light emitting element 1, the laminated structure 100 is more reliably increased in resistance, and the high resistance region Hr is formed.
  • FIG. 3 shows an example of the concentration distribution of impurity elements in the laminated structure 100 of the high resistance region Hr.
  • FIG. 3 is a graph showing an example of the distribution of the element concentration in the stacking direction of the laminated structure 100 of the high resistance region Hr.
  • the graph shown in FIG. 3 is an example of the distribution of the element concentrations of H (hydrogen), Ga (gallium), and Al (aluminum) in the stacking direction when H (hydrogen) is introduced into the laminated structure 100 as an impurity element. Shown.
  • the graph shown in FIG. 3 shows an example of the result of analyzing the element concentration of the laminated structure 100 by the secondary ion mass spectrometry (SIMS).
  • SIMS secondary ion mass spectrometry
  • the region where the Ga concentration is significantly reduced corresponds to the current constriction layer 121 (more specifically, the current constriction region 121B), and the region where the Al concentration is widely reduced.
  • the active layer 130 corresponds to the active layer 130. Therefore, the shallower region with the active layer 130 as the boundary corresponds to the second reflector 120, and the deeper region with the active layer 130 as the boundary corresponds to the first reflector 110.
  • the element concentration of H in the laminated structure 100 is oscillated by the matrix effect of SIMS caused by the difference in Al concentration of each layer of the multilayer film reflector constituting the second reflector 120. However, it gradually increases from the second reflector 120 side toward the depth direction, and peaks near the depth at which the current constriction layer 121 or the active layer 130 is provided.
  • H is introduced into the laminated structure 100 with such a concentration distribution, sufficient H is introduced into the laminated structure 100 on the second reflector 120 side, so that the laminated structure 100 is more reliably increased in resistance.
  • the parasitic capacitance generated in the second electrode pad 164 and the first electrode pad 163 can be further reduced.
  • FIGS. 4 and 5 are top views of the light emitting element 1 showing an example of a region in which the high resistance region Hr is provided.
  • the high resistance region Hr1 may be provided in a region excluding the light emitting portion Em and the separation layer 152.
  • the light emitting element 1 can further reduce the parasitic capacitance generated in each of the wiring or the electrode.
  • the high resistance region Hr2 is provided in the second electrode pad 164, the first electrode pad 163, the first electrode contacts 142 and 143, and the region provided with the wiring for electrically connecting them. It may be provided.
  • the light emitting element 1 efficiently reduces the parasitic capacitance generated in each of the wiring or the electrode by introducing a smaller amount of impurity elements. can do.
  • a predetermined voltage is applied between the second electrode 160 and the first electrode 141 via the second electrode pad 164 and the first electrode pad 163.
  • a current is injected into the active layer 130 through the current injection region 121A of the current constriction layer 121, and light emission is generated by recombination of electrons and holes in the active layer 130.
  • the light emitted from the active layer 130 is reflected by the first reflector 110 and the second reflector 120 to generate laser oscillation at a predetermined wavelength, and is emitted from the light emitting unit Em as a laser beam. Will be done. That is, the light emitting element 1 according to the present embodiment functions as a surface emitting type semiconductor laser.
  • the light emitting element 1 is used, for example, as a light source for optical communication by an optical fiber. Therefore, in order to improve the communication speed or communication quality of optical communication, the light emitting element 1 is required to improve high frequency characteristics such as modulation speed.
  • the laminated structure 100 in the region where the second electrode pad 164, the first electrode pad 163, and the first electrode contacts 142 and 143 are provided outside the separation groove 153 is made highly resistant.
  • the parasitic capacitance generated in the second electrode pad 164, the first electrode pad 163, and the like can be reduced. According to this, since the light emitting element 1 can reduce the CR time constant, it is possible to improve high frequency characteristics such as modulation speed.
  • the parasitic capacitance generated in the light emitting portion Em is reduced, and the capacitance C of the light emitting element 1 is further reduced. It is also possible to do.
  • the resistance of the laminated structure 100 inside the separation groove 153 including the light emitting portion Em is increased, the path through which the current flows in the light emitting portion Em is narrowed, so that the resistance R of the light emitting element 1 is increased. It ends up. Therefore, in such a case, in the light emitting element 1, the decrease in the capacitance C is offset by the increase in the resistance R, so that the CR time constant is rather increased.
  • the laminated structure 100 in the outer region of the separation groove 153 surrounding the light emitting portion Em is increased in resistance. According to this, the light emitting element 1 according to the present embodiment can reduce the capacitance C while suppressing an increase in the resistance R of the light emitting element 1.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a flow of a manufacturing method of the light emitting element 1 according to the present embodiment.
  • 7 to 9 are vertical cross-sectional views illustrating one step of the manufacturing method of the light emitting element 1 according to the present embodiment.
  • FIG. 10 is a plan view showing the plan shape of the separation groove 153 and the current constriction region 121B.
  • the laminated structure 100 in which the first reflector 110, the first spacer layer 131, the active layer 130, the second spacer layer 132, the current constriction layer 121, and the second reflector 120 are laminated is prepared.
  • the substrate 140 is prepared, and alignment is performed to form the separation groove 153 in the laminated structure 100 (S101).
  • the substrate 140 is, for example, a GaAs substrate.
  • the laminated structure 100 can be formed by sequentially depositing group III-V compound semiconductors by the MOVCD (Metalorganic Chemical Vapor Deposition) method.
  • a raw material for the III-V compound semiconductor for example, trimethylaluminum (TMA), trimethylgallium (TMG), trimethylindium (TMIn), arsine (AsH 3 ) and the like are used.
  • TMA trimethylaluminum
  • TMG trimethylgallium
  • TMIn trimethylindium
  • AsH 3 arsine
  • hydrogen selenide (H 2 Se) or disilane (Si 2 H 6 ) is used as a raw material for n-type impurities
  • DMZ dimethylzinc
  • carbon tetrabromide is used as a raw material for p-type impurities.
  • Carbon tetrabromide (CBr 4 ) is used.
  • RIE reactive Ion Etching
  • the separation groove 153 is formed as shown in FIG. 7 (S103).
  • the separation groove 153 is formed by selectively removing the upper part of the vessel 110.
  • the planar shape of the separation groove 153 may be an annular shape, for example, as shown in FIG.
  • the current constriction layer 121 is oxidized from the side surface of the separation groove 153 to form the current constriction region 121B and the current injection region 121A (S105).
  • Al contained in the current constriction layer 121 is selectively oxidized from the side surface of the separation groove 153.
  • a current constriction region 121B containing aluminum oxide (Al 2 O 3 ) is formed around each of the inside and the outside of the separation groove 153, and the inside surrounded by the current constriction region 121B.
  • a current injection region 121A is formed in the unoxidized region.
  • an impurity element such as hydrogen (H) is laminated in a laminated structure 100 using a resist 150 patterned so as to cover the separation groove 153 and the light emitting portion Em inside the separation groove 153 as a mask. Is ion-implanted in (S107). As a result, the laminated structure 100 in the outer region of the separation groove 153 is increased in resistance, so that the high resistance region Hr is formed.
  • an annular second electrode 160 having an opening in a region facing the current injection region 121A is formed in the light emitting portion Em inside the separation groove 153 (109).
  • an opening 145 penetrating the laminated structure 100 is formed in a part of the surface of the laminated structure 100 (S111).
  • the first insulating layer 144 is formed by forming a film of SiN or the like along the surface of the laminated structure 100, the inside of the separation groove 153, and the inside of the opening 145 (S113).
  • the separation layer 152 is formed by embedding the separation groove 153 with a low dielectric constant resin such as benzocyclobutene (BCB) (S117). At this time, a low dielectric constant resin such as benzocyclobutene is also deposited in the outer region of the separation groove 153, so that the pad base portion 151 is formed.
  • a low dielectric constant resin such as benzocyclobutene
  • the second insulating layer 161 is formed by forming a film of SiN or the like along the surface shapes of the laminated structure 100, the separation layer 152, and the pad base portion 151 (S119). Subsequently, the second electrode pad 164 electrically connected to the second electrode 160 via the opening provided in the second insulating layer 161 on the pad base portion 151, and the first electrode contact 143 and electricity. A first electrode pad 163 to be specifically connected is formed (S121).
  • the third insulating layer 162 is formed by forming a film of SiN or the like so as to cover the first electrode pad 163, the second electrode pad 164, and the second insulating layer 161.
  • the third insulating layer 162 is provided with an opening in a region corresponding to each of the first electrode pad 163 and the second electrode pad 164.
  • the substrate 140 is thinned by appropriately polishing the second surface opposite to the first surface on which the laminated structure 100 of the substrate 140 is provided (S125). After that, the first electrode 141 is formed on the second surface of the substrate 140 (S127), and the first electrode 141 is alloyed (S129). By the above steps, the light emitting element 1 according to the present embodiment is manufactured.
  • the annular shape is exemplified as the planar shape of the separation groove 153, but the planar shape of the separation groove 153 in the light emitting element 1 according to the present embodiment is not limited to the above example.
  • variations in the planar shape of the separation groove 153 will be described with reference to FIGS. 11A to 11F.
  • 11A to 11F are plan views showing variations in the plan shape of the separation groove 153 and the current constriction region 121B.
  • the separation groove 153A may be formed by dividing the annular shape into two by one straight line passing through the center of the annular shape. Since the current constriction region 121B is formed so as to spread around the region provided with the separation groove 153A, the current constriction region 121B is formed so as to continuously surround the current injection region 121A even if the separation groove 153A is not continuously provided. It is possible. According to this, the separation groove 153A can electrically or optically separate the light emitting portion Em provided on the inner side from the outer region. In such a case, the high resistance region Hr is provided, for example, in the outer region of the divided annular shape.
  • the separation grooves 153B and 153C may be formed by dividing the annular shape into four or six by a plurality of straight lines passing through the center of the annular shape. .. Since the current constriction region 121B is formed so as to extend beyond the divided portion of the separation grooves 153B and 153C, the separation grooves 153B and 153C can also be formed so as to continuously surround the current injection region 121A. .. According to this, the separation grooves 153B and 153C can electrically or optically separate the light emitting portion Em provided on the inner side from the outer region. In such a case, the high resistance region Hr is provided, for example, in the outer region of the divided annular shape.
  • the separation grooves 153D, 153E, and 153F may be composed of a plurality of symmetrically provided grooves.
  • the separation grooves 153D, 153E, and 153F may be composed of a plurality of circular or elliptical grooves symmetrically arranged along the circumference. Since the current constriction region 121B is formed so as to extend isotropically from the respective grooves of the separation grooves 153D, 153E, and 153F, the respective grooves provided at predetermined intervals are connected to each other to continuously connect the current injection region 121A. It can be formed so as to surround it. In such a case, the high resistance region Hr is provided in the region outside the circle circumscribing each of the separation grooves 153D, 153E, and 153F.
  • the separation groove 153 can be formed in various planar shapes if the current constriction region 121B can be continuously provided around the current injection region 121A. Is. At this time, the high resistance region Hr is provided outside the planar circumscribed circle of the separation groove 153, so that the above-mentioned effect can be obtained.
  • the technology according to the present disclosure can also have the following configuration.
  • the light emitting element can reduce the parasitic capacitance generated in the electrode or the wiring. Therefore, since the light emitting element can reduce the CR time constant, it is possible to improve high frequency characteristics such as modulation speed.
  • the effects produced by the techniques according to the present disclosure are not necessarily limited to the effects described herein, and may be any of the effects described in the present disclosure.
  • a separation groove provided with symmetry around the light emitting portion on the light emitting surface from the laminated structure in the first direction and digging the laminated structure in the first direction.
  • a high resistance region provided in the laminated structure outside the outermost peripheral shape of the separation groove on the injection surface and having a higher electrical resistance than the light injection portion.
  • a light emitting element (2) The light emitting element according to (1) above, wherein the high resistance region is provided with an electrode for injecting an electric current into the active layer and a wiring electrically connected to the electrode.
  • a current constriction layer that surrounds the unoxidized region with an annular oxidized region in the in-plane direction perpendicular to the first direction is further provided between the injection surface and the active layer.
  • the light emitting device according to (14) above, wherein the distribution of the content of the impurity element has a peak at the depth at which the current constriction layer is provided in the first direction.
  • the first reflector and the second reflector are each provided by a multilayer film reflector.
  • the active layer contains a GaAs-based semiconductor.

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Abstract

電流の注入によって発光する活性層（１３０）と、前記活性層（１３０）を挟んで第１方向に積層された第１の反射器（１１０）、及び第２の反射器（１２０）とを含む積層構造（１００）を有する光射出部（Ｅｍ）と、前記第１方向における前記積層構造（１００）からの光の射出面にて前記光射出部（Ｅｍ）の周囲に対称性を有して設けられ、前記第１方向に前記積層構造（１００）を掘り込んだ分離溝（１５２）と、前記分離溝（１５２）の前記射出面における最外周形状よりも外側の前記積層構造（１００）に設けられ、前記光射出部（Ｅｍ）よりも電気抵抗が高い高抵抗領域（Ｈｒ）とを備える、発光素子。

Description

発光素子
　本開示は、発光素子に関する。
　近年、インターネット上で送受信されるデータ量の爆発的な増大に伴って、データセンタ内での近距離通信に光ファイバーを用いた光通信を採用することが増加している。光ファイバーを用いた光通信の光源としては、例えば、垂直共振器型面発光半導体レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ　Ｃａｖｉｔｙ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｌａｓｅｒ：ＶＣＳＥＬ）が用いられる（例えば、特許文献１）。
特開２００３－３０９３２５号公報
　そこで、光通信の速度及び品質を向上させるために、光源として用いられる発光素子の変調速度の向上が望まれている。
　したがって、高周波特性が向上した発光素子を提供することが望ましい。
　本開示の一実施形態に係る発光素子は、電流の注入によって発光する活性層と、前記活性層を挟んで第１方向に積層された第１の反射器、及び第２の反射器とを含む積層構造を有する光射出部と、前記第１方向における前記積層構造からの光の射出面にて前記光射出部の周囲に対称性を有して設けられ、前記第１方向に前記積層構造を掘り込んだ分離溝と、前記分離溝の前記射出面における最外周形状よりも外側の前記積層構造に設けられ、前記光射出部よりも電気抵抗が高い高抵抗領域とを備える。
　本開示の一実施形態に係る発光素子によれば、電流の注入によって発光する活性層と、活性層を挟んで第１方向に積層された第１の反射器、及び第２の反射器とを含む積層構造を有する光射出部の周囲に、積層構造を掘り込んだ分離溝が対称性を有して設けられ、分離溝の最外周形状よりも外側の積層構造に光射出部よりも電気抵抗が高い高抵抗領域が設けられる。これにより、例えば、発光素子は、発光素子の電極又は配線の各々にて生じる寄生容量を低減することができる。
本開示の一実施形態に係る発光素子の構成を示す上面図である。 同実施形態に係る発光素子の構成を示す縦断面図である。 高抵抗領域の積層構造の積層方向における元素濃度の分布の一例を示すグラフ図である。 高抵抗領域が設けられる領域の一例を示す発光素子の上面図である。 高抵抗領域が設けられる領域の一例を示す発光素子の上面図である。 同実施形態に係る発光素子の製造方法の流れを説明するフローチャート図である。 同実施形態に係る発光素子の製造方法の一工程を説明する縦断面図である。 同実施形態に係る発光素子の製造方法の一工程を説明する縦断面図である。 同実施形態に係る発光素子の製造方法の一工程を説明する縦断面図である。 分離溝、及び電流狭窄領域の平面形状を示す平面図である。 分離溝、及び電流狭窄領域の平面形状のバリエーションを示す平面図である。 分離溝、及び電流狭窄領域の平面形状のバリエーションを示す平面図である。 分離溝、及び電流狭窄領域の平面形状のバリエーションを示す平面図である。 分離溝、及び電流狭窄領域の平面形状のバリエーションを示す平面図である。 分離溝、及び電流狭窄領域の平面形状のバリエーションを示す平面図である。 分離溝、及び電流狭窄領域の平面形状のバリエーションを示す平面図である。
　以下、本開示における実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下で説明する実施形態は本開示の一具体例であって、本開示にかかる技術が以下の態様に限定されるわけではない。また、本開示の各構成要素の配置、寸法、及び寸法比等についても、各図に示す様態に限定されるわけではない。
　なお、説明は以下の順序で行う。
　１．発光素子の構成
　２．作用効果
　３．発光素子の製造方法
　＜１．発光素子の構成＞
　まず、図１及び図２を参照して、本開示の一実施形態に係る発光素子１の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る発光素子１の構成を示す上面図であり、図２は、本実施形態に係る発光素子１の構成を示す縦断面図である。図２では、図１のＡ－ＡＡ線で切断した断面図を模式的に示している。
　図１及び図２に示すように、本実施形態に係る発光素子１は、面発光型の半導体レーザである。
　発光素子１は、基板１４０の第１面側（すなわち、表面側）に積層構造１００を備える。積層構造１００は、基板１４０側から順に、第１の反射器１１０、第１スペーサ層１３１、活性層１３０、第２スペーサ層１３２、電流狭窄層１２１、及び第２の反射器１２０を積層することで設けられる。
　また、積層構造１００には、第１の反射器１１０の一部、第１スペーサ層１３１、活性層１３０、第２スペーサ層１３２、電流狭窄層１２１、及び第２の反射器１２０を積層方向に環状に掘り込む分離溝１５３が設けられる。分離溝１５３の内部には、第１絶縁層１４４を介して分離層１５２が設けられる。分離溝１５３、及び分離層１５２の内側の領域の積層構造１００は、レーザを射出する光射出部Ｅｍとして機能する。
　基板１４０は、例えば、ｎ型のＧａＡｓ基板である。より詳細には、基板１４０は、（１００）面のＧａＡｓ基板であってもよく、（ｎ１１）面のＧａＡｓ基板（ｎは整数）であってもよい。
　第１の反射器１１０は、低屈折率層及び高屈折率層の組を交互に複数組積層した多層膜反射鏡である。例えば、第１の反射器１１０は、厚みがλ0／ｎ1（λ0は、活性層１３０の発振波長、ｎ1は、低屈折率層の屈折率）のｎ型Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ（０＜ｘ１＜１）で構成された低屈折率層と、厚みがλ0／ｎ2（λ0は、活性層１３０の発振波長、ｎ2は、高屈折率層の屈折率）のｎ型Ａｌx2Ｇａ1-x2Ａｓ（０＜ｘ２＜ｘ１）で構成された高屈折率層とを交互に積層した多層膜反射鏡であってよい。
　第１スペーサ層１３１は、例えば、ｎ型Ａｌx3Ｇａ1-x3Ａｓ（０＜ｘ３＜１）で構成され、第２スペーサ層１３２は、例えば、ｐ型Ａｌx5Ｇａ1-x5Ａｓ（０＜ｘ５＜１）で構成される。第２スペーサ層１３２に含まれるｐ型不純物は、例えば、炭素（Ｃ）、ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、又は亜鉛（Ｚｎ）などであってもよい。活性層１３０は、例えば、アンドープのＡｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ（０＜ｘ４＜１）で構成され、電流の注入によって発光する。具体的には、活性層１３０では、電流の注入によって、後述する電流狭窄層１２１の電流注入領域１２１Ａと対向する領域が発光する。
　第２の反射器１２０は、低屈折率層及び高屈折率層の組を交互に複数組積層した多層膜反射鏡である。例えば、第２の反射器１２０は、厚みがλ0／ｎ3（λ0は、活性層１３０の発振波長、ｎ3は、低屈折率層の屈折率）のｐ型Ａｌx6Ｇａ1-x6Ａｓ（０＜ｘ６＜１）で構成された低屈折率層と、厚みがλ0／ｎ4（λ0は、活性層１３０の発振波長、ｎ4は、高屈折率層の屈折率）のｐ型Ａｌx7Ｇａ1-x7Ａｓ（０＜ｘ７＜ｘ１）で構成された高屈折率層とを交互に積層した多層膜反射鏡であってよい。第２の反射器１２０を構成する低屈折率層及び高屈折率層に含まれるｐ型不純物は、例えば、炭素（Ｃ）、ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、又は亜鉛（Ｚｎ）などであってもよい。
　電流狭窄層１２１は、第２の反射器１２０の活性層１３０側から数層程度離れた低屈折率層に替えて、第２の反射器１２０の内部に設けられる。電流狭窄層１２１は、積層方向と垂直な面内方向において、電流注入領域１２１Ａと、電流狭窄領域１２１Ｂとを備える。電流注入領域１２１Ａは、ｐ型Ａｌx8Ｇａ1-x8Ａｓ（０≦ｘ８＜１）で構成された領域である。電流狭窄領域１２１Ｂは、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）を含んで構成され、電流注入領域１２１Ａの外縁領域に設けられた領域である。この構成によれば、電流狭窄層１２１は、電流が流れる領域を電流注入領域１２１Ａに狭窄することができる。
　なお、電流狭窄領域１２１Ｂは、分離溝１５３を形成した際に、分離溝１５３の側面から電流狭窄層１２１に含まれる高濃度のアルミニウム（Ａｌ）を酸化することで形成することができる。例えば、電流狭窄領域１２１Ｂは、ＡｌＡｓ（ヒ化アルミニウム）で構成された電流狭窄層１２１を分離溝１５３の側面から酸化した酸化領域として設けられてもよい。また、電流注入領域１２１Ａは、ＡｌＡｓ（ヒ化アルミニウム）で構成された電流狭窄層１２１の未酸化領域として設けられてもよい。
　分離溝１５３は、環状形状の平面形状を有し、積層構造１００を積層方向に少なくとも活性層１３０よりも深い領域まで掘り込む溝である。分離溝１５３は、光射出部Ｅｍを他の領域から電気的又は光学的に分離するために設けられる。例えば、分離溝１５３は、第２の反射器１２０、電流狭窄層１２１、第２スペーサ層１３２、活性層１３０、及び第１スペーサ層１３１を貫通し、第１の反射器１１０の一部まで達するまで積層構造１００を掘り込むことで設けられてもよい。
　第１絶縁層１４４は、絶縁性材料によって、分離溝１５３の内側を覆うように設けられる。具体的には、第１絶縁層１４４は、窒化シリコン（ＳｉＮ）等によって分離層１５２の内側の底面及び側面を覆うように設けられてもよい。
　分離層１５２は、有機樹脂によって、第１絶縁層１４４を介して分離溝１５３の内部を埋め込むように設けられる。例えば、分離層１５２は、低誘電率樹脂の一種であるベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）によって分離溝１５３の内部を埋め込むことで設けられてもよい。
　光射出部Ｅｍの積層構造１００の第２の反射器１２０側の表面には、環状形状の第２電極１６０が設けられる。第２電極１６０は、光射出部Ｅｍの外側の積層構造１００の上に第１絶縁層１４４、パッド台部１５１、及び第２絶縁層１６１を介して設けられた第２電極パッド１６４と電気的に接続される。
　第２電極１６０は、電流注入領域１２１Ａに対向する領域を開口した環状形状にて、積層構造１００の第２の反射器１２０側の表面に設けられる。ただし、第２電極１６０は、電流注入領域１２１Ａに対向する領域を覆わない形状であれば、環状形状以外の形状であってもよい。第２電極１６０は、例えば、第２の反射器１２０側から順に、金（Ａｕ）及びゲルマニウム（Ｇｅ）の合金と、金（Ａｕ）及びニッケル（Ｎｉ）の合金とを積層することで設けられてもよい。
　基板１４０の積層構造１００が設けられた第１面と反対側の第２面（すなわち、裏面）には、第１電極１４１が設けられる。第１電極１４１は、積層構造１００を貫通する開口１４５の内部に設けられた第１電極コンタクト１４２、１４３によって、光射出部Ｅｍの外側の積層構造１００の上に第１絶縁層１４４、パッド台部１５１、及び第２絶縁層１６１を介して設けられた第１電極パッド１６３と電気的に接続される。
　第１電極１４１は、基板１４０の第２面の全面に広がって設けられる。第１電極１４１は、例えば、基板１４０側から順に、金（Ａｕ）及びゲルマニウム（Ｇｅ）の合金と、金（Ａｕ）及びニッケル（Ｎｉ）の合金とを積層することで設けられてもよい。
　第１電極コンタクト１４２、１４３は、積層構造１００を貫通して基板１４０に達するまで掘り込まれた開口１４５の内側に設けられ、第１電極１４１と第１電極パッド１６３とを電気的に接続する。具体的には、第１電極コンタクト１４２は、開口１４５の底面に設けられる。第１電極コンタクト１４３は、開口１４５の底面及び側面に第１電極コンタクト１４２及び第１絶縁層１４４を介して設けられる。第１電極コンタクト１４２、１４３は、第１電極１４１側から順に、金（Ａｕ）及びゲルマニウム（Ｇｅ）の合金と、金（Ａｕ）及びニッケル（Ｎｉ）の合金とを積層することで設けられてもよい。
　パッド台部１５１は、分離層１５２と連続した絶縁層として、光射出部Ｅｍの外側の領域に設けられる。具体的には、パッド台部１５１は、光射出部Ｅｍの外側の領域の積層構造１００の表面に、第１絶縁層１４４を介して、分離層１５２を形成する有機樹脂を積層することで設けられる。分離層１５２と同様に、パッド台部１５１がベンゾシクロブテンなどの低誘電率樹脂で設けられる場合、発光素子１は、第２電極パッド１６４及び第１電極パッド１６３と、積層構造１００との間の容量を低減することができる。
　第２絶縁層１６１は、パッド台部１５１、分離層１５２、及び積層構造１００の表面に絶縁性材料にて設けられる。具体的には、第２絶縁層１６１は、第２電極１６０と第２電極パッド１６４との電気的な接点、及び第１電極コンタクト１４３と第１電極パッド１６３との電気的な接点を除いて、発光素子１の表面形状に沿って一様の厚みで設けられてもよい。第２絶縁層１６１は、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）等の絶縁性のシリコン化合物にて設けられてもよい。
　第２電極パッド１６４は、光射出部Ｅｍに隣接するパッド台部１５１の上に第２絶縁層１６１を介して設けられる。第２電極パッド１６４は、第２電極１６０と電気的に接続しており、第２電極１６０と外部との接続端子として機能する。第２電極パッド１６４は、例えば、パッド台部１５１側から順に、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、及び金（Ａｕ）を積層することで設けることができる。
　第１電極パッド１６３は、第２電極パッド１６４が設けられたパッド台部１５１とは異なる領域のパッド台部１５１の上に第２絶縁層１６１を介して設けられる。第１電極パッド１６３は、第１電極コンタクト１４３と電気的に接続しており、第１電極１４１と外部との接続端子として機能する。第１電極パッド１６３は、例えば、パッド台部１５１側から順に、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、及び金（Ａｕ）を積層することで設けることができる。
　第３絶縁層１６２は、第２電極パッド１６４、第１電極パッド１６３、及び第２絶縁層１６１の表面に絶縁性材料にて設けられる。具体的には、第３絶縁層１６２は、第２電極パッド１６４の上の一部領域、及び第１電極パッド１６３の上の一部領域を除いた発光素子１の表面形状に沿って一様の厚みで設けられてもよい。第３絶縁層１６２は、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）等の絶縁性のシリコン化合物にて設けられてもよい。
　ここで、本実施形態に係る発光素子１では、光射出部Ｅｍ、及び分離層１５２の外側の領域が高抵抗領域Ｈｒとして設けられる。高抵抗領域Ｈｒは、積層構造１００の電気抵抗が光射出部Ｅｍの積層構造１００の電気抵抗よりも高い領域である。高抵抗領域Ｈｒは、第２の反射器１２０側から活性層１３０が設けられる深さよりも深い領域にかけて積層構造１００に不純物元素を導入することで設けられる。
　積層構造１００に導入されることで積層構造１００の電気抵抗を増大させる不純物は、例えば、水素（Ｈ）、炭素（Ｃ）、ホウ素（Ｂ）、酸素（Ｏ）、アルゴン（Ａｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、又はヒ素（Ａｓ）のいずれか１つ以上であってもよい。例えば、高抵抗領域Ｈｒは、イオン注入法を用いて、Ｃ、Ｂ、Ｏ、Ａｒ、Ａｌ、Ｇａ、又はＡｓのいずれか１つ以上を積層構造１００に５×１０13個／ｃｍ2以上の濃度で導入することで形成されてもよい。または、高抵抗領域Ｈｒは、イオン注入法を用いて、Ｈを積層構造１００に５×１０14個／ｃｍ2以上の濃度で導入することで形成されてもよい。積層構造１００に導入する不純物元素がＨである場合、イオン注入法にて不純物元素を積層構造１００に導入する際のエネルギーが小さくなるため、高抵抗領域Ｈｒを形成する工程のコストを低減することができる。
　また、高抵抗領域Ｈｒの積層構造１００は、積層方向に不純物元素の濃度分布を有する。例えば、高抵抗領域Ｈｒの積層構造１００では、活性層１３０又は電流狭窄層１２１が設けられた深さに不純物元素の濃度ピークを有していてもよい。活性層１３０又は電流狭窄層１２１が設けられた深さに不純物元素の濃度ピークが存在するように積層構造１００に不純物元素が導入された場合、積層構造１００には、所望の深さまでより確実に不純物元素が導入される。したがって、発光素子１では、より確実に積層構造１００が高抵抗化され、高抵抗領域Ｈｒが形成される。
　高抵抗領域Ｈｒの積層構造１００における不純物元素の濃度分布の一例を図３に示す。図３は、高抵抗領域Ｈｒの積層構造１００の積層方向における元素濃度の分布の一例を示すグラフ図である。
　図３に示すグラフ図は、不純物元素としてＨ（水素）を積層構造１００に導入した場合の積層方向におけるＨ（水素）、Ｇａ（ガリウム）、及びＡｌ（アルミニウム）の元素濃度の分布の一例を示す。図３に示すグラフ図は、積層構造１００の元素濃度を二次イオン資料分析法（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　Ｉｏｎ　Ｍａｓｓ　Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＳＩＭＳ）によって分析した結果の一例を示す。
　図３に示すグラフ図では、Ｇａの濃度が顕著に低下している領域が電流狭窄層１２１（より具体的には、電流狭窄領域１２１Ｂ）に相当し、Ａｌの濃度が幅広く低下している領域が活性層１３０に相当する。したがって、活性層１３０を境にしてより浅い領域が第２の反射器１２０に相当し、活性層１３０を境にしてより深い領域が第１の反射器１１０に相当する。
　図３に示すように、積層構造１００におけるＨの元素濃度は、第２の反射器１２０を構成する多層膜反射鏡の各層のＡｌ濃度差に起因するＳＩＭＳのマトリックス効果によって信号が振動しているものの、第２の反射器１２０側から深さ方向に向かって徐々に高くなり、電流狭窄層１２１又は活性層１３０が設けられた深さ付近でピークを取る。このような濃度分布で積層構造１００にＨが導入された場合、第２の反射器１２０側の積層構造１００に十分なＨが導入されるため積層構造１００がより確実に高抵抗化される。
　このような高抵抗領域Ｈｒを設けることによって、発光素子１では、第２電極パッド１６４及び第１電極パッド１６３に生じる寄生容量をより低減することができる。
　さらに、図４及び図５を参照して、高抵抗領域Ｈｒが設けられる領域の一例について説明する。図４及び図５は、高抵抗領域Ｈｒが設けられる領域の一例を示す発光素子１の上面図である。
　例えば、図４に示すように、高抵抗領域Ｈｒ１は、光射出部Ｅｍ、及び分離層１５２を除いた領域に設けられてもよい。このような領域に高抵抗領域Ｈｒ１を設けることによって、発光素子１は、配線又は電極の各々に生じる寄生容量をより低減することができる。
　また、図５に示すように、高抵抗領域Ｈｒ２は、第２電極パッド１６４、第１電極パッド１６３、第１電極コンタクト１４２、１４３、及びこれらを電気的に接続する配線が設けられた領域に設けられてもよい。このような電流の経路となる領域に限って高抵抗領域Ｈｒ２を設けることによって、発光素子１は、より少ない量の不純物元素の導入にて効率的に配線又は電極の各々に生じる寄生容量を低減することができる。
　＜２．作用効果＞
　続いて、本実施形態に係る発光素子１の作用効果について説明する。
　本実施形態に係る発光素子１では、第２電極パッド１６４、及び第１電極パッド１６３を介して、第２電極１６０と、第１電極１４１との間に所定の電圧が印加される。これにより、電流狭窄層１２１の電流注入領域１２１Ａを通って活性層１３０に電流が注入され、活性層１３０にて電子と正孔との再結合による発光が生じる。活性層１３０から発せられた光は、第１の反射器１１０及び第２の反射器１２０で反射されることで、所定の波長にてレーザ発振を生じさせ、レーザビームとして光射出部Ｅｍから射出される。すなわち、本実施形態に係る発光素子１は、面発光型の半導体レーザとして機能する。
　ここで、本実施形態に係る発光素子１は、例えば、光ファイバーによる光通信の光源として用いられる。そのため、光通信の通信速度又は通信品質を向上させるためには、発光素子１では、変調速度などの高周波特性を向上させることが求められている。
　発光素子１の変調速度を向上させるためには、例えば、発光素子１の抵抗Ｒ及び容量Ｃによって定まるＣＲ時定数を低減することで、発光素子１の電気的制限を低減することが考えられる。
　本実施形態に係る発光素子１では、少なくとも分離溝１５３の外側の第２電極パッド１６４、第１電極パッド１６３、及び第１電極コンタクト１４２、１４３が設けられる領域の積層構造１００を高抵抗化することで、第２電極パッド１６４、及び第１電極パッド１６３等に生じる寄生容量を低減することができる。これによれば、発光素子１は、ＣＲ時定数を低減することができるため、変調速度などの高周波特性を向上させることができる。
　なお、分離溝１５３の内側の光射出部Ｅｍの外縁部の積層構造１００を同様に高抵抗化することで、光射出部Ｅｍに生じる寄生容量を低減し、発光素子１の容量Ｃをさらに低減することも可能である。しかしながら、光射出部Ｅｍを含む分離溝１５３の内側の積層構造１００を高抵抗化した場合、光射出部Ｅｍにて電流が流れる経路を狭めてしまうため、発光素子１の抵抗Ｒを上昇させてしまう。そのため、このような場合、発光素子１では、容量Ｃの低減が抵抗Ｒの上昇によって相殺されてしまうため、かえってＣＲ時定数が増加してしまう。
　本実施形態に係る発光素子１では、光射出部Ｅｍを囲む分離溝１５３の外側の領域の積層構造１００が高抵抗化される。これによれば、本実施形態に係る発光素子１は、発光素子１の抵抗Ｒの上昇を抑制しつつ、容量Ｃを低減することができる。
　＜３．発光素子の製造方法＞
　次に、図６～図１０を参照して、本実施形態に係る発光素子１の製造方法について説明する。図６は、本実施形態に係る発光素子１の製造方法の流れを説明するフローチャート図である。図７～図９は、本実施形態に係る発光素子１の製造方法の一工程を説明する縦断面図である。図１０は、分離溝１５３、及び電流狭窄領域１２１Ｂの平面形状を示す平面図である。
　図６に示すように、まず、第１の反射器１１０、第１スペーサ層１３１、活性層１３０、第２スペーサ層１３２、電流狭窄層１２１、及び第２の反射器１２０を積層した積層構造１００を有する基板１４０が用意され、積層構造１００に分離溝１５３を形成するためのアライメントが行われる（Ｓ１０１）。基板１４０は、例えば、ＧａＡｓ基板である。
　なお、積層構造１００は、ＭＯＶＣＤ（Ｍｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体を順次堆積することで形成することができる。ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体の原料としては、例えば、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、又はアルシン（ＡｓＨ3）などが用いられる。ｎ型不純物の原料としては、例えば、セレン化水素（Ｈ2Ｓｅ）、又はジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）が用いられ、ｐ型不純物の原料としては、例えば、ジメチル亜鉛（ＤＭＺ）、又は四臭化炭素（ＣＢｒ4）が用いられる。
　次に、アライメントに従ってＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｉｏｎ　Ｅｔｃｈｉｎｇ）が行われることで、図７に示すように、分離溝１５３が形成される（Ｓ１０３）。具体的には、パターニングされたレジストをマスクとするＲＩＥによって、第２の反射器１２０、電流狭窄層１２１、第２スペーサ層１３２、活性層１３０、及び第１スペーサ層１３１と、第１の反射器１１０の上部とが選択的に除去されることで、分離溝１５３が形成される。分離溝１５３の平面形状は、例えば、図１０に示すように、環状形状であってもよい。
　続いて、図８に示すように、分離溝１５３の側面から電流狭窄層１２１が酸化されることで、電流狭窄領域１２１Ｂと、電流注入領域１２１Ａとが形成される（Ｓ１０５）。具体的には、水蒸気雰囲気中で高温での酸化処理が行われることで、分離溝１５３の側面から電流狭窄層１２１に含まれるＡｌが選択的に酸化される。これにより、図１０に示すように、分離溝１５３の内側及び外側のそれぞれの周囲に酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）を含む電流狭窄領域１２１Ｂが形成され、電流狭窄領域１２１Ｂで囲まれた内側の未酸化領域に電流注入領域１２１Ａが形成される。
　次に、図９に示すように、分離溝１５３、及び分離溝１５３の内側の光射出部Ｅｍを覆うようにパターニングされたレジスト１５０をマスクとして、水素（Ｈ）などの不純物元素が積層構造１００にイオン注入される（Ｓ１０７）。これにより、分離溝１５３の外側の領域の積層構造１００が高抵抗化されることで、高抵抗領域Ｈｒが形成される。
　続いて、レジスト１５０が除去された後、分離溝１５３の内部の光射出部Ｅｍに、電流注入領域１２１Ａと対向する領域を開口した環状形状の第２電極１６０が形成される（１０９）。次に、ＲＩＥを用いることで、積層構造１００の表面の一部領域に積層構造１００を貫通する開口１４５が形成される（Ｓ１１１）。その後、積層構造１００の表面、分離溝１５３の内側、及び開口１４５の内側の形状に沿ってＳｉＮなどが成膜されることで、第１絶縁層１４４が形成される（Ｓ１１３）。
　続いて、開口１４５の内側の第１絶縁層１４４に開口部が設けられ、該開口部に第１電極コンタクト１４２が形成される。さらに、開口１４５の内側に第１電極コンタクト１４３が形成される（Ｓ１１５）。次に、分離溝１５３がベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）等の低誘電率樹脂で埋め込まれることで、分離層１５２が形成される（Ｓ１１７）。このとき、ベンゾシクロブテン等の低誘電率樹脂が分離溝１５３の外側の領域にも堆積されることで、パッド台部１５１が形成される。
　次に、積層構造１００、分離層１５２、及びパッド台部１５１の表面形状に沿ってＳｉＮなどが成膜されることで、第２絶縁層１６１が形成される（Ｓ１１９）。続いて、パッド台部１５１の上に、第２絶縁層１６１に設けられた開口部を介して、第２電極１６０と電気的に接続する第２電極パッド１６４と、第１電極コンタクト１４３と電気的に接続する第１電極パッド１６３とが形成される（Ｓ１２１）。
　さらに、第１電極パッド１６３、第２電極パッド１６４、及び第２絶縁層１６１を覆うようにＳｉＮなどが成膜されることで、第３絶縁層１６２が形成される。なお、第３絶縁層１６２には、第１電極パッド１６３、及び第２電極パッド１６４の各々に対応した領域に開口が設けられる。
　さらに、基板１４０の積層構造１００が設けられた第１面と反対側の第２面が適宜研磨されることで基板１４０が薄肉化される（Ｓ１２５）。その後、基板１４０の第２面に第１電極１４１が形成され（Ｓ１２７）、第１電極１４１は、合金化される（Ｓ１２９）。以上の工程により、本実施形態に係る発光素子１が製造される。
　なお、上記では、分離溝１５３の平面形状として環状形状を例示したが、本実施形態に係る発光素子１における分離溝１５３の平面形状は、上記例示に限定されない。以下では、分離溝１５３の平面形状のバリエーションについて、図１１Ａ～図１１Ｆを参照して説明する。図１１Ａ～図１１Ｆは、分離溝１５３、及び電流狭窄領域１２１Ｂの平面形状のバリエーションを示す平面図である。
　図１１Ａに示すように、分離溝１５３Ａは、環状形状の中心を通る１つの直線で環状形状を２つに分割した形状で構成されてもよい。電流狭窄領域１２１Ｂは、分離溝１５３Ａが設けられた領域の周囲に広がって形成されるため、分離溝１５３Ａが連続して設けられていなくとも電流注入領域１２１Ａを連続的に囲むように形成されることが可能である。これによれば、分離溝１５３Ａは、内側に設けられる光射出部Ｅｍを外側の領域から電気的又は光学的に分離することが可能である。このような場合、高抵抗領域Ｈｒは、例えば、分割された環状形状の外側の領域に設けられることになる。
　また、同様に、図１１Ｂ及び図１１Ｃに示すように、分離溝１５３Ｂ、１５３Ｃは、環状形状の中心を通る複数の直線で環状形状を４つ又は６つに分割した形状で構成されてもよい。電流狭窄領域１２１Ｂは、分離溝１５３Ｂ、１５３Ｃの分断部を越えて広がって形成されるため、分離溝１５３Ｂ、１５３Ｃについても電流注入領域１２１Ａを連続的に囲むように形成されることが可能である。これによれば、分離溝１５３Ｂ、１５３Ｃは、内側に設けられる光射出部Ｅｍを外側の領域から電気的又は光学的に分離することが可能である。このような場合、高抵抗領域Ｈｒは、例えば、分割された環状形状の外側の領域に設けられることになる。
　さらに、図１１Ｄ～図１１Ｆに示すように、分離溝１５３Ｄ、１５３Ｅ、１５３Ｆは、対称的に設けられた複数の溝にて構成されてもよい。具体的には、分離溝１５３Ｄ、１５３Ｅ、１５３Ｆは、円周に沿って対称的に複数配置された円形状又は楕円形状の溝にて構成されてもよい。電流狭窄領域１２１Ｂは、分離溝１５３Ｄ、１５３Ｅ、１５３Ｆの各溝から等方的に広がって形成されるため、所定の間隔で設けられた各溝を互いに接続して、電流注入領域１２１Ａを連続的に囲むように形成されることが可能である。このような場合、高抵抗領域Ｈｒは、分離溝１５３Ｄ、１５３Ｅ、１５３Ｆの各々と外接する円の外側の領域に設けられることになる。
　すなわち、図１１Ａ～図１１Ｆに示すように、分離溝１５３は、電流狭窄領域１２１Ｂを電流注入領域１２１Ａの周囲に連続的に設けることができれば、様々なバリエーションの平面形状で形成されることが可能である。このとき、高抵抗領域Ｈｒは、分離溝１５３の平面形状の外接円の外側に設けられることで、上述した効果を奏することが可能である。
　以上、本開示にかかる技術を説明した。ただし、本開示にかかる技術は、上記実施の形態等に限定されるわけではなく、種々の変形が可能である。
　さらに、各実施形態で説明した構成および動作の全てが本開示の構成および動作として必須であるとは限らない。たとえば、各実施形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素は、任意の構成要素として理解されるべきである。
　本明細書および添付の特許請求の範囲全体で使用される用語は、「限定的でない」用語と解釈されるべきである。例えば、「含む」又は「含まれる」という用語は、「含まれるとして記載された様態に限定されない」と解釈されるべきである。「有する」という用語は、「有するとして記載された様態に限定されない」と解釈されるべきである。
　本明細書で使用した用語には、単に説明の便宜のために用いており、構成及び動作を限定する目的で使用したわけではない用語が含まれる。たとえば、「右」、「左」、「上」、「下」などの用語は、参照している図面上での方向を示しているにすぎない。また、「内側」、「外側」という用語は、それぞれ、注目要素の中心に向かう方向、注目要素の中心から離れる方向を示しているにすぎない。これらに類似する用語や同様の趣旨の用語についても同様である。
　なお、本開示にかかる技術は、以下のような構成を取ることも可能である。以下の構成を備える本開示にかかる技術によれば、発光素子は、電極又は配線に生じる寄生容量を低減することができる。よって、発光素子は、ＣＲ時定数を低減することができるため変調速度などの高周波特性を向上させることができる。本開示にかかる技術が奏する効果は、ここに記載された効果に必ずしも限定されるわけではなく、本開示中に記載されたいずれの効果であってもよい。
（１）
　電流の注入によって発光する活性層と、前記活性層を挟んで第１方向に積層された第１の反射器、及び第２の反射器とを含む積層構造を有する光射出部と、
　前記第１方向における前記積層構造からの光の射出面にて前記光射出部の周囲に対称性を有して設けられ、前記第１方向に前記積層構造を掘り込んだ分離溝と、
　前記分離溝の前記射出面における最外周形状よりも外側の前記積層構造に設けられ、前記光射出部よりも電気抵抗が高い高抵抗領域と、
を備える、発光素子。
（２）
　前記高抵抗領域には、前記活性層に電流を注入する電極、及び前記電極と電気的に接続する配線が設けられる、上記（１）に記載の発光素子。
（３）
　前記射出面と、前記活性層との間には、前記第１方向と垂直な面内方向にて未酸化領域を環状の酸化領域で囲む電流狭窄層がさらに設けられる、上記（１）又は（２）に記載の発光素子。
（４）
　前記酸化領域は、前記未酸化領域の周囲を連続して囲む、上記（３）に記載の発光素子。
（５）
　前記分離溝の前記射出面からの掘り込み深さは、前記活性層が設けられた深さよりも深い、上記（１）～（４）のいずれか一項に記載の発光素子。
（６）
　前記分離溝は、前記光射出部を囲む環形状の溝を含む、上記（１）～（５）のいずれか一項に記載の発光素子。
（７）
　前記分離溝は、前記光射出部の周囲に互いに離隔されて対称的に配列された複数の溝を含む、上記（１）～（５）のいずれか一項に記載の発光素子。
（８）
　前記高抵抗領域は、前記射出面から前記第１方向に前記活性層が設けられる深さよりも深く広がって設けられる、上記（１）～（７）のいずれか一項に記載の発光素子。
（９）
　前記高抵抗領域の前記積層構造は、不純物元素を含む、上記（１）～（８）のいずれか一項に記載の発光素子。
（１０）
　前記不純物元素は、Ｈ、Ｃ、Ｂ、Ｏ、Ａｒ、Ａｌ、Ｇａ、又はＡｓのいずれか１つ以上を含む、上記（９）に記載の発光素子。
（１１）
　前記不純物元素の含有量は、５×１０13個／ｃｍ2以上である、上記（１０）に記載の発光素子。
（１２）
　前記不純物元素は、Ｈである、上記（１０）又は（１１）に記載の発光素子。
（１３）
　前記不純物元素の含有量は、５×１０14個／ｃｍ2以上である、上記（１２）に記載の発光素子。
（１４）
　前記不純物元素の含有量は、前記第１方向に分布を有する、上記（９）～（１３）のいずれか一項に記載の発光素子。
（１５）
　前記不純物元素の含有量の分布は、前記第１方向において、前記活性層が設けられた深さにピークを有する、上記（１４）に記載の発光素子。
（１６）
　前記射出面と、前記活性層との間には、前記射出面の面内方向にて未酸化領域を環状の酸化領域で囲む電流狭窄層がさらに設けられ、
　前記不純物元素の含有量の分布は、前記第１方向において、前記電流狭窄層が設けられた深さにピークを有する、上記（１４）に記載の発光素子。
（１７）
　前記第１の反射器、及び前記第２の反射器は、それぞれ多層膜反射鏡にて設けられる、上記（１）～（１６）のいずれか一項に記載の発光素子。
（１８）
　前記活性層は、ＧａＡｓ系半導体を含む、上記（１）～（１７）のいずれか一項に記載の発光素子。
　本出願は、日本国特許庁において２０１９年１１月１５日に出願された日本特許出願番号第２０１９－２０７３７１号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願のすべ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 (18)

  1. 　電流の注入によって発光する活性層と、前記活性層を挟んで第１方向に積層された第１の反射器、及び第２の反射器とを含む積層構造を有する光射出部と、
    　前記第１方向における前記積層構造からの光の射出面にて前記光射出部の周囲に対称性を有して設けられ、前記第１方向に前記積層構造を掘り込んだ分離溝と、
    　前記分離溝の前記射出面における最外周形状よりも外側の前記積層構造に設けられ、前記光射出部よりも電気抵抗が高い高抵抗領域と
    を備える、発光素子。
  2. 　前記高抵抗領域には、前記活性層に電流を注入する電極、及び前記電極と電気的に接続する配線が設けられる、請求項１に記載の発光素子。
  3. 　前記射出面と、前記活性層との間には、前記第１方向と垂直な面内方向にて未酸化領域を環状の酸化領域で囲む電流狭窄層がさらに設けられる、請求項１に記載の発光素子。
  4. 　前記酸化領域は、前記未酸化領域の周囲を連続して囲む、請求項３に記載の発光素子。
  5. 　前記分離溝の前記射出面からの掘り込み深さは、前記活性層が設けられた深さよりも深い、請求項１に記載の発光素子。
  6. 　前記分離溝は、前記光射出部を囲む環形状の溝を含む、請求項１に記載の発光素子。
  7. 　前記分離溝は、前記光射出部の周囲に互いに離隔されて対称的に配列された複数の溝を含む、請求項１に記載の発光素子。
  8. 　前記高抵抗領域は、前記射出面から前記第１方向に前記活性層が設けられる深さよりも深く広がって設けられる、請求項１に記載の発光素子。
  9. 　前記高抵抗領域の前記積層構造は、不純物元素を含む、請求項１に記載の発光素子。
  10. 　前記不純物元素は、Ｈ、Ｃ、Ｂ、Ｏ、Ａｒ、Ａｌ、Ｇａ、又はＡｓのいずれか１つ以上を含む、請求項９に記載の発光素子。
  11. 　前記不純物元素の含有量は、５×１０13個／ｃｍ2以上である、請求項１０に記載の発光素子。
  12. 　前記不純物元素は、Ｈである、請求項１０に記載の発光素子。
  13. 　前記不純物元素の含有量は、５×１０14個／ｃｍ2以上である、請求項１２に記載の発光素子。
  14. 　前記不純物元素の含有量は、前記第１方向に分布を有する、請求項９に記載の発光素子。
  15. 　前記不純物元素の含有量の分布は、前記第１方向において、前記活性層が設けられた深さにピークを有する、請求項１４に記載の発光素子。
  16. 　前記射出面と、前記活性層との間には、前記射出面の面内方向にて未酸化領域を環状の酸化領域で囲む電流狭窄層がさらに設けられ、
    　前記不純物元素の含有量の分布は、前記第１方向において、前記電流狭窄層が設けられた深さにピークを有する、請求項１４に記載の発光素子。
  17. 　前記第１の反射器、及び前記第２の反射器は、それぞれ多層膜反射鏡にて設けられる、請求項１に記載の発光素子。
  18. 　前記活性層は、ＧａＡｓ系半導体を含む、請求項１に記載の発光素子。
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