特開 2024-176675 垂直共振器型発光素子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024176675

(43)【公開日】2024-12-19

(54)【発明の名称】垂直共振器型発光素子

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/183 20060101AFI20241212BHJP

【ＦＩ】

H01S5/183

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023095409

(22)【出願日】2023-06-09

(71)【出願人】

【識別番号】000002303

【氏名又は名称】スタンレー電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001025

【氏名又は名称】弁理士法人レクスト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】倉本 大

【テーマコード（参考）】

5F173

【Ｆターム（参考）】

5F173AC03

5F173AC14

5F173AC53

5F173AF76

5F173AF92

5F173AF99

5F173AG11

5F173AH22

5F173AK20

5F173AL07

5F173AL13

5F173AP33

5F173AP64

5F173AR12

5F173AR24

(57)【要約】

【課題】光出力の低下を防ぎつつ発光面積が小さくなることを防ぐことが可能な垂直共振器型発光素子を提供する。
【解決手段】
基板と、基板上に形成された第１の多層膜反射鏡と、第１の多層膜反射鏡上に形成された第１の導電型を有する第１の半導体層、第１の半導体層上に形成された発光層、及び発光層上に形成されかつ第１の導電型と反対の第２の導電型を有する第２の半導体層を含む半導体構造層と、第２の半導体層上に形成され、第２の半導体層の上面の中央の１の領域を覆って１の領域において第２の半導体層に電気的に接続され、１の領域の周縁の周縁領域上に部分的に形成されかつ周縁領域において第２の半導体層の表面と絶縁されている透光性を有する金属酸化膜と、半導体構造層上に１の領域を覆うように形成され、第１の多層膜反射鏡との間で共振器を構成する第２の多層膜反射鏡と、を有する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板上に形成された第１の多層膜反射鏡と、
前記第１の多層膜反射鏡上に形成された第１の導電型を有する第１の半導体層、前記第１の半導体層上に形成された発光層、及び前記発光層上に形成されかつ前記第１の導電型と反対の第２の導電型を有する第２の半導体層を含む半導体構造層と、
前記第２の半導体層上に形成され、前記第２の半導体層の上面の中央の１の領域を覆って前記１の領域において前記第２の半導体層に電気的に接続され、前記１の領域の周縁の周縁領域上に部分的に形成されかつ前記周縁領域において前記第２の半導体層の表面と絶縁されている透光性を有する金属酸化膜と、
前記半導体構造層上に前記１の領域を覆うように形成され、前記第１の多層膜反射鏡との間で共振器を構成する第２の多層膜反射鏡と、を有することを特徴とする垂直共振器型発光素子。

【請求項2】

前記第２の半導体層において、前記上面の前記１の領域に沿った第１の部分よりも前記周縁領域に沿った第２の部分の方が、水素濃度が高いことを特徴とする請求項１に記載の垂直共振器型発光素子。

【請求項3】

前記第２の部分における水素濃度は、前記第１の部分における水素濃度の２倍以上５倍未満であることを特徴とする請求項２に記載の垂直共振器型発光素子。

【請求項4】

前記金属酸化膜は、前記第２の半導体層の上面に垂直な方向から見た平面視において、前記周縁領域の外縁にまで至らない態様で形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の垂直共振器型発光素子。

【請求項5】

前記金属酸化膜は、前記第２の半導体層の上面に垂直な方向から見た平面視において、前記１の領域を覆う中央部分と前記中央部分から放射状に延在している延在部分とからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の垂直共振器型発光素子。

【請求項6】

前記金属酸化膜は、前記第２の半導体層の上面に垂直な方向から見た平面視において、前記１の領域を覆う第１の金属酸化膜と前記周縁領域上において前記第１の金属酸化膜と離隔して形成された第２の金属酸化膜とからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の垂直共振器型発光素子。

【請求項7】

前記第１の金属酸化膜から放射状に延在し前記第１の金属酸化膜と前記第２の金属酸化膜とを接続する接続部分を有することを特徴とする請求項６に記載の垂直共振器型発光素子。

【請求項8】

前記第２の半導体層の前記周縁領域上に形成された電気絶縁性を有する絶縁層を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の垂直共振器型発光素子。

【請求項9】

前記金属酸化膜の膜厚は、１０ｎｍから１００ｎｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の垂直共振器型発光素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、垂直共振器型発光素子に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体レーザの１つとして垂直共振器型発光素子が知られている。例えば、特許文献１には、ｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層を含みかつｐ型半導体層の上面に突出部が形成された半導体構造層とｐ型半導体層の上面に形成された絶縁層と絶縁層を含んでｐ型半導体層の上面に形成された透光電極層とを含む垂直共振器型面発光レーザ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser：ＶＣＳＥＬ）が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－１９７４３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に開示されている垂直共振器型面発光レーザにおいては、例えば、長期の通電に伴って閾値電流が増加し出射光の出力が低下し得る。この対策としては、例えばｐ型半導体層内に注入した水素を用いて閾値電流増加の抑制が図られるものの、ｐ型半導体層内の水素濃度によっては電流の流れを抑制しすぎてしまい、垂直共振器型面発光レーザの発光面積が小さくなってしまう問題が生じ得る。

【0005】

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、光出力の低下を防ぎつつ発光面積が小さくなることを防ぐことが可能な垂直共振器型発光素子を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明による垂直共振器型発光素子は、基板と、基板上に形成された第１の多層膜反射鏡と、第１の多層膜反射鏡上に形成された第１の導電型を有する第１の半導体層、第１の半導体層上に形成された発光層、及び発光層上に形成されかつ第１の導電型と反対の第２の導電型を有する第２の半導体層を含む半導体構造層と、第２の半導体層上に形成され、第２の半導体層の上面の中央の１の領域を覆って１の領域において第２の半導体層に電気的に接続され、１の領域の周縁の周縁領域上に部分的に形成されかつ周縁領域において第２の半導体層の表面と絶縁されている透光性を有する金属酸化膜と、半導体構造層上に１の領域を覆うように形成され、第１の多層膜反射鏡との間で共振器を構成する第２の多層膜反射鏡と、を有することを特徴としている。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施例１に係る垂直共振器型面発光レーザの斜視図である。

【図2】実施例１に係る垂直共振器型面発光レーザの上面図である。

【図3】実施例１に係る垂直共振器型面発光レーザの断面図である。

【図4】従来例としての垂直共振器型面発光レーザの断面図である。

【図5】実施例１の変形例に係る垂直共振器型面発光レーザの上面図である。

【図6】実施例１の変形例に係る垂直共振器型面発光レーザの上面図である。

【図7】実施例１の変形例に係る垂直共振器型面発光レーザの上面図である。

【図8】実施例２に係る垂直共振器型面発光レーザの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、本発明の実施例について図面を参照して具体的に説明する。なお、図面において同一の構成要素については同一の符号を付け、重複する構成要素の説明は省略する。

【実施例0009】

図１～図３を用いて、実施例１に係る垂直共振器型面発光レーザ１００（以下、面発光レーザ１００と称する）の構成について説明する。図１は、面発光レーザ１００の斜視図である。また、図２は面発光レーザ１００の上面図であり、図３は図２に示した面発光レーザ１００の３－３線に沿った断面図である。なお、図３において、図中上下方向が面発光レーザ１００の高さ方向である。

【0010】

基板１１は、上面形状が矩形を有する平板状の透明な基板である。基板１１は、その上面において半導体結晶を成長させることが可能な成長用基板である。基板１１は、例えばアンドープの窒化ガリウム（ＧａＮ）などの、青色の波長を有する光に対して透光性を有する材料からなる。以下の説明においては、基板１１の上面の中心を通りかつ当該上面に垂直な軸を中心軸ＡＸとして説明する。

【0011】

第１の多層膜反射鏡１２は、基板１１の上に成長させられた半導体層からなる半導体多層膜反射鏡である。第１の多層膜反射鏡１２は、基板１１の上面において相対的に屈折率が高い高屈折率半導体膜と当該高屈折率半導体膜よりも屈折率が低い低屈折率半導体膜とが交互に積層された、いわゆる分布ブラッグ反射器（Distributed Bragg Reflector：ＤＢＲ）である。

【0012】

第１の多層膜反射鏡１２は、例えば、基板１１の上面においてＧａＮからなる高屈折率半導体膜と窒化インジウムアルミニウム（ＡｌＩｎＮ）からなる低屈折率半導体膜とが４２ペア積層されてなる。第１の多層膜反射鏡１２は、このような構成を有することにより、青色の波長域の光に対して反射性を有する。なお、基板１１と第１の多層膜反射鏡１２との間にはＧａＮからなるバッファ層（図示せず）が設けられている。

【0013】

半導体構造層ＥＭは、第１の多層膜反射鏡１２上に形成された複数の半導体層からなる積層構造体である。半導体構造層ＥＭは、第１の多層膜反射鏡１２上に形成されたｎ型半導体層１３と、ｎ型半導体層１３上に形成された発光層１４と、発光層１４上に形成されたｐ型半導体層１５とを有する。

【0014】

以下、半導体構造層ＥＭを構成するｎ型半導体層１３、発光層１４及びｐ型半導体層１５の各々の構造について説明する。

【0015】

第１の導電型を有する第１の半導体層としてのｎ型半導体層１３は、第１の多層膜反射鏡１２の上面に亘って形成された半導体層である。ｎ型半導体層１３は、ＧａＮからなり、ｎ型不純物としてシリコン（Ｓｉ）がドーピングされている。

【0016】

ｎ型半導体層１３は、平板状の下部１３Ａと下部１３Ａの中央から中心軸ＡＸに沿って上方に突出している円柱状の上部１３Ｂとから構成される、いわゆるメサ形状の構造を有する（図１及び図３参照）。

【0017】

発光層１４は、ｎ型半導体層１３の上部１３Ｂに亘って形成され、ＩｎＧａＮからなる井戸層及びＧａＮからなる障壁層が互いに積層された量子井戸構造を有する半導体層である。発光層１４は、その発光中心が中心軸ＡＸ上に持ちこされるように形成されている。発光層１４は、例えば４５０ｎｍをピーク波長とする青色光を放出する。

【0018】

第２の導電型を有する第２の半導体層としてのｐ型半導体層１５は、発光層１４の上面に亘って形成されている半導体層である。ｐ型半導体層１５は、ＧａＮからなり、ｐ型不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）がドーピングされている。

【0019】

ｐ型半導体層１５は、上面において、円形状を有しかつ中心軸ＡＸを通る領域である第１の領域１５Ｒ１と、第１の領域１５Ｒ１の周縁の領域でありかつ第１の領域１５Ｒ１よりも下方に窪んでいる円環状の第２の領域１５Ｒ２とを有する（図３参照）。言い換えれば、ｐ型半導体層１５は、上面の中央において上方に突出している突出部を有している。

【0020】

また、ｐ型半導体層１５は、上面において、第２の領域１５Ｒ２の周縁の領域でありかつ第２の領域１５Ｒ２よりも上方に突出している第３の領域１５Ｒ３を有している。すなわち、ｐ型半導体層１５は、上面において第２の領域１５Ｒ２を底面とする凹部を有している。

【0021】

ｐ型半導体層１５において、第２の領域１５Ｒ２は、ｐ型半導体層１５にドーピングされたｐ型不純物（Ｍｇ）が電気的に不活性化された領域である。第２の領域１５Ｒ２は、例えば、平板状のｐ型半導体層の上面に対して第１の領域１５Ｒ１及び第３の領域１５Ｒ３に対応する領域を残すようにドライエッチングを行うことで形成される。

【0022】

第２の領域１５Ｒ２においては、ドライエッチングによりダメージを受けることによってｐ型不純物の不活性化がなされている。具体的には、ｐ型不純物は、ｐ型半導体層の形成時にはｐ型半導体層１５の結晶の格子位置に配されることで電気的に活性化された状態となっている。

【0023】

これが第２の領域１５Ｒ２においては、ｐ型不純物は、ドライエッチングを経てｐ型半導体層１５の結晶の格子位置から外れた状態やドライエッチングによる欠陥の生成によりアクセプタイオンとして機能しなくなる状態、すなわち電気的に不活性な状態となっている。言い換えれば、第２の領域１５Ｒ２は、ｐ型不純物がキャリアを生成しにくい領域となっている。

【0024】

従って、ｐ型半導体層１５の上面において、第２の領域１５Ｒ２は第１の領域１５Ｒ１よりも高い電気抵抗を有する高抵抗領域として機能する。一方、ドライエッチングが行われていない領域、すなわちｐ型不純物が電気的に活性化している領域である第１の領域１５Ｒ１及び第３の領域１５Ｒ３は、第２の領域１５Ｒ２よりも低い電気抵抗を有する低抵抗領域として機能する。

【0025】

また、面発光レーザ１００においては、ｐ型半導体層１５の第１の領域１５Ｒ１に沿った部分である第１の部分１５Ｐ１よりも、第１の部分１５Ｐ１の周縁の部分でありかつ第２の領域１５Ｒ２及び第３の領域１５Ｒ３に沿った部分でもある第２の部分１５Ｐ２の方が、水素濃度が高くなっている。

【0026】

具体的には、ｐ型半導体層１５において、第２の部分１５Ｐ２における水素濃度は、第１の部分１５Ｐ１における水素濃度よりも２倍以上高くなっている。例えば、第１の部分１５Ｐ１における水素濃度は１×１０^１８／ｃｍ^３であり、第２の部分１５Ｐ２における水素濃度は２×１０^１８／ｃｍ^３である。

【0027】

絶縁層１９は、ｐ型半導体層１５の上面において第２の領域１５Ｒ２及び第３の領域１５Ｒ３を連続して覆って形成されている電気絶縁性を有する透明な被覆層である。言い換えれば、絶縁層１９は、ｐ型半導体層１５の上面のうち第１の領域１５Ｒ１のみを露出するようにｐ型半導体層１５の上面に形成されている。

【0028】

また、絶縁層１９は、ｐ型半導体層１５の上面において第３の領域１５Ｒ３から第２の領域１５Ｒ２にかけて下方に傾斜する傾斜面を有するように形成されている。絶縁層１９は、例えば二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）等のｐ型半導体層１５よりも屈折率が低い材料からなる。

【0029】

導電膜２１は、ｐ型半導体層１５を上から見た平面視において、上述した第１の領域１５Ｒ１を覆いつつ第１の領域１５Ｒ１から第２の領域１５Ｒ２の途中まで延在して形成されている透明な金属酸化膜である。言い換えれば、導電膜２１は、第１の領域１５Ｒ１を覆いつつｐ型半導体層１５の上面の外縁にまで至らない態様で形成されている。

【0030】

導電膜２１は、第１の領域１５Ｒ１においてｐ型半導体層１５と電気的に接続されており、第２の領域１５Ｒ２及び第３の領域１５Ｒ３と絶縁層１９によって電気的に絶縁されている。すなわち、導電膜２１に電流が流れた際には、電流はその大部分が第１の領域１５Ｒ１を介してｐ型半導体層１５内に流入される。

【0031】

導電膜２１は、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）や酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）などの、発光層１４から放出された青色光に対して透光性を有する金属酸化物からなる。また、導電膜２１の膜厚は、発光層１４から放出される光に対する吸収率などによるが、好ましくは１０ｎｍから１００ｎｍ、より好ましくは１０ｎｍから５０ｎｍである。

【0032】

面発光レーザ１００の作製時において、導電膜２１は、例えば、ＩＴＯからなる金属酸化膜をｐ型半導体層１５の上面に亘って形成した後に当該形成した金属酸化膜を第３の領域１５Ｒ３の外縁から第２の領域の途中までエッチングやプラズマクリーニングにより削ることにより形成される。

【0033】

ｐ電極ＰＥは、絶縁層１９上においてｐ型半導体層１５の上面の外縁に沿って導電膜２１の外縁を覆うように形成されており、導電膜２１と電気的に接続されている上面形状が環状の金属電極である。ｐ電極ＰＥは、例えばニッケル（Ｎｉ）及び金（Ａｕ）がこの順で形成されてなる。

【0034】

ｎ電極ＮＥは、ｎ型半導体層１３の下部１３Ａの上面に設けられており、ｎ型半導体層１３と電気的に接続されている上面形状が環状の金属電極である。ｎ電極ＮＥは、面発光レーザ１００を上から見た平面視において、ｎ型半導体層１３の上部１３Ｂを囲繞しつつ上部１３Ｂと離隔して形成されている。ｎ電極ＮＥは、例えば下部１３Ａの上面にチタン（Ｔｉ）及びアルミニウム（Ａｌ）がこの順で積層されてなる。

【0035】

第２の多層膜反射鏡２３は、導電膜２１の上面に成膜させられた誘電体層からなる円柱状の誘電体多層膜反射鏡である。第２の多層膜反射鏡２３は、面発光レーザ１００を上から見た平面視において、ｐ電極ＰＥと離隔しつつ第１の領域１５Ｒ１を覆って形成されている。

【0036】

第２の多層膜反射鏡２３は、導電膜２１の上面において相対的に屈折率が高い高屈折率誘電体膜と当該高屈折率誘電体膜よりも屈折率が低い低屈折率誘電体膜とが交互に積層された、いわゆる分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）である。

【0037】

第２の多層膜反射鏡２３は、例えば、導電膜２１の上面において五酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）からなる高屈折率誘電体膜とＳｉＯ_２からなる低屈折率誘電体膜とが１０．５ペア積層されてなる。第２の多層膜反射鏡２３は、このような構成を有することにより、発光層１４から放出される青色光に対して反射性を有する。

【0038】

なお、第２の多層膜反射鏡２３と導電膜２１との間には上面形状が円形の透明な誘電体層（図示せず）が形成されている。当該誘電体層は、例えば、Ｎｂ_２Ｏ_５、五酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）、酸化亜鉛（ＺｒＯ_２）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ_２）などからなる。

【0039】

面発光レーザ１００において、第２の多層膜反射鏡２３の下面は、上記した誘電体層、導電膜２１及び半導体構造層ＥＭを挟んで第１の多層膜反射鏡１２の上面と対向している。これにより、第１の多層膜反射鏡１２及び第２の多層膜反射鏡２３は、第１の多層膜反射鏡１２と第２の多層膜反射鏡２３との間において半導体構造層ＥＭに垂直な方向（基板１１に垂直な方向）を共振器長方向とする共振器ＯＣを構成する。

【0040】

面発光レーザ１００において、第１の多層膜反射鏡１２の青色光に対する反射率は、第２の多層膜反射鏡２３の青色光に対する反射率よりもわずかに低くなっている。従って、共振器ＯＣにおいて共振した青色光は、その一部が第１の多層膜反射鏡１２及び基板１１を透過して外部に取り出される。すなわち、第１の多層膜反射鏡１２と第２の多層膜反射鏡２３との間で共振した光は、図３中下方に向けて出射される。

【0041】

なお、基板１１の下面には、Ｎｂ_２Ｏ_５とＳｉＯ_２とを積層させた反射防止膜（図示せず）が形成されている。当該反射防止膜は、基板１１から出射される青色光が基板１１と外部との間の界面によって図３中上方に反射されることを抑制する、いわゆるＡＲコートである。

【0042】

ここで、面発光レーザ１００の動作と光学的な特性について説明する。上述したｎ電極ＮＥ及びｐ電極ＰＥに電圧が印加されてｎ電極ＮＥとｐ電極ＰＥとの間に電流が流れると、図３中太線一点鎖線矢印にて示すように半導体構造層ＥＭの発光層１４に電流が流れ、所定の電流値である閾値電流に達すると発光層１４から放出される青色光の強度が急激に増加する。

【0043】

閾値電流に達して発光層１４から放出された青色光は、第１の多層膜反射鏡１２と第２の多層膜反射鏡２３との間において、すなわち共振器ＯＣにおいて反射を繰り返し、共振状態に至る（すなわちレーザ発振を行う）。

【0044】

このとき、ｐ型半導体層１５においては、ｐ電極ＰＥから導電膜２１に流れる電流の大部分が低抵抗領域である第１の領域１５Ｒ１を介してｎ電極ＮＥに流れていく。従って、面発光レーザ１００においては、第１の領域１５Ｒ１を介して発光層１４に電流が供給され、第１の領域１５Ｒ１から中心軸ＡＸに沿うように青色光が放出される。

【0045】

すなわち、面発光レーザ１００においては、第１の領域１５Ｒ１及び第２の領域１５Ｒ２によって形成されたｐ型半導体層１５中央の突出部分と第２の領域１５Ｒ２上に形成された絶縁層１９とが、電流がそれ以上広がらないよう電流の供給範囲を制限する電流狭窄部として機能する。

【0046】

従って、ｐ電極ＰＥからｎ電極ＮＥに電流を流した際には、導電膜２１を流れる電流の大部分がｐ型半導体層１５の第１の部分１５Ｐ１を介してｎ型半導体層１３へと流れていき、第２の部分１５Ｐ２にはほとんど流れない。

【0047】

面発光レーザ１００において、第１の多層膜反射鏡１２と第２の多層膜反射鏡２３との間における厚み方向の平均的な屈折率である等価屈折率は、ｐ型半導体層１５の第１の領域１５Ｒ１を含む円柱状の中央領域ＣＡとその周りの筒状の周辺領域ＰＡとで異なっている。

【0048】

具体的には、周辺領域ＰＡにおける絶縁層１９の屈折率は、中央領域ＣＡにおける上記突出部分（ｐ型半導体層１５）の屈折率よりも低い故に、中央領域ＣＡにおける等価屈折率が周辺領域ＰＡにおける等価屈折率よりも大きくなっている。

【0049】

面発光レーザ１００がこのような構成を有することにより、中央領域ＣＡ内の定在波が周辺領域ＰＡに発散（放射）することによる光損失が抑制される。すなわち、中央領域ＣＡに多くの光が留まり、またその状態でレーザ光が外部に取り出される。

【0050】

従って、発光層１４から放出された多くの光が中央領域ＣＡに集中することで、高出力かつ高密度なレーザ光を生成及び出射することができる。すなわち、面発光レーザ１００から出射されるレーザ光の横モード（レーザ光束の横断面における強度分布）を安定させることができる。

【0051】

［面発光レーザにおける発光面積縮小の抑制］
以下に、図３及び図４を用いて、本実施例の面発光レーザ１００における発光面積縮小の抑制について説明する。図４は、従来例としての面発光レーザ１１０の断面図である。面発光レーザ１１０は、導電膜２１がｐ型半導体層１５の上面に亘って形成されている点において面発光レーザ１００と異なっており、それ以外の点で共通である。

【0052】

上述したように、面発光レーザ１００においては、ｐ型半導体層１５の第２の部分１５Ｐ２の水素濃度が第１の部分１５Ｐ１の水素濃度よりも高くなっている。ここで、面発光レーザ１００の作製時において、ｐ型半導体層１５の第１の部分１５Ｐ１と第２の部分１５Ｐ２との間に水素濃度差を生じさせる方法の一例について説明する。

【0053】

面発光レーザ１００の作製時において、導電膜２１は、例えばｐ型半導体層１５上に２ｎｍ／ｍｉｎの成膜レートかつ２５℃の温度下でスパッタリングにて成膜することにより、大気中の水素を含みながら緩やかに形成される。これにより、導電膜２１内の水素濃度は、例えば１×１０^２１／ｃｍ^３程度となる。

【0054】

その後、導電膜２１とｐ型半導体層１５の表面とのコンタクト抵抗を下げるために電極アニール処理（６００℃、５分）を実施することにより、導電膜２１内に含まれている水素がｐ型半導体層１５の第１の部分１５Ｐ１及び第２の部分１５Ｐ２に互いに同程度の濃度で留まるようにｐ型半導体層１５内に移動する。

【0055】

なお、導電膜２１に含まれる水素の移動は、第２の部分１５Ｐ２との間にある絶縁層１９で阻まれるように思われるが、実際には絶縁層１９を通り抜けて第２の部分１５Ｐ２へ移動する。理由は必ずしも明らかではないが、絶縁層１９が多結晶またはアモルファスであって単結晶のような密に詰まった固体構造でないことや、または、絶縁層１９に存在する微小なピンホールが関連していると推測される。

【0056】

その後、面発光レーザ１００の作製完了後にｎ電極ＮＥとｐ電極ＰＥとの間に電流を流す。このとき、第２の領域１５Ｒ２及び第３の領域１５Ｒ３には絶縁層１９が形成されているために、ｐ電極ＰＥから導電膜２１を介してｎ電極ＮＥに流れる電流は、大部分が第１の部分１５Ｐ１を介して流れていき、第２の部分１５Ｐ２にはほとんど流れない。

【0057】

従って、第１の部分１５Ｐ１に留まっていた水素は、通電と共にｎ型半導体層１３へと抜けていくのに対し、第２の部分１５Ｐ２に留まっていた水素は、通電されてもそのほとんど抜けていかないために第２の部分１５Ｐ２内に多く留まる。そのため、第２の部分１５Ｐ２における水素濃度は、第１の部分１５Ｐ１における水素濃度よりも高くなる。

【0058】

このように第２の部分１５Ｐ２における水素濃度を第１の部分１５Ｐ１における水素濃度よりも高くすることにより、濃度勾配に従ってｐ型半導体層１５中の水素が濃度の高い領域から低い領域へ、すなわち第２の部分１５Ｐ２から第１の部分１５Ｐ１の方に向かって拡散していく。

【0059】

例えば、面発光レーザ１００に長期に亘って通電がなされた場合、面発光レーザ１００の動作開始時には大部分が第１の部分１５Ｐ１のみを流れていた電流は、第１の部分１５Ｐ１を流れつつも第２の部分１５Ｐ２にも流れていく現象が起こり得る。すなわち、長期の通電によりｐ型半導体層１５内を流れる電流の電流経路が広がっていく現象が起こり得る。このような現象が起きた場合、共振器ＯＣ内における光損失が増加し、レーザ発振に必要な閾値電流の増加が生じ得る。

【0060】

このとき、第２の部分１５Ｐ２における水素濃度が第１の部分１５Ｐ１における水素濃度よりも高い場合、第２の部分１５Ｐ２から第１の部分１５Ｐ１の方に向かって拡散する水素の拡散力により、上述したｐ型半導体層１５内において電流経路が広がる現象を抑制できる。

【0061】

従って、例えば、面発光レーザ１００を電流一定駆動条件にて使用されるディスプレイやヘッドランプなどのデバイスに長期に亘って適用した際においても、閾値電流の増加により出射される光の強度が低下してしまうことを防ぐことができる。

【0062】

しかしながら、面発光レーザの作製時において導電膜２１をｐ型半導体層１５の上面に亘って形成した状態で上記した電極アニール及び通電を行った場合、第１の部分１５Ｐ１における水素濃度と第２の部分１５Ｐ２における水素濃度との間の差が大きくなりすぎてしまう現象が生じ得る。例えば、図４に示す従来例の面発光レーザ１１０の場合、第２の部分１５Ｐ２における水素濃度は第１の部分１５Ｐ１における水素濃度の５倍以上となり得る。

【0063】

このように第１の部分１５Ｐ１と第２の部分１５Ｐ２との間の水素濃度差が大きすぎる場合、第２の部分１５Ｐ２中の水素が第１の部分１５Ｐ１に過剰に拡散してしまうことにより、第１の部分１５Ｐ１を通る電流の径（図４中太線波線）は、第１の領域１５Ｒ１の径よりも狭まってしまう。

【0064】

第１の部分１５Ｐ１を流れる電流の径が狭まると発光層１４に注入される電流の径も狭まり、面発光レーザ１１０から出射される光の面積、すなわち発光面積が小さくなってしまう現象が生じ得る。

【0065】

本実施例の面発光レーザ１００においては、図３に示すように、導電膜２１がｐ型半導体層１５の上面の外縁にまで至らない態様で形成されている。すなわち、本実施例の面発光レーザ１００における第２の部分１５Ｐ２上の導電膜２１の体積は、従来例の面発光レーザ１１０における第２の部分１５Ｐ２上の導電膜２１の体積よりも小さくなっている。

【0066】

従って、本実施例の面発光レーザ１００によれば、上述のように面発光レーザ１００の作製時において導電膜２１の電極アニールを行った場合、第２の部分１５Ｐ２には第２の部分１５Ｐ２に上に形成されている導電膜２１内に含まれている水素のみが流れていく。そのため、面発光レーザ１００における第２の部分１５Ｐ２の平均の水素濃度は、面発光レーザ１１０における第２の部分１５Ｐ２の平均の水素濃度に比べて小さくなる。

【0067】

すなわち、本実施例の面発光レーザ１００によれば、導電膜２１をｐ型半導体層１５の上面の外縁にまで至らない態様で形成することにより、第２の部分１５Ｐ２内の水素濃度を減らすことで第１の部分１５Ｐ１と第２の部分１５Ｐ２との間の水素濃度が大きくなりすぎないように制御することができる。

【0068】

なお、上述のように閾値電流の増加により出射される光の強度が低下してしまうことを防ぐためには、第２の部分１５Ｐ２における水素濃度が少なくとも第１の部分１５Ｐ１における水素濃度の２倍を有していることが好ましい。

【0069】

また、第１の部分１５Ｐ１を流れる電流の径が狭まることを防ぐためには、第２の部分１５Ｐ２における水素濃度が第１の部分１５Ｐ１における水素濃度の５倍未満であることが好ましい。従って、第２の部分１５Ｐ２における水素濃度は、第１の部分１５Ｐ１における水素濃度の２倍以上５倍未満とするのが好ましい。

【0070】

従って、本実施例の面発光レーザ１００によれば、導電膜２１をｐ型半導体層１５の上面の外縁にまで至らない態様で形成することによって、光出力の低下を防ぎつつ発光面積が小さくなることを防ぐことができる。

【0071】

［変形例１］
次に、図５を用いて、実施例１における面発光レーザ１００の変形例１について説明する。図５は、変形例１に係る面発光レーザ２００の上面図である。面発光レーザ２００は、導電膜２１の形成態様が実施例１と異なっており、それ以外の点については実施例１と同様である。なお、図５においては、図面の煩雑化を避けるためにｐ電極ＰＥ及び第２の多層膜反射鏡２３を省略して示している。

【0072】

面発光レーザ２００において、導電膜２１は、図５に示すように、ｐ型半導体層１５の上面の第１の領域１５Ｒ１を覆って形成された中央部分２１Ａと中央部分２１Ａから放射状に延在し、第３の領域１５Ｒ３の外縁まで達している延在部分２１Ｂとから構成される。すなわち、本変形例の面発光レーザ２００において、導電膜２１は、互いに隣り合う延在部分２１Ｂの間から絶縁層１９が露出するように形成されている。

【0073】

導電膜２１がこのように形成されている場合においても、第２の部分１５Ｐ２上に形成されている導電膜２１の体積は、導電膜２１がｐ型半導体層１５の上面に亘って形成されているときよりも小さくなっている。従って、面発光レーザ２００の作製時において、第１の部分１５Ｐ１と第２の部分１５Ｐ２との間の水素濃度が大きくなりすぎないように制御することができる。

【0074】

よって、本変形例の面発光レーザ２００によれば、導電膜２１をｐ型半導体層１５の第２の部分１５Ｐ２上に部分的に形成することによって、光出力の低下を防ぎつつ発光面積が小さくなることを防ぐことができる。

【0075】

なお、本変形例において、導電膜２１は、上述した絶縁層１９の傾斜面に沿った傾斜面を持つように形成される。導電膜２１がこのように形成されていることにより、導電膜２１を単に平板状に形成した場合と比べて長期使用時におけるクラック等に対する耐久性の向上が期待できる。

【0076】

［変形例２］
次に、図６を用いて、実施例１における面発光レーザ１００の変形例２について説明する。図６は、変形例２に係る面発光レーザ３００の上面図である。面発光レーザ３００は、導電膜２１の形成態様が実施例１と異なっており、それ以外の点については実施例１と同様である。なお、図６においても、図面の煩雑化を避けるためにｐ電極ＰＥ及び第２の多層膜反射鏡２３を省略して示している。

【0077】

面発光レーザ３００において、導電膜２１は、図６に示すように、ｐ型半導体層１５の上面の第１の領域１５Ｒ１を覆って形成された第１の金属酸化膜としての第１の導電膜２５及び第２の領域１５Ｒ２上において第１の導電膜２５と離隔して形成された第２の金属酸化膜としての第２の導電膜２６とから構成される。

【0078】

導電膜２１がこのように形成されている場合においても、第２の部分１５Ｐ２上に形成されている導電膜２１の体積は、導電膜２１がｐ型半導体層１５の上面に亘って形成されているときよりも小さくなっている。従って、面発光レーザ３００の作製時において、第１の部分１５Ｐ１と第２の部分１５Ｐ２との間の水素濃度が大きくなりすぎないように制御することができる。

【0079】

従って、本変形例の面発光レーザ３００によれば、導電膜２１をｐ型半導体層１５の第２の部分１５Ｐ２上に部分的に形成することによって、光出力の低下を防ぎつつ発光面積が小さくなることを防ぐことができる。

【0080】

［変形例３］
次に、図７を用いて、実施例１における面発光レーザ１００の変形例３について説明する。図７は、変形例３に係る面発光レーザ４００の上面図である。面発光レーザ４００は、導電膜２１の形成態様が実施例１と異なっており、それ以外の点については実施例１と同様である。なお、図７においても、図面の煩雑化を避けるためにｐ電極ＰＥ及び第２の多層膜反射鏡２３を省略して示している。

【0081】

面発光レーザ４００において、導電膜２１は、図７に示すように、ｐ型半導体層１５の上面の第１の領域１５Ｒ１を覆って形成された中央部分２１Ｃと中央部分２１Ｃを囲み第３の領域１５Ｒ３の外縁に沿って形成された環状の外周部分２１Ｄと中央部分２１Ｃから放射状に延在し、中央部分２１Ｃと外周部分２１Ｄとを接続する接続部分２１Ｅとから構成される。

【0082】

導電膜２１がこのように形成されている場合においても、第２の部分１５Ｐ２上に形成されている導電膜２１の体積は、導電膜２１がｐ型半導体層１５の上面に亘って形成されているときよりも小さくなっている。従って、面発光レーザ４００の作製時において、第１の部分１５Ｐ１と第２の部分１５Ｐ２との間の水素濃度が大きくなりすぎないように制御することができる。

【0083】

従って、本変形例の面発光レーザ４００によれば、導電膜２１をｐ型半導体層１５の第２の部分１５Ｐ２上に部分的に形成することによって、光出力の低下を防ぎつつ発光面積が小さくなることを防ぐことができる。

【実施例0084】

次に、図８を用いて、実施例２に係る面発光レーザ５００について説明する。図８は、面発光レーザ５００の断面図である。面発光レーザ５００は、ｐ型半導体層１５の形状及び絶縁層１９及び導電膜２１の形成態様が実施例１と異なっており、それ以外の点については実施例１と同様である。

【0085】

面発光レーザ５００において、ｐ型半導体層１５は、上面において第１の領域１５Ｒ１及び第１の領域１５Ｒ１の周縁において第１の領域１５Ｒ１よりも下方に窪んだ第２の領域１５Ｒ２のみを有している。

【0086】

すなわち、面発光レーザ５００を上から見た平面視において、第２の領域１５Ｒ２は、第１の領域１５Ｒ１の外縁からｐ型半導体層１５の外縁まで形成されている。従って、ｐ型半導体層１５は、第１の領域１５Ｒ１に沿った第１の部分１５Ｐ１と第２の領域１５Ｒ２に沿った第２の部分１５Ｐ２とから構成される。

【0087】

面発光レーザ５００において、絶縁層１９は、ｐ型半導体層１５の外縁から第２の領域１５Ｒ２の途中まで形成されている。また、絶縁層１９は、第２の領域１５Ｒ２上において導電膜２１と離隔して形成されている。言い換えれば、面発光レーザ５００において、第２の領域１５Ｒ２の一部は、絶縁層１９と導電膜２１との間から露出している。

【0088】

面発光レーザ５００において、ｐ電極ＰＥは、導電膜２１及び上記した絶縁層１９と導電膜２１との間から露出している第２の領域１５Ｒ２の一部と接するように形成されている。上述したように第２の領域１５Ｒ２は高抵抗領域として機能するために、ｐ電極ＰＥからｎ電極ＮＥに電流が流れる際には、電流は導電膜２１のみを流れて第１の領域１５Ｒ１を介してｐ型半導体層１５内に流れていく。

【0089】

ｐ型半導体層１５及び導電膜２１がこのように形成されている場合においても、第２の部分１５Ｐ２上に形成されている導電膜２１の体積は、導電膜２１がｐ型半導体層１５の上面に亘って形成されているときよりも小さくなっている。従って、面発光レーザ５００の作製時において、第１の部分１５Ｐ１と第２の部分１５Ｐ２との間の水素濃度が大きくなりすぎないように制御することができる。

【0090】

従って、本実施例の面発光レーザ５００によれば、導電膜２１をｐ型半導体層１５の第２の部分１５Ｐ２上に部分的に形成することによって、光出力の低下を防ぎつつ発光面積が小さくなることを防ぐことができる。