知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(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】2025-02-12
(45)【発行日】2025-02-20
(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 5/18 20210101AFI20250213BHJP
H01S 5/11 20210101ALI20250213BHJP
【ＦＩ】
H01S5/18
H01S5/11
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2021143912
(22)【出願日】2021-09-03
(65)【公開番号】P2023037267
(43)【公開日】2023-03-15
【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】橋本 玲
(72)【発明者】
【氏名】大野 博司
(72)【発明者】
【氏名】斎藤 真司
(72)【発明者】
【氏名】角野 努
(72)【発明者】
【氏名】金子 桂
【審査官】百瀬 正之
(56)【参考文献】
【文献】特開２００９－２３１７７３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－２０６９２１（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１９９０６４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１６－１２２７１１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１０－２５６６０２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－２１２５００（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－０３８２４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１１０７０７５２８（ＣＮ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０２０／０１０６２４０（ＵＳ，Ａ１）
【文献】中国特許出願公開第１１０５７４２４７（ＣＮ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１７／０３３８６２４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】中国特許出願公開第１０１９３９８５６（ＣＮ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１３／００３７８３９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】LIANG, Y. et al.，Room temperature surface emission on large-area photonic crystal quantum cascade lasers，Applied Physics Letters，米国，2019年01月23日，Vol.114，p.031102-1 - p.031102-5
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｓ ５／００－５／５０
Ｈ１０Ｈ ２０／００－２０／８５８
ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ
Ｓｃｉｔａｔｉｏｎ
ＡＰＳ Ｊｏｕｒｎａｌｓ
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１導電形の半導体基板と、前記半導体基板上に設けられた前記第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、
前記第２半導体層上に設けられた第１電極と、
前記半導体基板の前記第１半導体層とは反対側の裏面上に設けられた第２電極であって、前記裏面に面接触する平面コンタクト部と、前記活性層から放射された光が前記半導体基板から外部に放出される前記裏面中の面発光領域に延在する細線コンタクト部と、を含み、前記細線コンタクト部の前記面発光領域における配置は、非回転対称であり、線対称でもなく、点対称でもない、第２電極と、
を備えた面発光型半導体発光装置。
【請求項2】
前記平面コンタクト部は、前記面発光領域を囲む請求項１記載の面発光型半導体発光装置。
【請求項3】
前記細線コンタクト部は、前記平面コンタクト部につながる一方の端と、前記面発光領域中に位置する他方の端と、を有する請求項１または２に記載の面発光型半導体発光装置。
【請求項4】
前記第２電極は、前記一方の端から前記他方の端までの長さがそれぞれ異なる複数の前記細線コンタクト部を含む請求項３記載の面発光型半導体発光装置。
【請求項5】
前記第２電極は、前記半導体基板の前記裏面に沿った第１方向に延びる第１細線コンタクト部と、前記半導体基板の前記裏面に沿って、前記第１方向に直交する第２方向に延びる第２細線コンタクト部と、を含む請求項１～４のいずれか１つに記載の面発光型半導体発光装置。
【請求項6】
前記細線コンタクト部は、２つの方向に分岐した部分を含む請求項１～５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7】
前記細線コンタクト部は、直線状に延在する請求項１～６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8】
前記細線コンタクト部は、前記半導体基板の前記裏面に沿って曲線状に延在する部分を含む請求項１～７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9】
前記活性層は、前記半導体基板の前記裏面に沿った方向に延在するリッジ構造を有し、前記第２電極の前記細線コンタクト部は、前記リッジ構造の延在方向に延びる請求項１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、光出力特性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２０１８－９３０２２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、光出力特性を向上させた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導電形の半導体基板と、前記半導体基板上に設けられた前記第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、前記第２半導体層上に設けられた第１電極と、前記半導体基板の前記第１半導体層とは反対側の裏面上に設けられた第２電極と、を備える。前記第２電極は、前記半導体基板の前記裏面に面接触する平面コンタクト部と、前記活性層から放射された光が前記半導体基板から外部に放出される前記裏面中の面発光領域に延在する細線コンタクト部と、を含み、前記細線コンタクト部の前記面発光領域における配置は、非回転対称である。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【図1】第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】第１実施形態に係る面発光型半導体発光装置を模式的に示す斜視図である。
【図3】第１実施形態に係る面発光型半導体発光装置の活性層を示す模式断面図である。
【図4】第１実施形態に係る面発光型半導体発光装置の電極を示す模式平面図である。
【図5】第１実施形態に係る面発光型半導体発光装置の出力特性を示す模式図である。
【図6】第１実施形態の変形例に係る面発光型半導体発光装置の電極を示す模式平面図である。
【図7】第１実施形態の別の変形例に係る面発光型半導体発光装置の電極を示す模式平面図である。
【図8】第１実施形態のさらなる別の変形例に係る面発光型半導体発光装置の電極を示す模式平面図である。
【図9】第２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10】第２実施形態に係る面発光型半導体発光装置を模式的示す斜視図である。
【図11】第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12】第２実施形態に係る面発光型半導体発光装置の出力特性を示す模式図である。
【図13】第２実施形態の変形例に係る面発光型半導体発光装置の出力特性を示す模式図である。
【図14】第２実施形態に係る面発光型半導体発光装置の回折レンズを示す模式図である。
【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】
（第１実施形態）
図１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。半導体発光装置１は、例えば、面発光型ＱＣＬ（Quantum Cascade Laser）である。
図１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。半導体発光装置１は、例えば、面発光型ＱＣＬ（Quantum Cascade Laser）である。
【0010】
図１に示すように、半導体発光装置１は、第１導電形の半導体基板１０と、第１導電形の第１半導体層２０と、活性層３０と、フォトニック結晶層４０と、第１導電形の第２半導体層５０と、第１電極６０と、絶縁膜７０と、第２電極８０と、を備える。
【0011】
半導体基板１０は、例えば、ｎ形ＩｎＰ基板もしくはｎ形ＧａＡｓ基板である。半導体基板１０としてＧａＡｓ基板を用いる場合は、半導体基板１０と第１半導体層２０との間にバッファ層１３が設けられる。バッファ層１３は、例えば、ｎ形ＩｎＧａＡｓ層である。以下、第１導電形をｎ形として説明するが、これに限定される訳ではない。また、ＩｎＧａＡｓは、組成式ＩｎｘＧａ１－ｘＡｓ（０＜ｘ＜１）で表される半導体混晶である。
【0012】
第１半導体層２０は、半導体基板１０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。第１半導体層２０は、例えば、半導体基板１０の第１導電形不純物よりも低濃度の第１導電形不純物を含む。
【0013】
活性層３０は、第１半導体層２０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】
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ＰＣ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、活性層３０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４０は、例えば、ＩｎＧａＡｓを含む。
【0015】
第２半導体層５０は、フォトニック結晶層４０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、半導体基板１０の第１導電形不純物よりも低濃度の第１導電形不純物を含む。
【0016】
第１電極６０は、第２半導体層５０上に設けられる。第１電極６０は、第２半導体層５０に、例えば、オーミック接続される。また、第１電極６０は、活性層３０から放射される光を反射する材料を含む。第１電極６０は、活性層３０から第１電極６０に向かう光を反射し、半導体基板１０に向かう方向に伝播させる。第１電極６０は、例えば、金（Ａｕ）を含む。
【0017】
図１に示すように、半導体発光装置１は、メサ構造の発光領域ＬＥＲを含む。発光領域ＬＥＲは、第１半導体層２０の一部、活性層３０、フォトニック結晶層４０、第２半導体層５０を含む。絶縁膜７０は、メサ構造の側面を覆うように設けられる。絶縁膜７０は、第１電極６０と発光領域ＬＥＲとの間に設けられる。絶縁膜７０は、例えば、シリコン酸化膜である。
【0018】
第１電極６０は、絶縁膜７０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。第１電極６０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ＬＥＲの内部に戻すように設けられる。
【0019】
第２電極８０は、半導体基板１０の活性層３０とは反対側の裏面上に設けられる。第２電極８０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。
【0020】
半導体発光装置１では、第１電極６０と第２電極８０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マイクロメートル（μｍ）である。
【0021】
図２（ａ）および（ｂ）は、第１実施形態に係る半導体発光装置１を模式的に示す斜視図である。図２（ａ）は、半導体発光装置１の表面側を示す斜視図である。図２（ｂ）は、半導体発光装置１の裏面側を示す斜視図である。
【0022】
図２（ａ）に示すように、発光領域ＬＥＲは、半導体基板１０の表面側に設けられる。発光領域ＬＥＲは、例えば、５００μｍの横幅を有する直方体である。第１電極６０は、発光領域ＬＥＲおよびその周りの半導体基板１０の表面を覆うように設けられる。
【0023】
図２（ｂ）に示すように、ＱＣＬ光は、半導体基板１０の裏面から外部に放射される。第２電極８０は、例えば、面コンタクト部８０ｓｃと、細線コンタクト部８０ｆと、を有する。面コンタクト部８０ｓｃは、半導体基板１０の裏面内の面発光領域ＳＥＲを囲むように設けられる。細線コンタクト部８０ｆは、面コンタクト部８０ｓｃから半導体基板１０の裏面に沿って面発光領域ＳＥＲ内に延びる。
【0024】
半導体基板１０はＱＣＬ光を透過するが、光吸収はゼロではない。したがって、半導体基板１０のＺ方向の厚さを薄くすることにより、ＱＣＬ光の出力を向上させることができる。しかしながら、半導体基板１０を薄くすると、例えば、第２電極８０から活性層３０に注入される電流のうちの半導体基板１０の裏面に沿った方向に流れる成分が、半導体基板１０から活性層３０に向かう方向に流れる成分よりも多くなる（図１参照）。このため、活性層３０の外周部に中央よりも多くの電流が注入されるようになる。その結果、活性層３０への電子注入が不均一となり、発光効率が低下する。
【0025】
実施形態に係る半導体発光装置１では、面発光領域ＳＥＲ内に延びる細線コンタクト部８０ｆを設けることにより、活性層３０への電子注入を均一化する。
【0026】
図３は、第１実施形態に係る半導体発光装置１の活性層３０を示す模式断面図である。活性層３０は、例えば、量子井戸層３３および障壁層３５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。また、活性層３０は、電子注入領域３０ａと、発光領域３０ｂと、を含む。電子注入領域３０ａおよび発光領域３０ｂは、Ｚ方向に交互に配置される。量子井戸層３３は、例えば、ＩｎＧａＡｓを含み、障壁層３５は、例えば、ＡｌＩｎＡｓを含む。ここで、ＡｌＩｎＡｓは、組成式ＡｌｙＩｎ１－ｙＡｓ（０＜ｙ＜１）で表される半導体混晶である。
【0027】
なお、図３中には、電子注入領域３０ａおよび発光領域３０ｂの２つのペアが記載されているが、実施形態はこれに限定される訳ではない。活性層３０中に設けられる電子注入領域３０ａおよび発光領域３０ｂのペア数は任意であり、活性層３０は、例えば、１０以上のペアを含んでも良い。
【0028】
【0029】
第２電極８０は、面コンタクト部８０ｓｃと、細線コンタクト部８０ｆｖと、細線コンタクト部８０ｆｈと、を含む。面コンタクト部８０ｓｃは、面発光領域ＳＥＲを囲むように設けられる。細線コンタクト部８０ｆｖおよび８０ｆｈは、それぞれ、面コンタクト部８０ｓｃから面発光領域ＳＥＲに延びる。
【0030】
第２電極８０の外形は、例えば、１辺の長さＬｅが２０００μｍの正方形である。面発光領域ＳＥＲは、例えば、円形であり、その直径Ｄｓｅｒは、例えば、１０００μｍである。細線コンタクト部８０ｆｖおよび８０ｆｈは、例えば、１０～２０μｍの幅を有する。細線コンタクト部８０ｆｖおよび８０ｆｈは、ＱＣＬ光の出力の低下が無視できる程度となるように設けられる。
【0031】
細線コンタクト部８０ｆｖは、細線コンタクト部８０ｆｈに直交する方向に延在する。細線コンタクト部８０ｆｈは、例えば、Ｘ方向に延びる。細線コンタクト部８０ｆｖは、例えば、Ｙ方向に延びる。細線コンタクト部８０ｆｖおよび８０ｆｈの面発光領域ＳＥＲ内における配置は、対称性を有さず、線対称でもなく、点対称でもない。また、細線コンタクト部８０ｆｖおよび８０ｆｈは、非回転対称となるように配置される。
【0032】
細線コンタクト部８０ｆｖおよび８０ｆｈは、それぞれ、面コンタクト部８０ｓｃにつながった一方の端と、面発光領域ＳＥＲ内に位置する他方の端を有する。面発光領域ＳＥＲ内には、複数の細線コンタクト部８０ｆｖおよび複数の細線コンタクト部８０ｆｈが設けられてよい。細線コンタクト部８０ｆｖおよび８０ｆｈは、例えば、一方の端から他方の端までの長さが相互に異なるように設けられる。
【0033】
図５（ａ）～（ｃ）は、第１実施形態に係る半導体発光装置１の出力特性を示す模式図である。図５（ａ）は、第２電極８１と、面発光領域ＳＥＲから放射されるＱＣＬ光のＦＦＰ（Far Field Pattern）を表している。図５（ｂ）および（ｃ）は、第２電極８２および第２電極８０と、それぞれのＦＦＰと、を表している。
【0034】
図５（ａ）に示す例では、第２電極８１は、細線コンタクト部を有しない。第２電極８１によるＦＦＰは同心円状であり、パターンの乱れはない。例えば、細線コンタクト部を設けないことにより、活性層３０への電流注入が不均一になるとしても、このようにＦＦＰに乱れが生じる訳ではないが、光出力は低下する。したがって、細線コンタクト部を設けることにより光出力の低下を抑制ながら、ＦＦＰの乱れも抑制することが望まれる。
【0035】
図５（ｂ）に示す第２電極８２は、２つの細線コンタクト部８２ｆｈおよび２つの細線コンタクト部８２ｆｖを含む。細線コンタクト部８２ｆｈは、Ｘ方向に延在する。細線コンタクト部８２ｆｖは、Ｙ方向に延在する。細線コンタクト部８２ｆｈのＸ方向の長さは、細線コンタクト部８２ｆｖのＹ方向の長さと同じである。２つの細線コンタクト部８２ｆｈは、それぞれの端がＸ方向において向き合うように配置される。また、２つの細線コンタクト部８２ｆｖは、それぞれの端がＹ方向において向き合うように配置される。
【0036】
図５（ｂ）に示すように、細線コンタクト部８２ｆｖおよび８２ｆｈは、９０度の回転対称となるように配置される。これに対応して、第２電極８２によるＦＦＰは、細線コンタクト部８２ｆｖおよび８２ｆｈが設けられた位置に、明確な強度ピークＨＩＰを有する。すなわち、細線コンタクト部８２ｆｖおよび８２ｆｈを設けることにより、ＦＦＰに乱れを生じる。
【0037】
図５（ｃ）に示す第２電極８０では、細線コンタクト部８０ｆｖおよび８０ｆｈは、非回転対称となるように配置される。このため、第２電極８０によるＦＦＰに多少の乱れが生じるとしても、明確な強度ピークＨＩＰは生じない。すなわち、細線コンタクト部８０ｆｈおよび８０ｆｖを非回転対称に配置することにより、ＦＦＰの乱れを抑制することができる。
【0038】
図６は、第１実施形態の変形例に係る半導体発光装置１の第２電極８３を示す模式平面図である。第２電極８３は、９０度の回転対称となるように配置された細線コンタクト部８３ｆｈおよび８３ｆｖに加えて、細線コンタクト部８３ｆｈｅを含む。細線コンタクト部８３ｆｈｅは、例えば、２つの細線コンタクト部８３ｆｈのうちの１つからＹ方向に離間した位置に設けられる。
【0039】
この例では、細線コンタクト部８３ｆｈ、８３ｆｖおよび８３ｆｈｅの配置は、細線コンタクト部８３ｆｈｅの追加により非回転対称となる。これにより、第２電極８３によるＦＦＰの乱れを抑制することができる。
【0040】
図７（ａ）および（ｂ）は、第１実施形態の別の変形例に係る半導体発光装置１の第２電極８４および第２電極８５を示す模式平面図である。
【0041】
図７（ａ）に示すように、第２電極８４は、面コンタクト部８４ｓｃ、細線コンタクト部８４ｆｈ、８４ｆｖおよび８４ｆｓを含む。細線コンタクト部８４ｆｈ、８４ｆｖおよび８４ｆｓは、非回転対称に配置され、面コンタクト部８４ｓｃにつながるように設けられる。
【0042】
細線コンタクト部８４ｆｈは、Ｘ方向に延在する。細線コンタクト部８４ｆｖは、Ｙ方向に延在する。細線コンタクト部８４ｆｓは、Ｘ方向およびＹ方向と交差する方向に延在する。細線コンタクト部８４ｆｈ、８４ｆｖおよび８４ｆｓは、例えば、相互に異なる長さを有する。
【0043】
図７（ｂ）に示す例では、第２電極８５は、面コンタクト部８５ｓｃ、細線コンタクト部８５ｆｈ、８５ｆｖおよび８５ｆｓを含む。細線コンタクト部８５ｆｈ、８５ｆｖおよび８５ｆｓは、非回転対称に配置され、面コンタクト部８５ｓｃにつながるように設けられる。
【0044】
細線コンタクト部８５ｆｈは、Ｘ方向に延在する。細線コンタクト部８５ｆｖは、Ｙ方向に延在する。細線コンタクト部８５ｆｓは、Ｘ方向およびＹ方向と交差する方向に延在する。さらに、１つの細線コンタクト部８５ｆｓは、分岐部８５ｆｂを含む。このように、各細線コンタクト部は、分岐した部分を含んでも良い。
【0045】
図８（ａ）～（ｃ）は、第１実施形態のさらなる別の変形例に係る半導体発光装置１の第２電極８６～８８を示す模式平面図である。
【0046】
図８（ａ）に示す例では、第２電極８６は、面コンタクト部８６ｓｃ、細線コンタクト部８６ｆｈ、８６ｆｖ、８６ｆｓおよび８６ｆｃを含む。細線コンタクト部８６ｆｈ、８６ｆｖ、８６ｆｓおよび８６ｆｃは、非回転対称に配置され、面コンタクト部８６ｓｃにつながるように設けられる。
【0047】
細線コンタクト部８６ｆｈは、Ｘ方向に延在する。細線コンタクト部８６ｆｖは、Ｙ方向に延在する。細線コンタクト部８６ｆｓは、Ｘ方向およびＹ方向と交差する方向に延在する。細線コンタクト部８６ｆｓは、分岐部８６ｆｂを含む。細線コンタクト部８６ｆｃは、半導体基板１０の裏面に沿った曲線形状を有する。このように、各細線コンタクト部の形状は、直線に限定される訳ではなく、曲線を含んでも良い。
【0048】
図８（ｂ）に示す例では、第２電極８７は、面コンタクト部８７ｓｃ、細線コンタクト部８７ｆｈ、８７ｆｖ、８７ｆｓおよび８７ｆｃを含む。細線コンタクト部８７ｆｈ、８７ｆｖ、８７ｆｓおよび８７ｆｃは、非回転対称に配置され、面コンタクト部８７ｓｃに電気的につながるように設けられる。
【0049】
図８（ｂ）に示すように、細線コンタクト部８７ｆｃは、細線コンタクト部８７ｆｈおよび細線コンタクト部８７ｆｖと組み合わされる。細線コンタクト部８７ｆｈは、面コンタクト部８７ｓｃからＸ方向に延在する。細線コンタクト部８７ｆｈの一方の端は、面コンタクト部８７ｓｃにつながる。一方、細線コンタクト部８７ｆｈの他方の端は、細線コンタクト部８７ｆｃにつながる。また、細線コンタクト部８７ｆｖは、細線コンタクト部８７ｆｃから分岐し、Ｙ方向に延在する。細線コンタクト部８７ｆｓは、Ｘ方向およびＹ方向と交差する方向に延在する。このように、各細線コンタクト部は、直線と曲線を組み合わせた形状を有するように設けられてもよい。
【0050】
図８（ｃ）に示す例では、第２電極８８は、面コンタクト部８８ｓｃおよび細線コンタクト部８８ｆｃを含む。細線コンタクト部８８ｆｃは、面コンタクト部８８ｓｃにつながるように設けられ、例えば、半導体基板１０の裏面に沿った渦巻形状を有する。細線コンタクト部８８ｆｃは、例えば、異なる曲率を有する複数の曲線を組み合わせた形状を有する。細線コンタクト部８８ｆｃは、面発光領域ＳＥＲにおいて、非回転対称に設けられる。
【0051】
このように、面発光型半導体発光装置１の第２電極８０、８２～８８は、面発光領域ＳＥＲに設けられた少なくとも１つの細線コンタクト部を有する。これにより、活性層３０における電子注入の均一性を向上させることができる。さらに、面発光領域ＳＥＲにおける細線コンタクト部の配置を非回転対称とすることにより、ＱＣＬ光のＦＦＰの乱れを抑制することができる。
【0052】
なお、ここに示した細線コンタクト部は、各実施例に特有なものではなく、相互に組み合わせて実施することも可能である。
【0053】
（第２実施形態）
図９（ａ）および（ｂ）は、第２実施形態に係る面発光型半導体発光装置２を示す模式断面図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）中に示すＡ－Ａ線に沿った断面図である。半導体発光装置２は、例えば、リッジ導波路型のＱＣＬである。
図９（ａ）および（ｂ）は、第２実施形態に係る面発光型半導体発光装置２を示す模式断面図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）中に示すＡ－Ａ線に沿った断面図である。半導体発光装置２は、例えば、リッジ導波路型のＱＣＬである。
【0054】
図９（ａ）に示すように、半導体発光装置２は、第１導電形の半導体基板１１０と、第１導電形の第１半導体層１２０と、活性層１３０と、フォトニック結晶層１４０と、第１導電形の第２半導体層１５０と、第１電極１６０と、反射層１６５と、第２電極１８０と、を備える。
【0055】
半導体基板１１０は、例えば、ｎ形ＩｎＰ基板である。第１半導体層１２０は、半導体基板１１０上に設けられる。第１半導体層１２０は、例えば、ｎ形ＩｎＰ層である。第１半導体層１２０は、半導体基板１１０の第１導電形不純物の濃度よりも低濃度の第１導電形不純物を含む。
【0056】
活性層１３０は、第１半導体層１２０上に設けられる。活性層１３０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（図３参照）。活性層１３０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。
【0057】
第２半導体層１５０は、活性層１３０上に設けられる。第２半導体層１５０は、例えば、ｎ形ＩｎＰ層である。第２半導体層１５０は、半導体基板１１０の第１導電形不純物の濃度よりも低濃度の第１導電形不純物を含む。
【0058】
フォトニック結晶層１４０は、半導体発光装置２の出力端ＬＯＥにおいて、活性層１３０と第２半導体層１５０との間に設けられる。フォトニック結晶層１４０は、特定の周期構造（図１０参照）を有し、活性層１３０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１４０は、例えば、ＩｎＧａＡｓを含む。
【0059】
第１電極１６０は、第２半導体層１５０上に設けられる。第１電極１６０は、第２半導体層１５０に、例えば、オーミック接続される。第１電極１６０は、例えば、金（Ａｕ）を含む金属層である。
【0060】
反射層１６５は、半導体発光装置２の出力端ＬＯＥにおいて、第２半導体層１５０上に設けられる。反射層１６５は、フォトニック結晶層１４０を覆うように設けられる。反射層１６５は、第２半導体層１５０上において、第１電極１６０から離間して設けられる。反射層１６５は、例えば、金（Ａｕ）を含む金属層である。
【0061】
第２電極１８０は、半導体基板１１０の活性層１３０とは反外側の裏面上に設けられる。半導体基板１１０は、活性層１３０と第２電極１８０との間に位置する。第２電極１８０は、例えば、金（Ａｕ）およびチタニウム（Ｔｉ）を含む金属層である。第２電極１８０は、半導体基板１１０に、例えば、オーミック接続される。
【0062】
半導体発光装置２は、半導体基板１１０の裏面内に面発光領域ＳＥＲを有する。面発光領域ＳＥＲは、出力端ＬＯＥに設けられ、反射層１６５に対向する。フォトニック結晶層１４０は、反射層１６５と面発光領域ＳＥＲとの間に位置する。
【0063】
半導体発光装置２は、例えば、リッジ導波路領域ＲＷＲと、出力端ＬＯＥと、を含む。リッジ導波路領域ＲＷＲは、半導体基板１１０、第１半導体層１２０、活性層１３０および第２半導体層１５０を含む積層構造を有する。出力端ＬＯＥは、Ｘ方向において、リッジ導波路領域ＲＷＲに並び、半導体基板１１０、第１半導体層１２０、活性層１３０、フォトニック結晶層１４０および第２半導体層１５０を含む積層構造を有する。
【0064】
図９（ｂ）に示すように、半導体発光装置２は、第１半導体層１２０上に設けられたリッジ導波路構造を有する。リッジ導波路ＲＷは、第１半導体層１２０の一部と、活性層１３０と、第２半導体層１５０と、を含む。リッジ導波路ＲＷは、第１半導体層１２０上において、Ｘ方向に延びる。
【0065】
第１電極１６０は、リッジ導波路ＲＷおよび第１半導体層１２０の表面を覆うように設けられる。第１電極１６０は、リッジ導波路ＲＷの上面において、第２半導体層１５０に電気的に接続される。
【0066】
半導体発光装置２は、絶縁膜１７０をさらに備える。絶縁膜１７０は、リッジ導波路ＲＷの側面および第１半導体層１２０の表面を覆うように設けられる。絶縁膜１７０は、第１電極１６０とリッジ導波路ＲＷとの間に設けられ、第１半導体層１２０および活性層１３０を第１電極１６０から電気的に絶縁する。絶縁膜１７０は、例えば、シリコン酸化膜である。
【0067】
図１０は、第２実施形態に係る半導体発光装置２の出力端ＬＯＥを模式的示す斜視図である。
【0068】
図１０に示すように、半導体発光装置２は、面発光領域ＳＥＲに設けられた複数の細線コンタクト部１８０ｆをさらに含む。細線コンタクト部１８０ｆは、それぞれ、リッジ導波路ＲＷの延在方向と同じ方向、例えば、Ｘ方向に延びる。また、複数の細線コンタクト部１８０ｆは、面発光領域ＳＥＲ（すなわち、半導体基板１１０の裏面）に沿って、Ｙ方向に並ぶ。細線コンタクト部１８０ｆは、例えば、第２電極１８０と同じ材料を含む。
【0069】
半導体発光装置２では、ＱＣＬ光は、リッジ導波路ＲＷに沿って、その延在方向に伝播し、出力端ＬＯＥに入る。出力端ＬＯＥでは、フォトニック結晶層１４０によりＱＣＬ光の伝播方向が変えられる。
【0070】
フォトニック結晶層１４０は、周期構造の屈折率差により２次元回折格子として機能し、ＱＣＬ光の射出角度を制御する。フォトニック結晶層１４０は、ＱＣＬ光が活性層１３０と第１半導体層１２０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、活性層１３０と第１半導体層１２０との境界に対するＱＣＬ光の伝播方向の角度が８１°以上９９°以下であることを意味する。
【0071】
フォトニック結晶層１４０において伝播方向が変えられ、活性層１３０から半導体基板１１０の裏面に向かう方向に伝播するＱＣＬ光は、面発光領域ＳＥＲから外部に放出される。一方、活性層１３０から反射層１６５に向かう方向に伝播するＱＣＬ光は、反射層１６５において反射され、半導体基板１１０の裏面に向かう方向に伝播する。その結果、リッジ導波路領域ＲＷＲから出力端ＬＯＥに入射したＱＣＬ光は、面発光領域ＳＥＲから外部に放出される。
【0072】
さらに、面発光領域ＳＥＲに設けられた複数の細線コンタクト部１８０ｆは、１次元の回折レンズとして機能し、面発光領域ＳＥＲから放出されるＱＣＬ光の伝播方向を制御する。
【0073】
図１１（ａ）～（ｃ）は、第２実施形態に係る半導体発光装置２を示す模式平面図である。図１１（ａ）は、半導体発光装置２の上面を示す平面図である。図１１（ｂ）および（ｃ）は、半導体基板１１０の裏面を示す平面図である。
【0074】
図１１（ａ）に示すように、第１電極１６０は、リッジ導波路領域ＲＷＲに設けられ、リッジ導波路ＲＷを覆う。反射層１６５は、第１電極１６０から離間して、出力端ＬＯＥに設けられる。第１電極１６０および反射層１６５は、リッジ導波路ＲＷの延在方向、例えば、Ｘ方向に並ぶ。
【0075】
図１１（ｂ）に示すように、第２電極１８０は、リッジ導波路領域ＲＷＲにおいて、半導体基板１１０の裏面上に設けられる。細線コンタクト部１８０ｆは、例えば、第２電極１８０から面発光領域ＳＥＲへ延出するように設けられる。細線コンタクト部１８０ｆの一方の端は、第２電極１８０につながり、他方の端は、面発光領域ＳＥＲ内に位置する。
【0076】
図１１（ｃ）に示すように、細線コンタクト部１８０ｆは、第２電極１８０から離間して、面発光領域ＳＥＲ内に設けられても良い。
【0077】
図１２（ａ）および（ｂ）は、第２実施形態に係る半導体発光装置２の出力特性を示す模式図である。図１２（ａ）は、細線コンタクト部１８０ｆの配置を表す平面図である。図１２（ｂ）は、ＱＣＬ光の伝播経路を表す断面図である。
【0078】
図１２（ａ）に示すように、複数の細線コンタクト部１８０ｆは、Ｙ方向において隣り合う細線コンタクト部１８０ｆの間隔が配置の中央からＹ方向および－Ｙ方向にそれぞれ狭くなるように設けられる。
【0079】
図１２（ｂ）に示すように、フォトニック結晶層１４０により伝播方向を変えられたＱＣＬ光は、面発光領域ＳＥＲに向かって伝播し、細線コンタクト部１８０ｆの間を通過する。ＱＣＬ光は、細線コンタクト部１８０ｆにより回折され、例えば、面発光領域ＳＥＲ（すなわち、半導体基板１１０の裏面）から－Ｚ方向に離れた位置ｆｃに集光される。
【0080】
図１３（ａ）および（ｂ）は、第２実施形態の変形例に係る半導体発光装置２の出力特性を示す模式図である。図１３（ａ）は、細線コンタクト部１８０ｆの配置を表す平面図である。図１３（ｂ）は、ＱＣＬ光の伝播経路を表す断面図である。
【0081】
図１３（ａ）に示すように、複数の細線コンタクト部１８０ｆは、Ｙ方向において隣り合う細線コンタクト部１８０ｆの間隔が配置の中央からＹ方向および－Ｙ方向にそれぞれ狭くなるように設けられる。この例では、隣り合う細線コンタクト部１８０ｆの間隔が、図１２（ａ）に示す配置よりも広くなるように設けられる。
【0082】
図１３（ｂ）に示すように、ＱＣＬ光は、面発光領域ＳＥＲに向かって伝播し、細線コンタクト部１８０ｆの間を通過する。細線コンタクト部１８０ｆにより回折されたＱＣＬ光は、平行光となって外部に放出される。
【0083】
図１４は、第２実施形態に係る半導体発光装置２の回折レンズを表す模式図である。例えば、物点から回折レンズ（細線コンタクト部１８０ｆ）を経て像点まで達する光路長のそれぞれが、互いに、波長の整数倍だけ異なる場合、光は像点に集光される。また、光路長のそれぞれが互いに一致している場合も、光は像点に集光される。
【0084】
例えば、物点が細線コンタクト部１８０ｆからＺ方向に無限遠方にあるとすれば、細線コンタクト部１８０ｆに入射する光は平行光となり、波面は、細線コンタクト部１８０ｆの並びの方向（Ｙ方向）に平行となる。この時、細線コンタクト部１８０ｆのＹ方向における配列の中心から各細線コンタクト部１８０ｆの外縁までの距離がｎｆλの平方根に等しい時、光は像点に集光される。ここで、「ｎ」は整数であり、「ｆ」は細線コンタクト部１８０ｆの配列の中心から像点までの距離である。「λ」は光の波長である。各細線の線幅は、近隣の細線とぶつからないよう設定される。線幅を調整することにより、集光効率を最適化できる。
【0085】
上記の例では、細線コンタクト部１８０ｆの配列が線対称である場合について説明しているが、実施形態は、これに限定される訳ではない。例えば、細線コンタクト部１８０ｆは、非回転対称となるように配置されても良い。
【0086】
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】
【0087】
１、２…面発光型半導体発光装置、 １０、１１０…半導体基板、 １３…バッファ層、 ２０、１２０…第１半導体層、 ３０、１３０…活性層、 ３０ａ…電子注入領域、 ３０ｂ…発光領域、 ３３…量子井戸層、 ３５…障壁層、 ４０、１４０…フォトニック結晶層、 ５０、１５０…第２半導体層、 ６０、１６０…第１電極、 ７０、１７０…絶縁膜、 ８０～８８、１８０…第２電極、 ８０ｓｃ、８４ｓｃ、８５ｓｃ、８６ｓｃ、８７ｓｃ、８８ｓｃ…面コンタクト部、 ８０ｆ、８０ｆｈ、８０ｆｖ、８２ｆｈ、８２ｆｖ、８３ｆｈ、８３ｆｈｅ、８４ｆｈ、８４ｆｓ、８４ｆｖ、８５ｆｈ、８５ｆｓ、８５ｆｖ、８６ｆｃ、８６ｆｈ、８６ｆｓ、８６ｆｖ、８７ｆｃ、８７ｆｈ、８７ｆｓ、８７ｆｖ、８８ｆｃ、１８０ｆ…細線コンタクト部、 ８５ｆｂ、８６ｆｂ…分岐部、 １６５…反射層、 ＨＩＰ…強度ピーク、 ＬＥＲ…発光領域、 ＬＯＥ…出力端、 ＰＣ…周期構造、 ＲＷ…リッジ導波路、 ＲＷＲ…リッジ導波路領域、 ＳＥＲ…面発光領域
【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】