(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-02-16
(54)【発明の名称】垂直共振器型面発光レーザ
(51)【国際特許分類】
H01S 5/183 20060101AFI20220208BHJP
H01S 5/42 20060101ALI20220208BHJP
【ＦＩ】
H01S5/183
H01S5/42
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021536704
(86)(22)【出願日】2019-12-20
(85)【翻訳文提出日】2021-06-29
(86)【国際出願番号】 KR2019018212
(87)【国際公開番号】W WO2020138864
(87)【国際公開日】2020-07-02
(31)【優先権主張番号】62/784,616
(32)【優先日】2018-12-24
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】16/720,634
(32)【優先日】2019-12-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】506029004
【氏名又は名称】ソウル バイオシス カンパニー リミテッド
【氏名又は名称原語表記】ＳＥＯＵＬ ＶＩＯＳＹＳ ＣＯ．，ＬＴＤ．
【住所又は居所原語表記】６５－１６，Ｓａｎｄａｎ－ｒｏ １６３ Ｂｅｏｎ－ｇｉｌ，Ｄａｎｗｏｎ－ｇｕ，Ａｎｓａｎ－ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
(74)【代理人】
【識別番号】110000408
【氏名又は名称】特許業務法人高橋・林アンドパートナーズ
(72)【発明者】
【氏名】イ，キ ファン
(72)【発明者】
【氏名】ロ，ジョン レ
(72)【発明者】
【氏名】ヨ，ビョン ス
(72)【発明者】
【氏名】ジョン，ユン サン
(72)【発明者】
【氏名】チェ，ゴン ヒ
【テーマコード（参考）】
5F173
【Ｆターム（参考）】
5F173AC03
5F173AC13
5F173AC35
5F173AC42
5F173AC52
5F173AD04
5F173AH03
5F173AP54
5F173AR61
5F173AR82
(57)【要約】
本開示の一実施形態に係る垂直共振器型面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）は、下部ミラー、上部ミラー、下部ミラーと上部ミラーとの間に介在する活性層、上部ミラーと活性層との間に介在され、酸化物層と該酸化物層に囲まれたウィンドウ層とを有する開口形成層、および上部ミラーと開口形成層とを貫通する複数の酸化物ホール、を備え、上部ミラーは、イオン注入により形成された絶縁領域と、該絶縁領域に囲まれた孤立領域と、を有し、複数の酸化物ホールは、孤立領域に配置されていることを特徴とする。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
下部ミラー、上部ミラー、
前記下部ミラーと前記上部ミラーの間に介在された活性層、
前記上部ミラーと前記活性層との間に介在され、酸化層と前記酸化層に囲まれたウィンドウ層とを有する開口形成層、及び
前記上部ミラーと前記開口形成層とを貫通する複数の酸化ホール、
を含み、
前記上部ミラーは、イオン注入によって形成された絶縁領域と前記絶縁領域に囲まれた孤立領域を含み、
前記複数の酸化ホールは、前記孤立領域内に配置された垂直共振型面発光レーザ。
【請求項2】
前記イオン注入によって形成された絶縁領域は、前記上部ミラーから前記下部ミラーの一部の厚さに達するように形成される、請求項１に記載の垂直共振型面発光レーザ。
【請求項3】
前記上部ミラー上に配置されたオーミックコンタクト層をさらに含み、前記オーミックコンタクト層は、円形リング状の円形部分と、前記円形部分の外側に突出した突出部を含む、請求項１に記載の垂直共振型面発光レーザ。
【請求項4】
前記円形リング状の部分は、切開された部分リング形状である、請求項３に記載の垂直共振型面発光レーザ。
【請求項5】
前記酸化ホールは、前記突出部の間に配置された、請求項４に記載の垂直共振型面発光レーザ。
【請求項6】
前記酸化ホールは、それぞれ、上記突出部よりも小さい幅を有する、請求項５に記載の垂直共振型面発光レーザ。
【請求項7】
前記オーミックコンタクト層と前記上部ミラーとを覆う表面保護層及び前記表面保護層上に配置された上部絶縁層をさらに含み、前記酸化ホールは、前記表面保護層を貫通し、
前記上部絶縁層は、前記酸化ホールを覆う、請求項４に記載の垂直共振型面発光レーザ。
【請求項8】
前記上部絶縁層と前記表面保護層とを貫通して前記オーミックコンタクト層を露出させる複数のビアホールをさらに含み、前記ビアホールは、前記突出部に対応して配置された、請求項７に記載の垂直共振型面発光レーザ。
【請求項9】
前記上部絶縁層上に配置されたパッドとの接続部をさらに含み、前記パッドは、前記絶縁領域の上部に配置され、
前記接続部は、前記パッドから延長して前記ビアホールを介して前記オーミックコンタクト層に電気的に接続する、請求項８に記載の垂直共振型面発光レーザ。
【請求項10】
前記酸化ホールは、円形または四角形の形状を有する、請求項１に記載の垂直共振型面発光レーザ。
【請求項11】
エミッタアレイを有する垂直共振型面発光レーザであって、下部ミラー、
上部ミラー、
前記下部ミラーと前記上部ミラーとの間に介在された活性層、
前記上部ミラーと前記活性層との間に介在され、酸化層と前記酸化層に囲まれたウィンドウ層とを有する開口形成層、
前記上部ミラーと前記開口形成層を貫通する複数の酸化ホールと、
を含み、
前記上部ミラーは、イオン注入によって形成された絶縁領域と前記絶縁領域に囲まれた孤立領域を含み、
前記エミッタアレイは、前記孤立領域内に配置され、
前記複数の酸化ホールは、各エミッタに対応して前記孤立領域内に配置される、垂直共振型面発光レーザ。
【請求項12】
前記イオン注入によって形成された絶縁領域は、前記上部ミラーから前記下部ミラーの一部の厚さに達するように形成される、請求項１１に記載の垂直共振型面発光レーザ。
【請求項13】
各エミッタに対応して前記上部ミラーの上に配置されたオーミックコンタクト層をさらに含み、それぞれのオーミックコンタクト層は、円形リング状の円形部分と、前記円形部分の外側に突出した突出部を含み、
前記酸化ホールは、上記突出部の間に配置された、請求項１１に記載の垂直共振型面発光レーザ。
【請求項14】
前記円形リング状の部分は、切開された部分リング形状である、請求項１３に記載の垂直共振型面発光レーザ。
【請求項15】
前記酸化ホールは、それぞれ、前記突出部よりも小さい幅を有する、請求項１３に記載の垂直共振型面発光レーザ。
【請求項16】
前記オーミックコンタクト層と前記上部ミラーとを覆う表面保護層及び前記表面保護層上に配置された上部絶縁層をさらに含み、前記酸化ホールは、前記表面保護層を貫通し、
前記上部絶縁層は、前記酸化ホールを覆う、請求項１３に記載の垂直共振型面発光レーザ。
【請求項17】
前記上部絶縁層と前記表面保護層を貫通して前記オーミックコンタクト層を露出させる複数のビアホールをさらに含み、前記ビアホールは、前記突出部に対応して配置された、請求項１６に記載の垂直共振型面発光レーザ。
【請求項18】
前記上部絶縁層上に配置されたパッドとの接続部をさらに含み、前記パッドは、前記絶縁領域の上部に配置され、
前記接続部は、前記パッドから延長して前記ビアホールを介して前記オーミックコンタクト層に電気的に接続する、請求項１７に記載の垂直共振型面発光レーザ。
【請求項19】
前記接続部は、各エミッタに対応する円形の開口部を含むメッシュ形状を有する、請求項１８に記載の垂直共振型面発光レーザ。
【請求項20】
前記酸化ホールは、円形または四角形の形状を有する、請求項１１に記載の垂直共振型面発光レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、信頼性の高い垂直共振器型面発光レーザに関するものである。
【背景技術】
【0002】
垂直共振器型面発光レーザ（ｖｅｒｔｉｃａｌ－ｃａｖｉｔｙ ｓｕｒｆａｃｅ－ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｌａｓｅｒ； ＶＣＳＥＬ）は、基板面から垂直方向にレーザビームを放出するレーザである。
【0003】
典型的なＶＣＳＥＬは、ミラーの間に配置された活性層を含む。ミラーを介して注入された電子と正孔が活性層からの光を生成し、ミラーによる共振によってレーザが生成されて放出される。
【0004】
ＶＣＳＥＬに垂直に流れる電流は、小さな領域に限定する必要がある。そのため、従来のＶＣＳＥＬの製造には、エッチングや酸化を利用する方法が用いられてきた。たとえば、ミラー層と活性層をエッチングして、リング状のトレンチを形成し、アイソレーションポスト（ｉｓｏｌａｔｅｄ ｐｏｓｔｓ）を形成し、トレンチを利用して酸化層を形成することにより、小さい領域の開口（ａｐｅｒｔｕｒｅ）に電流を集中させることができる。
【0005】
しかし、この場合、リング状のトレンチを形成するために広い範囲をエッチングしなければならない負担が伴う。また、パッド電極を形成する際に、パッドとエミッタを接続する接続部がトレンチを通ため、電気的な断線が発生する危険性があり、これにより、プロセスの歩留まりが低下する。また、エミッタの周りに大きな面積のトレンチが形成されるため、表面欠陥によってエミッタの信頼性にも悪影響を与える。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本開示の実施形態は、信頼性の高いＶＣＳＥＬを提供する。
【0007】
特に、本開示の実施形態は、トレンチによる電気的な断線の発生を防止することができるＶＣＳＥＬを提供する。
【0008】
さらに、本開示の実施形態は、欠陥によってエミッタの性能が低下することを防止することができるＶＣＳＥＬを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本開示の一実施形態に係る垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）は、下部ミラー、上部ミラー、前記下部ミラーと上部ミラーとの間に介在された活性層、前記上部ミラーと前記活性層との間に介在され、酸化層と前記酸化層に囲まれたウィンドウ層とを有する開口形成層、前記上部ミラーと開口形成層とを貫通する複数の酸化ホールを含み、前記上部ミラーは、イオン注入によって形成された絶縁領域と前記絶縁領域に囲まれた孤立領域とを含み、前記複数の酸化ホールは、前記孤立領域内に配置される。
【0010】
本開示の別の実施形態によると、エミッタアレイを有する垂直共振型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）が提供される。上記ＶＣＳＥＬは下部ミラー、上部ミラー、前記下部ミラーと上部ミラーとの間に介在された活性層、前記上部ミラーと前記活性層との間に介在され、酸化層と前記酸化層に囲まれたウィンドウ層とを有する開口形成層、前記上部ミラーと開口形成層とを貫通する複数の酸化ホールを含み、前記上部ミラーは、イオン注入によって形成された絶縁領域と前記絶縁領域に囲まれた孤立領域とを含み、前記エミッタアレイは、前記孤立領域内に配置され、前記複数の酸化ホールは、各エミッタに対応して前記孤立領域内に配置される。
【発明の効果】
【0011】
本開示の実施形態によると、イオン注入によって絶縁領域を形成することにより、電気的な断線が発生することを防止することができ、また、酸化ホールを孤立領域内に配置することで、イオン注入によって形成された欠陥がエミッタ内の移動することを防止でき、信頼性の高いＶＣＳＥＬを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本開示の一実施形態に係るＶＣＳＥＬの概略的な平面図である。
【図3a】本開示の一実施形態に係るＶＣＳＥＬを製造する方法を説明するための概略的な平面図である。
【図3b】本開示の一実施形態に係るＶＣＳＥＬを製造する方法を説明するための概略的な断面図である。
【図4a】本開示の一実施形態に係るＶＣＳＥＬを製造する方法を説明するための概略的な平面図である。
【図4b】本開示の一実施形態に係るＶＣＳＥＬを製造する方法を説明するための概略的な断面図である。
【図5a】本開示の一実施形態に係るＶＣＳＥＬを製造する方法を説明するための概略的な平面図である。
【図5b】本開示の一実施形態に係るＶＣＳＥＬを製造する方法を説明するための概略的な断面図である。
【図6a】本開示の一実施形態に係るＶＣＳＥＬを製造する方法を説明するための概略的な平面図である。
【図6b】本開示の一実施形態に係るＶＣＳＥＬを製造する方法を説明するための概略的な断面図である。
【図7】本開示の別の実施形態に係るＶＣＳＥＬの概略的な平面図である。
【図9a】本開示の一実施形態に係る酸化層を形成するための酸化ホールを説明するための概略的な平面図である。
【図9b】酸化層を形成するための酸化ホールの多様な変形例を説明するための概略的な平面図である。
【図9c】酸化層を形成するための酸化ホールの多様な変形例を説明するための概略的な平面図である。
【図9d】酸化層を形成するための酸化ホールの多様な変形例を説明するための概略的な平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、添付した図面を参照して、本開示の実施形態を詳細に説明する。以下に紹介される実施形態は、本開示が属する技術分野の当業者に本開示の思想が十分に伝達えるために、例示として提供されるものである。したがって、本開示は、以下説明される実施形態に限定されるものではなく、他の形態で具現化されることもできる。図面において、構成要素の幅、長さ、厚さなどは、便宜のために誇張されて表すことがある。また、１つの構成要素が他の構成要素の「上部に」または「上に」あると記載されている場合、他の構成要素の「直上」または「すぐ上に」ある場合だけでなく、各構成要素と他の構成要素との間に別の構成要素が介在されている場合も含む。明細書全体にわたって同じ参照番号は同じ構成要素を示す。
【0014】
本開示の一実施形態に係る垂直共振型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）は、下部ミラー、上部ミラー、下部ミラーと上部ミラーとの間に介在された活性層、上部ミラーと活性層との間に介在され、酸化層と該酸化層に囲まれたウィンドウ層を有する開口形成層、上部ミラーと開口形成層を貫通する複数の酸化ホールを含み、上部ミラーは、イオン注入によって形成された絶縁領域と該絶縁領域に囲まれた孤立領域を含み、複数の酸化ホールは、該孤立領域内に配置される。
【0015】
酸化ホールを孤立領域内に配置することで、イオン注入によって形成された欠陥がウィンドウ層の近くに移動することを防止でき、信頼性の高いＶＣＳＥＬを提供することができる。
【0016】
上記イオン注入によって形成された絶縁領域は、上部ミラーから下部ミラーの一部の厚さに達するように形成されてもよい。
【0017】
一方、ＶＣＳＥＬは、上部ミラー上に配置されたオーミックコンタクト層をさらに含んでもよく、オーミックコンタクト層は、円形リング状の円形部分と、該円形部分の外側に突出した突出部を含んでもよい。
【0018】
円形リング状の部分は、部分的に切開されたリング状であってもよい。
【0019】
一方、酸化ホールは、上記突出部の間に配置されてもよい。オーミックコンタクト層が突出部を含み、酸化ホールを突出部の間に配置することで、酸化ホールをより狭い間隔で配置することができ、エミッタのサイズを小さくすることができる。
【0020】
酸化ホールは、それぞれ、突出部よりも小さい幅を有してもよい。酸化ホールを比較的小さく形成することにより、酸化層の形成後、酸化ホールを介して水分の浸透を抑制することができる。
【0021】
一方、ＶＣＳＥＬは、オーミックコンタクト層と上部ミラーとを覆う表面保護層及び該表面保護層上に配置された上部絶縁層をさらに含んでもよい。さらに、酸化ホールは、表面保護層を貫通しており、上部絶縁層は、酸化ホールを覆ってもよい。
【0022】
また、ＶＣＳＥＬは、上部絶縁層と表面保護層を貫通してオーミックコンタクト層を露出させる複数のビアホールをさらに含んでもよく、該ビアホールは、突出部に対応して配置されてもよい。
【0023】
ＶＣＳＥＬは、上部絶縁層の上に配置されたパッドとの接続部をさらに含んでもよく、パッドは、絶縁領域の上部に配置され、接続部は、パッドから延長してビアホールを介してオーミックコンタクト層に電気的に接続してもよい。
【0024】
酸化ホールは、円形または四角形の形状を有してもよいが、これに限定されるものではない。酸化ホールの形状や数は、必要に応じて変更されてもよい。
【0025】
本開示の別の実施形態によると、エミッタアレイを有する垂直共振型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）が提供される。ＶＣＳＥＬは、下部ミラー、上部ミラー、下部ミラーと上部ミラーとの間に介在された活性層、上部ミラーと活性層との間に介在され、酸化層と該酸化層に囲まれたウィンドウ層を有する開口形成層、上部ミラーと開口形成層とを貫通する複数の酸化ホールを含み、上部ミラーは、イオン注入によって形成された絶縁領域と該絶縁領域に囲まれた孤立領域とを含み、エミッタアレイは、孤立領域内に配置され、複数の酸化ホールは、各エミッタに対応して該孤立領域内に配置される。
【0026】
上記イオン注入によって形成された絶縁領域は、上部ミラーから下部ミラーの一部の厚さに達するように形成されてもよい。
【0027】
ＶＣＳＥＬは、各エミッタに対応して上部ミラーの上に配置されたオーミックコンタクト層をさらに含んでもよく、各オーミックコンタクト層は、円形リング状の円形部分と、該円形部分の外側に突出した突出部を含み、酸化ホールは、該突出部の間に配置されてもよい。円形リング状は、部分的に切開された部分リング状であってもよい。さらに、酸化ホールは、それぞれ、突出部よりも小さい幅を有してもよい。
【0028】
ＶＣＳＥＬは、オーミックコンタクト層と上部ミラーとを覆う表面保護層及び該表面保護層上に配置され、酸化ホールを覆う上部絶縁層をさらに含んでもよく、酸化ホールは、表面保護層を貫通してもよい。
【0029】
さらに、ＶＣＳＥＬは、上部絶縁層と表面保護層とを貫通して、オーミックコンタクト層を露出させる複数のビアホールをさらに含んでもよく、該ビアホールは、突出部に対応して配置されてもよい。
【0030】
また、ＶＣＳＥＬは、上部絶縁層上に配置されたパッドとの接続部をさらに含んでもよく、パッドは、絶縁領域の上部に配置され、接続部は、パッドから延長されビアホールを介してオーミックコンタクト層に電気的に接続してもよい。
【0031】
さらに、接続部は、各エミッタに対応する円形の開口部を含むメッシュ形状を有してもよい。
【0032】
酸化ホールは、円形または四角形の形状を有してもよいが、これに限定されるものではない。
【0033】
以下、図面を参照して、本開示の様々な実施形態について詳細に説明する。
【0034】
【0035】
基板２１は、導電性基板であってもよく、例えば、ｎ型ＧａＡｓのような半導体基板であってもよい。基板２１はまた、その上に配置された半導体層を成長させるための成長基板であってもよく、成長される半導体層に応じて選択することができる。
【0036】
バッファ層２３は、半導体層の成長を助けるために形成されてもよいが、省略されることもできる。基板２３がＧａＡｓ基板である場合には、バッファ層２３は、例えばＧａＡｓ層でできている。
【0037】
下部ミラー２５は、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）構造を有し、ｎ型半導体層を含んでもよい。下部ミラー２５は、例えば、屈折率が異なる半導体層を繰り返し積層して形成されてもよい。例えば、下部ミラー２５は、Ａｌ含有量が相対的に低いＡｌＧａＡｓ層とＡｌの含有量が相対的に高いＡｌＧａＡｓ層を交互に積層して形成されてもよい。特に、下部ミラー２５は、Ａｌ含有量が１５％であるＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層とＡｌ含有量が８５％のＡｌ０．８５Ｇａ０．１５Ａｓ層とを交互に積層して形成されてもよい。ｎ型不純物として、Ｓｉを約１～３×１０１８／ｃｍ３の濃度でドーピングしてもよい。下部ミラー２５は、屈折率が異なる半導体層のペアを、例えば、３０組以上含んでもよい。下部ミラー２５の各層の厚さは、それぞれの層内での光の波長の４分の１になるように設定されてもよい。屈折率が異なる半導体層の一つのペアは、約１００～２００ｎｍの範囲内の厚さを有してもよい。
【0038】
活性層２７は、下部ミラー２５上に配置され、下部ミラー２５に接してもよい。活性層２７は、バリア層と井戸層を有してもよく、井戸層がバリア層の間に介在された構造を有してもよい。活性層２７は、特に、複数の井戸層を有する多重量子井戸構造を有してもよく、例えば、ＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓの積層構造を含んでもよい。所望のレーザ波長に応じてバリア層と井戸層の組成を変更することができ、井戸層は、例えば、ＩｎＡｌＧａＡｓ系の４成分系、３成分系または２成分系を含むことができる。また、本開示では、ＧａＡｓ系の例を挙げて説明するが、これに限定されるものではなく、ＩｎＡｌＧａＮ系やＩｎＡｌＧａＰ系の半導体層が用いられてもよく、この場合、バリア層と井戸層とは、窒化物系またはリン系の組成を有してもよい。
【0039】
活性層２７内の井戸層は、アンドープ層で形成されてもよく、バリア層もアンドープ層で形成されてもよい。井戸層の厚さは、約２～８ｎｍであってもよく、バリア層は、約２～１５ｎｍの範囲であってもよい。
【0040】
上部ミラー３１は、活性層２７上に配置される。上部ミラー３１は、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）構造を有してもよく、ｐ型半導体層を含んでもよい。上部ミラー３１は、例えば、屈折率が異なる半導体層を繰り返し積層して形成されてもよい。例えば、上部ミラー３１は、下部ミラー２５と同様に、Ａｌ含有量が相対的に低いＡｌＧａＡｓ層とＡｌの含有量が相対的に高いＡｌＧａＡｓ層を交互に積層して形成されてもよい。特に、上部ミラー３１は、Ａｌ含有量が１５％であるＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層とＡｌ含有量が８５％であるＡｌ０．８５Ｇａ０．１５Ａｓ層とを交互に積層して形成されてもよい。ｐ型不純物としては、例えば、Ｃを約１～５×１０１８／ｃｍ３の濃度でドーピングしてもよい。上部ミラー３１は、屈折率が異なる半導体層のペアを、例えば、２０組以上含んでもよい。ただし、上部ミラー３１内のペア数は、下部ミラー２５内のペアの数に比べて相対的に少ない。一方、各層の厚さは、それぞれの層内での光の波長の４分の１になるように設定されてもよい。
【0041】
一方、開口形成層２９は、活性層２７と上部ミラー３１との間に配置される。開口形成層２９は、酸化層２９ｘとウィンドウ層２９ｗとを含んでもよい。ウィンドウ層２９ｗは、酸化層２９ｘで囲まれており、これにより、電流の通路を限定する開口が形成される。開口形成層２９は、例えば、上部ミラー３１内の層に比べてＡｌの含有量がより高いＡｌＧａＡｓ層で形成されてもよい。たとえば、開口形成層２９内のＡｌ含有量は約９０％以上であってもよい。ウィンドウ層２９ｗを除いた領域でＡｌＧａＡｓ層を酸化することにより、酸化層２９ｘが形成される。
【0042】
酸化層２９ｘによって形成された開口、すなわちウィンドウ層２９ｗの幅は、特に限定されるものではなく、例えば、８～１２μｍの範囲であってもよい。
【0043】
図２ａには、ウィンドウ層２９ｗまたは開口が円盤形状を有することを示しているが、必ずしもこれに限定されるものではない。ウィンドウ層２９ｗは円盤形状であってもよいが、円盤に近い多角形形状などの他の形状であってもよい。これについては図９ａ～図９ｄを参照して、再度説明する。
【0044】
一方、エミッタ１５０は、イオン注入によって形成された絶縁領域３７と、該絶縁領域３７によって囲まれた孤立領域とを含む。イオンは、上部ミラー３１に注入され、さらに、開口形成層２９と活性層２７に注入されてもよい。また、イオンは、下部ミラー２５の一部の厚さの領域に注入されてもよい。
【0045】
絶縁領域３７は、電流が開口（ウィンドウ層２９ｗ）を除いた他の領域に流れることを防止して光効率を改善する。
【0046】
オーミックコンタクト層３３は、上部ミラー３１上に配置される。特に、オーミックコンタクト層３３は、絶縁領域３７を囲まれた孤立領域上の上部ミラー３１とオーミックコンタクトを形成してもよい。オーミックコンタクト層３３は、例えば、Ｔｉ、Ｐｔ及びＡｕを含んでもよく、急速熱処理工程を利用して、オーミックコンタクトを形成することができる。オーミックコンタクト層３３は、図２ａに示すように部分的にリング状の円形部分３３ａと円形部分から外側に突出した突出部と３３ｂを含んでもよい。
【0047】
表面保護層３５は、イオン注入工程を実行している間、上部ミラー３１とオーミックコンタクト層３３を保護する。表面保護層３５は、光透過性物質で形成されており、例えば、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜で形成することができる。また、表面保護層３５は、表面保護層内の光の波長の１／４の整数倍の厚さで形成することができる。例えば、表面保護層３５がＳｉ３Ｎ４で形成される場合には、約１１８ｎｍの整数倍の厚さで形成することができる。また、表面保護層３５は、引っ張り応力を有するように形成され、そのためには、例えば、２５０°Ｃで形成されてもよい。
【0048】
酸化ホールに２９ａは、開口形成層２９を露出させるために形成される。このため、酸化ホールに２９ａは、上部ミラー３１と開口形成層２９を貫通してもよく、さらに、活性層２７を貫通し、また、下部ミラー２５の一部の厚さを貫通してもよい。酸化ホール２９ａは、また、表面保護層３５を貫通してもよい。
【0049】
酸化ホール２９ａは、オーミックコンタクト層３３の外側に配置され、特に、突出部の３３ｂの間に配置されてもよい。さらに、酸化ホール２９ａは、絶縁領域３７に囲まれた孤立領域上に形成される。酸化ホール２９ａをイオン注入によって形成される絶縁領域３７から離れた孤立領域に配置することにより、イオン注入によって生じた欠陥が酸化層２９ｘを形成する間に、開口に移動することを防止することができる。また、オーミックコンタクト層３３が突出部３３ｂを有するように形成されることによって、酸化ホール２９ａを互いにより近くに配置することができ、これにより、エミッタ１５０のサイズを小さくすることができる。
【0050】
また、酸化ホール２９ａは、それぞれ突出部３３ｂのサイズよりも小さいサイズに形成されてもよい。例えば、酸化ホール２９ａの幅は、突出部３３ｂの幅よりも小さくてもよい。酸化ホール２９ａの大きさを相対的に小さくすることにより、酸化層の形成後、酸化ホールを介して水分の浸透を抑制することができる。例えば、酸化ホール２９ａの深さは約３μｍであり、ホールの直径は、約４μｍであってもよい。
【0051】
酸化ホール２９ａを介して開口形成層２９を酸化させることにより、酸化層２９ｘとウィンドウ層２９ｗが定義される。このとき、酸化ホール２９ａの側壁に露出された上部ミラー３１、活性層２７、および下部ミラー２５は、部分的に酸化されてもよい。
【0052】
上部絶縁層３９は、表面保護層３５および酸化ホール２９ａを覆う。酸化ホール２９ａに露出された上部ミラー３５、酸化層２９ｘ、活性層２７、および下部ミラー２５は、上部絶縁層３９で覆われて絶縁される。上部絶縁層３９は、光透過性物質で形成されており、例えば、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜で形成されてもよい。また、上部絶縁層３９は、上部絶縁層内の光の波長の１／４の整数倍の厚さで形成されてもよい。例えば、上部絶縁層３９がＳｉ３Ｎ４で形成される場合、約２００ｎｍ、約３００ｎｍ、または約５００ｎｍの厚さで形成されてもよい。また、上部絶縁層３９は、引っ張り応力を有するように形成され、そのためには、例えば、２５０°Ｃで形成されてもよい。
【0053】
尚、上部絶縁層３９と表面保護層３５とを貫通してオーミックコンタクト層３３を露出させるビアホール３９ａが形成されてもよい。ビアホール３９ａは、オーミックコンタクト層３３の突出部３３ｂに対応して配置される。図２ａに示すように、ビアホール３９ａは、突出部３３ｂと円形部分３３ａを一緒に露出するように形成されてもよい。図２ａでは、ビアホール３９ａが四角形の形状であること示したが、これらの形状は、特に限定されるものではなく、円形であってもよい。
【0054】
一方、パッド４０と接続部４１は、上部絶縁層３９上に配置されてもよい。パッド４０は、ワイヤをボンディングするための領域で比較的広い領域に渡って配置される。パッド４０は、例えばイオン注入によって形成された絶縁領域３７上に配置されてもよく、したがって、寄生容量を低減することができる。
【0055】
一方、接続部４１は、パッド４０とオーミックコンタクト層３３とを電気的に接続する。接続部４１は、ビアホール３９ａを介してオーミックコンタクト層３３に接続することができる。接続部４１は、オーミックコンタクト層３３に沿って部分的にリング状の円形部分を有してもよく、リング状の円形部分の内側にレーザビームが出射するための開口部４１ａが設けられてもよい。
【0056】
パッド４０および接続部４１は、同じ金属材料で形成されてもよく、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕで形成されてもよい。パッド４０および接続部４１は、約２μｍ以上の厚さで形成されてもよい。
【0057】
一方、いくつかの例示的な実施形態では、基板２１の下部に、別のパッド、例えば、ｎ－パッドが形成されてもよい。基板２１がＧａＡｓ基板である場合には、ｎ－パッドは、一例としてＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ（９００Å／３００Å／１０００～３０００Å）で形成されてもよい。
【0058】
図３ａ、図３ｂ、図４ａ、図４ｂ、図５ａ、図５ｂ、図６ａおよび図６ｂは、本開示の一実施形態に係るＶＣＳＥＬを製造する方法を説明するための概略的な平面図及び断面図である。各断面図は、対応する平面図のＡ－Ａ線に沿って切断された図である。
【0059】
【0060】
基板２１は、例えばｎ型ＧａＡｓ基板であってもよい。半導体層は、バッファ層２３、下部ミラー２５、活性層２７、開口形成層２９、および上部ミラー３１を含んでもよい。半導体層は、例えば、有機金属化学気相成長法または分子線エピタキシー法などのエピタキシャル成長技術を利用して形成されてもよい。
【0061】
バッファ層２３は、基板２１上に、例えば、ＧａＡｓ層で形成されてもよい。下部ミラー２５は、バッファ層２３上に形成され、活性層２７、開口形成層２９、および上部ミラー３１が下部ミラー２５上に順次形成されてもよい。下部ミラー２５および上部ミラー３１は、それぞれＡｌ組成が異なるＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓを繰り返し積層して形成されてもよい。下部ミラー２５、活性層２７、開口形成層２９、および上部ミラー３１の具体的な構造については、前に詳細に説明しているため、重複を避けるためにここではその説明を省略する。
【0062】
上部ミラー３１上にオーミックコンタクト層３３が形成される。オーミックコンタクト層３３は、部分的にリング状の円形部分３３ａと、円形の部分３３ａから外部に突出した突出部と３３ｂを含むように形成される。オーミックコンタクト層３３は、リフトオフ技術を用いて金属層を形成した後、急速熱処理工程を経て熱処理されてもよい。金属層は、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕで形成されてもよく、それぞれ約３００Å、３００Å、および１０００～３０００Åの厚さで形成されてもよい。熱処理によってオーミックコンタクト層３３と上部ミラー３１との間に良好なオーミックコンタクトが形成されることができる。
【0063】
本実施形態では、基板２１上に１つのオーミックコンタクト層３３が形成されたことを図示しているが、基板２１は、例えば１０ｍｍの大きさの直径を有してもよく、基板２１上に複数のオーミックコンタクト層３３が、各素子領域毎に形成されてもよい。
【0064】
また、オーミックコンタクト層３３は、ネガティブフォトレジストまたはポジティブフォトレジストをマスクとして利用することができるが、ポジティブフォトレジストが高密度アレイを形成するのに適している。
【0065】
図４ａおよび図４ｂを参照すると、上部ミラー３１およびオーミックコンタクト層３３を覆う表面保護層３５が形成される。表面保護層３５は、イオン注入工程（例えば、インプランテーション）の間、上部ミラー３１の表面を保護する。
【0066】
表面保護層３５は、例えばＳｉ３Ｎ４またはＳｉＯ２で形成されてもよく、表面保護層３５内の光の波長の１／４の整数倍の厚さで形成されてもよい。例えば、表面保護層３５がＳｉ３Ｎ４で形成される場合、約１１８ｎｍの整数倍の厚さで形成されてもよい。
【0067】
続いて、表面保護層３５上にフォトレジストを形成し、フォトレジストをマスクとして使用したイオン注入工程により、上部ミラー３１を介してイオンが注入される。水素イオンが注入されてもよく、これにより、イオン注入された領域が絶縁領域に変換される。水素イオンの注入エネルギーは約３５０ｋｅＶまで使用されてもよく、フォトレジストは、このエネルギーの水素イオンを防ぐために十分な厚さ、例えば８μｍの厚さで形成されてもよい。
【0068】
一方、フォトレジストはオーミックコンタクト層３３を覆うように形成されているため、イオン注入は、オーミックコンタクト層３３の外側で実行される。図４ａに示すように、イオン注入によって円形の孤立領域が形成され、その外側に絶縁領域３７が形成される。絶縁領域３７は、図４ｂに示すように、下部ミラー２５の一部の厚さまで形成されてもよい。イオン注入が完了した後、フォトレジストは除去される。
【0069】
【0070】
また、酸化ホール２９ａは、絶縁領域３７に囲まれた孤立領域内に形成されるため、イオン注入領域から離隔される。
【0071】
さらに、酸化ホールに２９ａは、突出部３３ｂの間に配置されてもよく、突出部３３ｂよりも小さいサイズを有してもよい。酸化ホール２９ａは、深さが約３μｍ、入口側の径（または幅）が約４μｍで、その側壁が約８０度傾斜していてもよい。酸化ホール２９ａの形状は様々であってもよく、これについては図９ａ～図９ｄを参照して、後で詳細に説明する。オーミックコンタクト層３３が突出部３３ｂを有するように形成されることにより、円形部分３３ａの幅を減少させることができ、これにより、酸化ホール２９ａ間の間隔を短くすることができる。
【0072】
続いて、酸化ホール２９ａを介して露出された開口形成層２９を酸化させる。酸化は、例えば４００～４３０°Ｃの範囲内で行われてもよく、開口形成層２９のＡｌ組成比を調整して、下部および上部ミラー（２５、３１）内の層に比べて１０倍以上の酸化速度を示すように温度と組成が設定されてもよい。
【0073】
酸化工程により開口形成層２９に酸化層２９ｘが形成される。酸化層２９ｘは、酸化ホール２９ａの内壁に露出した開口形成層２９を介して開口形成層２９の内部に進行する。これにより、オーミックコンタクト層３３で囲まれた領域の下部に、ウィンドウ層２９ｗ（開口）が形成される。一方、図５ｂに示すように、酸化層２９ｘの一部は、絶縁領域３７内にも形成されてもよい。
【0074】
４００～４３０°Ｃの比較的高温で酸化が進行するため、イオン注入によって絶縁領域３７内に形成された欠陥が移動することがある。このとき、酸化ホール２９ａが絶縁領域３７に囲まれた孤立領域内に配置されるため、欠陥がウィンドウ層２９ｗ側に移動することを防止することができる。
【0075】
図６ａ及び図６ｂを参照すると、表面保護層３５上に上部絶縁層３９が形成される。上部絶縁層３９は、光透過性物質で形成されてもよく、例えば、Ｓｉ３Ｎ４またはＳｉＯ２で形成されてもよい。上部絶縁層３９は、酸化ホール２９ａの側壁と底部を覆って酸化ホール２９ａ内に露出された半導体層を絶縁する。
【0076】
一方、上部絶縁層３９と表面保護層３５をパターニングして、オーミックコンタクト層３３を露出させるビアホール３９ａが形成される。ビアホール３９ａは、図６ａに示すように、オーミックコンタクト層３３の突出部３３ｂに対応して形成されてもよい。
【0077】
図示していないが、ビアホール３９ａを形成する際、基板２１上に形成された複数の素子領域を分離するための素子分離領域、例えば、スクライビングラインが一緒に形成されてもよい。スクライビングラインは、表面保護層３５と上部絶縁層３９とをエッチングして形成され、後続の素子分離のためのスクライビング工程時に表面保護層３５および上部絶縁層３９が剥離されることを防止することができる。
【0078】
続いて、図１に示すようなパッド４０および接続部４１が形成される。パッド４０と接続部４１は、リフトオフ技術を用いて形成されてもよく、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕで形成されてもよい。
【0079】
その後、個々の素子をスクライビング線に沿って分割することにより、図１のＶＣＳＥＬが完成する。また、基板２１を分割する前に、基板２１の下部面にｎ－パッドをさらに形成してもよい。
【0080】
図７は、本開示の別の実施形態に係るＶＣＳＥＬの概略的な平面図であり、図８ａは、図７のエミッタアレイの一部を拡大して示した概略的な平面図であり、図８ｂは、図８ａのＢ－Ｂ線に沿って切断された断面図であり、図８ｃは、図８ａのＣ－Ｃ線に沿って切断された断面図である。
【0081】
図７、図８ａ、図８ｂ、および図８ｃを参照すると、本実施形態に係るＶＣＳＥＬ２００は、図１、図２ａ及び図２ｂを参照して説明したＶＣＳＥＬ１００とほぼ同様であるものの、複数のエミッタアレイ２５０を含み、それに応じて、パッド４０の形状が変更されたことに違いがある。重複を避けるために、繰り返しの説明については省略する。
【0082】
エミッタは、図示したように、基板２１上にハニカム状に配置されてもよい。エミッタアレイ領域２５０は、イオン注入にて絶縁領域３７に囲まれてもよく、パッド４０は、絶縁領域３７上に位置する。パッド４０は、アレイ領域２５０に隣接して、基板２１上の一側に形成されてもよい。
【0083】
図８ａに示すように、各エミッタ領域にイオン注入の境界領域を表すラインが示されているが、エミッタアレイ領域のラインは、互いに重なっているため、エミッタアレイ領域２５０には、イオン注入による絶縁領域３７が形成されない。つまり、エミッタアレイ領域２５０の外側を囲む境界線の外側でのみイオン注入が行われ、絶縁領域３７が形成される。
【0084】
各エミッタは、図１、図２ａ及び図２ｂを参照して説明したように、下部ミラー２５、活性層２５、開口形成層２９、および上部ミラー３１を含む。また、開口形成層２９は、酸化層２９ｘとウィンドウ層２９ｗを含み、電流の流れは、ウィンドウ層２９ｗに限定される。各エミッタの基本構造は、イオン注入による絶縁領域３７を除けば、前述のエミッタ１５０と同一である。
【0085】
また、各エミッタにオーミックコンタクト層３３が形成されてもよく、オーミックコンタクト層３３は、前の実施形態で説明したように、部分的にリング状の円形部分３３ａと突出部と３３ｂを含んでもよい。また、各エミッタ領域において、酸化ホール２９ａが突出部３３ｂの間に配置され、ビアホールに３９ａが突出部３３ｂに対応して形成される。各エミッタに形成されている酸化ホールに２９ａおよびビアホール３９ａは、先に説明した実施形態のエミッタ１５０に形成されるものと同じである。特に、各エミッタに酸化ホール２９ａを個別に形成することにより、酸化ホール２９ａの大きさを突起部３３ｂの大きさよりも小さくすることができ、素子の信頼性を向上させることができる。また、酸化ホール２９ａは、イオン注入によって形成された絶縁領域３７に囲まれた孤立領域内に形成される。したがって、酸化工程中に欠陥がウィンドウ層２９ｗの近傍に移動することを防止することができ、素子の信頼性を向上させることができる。
【0086】
一方、パッド４０とオーミックコンタクト層３３とを接続する接続部４１は、ビアホール３９ａを介して各エミッタに接続されてもよい。エミッタは、すべて並列接続されてもよい。ただし、前の実施形態では、接続部４１が部分的にリング形状を有するものとして説明したが、本実施形態では、接続部４１が複数のエミッタに接続する場合、部分的にリング形状を有するように形成することは難しく、図示したように、円形の開口部４１ａを形成するメッシュ形状を有してもよい。
【0087】
エミッタアレイを有するＶＣＳＥＬ２００の製造方法は、前述のＶＣＳＥＬ１００の製造方法とほぼ同様のため、詳細な説明は省略する。
【0088】
図９ａは、本開示の一実施形態に係る酸化層を形成するための酸化ホール２９ａを説明するための概略的な平面図であり、図９ｂ～図９ｄは、酸化層を形成するためのホールの様々な変形例を説明するための概略平面図である。
【0089】
図９ａを参照すると、酸化ホール２９ａは、イオン注入による絶縁領域３７に囲まれた孤立領域内に形成される。前述した実施形態に示すように、酸化ホール２９ａは、円形または楕円形の形状を有するように形成することができる。特に、酸化ホール２９ａは、６つ形成されてもよく、これらによって開口形成層２９の酸化が進み、酸化層２９ｘが形成され、これらの酸化層２９ｘによって孤立領域内にウィンドウ層２９ｗが形成される。ウィンドウ層２９ｗは概ね円形状に形成される。
【0090】
酸化ホール２９ａの形状と配置は、多様に変形することができる。例えば、図９ｂに示すように、酸化ホール１２９ａが正方形または長方形の形状を有して正六角形の各頂点に対応する位置に配置されてもよい。また、図９ｃに示すように、酸化ホール１２９ｂは、四角形の形状を有しながら、孤立領域の中心に近い側が湾曲していてもよい。また、図９ｄに示すように、８つの酸化ホール１２９ｃが正八角形の各頂点に対応する位置に配置されてもよい。
【0091】
一方、円形または楕円形の酸化ホール２９ａは、写真やエッチング技術を利用して容易に形成することができ、またその上に形成される上部絶縁層３９や接続部４１の安定性を向上させることができる。しかし、本開示は、酸化ホール２９ａの形状を円形や楕円形に限定するものではなく、前述のような四角形又は他の形状を有してもよい。
【0092】
以上では、本開示の様々な実施形態について説明したが、本開示は、これらの実施形態に限定されるものではない。また、１つの実施形態について説明した特徴や構成要素は、本開示の技術的思想を逸脱しない限り、他の実施形態にも適用することができる。
【図1】
【図2a】
【図2b】
【図3a】
【図3b】
【図4a】
【図4b】
【図5a】
【図5b】
【図6a】
【図6b】
【図7】
【図8a】
【図8b】
【図8c】
【図9a】
【図9b】
【図9c】
【図9d】
【国際調査報告】