特開 2024-60607 面発光レーザー装置及びその製造方法

(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】P2024060607

(43)【公開日】2024-05-02

(54)【発明の名称】面発光レーザー装置及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/183 20060101AFI20240424BHJP

   H01S 5/343 20060101ALI20240424BHJP

【ＦＩ】

H01S5/183

H01S5/343 610

H01S5/343

【審査請求】有

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023179644

(22)【出願日】2023-10-18

(31)【優先権主張番号】111139580

(32)【優先日】2022-10-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW

(71)【出願人】

【識別番号】523384034

【氏名又は名称】華立捷科技股▲フン▼有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＨＬＪ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＣＯ．， ＬＴＤ．

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】頼 力 弘

(72)【発明者】

【氏名】頼 利 温

【テーマコード（参考）】

5F173

【Ｆターム（参考）】

5F173AC03

5F173AC13

5F173AC14

5F173AC34

5F173AC35

5F173AC52

5F173AF92

5F173AF94

5F173AH03

5F173AH08

5F173AH22

5F173AP16

5F173AP32

5F173AP33

5F173AR93

(57)【要約】      （修正有）

【課題】内部ストレスを減少させ、かつ信頼性を向上させた面発光レーザー装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】面発光レーザー装置Ｚ１は、第１の反射層１１、活性発光層１２、第２の反射層１３及び電流制限層１４を含む。活性発光層は、第１の反射層と第２の反射層の間に位置し、レーザービームを生成するためである。電流制限層は、活性発光層の上方又は下方に位置する。電流制限層は半導体層であり、且つ、電流制限層のエネルギーバンドギャップは活性発光層のエネルギーバンドギャップよりも大きい。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の反射層、活性発光層、第２の反射層及び電流制限層を含む、面発光レーザー装置であって、
前記活性発光層は前記第１の反射層と前記第２の反射層の間に位置し、レーザービームを生成する構成され、
前記電流制限層は、前記活性発光層の上方又は下方に位置し、前記電流制限層は半導体層であり、前記電流制限層のエネルギーバンドギャップは０．８ｅＶ超えかつ１．４ｅＶ未満、または２．３ｅＶより大きいである、
ことを特徴とする、面発光レーザー装置。

【請求項2】

前記電流制限層は前記第２の反射層内に位置し、且つ前記第２の反射層を構成する材料と前記半導体層との間の格子不整合度は０．１％より小さく、前記電流制限層の厚さは少なくとも３０ｎｍであり、前記電流制限層を構成する材料は、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、リン化インジウムアルミニウム（ＡｌＩｎＰ）、リン化インジウムガリウム（ＩｎＧａＰ）、リン化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＰ）、ヒ素化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＡｓ）またはヒ素化アルミニウム（ＡｌＡｓ）である、請求項１に記載の面発光レーザー装置。

【請求項3】

前記活性発光層は、複数のトラップ層及び複数のバリア層が交替に積層され、前記トラップ層のエネルギーバンドギャップは、前記電流制限層のエネルギーバンドギャップより小さい、請求項１に記載の面発光レーザー装置。

【請求項4】

電流注入層をさらに備え、
前記電流注入層の一部は、前記電流制限層のバウンダリーホール内に充填され、前記第２の反射層は前記電流注入層の上方に位置し、前記電流制限層は、前記電流注入層内に位置し、前記電流制限層は本質半導体層であるか、または前記電流注入層とは逆の導電型を有する、請求項１に記載の面発光レーザー装置。

【請求項5】

前記電流制限層は前記第２の反射層内に位置し、前記活性発光層とは接続されておらず、前記電流制限層は本質半導体層であるか、または前記第２の反射層とは逆の導電型を有し、前記電流制限層は、前記第１の反射層内に位置し、前記活性発光層とは接続されておらず、前記電流制限層は本質半導体層であるか、または前記第１の反射層とは逆の導電型を有する、請求項１に記載の面発光レーザー装置。

【請求項6】

第１の反射層、活性発光層、第２の反射層、及び電流制限層を備える、面発光レーザー装置であって、
前記活性発光層は前記第１の反射層及び前記第２の反射層の間に位置し、レーザービームを生成するように構成され、
前記電流制限層は前記第１の反射層内または前記第２の反射層内に位置し、少なくとも一つのドープされた半導体層を含み、
前記電流制限層が前記第１の反射層内に位置する場合、前記ドープされた半導体層は前記第１の反射層と逆の導電型を有し、
前記電流制限層が前記第２の反射層内に位置する場合、前記ドープされた半導体層は前記第２の反射層と逆の導電型を有する、面発光レーザー装置。

【請求項7】

第１の反射層を形成し、
前記第１の反射層に活性発光層を形成し、
電流制限層を形成し、かつ、前記電流制限層はバウンダリーホールを定義し、前記電流制限層は本質半導体層またはドープされた半導体層を含み、
第２の反射層を形成する、
ことを特徴とする、面発光レーザー装置の製造方法。

【請求項8】

前記電流制限層を形成する際はさらに、前記活性発光層に初期半導体層を形成し、前記初期半導体層内に前記バウンダリーホールを形成し、前記活性発光層の一部を露出させ、
前記第２の反射層を形成する後に、前記第２の反射層の一部が前記バウンダリーホール内に填入される、請求項７に記載の面発光レーザー装置の製造方法。

【請求項9】

前記第２の反射層を形成する前に、前記電流制限層に電流注入層を形成し、前記電流注入層の一部が前記バウンダリーホール内に填入され、
前記面発光レーザー装置の製造方法はさらに、第１の電極層及び第２の電極層を形成し、かつ、前記第１の電極層は前記第１の反射層に電気的に接続され、前記第２の電極層は前記第２の反射層を囲むように前記電流注入層に電気的に接続され、
前記第２の電極層は、発光領域を定義するための開口部を有し、前記開口部は前記バウンダリーホールに対応する、請求項８に記載の面発光レーザー装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、面発光レーザー装置及びその製造方法に関するものであり、特に、垂直共振チャンバー面発光レーザー装置及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

既存の垂直共振チャンバー面発光レーザーにおいては、通常、イオン注入または湿式酸化のプロセスを利用して、上部ブラッグ反射器内に高抵抗値の酸化層やイオン注入領域を形成し、電流の流れる領域を制限する。しかし、イオン注入や熱酸化のプロセスで電流制限の酸化層やイオン注入領域を形成することは、コストが高く、孔径サイズが容易に制御できない。

【0003】

さらに、酸化層と上部ブラッグ反射器を形成する半導体材料との間には、格子不整合度及び熱膨張係数の違いが大きく、これにより、垂直共振チャンバー面発光レーザーがアニール後に内部ストレスで破壊し易く、製造歩留まりを低下させる原因となる。また、部品の内部ストレスは、部品寿命を短縮させるとともに、光出力特性と信頼性も低下させる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明が解決しようとする技術課題は、既存の技術における不足を補うために、面発光レーザー装置及びその製造方法を提供することであり、これにより面発光レーザー装置の内部ストレスを減少させ、かつ面発光レーザー装置の信頼性（reliability）を向上させる。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上述の技術課題を解決するために、本発明で採用される１つの技術方案として、面発光レーザー装置が提供される。面発光レーザー装置は、第１の反射層、活性発光層、第２の反射層、及び電流制限層を含む。活性発光層は、第１の反射層と第２の反射層との間に位置し、レーザービームを生成する。電流制限層は、活性発光層の上方または下方に位置する。電流制限層は半導体層であり、そのエネルギーバンドギャップは活性発光層のエネルギーバンドギャップよりも大きい。

【0006】

上述の技術課題を解決するために、本発明で採用される１つの技術方案として、面発光レーザー装置が提供される。面発光レーザー装置は、第１の反射層、活性発光層、第２の反射層、及び電流制限層を含む。活性発光層は第１の反射層と第２の反射層との間に位置し、レーザービームを生成する。電流制限層は、第１の反射層内または第２の反射層内に位置し、少なくとも１つのドープされた半導体層を含む。電流制限層が第１の反射層内に位置する場合、ドープされた半導体層と第１の反射層は逆の導電型を有する。電流制限層が第２の反射層内に位置する場合、ドープされた半導体層と第２の反射層は逆の導電型を有する。

【0007】

上述の技術課題を解決するために、本発明で採用されるさらに１つの技術方案として、面発光レーザー装置の製造方法が提供される。この製造方法は、第１の反射層を形成し、第１の反射層上に活性発光層を形成し、電流制限層を形成し、第２の反射層を形成する工程を含む。なかでも、電流制限層はバウンダリーホールを定義し、電流制限層の材料は、本質的な半導体またはドープされた半導体である。

【発明の効果】

【0008】

本発明の１つの有益な効果は、面発光レーザー装置およびその製造方法において、「電流制限層が半導体層であり、この電流制限層のエネルギーバンドギャップが活性発光層のエネルギーバンドギャップよりも大きい」という技術方案によって、面発光レーザー装置の内部応力を減少させ、よって面発光レーザー装置の信頼性が向上する。

【0009】

本発明の特徴および技術内容をさらに理解するためには、以下の本発明に関する詳細な説明および添付図を参照してください。ただし、これらの説明および添付図は本発明の保護範囲を何ら限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の第１の実施形態の面発光レーザー装置の断面模式図である。

【図2】本発明の第２の実施形態の面発光レーザー装置の断面模式図である。

【図3】本発明の第３の実施形態の面発光レーザー装置の断面模式図である。

【図4】本発明の第４の実施形態の面発光レーザー装置の断面模式図である。

【図5】本発明の第５の実施形態の面発光レーザー装置の断面模式図である。

【図6】本発明の実施形態の面発光レーザー装置の製造方法のフローチャートである。

【図7】本発明の実施形態の面発光レーザー装置がステップＳ１０での模式図である。

【図8】本発明の実施形態の面発光レーザー装置がステップＳ２０での模式図である。

【図9】本発明の実施形態の面発光レーザー装置がステップＳ３０での模式図である。

【図10】本発明の実施形態の面発光レーザー装置がステップＳ３０での模式図である。

【図11】本発明の実施形態の面発光レーザー装置がステップＳ４０での模式図である。

【図12】本発明の実施形態の面発光レーザー装置がステップＳ５０での模式図である。

【図13】本発明の別の実施形態の面発光レーザー装置がステップＳ４０での模式図である。

【図14】本発明の別の実施形態の面発光レーザー装置がステップＳ５０での模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

[第１の実施形態]
図１及び図２に参照すると、本発明の実施形態は、面発光レーザー装置Ｚ１を提供する。本発明の実施形態において、面発光レーザー装置Ｚ１は垂直チャンバー面発光レーザー装置である。面発光レーザー装置Ｚ１は、第１の反射層１１、活性発光層１２、第２の反射層１３及び電流制限層１４を含む。具体的には、この実施形態において、面発光レーザー装置Ｚ１はまたベース１０を含む。第１の反射層１１、活性発光層１２、第２の反射層１３及び電流制限層１４はすべてベース１０上に設置されており、活性発光層１２は第１の反射層１１と第２の反射層１３の間に位置している。

【0012】

ベース１０は、絶縁ベースまたは半導体ベースであることができる。絶縁ベースは例えばサファイアであり、半導体ベースは例えばシリコン、ゲルマニウム、炭化ケイ素、III-V族半導体である。III-V族半導体は例えばガリウムヒ素（GaAs）、インジウムリン酸塩（InP）、窒化アルミニウム（AlN）、窒化インジウム（InN）または窒化ガリウム（GaN）である。また、ベース１０はエピタキシャル面１０ａと、エピタキシャル面１０ａに対して逆の底面１０ｂを有する。

【0013】

第１の反射層１１、活性発光層１２及び第２の反射層１３は、基板１０のエピタキシャル面１０ａ上に依序に位置している。本実施形態において、第１の反射層１１、活性発光層１２及び第２の反射層１３は、活性発光層１２と同じ断面幅を有する。

【0014】

第１の反射層１１及び第２の反射層１３は、異なる屈折率を有する二種類の薄膜が交互に積層されて形成される分布型ブラッグ反射器（Distributed Bragg Reflector、ＤＢＲ）であることができ、所定の波長の光束を反射共振させる。本実施形態において、第１の反射層１１及び第２の反射層１３を構成する材料は、ドープされたIII-V族化合物半導体であり、第１の反射層１１と第２の反射層１３はそれぞれ異なる導電型を有する。

【0015】

活性発光層１２は第１の反射層１１上に形成され、レーザービームＬを生成するためにある。詳細には、活性発光層１２は第１の反射層１１及び第２の反射層１３の間に位置し、電力によって励起されて初期光束を生成する。活性発光層１２によって生成された初期光束は、第１の反射層１１と第２の反射層１３の間で反射共振されてゲインを増幅し、最終的には第２の反射層１３から出射してレーザービームＬを生成する。

【0016】

活性発光層１２は、複数の量子井戸を形成するための複数の膜層を含む。具体的には、トラップ層とバリア層（図は示されていない）が交互に積層され、どちらもドープされていない。トラップ層とバリア層の材料は、生成されるレーザービームＬの波長に応じて決定される。例えば、生成されるレーザービームＬが赤色の場合、トラップ層の材料はインジウムガリウムリン（InGaP）であることができる。発生させるレーザービームLが近赤外光である場合、トラップ層の材料として、インジウムガリウムヒ素リン化物（InGaAsP）またはインジウムガリウムアルミニウムヒ素化物（InGaAlAs）を用いることができる。青色または緑色のレーザービームLを生成する場合、トラップ層は窒化インジウムガリウム（InxGa（1-x）N）であってもよい。しかしながら、本発明は上記の例によって限定されるものではない。

【0017】

図１を参照してください。面発光レーザー装置Ｚ１は、電流制限層１４も含む。そして、電流制限層１４は活性発光層１２の上方または下方に位置することができる。電流制限層１４には、バウンダリーホール１４Ｈがあり、電流チャネルを定義する。電流制限層１４が電流の通過領域を定義できる限り、その位置は本発明において制限されないことは留意されたい。本実施形態において、電流制限層１４は第２の反射層１３内に位置し、活性発光層１２に接続されている。図２に示すように、具体的には、本実施形態において、第２の反射層１３の一部はバウンダリーホール１４Ｈ内に填入され、活性発光層１２に接続される。第２の反射層１３はドープされた半導体材料であり、高い導電性を有するため、バウンダリーホール１４Ｈ内に填入された部分は電流の通過を許可する。

【0018】

特定の実施形態において、電流制限層１４は本質半導体層であり、より高い電阻を持つことで電流の通過を阻止できる。また、電流制限層１４を構成する材料は、レーザービームＬが吸収されないような半導体材料を選択することができる。言い換えれば、電流制限層１４を構成する半導体材料は、レーザービームＬの透過を許容する。

【0019】

説明が必要なのは、レーザービームＬの波長がλ（単位はナノメートル）であり、電流制限層１４を構成する半導体材料のエネルギーバンドギャップがＥｇである場合、エネルギーバンドギャップＥｇとレーザービームＬの波長とは、Ｅｇ＞（１２４０／λ）の関係式が成立する。本発明の実施形態の面発光レーザー装置Ｚ１が生成するレーザービームＬは、近赤外光、青光、または緑光である。例えば、レーザービームＬが近赤外光であり、波長λが１５５０ｎｍである場合、電流制限層１４のエネルギーバンドギャップは０．８ｅＶより大きいべきである。レーザービームＬの波長λが９５０ｎｍの場合、電流制限層１４のエネルギーバンドギャップは１．３ｅＶより大きいべきである。さらに、レーザービームＬが青光または緑光であり、波長λが４４０ｎｍから５４０ｎｍの場合、電流制限層１４のエネルギーバンドギャップは２．３ｅＶより大きいべきである。

【0020】

このように、電流制限層１４がレーザービームＬを吸収することによる面発光レーザー装置Ｚ１の発光効率を低下させることを避けることができる。特定の実施形態において、電流制限層１４を構成する半導体材料のエネルギーバンドギャップは、トラップ層を構成する半導体材料のエネルギーバンドギャップよりも大きい。

【0021】

また、本実施形態において、電流制限層１４の材料の結晶格子定数と活性発光層１２の材料の結晶格子定数とが互いにマッチしており、界面欠陥を減らすことが可能である。より良い実施形態においては、電流制限層１４の材料と活性発光層１２の材料との間の格子不整合度（lattice mismatch）は０．１％以下である。さらに、本実施形態の電流制限層１４は第２の反射層１３内に位置しているため、電流制限層１４の材料と第２の反射層１３の材料との間の格子不整合度は０．１％以下である。

【0022】

つまり、電流制限層１４を構成する材料を選ぶ際には、エネルギーバンドギャップ（Eg）とその結晶格子定数も一緒に考慮する必要がある。このようにして、電流制限層１４のエネルギーバンドギャップ（Eg）は活性発光層のエネルギーバンドギャップよりも大きい。

【0023】

特定の実施形態において、電流制限層１４を構成する材料はIII-V族化合物半導体であり、それはアルミニウム原子、インジウム原子、ガリウム原子の少なくとも１つを含むものであり、AlxInyGazNまたはAlxInyGazP、AlxInyGazAsとして表される。ここで、０≦x≦１、０≦y≦１、０≦z≦１であり、x+y+z=１である。例として、窒化アルミニウムガリウム（AlGaN）、窒化インジウムガリウム（InGaN）、窒化ガリウム（GaN）、窒化アルミニウム（AlN）、リン化インジウムアルミニウム（AlInP）、リン化インジウムガリウム（InGaP）、リン化アルミニウムガリウム（AlGaP）、砒化アルミニウムガリウム（AlGaAs）または砒化アルミニウム（AlAs）、砒化アルミニウムインジウムガリウム（AlInGaAs）が該当する。

【0024】

なお、アルミニウム組成（ｘ）、インジウム組成（ｙ）およびガリウム組成（ｚ）は、電流制限層１４のエネルギーバンドギャップに影響を及ぼす。アルミニウム組成（ｘ）またはガリウム組成（ｚ）が大きい場合、電流制限層１４のエネルギーバンドギャップは大きくなる。インジウム組成（ｙ）が大きい場合、電流制限層１４のエネルギーバンドギャップは小さくなる。これに基づいて、アルミニウム組成（ｘ）、インジウム組成（ｙ）およびガリウム組成（ｚ）を制御することで、電流制限層１４のエネルギーバンドギャップを実際の要求に適合させることができる。

【0025】

例えば、トラップ層の半導体材料が窒化インジウムガリウムである場合、電流制限層１４の材料は窒化アルミニウムガリウム、窒化インジウムガリウム(InGaN)または窒化ガリウム(GaN)であることができる。トラップ層を構成する材料が砒素化ガリウムまたは砒素化インジウムガリウム(InGaAs)の場合、電流制限層１４の材料は砒素化アルミニウムガリウム(AlxGazAs)、砒素化アルミニウム(AlAs)またはリン化インジウムガリウム(InGaP)であることができる。詳細に言うと、電流制限層１４の材料が砒素化アルミニウムガリウム(Al_xGa_zAs)である場合、アルミニウム組成（ｘ）は制御可能であり、エネルギーバンドギャップを上述の要求に合わせ、またその格子定数は活性発光層１２と第２の反射層１３と相互にマッチすることができる。

【0026】

既存の酸化層と比べて、この実施形態の電流制限層１４は、活性発光層１２および第２の反射層１３との間の格子不整合度が少ないため、面発光レーザー装置Ｚ１の内部応力を減少させ、面発光レーザー装置Ｚ１の信頼性を向上させることができる。この実施形態において、電流制限層１４の全体の厚みは１０ｎｍから１０００ｎｍである。電流制限層１４、活性発光層１２および第２の反射層１３がすべて半導体材料であるため、熱膨張係数の差異が小さい。これにより、アニール処理後の熱膨張係数の違いによる面発光レーザ素子Z1の割れを防ぐことができ、加工歩留まりが向上する。

【0027】

なお、本実施形態において、電流制限層１４は第２の反射層１３内に位置し、かつ第２の反射層１３は高濃度にドープされた半導体材料である。したがって、より好適な実施形態において、電流制限層１４の総厚みは少なくとも３０ｎｍであり、面発光レーザー装置Ｚ１に熱処理を施す際に、第２の反射層１３内の不純物（impurities）が電流制限層１４内に拡散し、その極性に影響を与えることによって、電流が直接通過し、その電流制限能力を失う、という事態を避けることができる。

【0028】

図１を参照して、本発明の実施形態の面発光レーザー装置Ｚ１は、第１の電極層１５及び第２の電極層１６をさらに含む。第１の電極層１５は第１の反射層１１に電気的に接続され、第２の電極層１６は第２の反射層１３に電気的に接続される。図１の実施形態において、第１の電極層１５と第２の電極層１６はベース１０の異なる側にそれぞれ位置しているが、他の実施形態においては、第１の電極層１５と第２の電極層１６はベース１０の同じ側に位置してもよい。

【0029】

さらに詳しく述べると、本実施形態において、第１の電極層１５はベース１０の底面１０ｂに設置されている。第２の電極層１６は第２の反射層１３上に位置し、第２の反射層１３に電気的に接続される。第１の電極層１５と第２の電極層１６の間には、主動発光層１２を経由する電流の経路が定義されている。第１の電極層１５と第２の電極層１６は、単一の金属層、合金層、または異なる金属材料で構成された積層層であることができる。

【0030】

図１の実施形態において、第２の電極層１６は、発光領域Ａ１を定義する開口部１６Ｈを有し、この開口部１６Ｈは前記電流制限層１４のバウンダリーホール１４Ｈに対応し、活性発光層１２が生成するレーザービームＬが開口部１６Ｈから射出されるようにする。特定の実施形態において、第２の電極層１６は環状部分を有するが、本発明は第２の電極層１６の平面視の形状を制限しない。第２電極層１６の材料は、金、タングステン、ゲルマニウム、パラジウム、チタン、またはそれらの任意の組み合わせであってよい。

【0031】

また、本実施形態の面発光レーザー装置Ｚ１は、更に電流伝搬層１７及び保護層１８を含む。電流伝搬層１７は第２の反射層１３上に位置し、第２の電極層１６に電性接続される。特定の実施形態において、電流伝搬層１７の材料は導電材料であり、第２の反射層１３から活性発光層１２へ注入される電流を均等に分布させるように用いられる。さらに、電流伝搬層１７の材料はレーザービームＬが透過可能な材料であり、面発光レーザー装置Ｚ１の発光効率を過度に犠牲にすることから避けることが可能である。例えば、レーザービームＬの波長が９５０ｎｍから１５５０ｎｍの場合、電流伝搬層１７の材料は高濃度にドープされた半導体材料であり得る、例えば高濃度にドープされたリン化インジウムであるが、本発明はこれに限らない。

【0032】

保護層１８は、電流伝搬層１７を、並びに発光領域Ａ１を覆い、面発光レーザー装置Ｚ１内部への水分侵入が発生し、面発光レーザー装置Ｚ１の出光特性または寿命に影響を与えることを避ける。特定の実施形態において、保護層18には、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、またはそれらの組み合わせなどの耐湿性材料を選択することができ、これは本発明これらの例に制限されない。この実施形態において、第２の電極層１６は保護層１８上に配置され、保護層１８及び電流伝搬層１７を通って第２の反射層１３に接続されるが、本発明はこれに限定されない。また、別の実施形態において、電流伝搬層１７は省略されてもよい。

【0033】

なお、電流制限層１４の少なくとも一部は、第１の電極層１５及び第２の電極層１６によって定義される電流の経路に位置する。このように、第１の電極層１５及び第２の電極層１６によって面発光レーザー装置Ｚ１にバイアスをかけると、電流制限層１４の電気抵抗が高いため、電流は電流制限層１４を迂回してバウンダリーホール１４Ｈを通る。これにより、活性発光層１２に注入される電流密度が増加し、面発光レーザー装置Ｚ１の発光効率が向上する。

【0034】

[第２の実施形態]
図２を参照されたい。図２は、本発明の第２の実施形態における面発光レーザー装置Ｚ２の断面模式図である。本実施形態の面発光レーザー装置Ｚ２は、第１の実施形態の面発光レーザー装置Ｚ１と同様の部品に同様の番号が付けられており、同様の部分は省略する。本実施形態の面発光レーザー装置Ｚ２において、電流制限層１４は第２の反射層１３内に配置されるが、活性発光層１２には接続されていない。特筆すべきは、本実施形態では、電流制限層１４の位置は活性発光層１２に近く、第２の電極層１６から遠くなるように設定されている。このようにして、バウンダリーホール１４Ｈを通じて活性発光層１２に注入される電流が集中し、面発光レーザー装置Ｚ２の発光効率が向上する。

【0035】

したがって、面発光レーザー装置Ｚ１にバイアスをかける際には、電流は電流制限層１４のバウンダリーホール１４Ｈを通過するだけである。このように、電流制限層１４が電流を制限でき、その半導体のエネルギーバンドギャップが前に述べた要求に適合し、その結晶格子定数が活性発光層１２及び第２の反射層１３とマッチすることが可能であるが、本発明では、第２の反射層１３内において電流制限層１４の位置に制限をかけない。

【0036】

なお、本実施形態において、電流制限層１４は本質半導体層またはドープされた半導体層であることができる。電流制限層１４がドープされた半導体層である場合、電流制限層１４は、第２の反射層１３とは逆の導電型を有する。例えば、第２の反射層１３がＰ型である場合、電流制限層１４はＮ型であり、第２の反射層１３がＮ型である場合、電流制限層１４はＰ型である。

【0037】

電流制限層１４は、第２の反射層１３を上部と下部に区分することができる。下部は活性発光層１２と電流制限層１４の間に位置し、上部は電流制限層１４と第２の電極層１６との間に位置する。電流制限層１４と第２の反射層１３の下部との間にはＰＮ接合が形成され、電流制限層１４と第２の反射層１３の上部との間には別のＰＮ接合が形成される。

【0038】

この状況下で、電流制限層１４と第２の反射層１３の下部は、ツェナーダイオード（Zener diode）を共同で形成することができ、これは電流が通過する領域を定義するだけでなく、面発光レーザー装置Ｚ２に静電保護を提供することができる。具体的には、第１の電極層１５と第２の電極層１６を通して面発光レーザー装置Ｚ１にバイアスを印加すると、ツェナーダイオードにも逆バイアスが印加されるが、これがブレークダウンすることはない。このため、ツェナーダイオードは導通されず、電流は電流制限層１４を迂回してバウンダリーホール１４Ｈだけを通過することになり、活性発光層１２への電流密度が増加する。

【0039】

ただし、静電放電が発生する場合、静電電流が正電流であるか負電流であるかに関わらず、ツェナーダイオードは導通する。ツェナーダイオードが導通する際の抵抗は、バウンダリーホール１４Ｈ内の第２の反射層１３の抵抗よりも遥かに低いため、大部分の静電電流は電流制限層１４を通過することになり、バウンダリーホール１４Ｈを通過することはない。なお、電流制限層１４の平面視の面積の占有率は、バウンダリーホール１４Ｈの平面視の面積の占有率よりも大きい。ツェナーダイオードが導通する場合、活性発光層１２を流れる静電電流は分散され、電流密度が低下するため、活性発光層１２の損傷を防ぐことができる。従って、電流制限層１４の材料は、ドープされた半導体であり、かつ第２の反射層１３と共にツェナーダイオードを形成する場合、電流チャネルを明確に定義するだけでなく、面発光レーザー装置Ｚ１に対して静電放電保護を提供し、信頼性を高めることができる。

【0040】

また、別の実施形態において、電流制限層１４は本質半導体層またはドープされた半導体層を含むことができる。本質半導体層が、ドープされた半導体層と第２の反射層１３の下部との間に位置する場合、上述の効果も達成することができる。

【0041】

[第３の実施形態]
図３を参照されたい。図３は本発明の第３の実施形態の面発光レーザー装置の断面示意図である。本実施形態の面発光レーザー装置Ｚ３は、第１の実施形態の面発光レーザー装置Ｚ１と同じ要素に同じ番号が付けられており、同じ部分については繰り返し説明しない。

【0042】

本実施形態の面発光レーザー装置Ｚ３において、電流制限層１４は、活性発光層１２と第２の反射層１３の間に位置しているが、電流制限層１４は、第２の反射層１３内には位置していない。詳しく言うと、本実施形態の面発光レーザー装置Ｚ３はさらに電流注入層１９を含み、電流注入層１９は電流制限層１４と第２の電極層１６との間に位置している。本実施形態では、電流注入層１９の一部が電流制限層１４のバウンダリーホール１４Ｈに填入されている。

【0043】

また、本実施形態では、電流注入層１９を構成する材料は、ドープされた半導体材料であり、電流注入層１９と第１の反射層１１は逆の導電型を有している。特定の実施形態において、電流注入層１９を構成する半導体材料は電流制限層１４の半導体材料と同じであってもよいが、本発明はこれに限定されない。電流制限層１４は、本質半導体層であるかドープされた半導体層であるかのいずれでもよい。電流制限層１４がドープされた半導体層である場合、その導電型は電流注入層１９と逆である。

【0044】

別の実施形態において、電流制限層１４は活性発光層１２とは接続せず、電流注入層１９内に埋め込まれることもできる。電流制限層１４が、ドープされた半導体層を含む場合、そのドープされた半導体層と電流注入層１９は逆の導電型を有している。このように、電流制限層１４と電流注入層１９は、共同でツェナーダイオード（Zenor diode）を形成することができ、これによって面発光レーザー装置Ｚ３に静電保護を提供することができる。

【0045】

第２の電極層１６は、電流伝搬層１７を介して電流注入層１９と電気的に接続されることができる。面発光レーザー装置Ｚ３にバイアスが印加された場合、電流は電流注入層１９を経由し、電流制限層１４のバウンダリーホール１４Ｈを通過して、活性発光層１２に流入する。

【0046】

また、本実施形態において、第２の反射層１３は第２の電極層１６と共に、電流伝搬層１７上に配置される。さらに、第２の反射層１３は第２の電極層１６が定義する開口部１６Ｈ内に位置する。言い換えれば、本実施形態の第２の電極層１６は第２の反射層１３を囲む形である。注目すべきは、本実施形態において、第２の反射層１３を構成する材料は、半導体材料、絶縁材料、またはその組合せを含むことができる。半導体材料は、本質的な半導体材料であるか、またはドープされた半導体材料であるか、本発明は限定しない。例えば、半導体材料は、例えば、シリコン、インジウムガリウムアルミニウム砒素（InGaAlAs）、インジウムガリウム砒素リン化物（InGaAsP）、インジウムリン化物（InP）、インジウムアルミニウム砒素（InAlAs）、アルミニウムガリウム砒素（AlGaAs）、アルミニウムガリウム窒化物（AlGaN）等であってよく、レーザービームLの波長に応じて選択され得る。絶縁材料は、酸化物または窒化物であることができ、例えば酸化シリコン、酸化チタン、酸化アルミニウムなど、本発明は限定しない。例として、第２の反射層１３を構成することができる複数対の膜層があり、各対の膜層は、酸化チタン層と酸化シリコン層、シリコン層と酸化アルミニウム層、または酸化チタン層と酸化アルミニウム層となることができ、これは生成するレーザービームＬの波長に応じて決定される、本発明は限定しない。

【0047】

[第４の実施形態]
図４を参照されたい。図４は、本發明の第４の実施形態の面発光レーザー装置の断面模式図である。本実施形態の面発光レーザー装置Ｚ４と第１の実施形態の面発光レーザー装置Ｚ１の同一の部品は同一の番号が与えられ、同一の部分は重複して説明しない。電流制限層１４は活性発光層１２と第１の反射層１１の間に位置する。具体的には、本実施形態において、電流制限層１４は第１の反射層１１内に埋め込まれ、活性発光層１２に接続される。また、電流制限層１４は本質半導体層であり、そのエネルギーバンドギャップは０．８ｅＶ超えかつ１．４ｅＶ未満、または２．３ｅＶ超えである。

【0048】

[第５の実施形態]
図５を参照されたい。図５は、本発明の第５の実施形態の面発光レーザー装置の断面模式図である。本実施形態の面発光レーザー装置Ｚ５と第３実施形態の面発光レーザー装置Ｚ３の同一の部品は同一の番号が与えられ、同一の部分は重複して説明しない。本実施形態において、電流制限層１４は第１の反射層１１内に埋め込まれるが、活性発光層１２には接続されない。より好適な実施形態において、電流制限構造１４の位置は活性発光層１２に近く、ベース１０から遠くなる。

【0049】

なお、本実施形態の電流制限層１４は、本質半導体層、ドープされた半導体層、或いはその組合を含むことができる。電流制限層１４がドープされた半導体層である場合、電流制限層１４は、第１の反射層１１と逆の導電型を有する。例えば、第１の反射層１１がＮ型である場合、電流制限層１４はＰ型である。第１の反射層１１がＰ型である場合、電流制限層１４はＮ型である。

【0050】

電流制限層１４は、第１の反射層１１を上部と下部に区分することができる。上部は電流制限層１４と活性発光層１２との間に位置し、下部はベース１０と電流制限層１４との間に位置する。これにより、電流制限層１４と第１の反射層１１の間には２つのＰＮ接合が形成される。さらに、電流制限層１４と第１の反射層１１の上部は、ツェナーダイオード（Zener diode）を共同で形成することができ、これは電流が流れる領域を定義するだけでなく、面発光レーザー装置Ｚ５に静電保護を提供することもできる。

【0051】

第１の電極層１５と第２の電極層１６を通じて面発光レーザー装置Ｚ５にバイアスを加えるとき、ツェナーダイオードには逆偏圧がかかるが、パンチスルーは発生しない。このため、ツェナーダイオードは導通せず、電流は電流制限層１４を迂回して、バウンダリーホール１４Ｈだけを通過することになる。これにより、活性発光層１２への電流注入密度が増加する。

【0052】

しかし、静電放電が発生する場合、静電電流が正の場合でも負の場合でも、ツェナーダイオードは導通し、大部分の静電電流は電流制限層１４を通過し、バウンダリーホール１４Ｈを通過しない。前述の通り、電流制限層１４の平面視の面積の占有率はバウンダリーホール１４Ｈの平面視の面積占有率よりも大きい。ツェナーダイオードが導通すると、活性発光層１２を流れる静電電流は分散され、電流密度が低減する。これにより、活性発光層１２の破損を防ぐことができる。したがって、電流制限層１４の材料が、ドープされた半導体であり、第１の反射層１１と共にツェナーダイオードを形成する場合、電流チャネルを定義するだけでなく、面発光レーザー装置Ｚ５に対する静電放電保護を提供し、信頼性を向上させることができる。

【0053】

別の実施形態において、電流制限層１４は本質半導体層またはドープされた半導体層を含むことができ、本質半導体層はドープされた半導体層と第１の反射層１１の上部との間に位置することもあり、上述の効果を達成することができる。

【0054】

図６を参照されたい。図６は、本発明の実施形態の面発光レーザー装置の製造方法のフローチャートである。ステップＳ１０において、第１の反射層を形成する。ステップＳ２０において、第１の反射層に活性発光層を形成する。ステップＳ３０において、活性発光層に電流制限層を形成する。ここで、電流制限層は、バウンダリーホールを定義し、かつ電流制限層は、本質半導体層或いはドープされた半導体層を含む。ステップＳ４０において、第２の反射層を形成する。ステップＳ５０において、第１の電極層及び第２の電極層を形成する。

【0055】

なお、本発明の実施形態が提供する面発光レーザー装置の製造方法は、第１から第３の実施形態における面発光レーザー装置Ｚ１－Ｚ５を製造するために使用できるということである。図５から図１０を参照し、第１の実施形態の面発光レーザー装置Ｚ１を製造する例として説明する。

【0056】

図７に示すように、ベース１０に第１の反射層１１を形成する。詳しくは、第１の反射層１１はベース１０のエピタキシャル面１０ａ上に形成される。ベース１０の材料は前述した通りであり、ここでは重複しない。ベース１０は、第１の反射層１１と同じ導電型を有してもよい。

【0057】

図８に示すように、第１の反射層１１に活性発光層１２を形成する。第１の反射層１１に複数のトラップ層と複数のバリア層を交互に形成することで、活性発光層１２を形成できる。特定の実施形態において、第１の反射層１１と活性発光層１２は、ベース１０のエピタキシャル面１０ａに化学気相堆積法によって形成できる。

【0058】

図９及び図１０を参照して、活性発光層１２に電流制限層１４を形成する詳細なステップを示す。具体的には、まず初期半導体層１４Ａを前記活性発光層に形成する。初期半導体層１４Ａは、本質半導体層、ドープされた半導体層、またはその組合せを含むことができる。その後、図１０を参照して、本実施形態において、初期半導体層１４Ａにバウンダリーホール１４Ｈを形成し、一部の活性発光層１２を露出させてもよい。さらに、エッチングプロセスを通じて、初期半導体層１４Ａにバウンダリーホール１４Ｈを形成することができる。

【0059】

図１１を参照して、電流制限層１４及び活性発光層１２に第２の反射層１３が形成される。具体的には、第２の反射層１３を形成する際に、第２の反射層１３の一部がバウンダリーホール１４Ｈ内に充填され、活性発光層１２と接続される。

【0060】

図１２を参照して、ベース１０の底面１０ｂに第１の電極層１５を形成し、第２の反射層１３上に第２の電極層１６を形成することで、本発明の第１の実施形態の面発光レーザー装置Ｚ１を製造することができる。本実施形態において、第２の電極層１６を形成する前に、電流伝搬層１７及び保護層１８を先に形成してもよい。

【0061】

なお、第２の実施形態の面発光レーザー装置Ｚ２を製作する際、活性発光層１２に第２の反射層１３の一部を先に形成し、その後、電流制限層１４にバウンダリーホール１４Ｈを有するように形成するようにしてもよい。次に、電流制限層１４に第２の反射層１３の別の部分を形成する。

【0062】

図１３を参照して、このステップは図１０のステップに続く。本発明の実施形態の製造方法は、さらに、電流制限層１４に電流注入層１９を形成するステップを含む。本実施形態において、電流注入層１９を形成するステップは、第２の反射層１３を形成するステップの前に実行される。図１３に示すように、電流注入層１９は、電流制限層１４のバウンダリーホール１４Ｈ内に形成され、活性発光層１２と連接される。その後、電流注入層１９に電流伝搬層１７及び第２の反射層１３を形成する。

【0063】

図１４を参照して、基材１０の底面１０ｂに第１の電極層１５を形成し、電流伝搬層１７上に第２の電極層１６を形成することで、第２の電極層１６を電流注入層１９と電気的に連接させる。また、第２の電極層１６は、バウンダリーホール１４Ｈに対応する開口部１６Ｈを有し、第２の反射層１３を囲むように配置される。言い換えれば、第２の反射層１３は、第２の電極層１６が定義する開口部１６Ｈ内に位置する。特定の実施形態において、電流伝搬層１７を形成した後、先に第２の反射層１３を形成し、その後、第２の電極層１６を形成することができる。別の実施形態においては、第２の反射層１３と第２の電極層１６の形成ステップを入れ替えることも可能である。以上のステップを実行することで、第３の実施形態の面発光レーザー装置Ｚ３を製作することができる。

【0064】

説明すべきは、第４の実施形態の面発光レーザー装置Ｚ４を製造する際に、電流制限層１４を成形するステップ（Ｓ３０）は、活性発光層１２を成形するステップ（Ｓ２０）の前に実施することもできる。第５の実施形態の面発光レーザー装置Ｚ５を製造する際には、まず第１の反射層１１の下部を形成し、次いでバウンダリーホール１４Ｈを有する電流制限層１４を形成するようにしてもよい。その後、電流制限層１４上に、第１の反射層１１の上部を再成長（regrowth）する。

【0065】

[実施形態の有益な効果]
本発明の１つの有益な効果は、本発明が提供する面発光レーザー装置及びその製造方法において、電流制限層１４が半導体層であり、そのエネルギーバンドギャップが０．８ｅＶ以上かつ１．４ｅＶ以下、または２．３ｅＶ以上である技術方案を通じて、面発光レーザー装置Ｚ１～Ｚ５の内部応力を減少させ、面発光レーザー装置Ｚ１～Ｚ５がより良い発光効率及び高い信頼性（reliability）を有することができる。

【0066】

さらに詳述すると、第１の反射層１１、電流制限層１４、活性発光層１２及び第２の反射層１３は全て半導体材料で構成されているため、熱膨張係数の差異が小さい。これにより、面発光レーザー装置Ｚ１－Ｚ５がアニール処理後に熱膨張係数の差異によって破裂するのを防ぐことができ、製造歩留りを高める。また、適切に電流制限層１４の半導体材料を選ぶことで、電流制限層１４と活性発光層１２の間、または電流制限層１４と第２の反射層１３、あるいは電流注入層１９との間で、低い格子不整合度を持たせることができ、面発光レーザー装置Ｚ１～Ｚ５の内部応力を減少させる。それにより、面発光レーザー装置Ｚ１～Ｚ５は更に高い信頼性を持つことができる。

【0067】

本発明実施形態の面発光レーザー装置Ｚ１～Ｚ５においては、酸化層を使用する必要がないため、面発光レーザー装置Ｚ１～Ｚ５の製造過程で側方酸化のステップを省略することもできる。さらに、本発明実施形態の面発光レーザー装置Ｚ１～Ｚ５では側方溝を形成する必要もない。これにより、面発光レーザー装置Ｚ１～Ｚ５の製造流程をさらに簡素化し、製造コストを低減することができる。また、側方酸化を行う際に、面発光レーザー装置Ｚ１～Ｚ５の内部が水蒸気によって侵され、その出光特性に影響を与えることも防ぐことができる。したがって、本発明実施形態の面発光レーザー装置Ｚ１－Ｚ５は更に高い信頼性を持つことができる。

【0068】

また、電流制限層１４が第１の反射層１１または第２の反射層１３と共にツェナーダイオードを形成する場合、電流の経路を制限するだけでなく、面発光レーザー装置Ｚ１～Ｚ５に対して静電放電の保護を提供することもできる。

【0069】

以上に開示される内容は本発明の好ましい実施可能な実施例に過ぎず、これにより本発明の特許請求の範囲を制限するものではないので、本発明の明細書及び添付図面の内容に基づき為された等価の技術変形は、全て本発明の特許請求の範囲に含まれるものとする。

【符号の説明】

【0070】

Ｚ１－Ｚ５：面発光レーザー装置
Ｌ：レーザービーム
１０：ベース
１０ａ：エピタキシャル面
１０ｂ：底面
１１：第１の反射層
１２：活性発光層
１３：第２の反射層
１４：電流制限層
１４Ｈ：バウンダリーホール
１５：第１の電極層
１６：第２の電極層
１６Ｈ：開口部
Ａ１：発光領域
１７：電流伝搬層
１８：保護層
１９：電流注入層
１４Ａ：初期半導体層
Ｓ１０～Ｓ５０：ステップ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】