CN114830467A - 发光器件和制造发光器件的方法 - Google Patents

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Abstract

根据本公开的实施例的发光器件设置有：半绝缘基板，具有彼此相对的第一表面和第二表面；第一半导体层，层叠在半绝缘基板的第一表面上并且具有与半绝缘基板非连续的晶格平面，第一半导体层具有第一导电类型；以及半导体层叠体，层叠在半绝缘基板的第一表面上，半导体层介于半绝缘基板与半导体层叠体之间，并且半导体层叠体具有能够发射激光的发光区域。

Description

发光器件和制造发光器件的方法
技术领域
本公开涉及例如背面发射发光器件和制造发光器件的方法。
背景技术
例如，专利文献1公开了一种表面型发光元件，在该表面型发光元件中，在n型或半绝缘GaAs基板上依次形成n型半导体多层膜、基板侧接触及注入层和p型半导体多层膜、包括发光层的空腔和n型半导体多层膜。n型半导体多层膜包括在基板侧镜中。n型半导体多层膜包括在空气侧镜中。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本未经审查专利申请公开第H5-211346号。
发明内容
顺便提及，要求所谓的背面发射发光器件具有更高的激光振荡特性和更高的可靠性。
期望提供具有良好的激光振荡特性和高可靠性的发光器件和制造发光器件的方法。
根据本公开的实施例的发光器件包括：半绝缘基板，具有彼此相对的第一表面和第二表面；第一半导体层，层叠在半绝缘基板的第一表面上并且具有与半绝缘基板非连续的晶格平面；以及半导体层叠体，层叠在半绝缘基板的第一表面上，半导体层介于半绝缘基板与半导体层叠体之间。第一半导体层具有第一导电类型。半导体层叠体具有被配置为发射激光的发光区域。
根据本公开的实施例的制造发光器件的方法包括粘合半绝缘基板和半导体层叠体，第一半导体层介于半绝缘基板与半导体层叠体之间。半绝缘基板具有彼此相对的第一表面和第二表面。半导体层叠体具有被配置为发射激光的发光区域。第一半导体层具有第一导电类型。
在根据本公开的相应实施例的发光器件和制造发光器件的方法中，在另一基板上生长半导体层叠体并且然后将该半导体层叠体接合到半绝缘基板，第一半导体层介于半绝缘基板与半导体层叠体之间。半导体层叠体包括具有第一导电类型的第一半导体层和被配置为发射激光的发光区域。这使得基板吸收更少的激光并形成具有较低晶体缺陷密度的半导体层叠体。
附图说明
图1是示出根据本公开的实施例的半导体激光器的配置的示例的截面示意图。
图2A是描述制造图1所示的半导体激光器的方法的示例的截面示意图。
图2B是示出继图2A之后的步骤的截面示意图。
图2C是示出继图2B之后的步骤的截面示意图。
图2D是示出继图2C之后的步骤的截面示意图。
图2E是示出继图2D之后的步骤的截面示意图。
图2F是示出继图2E之后的步骤的截面示意图。
图3是示出图1所示的半导体激光器安装在安装基板上的发光器件的配置的示例的截面示意图。
图4是描述典型半导体激光器的示例的截面示意图。
图5是描述典型半导体激光器的另一示例的截面示意图。
图6A是描述根据本公开的修改示例1的制造半导体激光器的方法的截面示意图。
图6B是示出继图6A之后的步骤的截面示意图。
图6C是示出继图6B之后的步骤的截面示意图。
图6D是示出继图6C之后的步骤的截面示意图。
图6E是示出继图6D之后的步骤的截面示意图。
图6F是示出继图6E之后的步骤的截面示意图。
图6G是示出继图6F之后的步骤的截面示意图。
图7A是描述根据本公开的修改示例2的制造半导体激光器的方法的截面示意图。
图7B是示出继图7A之后的步骤的截面示意图。
图7C是示出继图7B之后的步骤的截面示意图。
图7D是示出继图7C之后的步骤的截面示意图。
图8A是描述根据本公开的修改示例3的制造半导体激光器的方法的截面示意图。
图8B是示出继图8A之后的步骤的截面示意图。
图8C是示出继图8B之后的步骤的截面示意图。
图9是示出根据本公开的修改示例4的半导体激光器的配置的示例的截面示意图。
图10是示出根据本公开的修改示例4的半导体激光器的配置的另一示例的截面示意图。
图11是示出根据本公开的修改示例5的半导体激光器的配置的示例的截面示意图。
图12是示出根据本公开的修改示例5的半导体激光器的配置的另一示例的截面示意图。
图13是示出根据本公开的修改示例5的半导体激光器的配置的另一示例的截面示意图。
图14是示出根据本公开的修改示例5的半导体激光器的配置的另一示例的截面示意图。
图15是示出包括图3所示的发光器件的距离测量***的示意性配置的示例的框图。
具体实施方式
下面参考附图详细描述本公开的实施例。以下描述是本公开的具体示例，但是本公开不限于以下模式。此外，本公开不限于在附图中示出的相应组件的布置、尺寸、尺寸比等。注意，按照以下顺序给出描述。
1.实施例(将在另一基板上外延生长的半导体层叠体接合在半绝缘基板上的半导体激光器的示例)
1-1.半导体激光器的配置
1-2.制造半导体激光器的方法
1-3.作用和效果
2.修改示例
2-1.修改示例1(制造半导体激光器的方法的示例)
2-2.修改示例2(制造半导体激光器的方法的示例)
2-3.修改示例3(制造半导体激光器的方法的示例)
2-4.修改示例4(半导体激光器的另一配置示例)
2-5.修改示例5(半导体激光器的另一配置示例)
3.应用示例(距离测量***的示例)
<1.实施例>
图1示意性地示出了根据本公开的实施例的发光器件(半导体激光器1)的截面配置的示例。该半导体激光器1例如是背面发射垂直腔面发射激光器(VCSEL)。例如，多个VCSEL被集成在阵列中作为多个发光区域。
(1-1.半导体激光器的配置)
半导体激光器1例如在半绝缘基板21的第一表面(前表面(表面21S1))上包括多个半导体层叠体10。每个半导体层叠体10具有例如柱状形状(台面形状)。例如，依次层叠有第一光反射层12、有源层13、第二光反射层14和第二接触层15。电流限制层16设置在第一光反射层12与有源层13之间。电流限制层16具有形成于其中的电流注入区域16A。半导体层叠体10层叠在半绝缘基板21的前表面(表面21S1)上，第一接触层11介于其间。半导体层叠体10在半绝缘基板21的前表面(表面21S1)与半导体层叠体10之间具有非连续的晶格平面。具体地，半导体层叠体10在半绝缘基板21的前表面(表面21S1)与第一接触层11之间的界面处具有非连续的晶格平面。该半导体层叠体10对应于根据本公开的“半导体层叠体”的具体示例。第一接触层11上设置有第一电极31。第一电极31为相应半导体层叠体10所共用。在相应半导体层叠体10的上表面(表面10S1)上设置第二电极32。除了该第一电极31和这些第二电极32之外，第一接触层11的前表面(表面11S1)和半导体层叠体10的上表面(表面10S1)和侧表面(表面10S3)覆盖有绝缘膜17。
第一接触层11例如包括GaAs基半导体。第一接触层11用于电耦接第一电极31和每个半导体层叠体10的第一光反射层12。第一接触层11例如包括p型GaAs。第一接触层11对应于根据本公开的“第一半导体层”的具体示例。
第一光反射层12设置在第一接触层11与电流限制层16之间。第一光反射层12与第二光反射层14相对，有源层13和电流限制层16介于其间。第一光反射层12使有源层13中生成的光在第一光反射层12与第二光反射层14之间谐振。第一光反射层12对应于根据本公开的“第一光反射层”的具体示例。
第一光反射层12是分布式布拉格反射器(DBR)层，其中，低折射率层(未示出)和高折射率层(未示出)交替层叠。每个低折射率层例如包括光学厚度为λ×1/4n的p型Alx1Ga1- x1As(0<x1≤1)，每个高折射率层例如包括光学厚度为λ×1/4n的p型Alx2Ga1-x2As(0≤x2<x1)。λ表示从发光区域中的每一个发射的激光的振荡波长，并且n表示折射率。
有源层13设置在第一光反射层12与第二光反射层14之间。有源层13包括例如砷化铝镓(AlGaAs)基半导体材料。在有源层13中，从第一电极31和第二电极32注入的空穴和电子发生辐射复合以生成受激发射光。有源层13的与电流注入区域16A相对的区域用作发光区域。例如，未掺杂的AlX3Ga1-X3As(0<X3≤0.45)可用于有源层13。有源层13可以具有例如GaAs和AlGaAs的多量子阱(MQW：多量子阱)结构。此外，有源层13可以具有砷化铟镓(InGaAs)和AlGaAs的多量子阱结构。有源层13对应于根据本公开的“有源层”的具体示例。
第二光反射层14是设置有源层13与第二电极32之间的DBR层。第二光反射层14与第一光反射层12相对，有源层13和电流限制层16介于其间。第二光反射层14对应于根据本公开的“第二光反射层”的具体示例。
第二光反射层14具有低折射率层和高折射率层交替重叠的层叠结构。低折射率层例如是光学膜厚度为λ/4n的n型AlX4Ga1-X4As(0<X4≤1)。高折射率层例如是光学膜厚度为λ/4n的n型AlX5Ga1-X5As(0≤X5<X4)。
第二接触层15包括例如具有导电性的GaAs基半导体。第二接触层15例如包括n型GaAs。
电流限制层16设置在第一光反射层12与有源层13之间。电流限制层16形成为具有从具有例如台面形状的半导体层叠体10的外周侧到内侧具有预定宽度的环形形状。换句话说，电流限制层16设置在第一光反射层12与有源层13之间。电流限制层16在其中部具有预定宽度的开口。该开口用作电流注入区域16A。电流限制层16包括例如p型AlGaAs。具体地，电流限制层16包括Al0.85Ga0.15As至AlAs。这被氧化为氧化铝(AlOx)层以限制电流。提供具有该电流限制层16的半导体激光器1限制从第一电极31注入到有源层13中的电流，并且提高电流注入效率。
例如，在每个半导体层叠体10的上表面(表面10S1)和侧表面(表面10S3)以及第一接触层11的前表面(表面11S1)上连续地形成绝缘膜17。绝缘膜17例如包括诸如氮化硅(SiN)或氧化硅(SiO2)的单层膜或者层叠膜。绝缘膜17在相应半导体层叠体10的上表面(表面10S1)和第一接触层11上的预定位置处设置有开口17H(例如，参见图2E)。每个开口17H填充有第一电极31或第二电极32。
半绝缘基板21是其上集成有多个半导体层叠体10的支撑基板。半绝缘基板21是与其上形成有上述每个半导体层叠体10的基板(例如，晶体生长基板41)不同的基板。半绝缘基板21例如包括不包括杂质的GaAs基半导体。此外，半绝缘基板21不必限于典型的半绝缘基板，只要半绝缘基板21的载流子浓度低并且吸收更少的激光即可。例如，可以使用p型或n型载流子浓度为5×1017cm-3或更小的基板作为半绝缘基板21。
第一电极31设置在第一接触层11上。例如，通过使用例如钛(Ti)/铂(Pt)/金(Au)的多层膜来形成第一电极31。
第二电极32设置在半导体层叠体10上。具体地，第二电极32设置在第二接触层15上。通过使用例如金锗(Au-Ge)/镍(Ni)/金(Au)的多层膜来形成第二电极32。
根据本实施例的半导体激光器1是具有所谓的阳极公共结构的半导体激光器，在该阳极公共结构中，第一电极31和多个半导体层叠体10通过包括例如p型GaAs的第一接触层11彼此电耦接。
在半导体激光器1中，在将预定电压施加至第一电极31和第二电极32的情况下，电压从第一电极31和第二电极32施加至半导体层叠体10。这在发光区域中从第一电极31注入电子并从第二电极32注入空穴。电子和空穴的复合生成光。光在第一光反射层12与第二光反射层14之间被谐振和放大，并且激光L从半绝缘基板21的后表面(表面21S2)发射。
(1-2.制造半导体激光器的方法)
接下来，参考图2A至图2F描述制造半导体激光器1的方法。
首先，如图2A所示，例如，以诸如有机金属气相生长(Metal Organic ChemicalVapor Deposition：MOCVD)方法的外延晶体生长方法在包括例如n型GaAs的晶体生长基板41上依次形成包括在第二接触层15、第二光反射层14、有源层13、第一光反射层12和第一接触层11中的相应化合物半导体层。在这种情况下，例如使用诸如三甲基铝(TMAl)、三甲基镓(TMGa)或三甲基铟(TMIn)的甲基有机金属气体和胂(AsH3)气体作为化合物半导体的原料，例如使用乙硅烷(Si2H6)作为供体杂质的原料，例如使用四溴化碳(CBr4)作为受体杂质的原料。
随后，如图2B所示，接合半绝缘基板21和第一接触层11。例如，通过在高真空条件下激活半绝缘基板21的前表面(表面21S1)和第一接触层11的后表面(表面11S2)，并且然后在施加负载的同时使半绝缘基板21和第一接触层11紧密接触，固态焊接可用于接合半绝缘基板21和第一接触层11。
接下来，如图2C所示，例如，通过抛光处理和湿法蚀刻去除晶体生长基板41。随后，具有预定图案的抗蚀剂膜(未示出)形成在第二光反射层14上，并且该抗蚀剂膜然后用作掩模以选择性地蚀刻第二光反射层14、有源层13和第一光反射层12。在这种情况下，优选使用例如使用Cl类气体的反应性离子蚀刻(RIE)。这形成均具有柱状形状的台面结构(半导体层叠体10)。之后，在水蒸气气氛下执行高温处理，以形成用于电流限制的氧化层(电流限制层16)。如图2D所示，在第一接触层11上形成多个半导体层叠体10。多个半导体层叠体10彼此分离。
随后，如图2E所示，在半导体层叠体10的上表面(表面10S1)和第一接触层11上形成具有开口17H的绝缘膜17。绝缘膜17例如通过化学气相生长(CVD：Chemical VaporDeposition)方法或原子层沉积(ALD：Atomic Layer Deposition)方法来形成。在形成绝缘膜17以覆盖第一接触层11的前表面(表面11S1)以及形成在第一接触层11上的半导体层叠体10的上表面(表面10S1)和侧表面(表面10S3)的整体之后，在绝缘膜17上图案化具有预定图案的抗蚀剂膜(未示出)，并且执行诸如RIE的蚀刻以形成开口17H。
随后，如图2F所示，通过使用例如使用抗蚀剂图案的剥离方法，在第一接触层11和半导体层叠体10的上表面上分别图案化第一电极31和第二电极32。这完成了图1所示的半导体激光器1。
图3示意性地示出了将图1所示的半导体激光器1安装在安装基板51上的发光器件的配置的示例。发光器件具有图1所示的半导体激光器1例如倒装芯片安装在安装基板51上的配置。倒装芯片安装是将半导体激光器1的第一电极31和第二电极32安装为与安装基板51相对。例如，安装基板51在前表面(表面51S1)上包括多个电极(未示出)。多个电极被设置成具有对应于半导体激光器1的第一电极31和第二电极32的相应图案。多个电极例如通过焊料电耦接。安装基板51可以设置有诸如用于半导体激光器1的电源电路的驱动电路。在这种情况下，驱动电路的端子本身可以被配置为耦接至半导体激光器1的第一电极31和第二电极32。
(1-3.作用和效果)
根据本实施例的半导体激光器1具有层叠在半绝缘基板21上的多个半导体层叠体10，第一接触层11介于其间。根据本实施例的半导体激光器1在半绝缘基板21与第一接触层11之间具有例如非连续的晶格平面。这是因为包括第一接触层11的半导体层叠体10在与半绝缘基板21不同的基板(晶体生长基板41)上生长，并且然后接合形成在半导体层叠体10上的第一接触层11和半绝缘基板21。这允许基板吸收更少的激光L。此外，可以形成具有较低晶体缺陷密度的半导体层叠体10。下面对此进行描述。
图4和图5示意性地示出了典型的半导体激光器1000A和1000B的截面配置的示例。在典型的背面发射表面发射激光器中，例如，如图4所示的半导体激光器1000A，例如，通过外延晶体生长方法在n型半导体基板(n-GaAs基板1011)上共同形成n-DBR层1012、有源层1013、电流限制层1014和p-DBR层1015。在以这种方式制造的半导体激光器1000A中，从背面发射的激光L被n-GaAs基板1011吸收，从而引起关于降低的振荡特性的问题。
同时，例如，如图5所示的半导体激光器1000B那样，例如，在n-GaAs接触层1026、n-DBR层1022、有源层1023、电流限制层1024和p-DBR层1025以外延晶体生长方法直接共同形成在作为器件层的半导体层叠体1021上的情况下，半导体层叠体1021具有高晶体缺陷密度。这导致半导体激光器在通电操作中的可靠性显著降低。
相对照地，在本实施例中，第二光反射层14、有源层13、第一光反射层12和第一接触层11在与半绝缘基板21不同的基板(晶体生长基板41)上依次生长，并且然后将第一接触层11接合到半绝缘基板21。通过使用上述方法形成的根据本实施例的半导体激光器1在半绝缘基板21与第一接触层11之间的界面处具有非连续的晶格平面。这使得可以形成具有较低晶体缺陷密度的半导体层叠体10。此外，在发光区域中发射的光不被基板吸收，而是从半绝缘基板21的后表面(表面21S2)发出。
如上所述，在根据本实施例的半导体激光器1中，在与半绝缘基板21不同的基板(晶体生长基板41)上外延生长半导体层叠体10，并且然后接合与半导体层叠体10一起形成的第一接触层11和半绝缘基板21。这形成具有低晶体缺陷密度的半导体层叠体10。这使得可以提高可靠性。此外，在发光区域中发射的激光L不被基板吸收，但是可以从半绝缘基板21的后表面(表面21S2)发射激光L。这实现了良好的激光振荡特性。
以下描述本公开的修改示例(修改示例1至修改示例5)和应用示例。以下，对与上述实施例相同的结构要素标注相同标号，并且适当省略其描述。
<2.修改示例>
(2-1.修改示例1)
图6A至图6G是各自描述根据本公开的修改示例1的制造发光器件(半导体激光器1A)的方法的截面示意图。例如，也可以如下制造上述半导体激光器1。
首先，如图6A所示，如上述实施例中那样，例如，通过诸如MOCVD方法的外延晶体生长方法，在包括例如n型GaAs的晶体生长基板41上依次形成第二光反射层14、有源层13、第一光反射层12以及第一接触层11A。
随后，如图6B所示，具有预定图案的抗蚀剂膜(未示出)形成在第一接触层11A上，并且然后通过使用例如RIE将该抗蚀剂膜用作掩模以选择性地蚀刻第一接触层11A、第一光反射层12、有源层13和第二光反射层14。这形成均具有柱状形状并且包括第一接触层11A的台面结构(半导体层叠体10)。之后，在水蒸气气氛下执行高温处理，以形成电流限制层16。这在晶体生长基板41上形成多个半导体层叠体10。多个半导体层叠体10彼此分离。
随后，如图6C所示，在相应半导体层叠体10之间埋入填充剂53，并且与第一接触层11A一起形成平坦的接合表面。此外，如图6D所示，第一接触层11B提前生长在半绝缘基板21上。
接下来，如图6E所示，接合半绝缘基板21上的第一接触层11B和形成在晶体生长基板41上的第一接触层11A。如上述实施例中那样，例如，通过在高真空条件下激活第一接触层11A和第一接触层11B的前表面，并且在施加负载的同时使第一接触层11A和第一接触层11B紧密接触，固态焊接可用于接合第一接触层11A和第一接触层11B。
随后，如图6F所示，例如，通过抛光处理和湿法蚀刻去除晶体生长基板41，并且剥离填充剂53。接下来，如图6G所示，如上述实施例中那样，在半导体层叠体10的上表面(表面10S1)和第一接触层11上形成具有开口的绝缘膜17，并且在开口中形成第一电极31和第二电极32。这完成了半导体激光器1A。以这种方式制造的半导体激光器1A在其上层叠有半导体层叠体10的第一接触层11的区域与其他区域之间具有高差(level difference)。
(2-2.修改示例2)
图7A至图7D是各自描述根据本公开的修改示例2的制造发光器件(半导体激光器2)的方法的截面示意图。还可以如下制造根据本技术的半导体器件。
首先，如图7A所示，通过将包括n型GaAs的晶体生长基板41粘合到半绝缘基板21上来形成接合基板。随后，如图7B所示，例如，通过诸如MOCVD方法的外延晶体生长方法在晶体生长基板41上依次形成第二光反射层14、有源层13、第一光反射层12以及第一接触层11。
接下来，如图7C所示，在第一接触层11A上形成具有预定图案的抗蚀剂膜(未示出)，并且然后使用该抗蚀剂膜作为掩模以通过使用例如RIE选择性地蚀刻第一接触层11A、第一光反射层12、有源层13和第二光反射层14。这形成各自具有柱状形状并且在其上部中具有第一接触层11的台面结构(半导体层叠体10)。之后，在水蒸气气氛下执行高温处理，以形成电流限制层16。这在晶体生长基板41上形成多个半导体层叠体10。多个半导体层叠体10彼此分离。
随后，如图7D所示，如上述实施例中那样，在半导体层叠体10的上表面上或第一接触层11和晶体生长基板41上形成具有开口的绝缘膜17，并且在这些开口中形成第一电极31和第二电极32。这完成了半导体激光器2。
注意，在根据本修改示例的半导体激光器2中，第二光反射层14对应于根据本公开的“第一光反射层”，并且第一光反射层12对应于根据本公开的“第二光反射层”。此外，接合至半绝缘基板21的晶体生长基板41对应于根据本公开的“第一半导体层”。在根据本修改示例的半导体激光器2中，在半绝缘基板21与晶体生长基板41之间形成非连续的晶格平面。
此外，在本修改示例中，已经描述了使用包括n型GaAs的基板作为晶体生长基板41的示例，但是晶体生长基板41也可以是p型GaAs基板。可选地，晶体生长基板41也可以是III-V族化合物半导体基板，诸如InP基板、AlGaAs基板或AlGaInP基板。
(2-3.修改示例3)
图8A至图8C是各自描述根据本公开的修改示例3的制造发光器件(半导体激光器3)的方法的截面示意图。还可以如下制造根据本技术的半导体器件。
首先，如图8A所示，如上述修改示例2中那样，通过将包括n型GaAs的晶体生长基板41粘合到半绝缘基板21上来形成接合基板。随后，如图8B所示，例如，通过诸如MOCVD方法的外延晶体生长方法在晶体生长基板41上依次形成第一接触层11、第一光反射层12、有源层13以及第二光反射层14。
之后，如图8C所示，如上述实施例那样，选择性地蚀刻第二光反射层14、有源层13和第一光反射层12以形成均具有柱状形状的台面结构(半导体层叠体10)，并且依次形成电流限制层16、绝缘膜17以及第一电极31和第二电极32。这完成了半导体激光器3。
在以这种方式将包括n型GaAs的晶体生长基板41粘合到半绝缘基板21上的情况下，还可以从包括例如Alx1Ga1-x1As(0≤x1<1)的p型第一接触层11侧依次外延生长。在这种情况下，包括n型GaAs的晶体生长基板41设置在第一接触层11与半绝缘基板21之间。在半绝缘基板21与晶体生长基板41之间形成非连续的晶格平面。
注意，在根据本修改示例的半导体激光器3中，第一接触层11对应于根据本公开的“第一半导体层”，并且晶体生长基板41对应于根据本公开的“第二半导体层”。
(2-4.修改示例4)
图9示意性地示出了根据本公开的修改示例4的发光器件的截面配置的示例(半导体激光器4A)。图10示意性示出了根据本公开的修改示例4的发光器件的截面配置的另一示例(半导体激光器4B)。
在上述修改示例2和修改示例3中，已经描述了包括n型GaAs的晶体生长基板41直接粘合至半绝缘基板21的示例，但是例如，如图9所示，可以在半绝缘基板21与晶体生长基板41之间设置介电层22。介电层22包括例如氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)、氧化铝(Al2O3)等。尤其是在不与GaAs基板(诸如包括InP基板、AlGaAs基板、AlGaInP基板等的III-V族化合物半导体基板)晶格匹配的材料或者热膨胀系数与GaAs基板的热膨胀系数不同的材料被用作晶体生长基板41的情况下，在半绝缘基板21与晶体生长基板41之间设置介电层22使得可以增加半绝缘基板21与晶体生长基板41之间的接合强度。这使得抗热应力更强，并且使得可以提高制造成品率。
可选地，如图10所示，可以在半绝缘基板21与晶体生长基板41之间设置包括例如ITO等的透明导电层23。在透明导电层23设置在半绝缘基板21与晶体生长基板41之间的情况下，在晶体生长基板41中连同绝缘膜17一起设置有开口以耦接第二电极32和透明导电层23。这使得半导体激光器4B具有所谓的阴极公共结构，在该阴极公共结构中，第二电极32和多个半导体层叠体10通过透明导电层23彼此电耦接。以这种方式，半导体激光器4B允许相应半导体层叠体10通过透明导电层23通电。例如，与通过n型半导体层通电的情况相比，这使得可以减小第二电极32与半导体层叠体10之间的布线电阻。可以在半导体层叠体10之间实现均匀的发光特性。
(2-5.修改示例5)
图11示意性地示出了根据本公开的修改示例5的发光器件的截面配置的示例(半导体激光器5A)。图12示意性地示出了根据本公开的修改示例5的发光器件的截面配置的另一示例(半导体激光器5B)。图13示意性地示出了根据本公开的修改示例5的发光器件的截面配置的另一示例(半导体激光器5C)。
在上述修改示例2和修改示例3中，已经描述了包括n型GaAs的晶体生长基板41粘合至半绝缘基板21的示例，但是例如，如图11所示，可以通过外延生长在半绝缘基板21上生长光反射层24并且可以将该光反射层24和晶体生长基板41粘合在一起。光反射层24具有低折射率层和高折射率层交替重叠的层叠结构。光反射层24包括例如n型或p型或非掺杂AlGaAs。
此外，如上述修改示例4中那样，例如，如图12所示，在光反射层24与晶体生长基板41之间可以设置介电层22，或者例如，如图13所示，在光反射层24与晶体生长基板41之间可以设置透明导电层23。
例如，与图14所示的半导体激光器5D一样，以这种方式在半绝缘基板21上设置光反射层24使得可以省略半绝缘基板21侧上的半导体层叠体10的光反射层(本修改示例中的第二光反射层14)。这简化了包括在每个半导体层叠体10中的外延生长结构，并且因此调节较少的生长条件，从而使得可以形成高质量有源层13。因此，可以实现更良好的激光振荡特性和高可靠性。
<3.应用示例>
本技术可应用于包括半导体激光器的各种电子装置。例如，本技术可应用于包括在诸如智能电话的便携式电子装置中的光源、分别感测形状、操作等的各种感测装置中的每一个的光源等。
图15是示出距离测量***(距离测量***200)的示意性配置的框图，在该距离测量***中，使用上述半导体激光器1的发光装置被用作例如照明装置100。距离测量***200以ToF方法测量距离。距离测量***200包括例如照明装置100、光接收单元210、控制单元220和距离测量单元230。
照明装置100包括例如图1所示的半导体激光器1等作为光源。照明装置100例如与矩形波的发光控制信号CLKp同步地生成照明光。另外，发光控制信号CLKp不限于矩形波，只要其是周期信号即可。例如，发光控制信号CLKp可以是正弦波。
光接收单元210接收从照射目标300反射的反射光，并且每当经过垂直同步信号VSYNC的周期时，检测在该周期内接收的光量。例如，60赫兹(Hz)的周期信号被用作垂直同步信号VSYNC。此外，在光接收单元210中，多个像素电路以二维晶格形状布置。光接收单元210将与在这些像素电路中接收的光量相对应的图像数据(帧)提供至距离测量单元230。注意，垂直同步信号VSYNC的频率不限于60赫兹(Hz)，而可以是30赫兹(Hz)或120赫兹(Hz)。
控制单元220控制照明装置100。控制单元220生成发光控制信号CLKp，并且向照明装置100和光接收单元210提供发光控制信号CLKp。发光控制信号CLKp的频率例如是20兆赫(MHz)。注意，发光控制信号CLKp的频率不限于20兆赫(MHz)，而可以例如是5兆赫(MHz)。
距离测量单元230基于图像数据以ToF方法测量到照射目标300的距离。该距离测量单元230针对每个像素电路测量距离并且生成指示每个像素到对象的距离的深度图作为灰度值。该深度图例如用于执行与距离对应的程度的模糊处理的图像处理、根据距离确定聚焦透镜的聚焦焦点的自动聚焦(AF)处理等。
虽然上面已经参考实施例和修改示例1至修改示例5以及应用示例描述了本公开，但是本公开不限于上述实施例等。多种修改是可能的。例如，在上述实施例中描述的半导体激光器1的层配置是示例并且可以进一步包括另一层。此外，各层的材料也是示例。上述那些不是限制性的。
注意，本文所描述的效果仅是说明性的而非限制性的。此外，可以提供其他效果。
注意，本技术可以配置如下。根据具有以下配置的本技术，可以防止基板吸收激光并且因此可以实现良好的振荡特性。此外，可以形成具有较低晶体缺陷密度的半导体层叠体。这使得可以提高可靠性。
(1)
一种发光器件，包括：
半绝缘基板，具有彼此相对的第一表面和第二表面；
第一半导体层，层叠在半绝缘基板的第一表面上并且具有与半绝缘基板非连续的晶格平面，第一半导体层具有第一导电类型；以及
半导体层叠体，层叠在半绝缘基板的第一表面上，第一半导体层介于半绝缘基板与半导体层叠体之间，半导体层叠体具有被配置为发射激光的发光区域。
(2)
根据(1)的发光器件，进一步包括在半绝缘基板与第一半导体层之间的第二半导体层，该第二半导体层具有与第一导电类型不同的第二导电类型。
(3)
根据(1)或(2)的发光器件，进一步包括在半绝缘基板与第一半导体层之间的介电层。
(4)
根据(1)或(2)的发光器件，进一步包括在半绝缘基板与第一半导体层之间的导电层，该导电层具有透光性。
(5)
根据(2)至(4)中任一项的发光器件，其中，第一半导体层或第二半导体层包括外延生长半导体层叠体的晶体生长基板。
(6)
根据(1)至(5)中任一项的发光器件，其中，第一半导体层在半导体层叠体的层叠区域与另一区域之间具有高差。
(7)
根据(1)至(6)中任一项的发光器件，其中，半绝缘基板包括p型或n型载流子浓度为5×1017cm-3或更小的基板。
(8)
根据(1)至(7)中任一项的发光器件，其中，半导体层叠体具有从半绝缘基板侧依次层叠的第一光反射层、有源层和第二光反射层。
(9)
根据(8)的发光器件，其中，半导体层叠体进一步包括在第一光反射层与有源层之间的电流限制层，该电流限制层具有电流注入区域。
(10)
根据(8)的发光器件，其中，半导体层叠体进一步包括在有源层与第二光反射层之间的电流限制层，该电流限制层具有电流注入区域。
(11)
根据(1)至(10)中任一项的发光器件，进一步包括：
第一电极，设置在半导体层叠体的与半绝缘基板相对的表面上，该第一电极被设置成被配置为在发光区域中向半导体层叠体施加预定电压；以及
第二电极，设置在第一半导体层上。
(12)
根据(1)至(11)中任一项的发光器件，其中，激光从半绝缘基板的第二表面发射。
(13)
一种制造发光器件的方法，该方法包括：
粘合半绝缘基板和半导体层叠体，其中，第一半导体层介于半绝缘基板与半导体层叠体之间，半绝缘基板具有彼此相对的第一表面和第二表面，半导体层叠体具有被配置为发射激光的发光区域，第一半导体层具有第一导电类型。
(14)
根据(13)的制造发光器件的方法，包括接合半绝缘基板的第一表面和第一半导体层的与半导体层叠体所在的表面相对的另一表面。
(15)
根据(14)的制造发光器件的方法，包括在具有第一导电类型或与第一导电类型不同的第二导电类型的半导体基板上依次生长第二光反射层、有源层、以及第一光反射层和第一半导体层之后，接合半绝缘基板的第一表面和第一半导体层的另一表面。
(16)
根据(15)的制造发光器件的方法，包括在接合半绝缘基板的第一表面和第一半导体层的另一表面之后，分离第一光反射层、有源层和第二光反射层以形成多个半导体层叠体。
(17)
根据(15)的制造发光器件的方法，包括：
在具有第一导电类型或与第一导电类型不同的第二导电类型的半导体基板上依次生长第二光反射层、有源层、以及第一光反射层和第一半导体层的一部分；
分离第一半导体层的一部分、第一光反射层、有源层和第二光反射层以形成多个半导体层叠体；
在半绝缘基板的第一表面上形成第一半导体层的一部分；以及
接合半绝缘基板侧的第一半导体层的一部分和半导体层叠体侧的第一半导体层的一部分。
(18)
根据(13)至(17)中任一项的制造发光器件的方法，包括在将半导体基板作为晶体生长基板接合到半绝缘基板的第一表面之后，在半导体基板上依次生长并形成第一半导体层和半导体层叠体，该半绝缘基板具有彼此相对的第一表面和第二表面，该半导体基板具有第一导电类型或与第一导电类型不同的第二导电类型。
(19)
根据(18)的制造发光器件的方法，包括在半绝缘基板的第一表面上形成介电层之后，将半导体基板粘合至介电层。
(20)
根据(18)的制造发光器件的方法，包括在半绝缘基板的第一表面上形成导电膜之后，将半导体基板粘合至导电膜，该导电膜具有透光性。
本申请基于2019年12月20日向日本专利局提交的日本专利申请第2019-230069号要求优先权，其全部内容通过引用并入本申请。
本领域技术人员应当理解，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和变更，只要它们在所附权利要求或其等同物的范围内即可。

Claims (20)

1.一种发光器件，包括：
半绝缘基板，具有彼此相对的第一表面和第二表面；
第一半导体层，层叠在所述半绝缘基板的所述第一表面上并且具有与所述半绝缘基板非连续的晶格平面，所述第一半导体层具有第一导电类型；以及
半导体层叠体，层叠在所述半绝缘基板的所述第一表面上，所述第一半导体层介于所述半绝缘基板与所述半导体层叠体之间，所述半导体层叠体具有被配置为发射激光的发光区域。
2.根据权利要求1所述的发光器件，进一步包括在所述半绝缘基板与所述第一半导体层之间的第二半导体层，所述第二半导体层具有与所述第一导电类型不同的第二导电类型。
3.根据权利要求1所述的发光器件，进一步包括在所述半绝缘基板与所述第一半导体层之间的介电层。
4.根据权利要求1所述的发光器件，进一步包括在所述半绝缘基板与所述第一半导体层之间导电层，所述导电层具有透光性。
5.根据权利要求2所述的发光器件，其中，所述第一半导体层或所述第二半导体层包括外延生长所述半导体层叠体的晶体生长基板。
6.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述第一半导体层在所述半导体层叠体的层叠区域与另一区域之间具有高差。
7.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述半绝缘基板包括p型或n型载流子浓度为5×1017cm-3或更小的基板。
8.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述半导体层叠体具有从所述半绝缘基板侧依次层叠的第一光反射层、有源层和第二光反射层。
9.根据权利要求8所述的发光器件，其中，所述半导体层叠体进一步包括在所述第一光反射层与所述有源层之间的电流限制层，所述电流限制层具有电流注入区域。
10.根据权利要求8所述的发光器件，其中，所述半导体层叠体进一步包括在所述有源层与所述第二光反射层之间的电流限制层，所述电流限制层具有电流注入区域。
11.根据权利要求1所述的发光器件，进一步包括：
第一电极，设置在所述半导体层叠体的与所述半绝缘基板相对的表面上，所述第一电极被设置成被配置为在所述发光区域中向所述半导体层叠体施加预定电压；以及
第二电极，设置在所述第一半导体层上。
12.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述激光从所述半绝缘基板的所述第二表面发射。
13.一种制造发光器件的方法，所述方法包括：
粘合半绝缘基板和半导体层叠体，第一半导体层介于所述半绝缘基板与所述半导体层叠体之间，所述半绝缘基板具有彼此相对的第一表面和第二表面，所述半导体层叠体具有被配置为发射激光的发光区域，所述第一半导体层具有第一导电类型。
14.根据权利要求13所述的制造发光器件的方法，包括接合所述半绝缘基板的所述第一表面和所述第一半导体层的与所述半导体层叠体所在的表面相对的另一表面。
15.根据权利要求14所述的制造发光器件的方法，包括在具有所述第一导电类型或与所述第一导电类型不同的第二导电类型的半导体基板上依次生长第二光反射层、有源层、第一光反射层以及所述第一半导体层之后，接合所述半绝缘基板的所述第一表面和所述第一半导体层的所述另一表面。
16.根据权利要求15所述的制造发光器件的方法，包括在接合所述半绝缘基板的所述第一表面和所述第一半导体层的所述另一表面之后，分离所述第一光反射层、所述有源层和所述第二光反射层以形成多个所述半导体层叠体。
17.根据权利要求15所述的制造发光器件的方法，包括：
在具有所述第一导电类型或与所述第一导电类型不同的第二导电类型的半导体基板上依次生长所述第一半导体层的一部分、第二光反射层、有源层以及第一光反射层；
分离所述第一半导体层的一部分、所述第一光反射层、所述有源层和所述第二光反射层以形成多个所述半导体层叠体；
在所述半绝缘基板的所述第一表面上形成所述第一半导体层的一部分；以及
接合所述半绝缘基板侧的所述第一半导体层的一部分和所述半导体层叠体侧的所述第一半导体层的一部分。
18.根据权利要求13所述的制造发光器件的方法，包括在将半导体基板作为晶体生长基板接合到所述半绝缘基板的所述第一表面之后，在所述半导体基板上依次生长并形成所述第一半导体层和所述半导体层叠体，所述半绝缘基板具有彼此相对的所述第一表面和所述第二表面，所述半导体基板具有所述第一导电类型或与所述第一导电类型不同的第二导电类型。
19.根据权利要求18所述的制造发光器件的方法，包括在所述半绝缘基板的所述第一表面上形成介电层之后，将所述半导体基板粘合至所述介电层。
20.根据权利要求18所述的制造发光器件的方法，包括在所述半绝缘基板的所述第一表面上形成导电膜之后，将所述半导体基板粘合至所述导电膜，所述导电膜具有透光性。
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