CN107112722A - 光学半导体装置 - Google Patents

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Abstract

一种光学半导体装置具有一种层压结构20，其中，n型化合物半导体层21、有源层23和p型化合物半导体层22依次层压，有源层23设置有具有隧道势垒层33的多量子阱结构，与p型化合物半导体层22相邻的阱层312的组分的波动大于另一个阱层311的组分的波动，与p型化合物半导体层22相邻的阱层312的带隙能量小于另一个阱层311的带隙能量，并且与p型化合物半导体层22相邻的阱层312的厚度大于另一个阱层311的厚度。

Description

光学半导体装置
技术领域
本公开涉及一种光学半导体装置。
背景技术
在各种发光二极管或半导体激光装置中，提高发射效率和降低阈值电流对于高输出和改善功耗等是至关重要的并且目前正在被深入研究。然而，在发射蓝光或绿光的氮化物半导体发光装置中，随着发射波长的增加，注入的电流量增加，这导致诸如发射效率降低和阈值电流增加等问题。这些问题的一个原因是有源层(即，发光层)中的载流子的不均匀性。即，构成多量子阱结构的势垒层与阱层之间的能隙差随着发射波长的增加而增加。此外，当在GaN基板的c表面上形成有源层时，在阱层或势垒层中出现压电场效应，使得载流子(电子或空穴)一旦进入阱层就难以离开阱层，从而导致有源层(发光层)中的载流子的不均匀性。
通过数值计算表示这种现象的示例描述于非专利文献1，IEEE，Journal ofSelected Topics in Quantum Electronics Vol.15No.5(2011)第1390页中。根据该非专利文献1，当在GaN基板的c表面上形成有源层的情况下发射波长大于或等于400nm时，并且当在GaN基板的非极性表面上形成有源层的情况下发射波长大于或等于450nm时，阱层中的载流子难以离开阱层，这通过发射复合时间与载流子从阱层逸出所需要的时间之间的关系来说明(参见图12)。在图12中，“A”表示在GaN基板的c表面上形成有源层的情况下的空穴的特性，“B”表示在GaN基板的c表面上形成有源层的情况下的电子的特性，“a”表示在GaN基板的非极性表面上形成有源层的情况下的空穴的特性，以及“b”表示在GaN基板的非极性表面上形成有源层的情况下的电子的特性。通常，载流子在约100飞秒或更短的非常短的时间内在具有两个或更多个阱层的多量子阱结构中的阱层之间移动。然而，由于上述原因，载流子从阱层逸出所需的时间增加，并且电子或空穴不能在阱层之间自由移动。结果，每个阱层中的电子和空穴浓度彼此不同，并且剩余的载流子对发射没有贡献，降低了发射效率。此外，阱层之间的载流子浓度的显着差异导致发射波长的变化和增益峰值(波长)的变化，这也导致发射效率降低和阈值电流增加。
引用列表
专利文献
专利文献1：JP 2000-174328A
非专利文献
非专利文献1：IEEE，Journal of Selected Topics in Quantum ElectronicsVol.15No.5(2011)p.1390
发明内容
技术问题
例如，在JP 2000-174328A中公开了一种技术，其中，形成隧道势垒层以减小阱层的电子和空穴浓度之间的差异。具体地，在本专利申请公开所公开的技术中，控制隧道势垒层的厚度，以改变隧道势垒层中的隧穿概率。然而，当电子和空穴之间的有效质量差大时，即使设置了这种隧道势垒层，也不能完全避免载流子的不均匀性。也可以考虑仅减小势垒层的厚度，而不形成隧道势垒层。然而，减小势垒层的厚度，导致相邻阱层的发射效率降低的问题。例如，在发射波长为520nm的发光装置(光学半导体装置)中，已知当势垒层的厚度为2.5nm时的发射效率是当势垒层的厚度为10nm时的发射效率的约1/4。
因此，本公开的目的是提供一种光学半导体装置，该光学半导体装置具有能够抑制发射效率降低和阈值电流增加的配置和结构。
问题的解决方案
根据用于实现以上目的的本公开的第一方面、第二方面或第三方面，提供了一种包括层压结构体的光学半导体装置，在层压结构体中，依次层压n型化合物半导体层、有源层和p型化合物半导体层。该有源层包括含有隧道势垒层的多量子阱结构。
在根据本公开的第一方面的光学半导体装置中，与p型化合物半导体层相邻的阱层的组分变化大于另一个阱层的组分变化。
此外，在根据本公开的第二方面的光学半导体装置中，与p型化合物半导体层相邻的阱层的带隙能量可以小于另一个阱层的带隙能量。
此外，在根据本公开的第三方面的光学半导体装置中，与p型化合物半导体层相邻的阱层的厚度可以大于另一个阱层的厚度。
发明的有益效果
在本公开的第一至第三方面的光学半导体装置中，提供隧道势垒层，电子分布不均匀，使得在p型化合物半导体层侧存在很多电子。结果，与p型化合物半导体层相邻的阱层的发射峰值波长或光增益峰值波长与另一个阱层的发射峰值波长或光增益峰值波长不同。具体地，与p型化合物半导体层相邻的阱层的这些波长缩短。在根据本公开的第一方面的光学半导体装置中，与p型化合物半导体层相邻的阱层的组分变化大于另一个阱层的组分变化，在根据本公开的第二方面的光学半导体装置中，与p型化合物半导体层相邻的阱层的带隙能量小于另一个阱层的带隙能量，并且在根据本公开的第三方面的光学半导体装置中，与p型化合物半导体层相邻的阱层的厚度大于另一个阱层的厚度。因此，可以使阱层的发射峰值波长或光增益峰值波长均匀化，或减小其间的差异。结果，可以提高发射效率并降低阈值电流。在本说明书中描述的有益效果仅是示例性的，并非旨在是限制性的，并且还可以实现额外的有益效果。
附图说明
[图1]图1A和图1B是实施方式1的光学半导体装置的示意性局部截面图以及有源层中的多量子阱结构的示意性结构图。
[图2]图2A和图2B是实施方式5及其变形例的光学半导体装置的示意性局部截面图。
[图3]图3A、图3B和图3C是用于说明制造实施方式5的表面发射激光装置的方法的基板等的示意性局部截面图。
[图4]图4A和图4B分别是实施方式6及其变形例的表面发射激光装置的示意性局部截面图。
[图5]图5A和图5B是用于说明实施方式6的表面发射激光装置的制造方法的层压结构体等的示意性局部截面图。
[图6]图6是实施方式7的表面发射激光装置的示意性局部截面图。
[图7]图7A和图7B分别是实施方式8和9的表面发射激光装置的示意性局部截面图。
[图8]图8A、图8B和图8C是用于说明制造实施方式8的表面发射激光装置的方法的层压结构体等的示意性局部截面图。
[图9]图9A和图9B是在图8C之后用于说明制造实施方式7的表面发射激光装置的方法的层压结构体等的示意性局部截面图。
[图10]图10是在图9B之后用于说明制造实施方式7的表面发射激光装置的方法的层压结构体等的示意性局部截面图。
[图11]图11A和图11B是实施方式10的表面发射激光装置的示意性局部截面图。
[图12]图12是示出发射复合时间与载流子从阱层逸出所需的时间之间的关系的示图。
具体实施方式
尽管在下文中将参考附图基于实施方式来描述本公开，但是本公开不限于实施方式，并且实施方式中的各种值或材料是示例性的。描述将按照以下顺序给出。
1.根据本公开的第一至第三方面的光学半导体装置、总体描述
2.实施方式1(根据本公开的第一方面的光学半导体装置、半导体激光装置)
3.实施方式2(根据本公开的第二方面的光学半导体装置、半导体激光装置)
4.实施方式3(根据本发明的第三方面的光学半导体装置、半导体激光装置)
5.实施方式4(实施方式1至3的变型、发光二极管)
6.实施方式5(实施方式1到3的变型、表面发射激光装置)
7.实施方式6(实施方式5的变型)
8.实施方式7(实施方式5和6的另一变型)
9.实施方式8(实施方式6的变型)
10.实施方式9(实施方式8的另一变型)
11.实施方式10(实施方式8和9的变型)
12.其他
<根据本公开的第一至第三方面的光学半导体装置、总体描述>
在根据本公开的第一至第三方面的光学半导体装置中，与有源层接触的n型化合物半导体层的表面被称为n型化合物半导体层的第二表面，并且其与第二表面相对的表面被称为n型化合物半导体层的第一表面。与有源层接触的p型化合物半导体层的表面被称为p型化合物半导体层的第一表面，并且其与第一表面相对的表面被称为p型化合物半导体层的第二表面。
根据本公开的第一方面的光学半导体装置可以以这样的形式设置，使得与p型化合物半导体层相邻的阱层的带隙能量小于另一个阱层的带隙能量。作为替代，光学半导体装置可以以这样的形式设置，使得与p型化合物半导体层相邻的阱层的厚度大于另一个阱层的厚度，并且在这种情况下，与p型化合物半导体层相邻的阱层的带隙能量可以小于另一个阱层的带隙能量。
根据本公开的第二方面的光学半导体装置可以以这样的形式设置，使得与p型化合物半导体层相邻的阱层的厚度大于另一个阱层的厚度。
在包括上述各种优选形式的根据本公开的第一至第三方面的光学半导体装置可以以这样的形式设置，使得在阱层与势垒层之间形成隧道势垒层。作为示例，当有源层包括两个阱层和一个势垒层时，有源层具有这样的结构，该结构从n型化合物半导体层的一侧起依次包括第一阱层、第一隧道势垒层、势垒层、第二隧道势垒层以及第二阱层。然而，有源层中包含的阱层的数量不限于2，并且可以大于或等于3。
在包括上述各种优选形式的根据本公开的第一至第三方面的光学半导体装置中，优选的是隧道势垒层的中的每一个的厚度小于或等于4nm。只要形成隧道势垒层，每个隧道势垒层的厚度的下限没有特别限制。每个隧道势垒层的厚度可以是恒定的并且也可以变化。
此外，包括上述各种优选形式的根据本公开的第一至第三方面的光学半导体装置可以被配置为，使得有源层由AlInGaN基化合物半导体制成。在这种情况下，隧道势垒层可以由GaN制成。在这些情况下，n型化合物半导体层可以形成在GaN基板的c表面上。此外，在这些情况下，发射波长可以大于或等于440nm。
在根据本公开的第一方面的光学半导体装置中的阱层的组分变化或组分可以例如基于三维原子探针(3DAP)来测量。当有源层由AlInGaN基化合物半导体制成时，可以基于3维原子探针来测量铟的组分变化或组分。关于三维原子探针，例如，参见http://www.nanoanalysis.co.jp/business/case_example_49.html。可以测量铟组分，并且可以使用三维原子探针对组分中的铟原子进行计数。在铟组分和在组分中的铟原子的数量由直方图等表示的情况下，其中水平轴表示铟的组分并且垂直轴表示组分中的铟原子的数量，已知当与p型化合物半导体层相邻的阱层的直方图的诸如半值宽度、方差或标准偏差的值大于另一个阱层的那些值时，与p型化合物半导体层相邻的阱层的组分变化大于另一个阱层的组分变化。
根据本公开的第二方面的光学半导体装置的带隙能量可以例如基于通过三维原子探针测量的铟的组分的平均值来确定，并且根据本公开的第三方面的光学半导体装置的阱层的厚度可以例如使用高分辨率电子显微镜等获得。
在根据本公开的第二方面的光学半导体装置中或在根据本公开的第一和第三方面的光学半导体装置的优选形式中，与p型化合物半导体层相邻的阱层的带隙能量可以小于另一个阱层的带隙能量，并且通过从与p型化合物半导体层相邻的阱层的带隙能量减去另一个阱层的带隙能量的最大值而获得的值可以例示为但不限于1×10-4eV至2×10-1eV。
在根据本公开的第三方面的光学半导体装置中或在根据本公开的第一和第二方面的光学半导体装置的优选形式中，与p型化合物半导体相邻的阱层的厚度可以大于另一个阱层的厚度，并且通过从与p型化合物半导体层相邻的阱层的厚度减去另一个阱层的厚度的最大值而获得的值可以例示为但不限于0.05nm到2nm。
在根据本公开的第一至第三方面的光学半导体装置中作为构成有源层的材料和作为构成层压结构体的材料，可以采用GaN基化合物半导体，具体地是如上所述的AlInGaN基化合物半导体，并且更具体地是GaN、AlGaN、InGaN和AlInGaN。此外，根据需要，硼(B)原子、铊(Tl)原子、砷(As)原子、磷(P)原子或锑(Sb)原子可以被包含在这种化合物半导体中。组合(构成阱层的化合物半导体，构成势垒层的化合物半导体)可以例示为(InyGa(1-y)N，InzGa(1-z)N)(其中，y>z)和(InyGa(1-y)N，AlGaN)。阱层的厚度可以是但不限于大于或等于1nm且小于或等于10nm，优选大于或等于1nm且小于或等于8nm，并且势垒层的杂质掺杂浓度可以是但不限于大于或等于1×1018cm-3且小于或等于1×1020cm-3，优选大于或等于1×1018cm-3且小于或等于1×1019cm-3。
在p型化合物半导体层中，可以在有源层附近或邻近有源层形成电子势垒层，并且非掺杂化合物半导体层(例如，非掺杂InGaN层或非掺杂AlGaN层)可以形成在有源层和电子势垒层之间。此外，可以在有源层和非掺杂化合物半导体层之间形成非掺杂InGaN层，作为导光层。p型化合物半导体层也可以具有使p型化合物半导体层的顶层被Mg掺杂的GaN层(p侧接触层或p接触层)占据的结构。电子势垒层、非掺杂化合物半导体层、导光层和p侧接触层(p接触层)构成p型化合物半导体层。
n型化合物半导体层优选但不限于形成在GaN基板的c表面上，即在其{0001}表面上，并且也可以形成在非极性表面上，诸如作为{11-20}表面的a表面、作为{1-100}的m表面、或{1-102}表面，或可替换地，形成在半极性表面上，诸如包括{11-24}表面和{11-22}表面的{11-2n}表面、{10-11}表面、{10-12}表面、或{20-21}表面。基底层或缓冲层也可以形成在除GaN基板之外的基板的表面(主表面)上，诸如，蓝宝石基板、GaAs基板、GaN基板、SiC基板、氧化铝基板、ZnS基板、ZnO基板、AlN基板、LiMgO基板、LiGaO2基板、MgAl2O4基板、InP基板或Si基板。
作为形成构成本公开的光学半导体装置的各种化合物半导体层(例如，GaN基化合物半导体层)的方法，可以采用金属有机气相生长法(诸如，MOCVD法或MOVPE法)、分子束外延法(即MBE法)、氢化物气相生长法(其中，卤素有助于输运或反应)等。
此处，在MOCVD法中，可以采用三甲基镓(TMG)气体或三乙基镓(TEG)气体作为有机镓源气体，并且可以采用氨气或肼气作为氮源气体。例如，可以添加硅(Si)作为n型杂质(n型掺杂剂)，以形成具有n型导电性的GaN基化合物半导体层，例如，可以添加镁(Mg)作为p型杂质(p型掺杂剂)，以形成具有p型导电性的GaN基化合物半导体层。在GaN基化合物半导体层中含有铝(Al)或铟(In)作为构成原子的情况下，三甲基铝(TMA)气体可以用作Al源，并且三甲基铟(TMI)气体可以用作In源。此外，单硅烷气体(SiH4气体)可以用作Si源，并且环戊二烯基镁气体、甲基环戊二烯基镁气体、或双(环戊二烯基)镁(Cp2Mg)气体可以用作Mg源。作为除Si以外的n型杂质(n型掺杂剂)，可以采用Ge、Se、Sn、C、Te、S、O、Pd或Po，并且作为除Mg以外的p型杂质(p型掺杂剂)，可以采用Zn、Cd、Be、Ca、Ba、C、Hg或Sr。
在光学半导体装置中，p侧电极形成在p型化合物半导体层(其是具有p型导电性的化合物半导体层)上。此处，p侧电极可以由例如单钯(Pd)层、单镍(Ni)层、单铂(Pt)层、诸如ITO层的透明导电材料层、钯层与p型化合物半导体层接触的钯层/铂层的层压结构、或钯层与p型化合物半导体层接触的钯层/镍层的层压结构制成。在下金属层由钯制成且上金属层由镍制成的情况下，期望上金属层的厚度大于或等于0.1μm，优选大于或等于0.2μm。作为替代，p侧电极优选由单钯(Pd)层制成。在这种情况下，期望厚度大于或等于20nm，优选大于或等于50nm。作为另一替代，p侧电极优选由单钯(Pd)层、单镍(Ni)层、单铂(Pt)层或包括下金属层和上金属层(其中，下金属层与p型化合物半导体层接触)的层压结构制成。
期望与n型化合物半导体层(具有n型导电性的化合物半导体层)电连接的n侧电极具有这样的单层配置或多层配置，该配置包含选自由金(Au)、银(Ag)、钯(Pd)、铝(Al)、钛(Ti)、钨(W)、铜(Cu)、锌(Zn)、锡(Sn)和铟(In)组成的组的至少一种类型的金属，该配置可以例示为例如Ti/Au、Ti/Al或Ti/Pt/Au。n侧电极与n型化合物半导体层电连接的形式包括在n型化合物半导体层上形成n侧电极的形式以及n侧电极经由导电基板或基体或导电材料层连接至n型化合物半导体层的形式。n侧电极或p侧电极可以例如使用各种PVD法(诸如，真空蒸发法或溅射法)沉积。
可以在n侧电极或p侧电极上设置焊盘电极，以将n侧电极或p侧电极电连接至外部电极或电路。期望焊盘电极具有这样的单层配置或多层配置，该配置包括选自由钛(Ti)、铝(Al)、铂(Pt)、金(Au)、以及镍(Ni)组成的组中的至少一种类型的金属。作为替代，焊盘电极可以具有由Ti/Pt/Au多层配置和Ti/Au多层配置所例示的多层配置。
可以采用发光二极管(LED)、半导体激光装置(LD)、超发光二极管(SLD)、被称为垂直谐振腔激光器或VCSEL的表面发射激光装置、或半导体光放大器(SOA)作为光学半导体装置。除了有源层的配置和结构之外，这些光学半导体装置或其基本配置和结构可以具有众所周知的配置和结构。当采用发光二极管(LED)时，从有源层生成的光可以经由n型化合物半导体层向外部发射，并且可以经由p型化合物半导体层向外部发射。当采用半导体激光装置(LD)时，从有源层生成的光从层压结构体的端面向外部发射。即，通过优化层压结构体的第一端面的光反射率和与第一端面相对的第二端面的光反射率，来配置谐振腔，并且光从第一端面发射。作为替代，可以设置外部谐振腔，并且可以采用单片型半导体激光装置。外部谐振腔型半导体激光装置可以是集光型，并且可以是准直型。当采用超发光二极管(SLD)时，使得层压结构体的第一端面的光反射率非常低，并且使得第二端面的光反射率非常高，并且不构成谐振腔，并且从有源层生成的光从第一端面发射。在第一端面上形成防反射涂层(AR)或低反射涂层，并且在第二端面上形成高反射涂层(HR)。半导体光放大器(SOA)被配置为在直射光的状态下放大光信号，而不将其转换成电信号，并且具有完全排除谐振腔效应的激光结构，并利用半导体光放大器的光增益来放大入射光。当采用半导体光放大器时，使得层压结构体的第一端面的光反射率和其第二端面的光反射率非常低，并且不构成谐振腔，并且入射在第二端面上的光被放大并且从第一端面发射。当采用表面发射激光装置(VCSEL)时，在n型化合物半导体层的第一表面上形成第一光反射层，并且在p型化合物半导体层的第二表面上或上方形成第二光反射层。在第一端面和第二端面上形成防反射涂层(AR)或低反射涂层。可以采用选自由氧化钛层、氧化钽层、氧化锆层、氧化硅层、氧化铝层、氮化铝层和氮化硅层组成的组中的至少两层的层压结构，作为防反射涂层(低反射涂层)或高反射涂层，并且它们可以基于PVD法(诸如，溅射法或真空蒸发法)形成。
在本公开的光学半导体装置的层压结构体具有脊状条纹结构的情况下，脊状条纹结构可以由p型化合物半导体层的在其厚度方向上的一部分构成，并且可以由p型化合物半导体层单独构成，可以由p型化合物半导体层和有源层构成，并且也可以由p型化合物半导体层、有源层和n型化合物半导体层在其厚度方向上的一部分构成。例如，可以使用干蚀刻法对化合物半导体层进行图案化，以形成脊状条纹结构。
[实施方式1]
实施方式1涉及根据本公开的第一方面的光学半导体装置，具体地涉及半导体激光装置(LD)。图1A是实施方式1的光学半导体装置的示意性局部截面图，具体是沿着垂直于谐振腔的延伸方向的虚拟平面(YZ平面)截取的光学半导体装置的示意性局部截面图，并且图1B是有源层中的多量子阱结构的示意性结构图。为了方便起见，图1B示出了不考虑压电场的影响的带结构。
实施方式1或稍后描述的实施方式1到10的半导体光学装置具有依次层压n型化合物半导体层21、有源层23和p型化合物半导体层22的层压结构体20。有源层23包括具有隧道势垒层33的多量子阱结构。具体地，隧道势垒层33形成在阱层31与势垒层32之间。在实施方式1或稍后描述的实施方式2至10中，有源层23包括两个阱层311和312以及一个势垒层32。更具体地，有源层23具有多量子阱结构，该结构从n型化合物半导体层21的该侧开始依次包括第一阱层311、第一隧道势垒层331、势垒层32、第二隧道势垒层332和第二阱层312。隧道势垒层331和332的厚度均小于或等于4nm。
层压结构体20形成在基板11上。基板11具体由GaN基板和层压结构体20构成，具体是n型化合物半导体层21形成在GaN基板的c表面上，即在其(0001)表面上。n侧电极25形成在基板11的背面上，并且p侧电极26形成在p型化合物半导体层22上。层压结构体20被绝缘层24覆盖。构成绝缘层24的材料的折射率优选小于构成层压结构体20的材料的折射率。构成绝缘层24的材料可以由包含SiO2的SiOX基材料、SiNX基材料、SiOXNZ基材料、TaOX、ZrOX、AlNX、AlOX以及GaOX例示，或者可以包括有机材料，诸如，聚酰亚胺树脂。形成绝缘层24的方法的示例包括诸如真空蒸发法或溅射法或CVD法的PVD方法，并且绝缘层24也可以基于涂覆方法形成。
此处，在实施方式1或稍后描述的实施方式2到4的由半导体激光装置制成的光学半导体装置中，假设层压结构体20等的配置如下表1所示。还假设实施方式1的光学半导体装置的有源层23的配置如表2所示。此外，可以使两个隧道势垒层331和332中的铟的组分的值小于势垒层32中的铟的组分的值。有源层23由AlInGaN基化合物半导体制成，并且隧道势垒层331和332由GaN制成。实施方式1的半导体激光装置的发射波长大于或等于440nm，并且具体是460nm。
[表1]
[表2]
此处，在实施方式1的光学半导体装置中，与p型化合物半导体层相邻的阱层的组分变化大于另一个阱层的组分变化。具体地，在基于MOCVD方法沉积层压结构体20时，通过允许第一阱层311的沉积速度或温度和/或沉积压力与第二阱层312的沉积速度或温度和/或沉积压力不同，阱层311和312内的铟的组分的变化增大。如上所述，可以基于三维原子探针(3DAP)测量铟的组分变化或组分。具体地，在通过三维原子探针测量的组分中的铟组分和铟原子的数量由直方图等表示的情况下，其中水平轴表示铟组分并且垂直轴表示组分中铟的数量，发现当与p型化合物半导体层相邻的阱层的直方图的半值宽度大于另一个阱层的半值宽度时，与p型化合物半导体层相邻的阱层的组分变化大于另一个阱层的组分变化。
可以使用以下方法制造实施方式1或稍后描述的实施方式2和3的光学半导体装置。
[工艺100]
首先，基于众所周知的MOCVD方法，将包括依次层压的n型化合物半导体层21、有源层23和p型化合物半导体层22的层压结构体20形成在基板11上，具体是形成在n型GaN基板的(0001)表面上。然后，在厚度方向上部分地蚀刻p型化合物半导体层22，以形成脊状条纹结构27。p型化合物半导体层22的构成脊状条纹结构27的一部分的厚度为0.12μm。
[工艺110]
然后，形成包含SiO2的绝缘层24，以覆盖p型化合物半导体层22，并且随后，在绝缘层24上形成Si层(未示出)。然后，在去除绝缘层24和Si层的要形成p侧电极26的部分之后，在p型化合物半导体层22上形成p侧电极26。具体地，在基于真空蒸发法在整个表面上沉积p侧电极层之后，基于光刻技术在p侧电极层上形成抗蚀剂层。然后，在基于蚀刻方法去除p侧电极层的未被抗蚀剂层覆盖的一部分之后，去除抗蚀剂层。也可以基于剥离方法在p型化合物半导体层22上形成p侧电极26。
[工艺120]
然后，从背面抛光基板11，以减小基板11的厚度。随后，在基板11的背面上形成n侧电极25，并且在p侧电极26上形成焊盘电极。然后，执行基板11的分割等，并且在层压结构体20的第一端面上形成防反射涂层(AR)或低反射涂层，并且在层压结构体20的第二端面上形成高反射涂层(HR)，以对层压结构体20的第一和第二端面执行光反射率控制。然后，可以执行封装，以制造光学半导体装置。
在实施方式1或稍后描述的实施方式2到10的光学半导体装置中，由于设置了隧道势垒层，电子分布不均匀，使得在p型化合物半导体层的该侧存在很多电子。结果，与p型化合物半导体层相邻的阱层的发射峰值波长或光增益峰值波长与另一个阱层的发射峰值波长或光增益峰值波长不同。具体地，与p型化合物半导体层相邻的阱层的这些波长被缩短。然而，在实施方式1的光学半导体装置中，与p型化合物半导体层相邻的阱层的组分变化大于另一个阱层的组分变化，并且因此，与p型化合物半导体层相邻的阱层的发射峰值波长或光增益峰值波长被拉长，使得可以使阱层的发射峰值波长或光增益峰值波长均匀化，或降低其间的差异。结果，可以提高发射效率并降低阈值电流。还可以抑制有源层中的载流子的不均匀性，因为即使有源层形成在GaN基板的c表面上，也可以排除压电场对阱层或势垒层的影响。
注意，如上所述，除了其第一和第二端面的光反射率的优化、谐振腔的形成等与半导体激光装置的不同之外，超发光二极管(SLD)或半导体光放大器(SOA)的配置和结构与上面在实施方式1中描述的半导体激光装置或稍后在实施方式2和3中描述的半导体激光装置的配置和结构基本相同。
[实施方式2]
实施方式2涉及根据本公开的第二方面的光学半导体装置，具体涉及半导体激光装置(LD)。在实施方式2的光学半导体装置中，与p型化合物半导体层相邻的阱层(第二阱层312)的带隙能量小于另一个阱层(具体地，第一阱层311)的带隙能量(参见表4)。此处，假设实施方式2的光学半导体装置中的有源层23的配置如表3所示。实施方式2的半导体激光装置的发射波长大于或等于440nm，并且具体为460nm。具体地，当基于MOCVD方法沉积层压结构体20时，通过允许作为用于沉积第二阱层312的铟源的三甲基铟(TMI)气体的供给量大于作为用于沉积第一阱层311的铟源的三甲基铟气体的供给量，或通过提高第二阱层312的沉积速度，可以使与p型化合物半导体层相邻的阱层(第二阱层312)的带隙能量小于另一个阱层(具体地，第一阱层311)的带隙能量。
[表3]
[表4]
第二阱层312的带隙能量 2.695eV
第一阱层311的带隙能量 2.654eV
在实施方式2的光学半导体装置中，使得与p型化合物半导体层相邻的阱层的带隙能量小于另一个阱层的带隙能量，并且因此可以使阱层的发射峰值波长或光增益峰值波长均匀化，或减小其间的差异。结果，可以提高发射效率并降低阈值电流。
[实施方式3]
实施方式3涉及根据本公开的第三方面的光学半导体装置，具体涉及半导体激光装置(LD)。在实施方式3的光学半导体装置中，与p型化合物半导体层相邻的阱层(第二阱层312)的厚度大于另一个阱层(具体地，第一阱层311)的厚度。此处，假设实施方式3的光学半导体装置中的有源层23的配置如表5所示。实施方式3的半导体激光装置的发射波长大于或等于440nm，并且具体为460nm。具体地，当基于MOCVD方法沉积层压结构体20时，通过允许第二阱层312的沉积时间比第一阱层311的沉积时间长，或者通过增加第二阱层312的沉积速度，可以使与p型化合物半导体层相邻的阱层(第二阱层312)的厚度大于另一个阱层(具体地，第一阱层311)的厚度。
[表5]
在实施方式3的光学半导体装置中，使得与p型化合物半导体层相邻的阱层的厚度大于另一个阱层的厚度，并且因此，可以使阱层的发射峰值波长或光增益峰波长均匀化，或减小其间的差异。结果，可以提高发射效率并降低阈值电流。
注意，还可以组合实施方式1和2，组合实施方式1和3，组合实施方式2和3，以及组合实施方式1、2和3。
[实施方式4]
实施方式4是实施方式1到3的变型，并且具体涉及发光二极管(LED)。实施方式4的光学半导体装置中的层压结构体的配置(组分)可以与表1到5所示的实施方式1到3的光学半导体装置中的层压结构体的配置(组分)相同。实施方式4的光学半导体装置的结构可以与实施方式1至3中描述的光学半导体装置的结构基本相同，除了从有源层生成的光经由n型化合物半导体层21或经由p型化合物半导体层22向外部发射，并且不需要形成脊状条纹结构，并且因此省略其详细描述。
[实施方式5]
实施方式5也是实施方式1至3的变型，并且具体涉及表面发射激光装置(垂直谐振腔激光器或VCSEL)。实施方式5或稍后描述的实施方式6和7的表面发射激光装置被描述为这样的表面发射激光装置，其中，使用在横向方向上外延生长的方法(诸如，外延横向过度生长(ELO)方法)，基于横向生长在包括其上形成的第一光反射层的基板上形成n型化合物半导体层，但表面发射激光装置不限于这种形式的表面发射激光装置。在以下描述中，“光学半导体装置”有时可以被称为“表面发射激光装置”。
如图2A的示意性局部截面图所示，实施方式5或稍后描述的实施方式6至10的表面发射激光装置包括：
第一光反射层51；
层压结构体20，包括形成在第一光反射层51上的n型化合物半导体层21、有源层23和p型化合物半导体层22；以及
p侧电极42和第二光反射层52，形成在p型化合物半导体层22上。
第一光反射层51形成在n型化合物半导体层21的第一表面21a上，并且第二光反射层52形成在p型化合物半导体层22的第二表面22b上。第二光反射层52与第一光反射层51相对。
下面描述实施方式5或稍后描述的实施方式6至10的表面发射激光装置的各种形式。
第一光反射层的平面形状可以是包括正六边形、圆形、椭圆形、格子(矩形)、岛状或条形的各种多边形。第一光反射层的截面形状可以是矩形，但更优选是梯形。即，更优选的是，第一光反射层的侧表面具有前锥形形状。
在实施方式5或稍后描述的实施方式6和7的表面发射激光装置中，基板可以保留。作为替代，在实施方式5或稍后描述的实施方式6和7的表面发射激光装置中，可以在n型化合物半导体层上依次形成有源层、p型化合物半导体层、p侧电极和第二光反射层之后，去除基板。具体地，在n型化合物半导体层上依次形成有源层、p型化合物半导体层、p侧电极和第二光反射层，并且然后第二光反射层固定至支撑基板之后，可以去除基板(例如，在一些情况下，将第一光反射层用作抛光阻挡层)，以暴露n型化合物半导体层(n型化合物半导体层的第一表面)，并且在已预先形成第一光反射层的情况下，还暴露第一光反射层。然后，可以在n型化合物半导体层(n型化合物半导体层的第一表面)上形成n侧电极。在基板保留的情况下，可以在基板的背面上形成n侧电极。
在基板由GaN基板构成的情况下，可以以基于化学/机械抛光方法(CMP方法)的方式，去除GaN基板。首先，使用利用诸如氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液的碱性水溶液、氨溶液+过氧化氢水、硫酸溶液+过氧化氢水、盐酸溶液+过氧化氢水、或磷酸溶液+过氧化氢水的湿蚀刻法、干蚀刻法、使用激光的剥离法、机械抛光法等或其组合，可以去除GaN基板的一部分或可以减小GaN基板的厚度，然后可以执行化学/机械抛光方法，以暴露n型化合物半导体层(n型化合物半导体层的第一表面)，并且在已预先形成第一光反射层的情况下，还暴露第一光反射层。
在实施方式5或稍后描述的实施方式6到10的表面发射激光装置中，p型化合物半导体层(p型化合物半导体层的第二表面)的表面粗糙度Ra优选小于或等于1.0nm。表面粗糙度Ra在JIS B-610：2001中预定义，并且具体地可以基于根据AFM或横截面TEM的观察来测量。第一光反射层与第二光反射层之间的距离优选大于或等于0.15μm且小于或等于50μm。
此外，实施方式5或稍后描述的实施方式6到10的表面发射激光装置优选以这样的形式设置，使得第二光反射层的区域的重心不在穿过第一光反射层的区域的重心的与第一光反射层垂直的线路上。作为替代，表面发射激光装置优选以这样的形式设置，使得有源层的区域的重心(具体地，构成装置区域的有源层的区域的重心，在以下描述中也指代相同)不在穿过第一光反射层的区域的重心的与第一光反射层垂直的线路上。
当使用在横向方向上外延生长的方法(诸如，外延横向过度生长(ELO)方法)，基于横向生长在包括其上形成的第一光反射层的基板上形成n型化合物半导体层时，由于n型化合物半导体层从第一光反射层的边缘部分朝向第一光反射层的中心部分外延生长，所以在第一光反射层中的n型化合物半导体层的区域相交的一部分上，可能发生大量晶体缺陷。当具有大量晶体缺陷的相交部分位于装置区域(稍后描述)的中心部分处时，这可能对表面发射激光装置的特性产生不利影响。如上述，通过采用第二光反射层的区域的重心不在穿过第一光反射层的区域的重心的与第一光反射层垂直的线路上的形式，或者有源层的区域的重心不在穿过第一光反射层的区域的重心的与第一光反射层垂直的线路上的形式，可以完全抑制对表面发射激光装置的特性的不利影响的发生。
实施方式5或稍后描述的实施方式6至10的表面发射激光装置可以以这样的形式设置，使得由有源层生成的光经由第二光反射层向外部发射(为方便起见，下文中称为“第二光反射层发射型表面发射激光装置”)，并且可以以这样的形式设置，使得从有源层生成的光经由第一光反射层向外部发射(为方便起见，下文中称为“第一光反射层发射型表面发射激光装置”)。在第一光反射层发射型表面发射激光装置中，如上所述，在一些情况下可以去除基板。
当S1表示第一光反射层的与n型化合物半导体层的第一表面接触的部分(即，其与第二光反射层相对的部分)的面积，并且S2表示第二光反射层的与p型化合物半导体层的第二表面相对的部分(即，其与第一光反射层相对的部分)的面积时，在第一光反射层发射型表面发射激光装置的情况下，期望但不必须的是，满足S1>S2，并且在第二光反射层发射型表面发射激光装置的情况下，期望但不必须的是，满足S1<S2。
此外，当S3表示第一光反射层的与n型化合物半导体层的第一表面接触并且构成装置区域(稍后描述)的部分(即，其与第二光反射层相对的部分)的面积，并且S4表示第二光反射层的与p型化合物半导体层的第二表面相对并且以如下形式构成装置区域的部分(即，其与第一光反射层相对的部分)的面积时，其中该形式为第二光反射层的区域的重心不在穿过第一光反射层的区域的重心的与第一光反射层垂直的线路上或者该形式为有源层的区域的重心不在穿过第一光反射层的区域的重心的与第一光反射层垂直的线路上，在第一光反射层发射型表面发射激光装置的情况下，期望但不必须的是，满足S3>S4，并且在第二光反射层发射型表面发射激光装置的情况下，期望但不必须的是，满足S3<S4。
实施方式5或稍后描述的实施方式6至10的表面发射激光装置可以以这样的形式设置，使得在第一光反射层发射型表面发射激光装置中去除基板的情况下，第二光反射层如上所述固定至支撑基板。在第一光反射层发射型表面发射激光装置中未去除基板的情况下，可以在基板的暴露表面上形成n侧电极。在去除基板的情况下，可以采用其中第一光反射层和n侧电极彼此接触的设置，或者可替换地，其中第一光反射层和n侧电极彼此间隔开的设置，或者在一些情况下，其中n侧电极也形成在第一光反射层的边缘部分上方或下方的设置，作为n型化合物半导体层的第一表面上的第一光反射层和n侧电极的设置。作为替代，可以采用这样的配置，其中第一光反射层和n侧电极彼此间隔开，即在其间具有偏移，并且间隔距离在1mm内。
此外，本公开的包括上述各种优选形式和上述配置的表面发射激光装置可以以这样的形式设置，使得n侧电极由金属、合金或透明导电材料制成，并且p侧电极由透明导电材料制成。通过制成透明导电材料的p侧电极，可以在水平方向(即，在p型化合物半导体层的表面方向)上扩展电流并且有效地向装置区域提供电流(其在下面描述)。
“装置区域”是指其中注入限制电流的区域(电流限制区域)、在其中由于折射率差等而限制光的区域、其中在第一光反射层和第二光反射层之间的区域内发生激光振荡的区域、或实际上有助于在第一光反射层和第二光反射层之间的区域内的激光振荡的区域。
表面发射激光装置可以被配置为使得其由经由第一光反射层从n型化合物半导体层的顶面发射光的表面发射激光装置制成，或者可以被配置为使得其由经由第二光反射层从p型化合物半导体层的顶面发射光的表面发射激光装置制成。
优选地，在p侧电极和p型化合物半导体层之间形成电流限制结构。为了获得电流限制结构，可以在p侧电极和p型化合物半导体层之间形成由绝缘材料(例如，SiOX、SiNX或AlOX)制成的电流限制层，可以通过使用RIE法等蚀刻p型化合物半导体层而形成台面结构，可以通过在水平方向上部分地氧化p型化合物半导体层的层压层的局部层而形成电流限制区域，可以通过执行到p型化合物半导体层内的杂质的离子注入而形成导电性降低的区域，或者在适当时可以采用这些方法的组合。此处，p侧电极需要电连接至p型化合物半导体层的其中电流通过电流限制流动的一部分。
例如，支撑基板可以由诸如GaN基板、蓝宝石基板、GaAs基板、SiC基板、氧化铝基板、ZnS基板、ZnO基板、LiMgO基板、LiGaO2基板、MgAl2O4基板以及InP基板的各种基板构成，或者可以通过由AlN等制成的绝缘基板、由Si、SiC、Ge等制成的半导体基板、或金属或合金基板而构成，并且作为支撑基板，从机械特性、弹性变形、塑性变形特性、热辐射特性等角度来看，优选使用具有导电性的基板，或者优选使用金属或合金基板。例如，支撑基板的厚度可以例示为0.05到0.5mm。作为将第二光反射层固定至支撑基板的方法，可以使用诸如焊剂接合方法、室温接合方法、使用胶带的接合方法或使用蜡粘合的接合方法的已知方法，并且从确保导电性的角度来看，优选采用焊剂接合方法或室温接合方法。例如，在使用作为导电基板的硅半导体基板来作为支撑基板的情况下，期望可以采用能够在等于或低于400℃的低温下进行接合的方法，以便抑制由于热膨胀系数的差异而引起的翘曲。在GaN基板用作支撑基板的情况下，接合温度可以大于或等于400℃。
n侧电极优选具有单层配置或多层配置，该配置包括选自由例如金(Au)、银(Ag)、钯(Pd)、铂(Pt)、镍(Ni)、Ti(钛)、钒(V)、钨(W)、铬(Cr)、铝(Al)、铜(Cu)、锌(Zn)、锡(Sn)以及铟(In)组成的组中的至少一种类型的金属(包括合金)，其可以具体例示为例如Ti/Au、Ti/Al、Ti/Al/Au、Ti/Pt/Au、Ni/Au、Ni/Au/Pt、Ni/Pt、Pd/Pt以及Ag/Pd。此处，在多层配置中，“/”之前的层比“/”之后的层更靠近有源层。这在以下描述中指代相同。例如，n侧电极可以使用PVD法(诸如，真空蒸发法或溅射法)沉积。
构成n侧电极或p侧电极的透明导电材料可以例示为氧化铟锡(ITO，包括掺杂Sn的In2O3、结晶ITO和非晶ITO)、氧化铟锌(IZO)、氧化铟镓(IGO)、掺杂铟的氧化镓锌(IGZO、In-GaZnO4)、IFO(掺杂F的In2O3)、氧化锡(SnO2)、ATO(掺杂Sb的SnO2)、FTO(掺杂F的SnO2)、氧化锌(ZnO，包括掺杂Al的ZnO或掺杂B的ZnO)。可以采用包括氧化镓、氧化钛、氧化铌、氧化镍等作为基底层的透明导电膜，作为p侧电极。构成p侧电极的材料不限于透明导电材料，并且根据第二光反射层和p侧电极的设置，可以使用诸如钯(Pd)、铂(Pt)、镍(Ni)、金(Au)、钴(Co)、铑(Rh)等的金属，作为该材料。p侧电极可以由这些材料类型中的至少一种构成。例如，可以使用诸如真空蒸发法或溅射法的PVD法来沉积p侧电极。
可以在n侧电极或p侧电极上设置焊盘电极，以将n侧电极或p侧电极电连接至外部电极或电路。期望焊盘电极具有这样的单层配置或多层配置，该配置包括选自由钛(Ti)、铝(Al)、铂(Pt)、金(Au)、镍(Ni)和钯(Pd)组成的组中的至少一种类型的金属。作为替代，焊盘电极可以具有多层配置，其例示为Ti/Pt/Au多层配置、Ti/Au多层配置、Ti/Pd/Au多层配置、Ti/Pd/Au多层配置、Ti/Ni/Au多层配置以及Ti/Ni/Au/Cr/Au多层配置。在n侧电极由Ag层或Ag/Pd层构成的情况下，优选地，在n侧电极的表面上形成由例如Ni/TiW/Pd/TiW/Ni制成的覆盖金属层，并且在覆盖金属层上形成由例如Ti/Ni/Au的多层配置或Ti/Ni/Au/Cr/Au的多层配置制成的焊盘电极。
光反射层(分布式布拉格反射器(DBR)层)由例如半导体多层膜或介电多层膜构成。例如，介电材料可以例示为诸如Si、Mg、Al、Hf、Nb、Zr、Sc、Ta、Ga、Zn、Y、B或Ti的氧化物、氮化物(例如SiNX、AlNX、AlGaN、GaNX或BNX)、氟化物等。具体地，介电材料可以例示为SiOX、TiOX、NbOX、ZrOX、TaOX、ZnOX、AlOX、HfOX、SiNX、AlNX等。可以通过在这些介电材料中交替层压由具有不同折射率的介电材料制成的两种或更多种介电膜，来获得光反射层。例如，优选采用诸如SiOX/SiNY、SiOX/NbOY、SiOX/ZrOY或SiOX/AlNY的介电多层膜。可以适当地选择构成每个介电膜的材料、每个介电膜的厚度、层压层的数量等，以获得期望的光反射率。每个介电膜的厚度可以通过所使用的材料等适当地调节，并且由发射波长λ0和在发射波长λ0处使用的材料的折射率n确定。具体地，每个介电膜的厚度优选为λ0/(4n)的奇数倍。例如，在发射波长λ0为450nm的表面发射激光装置中，当光反射层由SiOX/NbOY构成时，厚度可以例示为40到70nm。层压层的数量可以例示为2或更多，优选为约5到约20。例如，光反射层的总厚度可以例示为约0.6到约1.7μm。
作为替代，期望第一光反射层具有至少包含氮(N)原子的介电膜，并且期望包含氮原子的介电膜是介电多层膜的顶层。作为替代，期望第一光反射层被至少包含氮原子的介电材料层覆盖。作为替代，期望通过在第一光反射层的表面上执行氮化处理，而将第一光反射层的表面制成至少包含氮原子的层(下文中称为“表面层”)。优选地，至少包含氮原子的介电膜或介电材料层(即，表面层)的厚度为λ0/(4n)的奇数倍。具体地，可以采用SiNX、SiOXNZ等，作为构成至少包含氮原子的介电膜或介电材料层的材料。当通过形成至少包含氮原子的介电膜或介电材料层(即，表面层)来形成覆盖第一光反射层的化合物半导体层时，可以改善覆盖第一光反射层的化合物半导体层的晶轴与GaN基板的晶轴之间的偏移，并且可以提高成为谐振腔的层压结构体的质量。
光反射层可以基于众所周知的方法形成，例如，该方法可以具体例示为PVD法，诸如，真空蒸发法、溅射法、反应溅射法、ECR等离子溅射法、磁控溅射法、离子束辅助蒸发法、离子镀法或激光烧蚀法；各种CVD方法；诸如喷涂法、旋涂法、或浸渍法的涂覆方法；这些方法中的两种或更多种的组合；这些方法与全部或部分预处理、用惰性气体(Ar、He、Xe等)或等离子体照射、用氧气或臭氧气体或等离子体照射、氧化工艺(热处理)以及曝光工艺中的一个或多个的组合。
此外，优选的是，基板由GaN基板构成，
GaN基板的表面的表面取向的偏角在0.4°内，优选在0.40°内，
当S0表示GaN基板的面积时，第一光反射层的面积小于或等于0.8S0，并且
热膨胀缓解膜作为第一光反射层的底层形成在GaN基板上，或者第一光反射层的与GaN基板接触的底层的线性热膨胀系数(CTE)满足以下条件：
1×10-6/K≤CTE≤1×10-5/K，
优选地，1×10-6/K<CTE≤1×10-5/K。
通过以这种方式预定义第一光反射层的面积的比例和GaN基板的表面的结晶表面的表面取向的偏角，可以降低p型化合物半导体层的表面粗糙度。即，可以形成具有优选的表面形态的p型化合物半导体层。因此，可以获得具有高平坦度的第二光反射层。即，可以获得期望的光反射率，并且难以发生特性的变化。此外，通过形成热膨胀缓解膜或预定义CTE值，可以避免由于GaN基板与第一光反射层之间的线性热膨胀系数的差异而发生第一光反射层与GaN基板分离的问题，并且因此可以提供高可靠性的表面发射激光装置。此外，当使用GaN基板时，在化合物半导体层中难以发生位错，并且可以避免表面发射激光装置的热阻增加的问题。因此，可以给予表面发射激光装置高可靠性，并且还可以在GaN基板的与其设置有p侧电极的侧不同的侧(即，在基板的背面侧)，设置n侧电极。
术语“GaN基板的表面的表面取向的偏角”是指当在宏观上观察时，由GaN基板的表面的表面取向和与GaN基板的表面垂直的线路所形成的角度。当S0表示GaN基板的面积时，预定义第一光反射层的面积小于或等于0.8S0，其中术语“GaN基板的面积S0”是指当已经获得最终的表面发射激光装置时仍然存在的GaN基板的面积。在这些情况下，第一光反射层的底层不用作光反射层。
可以提供一种形式，其中，热膨胀缓解膜由选自由氮化硅(SiNX)、氧化铝(AlOX)、氧化铌(NbOX)、氧化钽(TaOX)、氧化钛(TiOX)、氧化镁(MgOX)、氧化锆(ZrOX)以及氮化铝(AlNX)组成的组中的至少一种类型的材料制成。添加到每个材料的化学式中的后缀“X”或稍后描述的后缀“Y”和“Z”的值不仅包括基于化学计量的值，而且包括基于化学计量的值以外的值。这在以下描述中指代相同。当t1表示热膨胀缓解膜的厚度，λ0表示表面发射激光装置的发射波长，并且n1表示热膨胀缓解膜的折射率时，期望满足以下条件：
t1＝λ0/(4n1)，
优选地，t1＝λ0/(2n1)。
此处，热膨胀缓释膜的厚度t1的值可以是基本上任意的，并且可以例如小于或等于1×10-7m。
可以提供一种形式，其中，第一光反射层的底层由选自由氮化硅(SiNX)、氧化铝(AlOX)、氧化铌(NbOX)、氧化钽(TaOX)、氧化钛(TiOX)、氧化镁(MgOX)、氧化锆(ZrOX)以及氮化铝(AlNX)组成的组中的至少一种类型的材料制成。当t1表示第一光反射层的底层的厚度，λ0表示表面发射激光装置的发射波长，并且n1表示第一光反射层的底层的折射率时，期望满足以下条件：
t1＝λ0/(4n1)，
优选地，t1＝λ0/(2n1)。
此处，第一光反射层的底层的厚度t1的值可以是基本上任意的，并且可以例如小于或等于1×10-7m。
现在将描述实施方式5的表面发射激光装置。
在实施方式5的表面发射激光装置中，第一光反射层51的平面形状是正六边形。正六边形布置或设置成使得化合物半导体层沿[11-20]方向或与[11-20]方向相同的结晶方向横向外延生长。然而，第一光反射层51的形状不限于正六边形，而是可以是例如圆形、格子或条纹。
层压结构体20包括由GaN基化合物半导体制成的n型化合物半导体层21、有源层23和p型化合物半导体层22。更具体地，层压结构体20通过层压下列项而制成：
n型化合物半导体层21，由GaN基化合物半导体制成，并且具有第一表面21a和与第一表面21a相对的第二表面21b；
有源层(发光层)23，由GaN基化合物半导体制成并与n型化合物半导体层21的第二表面21b接触；以及
p型化合物半导体层22，由GaN基化合物半导体制成，并且具有与有源层23接触的第一表面22a和与第一表面22a相对的第二表面22b。
在p型化合物半导体层22的第二表面22b上形成p侧电极42和由介电多层膜制成的第二光反射层52，并且在基板11的与已形成层压结构体20的基板11的另一表面11a相对的一个表面11b上形成n侧电极41。在基板11的表面11a上形成由介电多层膜制成的第一光反射层51，使得第一光反射层51与n型化合物半导体层21的第一表面21a接触。
此处，实施方式5的表面发射激光装置由经由第二光反射层52从p型化合物半导体层22的顶面发射光的表面发射激光装置制成。具体地，实施方式5的表面发射激光装置是经由第二光反射层52从p型化合物半导体层22的第二表面22b发射光的第二光反射层发射型表面发射激光装置。基板11保留。层压结构体20的配置和结构可以与实施方式1到3中所描述的表面发射激光装置中的层压结构体20的配置和结构基本相同。
在实施方式5或稍后描述的实施方式6到10的表面发射激光装置中，在p侧电极42与p型化合物半导体层22之间形成由诸如SiOX、SiNX或AlOX的绝缘材料制成的电流限制层43。在电流限制层43中形成开口43A，并且在开口43A的底部暴露p型化合物半导体层22。P侧电极42形成在p型化合物半导体层22的第二表面22b上，在电流限制层43上方，并且第二光反射层52形成在p侧电极42上。用于与外部电极或电路电连接的焊盘电极44连接至p侧电极42的边缘部分的顶部。在实施方式5或稍后描述的实施方式6和7的表面发射激光装置中，第一光反射层51的平面形状是正六边形，并且第二光反射层52和形成在电流限制层43中的开口43A中的每一个的平面形状是圆形。尽管其各自具有多层结构，但为了简单示出，第一光反射层51和第二光反射层52各自示出为单层。电流限制层43的形状不是重要的。
在实施方式5的表面发射激光装置中，第一光反射层51与第二光反射层52之间的距离大于或等于0.15μm且小于或等于50μm，并且具体为例如10μm。与第一光反射层51垂直并穿过第一光反射层51的区域的重心的线路由LN1表示，并且与第二光反射层52垂直并穿过第二光反射层52的区域的重心的线路由LN2表示，并且LN1和LN2在图2A所示的示例中彼此重合。
n型化合物半导体层21由5μm厚的n型GaN层制成，有源层23具有实施方式1到3中所描述的配置和结构，p型化合物半导体层22配置为两层，即p型AlGaN电子势垒层(其厚度为10nm)和p型GaN层。电子势垒层位于有源层那一侧。n侧电极41由Ti/Pt/Au制成，并且p侧电极42由透明介电材料制成，具体是ITO，焊盘电极44由Ti/Pd/Au或Ti/Pt/Au制成，并且第一光反射层51和第二光反射层52各自以SiNX和SiOY层(其中，介电多层膜的层压层的总数为20)的层压结构制成，其中每层厚λ0/(4n)。
在实施方式5的表面发射激光装置中，当S1表示第一光反射层51的与n型化合物半导体层21的第一表面21a接触的部分(即，其与第二光反射层52相对的部分)的面积，并且S2表示第二光反射层52的与p型化合物半导体层22的第二表面22b相对的部分(即，其与第一光反射层51相对的部分)的面积时，满足S1<S2。
现在将基于作为基板等的示意性局部截面图的图3A、图3B和图3C，来描述制造实施方式5的表面发射激光装置的方法。
[工艺500]
第一光反射层51形成在基板(具体地，GaN基板)11上。具体地，首先，基于溅射法在基板11上在其整个表面上方形成介电多层膜，并且然后，基于光刻技术和干蚀刻技术将介电多层膜图案化，以获得第一光反射层51(参见图3A)。
[工艺510]
随后，在整个表面上形成n型化合物半导体层21、有源层23和p型化合物半导体层22。具体地，基于应用在横向方向上外延生长的MOCVD法，诸如，ELO法(使用TMG气体和SiH4气体)，在整个表面上方形成由n型GaN制成的n型化合物半导体层21。随后，在整个表面上形成有源层23和p型化合物半导体层22。具体地，基于外延生长法，使用TMG气体和TMI气体，在n型化合物半导体层21上形成有源层23，并且随后，使用TMG气体、TMA气体和Cp2Mg气体形成电子势垒层，并且使用TMG气体和Cp2Mg气体形成p型GaN层，以获得p型化合物半导体层22。通过以上工艺，可以获得层压结构体20。即，层压结构体20在包括第一光反射层51的基板(具体地，GaN基板)11上外延生长，该层压结构体20通过层压下列项而制成：
n型化合物半导体层21，由GaN基化合物半导体构成，并且具有第一表面21a和与第一表面21a相对的第二表面21b；
有源层23，由GaN基化合物半导体制成并与n型化合物半导体层21的第二表面21b接触；以及
p型化合物半导体层22，由GaN基化合物半导体制成并且具有与有源层23接触的第一表面22a和与第一表面22a相对的第二表面22b。
以这种方式可以获得图3B所示的结构。
[工艺520]
然后，基于众所周知的方法，在p型化合物半导体层22的第二表面22b上形成电流限制层43，电流限制层43由0.2μm厚的绝缘材料制成并且具有开口43A。
[工艺530]
随后，在p型化合物半导体层22上形成与第一光反射层51相对的p侧电极和第二光反射层。具体地，在p型化合物半导体层22的第二表面22b上形成p侧电极42和由介电多层膜制成的第二光反射层52。更具体地，例如，基于剥离法，在电流限制层43上方在p型化合物半导体层22的第二表面22b上形成由50nm厚的ITO层制成的p侧电极42，并且，基于众所周知的方法，在电流限制层43上方在p侧电极42上形成焊盘电极44。以这种方式可以获得图3C所示的结构。随后，基于众所周知的方法，在焊盘电极44上方在p侧电极42上形成第二光反射层52。另一方面，基于众所周知的方法，在基板11的另一表面11b上形成n侧电极41。以这种方式可以获得实施方式5的具有图2A所示的结构的表面发射激光装置。
[工艺540]
随后，通过执行所谓的装置分离来分离表面发射激光装置，并且层压结构体20的侧表面或暴露表面被例如由SiOX制成的绝缘膜覆盖。基于众所周知的方法形成端子等，以将n侧电极41或焊盘电极44连接至外部电路等，并且执行封装或密封，以完成实施方式5的表面发射激光装置。
如上所述，当基于在横向方向上外延生长的方法(诸如，外延横向过度生长(ELO)方法)，通过横向生长在包括其上形成的第一光反射层51的基板上，形成n型化合物半导体层21时，由于n型化合物半导体层21从第一光反射层51的边缘部分朝向第一光反射层51的中心部分外延生长，所以在第一光反射层51中的其中n型化合物半导体层21的区域相交的部分处，可能发生大量晶体缺陷。
在实施方式5的变形例的表面发射激光装置中，如图2B所示，第二光反射层52的区域的重心不在穿过第一光反射层51的区域的重心的与第一光反射层51垂直的线路LN1上。穿过第二光反射层52的区域的重心的与第二光反射层52垂直的线路LN2，与穿过有源层23的区域的重心(具体地，构成装置区域的有源层23的区域的重心)的与有源层23垂直的线路重合。换言之，有源层23的区域的重心不在穿过第一光反射层51的区域的重心的与第一光反射层51垂直的线路LN1上。这防止具有大量晶体缺陷的相交部分(具体地，位于线路LN1处或其附近的部分)位于装置区域的中心部分，并且防止或减少对表面发射激光装置的特性的不利影响。此外，当S3表示第一光反射层51的与n型化合物半导体层21的第一表面21a接触并且构成装置区域的部分(即，其与第二光反射层52相对的部分)的面积，并且S4表示第二光反射层52的与p型化合物半导体层22的第二表面22b相对并且构成装置区域的部分(即，其与第一光反射层51相对的部分)的面积时，满足S3<S4。
[实施方式6]
实施方式6是实施方式5的变型。在实施方式6的表面发射激光装置中，从有源层23生成的光经由第一光反射层51从n型化合物半导体层21的顶面向外部发射，如作为示意性局部截面图的图4A所示。即，实施方式6的表面发射激光装置是第一光发射型表面发射激光装置。在实施方式6的表面发射激光装置中，第二光反射层52经由由包括锡(Sn)或金(Au)层的焊料层制成的接合层45，基于焊剂接合，固定至由硅半导体基板制成的支撑基板46。
在实施方式6中，在n型化合物半导体层21上依次形成有源层23、p型化合物半导体层22、p侧电极42和第二光反射层52，并且然后，第二光反射层52固定至支撑基板46。随后，将第一光反射层51用作抛光阻挡层来去除基板11，以暴露n型化合物半导体层21(即，n型化合物半导体层21的第一表面21a)和第一光反射层51。然后，在n型化合物半导体层21(即，在n型化合物半导体层21的第一表面21a)上形成n侧电极41。
例如，第一光反射层51和第二光反射层52之间的距离大于或等于0.15μm且小于或等于50μm，并且具体为10μm。在实施方式6的表面发射激光装置中，第一光反射层51和n侧电极41彼此间隔开。即，第一光反射层51和n侧电极41之间具有偏移。例如，间隔距离在1mm以内，并且具体地平均为0.05mm。
现在将参照图5A和图5B描述制造实施方式6的表面发射激光装置的方法，图5A和图5B是层压结构体等的示意性局部截面图。
[工艺600]
首先，通过执行与实施方式5的[工艺500]到[工艺530]相同的工艺，来获得图2A所示的结构。然而，不形成n侧电极41。
[工艺610]
随后，第二光反射层52经由接合层45固定至支撑基板46。以这种方式可以获得图5A所示的结构。
[工艺620]
然后，去除基板(GaN基板)11，以暴露n型化合物半导体层21的第一表面21a和第一光反射层51。具体地，首先，基于机械抛光方法，减小基板11的厚度，并且然后，基于CMP方法，去除基板11的剩余部分。以这种方式，暴露n型化合物半导体层21的第一表面21a和第一光反射层51，以获得图9B所示的结构。
[工艺630]
随后，基于众所周知的方法，在n型化合物半导体层21的第一表面21a上形成n侧电极41。以这种方式可以获得实施方式6的具有图4A所示结构的表面发射激光装置。
[工艺640]
随后，通过执行所谓的装置分离，来分离表面发射激光装置，并且利用由例如SiOX制成的绝缘膜覆盖层压结构体20的侧表面或暴露表面。基于众所周知的方法形成端子等，以将n侧电极41或焊盘电极44连接至外部电路等，并执行封装或密封，以完成实施方式6的表面发射激光装置。
在制造实施方式6的表面发射激光装置的方法中，去除了其上已形成有第一光反射层的基板。因此，当去除了基板时，第一光反射层用作抛光阻挡层。结果，可以抑制在去除基板时在其表面内发生变化，并且抑制n型化合物半导体层的厚度发生变化，并且还可以实现谐振腔的长度的均匀性。因此，可以实现所获得的表面发射激光装置的特性的稳定化。此外，由于n型化合物半导体层在n型化合物半导体层与第一光反射层之间的界面处的表面(平坦表面)是平坦的，所以平坦表面处的光散射可以被尽可能地最小化。
在图4A所示的表面发射激光装置的示例中，n侧电极41的端部与第一光反射层51间隔开。另一方面，在图4B所示的表面发射激光装置的示例中，n侧电极41的端部延伸到第一光反射层51的外边缘。可替换地，可以形成n侧电极，使得n侧电极的端部与第一光反射层接触。
[实施方式7]
实施方式7是实施方式5和6的变型。图6示出了实施方式7的表面发射激光装置的示意性局部截面图。在实施方式7的表面发射激光装置中，GaN基板11的表面11a的结晶表面的表面取向的偏角在0.4°内，优选在0.40°内，并且当S0表示GaN基板11的面积时，第一光反射层51的面积小于或等于0.8S0。第一光反射层51的面积的下限可以例示为但不限于0.004×S0。热膨胀缓解膜53作为第一光反射层51的底层形成在GaN基板11上，或者第一光反射层51的与GaN基板11接触的底层(对应于热膨胀缓解膜53)的线性热膨胀系数(CTE)满足下列条件：
1×10-6/K≤CTE≤1×10-5/K，
优选地，1×10-6/K<CTE≤1×10-5/K。
具体地，热膨胀缓解膜53(第一光反射层51的底层)例如由氮化硅(SiNX)制成，其满足：
t1＝λ0/(2n1)。
具有这种膜厚度的热膨胀缓解膜53(第一光反射层51的底层)对于波长λ0的光是透明的，并且不用作光反射层。GaN基板11和氮化硅(SiNX)的CTE值如表6所示。CTE值为在25℃下的值
[表6]
GaN基板：5.59×10-6/K
氮化硅(SiNX)：2.6～3.5×10-6/K
为了制造实施方式7的表面发射激光装置，首先，形成构成第一光反射层51的底层的热膨胀缓解膜53，并且第一光反射层51的由介电多层膜制成的剩余部分形成在热膨胀缓解膜53上。然后，执行图案化，以获得第一光反射层51。随后，可以执行与实施方式5的[工艺510]至[工艺540]相同的工艺。
在实施方式7中，已检查了p型化合物半导体层22的偏角和表面粗糙度Ra之间的关系。结果示于下表7中。从表7可以看出，当偏角已超过0.4°时，p型化合物半导体层22的表面粗糙度Ra的值高。即，通过使偏角小于或等于0.4°，优选在0.40°内，可以抑制在化合物半导体层生长期间的台阶束，并且可以减小p型化合物半导体层22的表面粗糙度Ra的值。结果，可以获得具有高平坦度的第二光反射层52，并且难以发生诸如光反射率的特性的变化。
[表7]
此外，已检查了GaN基板11的面积S0、第一光反射层51的面积与p型化合物半导体层22的表面粗糙度Ra之间的关系。结果示于下表8中。从表8可以看出，通过使第一光反射层51的面积小于或等于0.8S0，可以降低p型化合物半导体层22的表面粗糙度Ra的值。
[表8]
从以上结果可以看出，p型化合物半导体层22(p型化合物半导体层22的第二表面22b)的表面粗糙度Ra优选小于或等于1.0nm。
此外，制造具有与实施方式7相同的配置和结构的表面发射激光装置，而不形成热膨胀缓解膜53，但是具有由SiOX制成的第一光反射层51的底层(CTE：0.51～0.58×10-6/K)，根据制造条件可能导致在层压结构体20的沉积期间使第一光反射层51与GaN基板11分离。另一方面，在实施方式7中，在层压结构体20的沉积期间，不发生第一光反射层51与GaN基板11的分离。
在实施方式7的表面发射激光装置中，由于如上所述预定义GaN基板的表面的结晶表面的表面取向的偏角和第一光反射层的面积的比例，所以可以减小p型化合物半导体层的表面粗糙度。即，可以形成具有优选的表面形态的p型化合物半导体层。结果，可以获得具有高平坦度的第二光反射层，并且因此，可以获得期望的光反射率，并且难以发生表面发射激光装置的特性的变化。此外，由于形成了热膨胀缓解膜或预定义了CTE值，所以可以避免由于在GaN基板与第一光反射层之间的线性热膨胀系数的差异而导致第一光反射层与GaN基板分离的问题的发生，并且因此可以提供高度可靠的表面发射激光装置。此外，由于使用GaN基板，所以在化合物半导体层中难以发生位错，并且可以避免表面发射激光装置的热阻增加的问题。因此，可以给予表面发射激光装置高可靠性，并且还可以在GaN基板的与其设置有p侧电极的侧不同的侧(即，在基板的背面侧)设置n侧电极。
[实施方式8]
实施方式8是实施方式6的变型。当n型化合物半导体层21的厚度大时，当光在第一光反射层51与第二光反射层52之间弹跳时，光可以从谐振腔中散射出而丢失，这可能导致表面发射激光装置的阈值增加和差分效率降低，并且可能进一步导致诸如工作电压增加和可靠性降低等问题。然而，通过抛光方法来减小n型化合物半导体层21的厚度，通常涉及到诸如晶片裂纹和谐振腔长度不均匀等难题。
在实施方式8的表面发射激光装置中，如作为示意性局部截面图的图7A所示，在n型化合物半导体层21的第一表面21a上形成凸部21c，在凸部21c上形成第一光反射层51，并且在围绕形成在n型化合物半导体层21的第一表面21a上的凸部21c的凹部21e上形成n侧电极41。即，在实施方式8中，n型化合物半导体层21具有所谓的台面形状。凸部21c的平面形状为圆形。通过以这种方式使n型化合物半导体层21具有台面形状，可以防止当光在第一光反射层51与第二光反射层52之间弹跳时光从谐振腔中散射出，并且消除诸如工作电压增加和可靠性降低的问题的发生的可能性。
n侧电极41的平面形状是环状(即，环形)。装置区域的平面形状是圆形，并且第一光反射层51、第二光反射层52以及形成在电流限制层43中的开口43A的平面形状也是圆形。
凸部21c的高度小于n型化合物半导体层21的厚度，并且可以大于或等于1×10-8m且小于或等于1×10-5m，并且可以具体地例示为例如2×10-6m。凸部21c的尺寸大于第一光反射层51的尺寸，并且也大于装置区域的尺寸。
在凸部21c的侧表面(侧壁)21d上形成由SiO2、SiN、AlN、ZrO2、Ta2O5等制成的介电层28，这可以更可靠地防止当光在第一光反射层51与第二光反射层52之间弹跳时光从谐振腔中散射出。构成介电层28的材料的折射率值优选小于构成n型化合物半导体层21的材料的平均折射率值。
除了上述几点之外，实施方式8的表面发射激光装置的配置和结构可以与实施方式6的表面发射激光装置的配置和结构相同，并且因此，省略其详细描述。
现在将参照作为层压结构体等的示意性局部截面图的图8A、图8B、图8C、图9A、图9B和图10描述制造实施方式8的表面发射激光装置的方法。在制造实施方式8的表面发射激光装置的方法中，与制造实施方式6的表面发射激光装置的方法不同，首先，在基板11上形成层压结构体20。在后续工艺中形成第一光反射层51。
[工艺800]
首先，基于众所周知的MOCVD方法，通过层压由GaN基化合物半导体制成的并且具有第一表面21a和与第一表面21a相对的第二表面21b的n型化合物半导体层21、由GaN基化合物半导体制成的并与n型化合物半导体层21的第二表面21b接触的有源层23、以及由GaN基化合物半导体制成的并且具有与有源层23接触的第一表面22a和与第一表面22a相对的第二表面22b的p型化合物半导体层22而制成的层压结构体20，形成在由GaN基板构成的基板11上。然后，基于众所周知的方法，在p型化合物半导体层22上形成具有开口43A的电流限制层43。以这种方式可以获得图8A所示的结构。
[工艺810]
然后，在p型化合物半导体层22的第二表面22b上形成p侧电极42和由介电多层膜制成的第二光反射层52。具体地，例如，基于剥离法，在电流限制层43上方在p型化合物半导体层22的第二表面22b上形成p侧电极42，并且基于众所周知的方法，在电流限制层43上方在p侧电极42上形成焊盘电极44。以这种方式可以获得图8B所示的结构。随后，基于众所周知的方法，在焊盘电极44上方在p侧电极42上形成第二光反射层52。以这种方式可以获得图8C所示的结构。
[工艺820]
随后，第二光反射层52经由接合层45固定至支撑基板46。以这种方式可以获得图9A所示的结构。
[工艺830]
然后，去除基板11，以暴露n型化合物半导体层21的第一表面21a。具体地，首先，基于机械抛光方法来减小基板11的厚度，并且然后，基于CMP方法去除基板11的剩余部分。此外，所暴露的n型化合物半导体层21在厚度方向上被部分蚀刻，并且在n型化合物半导体层21的第一表面21a上执行镜面加工。以这种方式可以获得图9B所示的结构。
[工艺840]
随后，在n型化合物半导体层21的第一表面21a上形成凸部21c和凹部21e，在凸部21c上形成由介电多层膜制成的第一光反射层51，在凸部21c和凹部21e上形成n侧电极41，并且在凸部21c的侧表面(侧壁)21d上形成介电层28。
具体地，基于众所周知的方法，在n型化合物半导体层21上要形成凸部21c的区域中形成抗蚀剂层，并且然后，基于RIE方法，蚀刻n型化合物半导体层21的曝光区域，以形成凸部21c和凹部21e。以这种方式可以获得图10所示的结构。然后，使用众所周知的方法在凸部21c的侧表面(侧壁)21d上形成介电层28。
然后，基于众所周知的方法，在n型化合物半导体层21的凸部21c上形成第一光反射层51。随后，基于众所周知的方法，在n型化合物半导体层21的凹部21e上形成n侧电极41。以这种方式可以获得实施方式8的具有图7所示的结构的表面发射激光装置。
形成n型化合物半导体层21的第一表面21a的凸部21c、介电层28，第一光反射层51以及n侧电极41的顺序不限于如上所述的顺序。例如，可以依次形成第一光反射层51、n型化合物半导体层21的第一表面21a的凸部21c、介电层28以及n侧电极41，并且可以依次形成n型化合物半导体层21的第一表面21a的凸部21c、介电层28、n侧电极41以及第一光反射层51。本质上，可以以任意顺序适当地形成n型化合物半导体层21的第一表面21a的凸部21c、介电层28、第一光反射层51以及n侧电极41。
[工艺850]
随后，通过执行所谓的装置分离，来分离表面发射激光装置，并且例如利用由SiO2等制成的绝缘膜，覆盖层压结构体的侧表面或暴露表面。基于众所周知的方法形成端子等，以将n侧电极41或焊盘电极44连接至外部电路等，并执行封装或密封，以完成实施方式8的表面发射激光装置。
[实施方式9]
实施方式9为实施方式8的变型。如作为示意性局部截面图的图7B所示，围绕形成在n型化合物半导体层21的第一表面21a上的第一光反射层51形成环形凹槽部分21f，并且凹槽部分21f填充有绝缘材料。即，在凹槽部分21f中形成有由SiO2、SiN、AlN、ZrO2、Ta2O5等制成的绝缘材料层29。通过以这种方式使n型化合物半导体层21具有台面形状，即，通过用绝缘材料填充环形凹槽部分21f，可以防止当光在第一光反射层51与第二光反射层52之间弹跳时光从谐振腔中散射出，并且消除发生诸如工作电压增加和可靠性降低的问题的可能性。
凹槽部分21f的深度小于n型化合物半导体层21的厚度，并且可以大于或等于1×10-8m且小于或等于1×10-5m，并且可以具体地例示为例如2×10-6m。凹槽部分21f的内径大于第一光反射层51，并且也大于装置区域的内径。
除了上述几点之外，实施方式9的表面发射激光装置的配置和结构可以与实施方式6的表面发射激光装置的配置和结构相同，并且因此省略其详细描述。
在实施方式9的表面发射激光装置中的与实施方式8的表面发射激光装置的[工艺840]相同的工艺中，可以在n型化合物半导体层21的第一表面21a上形成凹槽部分21f，而不是凸部21c，并且绝缘材料层29可以形成在凹槽部分21f中。
可替换地，在与实施方式5的[工艺500]相同的工艺中，在基板(具体地，GaN基板)11上形成有凹槽部分21f，在凹槽部分21f中形成有绝缘材料层29，并且然后，第一光反射层51形成在基板11上。在与实施方式5的[工艺510]相同的工艺中，n型化合物半导体层21、有源层23和p型化合物半导体层22形成在整个表面上，即，在基板11、第一光反射层51和填充到凹槽部分21f内的绝缘材料层29上方，并且随后，可以执行与实施方式5的[工艺520]到[工艺540]相同的工艺。在这种情况下，在与实施方式8的[工艺830]相同的工艺中，当已去除基板11以暴露n型化合物半导体层21的第一表面21a时，绝缘材料层29用作抛光阻挡层，并且因此，可以防止n型化合物半导体层21在其厚度方向上发生变化。
[实施方式10]
实施方式10也是实施方式8和9的变型。如作为示意性局部截面图的图11A和图11B所示，穿过第一光反射层的区域的重心的与第一光反射层垂直的线路LN1与穿过第二光反射层的与p型化合物半导体层相对的部分的区域的重心的与第二光反射层垂直的线路LN2不重合。换言之，有源层的区域的重心(具体地，构成装置区域的有源层的区域的重心)不在穿过第一光反射层的区域的重心的与第一光反射层垂直的线路LN1上。图11A所示的表面发射激光装置是图7A所示的实施方式8的表面发射激光装置的变型，并且图11B所示的表面发射激光装置是图7B所示的实施方式9的表面发射激光装置的变型。
在表面发射激光装置中，在谐振腔中心处的光场强度最大化的模式(即，基本模式)通常是最稳定的。在实施方式10的表面发射激光装置中，穿过第一光反射层51的区域的重心的与第一光反射层51垂直的线路LN1，与穿过第二光反射层52的与p型化合物半导体层22相对的部分的区域的重心的与第二光反射层52垂直的线路LN2不重合，或者有源层23的区域的重心不在穿过第一光反射层51的区域的重心的与第一光反射层51垂直的线路LN1上。换言之，用作n型化合物半导体层21的波导的台面形状的中心轴和装置区域(即，电流注入区域)的中心轴有意地相互移位。因此，可以降低在谐振腔的中心轴处的光场强度，从而降低基本模式的稳定性。由此，可以降低在大功率运行期间的基本模式的稳定性，并且从而导致扭结，从而降低表面发射激光装置的光输出的上限。因此，当将其用于期望限制输出的上限的应用(例如，激光照射生物体)中时，优选采用该配置。当R0表示被假定是装置区域的平面形状的圆的直径时，法线LN1和法线LN2之间的偏移可以例示为0.01～0.25R0。
除了上述几点之外，实施方式10的表面发射激光装置的配置和结构可以与实施方式8和9的表面发射激光装置的配置和结构相同，并且因此省略其详细描述。
虽然已经基于优选实施方式描述了本公开，但是本公开不限于这些实施方式。上述实施方式中的发光装置的配置和结构是示例性的，并且可以适当地改变，并且制造实施方式的发光装置的方法也可以适当地改变。
另外，也可以如下配置本技术。
[A01]<<光学半导体装置：第一方面>>
一种光学半导体装置，包括层压结构体，在层压结构体中，依次层压n型化合物半导体层、有源层和p型化合物半导体层，
其中，有源层包括含有隧道势垒层的多量子阱结构，并且
与p型化合物半导体层相邻的阱层的组分变化大于另一个阱层的组分变化。
[A02]根据[A01]所述的光学半导体装置，其中，与p型化合物半导体层相邻的阱层的带隙能量小于另一个阱层的带隙能量。
[A03]根据[A01]所述的光学半导体装置，其中，与p型化合物半导体层相邻的阱层的厚度大于另一个阱层的厚度。
[A04]根据[A03]中任一项所述的光学半导体装置，其中，与p型化合物半导体层相邻的阱层的带隙能量小于另一个阱层的带隙能量。
[A05]根据[A01]到[A04]中任一项所述的光学半导体装置，其中，隧道势垒层形成在阱层与势垒层之间。
[B01]<<光学半导体装置：第二方面>>
一种光学半导体装置，包括层压结构体，在层压结构体中，依次层压n型化合物半导体层、有源层和p型化合物半导体层，
其中，有源层包括含有隧道势垒层的多量子阱结构，并且
与p型化合物半导体层相邻的阱层的带隙能量小于另一个阱层的带隙能量。
[B02]根据[B01]所述的光学半导体装置，其中，与p型化合物半导体层相邻的阱层的厚度大于另一个阱层的厚度。
[B03]根据[B01]或[B02]所述的光学半导体装置，其中，隧道势垒层形成在阱层与势垒层之间。
[C01]<光学半导体装置：第三方面>
一种光学半导体装置，包括层压结构体，在层压结构体中，依次层压n型化合物半导体层、有源层和p型化合物半导体层，
其中，有源层包括含有隧道势垒层的多量子阱结构，并且
与p型化合物半导体层相邻的阱层的厚度大于另一个阱层的厚度。
[C02]根据[C01]所述的光学半导体装置，其中，隧道势垒层形成在阱层与势垒层之间。
[D01]根据[A01]到[C02]中任一项所述的光学半导体装置，其中，隧道势垒层的厚度小于或等于4nm。
[D02]根据[A01]到[D01]中任一项所述的光学半导体装置，其中，有源层由AlInGaN基化合物半导体制成。
[D03]根据[D02]所述的光学半导体装置，其中，隧道势垒层由GaN制成。
[D04]根据[D02]或[D03]所述的光学半导体装置，其中，n型化合物半导体层形成在GaN基板的c表面上。
[D05]根据[D02]到[D04]中任一项所述的光学半导体装置，其中，发射波长大于或等于440nm。
[E01]根据[D03]或[D04]所述的光学半导体装置，
其中，光学半导体装置由表面发射激光装置制成，
GaN基板的表面的表面取向的偏角在0.4度内，优选在0.40度内，
当S0表示GaN基板的面积时，第一光反射层的面积小于或等于0.8S0，并且
热膨胀缓解膜作为第一光反射层的底层，形成在GaN基板上。
[E02]根据[E01]所述的光学半导体装置，其中，热膨胀缓解膜由选自由氮化硅、氧化铝、氧化铌、氧化钽、氧化钛、氧化镁、氧化锆以及氮化铝组成的组中的至少一种类型的材料制成。
[E03]根据[E01]或[E02]所述的光学半导体装置，其中，当t1表示热膨胀缓解膜的厚度，λ0表示光学半导体装置的发射波长，并且n1表示热膨胀缓解膜的折射率时，满足t1＝λ0/(2n1)。
[E04]根据[D03]或[D04]所述的光学半导体装置，
其中，光学半导体装置由表面发射激光装置制成，
GaN基板的表面的表面取向的偏角在0.4度内，优选在0.40度内，
当S0表示GaN基板的面积时，第一光反射层的面积小于或等于0.8S0，并且
第一光反射层的与GaN基板接触的底层的线性热膨胀系数(CTE)满足：
1×10-6/K≤CTE≤1×10-5/K，
优选地，1×10-6/K<CTE≤1×10-5/K。
[E05]根据[E04]所述的光学半导体装置，其中，第一光反射层的底层由选自由氮化硅、氧化铝、氧化铌、氧化钽、氧化钛、氧化镁、氧化锆以及氮化铝组成的组中的至少一种类型的材料制成。
[E06]根据[E04]或[E05]所述的光学半导体装置，其中，当t1表示第一光反射层的底层的厚度，λ0表示光学半导体装置的发射波长，并且n1表示第一光反射层的底层的折射率时，满足t1＝λ0/(2n1)。
[E07]根据[E01]到[E06]中任一项所述的光学半导体装置，其中，p型化合物半导体层的表面粗糙度Ra小于或等于1.0nm。
[F01]根据[D02]到[E07]中任一项所述的光学半导体装置，
其中，光学半导体装置由表面发射激光装置制成，并且
在n型化合物半导体层的与有源层相对的第一表面上形成凸部，在凸部上形成第一光反射层，并且在围绕形成在n型化合物半导体层的第一表面上的凸部的凹部上，形成n侧电极。
[F02]根据[F01]所述的光学半导体装置，其中，在凸部的侧表面处形成介电层。
[F03]根据[F02]所述的光学半导体装置，其中，构成介电层的材料的折射率值小于构成n型化合物半导体层的材料的平均折射率值。
[F04]根据[D02]到[E07]中任一项所述的光学半导体装置，
其中，光学半导体装置由表面发射激光装置制成，
第一光反射层形成在n型化合物半导体层的与有源层相对的第一表面上，
在n型化合物半导体层的第一表面上形成凹槽部分，使得凹槽部分包围第一光反射层，并且
凹槽部分填充有绝缘材料。
[F05]根据[D02]到[F04]中任一项所述的光学半导体装置，
其中，光学半导体装置由表面发射激光装置制成，
穿过第一光反射层的区域的重心的与第一光反射层垂直的线路，与穿过第二光反射层的与p型化合物半导体层相对的部分的区域的重心的与第二光反射层垂直的线路不重合。
[F06]根据[D02]到[F04]中任一项所述的光学半导体装置，
其中，光学半导体装置由表面发射激光装置制成，并且
有源层的区域的重心不在穿过第一光反射层的区域的重心的与第一光反射层垂直的线路上。
参考符号列表
11基板(GaN基板)、20层压结构体、21n型化合物半导体层、21A n接触层、21B n覆层、21a n型化合物半导体层的第一表面、21b n型化合物半导体层的第二表面、21c设置在n型化合物半导体层上的凸部、21d凸部的侧表面(侧壁)、21e包围凸部的凹部、22p型化合物半导体层、22A电子势垒层、22B p覆层、22C p接触层、22a p型化合物半导体层的第一表面、22b p型化合物半导体层的第二表面、23有源层、24绝缘层、25n侧电极、26p侧电极、27脊状条纹结构、28介电层、29绝缘材料层、31、311、312阱层、32势垒层、33、331、332隧道势垒层、41n侧电极、42p侧电极、43电流限制层、43A电流限制层的开口、44焊盘电极、45接合层、46支撑基板、51第一光反射层、52第二光反射层、53热膨胀缓解膜、54介电膜。

Claims (15)

1.一种光学半导体装置，包括层压结构体，在所述层压结构体中，依次层压n型化合物半导体层、有源层和p型化合物半导体层，
其中，所述有源层包括含有隧道势垒层的多量子阱结构，并且
与所述p型化合物半导体层相邻的阱层的组分变化大于另一个阱层的组分变化。
2.根据权利要求1所述的光学半导体装置，其中，与所述p型化合物半导体层相邻的所述阱层的带隙能量小于所述另一个阱层的带隙能量。
3.根据权利要求1所述的光学半导体装置，其中，与所述p型化合物半导体层相邻的所述阱层的厚度大于所述另一个阱层的厚度。
4.根据权利要求3所述的光学半导体装置，其中，与所述p型化合物半导体层相邻的所述阱层的带隙能量小于所述另一个阱层的带隙能量。
5.根据权利要求1所述的光学半导体装置，其中，所述隧道势垒层形成在阱层与势垒层之间。
6.一种光学半导体装置，包括层压结构体，在所述层压结构体中，依次层压n型化合物半导体层、有源层和p型化合物半导体层，
其中，所述有源层包括含有隧道势垒层的多量子阱结构，并且
与所述p型化合物半导体层相邻的阱层的带隙能量小于另一个阱层的带隙能量。
7.根据权利要求6所述的光学半导体装置，其中，与所述p型化合物半导体层相邻的所述阱层的厚度大于所述另一个阱层的厚度。
8.根据权利要求6所述的光学半导体装置，其中，所述隧道势垒层形成在阱层与势垒层之间。
9.一种光学半导体装置，包括层压结构体，在所述层压结构体中，依次层压n型化合物半导体层、有源层和p型化合物半导体层，
其中，所述有源层包括含有隧道势垒层的多量子阱结构，并且
与所述p型化合物半导体层相邻的阱层的厚度大于另一个阱层的厚度。
10.根据权利要求9所述的光学半导体装置，其中，所述隧道势垒层形成在阱层与势垒层之间。
11.根据权利要求1、6以及9中任一项所述的光学半导体装置，其中，所述隧道势垒层的厚度小于或等于4nm。
12.根据权利要求1、6以及9中任一项所述的光学半导体装置，其中，所述有源层由AlInGaN基化合物半导体制成。
13.根据权利要求12所述的光学半导体装置，其中，所述隧道势垒层由GaN制成。
14.根据权利要求12所述的光学半导体装置，其中，所述n型化合物半导体层形成在GaN基板的c表面上。
15.根据权利要求12所述的光学半导体装置，其中，发射波长大于或等于440nm。
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