特開 2025-8987 垂直共振器型発光素子及び発光装置

(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】P2025008987

(43)【公開日】2025-01-20

(54)【発明の名称】垂直共振器型発光素子及び発光装置

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/183 20060101AFI20250109BHJP

【ＦＩ】

H01S5/183

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023111662

(22)【出願日】2023-07-06

(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】田澤 耕明

【テーマコード（参考）】

5F173

【Ｆターム（参考）】

5F173AC03

5F173AC14

5F173AC35

5F173AC53

5F173AH22

5F173AL07

5F173AL14

5F173AR13

(57)【要約】

【課題】長期的な通電がなされた場合においても安定した光出力を維持する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、上面の中央から上方に突出している突出部を有しかつ上面の突出部よりも外側の領域に沿った部分が絶縁性を有する第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の半導体層の突出部の側面に亘って形成された絶縁性を有する第１の絶縁層と、第２の半導体層の上面を突出部の上面からその周縁部に亘って覆うように形成され、第２の半導体層に電気的に接続されている透光性を有する導電膜と、半導体構造層上において突出部を覆って形成され、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、上面の中央から上方に突出している突出部を有しかつ前記上面の前記突出部よりも外側の領域に沿った部分が絶縁性を有する前記第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の半導体層の前記突出部の側面に亘って形成された絶縁性を有する第１の絶縁層と、
前記第２の半導体層の上面を前記突出部の上面からその周縁部に亘って覆うように形成され、前記第２の半導体層に電気的に接続されている透光性を有する導電膜と、
前記半導体構造層上において前記突出部を覆って形成され、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１の絶縁層は、非酸化物からなる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１の絶縁層は、前記導電膜と近しい屈折率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4】

前記導電膜はＩＴＯからなり、
前記第１の絶縁層はＳｉＮからなることを特徴とする請求項３に記載の垂直共振器型発光素子。

【請求項5】

前記突出部の側面は、前記第２の半導体層の上面にエッチングがなされて形成された面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。

【請求項6】

前記第２の半導体層の上面の前記外側の領域において前記第１の絶縁層と離隔して形成された電気絶縁性を有する第２の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7】

前記第２の絶縁層はＳｉＯ_２からな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１の半導体層上に形成された第１の電極及び前記導電膜上に形成された第２の電極を有する請求項１に記載の垂直共振器型発光素子と、
前記第１の電極及び前記第２の電極に電気的に接続された実装基板と、
前記実装基板上に形成されかつ前記実装基板上において前記垂直共振器型発光素子を囲う枠体と、
前記垂直共振器型発光素子を覆うように前記枠体によって保持された透光板と、
を有することを特徴とする発光装置。

【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及び発光装置に関する。

【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

【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、例えば透光電極層をｐ型半導体層の突出部の側面に直接接するように形成した場合、当該側面が完全な非導通部とならないために、透光電極層を介して突出部の側面に長期的な通電がなされることによって垂直共振器型面発光レーザから出射される光の出力の低下が生じ得る。

【0005】

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、長期的な通電がなされた場合においても安定した光出力を維持する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する。

【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、上面の中央から上方に突出している突出部を有しかつ上面の突出部よりも外側の領域に沿った部分が絶縁性を有する第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の半導体層の突出部の側面に亘って形成された絶縁性を有する第１の絶縁層と、第２の半導体層の上面を突出部の上面からその周縁部に亘って覆うように形成され、第２の半導体層に電気的に接続されている透光性を有する導電膜と、半導体構造層上において突出部を覆って形成され、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】実施例１に係る垂直共振器型面発光レーザの断面の一部を拡大した拡大図である。

【図5】従来例に係る垂直共振器型面発光レーザの断面の一部を拡大した拡大図である。

【図6A】ｐ型半導体層及び発光層におけるＳＩＭＳ分析結果を示すグラフである。

【図6B】ｐ型半導体層及び発光層におけるＳＩＭＳ分析結果を示すグラフである。

【図6C】ＳｉＯ_２層におけるＳＩＭＳ分析結果を示すグラフである。

【図7】実施例１に係る垂直共振器型面発光レーザの製造方法の一部を示す図である。

【図8】実施例１に係る垂直共振器型面発光レーザの製造方法の一部を示す図である。

【図9】実施例１に係る垂直共振器型面発光レーザの製造方法の一部を示す図である。

【図10】実施例１に係る垂直共振器型面発光レーザの製造方法の一部を示す図である。

【図11】実施例２に係る発光装置の上面図である。

【図12】実施例２に係る発光装置の断面図である。

【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４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。図２は面発光レーザ１００の上面図である。また、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り、図４は図３におけるＡ部の拡大図である。なお、図３においては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ＣＡ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ＣＡ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ＣＡ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、ｐ型不純物がドープされたｐ型ＧａＮ層とｐ型不純物がドープされたｐ型ＡｌＧａＮ層とを含む。ｐ型ＡｌＧａＮ層は、発光層１４とｐ型ＧａＮ層との間に形成されており、電子ブロック層として機能する。なお、発光層１４とｐ型ＡｌＧａＮ層との間には、ｐ型ＡｌＧａＮ層から発光層１４へのｐ型不純物の拡散を防止するアンドープＧａＮ層を形成してもよい。

【0019】

ｐ型半導体層１５は、上面において、上面形状が円形状を有しかつ中心軸ＣＡを通って上方に突出している突出部１５Ｐ１を有している（図３参照）。言い換えれば、ｐ型半導体層１５は、中心軸ＣＡを通る領域である第１の領域１５Ｒ１及び第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を有している。

【0020】

また、ｐ型半導体層１５は、上面において、上面形状が環状を有しかつｐ型半導体層１５の外縁に沿って第２の領域１５Ｒ２よりも上方に突出している外周部１５Ｐ２を有している。言い換えれば、ｐ型半導体層１５は、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、上面において突出部１５Ｐ１を囲いかつ第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、突出部１５Ｐ１の側面１５Ｓ１（以下、単に側面１５Ｓ１とも称する）及び外周部１５Ｐ２の側面１５Ｓ２（以下、単に側面１５Ｓ２とも称する）の各々は、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（図３及び図４参照）。

【0022】

第２の領域１５Ｒ２、側面１５Ｓ１及び側面１５Ｓ２の各々は、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。

【0023】

突出部１５Ｐ１を形成する前のｐ型半導体層１５、すなわちドライエッチングを行う前のｐ型半導体層１５において、ｐ型半導体層１５の上面におけるｐ型不純物は、電気的に活性化された状態となっている。一方で、ドライエッチング後のｐ型半導体層１５において、第２の領域１５Ｒ２、側面１５Ｓ１及び側面１５Ｓ２の各々におけるｐ型不純物は、エッチングダメージにより電気的に不活性な状態となっている。

【0024】

従って、第２の領域１５Ｒ２、側面１５Ｓ１及び側面１５Ｓ２の各々は、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。特に、第２の領域１５Ｒ２は、側面１５Ｓ１及び側面１５Ｓ２よりも電気がほとんど通らない非導通領域として機能する。

【0025】

また、ｐ型半導体層１５の上面のうちドライエッチングが行われていない領域である第１の領域１５Ｒ１及び第３の領域１５Ｒ３は、第２の領域１５Ｒ２、側面１５Ｓ１及び側面１５Ｓ２の各々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。

【0026】

第１の絶縁層１８は、突出部１５Ｐ１の側面１５Ｓ１に亘って形成されかつ第１の領域１５Ｒ１の縁端を覆うように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。第１の絶縁層１８は、例えば窒化ケイ素（ＳｉＮ）などの、非酸化物でありかつ後述する導電膜２１と屈折率が近しい材料からなる。

【0027】

第２の絶縁層１９は、第３の領域１５Ｒ３及び外周部１５Ｐ２の側面１５Ｓ２を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。第２の絶縁層１９は、第３の領域１５Ｒ３から第２の領域１５Ｒ２にかけて傾斜面を設けるように形成されている。また、第２の絶縁層１９は、ｐ型半導体層１５の上面において第１の絶縁層１８と離隔して形成されている。第２の絶縁層１９は、例えば二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）からなる。

【0028】

なお、第２の絶縁層１９は、外周部１５Ｐ２の外縁からｐ型半導体層１５、発光層１４及びｎ型半導体層１３の上部１３Ｂの各々の側面にまで亘って形成されてもよく、ｎ型半導体層１３の下部１３Ａの上面にまで達するように形成されてもよい。

【0029】

導電膜２１は、ｐ型半導体層１５の上面を第１の領域１５Ｒ１から第３の領域１５Ｒ３に亘って覆うように形成され、ｐ型半導体層１５に電気的に接続されている透光性を有する導電膜である。導電膜２１は、ｐ型半導体層１５上において第１の絶縁層１８及び第２の絶縁層１９を覆って形成されている。

【0030】

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、上述した半導体構造層ＥＭの発光層１４から放出される青色光に対して透光性を有する金属酸化物からなる。

【0031】

なお、導電膜２１は、上述した第２の絶縁層１９の傾斜面に沿った傾斜面を持つように形成されている。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。

【0032】

上述のように、導電膜２１は、側面１５Ｓ１に形成された第１の絶縁層１８及び第３の領域１５Ｒ３及び側面１５Ｓ２に形成された第２の絶縁層１９を覆って形成されている。従って、導電膜２１は、側面１５Ｓ１、第３の領域１５Ｒ３及び側面１５Ｓ２の各々と電気的に絶縁されている。また、第２の領域１５Ｒ２はエッチングダメージにより高抵抗化され、導電膜２１を通る電流が流れにくくなっている。よって、ｐ型半導体層１５の上面においては、突出部１５Ｐ１の上面である第１の領域１５Ｒ１のみが導電膜２１と電気的に接続されている。

【0033】

第１の電極としての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。

【0034】

第２の電極としてのｐ電極ＰＥは、面発光レーザ１００を上から見た平面視において、第１の領域１５Ｒ１を囲繞するように導電膜２１の上面の外縁に沿って形成されており、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、例えば金（Ａｕ）からなる。

【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（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、例えば位相調整層として上面形状が円形の透明な誘電体層（図示せず）を形成してもよい。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、導電膜２１、第１の絶縁層１８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ＣＡに沿うように青色光が放出される。すなわち、面発光レーザ１００においては、ｐ型半導体層１５の突出部１５Ｐ１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。

【0045】

上述したように、発光層１４から放出されて共振器ＯＣ内において共振した青色光は、第１の多層膜反射鏡１２の光反射率が第２の多層膜反射鏡２３の光反射率よりも低いために、その光の一部が第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。言い換えれば、基板１１の下面が、面発光レーザ１００の光出射面となっている。

【0046】

面発光レーザ１００の共振器ＯＣ内において、ｐ型半導体層１５の下面から上面までの厚みは、ｐ型半導体層１５の下面から第２の領域１５Ｒ２までの厚みよりも突出部１５Ｐ１分だけ厚くなっている。従って、面発光レーザ１００の共振器ＯＣ内における等価屈折率は、ｐ型半導体層１５の突出部１５Ｐ１を含む円柱状の中央領域とその周りの筒状の周辺領域とで異なっており、当該中央領域における等価屈折率が周辺領域における等価屈折率よりも大きくなっている。

【0047】

面発光レーザ１００においては、共振器ＯＣがこのように構成されていることにより、中央領域内の定在波が周辺領域に発散（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。

【0048】

従って、発光層１４から放出された多くの光が共振器ＯＣの中心軸ＣＡ周辺の中央領域に集中することで、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。

【0049】

また、導電膜２１は、ｐ型半導体層の突出部１５Ｐ１上に、上面が平坦である導電膜突出部２１Ｐを有する。導電膜突出部２１Ｐの上面の面積は、第１の領域１５Ｒ１の面積よりも大きいことが好ましい。これにより、導電膜突出部２１Ｐの上面に形成される第２の多層膜反射鏡２３が、突出部１５Ｐ１の上面（第１の領域１５Ｒ１）と実質的に平行に形成され、共振器ＯＣにおける共振時の損失を抑制することができる。

【0050】

［面発光レーザ１００における光出力低下の抑制］
以下、図３～図５を参照しつつ、本実施例における面発光レーザ１００の光出力低下の抑制について説明する。

【0051】

本実施例の面発光レーザ１００においては、上述したように突出部１５Ｐ１の側面１５Ｓ１が第１の絶縁層１８によって導電膜２１と絶縁しており、第２の領域１５Ｒ２が非導通領域として機能し、第３の領域１５Ｒ３及び側面１５Ｓ２が第２の絶縁層１９によって導電膜２１と絶縁している。すなわち、本実施例の面発光レーザ１００においては、第２の領域１５Ｒ２、側面１５Ｓ１、第３の領域１５Ｒ３及び側面１５Ｓ２には導電膜２１から電流がほとんど流れない状態となっている。

【0052】

従って、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際には、導電膜２１内を流れる電流は、図４に示すように導電膜２１内をｐ型半導体層１５の上面の面内方向に沿って流れ、低抵抗領域である第１の領域１５Ｒ１を通ってｐ型半導体層１５内に進行し、ｎ電極ＮＥへと向かう。

【0053】

ここで、図５を用いて従来例の面発光レーザにおける通電時の電流の流れについて説明する。図５は、図３に示した面発光レーザ１００の断面のＡ部と同様の箇所における従来例としての面発光レーザの断面の拡大図である。従来例の面発光レーザは側面１５Ｓ１に第１の絶縁層１８が形成されていない点で面発光レーザ１００と異なっており、それ以外の点で面発光レーザ１００と同じである。

【0054】

ｐ型半導体層１５の突出部１５Ｐ１の形成時において、突出部１５Ｐ１の側面１５Ｓ１は、エッチング時の条件や環境等の要因によりエッチング底面である第２の領域１５Ｒ２に比べてエッチングダメージが低くなり得る。この場合、側面１５Ｓ１は完全な非導通部にならずに高抵抗な導通部となる。

【0055】

従って、従来例のように突出部１５Ｐ１の側面１５Ｓ１に第１の絶縁層１８が形成されていない場合、すなわち導電膜２１が側面１５Ｓ１に直接接しているような場合、側面１５Ｓ１が高抵抗な導通部になっていると、導電膜２１内を流れる電流は、第１の領域１５Ｒ１のみならず側面１５Ｓ１の方にも流れていく。

【0056】

このとき、元々高抵抗な側面１５Ｓ１に長期に亘って通電がなされると側面１５Ｓ１はさらに高抵抗化し、例えば、図５に示すように導電膜２１内を流れる電流の一部が側面１５Ｓ１と第２の領域１５Ｒ２とがなす高抵抗部である角部１５Ｃに集中し得る。

【0057】

上記のように電流が角部１５Ｃに集中した場合、発光層１４への電流注入効率が低下し、面発光レーザ１００として得られる光出力が低下してしまう現象が生じ得る。すなわち、面発光レーザの通電時において第１の領域１５Ｒ１のみに電流を流すはずが第１の領域１５Ｒ１よりも高抵抗な部分にも電流が流れてしまい、電流ロスに繋がってしまうことで光出力が低下し得る。

【0058】

本実施例の面発光レーザ１００においては、上述したように突出部１５Ｐ１の側面１５Ｓ１及び角部１５Ｃが第１の絶縁層１８によって覆われているために、側面１５Ｓ１及び角部１５Ｃと導電膜２１とが絶縁されている。従って、面発光レーザ１００によれば、図４に示すように導電膜２１内を流れる電流が低抵抗領域である第１の領域１５Ｒ１のみを流れていくために、面発光レーザ１００の光出力が低下してしまうことを防ぐことができる。

【0059】

また、面発光レーザ１００において、第２の絶縁層１９のみを突出部１５Ｐ１の側面１５Ｓ１から第３の領域１５Ｒ３にかけて形成した場合、すなわち第２の絶縁層１９が側面１５Ｓ１に直接接している場合、長期に亘って通電がなされると発光層１４への電流注入効率が低下してしまう現象が生じ得る。

【0060】

具体的には、酸化物である第２の絶縁層１９は形成時に水素を含んで成膜されるため、第２の絶縁層１９が側面１５Ｓ１に直接接したまま長期の通電がなされると、第２の絶縁層１９内の残留水素が側面１５Ｓ１を介して突出部１５Ｐ１内に拡散し得る。これにより、突出部１５Ｐ１内の電気抵抗が高くなり、発光層１４への電流注入効率が低下してしまう現象が生じ得る。

【0061】

ここで、図６Ａ～６Ｃを用いて、第２の絶縁層１９の残留水素がｐ型半導体層内に拡散した際のｐ型半導体層内の水素濃度について説明する。図６Ａ～６Ｃの各々は、後述するサンプルのそれぞれにおける深さ方向（厚さ方向）の各元素の濃度をＳＩＭＳ（Secondary ion mass spectrometry）分析により測定した結果を示すグラフである。

【0062】

図６Ａは、ＧａＮからなる基板に直接ＳｉＯ_２層を成膜したサンプルを用いて、当該サンプルの上面を基準（０ｎｍ）としたときの深さ方向における水素（実線）、酸素（破線）、ケイ素（点線）及びガリウム（一点鎖線）の各々の濃度プロファイルを示している。

【0063】

図６Ａにおいては、二点鎖線で示した領域がＳｉＯ_２層中における濃度を示しており、一点に鎖線で示した領域が基板中における濃度を示している。図６Ａより、基板に直接ＳｉＯ_２層を成膜した際のＳｉＯ_２層中の水素濃度は、１×１０²¹～２×１０²¹ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３程度を示していることがわかる。すなわち、成膜時のＳｉＯ_２層単体として、１×１０²¹ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上の水素濃度を有していることが分かる。

【0064】

図６Ｂは、発光層１４、ｐ型半導体層１５、第２の絶縁層１９に相当するＳｉＯ_２層をこの順で形成した後に熱処理を実施したサンプルを用いて、ｐ型半導体層１５の上面を基準（０ｎｍ）としたときの深さ方向における水素（実線）、アルミニウム（破線）及びインジウム（点線）の各々の濃度プロファイルを示している。

【0065】

図６Ｂにおいては、二点鎖線で示した領域がｐ型半導体層１５中における濃度を示しており、一点二鎖線で示した領域が発光層１４中における濃度を示している。図６Ｂより、ｐ型半導体層１５中の水素濃度は、約２×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上を示していることがわかる。

【0066】

図６Ｃは、発光層１４及びｐ型半導体層１５をこの順で形成したサンプルを用いて、ｐ型半導体層１５の上面を基準（０ｎｍ）としたときの深さ方向における水素（実線）、アルミニウム（破線）及びインジウム（点線）の濃度プロファイルを示している。なお、図中発光層とｐ型半導体層との間にはＧａＮからなるアンドープ層（図示せず）が形成されている。

【0067】

図６Ｃにおいては、二点鎖線で示した領域がｐ型半導体層１５中における濃度を示しており、一点二鎖線で示した領域が発光層１４中における濃度を示している。図６Ｃより、ｐ型半導体層１５中の水素濃度は、約１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上を示していることがわかる。なお、膜厚０～２０ｎｍに存在する高濃度の水素は、ｐ型半導体層１５上に付着又は混入した不純物（コンタミ）による影響と考えられる。

【0068】

図６Ｂと図６Ｃにおける水素濃度の違いから、ｐ型半導体層１５上にＳｉＯ_２層を形成した際には、ＳｉＯ_２層に含まれていた水素が拡散などによりｐ型半導体層１５内に移動していることが考えられる。これにより、例えばｐ型半導体層１５内に移動した水素がｐ型半導体層１５のドーパントであるＭｇと結合してＭｇを不活化し、突出部１５Ｐ１内の電気抵抗が高くなり得る。その結果、発光層１４への電流注入効率が低下し得る。

【0069】

面発光レーザ１００においては、突出部１５Ｐ１に形成される第１の絶縁層１８が水素を含まない材料、例えば窒化物であるＳｉＮから構成されているために、ＳｉＯ_２層から突出部１５Ｐ１内への水素の拡散を防ぐことができる。従って、本実施例の面発光レーザ１００によれば、面発光レーザ１００に長期に亘って通電がなされた際においても発光層１４への電流注入効率が低下してしまうことを防ぐことができる。

【0070】

従って、本実施例の面発光レーザ１００によれば、長期に亘って通電がなされた場合においても面発光レーザ１００の光出力が低下してしまうことを防ぐことができる。よって、本実施例の面発光レーザ１００によれば、面発光レーザ１００から出射されるレーザ光の光出力を安定して維持することができる。

【0071】

また、ｐ型半導体層１５全体としても、ｐ型半導体層１５に含まれる平均の水素濃度は、約２×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下であることが好ましい。また、第２の領域１５Ｒ２の上面に存在する第２の絶縁層１９の面積は、例えば第２の領域１５Ｒ２の面積の４０％以下であることが好ましい。これにより、ｐ電極ＰＥから流れる電流に対する絶縁性を達成しつつ、ｐ型半導体層１５内に過剰に水素が拡散してしまうことによる電気抵抗の上昇を抑制することができる。

【0072】

なお、上述したように第１の絶縁層１８は導電膜２１と同等の屈折率を有しており、第１の絶縁層１８の屈折率は導電膜２１の屈折率の１０％以内であることが好ましい。例えば、ＩＴＯからなる導電膜２１の屈折率はおよそ２．１であり、ＳｉＮからなる第１の絶縁層１８の屈折率はおよそ２．０である。

【0073】

面発光レーザ１００においては、上述したようにｐ型半導体層１５に突出部１５Ｐ１を設けることで共振器ＯＣ内の等価屈折率を調整することによりレーザ光の横モードを制御している。そのため、導電膜２１になるべく近い屈折率を有する第１の絶縁層１８を、側面１５Ｓ１を覆う絶縁層として用いることにより、電流注入効率を下げずに横モードの制御を行うことができる。

【0074】

なお、本実施例において、ｐ型半導体層１５の上面は外周部１５Ｐ２を有していると説明したが、当該外周部１５Ｐ２は設けられていなくてもよく、第２の領域１５Ｒ２がｐ型半導体層１５の外縁まで形成されている態様としてもよい。すなわち、ｐ型半導体層１５の上面において、第１の領域１５Ｒ１以外の領域が全てエッチングされている状態（不活性となっている状態）としてもよい。

【0075】

また、上記のように第２の領域１５Ｒ２がｐ型半導体層１５の外縁まで形成されている場合には、第１の領域１５Ｒ１以外の領域が全て非導通部となるため、第２の絶縁層１９を形成しなくてもよい。また、この場合、第１の絶縁層１８が側面１５Ｓ１を覆いつつ第２の領域１５Ｒ２に亘って形成されていてもよい。

【0076】

本実施例において、第１の絶縁層１８は第１の領域１５Ｒ１の外縁及び突出部１５Ｐ１の側面１５Ｓ１を覆っていると説明したが、側面１５Ｓ１さえ覆っていればよく、第１の領域１５Ｒ１の外縁には形成されていなくてもよい。

【0077】

本実施例において、第１の絶縁層１８と第２の絶縁層１９とはｐ型半導体層１５の上面において互いに離隔して形成されていると説明したが、第１の絶縁層１８が側面１５Ｓ１を覆っていればよく、第２の絶縁層１９と接している態様としてもよい。すなわち、第２の絶縁層１９が第２の領域１５Ｒ２のほとんどを覆う態様としてもよい。

【0078】

［第１の絶縁層１８及び第２の絶縁層１９の形成方法］
以下に、図７～図１０を用いて、上述したドライエッチングにより形成された半導体構造層ＥＭのｐ型半導体層１５に対する第１の絶縁層１８及び第２の絶縁層１９の形成方法について説明する。

【0079】

まず、図７に示すように、ｎ型半導体層１３の下部１３Ａの上面、ｐ型半導体層１５の上面の第１の領域１５Ｒ１の縁端を除く領域、第２の領域１５Ｒ２及び第３の領域１５Ｒ３にそれぞれリフトオフ用のレジストＲをパターニングにより成膜し、蒸着やスパッタなどによりＳｉＮからなる絶縁層を形成する。

【0080】

次に、ｎ型半導体層１３の下部１３Ａの上面、ｐ型半導体層１５の上面の第１の領域１５Ｒ１の縁端を除く領域、第２の領域１５Ｒ２及び第３の領域１５Ｒ３に成膜されたレジストＲをリフトオフにより除去することにより、図８に示すように、第１の領域１５Ｒ１の縁端及び側面１５Ｓ１を覆う第１の絶縁層１８を形成することができる。

【0081】

次に、図９に示すように、第１の領域１５Ｒ１及び側面１５Ｓ２側の第２の領域１５Ｒ２の縁端を除く領域にリフトオフ用のレジストＲをパターニングにより成膜し、蒸着やスパッタなどによりＳｉＯ_２からなる絶縁層を形成する。

【0082】

次に、第１の領域１５Ｒ１及び側面１５Ｓ２側の第２の領域１５Ｒ２の縁端を除く領域に成膜されたレジストＲをリフトオフにより除去することにより、図１０に示すように、第３の領域１５Ｒ３から外周部１５Ｐ２の側面１５Ｓ２を覆う第２の絶縁層１９を形成することができる。

【0083】

以降、図３に示すように、ｐ型半導体層１５の上面に導電膜２１及び第２の多層膜反射鏡２３を形成し、ｎ型半導体層１３の下部１３Ａにｎ電極ＮＥ、導電膜２１の上面にｐ電極ＰＥをそれぞれ形成することで、本実施例における面発光レーザ１００を得ることができる。

【0084】

なお、本実施例においては、ｐ型半導体層に対してドライエッチングによってｐ型不純物を不活性化するとしたが、当該不活性化の方法はドライエッチングに限定されない。例えば、ｐ型半導体層の表面をわずかに除去した上でイオン注入を行うことにより、ｐ型不純物の不活性化を行ってもよく、また、アッシング処理によりｐ型不純物の不活性化を行ってもよい。

【実施例0085】

次に、図１１及び図１２を用いて、実施例２に係る発光装置について説明する。図１１は発光装置２００の上面図であり、図１２は図１１における１２－１２線に沿った発光装置２００の断面図である。なお、図１２においては図中上下方向が発光装置２００の高さ方向である。

【0086】

発光装置２００は、実施例１に係る面発光レーザ１００を実装基板３１上にフリップチップ実装し、パッケージングしたものである。発光装置２００は、面発光レーザ１００が実装された実装基板３１と枠体３７と透光板４１とを含んで構成される。なお、面発光レーザ１００の構成についてはｐ電極ＰＥの形状を除き実施例１と同様である。

【0087】

実装基板３１は、上面形状が矩形の板状体である。実装基板３１は、例えば窒化アルミ（ＡｌＮ）等のセラミック、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、シリコン（Ｓｉ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）等の絶縁性を有する材料からなる。

【0088】

実装基板３１には、実装基板３１を上下に貫通する貫通電極３２及び貫通電極３３が形成されている。貫通電極３２及び貫通電極３３は、実装基板３１において互いに離隔して形成されることで互いに絶縁している。貫通電極３２及び貫通電極３３は、例えば金（Ａｕ）からなる。

【0089】

発光装置２００において、面発光レーザ１００は、上述したように実装基板３１の上面にフリップチップ実装されている。具体的には、面発光レーザ１００において、ｎ電極ＮＥは、図中下方に延伸するＡｕからなるｎ電極接合部材３４及びＡｕ－Ｓｎ共晶結合からなる接合部材３５を介して実装基板３１の貫通電極３２に接合されている。

【0090】

また、面発光レーザ１００において、ｐ電極ＰＥは、ｎ電極接合部材３４と実装基板３１の上面からの高さが揃うように図中下方に延伸されかつ接合部材３５を介して実装基板３１の貫通電極３３に接合されている。

【0091】

枠体３７は、実装基板３１の上面の外縁に沿って形成されており、実装基板３１の上面及び実装基板３１の上面に実装された面発光レーザ１００を露出する開口３７Ｏを有している。言い換えれば、発光装置２００を上から見た平面視において、枠体３７は、実装基板３１上にて面発光レーザ１００を囲っている。枠体３７は、実装基板３１と同様に、例えばＡｌＮ等のセラミック、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｓｉ、ＳｉＣ等の絶縁性を有する材料からなる。

【0092】

透光板４１は、上面形状が矩形の透明な板状体である。透光板４１は、下面が枠体３７の上面に形成されたＡｕからなる金属層４２と接合部材３５を介して枠体３７に接合されている。言い換えれば、透光板４１は面発光レーザ１００を覆うように枠体３７によって保持されている。透光板４１は、例えばホウ珪酸ガラス等の、面発光レーザ１００から出射された光に対して透光性を有する材料から構成される。

【0093】

発光装置２００において、面発光レーザ１００から出射された光は、透光板４１を通って発光装置２００の外部へと放出される。すなわち、本実施例においては、透光板４１の上面が発光装置２００の光出射面である。

【0094】

本実施例の発光装置２００においても、実施例１と同様に、長期に亘って通電がなされた場合においても面発光レーザ１００の光出力が低下してしまうことを防ぐことができる。よって、本実施例の発光装置２００によれば、発光装置２００から出射されるレーザ光の光出力を安定して維持することができる。