JP6723723B2 - Vertical cavity light emitting device and method of manufacturing the same - Google Patents

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Description

本発明は、垂直共振器型面発光レーザ（VCSEL：vertical cavity surface emitting laser）などの垂直共振器型発光素子及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a vertical cavity light emitting device such as a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) and a manufacturing method thereof.

垂直共振器型面発光レーザ（以下、単に面発光レーザと称する）は、基板面に対して垂直に光を共振させ、当該基板面に垂直な方向に光を出射させる構造を有する半導体レーザである。例えば、特許文献１には、窒化物半導体層の少なくとも一方の表面に、開口部を有する絶縁層と、当該開口部を被覆するように当該絶縁層上に設けられた透光性電極と、当該透光性電極を介して当該開口部上に設けられた反射鏡と、を有する垂直共振器型面発光レーザが開示されている。また、特許文献１には、絶縁層と透光性電極との間に導電性材料が挿入されることが開示されている。 The vertical cavity surface emitting laser (hereinafter, simply referred to as a surface emitting laser) is a semiconductor laser having a structure in which light is resonated perpendicularly to a substrate surface and light is emitted in a direction perpendicular to the substrate surface. .. For example, in Patent Document 1, an insulating layer having an opening on at least one surface of a nitride semiconductor layer, a transparent electrode provided on the insulating layer so as to cover the opening, and There is disclosed a vertical cavity surface emitting laser having a reflecting mirror provided on the opening via a transparent electrode. Patent Document 1 discloses that a conductive material is inserted between the insulating layer and the translucent electrode.

特開2011-29607号公報JP 2011-29607 JP

例えば、面発光レーザなどの垂直共振器型発光素子は、発光層を挟んで互いに対向する反射鏡を有し、この互いに対向する反射鏡によって共振器が構成されている。面発光レーザにおいては、反射鏡は、例えば、屈折率が異なる２つの薄膜を交互に複数回積層することで形成することができる。 For example, a vertical cavity type light emitting element such as a surface emitting laser has reflecting mirrors which face each other with a light emitting layer interposed therebetween, and the reflecting mirrors which face each other form a resonator. In the surface emitting laser, the reflecting mirror can be formed, for example, by alternately laminating two thin films having different refractive indexes a plurality of times.

面発光レーザの発振閾値（動作電圧）を下げるためには、反射鏡が高い反射特性を有することが好ましい。また、レーザ素子に印加された電流が損失なく発光層に注入されることが好ましい。また、面発光レーザの信頼性を高めるためには、例えば半導体層などで発生した熱が効率よく外部に放熱されることが好ましい。 In order to reduce the oscillation threshold (operating voltage) of the surface emitting laser, it is preferable that the reflecting mirror has high reflection characteristics. Further, it is preferable that the current applied to the laser element is injected into the light emitting layer without loss. Further, in order to improve the reliability of the surface emitting laser, it is preferable that heat generated in, for example, the semiconductor layer be efficiently radiated to the outside.

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、高効率での電流注入が可能であり、高い放熱性を有する垂直共振器型発光素子及びその製造方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a vertical resonator type light emitting device capable of injecting current with high efficiency and having high heat dissipation, and a manufacturing method thereof.

本発明による垂直共振器型発光素子は、第１の反射鏡と、第１の反射鏡上に形成され、第１の導電型を有する第１の半導体層と、第１の半導体層上に形成された活性層と、活性層上に形成され、第１の導電型とは反対の第２の導電型を有する第２の半導体層と、第２の半導体層の表面に形成され、開口部を有する絶縁層と、開口部から露出した第２の半導体層の表面上に形成された透光性電極と、透光性電極上において第１の反射鏡に対向しかつ開口部にアライメントされて配され、開口部の開口形状に対応した形状の側面を有する第２の反射鏡と、第２の反射鏡の側面を覆うように形成された放熱部と、を有することを特徴としている。 A vertical cavity light emitting device according to the present invention is formed on a first reflecting mirror, a first semiconductor layer having a first conductivity type and formed on the first reflecting mirror, and a first semiconductor layer. An active layer formed on the active layer, a second semiconductor layer formed on the active layer and having a second conductivity type opposite to the first conductivity type, and an opening formed on the surface of the second semiconductor layer. An insulating layer which is provided, a transparent electrode formed on the surface of the second semiconductor layer exposed from the opening, and arranged on the transparent electrode so as to face the first reflecting mirror and be aligned with the opening. The second reflecting mirror has a side surface having a shape corresponding to the opening shape of the opening, and a heat radiating portion formed so as to cover the side surface of the second reflecting mirror.

また、本発明による垂直共振器型発光素子の製造方法は、第１の導電型を有する第１の半導体層、活性層及び第１の導電型とは反対の第２の導電型を有する第２の半導体層を積層する工程と、第１の半導体層上に第１の反射鏡を形成する工程と、第２の半導体層の表面に開口部を有する絶縁層を形成する工程と、絶縁層の開口部にアライメントされた開口部を有する導電層を形成する工程と、絶縁層の開口部及び導電層の開口部から露出した第２の半導体層の表面に透光性電極を形成する工程と、透光性電極上において第１の反射鏡に対向した位置に第２の反射鏡を形成する工程と、第２の反射膜の側面を覆うように放熱部を形成する工程と、を含み、第２の反射鏡を形成する工程は、透光性電極上に誘電体多層膜を形成する工程と、誘電体多層膜上にマスクを形成する工程と、導電層を遮光層として第１の半導体層側からマスクに露光を行い、マスクのパターニングを行う工程と、を含むことを特徴としている。 Also, the method for manufacturing a vertical cavity light emitting device according to the present invention includes a first semiconductor layer having a first conductivity type, an active layer, and a second conductivity type having a second conductivity type opposite to the first conductivity type. Stacking semiconductor layers, forming a first reflecting mirror on the first semiconductor layer, forming an insulating layer having an opening on the surface of the second semiconductor layer, Forming a conductive layer having an opening aligned with the opening; forming a transparent electrode on the surface of the second semiconductor layer exposed from the opening of the insulating layer and the opening of the conductive layer; A step of forming a second reflecting mirror at a position facing the first reflecting mirror on the translucent electrode, and a step of forming a heat radiating portion so as to cover a side surface of the second reflecting film, The step of forming the second reflection mirror includes the steps of forming a dielectric multilayer film on the transparent electrode, forming a mask on the dielectric multilayer film, and using the conductive layer as a light-shielding layer for the first semiconductor layer. Exposing the mask from the side and patterning the mask.

（ａ）及び（ｂ）は、実施例１に係る半導体レーザの断面図である。(A) And (b) is sectional drawing of the semiconductor laser which concerns on Example 1. FIG. （ａ）は、実施例１の半導体レーザの上面図であり、（ｂ）は、実施例１に係る半導体レーザの部分拡大断面図である。7A is a top view of the semiconductor laser of Example 1, and FIG. 9B is a partially enlarged cross-sectional view of the semiconductor laser of Example 1. （ａ）〜（ｃ）は、実施例１に係る半導体レーザの製造過程を示す断面図である。(A)-(c) is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor laser concerning Example 1. （ｄ）及び（ｅ）は、実施例１に係る半導体レーザの製造過程を示す断面図である。(D) And (e) is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor laser concerning Example 1. （ｆ）及び（ｇ）は、実施例１に係る半導体レーザの製造過程を示す断面図である。6F and 6G are cross-sectional views showing the manufacturing process of the semiconductor laser according to the first embodiment. 実施例２に係る半導体レーザの断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of a semiconductor laser according to a second embodiment. （ａ）〜（ｃ）は、実施例２に係る半導体レーザの製造過程を示す断面図である。(A)-(c) is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor laser concerning Example 2.

以下、本発明の実施例について詳細に説明する。なお、以下の実施例においては、面発光レーザ（半導体レーザ）について説明する。しかし、本発明は、面発光レーザのみならず、垂直共振器型発光素子に適用することができる。 Hereinafter, examples of the present invention will be described in detail. The surface emitting laser (semiconductor laser) will be described in the following embodiments. However, the present invention can be applied not only to the surface emitting laser but also to the vertical cavity type light emitting device.

図１（ａ）及び（ｂ）は、実施例１に係る半導体レーザ１０の断面図である。本実施例においては、半導体レーザ１０は、垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）である。半導体レーザ１０は、活性層１３Ｂを含む半導体構造層１３を介して互いに対向して配置された第１及び第２の反射鏡１２及び１４を有する。なお、図１（ｂ）は、第２の反射鏡１４の詳細構造を示す断面図である。 1A and 1B are cross-sectional views of the semiconductor laser 10 according to the first embodiment. In this embodiment, the semiconductor laser 10 is a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting Laser). The semiconductor laser 10 has first and second reflecting mirrors 12 and 14 arranged to face each other with a semiconductor structure layer 13 including an active layer 13B interposed therebetween. Note that FIG. 1B is a cross-sectional view showing the detailed structure of the second reflecting mirror 14.

図１（ａ）に示すように、半導体レーザ１０は、基板１１上に第１の反射鏡１２、半導体構造層１３及び第２の反射鏡１４が積層された構造を有している。具体的には、基板１１上に第１の反射鏡１２が形成されている。また、第１の反射鏡１２上には半導体構造層１３が、半導体構造層１３上には第２の反射鏡１４が形成されている。本実施例においては、基板１１はＧａＮ基板である。 As shown in FIG. 1A, the semiconductor laser 10 has a structure in which a first reflecting mirror 12, a semiconductor structure layer 13, and a second reflecting mirror 14 are laminated on a substrate 11. Specifically, the first reflecting mirror 12 is formed on the substrate 11. A semiconductor structure layer 13 is formed on the first reflecting mirror 12, and a second reflecting mirror 14 is formed on the semiconductor structure layer 13. In this embodiment, the substrate 11 is a GaN substrate.

次に、図１（ａ）及び（ｂ）を用いて半導体レーザ１０の構造について説明する。まず、図１（ａ）に示すように、本実施例においては、第１の反射鏡１２は、低屈折率半導体層Ｌ１及び高屈折率半導体層Ｈ１が交互に複数回積層された多層膜反射鏡である。本実施例においては、第１の反射鏡１２は、半導体材料からなる分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）である。 Next, the structure of the semiconductor laser 10 will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 1A, in the present embodiment, the first reflecting mirror 12 is a multilayer film reflection in which a low refractive index semiconductor layer L1 and a high refractive index semiconductor layer H1 are alternately laminated a plurality of times. It's a mirror. In this embodiment, the first reflecting mirror 12 is a distributed Bragg reflector (DBR) made of a semiconductor material.

次に、図１（ａ）に示すように、半導体構造層１３は、ｎ型半導体層（第１の導電型を有する第１の半導体層）１３Ａと、活性層１３Ｂと、ｐ型半導体層（第１の導電型とは反対の第２の導電型を有する第２の半導体層）１３Ｃとが積層された構造を有する。本実施例においては、ｎ型半導体層１３Ａは、第１の反射鏡１２上に形成されている。また、ｐ型半導体層１３Ｃ上には第２の反射鏡１４が形成されている。 Next, as shown in FIG. 1A, the semiconductor structure layer 13 includes an n-type semiconductor layer (first semiconductor layer having a first conductivity type) 13A, an active layer 13B, and a p-type semiconductor layer ( The second semiconductor layer) 13C having a second conductivity type opposite to the first conductivity type) 13C is laminated. In this embodiment, the n-type semiconductor layer 13A is formed on the first reflecting mirror 12. Further, the second reflecting mirror 14 is formed on the p-type semiconductor layer 13C.

本実施例においては、第１の反射鏡１２及び半導体構造層１３は、ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の組成を有する。例えば、第１の反射鏡１２は、ＡｌＩｎＮの組成を有する低屈折率半導体層Ｌ１及びＧａＮの組成を有する高屈折率半導体層Ｈ１が交互に複数回積層された構造を有する。また、本実施例においては、ｎ型半導体層１３Ａは、ＧａＮの組成を有し、ｎ型不純物としてＳｉを含む。活性層１３Ｂは、ＩｎＧａＮの組成を有する井戸層（図示せず）及びＧａＮの組成を有する障壁層（図示せず）が交互に積層された量子井戸構造を有する。また、ｐ型半導体層１３Ｃは、ＧａＮの組成を有し、ｐ型不純物としてＭｇを含む。 In this embodiment, the first reflecting mirror 12 and the semiconductor structure layer 13 have a composition of Al x In y Ga 1-xy N (0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦x+y≦1). Have. For example, the first reflecting mirror 12 has a structure in which a low refractive index semiconductor layer L1 having a composition of AlInN and a high refractive index semiconductor layer H1 having a composition of GaN are alternately laminated a plurality of times. Further, in this embodiment, the n-type semiconductor layer 13A has a composition of GaN and contains Si as an n-type impurity. The active layer 13B has a quantum well structure in which well layers (not shown) having a composition of InGaN and barrier layers (not shown) having a composition of GaN are alternately stacked. The p-type semiconductor layer 13C has a composition of GaN and contains Mg as a p-type impurity.

なお、本実施例においては、基板１１と第１の反射鏡１２との間にバッファ層（図示せず）が形成されている。また、第１の反射鏡１２及び半導体構造層１３は、基板１１を成長用基板とし、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）を用いて形成した。 In this embodiment, a buffer layer (not shown) is formed between the substrate 11 and the first reflecting mirror 12. Further, the first reflecting mirror 12 and the semiconductor structure layer 13 were formed by using the substrate 11 as a growth substrate and using a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD method).

また、半導体レーザ１０は、ｐ型半導体層１３Ｃの表面に形成され、開口部１５Ａを有する絶縁層１５を有する。絶縁層１５の開口部１５Ａからは、ｐ型半導体層１３Ｃの表面が露出している。本実施例においては、絶縁層１５は、ｐ型半導体層１３Ｃの表面を部分的に絶縁化することによって形成した。本実施例においては、ｐ型半導体層１３Ｃの表面には、絶縁化された領域（絶縁層１５）と絶縁化されていない領域（開口部１５Ａから露出した部分）とが形成されている。 Further, the semiconductor laser 10 has an insulating layer 15 formed on the surface of the p-type semiconductor layer 13C and having an opening 15A. The surface of the p-type semiconductor layer 13C is exposed from the opening 15A of the insulating layer 15. In this example, the insulating layer 15 was formed by partially insulating the surface of the p-type semiconductor layer 13C. In this embodiment, an insulated region (insulating layer 15) and a non-insulated region (portion exposed from the opening 15A) are formed on the surface of the p-type semiconductor layer 13C.

半導体レーザ１０は、絶縁層１５上に設けられた導電層１６を有する。本実施例においては、導電層１６は、絶縁層１５の開口部１５Ａと同様の形状及びサイズの開口部を有する。導電層１６は、例えば、Ｐｔからなる。 The semiconductor laser 10 has a conductive layer 16 provided on the insulating layer 15. In this embodiment, the conductive layer 16 has an opening having the same shape and size as the opening 15A of the insulating layer 15. The conductive layer 16 is made of Pt, for example.

半導体レーザ１０は、ｎ型半導体層１３Ａに接続されたｎ電極（第１の電極）ＮＥと、ｐ型半導体層１３Ｃに接続されたｐ電極（第２の電極）ＰＥと、を有する。ｎ電極ＮＥは、ｎ型半導体層１３Ａ上に形成されている。また、ｐ電極ＰＥは、ｐ型半導体層１３Ｃ上に形成されている。 The semiconductor laser 10 has an n electrode (first electrode) NE connected to the n-type semiconductor layer 13A and a p-electrode (second electrode) PE connected to the p-type semiconductor layer 13C. The n-electrode NE is formed on the n-type semiconductor layer 13A. The p electrode PE is formed on the p-type semiconductor layer 13C.

本実施例においては、ｎ電極ＮＥは、ｎ型半導体層１４Ａ上に形成されている。また、ｎ電極ＮＥは、Ｔｉ層、Ａｌ層、Ｔｉ層、Ｐｔ層、Ａｕ層及びＴｉ層が積層された構造を有する。ｐ電極ＰＥは、ｐ型半導体層１３Ｃ上に形成されている。より具体的には、絶縁層１５の開口部１５Ａから露出したｐ型半導体層１３Ｃの表面上に形成されている。本実施例においては、ｐ電極ＰＥは、開口部１５Ａを被覆して導電層１６上に形成されている。ｐ電極ＰＥは、例えばＩＴＯやＩＺＯなど、活性層１３Ｂからの放出光に対して透光性を有する材料からなる透光性電極である。 In the present embodiment, the n-electrode NE is formed on the n-type semiconductor layer 14A. Further, the n-electrode NE has a structure in which a Ti layer, an Al layer, a Ti layer, a Pt layer, an Au layer and a Ti layer are stacked. The p electrode PE is formed on the p-type semiconductor layer 13C. More specifically, it is formed on the surface of the p-type semiconductor layer 13C exposed from the opening 15A of the insulating layer 15. In this embodiment, the p electrode PE is formed on the conductive layer 16 so as to cover the opening 15A. The p-electrode PE is a translucent electrode made of a material having translucency with respect to the light emitted from the active layer 13B, such as ITO or IZO.

第２の反射鏡１４は、ｐ電極ＰＥ上に形成され、第１の反射鏡１２に対向して配置されている。第２の反射鏡１４は、高屈折率誘電体層Ｈ２及び低屈折率誘電体層Ｌ２が交互に複数回積層された多層膜反射鏡である。本実施例においては、第２の反射鏡１４は、Ｎｂ2Ｏ5層（高屈折率誘電体層Ｈ２）及びＳｉＯ2層（低屈折率誘電体層Ｌ２）が交互に複数回積層された構造を有する。すなわち、本実施例においては、第２の反射鏡１４は、誘電体材料からなる分布ブラッグ反射器である。 The second reflecting mirror 14 is formed on the p-electrode PE and is arranged so as to face the first reflecting mirror 12. The second reflecting mirror 14 is a multilayer-film reflecting mirror in which a high-refractive-index dielectric layer H2 and a low-refractive-index dielectric layer L2 are alternately laminated a plurality of times. In the present embodiment, the second reflecting mirror 14 has a structure in which Nb 2 O 5 layers (high refractive index dielectric layers H2) and SiO 2 layers (low refractive index dielectric layers L2) are alternately laminated a plurality of times. Have. That is, in this embodiment, the second reflecting mirror 14 is a distributed Bragg reflector made of a dielectric material.

第２の反射鏡１４は、ｐ電極ＰＥ上において第１の反射鏡１２に対向して配置されている。また、第２の反射鏡１４は、絶縁層１５の開口部１５Ａにアライメントされて配され、開口部１５Ａの開口形状に対応した（ほぼ一致した）形状の側面１４Ｓを有する。また、第２の反射鏡１４は、導電層１６の開口部とも同じ形状及びサイズを有する。本実施例においては、第２の反射鏡１４の側面１４Ｓは、絶縁層１５の開口部１５Ａと同一の形状を有する。また、第２の反射鏡１４の中心軸は、絶縁層１５の開口部１５Ａの中心軸に対してアライメントされている。 The second reflecting mirror 14 is arranged on the p-electrode PE so as to face the first reflecting mirror 12. The second reflecting mirror 14 is arranged in alignment with the opening 15A of the insulating layer 15 and has a side surface 14S having a shape corresponding (substantially matching) to the opening shape of the opening 15A. In addition, the second reflecting mirror 14 has the same shape and size as the opening of the conductive layer 16. In this embodiment, the side surface 14S of the second reflecting mirror 14 has the same shape as the opening 15A of the insulating layer 15. The central axis of the second reflecting mirror 14 is aligned with the central axis of the opening 15A of the insulating layer 15.

半導体レーザ１０は、第２の反射鏡１４の側面１４Ｓを覆うように形成された放熱部１７を有する。放熱部１７は、半導体構造層１３及び第２の反射鏡１４よりも高い熱伝導性を有する。放熱部１７は、例えば、Ｔｉ層、Ｐｔ層及びＡｕ層がｐ電極ＰＥ上に積層された構造を有する。本実施例においては、放熱部１７は、ｐ電極ＰＥの上面及び第２の反射鏡１４の側面１４Ｓに接触している。放熱部１７は、半導体構造層１３、特に開口部１５Ａの直下の半導体構造層１３の領域に生じた熱を外部に放熱する。また、本実施例においては、放熱部１７は、ｐ電極ＰＥに接続され、外部に接続されるパッド電極として機能する。 The semiconductor laser 10 has a heat dissipation portion 17 formed so as to cover the side surface 14S of the second reflecting mirror 14. The heat dissipation part 17 has higher thermal conductivity than the semiconductor structure layer 13 and the second reflecting mirror 14. The heat dissipation part 17 has, for example, a structure in which a Ti layer, a Pt layer, and an Au layer are stacked on the p electrode PE. In the present embodiment, the heat dissipation portion 17 is in contact with the upper surface of the p electrode PE and the side surface 14S of the second reflecting mirror 14. The heat dissipation portion 17 dissipates heat generated in the semiconductor structure layer 13, particularly in the region of the semiconductor structure layer 13 immediately below the opening 15A, to the outside. Further, in this embodiment, the heat dissipation portion 17 is connected to the p electrode PE and functions as a pad electrode connected to the outside.

活性層１３Ｂ、ｐ型半導体層１３Ｃ、絶縁層１５、導電層１６及びｐ電極ＰＥの側面上には、絶縁膜ＩＳが形成されている。ｎ電極ＮＥは、絶縁膜ＩＳによって、ｐ型半導体層１３Ｃ、ｐ電極ＰＥ、導電層１６及び放熱部１７から絶縁されている。 An insulating film IS is formed on the side surfaces of the active layer 13B, the p-type semiconductor layer 13C, the insulating layer 15, the conductive layer 16 and the p electrode PE. The n-electrode NE is insulated from the p-type semiconductor layer 13C, the p-electrode PE, the conductive layer 16 and the heat dissipation part 17 by the insulating film IS.

次に、図１（ａ）を参照し、半導体レーザ１０の発光動作について説明する。まず、半導体レーザ１０においては、互いに対向する第１及び第２の反射鏡１２及び１４が共振器を構成する。半導体構造層１３（活性層１３Ｂ）から放出された光は、第１及び第２の反射鏡１２及び１４間において反射を繰り返し、共振状態に至る（レーザ発振を行う）。そして、共振光は、その一部が第２の反射鏡１４を透過し、外部に取出される。このようにして、半導体レーザ１０は、基板１１に垂直な方向に光を出射する。 Next, the light emitting operation of the semiconductor laser 10 will be described with reference to FIG. First, in the semiconductor laser 10, the first and second reflecting mirrors 12 and 14 facing each other form a resonator. The light emitted from the semiconductor structure layer 13 (active layer 13B) is repeatedly reflected between the first and second reflecting mirrors 12 and 14 to reach a resonance state (performs laser oscillation). Then, a part of the resonant light passes through the second reflecting mirror 14 and is extracted to the outside. In this way, the semiconductor laser 10 emits light in the direction perpendicular to the substrate 11.

また、絶縁層１５は、半導体構造層１３内の電流路を狭窄する電流狭窄層として機能する。ｐ電極ＰＥから半導体構造層１３に注入される電流は、絶縁層１５の開口部１５Ａの直下における半導体構造層１３の領域に集中する（狭窄される）。 In addition, the insulating layer 15 functions as a current confinement layer that constricts the current path in the semiconductor structure layer 13. The current injected from the p-electrode PE into the semiconductor structure layer 13 is concentrated (narrowed) in the region of the semiconductor structure layer 13 immediately below the opening 15A of the insulating layer 15.

図２（ａ）は、半導体レーザ１０の上面を模式的に示す図である。図２（ａ）においては、導電層１６及び放熱部１７の図示を省略している。なお、図１（ａ）及び（ｂ）は、図２（ａ）におけるＶ−Ｖ線に沿った断面図である。 FIG. 2A is a diagram schematically showing the upper surface of the semiconductor laser 10. In FIG. 2A, the conductive layer 16 and the heat dissipation portion 17 are not shown. 1A and 1B are cross-sectional views taken along the line VV in FIG. 2A.

図２（ａ）に示すように、絶縁層１５の開口部１５Ａは、絶縁層１５に垂直な方向から見たとき、円形状を有する。従って、第２の反射鏡１４の側面１４Ｓは、基板１１に垂直な方向から見たとき、円形状を有する。また、本実施例においては、第２の反射鏡１４は、円柱形状を有する。第２の反射鏡１４の側面１４Ｓの位置は、基板１１に垂直な方向から見たとき、絶縁層１５の開口部１５Ａの内側面の位置に一致する。第２の反射鏡１４の上面は、絶縁層１５の開口部１５Ａの直径と同一の直径を有する。 As shown in FIG. 2A, the opening 15</b>A of the insulating layer 15 has a circular shape when viewed from the direction perpendicular to the insulating layer 15. Therefore, the side surface 14S of the second reflecting mirror 14 has a circular shape when viewed from the direction perpendicular to the substrate 11. In addition, in the present embodiment, the second reflecting mirror 14 has a cylindrical shape. The position of the side surface 14S of the second reflecting mirror 14 corresponds to the position of the inner side surface of the opening 15A of the insulating layer 15 when viewed from the direction perpendicular to the substrate 11. The upper surface of the second reflecting mirror 14 has the same diameter as the diameter of the opening 15A of the insulating layer 15.

また、活性層１３Ｂ及びｐ型半導体層１３Ｃは、基板１１に垂直な方向から見たとき、円形状を有する。絶縁層１５及び導電層１６は、基板１１に垂直な方向から見たとき、円形状の側面を有する。本実施例においては、絶縁層１５の開口部１５Ａは、絶縁層１５の中央に形成されている。また、絶縁膜ＩＳは、活性層１３Ｂ、ｐ型半導体層１３Ｃ、絶縁層１５、導電層１６及びｐ電極ＰＥの側面を取り囲むように環状に形成されている。 The active layer 13B and the p-type semiconductor layer 13C have a circular shape when viewed from the direction perpendicular to the substrate 11. The insulating layer 15 and the conductive layer 16 have circular side surfaces when viewed in a direction perpendicular to the substrate 11. In this embodiment, the opening 15A of the insulating layer 15 is formed in the center of the insulating layer 15. The insulating film IS is formed in a ring shape so as to surround the side surfaces of the active layer 13B, the p-type semiconductor layer 13C, the insulating layer 15, the conductive layer 16 and the p electrode PE.

図２（ｂ）は、半導体レーザ１０の一部を拡大して示す部分拡大断面図である。図２（ｂ）は、図１（ａ）の破線で囲まれた部分を拡大して示す図である。なお、図２（ｂ）においては、図の明確さのため、ｐ電極ＰＥへのハッチングを省略している。図２（ｂ）を用いて、絶縁層１５、導電層１６及び第２の反射鏡１４について説明する。 FIG. 2B is a partially enlarged sectional view showing a part of the semiconductor laser 10 in an enlarged manner. FIG. 2B is an enlarged view of a portion surrounded by a broken line in FIG. Note that in FIG. 2B, hatching to the p-electrode PE is omitted for the sake of clarity. The insulating layer 15, the conductive layer 16, and the second reflecting mirror 14 will be described with reference to FIG.

まず、第２の反射鏡１４の側面１４Ｓは、絶縁層１５の開口部１５Ａにアライメントされている。また、本実施例においては、導電層１６は、絶縁層１５の開口部１５Ａにアライメントされた開口部１６Ａを有する。すなわち、第２の反射鏡１４の側面１４Ｓは、絶縁層１５の開口部１５Ａ及び導電層１６の開口部１６Ａを投影した（引き継いだ）形状を有する。また、導電層１６の開口部１６Ａは、絶縁層１５Ａの開口部１５Ａの直径及び第２の反射鏡１４の上面の直径と同一の直径を有する。 First, the side surface 14S of the second reflecting mirror 14 is aligned with the opening 15A of the insulating layer 15. Further, in this embodiment, the conductive layer 16 has an opening 16A aligned with the opening 15A of the insulating layer 15. That is, the side surface 14S of the second reflecting mirror 14 has a shape in which the opening 15A of the insulating layer 15 and the opening 16A of the conductive layer 16 are projected (taken over). The opening 16A of the conductive layer 16 has the same diameter as the diameter of the opening 15A of the insulating layer 15A and the diameter of the upper surface of the second reflecting mirror 14.

本実施例においては、放熱部１７が第２の反射鏡１４の側面１４Ｓを覆うように形成されている。この放熱部１７は、半導体構造層１３における電流路、すなわち発熱源に近接して設けられている。半導体構造層１３内において生じた熱は、ｐ電極ＰＥ、導電層１６及び放熱部１７を介して効率的に外部に放出（排出）される。従って、高い放熱性が得られる。 In the present embodiment, the heat dissipation portion 17 is formed so as to cover the side surface 14S of the second reflecting mirror 14. The heat dissipation portion 17 is provided near the current path in the semiconductor structure layer 13, that is, the heat source. The heat generated in the semiconductor structure layer 13 is efficiently released (exhausted) to the outside via the p-electrode PE, the conductive layer 16 and the heat dissipation portion 17. Therefore, high heat dissipation is obtained.

一方、半導体構造層１３内を流れる電流は、絶縁層１５（電流狭窄層）によって開口部１５Ａの近傍に集中する。また、第２の反射鏡１４は、絶縁層１５の開口部１５Ａを覆うように形成されている。従って、開口部１５Ａの近傍の活性層１３Ｂの領域において放出される大部分の光は、第２の反射鏡１４によって確実に反射される。 On the other hand, the current flowing in the semiconductor structure layer 13 is concentrated in the vicinity of the opening 15A by the insulating layer 15 (current constriction layer). The second reflecting mirror 14 is formed so as to cover the opening 15A of the insulating layer 15. Therefore, most of the light emitted in the region of the active layer 13B near the opening 15A is reliably reflected by the second reflecting mirror 14.

本実施例においては、ｐ型半導体層１３Ｃの表面に開口部１５Ａを有する絶縁層１５が設けられている。また、絶縁層１５上には開口部１５Ａにアライメントされた形状の側面を有する第２の反射鏡１４が形成されている。従って、高い放熱性能及び高い発振特性を有する半導体レーザ１０（垂直共振器型発光素子）を提供することができる。また、絶縁層１５の開口部１５Ａが円形状を有する場合、半導体構造層１３から熱が均等に（放射状に）放熱される。従って、半導体構造層１３内の熱を片寄りなく放出することができる。
［半導体レーザ１０の製造方法］
図３（ａ）〜図３（ｇ）は、半導体レーザ１０の製造過程を示す図である。図３（ａ）〜図３（ｇ）は、半導体レーザ１０の各製造過程における断面図である。図３（ａ）〜図３（ｇ）を参照して、半導体レーザ１０の製造方法について説明する。なお、以下においては、製造途中の各段階における半導体レーザ１０の構成要素の全体を素子Ｅ１と称する。
［第１の反射鏡１２及び半導体構造層１３の形成工程］
図３（ａ）は、基板１１上に第１の反射鏡１２及び半導体構造層１３が形成された状態の素子Ｅ１を示す断面図である。まず、基板１１としてＧａＮ基板を準備し、基板１１をクリーニングする。次に、基板１１上にバッファ層（図示せず）としてＧａＮ層を形成する。 In this embodiment, the insulating layer 15 having the opening 15A is provided on the surface of the p-type semiconductor layer 13C. Further, a second reflecting mirror 14 having a side surface having a shape aligned with the opening 15A is formed on the insulating layer 15. Therefore, it is possible to provide the semiconductor laser 10 (vertical cavity light emitting device) having high heat dissipation performance and high oscillation characteristics. Further, when the opening 15A of the insulating layer 15 has a circular shape, the heat is uniformly (radially) radiated from the semiconductor structure layer 13. Therefore, the heat in the semiconductor structure layer 13 can be released evenly.
[Manufacturing Method of Semiconductor Laser 10]
3A to 3G are views showing a manufacturing process of the semiconductor laser 10. 3A to 3G are cross-sectional views in each manufacturing process of the semiconductor laser 10. A method of manufacturing the semiconductor laser 10 will be described with reference to FIGS. In the following, all the constituent elements of the semiconductor laser 10 at each stage in the manufacturing process are referred to as an element E1.
[Step of forming first reflecting mirror 12 and semiconductor structure layer 13]
FIG. 3A is a cross-sectional view showing the element E1 in a state where the first reflecting mirror 12 and the semiconductor structure layer 13 are formed on the substrate 11. First, a GaN substrate is prepared as the substrate 11, and the substrate 11 is cleaned. Next, a GaN layer is formed on the substrate 11 as a buffer layer (not shown).

次に、バッファ層上に、低屈折率半導体層Ｌ１及び高屈折率半導体層Ｈ１を交互に積層し、第１の反射鏡１２を形成する。本実施例においては、ＡｌＩｎＮ層Ｌ１及びＧａＮ層Ｈ１を交互に４０層ずつ積層した。 Next, the low-refractive-index semiconductor layers L1 and the high-refractive-index semiconductor layers H1 are alternately stacked on the buffer layer to form the first reflecting mirror 12. In this example, 40 layers of AlInN layers L1 and GaN layers H1 were alternately laminated.

次に、第１の反射鏡１２上に、ｎ型半導体層１３Ａ、活性層１３Ｂ及びｐ型半導体層１３Ｃを順次積層し、半導体構造層１３を形成する。本実施例においては、ｎ型半導体層１３Ａとしてｎ−ＧａＮ層を形成した。また、活性層１３Ｂとして、ＩｎＧａＮ層からなる井戸層及びＧａＮ層からなる障壁層を複数回積層し、多重量子井戸構造の活性層を形成した。また、ｐ型半導体層１３Ｃとして、ｐ−ＡｌＧａＮ層、ｐ−ＧａＮ層、ｐ−ＧａＮコンタクト層を形成した。このようにして、基板１１上に、第１の反射鏡１２及び半導体構造層１３を形成する。
［絶縁層１５の形成工程］
図３（ｂ）は、絶縁層１５が形成された状態の素子Ｅ１を示す断面図である。半導体構造層１３を形成した後、ｐ型半導体層１３Ｃの表面に、開口部１５Ａ（図２（ｂ）参照）を有する絶縁層１５を形成する。本実施例においては、開口部１５Ａとなるｐ型半導体層１３Ｃの表面にレジストからなるマスク（第１のマスク）ＭＳ１を形成した。次に、マスクＭＳ１をマスクとし、ｐ型半導体層１３Ｃの表面にプラズマ照射を行い、ｐ型半導体層１３Ｃの表面を絶縁化した。このようにして、ｐ型半導体層１３Ｃの表面に、開口部１５Ａを有する絶縁層１５を形成した。
［導電層１６、ｎ電極ＮＥ及びｐ電極ＰＥの形成工程］
図３（ｃ）は、導電層１６、ｎ電極ＮＥ及びｐ電極ＰＥが形成された状態の素子Ｅ１を示す断面図である。続いて、絶縁層１５上に開口部１６Ａ（図２（ｂ）参照）を有する導電層１６を形成する。導電層１６は、絶縁層１５を形成したマスクＭＳ１を用いて、絶縁層１５上にＰｔを成膜し、マスクＭＳ１を除去することで形成した。このように、ｐ型半導体層１３Ｃ上のマスクＭＳ１を用いて絶縁層１５及び導電層１６の両方を形成することで、開口部１５Ａ及び１６Ａが互いにアライメントされる。また、絶縁材料からなる膜を成膜することなくｐ型半導体層１３Ｃの表面に絶縁層１５を形成することができる。 Next, the n-type semiconductor layer 13A, the active layer 13B, and the p-type semiconductor layer 13C are sequentially stacked on the first reflecting mirror 12 to form the semiconductor structure layer 13. In this example, an n-GaN layer was formed as the n-type semiconductor layer 13A. Further, as the active layer 13B, a well layer made of an InGaN layer and a barrier layer made of a GaN layer were stacked a plurality of times to form an active layer having a multiple quantum well structure. Further, a p-AlGaN layer, a p-GaN layer, and a p-GaN contact layer were formed as the p-type semiconductor layer 13C. In this way, the first reflecting mirror 12 and the semiconductor structure layer 13 are formed on the substrate 11.
[Step of forming insulating layer 15]
FIG. 3B is a cross-sectional view showing the element E1 with the insulating layer 15 formed. After forming the semiconductor structure layer 13, an insulating layer 15 having an opening 15A (see FIG. 2B) is formed on the surface of the p-type semiconductor layer 13C. In this example, a mask (first mask) MS1 made of a resist was formed on the surface of the p-type semiconductor layer 13C to be the opening 15A. Next, the surface of the p-type semiconductor layer 13C was irradiated with plasma using the mask MS1 as a mask to insulate the surface of the p-type semiconductor layer 13C. In this way, the insulating layer 15 having the opening 15A was formed on the surface of the p-type semiconductor layer 13C.
[Process of forming conductive layer 16, n-electrode NE and p-electrode PE]
FIG. 3C is a cross-sectional view showing the element E1 in which the conductive layer 16, the n electrode NE, and the p electrode PE are formed. Subsequently, the conductive layer 16 having the opening 16A (see FIG. 2B) is formed on the insulating layer 15. The conductive layer 16 was formed by depositing Pt on the insulating layer 15 using the mask MS1 having the insulating layer 15 formed thereon and removing the mask MS1. As described above, by forming both the insulating layer 15 and the conductive layer 16 using the mask MS1 on the p-type semiconductor layer 13C, the openings 15A and 16A are aligned with each other. In addition, the insulating layer 15 can be formed on the surface of the p-type semiconductor layer 13C without forming a film made of an insulating material.

次に、ｎ電極ＮＥ及びＰ電極ＰＥを形成する。まず、マスクＭＳ１を除去して露出したｐ型半導体層１３Ｃの表面上及び導電層１６上に、ｐ電極ＰＥを形成する。本実施例においては、ｐ電極ＰＥとしてＩＴＯ層を成膜した。また、ｎ型半導体層１３Ａ上にｎ電極ＮＥを形成する。本実施例においては、ｐ電極ＰＥとｐ型半導体層１３Ｃとのコンタクト部の外側においてｐ型半導体層１３Ｃ及び活性層１３Ｂを除去し、ｎ型半導体層１３Ａを部分的に露出させた。続いて、露出したｎ型半導体層１３Ａの表面上におけるｐ型半導体層１３Ｃ及び活性層１３Ｂから離間した領域に、ｎ電極ＮＥを形成した。
［第２の反射鏡１４及び絶縁膜ＩＳの形成工程］
図３（ｄ）は、高屈折率誘電体層Ｈ２及び低屈折率誘電体層Ｌ２が形成された状態の素子Ｅ１を示す断面図である。図３（ｅ）は、マスクＭＳ２が形成された状態の素子Ｅ１を示す断面図である。図３（ｆ）は、第２の反射鏡１４及び絶縁膜ＩＳが形成された状態の素子Ｅ１を示す断面図である。 Next, the n electrode NE and the P electrode PE are formed. First, the p-electrode PE is formed on the exposed surface of the p-type semiconductor layer 13C and the conductive layer 16 by removing the mask MS1. In this example, an ITO layer was formed as the p electrode PE. Further, the n-electrode NE is formed on the n-type semiconductor layer 13A. In this example, the p-type semiconductor layer 13C and the active layer 13B were removed outside the contact portion between the p-electrode PE and the p-type semiconductor layer 13C, and the n-type semiconductor layer 13A was partially exposed. Subsequently, the n-electrode NE was formed on the exposed surface of the n-type semiconductor layer 13A in a region separated from the p-type semiconductor layer 13C and the active layer 13B.
[Step of forming second reflecting mirror 14 and insulating film IS]
FIG. 3D is a cross-sectional view showing the element E1 in a state where the high refractive index dielectric layer H2 and the low refractive index dielectric layer L2 are formed. FIG. 3E is a cross-sectional view showing the element E1 in the state where the mask MS2 is formed. FIG. 3F is a cross-sectional view showing the element E1 on which the second reflecting mirror 14 and the insulating film IS are formed.

続いて、図３（ｄ）〜（ｆ）に示すように、ｐ電極ＰＥ上に開口部１５Ａと同様の形状で高屈折率誘電体層Ｈ２及び低屈折率誘電体層Ｌ２を積層して誘電体多層膜を形成する。本実施例においては、まず、図３（ｄ）に示すように、基板１１の全面に高屈折率誘電体層Ｈ２及び低屈折率誘電体層Ｌ２を積層した。 Subsequently, as shown in FIGS. 3D to 3F, a high-refractive-index dielectric layer H2 and a low-refractive-index dielectric layer L2 are laminated on the p-electrode PE in the same shape as the opening 15A to form a dielectric film. A body multilayer film is formed. In this example, first, as shown in FIG. 3D, a high refractive index dielectric layer H2 and a low refractive index dielectric layer L2 were laminated on the entire surface of the substrate 11.

次に、図３（ｅ）に示すように、誘電体多層膜（高屈折率誘電体層Ｈ２及び低屈折率誘電体層Ｌ２）上にレジストからなるマスク（第２のマスク）ＭＳ２を形成する。まず、本実施例においては、基板１１の全面にネガ型レジストを成膜した。 Next, as shown in FIG. 3E, a mask (second mask) MS2 made of a resist is formed on the dielectric multilayer film (the high refractive index dielectric layer H2 and the low refractive index dielectric layer L2). .. First, in this example, a negative resist was formed on the entire surface of the substrate 11.

次に、半導体構造層１３側、すなわちｎ型半導体層１３Ａ側からマスクＭＳ２を露光する。本実施例においては、基板１１側から半導体構造層１３に向かって光（例えば紫外光）ＬＢを照射した。ここで、導電層１６及びｎ電極ＮＥを遮光層として機能させることで、導電層１６及びｎ電極ＮＥが形成されていない領域、すなわち開口部１６ＡにアライメントされたマスクＭＳ２のパターニングを行うことができる。すなわち、本工程においては、導電層１６及びｎ電極ＮＥを遮光層として半導体構造層１３側からネガ型レジストに対して露光することで、マスクＭＳ２を形成する。 Next, the mask MS2 is exposed from the semiconductor structure layer 13 side, that is, the n-type semiconductor layer 13A side. In this example, light (for example, ultraviolet light) LB was irradiated from the substrate 11 side toward the semiconductor structure layer 13. Here, by making the conductive layer 16 and the n-electrode NE function as a light-shielding layer, it is possible to perform patterning of the mask MS2 aligned in the region where the conductive layer 16 and the n-electrode NE are not formed, that is, the opening 16A. .. That is, in this step, the mask MS2 is formed by exposing the negative resist from the semiconductor structure layer 13 side using the conductive layer 16 and the n-electrode NE as a light-shielding layer.

なお、本実施例においては、導電層１６の開口部１６Ａは絶縁層１５の開口部１５Ａにアライメントされているため、マスクＭＳ２は絶縁層１５の開口部１５Ａにアライメントされる。このように基板１１の裏面から露光を行うことで、導電層１６上のマスクＭＳ２を除去し、開口部１５Ａ上のマスクＭＳ２を正確に残すことができる。 In this embodiment, the opening 16A of the conductive layer 16 is aligned with the opening 15A of the insulating layer 15, so the mask MS2 is aligned with the opening 15A of the insulating layer 15. By thus performing the exposure from the back surface of the substrate 11, the mask MS2 on the conductive layer 16 can be removed and the mask MS2 on the opening 15A can be left accurately.

続いて、マスクＭＳ２をマスクとして、高屈折率誘電体層Ｈ２及び低屈折率誘電体層Ｌ２にドライエッチングを行う。これによって、図３（ｆ）に示すように、導電層１６及びｎ電極ＮＥ上の高屈折率誘電体層Ｈ２及び低屈折率誘電体層Ｌ２を除去し、絶縁層１５の開口部１５Ａにアライメントされた第２の反射鏡１４を形成する。 Subsequently, dry etching is performed on the high refractive index dielectric layer H2 and the low refractive index dielectric layer L2 using the mask MS2 as a mask. As a result, as shown in FIG. 3F, the high-refractive index dielectric layer H2 and the low-refractive index dielectric layer L2 on the conductive layer 16 and the n-electrode NE are removed and aligned with the opening 15A of the insulating layer 15. The formed second reflecting mirror 14 is formed.

なお、本実施例においては、ｎ電極ＮＥが形成されていないｎ型半導体層１３Ａの表面部分にも高屈折率誘電体層Ｈ２及び低屈折率誘電体層Ｌ２を形成し、マスクＭＳ２を形成した上で露光を行った。従って、ｎ型半導体層１３Ａの表面部分にも高屈折率誘電体層Ｈ２及び低屈折率誘電体層Ｌ２が残存する。この残存した高屈折率誘電体層Ｈ２及び低屈折率誘電体層Ｌ２が絶縁膜ＩＳとなる。このようにして、第２の反射鏡１４及び絶縁膜ＩＳを形成する。
［放熱部１７の形成工程］
図３（ｇ）は、放熱部１７が形成された状態の素子Ｅ１を示す断面図である。図３（ｇ）に示すように、第２の反射鏡１４の側面を覆うようにｐ電極ＰＥ上に放熱部１７を形成する。なお、図示していないが、放熱部１７及びｎ電極ＮＥを外部端子に接続し、基板１１全体を封止した。このようにして、半導体レーザ１０を作製した。 In this example, the high-refractive-index dielectric layer H2 and the low-refractive-index dielectric layer L2 were formed on the surface of the n-type semiconductor layer 13A where the n-electrode NE was not formed, and the mask MS2 was formed. The exposure was done above. Therefore, the high refractive index dielectric layer H2 and the low refractive index dielectric layer L2 also remain on the surface portion of the n-type semiconductor layer 13A. The remaining high-refractive-index dielectric layer H2 and low-refractive-index dielectric layer L2 become the insulating film IS. In this way, the second reflecting mirror 14 and the insulating film IS are formed.
[Step of forming heat dissipation portion 17]
FIG. 3G is a cross-sectional view showing the element E1 in the state where the heat dissipation portion 17 is formed. As shown in FIG. 3G, the heat dissipation portion 17 is formed on the p-electrode PE so as to cover the side surface of the second reflecting mirror 14. Although not shown, the heat dissipation part 17 and the n-electrode NE were connected to external terminals, and the entire substrate 11 was sealed. In this way, the semiconductor laser 10 was manufactured.

本実施例においては、第２の反射鏡１４を形成するためのマスクＭＳ２のパターニングを基板１１の裏面からの露光によって行う。また、露光時に導電層１６及びｎ電極ＮＥを遮光層として使用する。従って、第２の反射鏡１４を絶縁層１５の開口部１５Ａにアライメントさせた形状で形成することができる。従って、放熱性能に優れた半導体レーザ１０（垂直共振器型発光素子）を提供することができる。また、本実施例においては、第１の反射鏡１２を半導体多層膜によって形成した。従って、高い反射率を有する半導体レーザ１０（垂直共振器型発光素子）を提供することができる。従って、閾値電圧が低く、放熱性能に優れた半導体レーザ１０（垂直共振器型発光素子）を提供することができる。 In this embodiment, patterning of the mask MS2 for forming the second reflecting mirror 14 is performed by exposure from the back surface of the substrate 11. Further, the conductive layer 16 and the n-electrode NE are used as a light-shielding layer during exposure. Therefore, the second reflecting mirror 14 can be formed in a shape aligned with the opening 15A of the insulating layer 15. Therefore, it is possible to provide the semiconductor laser 10 (vertical cavity type light emitting element) having excellent heat dissipation performance. In addition, in this embodiment, the first reflecting mirror 12 is formed of a semiconductor multilayer film. Therefore, it is possible to provide the semiconductor laser 10 (vertical cavity light emitting element) having a high reflectance. Therefore, it is possible to provide the semiconductor laser 10 (vertical cavity light emitting element) having a low threshold voltage and excellent heat dissipation performance.

なお、本実施例においては、導電層１６が形成される場合について説明したが、導電層１６が形成される場合に限定されない。例えば、絶縁層１５の開口部１５Ａにアライメントされた形状の側面１４Ｓを有する第２の反射鏡１４を形成することができれば、導電層１６の代わりに遮光性の層が形成されてればよい。なお、これらの層は、金属材料など、熱伝導率が高い材料から構成されていることが好ましい。 Although the case where the conductive layer 16 is formed has been described in the present embodiment, the case where the conductive layer 16 is formed is not limited. For example, if the second reflecting mirror 14 having the side surface 14S having a shape aligned with the opening 15A of the insulating layer 15 can be formed, a light shielding layer may be formed instead of the conductive layer 16. Note that these layers are preferably made of a material having a high thermal conductivity such as a metal material.

なお、ｐ電極ＰＥ内の電気抵抗を小さくし、損失なくｐ型半導体層１３Ｃに電流を注入することを考慮すると、導電層１６が絶縁層１５及びｐ電極ＰＥの間に形成されていることが好ましい。 Considering that the electric resistance in the p-electrode PE is reduced and current is injected into the p-type semiconductor layer 13C without loss, the conductive layer 16 may be formed between the insulating layer 15 and the p-electrode PE. preferable.

図４は、実施例２に係る半導体レーザ２０の構造を示す断面図である。半導体レーザ２０は、第２の反射鏡１４上に裏面電極２２を有する放熱基板２１が形成されていること、並びに第１の反射鏡２３及びｎ電極ＮＥの構成を除いては、半導体レーザ１０と同様の構成を有している。 FIG. 4 is a sectional view showing the structure of the semiconductor laser 20 according to the second embodiment. The semiconductor laser 20 is the same as the semiconductor laser 10 except that the heat dissipation substrate 21 having the back electrode 22 is formed on the second reflecting mirror 14 and the configurations of the first reflecting mirror 23 and the n-electrode NE. It has a similar configuration.

本実施例においては、第２の反射鏡１４上に放熱基板２１が形成されている。放熱基板２１は、例えばＳｉなど、放熱性能の高い材料からなる。また、本実施例においては、放熱部１７の上面及び第２の反射鏡１４の上面は、同一平面をなしている。また、放熱基板２１は、第２の反射鏡１４及び放熱部１７に接合されている。 In this embodiment, the heat dissipation board 21 is formed on the second reflecting mirror 14. The heat dissipation substrate 21 is made of a material having high heat dissipation performance, such as Si. Further, in this embodiment, the upper surface of the heat radiating portion 17 and the upper surface of the second reflecting mirror 14 are flush with each other. The heat dissipation board 21 is joined to the second reflecting mirror 14 and the heat dissipation unit 17.

また、本実施例においては、第１の反射鏡２３は、高屈折率誘電体層Ｈ３及び低屈折率誘電体層Ｌ３が交互に複数回積層された構造を有する。本実施例においては、第１の反射鏡２３は、Ｎｂ2Ｏ5層（高屈折率誘電体層Ｈ３）及びＳｉＯ2層（低屈折率誘電体層Ｌ３）が交互に複数回積層された構造を有する。本実施例においては、第１の反射鏡２３は、すなわち、第１の反射鏡２３は、誘電体多層膜からなる反射鏡である。 In addition, in this embodiment, the first reflecting mirror 23 has a structure in which the high-refractive index dielectric layers H3 and the low-refractive index dielectric layers L3 are alternately laminated a plurality of times. In the present embodiment, the first reflecting mirror 23 has a structure in which Nb 2 O 5 layers (high refractive index dielectric layers H3) and SiO 2 layers (low refractive index dielectric layers L3) are alternately laminated a plurality of times. Have. In this embodiment, the first reflecting mirror 23, that is, the first reflecting mirror 23 is a reflecting mirror made of a dielectric multilayer film.

また、半導体構造層１３は、基板１１（成長用基板）から放熱基板２１に貼りかえられており、基板１１は除去されている。また、本実施例においては、第１の反射鏡２３よりも第２の反射鏡１４の方が高い反射率を有する。従って、本実施例においては、第１の反射鏡２３側から光を出射させる。 The semiconductor structure layer 13 is attached to the heat dissipation substrate 21 from the substrate 11 (growth substrate), and the substrate 11 is removed. Further, in this embodiment, the second reflecting mirror 14 has a higher reflectance than the first reflecting mirror 23. Therefore, in this embodiment, light is emitted from the first reflecting mirror 23 side.

また、本実施例においては、裏面電極２２は、放熱基板２１上に積層されたＴｉ層、Ｐｔ層及びＡｕ層からなる。 Further, in this embodiment, the back electrode 22 is composed of a Ti layer, a Pt layer and an Au layer laminated on the heat dissipation substrate 21.

本実施例においては、第２の反射鏡１４の表面及び側面は、電流路、すなわち発熱源に近い位置で放熱部１７及び放熱基板２１に覆われている。従って、半導体構造層１３からの放熱経路が拡大され、半導体レーザ２０の放熱性能は大幅に向上する。
［半導体レーザ２０の製造方法］
図５（ａ）〜（ｃ）は、半導体レーザ２０の製造過程を示す断面図である。図５（ａ）〜（ｃ）は、半導体レーザ２０の各製造過程における断面図である。図５（ａ）〜（ｃ）を参照して、半導体レーザ２０の製造方法について説明する。なお、以下においては、製造途中の各段階における半導体レーザ２０の構成要素の全体を素子Ｅ２と称する。
［半導体構造層１３、絶縁層１５、導電層１６、ｐ電極ＰＥ、第２の反射鏡１４及び放熱部１７の形成工程］
図５（ａ）は、半導体構造層１３、絶縁層１５、導電層１６、ｐ電極ＰＥ、第２の反射鏡１４及び放熱部１７が形成された状態の素子Ｅ２を示す断面図である。本実施例においては、成長用基板１１上に、半導体構造層１３、絶縁層１５、導電層１６、ｐ電極ＰＥ、第２の反射鏡１４及び放熱部１７を形成する。本工程については半導体レーザ１０の製造方法と同様であるため、説明を省略する。なお、本実施例においては、第１の反射鏡２３を形成することなく、基板１１上に半導体構造層１３等を形成する。また、本実施例においては、基板１１としてサファイア基板を用いた。
［放熱基板２１の接合工程］
図５（ｂ）は、放熱基板２１が形成された状態の素子Ｅ２を示す断面図である。図５（ｂ）に示すように、第２の反射鏡１４及び放熱部１７上に、裏面電極２２が形成された放熱基板２１を接合する。本実施例においては、放熱基板２１の一方の主面上に裏面電極２２を形成した。次に、放熱基板２１の他方の主面を、接合層（図示せず）によって第２の反射鏡１４及び放熱部１７に接合した。
［基板１１の除去工程、第１の反射鏡２３の形成工程及びｎ電極ＮＥの形成工程］
図５（ｃ）は、第１の反射鏡２３及びｎ電極ＮＥが形成された状態の素子Ｅ２を示す断面図である。図５（ｃ）に示すように、放熱基板２１を接合した後、基板１１を除去する。本実施例においては、レーザリフトオフ法を用いて基板１１を除去し、ｎ型半導体層１３Ａを露出させ、研磨処理などによって共振器長を調整した。 In this embodiment, the surface and the side surface of the second reflecting mirror 14 are covered with the heat radiating portion 17 and the heat radiating substrate 21 at a position near the current path, that is, the heat source. Therefore, the heat dissipation path from the semiconductor structure layer 13 is expanded, and the heat dissipation performance of the semiconductor laser 20 is significantly improved.
[Manufacturing Method of Semiconductor Laser 20]
5A to 5C are cross-sectional views showing the manufacturing process of the semiconductor laser 20. 5A to 5C are cross-sectional views of the semiconductor laser 20 in each manufacturing process. A method of manufacturing the semiconductor laser 20 will be described with reference to FIGS. Note that, hereinafter, the entire components of the semiconductor laser 20 at each stage in the manufacturing process are referred to as an element E2.
[Process of forming semiconductor structure layer 13, insulating layer 15, conductive layer 16, p electrode PE, second reflecting mirror 14 and heat dissipation portion 17]
FIG. 5A is a cross-sectional view showing the element E2 in which the semiconductor structure layer 13, the insulating layer 15, the conductive layer 16, the p electrode PE, the second reflecting mirror 14 and the heat radiating portion 17 are formed. In this embodiment, the semiconductor structure layer 13, the insulating layer 15, the conductive layer 16, the p electrode PE, the second reflecting mirror 14 and the heat radiating portion 17 are formed on the growth substrate 11. Since this step is the same as the method of manufacturing the semiconductor laser 10, the description thereof is omitted. In this embodiment, the semiconductor structure layer 13 and the like are formed on the substrate 11 without forming the first reflecting mirror 23. Further, in this example, a sapphire substrate was used as the substrate 11.
[Joining process of heat dissipation board 21]
FIG. 5B is a cross-sectional view showing the element E2 in the state where the heat dissipation board 21 is formed. As shown in FIG. 5B, the heat radiation substrate 21 having the back surface electrode 22 formed thereon is bonded onto the second reflecting mirror 14 and the heat radiation portion 17. In this embodiment, the back electrode 22 is formed on one main surface of the heat dissipation substrate 21. Next, the other main surface of the heat dissipation substrate 21 was bonded to the second reflecting mirror 14 and the heat dissipation portion 17 by a bonding layer (not shown).
[Step of removing substrate 11, step of forming first reflecting mirror 23, and step of forming n-electrode NE]
FIG. 5C is a cross-sectional view showing the element E2 in which the first reflecting mirror 23 and the n-electrode NE are formed. As shown in FIG. 5C, after the heat dissipation board 21 is joined, the board 11 is removed. In this example, the substrate 11 was removed by using the laser lift-off method to expose the n-type semiconductor layer 13A, and the resonator length was adjusted by polishing or the like.

次に、ｎ型半導体層１３Ａの表面における第２の反射鏡１４に対向する位置に、第１の反射鏡２３を形成する。本実施例においては、ｎ型半導体層１３Ａ上に高屈折率誘電体層Ｈ３及び低屈折率誘電体層Ｌ３を交互に複数回積層した。次に、第２の反射鏡１４に対向する位置の外側において高屈折率誘電体層Ｈ３及び低屈折率誘電体層Ｌ３を除去した。 Next, the first reflecting mirror 23 is formed at a position facing the second reflecting mirror 14 on the surface of the n-type semiconductor layer 13A. In this example, the high-refractive-index dielectric layer H3 and the low-refractive-index dielectric layer L3 were alternately laminated a plurality of times on the n-type semiconductor layer 13A. Next, the high refractive index dielectric layer H3 and the low refractive index dielectric layer L3 were removed outside the position facing the second reflecting mirror 14.

次に、ｎ型半導体層１３Ａ上にｎ電極ＮＥを形成する。本実施例においては、高屈折率誘電体層Ｈ３及び低屈折率誘電体層Ｌ３を除去することによって露出したｎ型半導体層１３Ａの表面上にｎ電極ＮＥを形成した。なお、その後、ｎ電極ＮＥ及び裏面電極２２を外部端子に接続し、放熱基板２１の全体を封止して、半導体レーザ２０を得た。 Next, the n-electrode NE is formed on the n-type semiconductor layer 13A. In this example, the n-electrode NE was formed on the surface of the n-type semiconductor layer 13A exposed by removing the high-refractive index dielectric layer H3 and the low-refractive index dielectric layer L3. After that, the n-electrode NE and the back surface electrode 22 were connected to the external terminal, and the entire heat dissipation substrate 21 was sealed to obtain the semiconductor laser 20.

本実施例においては、第２の反射鏡１４に接触するように放熱基板２１が設けられている。従って、半導体構造層１３内に生じた熱を効率よく外部に放出することが可能な半導体レーザ２０（垂直共振器型発光素子）を提供することができる。 In this embodiment, the heat dissipation board 21 is provided so as to come into contact with the second reflecting mirror 14. Therefore, it is possible to provide the semiconductor laser 20 (vertical cavity light emitting device) capable of efficiently radiating the heat generated in the semiconductor structure layer 13 to the outside.

上記においては、第１の導電型がｎ型であり、第２の導電型がｐ型である場合について説明したが、第１の導電型がｐ型であり、第２の導電型がｎ型であってもよい。 Although the case where the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type has been described above, the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is n-type. May be

また、第２の反射鏡１４Ｓが絶縁層１５の開口部１５Ａにアライメントされ、開口部１５Ａに対応する側面形状を有する場合について説明したが、第２の反射鏡１４の側面１４Ｓのみならず、第１の反射鏡１２（２３）の側面も絶縁層１５の開口部１５Ａに対応する形状を有していてもよい。 Further, the case where the second reflecting mirror 14S is aligned with the opening 15A of the insulating layer 15 and has a side surface shape corresponding to the opening 15A has been described, but not only the side surface 14S of the second reflecting mirror 14 The side surface of the first reflecting mirror 12 (23) may also have a shape corresponding to the opening 15A of the insulating layer 15.

上記したように、第２の半導体層１３Ｃの表面には開口部１５Ａを有する絶縁層１５（電流狭窄層）が形成されている。また、第２の反射鏡１４は、絶縁層１５の開口部１５Ａにアライメントされた側面１４Ｓを有する。また、第２の反射鏡１４を形成するためのマスクＭＳ２のパターニングを裏面露光によって行う。従って、高効率での電流注入が可能であり、高い放熱性を有する半導体レーザ（垂直共振器型発光素子）及びその製造方法を提供することができる。 As described above, the insulating layer 15 (current constriction layer) having the opening 15A is formed on the surface of the second semiconductor layer 13C. In addition, the second reflecting mirror 14 has a side surface 14S aligned with the opening 15A of the insulating layer 15. Further, patterning of the mask MS2 for forming the second reflecting mirror 14 is performed by backside exposure. Therefore, it is possible to provide a semiconductor laser (vertical cavity type light emitting device) capable of injecting current with high efficiency and having high heat dissipation and a method for manufacturing the same.

１０、２０ 半導体レーザ
１２、２３ 第１の反射鏡
１３Ａ 第１の半導体層
１３Ｂ 活性層
１３Ｃ 第２の半導体層
１４ 第２の反射鏡
１４Ｓ 側面
１５ 絶縁層
１５Ａ 開口部
１６ 導電層
１７ 放熱部
２１ 放熱基板 10, 20 Semiconductor laser 12, 23 First reflecting mirror 13A First semiconductor layer 13B Active layer 13C Second semiconductor layer 14 Second reflecting mirror 14S Side surface 15 Insulating layer 15A Opening 16 Conductive layer 17 Heat radiating portion 21 Heat radiation substrate

Claims (8)

第１の反射鏡と、
前記第１の反射鏡上に形成され、第１の導電型を有する第１の半導体層と、
前記第１の半導体層上に形成された活性層と、
前記活性層上に形成され、前記第１の導電型とは反対の第２の導電型を有する第２の半導体層と、
前記第２の半導体層の表面に形成され、開口部を有する絶縁層と、
前記開口部から露出した前記第２の半導体層の表面上に形成された透光性電極と、
前記透光性電極上において前記第１の反射鏡に対向しかつ前記開口部にアライメントされて配され、前記開口部の開口形状に対応した形状の側面を有する第２の反射鏡と、
前記第２の反射鏡の側面を覆うように形成された放熱部と、を有する垂直共振器型発光素子であって、
前記絶縁層上には、前記絶縁層の前記開口部と同じ形状で前記絶縁層の前記開口部にアライメントされた開口部を有する導電層が形成され、
前記透光性電極は、前記導電層上に形成され、
前記放熱部は、前記第２の反射鏡の側面を覆うように前記透光性電極上に形成されており、
前記第１の反射鏡、前記第１の半導体層、前記活性層および前記第２の半導体層は、紫外光を透過するＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の組成を有する材料からなり、
前記導電層は遮光性の金属材料から構成され、
前記第２の反射鏡の前記側面は、前記絶縁層の前記開口部及び前記導電層の前記開口部を投影した形状を有する
ことを特徴とする垂直共振器型発光素子。 A first reflector,
A first semiconductor layer having a first conductivity type formed on the first reflecting mirror;
An active layer formed on the first semiconductor layer;
A second semiconductor layer formed on the active layer and having a second conductivity type opposite to the first conductivity type;
An insulating layer formed on the surface of the second semiconductor layer and having an opening;
A translucent electrode formed on the surface of the second semiconductor layer exposed from the opening;
A second reflecting mirror facing the first reflecting mirror on the translucent electrode and aligned with the opening, and having a side surface having a shape corresponding to the opening shape of the opening;
A vertical cavity light emitting device having a heat dissipation portion formed so as to cover a side surface of the second reflecting mirror,
On the insulating layer, a conductive layer having an opening aligned with the opening of the insulating layer in the same shape as the opening of the insulating layer is formed,
The transparent electrode is formed on the conductive layer,
The heat dissipation portion is formed on the translucent electrode so as to cover a side surface of the second reflecting mirror,
The first reflecting mirror, the first semiconductor layer , the active layer, and the second semiconductor layer are Al x In y Ga 1-x-y N (0≦x≦1, 0) that transmits ultraviolet light. ≦y≦1, 0≦x+y≦1)
The conductive layer is made of a light-shielding metal material,
The vertical cavity light emitting device, wherein the side surface of the second reflecting mirror has a shape in which the opening of the insulating layer and the opening of the conductive layer are projected. 前記絶縁層の前記開口部は、前記絶縁層に垂直な方向から見たときに円形状を有することを特徴とする請求項１に記載の垂直共振器型発光素子。 The vertical cavity light emitting device according to claim 1, wherein the opening of the insulating layer has a circular shape when viewed from a direction perpendicular to the insulating layer. 前記第２の反射鏡上には放熱基板が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の垂直共振器型発光素子。 The vertical cavity light emitting device according to claim 1, wherein a heat dissipation substrate is formed on the second reflecting mirror. 前記放熱部の上面及び前記第２の反射鏡の上面は同一平面をなし、
前記放熱基板は、前記第２の反射鏡及び前記放熱部に接合されていることを特徴とする請求項３に記載の垂直共振器型発光素子。 An upper surface of the heat dissipation portion and an upper surface of the second reflecting mirror are flush with each other,
The vertical cavity light emitting device of claim 3 , wherein the heat dissipation substrate is joined to the second reflecting mirror and the heat dissipation unit. 前記第１の反射鏡は、ＧａＮ基板またはサファイア基板の上に形成されていることを特徴とする請求項２〜４の何れかに記載の垂直共振器型発光素子。 The vertical cavity light emitting device according to claim 2, wherein the first reflecting mirror is formed on a GaN substrate or a sapphire substrate. 第１の導電型を有する第１の半導体層、活性層及び前記第１の導電型とは反対の第２の導電型を有する第２の半導体層を積層する工程と、
前記第１の半導体層上に第１の反射鏡を形成する工程と、
前記第２の半導体層の表面に開口部を有する絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層の前記開口部にアライメントされた開口部を有する導電層を形成する工程と、
前記絶縁層の前記開口部及び前記導電層の前記開口部から露出した前記第２の半導体層の表面に透光性電極を形成する工程と、
前記透光性電極上において前記第１の反射鏡に対向した位置に第２の反射鏡を形成する工程と、
前記第２の反射鏡の側面を覆うように放熱部を形成する工程と、を含み、
前記第２の反射鏡を形成する工程は、
前記透光性電極上に誘電体多層膜を形成する工程と、
前記誘電体多層膜上にマスクを形成する工程と、
前記導電層を遮光層として前記第１の半導体層側から前記マスクに露光を行い、前記マスクのパターニングを行う工程と、を含むことを特徴とする垂直共振器型発光素子の製造方法。 Stacking a first semiconductor layer having a first conductivity type, an active layer, and a second semiconductor layer having a second conductivity type opposite to the first conductivity type;
Forming a first reflecting mirror on the first semiconductor layer;
Forming an insulating layer having an opening on the surface of the second semiconductor layer;
Forming a conductive layer having an opening aligned with the opening of the insulating layer;
Forming a translucent electrode on the surface of the second semiconductor layer exposed from the opening of the insulating layer and the opening of the conductive layer;
A step of forming a second reflecting mirror on the translucent electrode at a position facing the first reflecting mirror;
Forming a heat dissipation portion so as to cover a side surface of the second reflecting mirror,
The step of forming the second reflecting mirror includes
Forming a dielectric multilayer film on the transparent electrode,
Forming a mask on the dielectric multilayer film,
A step of exposing the mask to light from the first semiconductor layer side using the conductive layer as a light-shielding layer and patterning the mask, and a method for manufacturing a vertical cavity light emitting device. 前記第２の反射鏡及び前記放熱部に放熱基板を接合する工程を含むことを特徴とする請求項６に記載の垂直共振器型発光素子の製造方法。 The method of manufacturing a vertical cavity light emitting device according to claim 6, further comprising a step of bonding a heat dissipation substrate to the second reflecting mirror and the heat dissipation part. 前記絶縁層を形成する工程は、前記第２の半導体層の表面にパターニングされたマスクを形成する工程と、前記第２の半導体層の表面にプラズマ照射を行い、前記第２の半導体層の表面を絶縁化する工程を含み、
前記導電層を形成する工程において、前記導電層は、前記第２の半導体層上の前記マスクを用いて形成されることを特徴とする請求項６又は７に記載の垂直共振器型発光素子の製造方法。 The step of forming the insulating layer includes the step of forming a patterned mask on the surface of the second semiconductor layer, and the plasma irradiation on the surface of the second semiconductor layer to form the surface of the second semiconductor layer. Including the step of insulating
8. The vertical cavity light emitting device according to claim 6, wherein in the step of forming the conductive layer, the conductive layer is formed by using the mask on the second semiconductor layer. Production method.
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