特許 7582915 面発光型半導体発光装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-05

(45)【発行日】2024-11-13

(54)【発明の名称】面発光型半導体発光装置

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/11 20210101AFI20241106BHJP

   H01S 5/343 20060101ALI20241106BHJP

【ＦＩ】

H01S5/11

H01S5/343

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021120296

(22)【出願日】2021-07-21

(65)【公開番号】P2023016164

(43)【公開日】2023-02-02

【審査請求日】2024-02-14

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２９年度、防衛装備庁 安全保障技術研究推進制度、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(74)【代理人】

【識別番号】110004026

【氏名又は名称】弁理士法人ｉＸ

(72)【発明者】

【氏名】金子 桂

(72)【発明者】

【氏名】角野 努

(72)【発明者】

【氏名】橋本 玲

(72)【発明者】

【氏名】斎藤 真司

【審査官】百瀬 正之

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０４７０２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－３１１６２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－３０８４５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２７３４５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２３１７７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２２７３３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２１／０１４３６１０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００８／０２５９９８１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０２１４２６５７（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２０１３－００４９０６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ５／００－５／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１導電形の第１半導体層と、
前記第１半導体層上に設けられた活性層と、
前記活性層上に設けられ、前記活性層の上面に沿って並ぶ複数の凸部を含むフォトニック結晶層であって、前記複数の凸部は、第１凸部と、第２凸部と、を含み、前記第１凸部が設けられた第１領域と、前記第２凸部が設けられ、前記第１領域を囲む第２領域と、を有し、前記複数の凸部は、隣り合う前記第１凸部の間隔が隣り合う前記第２凸部の間隔よりも広くなるように設けられる、フォトニック結晶層と、
前記フォトニック結晶層上に設けられ、前記第１凸部および前記第２凸部を覆う第１層と、前記第１層上に設けられる第２層と、を含む第１導電形の第２半導体層であって、前記第１層の第１導電形不純物濃度は、前記第２層の第１導電形不純物濃度よりも低く、前記第１層は、隣り合う前記第１凸部の間にスペースを残して、前記第１凸部を覆い、前記活性層の前記上面に沿った方向において、隣り合う前記第２凸部の間隔と同じ幅を持って、隣り合う前記第２凸部の間に埋め込まれる部分を有し、前記第２層は、前記活性層の前記上面に沿った方向において、隣り合う前記第１凸部の間の前記スペースの幅と同じ幅を持って、前記スペース中に埋め込まれる部分を含む、第２半導体層と、
を備えた面発光型半導体発光装置。

【請求項2】

前記フォトニック結晶層は、前記第１領域と前記第２領域との間に設けられた第３領域をさらに含み、
前記複数の凸部は、前記第３領域に設けられる第３凸部であって、隣り合う前記第３凸部の間隔は、隣り合う前記第１凸部の間隔よりも狭く、隣り合う前記第２凸部の間隔よりも広い、第３凸部をさらに含み、
前記第２半導体層の前記第１層は、隣り合う前記第３凸部の間に別のスペースを残して、前記第３凸部を覆うように設けられる請求項１記載の面発光型半導体発光装置。

【請求項3】

前記第２半導体層は、前記第１層と前記第２層との間に設けられた第３層をさらに含み、
前記第３層は、前記第１層の前記第１導電形不純物濃度よりも高濃度の第１導電形不純物を含み、前記第２層の前記第１導電形不純物濃度よりも低濃度の前記第１導電形不純物を含み、
前記第３層は、隣り合う前記第１凸部の間に前記スペースを残して、前記第１凸部を覆い、隣り合う前記第３凸部の間の前記別のスペースを埋め込むように設けられる請求項２記載の面発光型半導体発光装置。

【請求項4】

前記第１凸部および前記第２凸部は、円柱もしくは三角柱の形状を有する請求項１～３のいずれか１つに記載の面発光型半導体発光装置。

【請求項5】

隣り合う前記第１凸部の間隔は、０．１～０．５マイクロメートルであり、
前記活性層の前記上面に垂直な方向おける前記第１凸部の高さは、０．８～２．０マイクロメートルである請求項１～４のいずれか１つに記載の面発光型半導体発光装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

実施形態は、面発光型半導体発光装置に関する。

【背景技術】

【0002】

面発光型半導体発光装置には、光出力の向上が求められている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００６－３３２５９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

実施形態は、高い光出力を有する面発光型半導体発光装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態に係る面発光型半導体発光装置は、第１導電形の第１半導体層と、前記第１半導体層上に設けられた活性層と、前記活性層上に設けられたフォトニック結晶層と、前記フォトニック結晶層上に設けられた前記第１導電形の第２半導体層と、を備える。前記フォトニック結晶層は、前記活性層の上面に沿って並ぶ複数の凸部を含み、前記複数の凸部は、第１凸部と、第２凸部と、を含む。前記フォトニック結晶層は、前記第１凸部が設けられた第１領域と、前記第２凸部が設けられ、前記第１領域を囲む第２領域と、を有し、前記複数の凸部は、隣り合う前記第１凸部の間隔が隣り合う前記第２凸部の間隔よりも広くなるように設けられる。前記第２半導体層は、前記第１凸部および前記第２凸部を覆う第１層と、前記第１層上に設けられる第２層と、を含む。前記第１層の第１導電形不純物濃度は、前記第２層の第１導電形不純物濃度よりも低い。前記第１層は、隣り合う前記第１凸部の間にスペースを残して、前記第１凸部を覆い、前記活性層の前記上面に沿った方向において、隣り合う前記第２凸部の間隔と同じ幅を持って、隣り合う前記第２凸部の間に埋め込まれる部分を含む。前記第２層は、前記活性層の前記上面に沿った方向において、隣り合う前記第１凸部の間の前記スペースの幅と同じ幅を持って、前記スペース中に埋め込まれる部分を含む。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】実施形態に係る面発光型半導体発光装置を示す模式断面図である。

【図2】実施形態に係る面発光型半導体発光装置を示す模式平面図である。

【図3】実施形態に係る面発光型半導体発光装置のフォトニック結晶層を示す模式図である。

【図4】実施形態に係る面発光型半導体発光装置の製造過程を示す模式断面図である。

【図5】実施形態の変形例に係る面発光型半導体発光装置のフォトニック結晶層を示す模式断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。図面中の同一部分には、同一番号を付してその詳しい説明は適宜省略し、異なる部分について説明する。なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。

【0008】

さらに、各図中に示すＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を用いて各部分の配置および構成を説明する。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、相互に直交し、それぞれＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向を表す。また、Ｚ方向を上方、その反対方向を下方として説明する場合がある。

【0009】

図１（ａ）および（ｂ）は、実施形態に係る面発光型半導体発光装置１を示す模式断面図である。面発光型半導体発光装置１は、例えば、面発光ＱＣＬ（Quantum Cascade Laser）である。

【0010】

図１（ａ）に示すように、面発光型半導体発光装置１は、半導体基板１０と、第１半導体層２０と、活性層３０と、フォトニック結晶層４０と、第２半導体層５０と、第３半導体層６０と、表面電極７０と、絶縁膜８０と、裏面電極９０と、を備える。また、面発光型半導体発光装置１は、発光領域１００と、外壁領域１１０と、を含む。外壁領域１１０は、発光領域１００を囲むように設けられる（図２（ａ）参照）。

【0011】

半導体基板１０は、例えば、ｎ形ＩｎＰ基板である。また、半導体基板１０は、ｎ形ＧａＡｓ基板であっても良い。以下、半導体基板１０をＩｎＰ基板として説明する。ＧａＡｓ基板を用いる場合は、ＧａＡｓに格子整合する半導体結晶を用いるか、または、半導体基板と半導体層との間の格子不整合を緩和するバッファ層が設けられる。

【0012】

第１半導体層２０は、半導体基板１０の上に設けられる。第１半導体層２０は、例えば、ｎ形ＩｎＰ層である。半導体基板１０と第１半導体層２０との間に、バッファ層となる半導体結晶層を設けても良い。

【0013】

活性層３０は、第１半導体層２０の上に設けられる。活性層３０は、例えば、キャリアのサブバンド間遷移を生じさせる量子井戸構造を有する。活性層３０は、例えば、シリコンをドープしたｎ形のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体結晶を含み、電子のサブバンド遷移により発光する。

【0014】

活性層３０は、例えば、量子井戸層および障壁層を、第１半導体層２０の上面に直交する方向、例えば、Ｚ方向に交互に積層した量子井戸構造を有する。量子井戸層は、例えば、ＩｎＧａＡｓ結晶を含み、障壁層は、例えば、ＡｌＩｎＡｓ結晶を含む。

【0015】

フォトニック結晶層４０は、活性層３０の上に設けられる。フォトニック結晶層４０は、特定の周期構造を有し、活性層３０から放出される光の伝播方向を制御する。フォトニック結晶層４０は、例えば、ＩｎＧａＡｓ結晶を含む。

【0016】

第２半導体層５０は、フォトニック結晶層４０の上に設けられる。第２半導体層５０は、例えば、ｎ形ＩｎＰ層である。第２半導体層５０は、例えば、第１層５０ａおよび第２層５０ｂを含む積層構造を有する。

【0017】

第３半導体層６０は、第２半導体層５０の上に設けられる。第３半導体層６０は、例えば、ｎ形ＩｎＧａＡｓ層である。第３半導体層６０は、例えば、コンタクト層として設けられる。第３半導体層６０は、表面電極７０のコンタクト抵抗を低減する。

【0018】

表面電極７０は、第３半導体層６０の上に設けられる。表面電極７０は、活性層３０から放射される光を反射するように設けられる。これにより、活性層３０から表面電極７０に向かう光の伝播方向を、半導体基板１０に向かう方向に反転させることができる。表面電極７０は、例えば、金（Ａｕ）を含む。

【0019】

図１（ａ）に示すように、発光領域１００は、第１半導体層２０、活性層３０、フォトニック結晶層４０、第２半導体層５０および第３半導体層６０を含むメサ構造を有する。絶縁膜８０は、メサ構造の側面を覆う。絶縁膜８０は、例えば、シリコン酸化膜である。

【0020】

外壁領域１１０は、発光領域１００と同じ積層構造の半導体層を含む。発光領域１００のメサ構造は、発光領域１００と外壁領域１１０との間の半導体層を選択的に除去することにより形成される。

【0021】

発光領域１００と外壁領域１１０との間には、第１半導体層２０の一部が露出される。絶縁膜８０は、発光領域１００のメサ構造の側面、第１半導体層２０の一部、および、外壁領域１１０を覆うように形成される。

【0022】

表面電極７０は、絶縁膜８０を介して、メサ構造の側面および第１半導体層２０の一部を覆うように形成される。表面電極７０は、メサ構造の側面を通って外部に向かう光も反射し、発光領域１００の内部に戻すように設けられる。

【0023】

裏面電極９０は、半導体基板１０の発光領域１００とは反対側の裏面上に設けられる。裏面電極９０は、例えば、チタニウム（Ｔｉ）層と金（Ａｕ）層とを積層した構造を有する。Ｔｉ層は、半導体基板１０とＡｕ層との間に設けられる。

【0024】

面発光型半導体発光装置１では、表面電極７０と裏面電極９０との間に電流を流すことにより、活性層３０にキャリア（電子）を注入する。活性層３０は、量子井戸におけるキャリアのエネルギー緩和により生じた光、および、フォトニック結晶層４０により導波された光による誘導放出によりＱＣＬ光を発生させる。ＱＣＬ光は、半導体基板１０の裏面から外部に放射される。ＱＣＬ光の波長は、例えば、４．５マクロメートル（μｍ）である。

【0025】

図１（ｂ）は、フォトニック結晶層４０を示す部分断面図である。フォトニック結晶層４０は、例えば、周期的に配置された複数の凸部４０ａおよび４０ｂを有し、２次元回折格子として機能する。

【0026】

複数の凸部４０ａは、高電流密度領域ＨＣＤに設けられる。複数の凸部４０ｂは、高電流密度領域ＨＣＤを囲む周辺領域ＰＨＲに設けられる。凸部４０ａおよび４０ｂは、例えば、円柱状もしくは三角柱状に設けられる。

【0027】

第２半導体層５０は、第１層５０ａと第２層５０ｂとを含む積層構造を有し、フォトニック結晶層４０の上に設けられる。第１層５０ａは、フォトニック結晶層４０と第２層５０ｂとの間に設けられる。第２層５０ｂは、第１層５０ａの第１導電形不純物の濃度よりも高濃度の第１導電形不純物を含む。第１層５０ａの第１導電形不純物の濃度は、例えば、１×１０^１５ｃｍ^－３である。第２層５０ｂの第１導電形不純物の濃度は、例えば、１×１０^１７ｃｍ^－３以上である。

【0028】

第１層５０ａは、フォトニック結晶層４０の凸部４０ａおよび凸部４０ｂを覆うように設けられる。第１層５０ａは、隣り合う凸部４０ａの間にスペースを残して、凸部４０ａを覆う。また、第１層５０ａは、隣り合う凸部４０ｂの間に埋め込まれた部分を有する。隣り合う凸部４０ｂの間に埋め込まれた部分の幅は、隣り合う凸部４０ｂの間隔に等しい。

【0029】

第２層５０ｂは、第１層５０ａの上に設けられ、凸部４０ａおよび凸部４０ｂを覆う。第２層５０ｂは、隣り合う凸部４０ａの間のスペースに埋め込まれた部分を有する。隣り合う凸部４０ａの間のスペースに埋め込まれた部分の幅は、隣り合う凸部４０ａの間のスペースの幅に等しい。

【0030】

言い換えれば、隣り合う凸部４０ａの間には、第２半導体層５０の高濃度の第１導電形不純物を含む部分が延在し、隣り合う凸部４０ｂの間には、そのような高濃度の第１導電形不純物を含む部分は設けられない。このため、高電流密度領域ＨＣＤにおいて、隣り合う凸部４０ａの間の電気抵抗が小さくなる。一方、周辺領域ＰＨＲでは、隣り合う凸部４０ｂとの間に低濃度の第１導電形不純物を含む部分が埋め込まれ電気抵抗が高くなる。結果として、面発光型半導体発光装置１の駆動電流は、高電流密度領域ＨＣＤに主として流れ、周辺領域ＰＨＲに流れる電流は抑制される。

【0031】

フォトニック結晶層４０は、凸部４０ａおよび凸部４０ｂの材料と、第２半導体層５０の材料との屈折率差により２次元回折格子として機能する。フォトニック結晶層４０は、レーザ光の共振波長を選択し、レーザ光の射出角度を制御する機能を有する。

【0032】

フォトニック結晶層４０は、レーザ光が活性層３０と第１半導体層２０との境界に概ね垂直な方向に放出されるように設けられる。「概ね垂直」とは、例えば、レーザ光の伝播方向の活性層３０と第１半導体層２０との境界に対する角度が８１°以上９９°以下であることを意味する。

【0033】

また、フォトニック結晶層４０の周期構造の設計に従って、所望の波長の光が活性層３０内で共振し、レーザ発振する。さらに、フォトニック結晶層４０を設けることにより、電流注入時における、高電流密度領域ＨＣＤのキャリア密度と、周辺領域ＰＨＲのキャリア密度との間に差が生じる。これにより、活性層３０における複素屈折率の虚数部が変化し、光共振のＱ値を大きくすることができる。すなわち、活性層３０から放射されるレーザ光の強度を高くすることができる。

【0034】

図２（ａ）および（ｂ）は、実施形態に係る面発光型半導体発光装置１を示す模式平面図である。図２（ａ）は、面発光型半導体発光装置１の表面側を示す平面図である。図２（ｂ）は、面発光型半導体発光装置１の裏面側を示す平面図である。

【0035】

図２（ａ）に示すように、半導体基板１０（レーザチップ）の中央に、発光領域１００が設けられる。高電流密度領域ＨＣＤは、発光領域１００の中央に設けられ、周辺領域ＰＨＲは、発光領域１００の外縁に沿って、高電流密度領域ＨＣＤを囲む。

【0036】

半導体基板１０および発光領域１００は、例えば、正方形の形状を有する。発光領域１００の形状は、この例に限定される訳ではない。発光領域１００は、例えば、円形であっても良い。半導体基板１０のサイズＬｓｂは、例えば、２０００μｍである。発光領域１００のサイズＬｍｒは、例えば、５６０μｍである。

【0037】

外壁領域１１０は、発光領域１００を囲むように設けられる。外壁領域１１０の外側のサイズＬｐｗ１は、例えば、１６００μｍである。外壁領域１１０の内側のサイズＬｐｗ２は、例えば、１２００μｍである。

【0038】

表面電極７０は、外壁領域１１０の内側に設けられ、発光領域１００を覆う。表面電極７０は、例えば、正方形の平面形状を有する。表面電極７０のサイズＬｆｅは、例えば、１０００μｍである。

【0039】

図２（ｂ）に示すように、裏面電極９０は、例えば、正方形の枠状に設けられる。発光領域１００は、半導体基板１０の表面側において、裏面電極９０の内側の中央に対応する位置に設けられる。なお、裏面電極９０は、この例に限定される訳ではない。裏面電極９０は、発光領域１００から半導体基板１０の裏面を通して出射されるレーザ光を遮らない形態であればよい。

【0040】

図３（ａ）～（ｃ）は、実施形態に係る面発光型半導体発光装置１のフォトニック結晶層４０を示す模式図である。図３（ａ）は、フォトニック結晶層４０を示す断面図である。図３（ｂ）は、高電流密度領域ＨＣＤにおける凸部４０ａの配置を例示する平面図である。図３（ｃ）は、周辺領域ＰＨＲにおける凸部４０ｂの配置を例示する平面図である。

【0041】

図３（ａ）に示すように、凸部４０ａおよび凸部４０ｂのＺ方向の高さＴＰは、例えば、０．８～２μｍである。この例では、ＴＰ＝０．８５μｍである。高電流密度領域ＨＣＤにおける隣り合う凸部４０ａの間隔ＤＨは、例えば、０．１～０．５μｍである。この例では、ＤＨ＝０．４５μｍである。周辺領域ＰＨＲにおける隣り合う凸部４０ｂの間隔ＤＬは、例えば、０．２μｍである。

【0042】

第２半導体層５０の第１層５０ａは、凸部４０ａの頂部上に設けられた部分において、例えば、０．１～０．８μｍのＺ方向の層厚ＴＬを有する。この例では、ＴＬ＝０．１３μｍである。これにより、第１層５０ａは、隣り合う凸部４０ａの間にスペースを残して、凸部４０ａの頂部および側面を覆う。一方、第１層５０ａは、隣り合う凸部４０ｂの間にスペースを残さないように埋め込まれる。

【0043】

図３（ｂ）に示すように、凸部４０ａは、例えば、円柱状に設けられる。隣り合う凸部４０ａの間隔ＤＨは、例えば、Ｘ－Ｙ平面内における最小間隔である。例えば、複数の凸部４０ａをＸ方向およびＹ方向に等間隔に並べた場合、間隔ＤＨは、Ｘ方向およびＹ方向の間隔である。

【0044】

図３（ｃ）に示すように、凸部４０ｂは、例えば、円柱状に設けられる。隣り合う凸部４０ｂの間隔ＤＬは、例えば、Ｘ－Ｙ平面内における最小間隔である。例えば、複数の凸部４０ｂをＸ方向およびＹ方向に等間隔に並べた場合、間隔ＤＬは、Ｘ方向およびＹ方向の間隔である。

【0045】

Ｘ方向およびＹ方向に並んだ複数の凸部４０ｂは、例えば、Ｘ－Ｙ平面内の対角方向の間隔Ｄｄを有する。間隔ＤｄがＸ方向およびＹ方向の間隔ＤＬよりも広い場合、第２半導体層５０の第１層５０ａは、対角方向においても、隣り合う凸部４０ｂの間にスペースを残すことなく埋め込まれることが好ましい。

【0046】

図４（ａ）～（ｃ）は、実施形態に係る面発光型半導体発光装置１の製造過程を示す模式平面図である。図４（ａ）～（ｃ）は、フォトニック結晶層４０の上に第２半導体層５０を形成する過程を表している。

【0047】

図４（ａ）に示すように、フォトニック結晶層４０の凸部４０ａおよび凸部４０ｂを覆うように、初期層５０ａａを形成する。初期層５０ａａは、例えば、分子線エピタキシャル成長（ＭＢＥ成長）を用いて形成される。

【0048】

ＭＢＥ成長において、分子線（ＭＢ）は、例えば、フォトニック結晶層４０に垂直なＺ方向に対して傾斜した方向から照射される。この間、フォトニック結晶層４０は、例えば、Ｘ－Ｙ平面内において回転される。このため、初期層５０ａａは、凸部４０ａおよび凸部４０ｂのそれぞれの頂部および側面上に形成される。また、隣り合う凸部４０ａ間および隣り合う凸部４０ｂ間にスペースを残し、その底面上にも形成される。

【0049】

図４（ｂ）に示すように、ＭＢＥ成長を継続し、初期層５０ａａの層厚を厚くすることにより、第１層５０ａを形成する。第１層５０ａは、隣り合う凸部４０ａの間にスペースを残して、複数の凸部４０ａを覆うように形成される。一方、第１層５０ａは、隣り合う凸部４０ｂの間のスペースを埋め込み、複数の凸部４０ｂを覆うように形成される。例えば、第１層５０ａの隣り合う凸部４０ｂの間に埋め込まれた部分のＸ方向の幅は、隣り合う凸部４０ｂの間隔ＤＬと同じである。

【0050】

図４（ｃ）に示すように、第１層５０ａの上に、第２層５０ｂを形成する。第２層５０ｂは、例えば、ＭＢＥ成長を用いて形成される。第２層５０ｂには、第１層５０ａの第１導電形不純物の濃度よりも高濃度の第１導電形不純物がドーピングされる。第２層５０ｂは、隣り合う凸部４０ａの間のスペースを埋め込むために十分な厚さに形成される。

【0051】

図５は、実施形態の変形例に係る面発光型半導体発光装置２のフォトニック結晶層４０を示す模式断面図である。図中の矢印は、電流Ｉｄ１～Ｉｄ３の相対的な大きさを表している。

【0052】

図５に示すように、フォトニック結晶層４０は、凸部４０ａ、凸部４０ｂおよび凸部４０ｃを含む。凸部４０ａは、高電流密度領域ＨＣＤに設けられる。凸部４０ｂは、周辺領域ＰＨＲに設けられる。凸部４０ｃは、中間領域ＩＭＲに設けられる。中間領域ＩＭＲは、高電流密度領域ＨＣＤと周辺領域ＰＨＲとの間に設けられる。また、中間領域ＩＭＲは、高電流密度領域ＨＣＤを囲むように設けられる。

【0053】

中間領域ＩＭＲにおいて、複数の凸部４０ｃは、Ｘ方向における隣り合う凸部４０ｃの間隔ＤＭが、例えば、隣り合う凸部４０ａの間隔ＤＨよりも狭く、隣り合う凸部４０ｃの間隔ＤＬよりも広くなるように設けられる。中間領域ＩＭＲにおける間隔ＤＭは、例えば、隣り合う凸部４０ｃの最小間隔である。

【0054】

第２半導体層５０は、第１層５０ａと、第２層５０ｂと、第３層５０ｃと、を含む。第３層５０ｃは、第１層５０ａと第２層５０ｂとの間に設けられる。第１層５０ａ、第２層５０ｂおよび第３層５０ｃは、同じ材料、例えば、ＩｎＰを含む。

【0055】

第３層５０ｃは、第１層５０ａの第１導電形不純物の濃度よりも高濃度の第１導電形不純物を含む。第２層５０ｂは、第３層５０ｃの第１導電形不純物よりも高濃度の第１導電形不純物を含む。第１層５０ａの第１導電形不純物の濃度は、例えば、１×１０^１５ｃｍ^－３未満である。第２層５０ｂの第１導電形不純物の濃度は、例えば、１×１０^１７ｃｍ^－３以上である。第３層５０ｃの第１導電形不純物の濃度は、例えば、１×１０^１５ｃｍ^－３以上、１×１０^１６ｃｍ^－３未満である。

【0056】

第１層５０ａは、高電流密度領域ＨＣＤにおいて、隣り合う凸部４０ａの間に第１スペースＳＰ１を残して、複数の凸部４０ａを覆う。また、第１層５０ａは、中間領域ＩＭＲにおいて、隣り合う凸部４０ｃの間に第２スペースＳＰ２を残して、複数の凸部４０ｃを覆う。第１層５０ａは、隣り合う凸部４０ｂの間を埋め込むように設けられ、複数の凸部４０ｂを覆う。第１層５０ａは、隣り合う凸部４０ｂの間隔ＤＬと同じＸ方向の幅を有する埋め込み部を含む。

【0057】

第３層５０ｃは、第１層５０ａ上に設けられる。第３層５０ｃは、高電流密度領域ＨＣＤにおいて、隣り合う凸部４０ａの間に第１スペースＳＰ１を残して、複数の凸部４０ａを覆う。また、第３層５０ａは、中間領域ＩＭＲにおいて、隣り合う凸部４０ｃの間の第２スペースＳＰ２を埋め込むように設けられ、複数の凸部４０ｂおよび複数の凸部４０ｃを覆う。

【0058】

第２層５０ｂは、第３層５０ｃ上に設けられる。第２層５０ｂは、高電流密度領域ＨＣＤにおいて、隣り合う凸部４０ａの間の第１スペースＳＰ１を埋め込むように設けられ、複数の凸部４０ａ、複数の凸部４０ｂおよび複数の凸部４０ｂを覆う。

【0059】

面発光型半導体発光装置２において、高電流密度領域ＨＣＤに流れる電流Ｉｄ１は、第２層５０ｂの一部が埋め込まれた隣り合う凸部４０ａの間に主として流れる。電流Ｉｄ１の電流密度は、周辺領域ＰＨＲに流れる電流Ｉｄ２および中間領域ＩＭＲに流れる電流Ｉｄ３の電流密度よりも高い。隣り合う凸部４０ｃの間に第３層５０ｃの一部が埋め込まれるため、中間領域ＩＭＲにおける電流経路の電気抵抗は、隣り合う凸部４０ｂの間に第１層５０ａの一部が埋め込まれる周辺領域ＰＨＲにおける電流経路の電気抵抗よりも低い。このため、中間領域ＩＭＲにおける電流Ｉｄ３の電流密度は、周辺領域ＰＨＲにおける電流Ｉｄ２の電流密度よりも高い。

【0060】

このように、面発光型半導体発光装置２では、電流注入時における、高電流密度領域ＨＣＤのキャリア密度と、周辺領域ＰＨＲおよび中間領域ＩＭＲのキャリア密度との間に差が生じる。これにより、活性層３０における複素屈折率の虚数部が変化し、光共振のＱ値を大きくすることができる。すなわち、活性層３０から放射されるレーザ光の強度を高くすることができる。

【0061】

なお、上記の実施形態では、第２半導体層５０の第１層５０ａおよび第２層５０ｂが同じ材料を含む場合について説明したが、第１層５０ａの材料と第２層５０ｂの材料が異なっていても良い。

【0062】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0063】

１、２…面発光型半導体発光装置、 １０…半導体基板、 ２０…第１半導体層、 ３０…活性層、 ４０…フォトニック結晶層、 ４０ａ、４０ｂ、４０ｃ…凸部、 ５０…第２半導体層、 ５０ａ…第１層、 ５０ａａ…初期層、 ５０ｂ…第２層、 ５０ｃ…第３層、 ６０…第３半導体層、 ７０…表面電極、 ８０…絶縁膜、 ９０…裏面電極、 １００…発光領域、 １１０…外壁領域、 ＨＣＤ…高電流密度領域、 ＩＭＲ…中間領域、 ＰＨＲ…周辺領域、 ＳＰ１…第１スペース、 ＳＰ２…第２スペース

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】