KR20240043742A - 면 발광 소자 및 면 발광 소자의 제조 방법 - Google Patents

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미키히로 요코제키
히로시 나카지마
다이지 가사하라
미치노리 시오미
도모마사 와타나베
마사유키 다나카
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Abstract

면 발광 소자는, 제1 결정 재료에 의해 형성되어 있는 반도체층과, 반도체층에 형성되고, 제1 결정 재료에 대하여 격자 상수 또는 결정 구조가 다른 제2 결정 재료에 의해 형성되고, 메사 형상을 갖는 반사층과, 반사층의 일부에 형성되고, 광구속을 제어하는 광 협착 영역을 구비하고 있다.

Description

면 발광 소자 및 면 발광 소자의 제조 방법
본 개시는, 면 발광 소자 및 면 발광 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
비특허문헌 1 및 특허문헌 1에는, 면 발광 소자로서, 수직 공진기형 면 발광 레이저(VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting Laser)가 개시되어 있다. 면 발광 소자에서는, InP계 활성층의 상하에 AlAs/GaAs계 DBR(Distributed Bragg Reflector) 기판이 접합되고, DBR 기판에 의해 반사경이 형성되어 있다.
이와 같이 구성되는 면 발광 소자에 의하면, DBR 기판이 방열성이 우수하므로, 양호한 특성을 얻을 수 있다.
일본 특허 공개 제2008-283053호 공보
29 August 2011/Vol. 19, No. 18/OPTICS EXPRESS 16996. "8mW fundamental mode output of wafer fused VCSELs emitting in the 1550-㎚ band"
상기 면 발광 소자는, 매립 터널 접합(BTJ: Buried Tunnel Junction) 구조를 채용하고 있다. 매립 터널 접합 구조에서는, 전류의 제어 및 광구속의 제어가 이루어져 있다.
그런데, 매립 터널 접합 구조에 있어서, 저전압화의 실현에는 반도체 재료 및 도핑 농도에 제한이 있어 광구속을 자유롭게 제어하는 것이 어렵다. 이 때문에, 면 발광 소자에서는, 전류의 제어와 광구속의 제어를 양립시키는 것이 요망되고 있다.
본 개시의 제1 실시 형태에 따른 면 발광 소자는, 제1 결정 재료에 의해 형성되어 있는 반도체층과, 반도체층에 형성되고, 제1 결정 재료에 대하여 격자 상수 또는 결정 구조가 다른 제2 결정 재료에 의해 형성되고, 메사 형상을 갖는 반사층과, 반사층의 일부에 형성되고, 광구속을 제어하는 광 협착 영역을 구비하고 있다.
본 개시의 제2 실시 형태에 따른 면 발광 소자는, 순차 적층되어 있는 제1 반사층, 제1 반도체층, 발광층, 제2 반도체층 및 제2 반사층을 구비하고, 제1 반도체층 및 제2 반도체층 중 적어도 한쪽은, 제1 결정 재료에 의해 형성되고, 제1 반사층 및 제2 반사층 중 적어도 한쪽은, 제1 결정 재료에 대하여 격자 상수 또는 결정 구조가 다른 제2 결정 재료에 의해 형성되며, 또한 메사 형상을 갖고, 제1 반사층 및 제2 반사층 중 적어도 한쪽의 일부에, 광구속을 제어하는 광 협착 영역을 더 구비하고 있다.
본 개시의 제3 실시 형태에 따른 면 발광 소자의 제조 방법은, 제1 결정 재료에 의해 반도체층을 형성하고, 제1 결정 재료에 대하여 격자 상수 또는 결정 구조가 다른 제2 결정 재료에 의해 반도체층에 반사층을 형성하고, 반사층을 메사 형상으로 형성하고, 반사층의 일부에, 광구속을 제어하는 광 협착 영역을 형성한다.
도 1은 본 개시의 제1 실시 형태에 따른 면 발광 소자의 주요부 단면도(도 2에 도시된 A-A 절단선에 있어서 절단된 단면도)이다.
도 2는 도 1에 도시된 면 발광 소자의 주요부 평면도이다.
도 3은 제1 실시 형태에 따른 면 발광 소자의 제조 방법을 설명하는 제1 공정 단면도이다.
도 4는 제2 공정 단면도이다.
도 5는 제3 공정 단면도이다.
도 6은 제4 공정 단면도이다.
도 7은 제5 공정 단면도이다.
도 8은 제6 공정 단면도이다.
도 9는 제7 공정 단면도이다.
도 10은 제8 공정 단면도이다.
도 11은 제9 공정 단면도이다.
도 12는 본 개시의 제2 실시 형태에 따른 면 발광 소자의 도 1에 대응하는 주요부 단면도(도 13에 도시된 B-B 절단선에 있어서 절단된 단면도)이다.
도 13은 도 12에 도시된 면 발광 소자의 도 2에 대응하는 주요부 평면도이다.
도 14는 본 개시의 제3 실시 형태에 따른 면 발광 소자의 도 1에 대응하는 주요부 단면도(도 15에 도시된 C-C 절단선에 있어서 절단된 단면도)이다.
도 15는 도 14에 도시된 면 발광 소자의 도 2에 대응하는 주요부 평면도이다.
도 16은 본 개시의 제4 실시 형태에 따른 면 발광 소자의 도 1에 대응하는 주요부 단면도(도 17에 도시된 D-D 절단선에 있어서 절단된 단면도)이다.
도 17은 도 16에 도시된 면 발광 소자의 도 2에 대응하는 주요부 평면도이다.
도 18은 본 개시의 제5 실시 형태에 따른 면 발광 소자의 도 1에 대응하는 주요부 단면도(도 19에 도시된 E-E 절단선에 있어서 절단된 단면도)이다.
도 19는 도 18에 도시된 면 발광 소자의 도 2에 대응하는 주요부 평면도이다.
도 20은 본 개시의 제6 실시 형태에 따른 면 발광 소자의 도 1에 대응하는 주요부 단면도(도 21에 도시된 F-F 절단선에 있어서 절단된 단면도)이다.
도 21은 도 20에 도시된 면 발광 소자의 도 2에 대응하는 주요부 평면도이다.
도 22는 본 개시의 제7 실시 형태에 따른 면 발광 소자의 도 1에 대응하는 주요부 단면도(도 23에 도시된 G-G 절단선에 있어서 절단된 단면도)이다.
도 23은 도 22에 도시된 면 발광 소자의 도 2에 대응하는 주요부 평면도이다.
도 24는 본 개시의 제8 실시 형태에 따른 면 발광 소자의 도 1에 대응하는 주요부 단면도(도 25에 도시된 H-H 절단선에 있어서 절단된 단면도)이다.
도 25는 도 24에 도시된 면 발광 소자의 도 2에 대응하는 주요부 평면도이다.
도 26은 본 개시의 제9 실시 형태에 따른 면 발광 소자의 도 2에 대응하는 주요부 평면도이다.
도 27은 본 개시의 제10 실시 형태에 따른 면 발광 소자의 도 1에 대응하는 주요부 단면도이다.
이하, 본 개시의 실시 형태에 대하여, 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 설명은 이하의 순서로 행한다.
1. 제1 실시 형태
제1 실시 형태는, 면 발광 소자에, 본 기술을 적용한 예를 설명한다. 여기에서는, 면 발광 소자의 기본적인 구조 그리고 제조 방법에 대하여 설명한다.
2. 제2 실시 형태
제2 실시 형태는, 제1 실시 형태에 따른 면 발광 소자에 있어서, 전극 구조를 바꾼 제1예를 설명한다.
3. 제3 실시 형태
제3 실시 형태는, 제2 실시 형태에 따른 면 발광 소자에 있어서, 다른 반사층에 본 기술을 적용한 예를 설명한다.
4. 제4 실시 형태
제4 실시 형태는, 제3 실시 형태에 따른 면 발광 소자에 있어서, 반사층의 메사 형상의 변형예를 설명한다.
5. 제5 실시 형태
제5 실시 형태는, 제1 실시 형태에 따른 면 발광 소자에 있어서, 전극 구조를 바꾼 제2 예를 설명한다.
6. 제6 실시 형태
제6 실시 형태는, 제3 실시 형태에 따른 면 발광 소자에 있어서, 본 기술이 적용된 반사층과는 다른 반사층을 유전체 재료에 의해 형성한 예를 설명한다.
7. 제7 실시 형태
제7 실시 형태는, 제5 실시 형태에 따른 면 발광 소자와 제6 실시 형태에 따른 면 발광 소자를 조합한 응용예를 설명한다.
8. 제8 실시 형태
제8 실시 형태는, 제4 실시 형태에 따른 면 발광 소자와 제6 실시 형태에 따른 면 발광 소자를 조합한 응용예를 설명한다.
9. 제9 실시 형태
제9 실시 형태는, 제8 실시 형태에 따른 면 발광 소자에 있어서, 반사층의 메사 형상의 변형예를 설명한다.
10. 제10 실시 형태
제10 실시 형태는, 제1 실시 형태에 따른 면 발광 소자에 있어서, 터널 접합층의 변형예를 설명한다.
11. 기타 실시 형태
<1. 제1 실시 형태>
도 1 내지 도 11을 이용하여, 본 개시의 제1 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1) 및 면 발광 소자(1)의 제조 방법을 설명한다.
여기서, 도면 중 적절히 도시되어 있는 화살표 X 방향은, 편의적으로 평면 위에 적재된 면 발광 소자(1)의 1개의 평면 방향을 나타내고 있다. 화살표 Y 방향은, 화살표 X 방향에 대하여 직교하는 다른 1개의 평면 방향을 나타내고 있다. 또한, 화살표 Z 방향은, 화살표 X 방향 및 화살표 Y 방향에 대하여 직교하는 상측 방향을 나타내고 있다. 즉, 화살표 X 방향, 화살표 Y 방향, 화살표 Z 방향은, 정확히, 3차원 좌표계의 X축 방향, Y축 방향, Z축 방향에 각각 일치하고 있다.
또한, 이들 각 방향은, 설명의 이해를 돕기 위해서 도시되어 있으며, 본 기술의 방향을 한정하는 것은 아니다.
[면 발광 소자(1)의 구성]
(1) 면 발광 소자(1)의 전체 구성
도 1은, 면 발광 소자(1)의 종단면 구성의 일례를 나타내고 있다. 또한, 도 2는, 면 발광 소자(1)의 평면 구성의 일례를 나타내고 있다.
면 발광 소자(1)는 기판(2) 위에 순차 적층되어 있는 제1 반사층(3)과, 제1 반도체층(4)과, 발광층(5)과, 제2 반도체층(7)과, 제2 반사층(8)을 구비하고 있다. 발광층(5)과 제2 반도체층(7)의 사이에는 터널 접합층(6)이 형성되어 있다.
제1 실시 형태에 있어서, 기판(2), 제1 반사층(3) 및 제1 반도체층(4)은 화살표 Z 방향에서 볼 때(이하, 단순히 「평면에서 볼 때」라고 함) 직사각 형상으로 형성되어 있다. 발광층(5), 터널 접합층(6) 및 제2 반도체층(7)은 메사 형상으로 형성되고, 평면에서 볼 때, 기판(2) 등의 평면 사이즈보다도 작은, 원 형상으로 형성되어 있다. 그리고, 제2 반사층(8)은 메사 형상으로 형성되고, 발광층(5) 등의 평면 사이즈보다도 한 단계 작은, 원 형상으로 형성되어 있다.
또한, 터널 접합층(6)의 주위에는 전류 협착 영역(60)이 형성되어 있으므로, 실제로는 전류 협착 영역(60)이 메사 형상으로 형성되어 있다.
또한, 면 발광 소자(1)는 제1 전극(11)과, 제2 전극(12)을 구비하고 있다. 제1 전극(11)은 제1 반도체층(4)에 형성되어 있다. 여기에서는, 제1 전극(11)은 제1 반도체층(4) 위에 적층되고, 캐소드 전극으로서 사용되고 있다. 제2 전극(12)은 제2 반도체층(7)에 형성되어 있다. 여기에서는, 제2 전극(12)은 제2 반도체층(7) 위에 적층되고, 애노드 전극으로서 사용되고 있다.
(2) 기판(2)의 구성
기판(2)은 에피택셜 성장 기판으로서 사용된다. 기판(2)에는, 예를 들어 GaAs가 사용되고 있다.
(3) 제1 반사층(3)의 구성
제1 반사층(3)은 기판(2) 위에 형성되어 있다. 제1 반사층(3)은 후술하는 제1 반도체층(4)의 제1 결정 재료에 대하여 격자 상수 및 결정 구조 중 적어도 한쪽이 다른 제2 결정 재료에 의해 형성되어 있다.
여기에서는, 제2 결정 재료는, 제1 결정 재료보다도 방열성이 우수한, 예를 들어 AlGaAs 및 GaAs이다. 제1 반사층(3)은 AlGaAs층(31), GaAs층(32)의 각각을 반복해서 복수 적층하여 형성되어 있다. 즉, 제1 반사층(3)은 AlGaAs/GaAs계 DBR(반도체 DBR)로서 구성되어 있다.
또한, 제1 반사층(3)은 기판(2) 위에 버퍼층을 개재시켜 형성되어도 된다.
(4) 제1 반도체층(4)의 구성
제1 반도체층(4)은 제1 반사층(3) 위에 형성되어 있다. 제1 반도체층(4)은 클래드층으로서 사용되고 있다. 제1 반도체층(4)은 제1 결정 재료에 의해 형성되어 있다. 여기에서는, 제1 결정 재료로서, n형의 InP가 사용되고 있다. InP는, 광 파이버의 저손실 영역인 1.31㎛대 및 1.55㎛대의 발광 재료이며, 우수한 발광 특성을 구비하고 있다. 이 때문에, InP는, 광통신 레이저 소자의 발광 재료로서 사용 가능하다.
제1 반도체층(4)의 두께는, 예를 들어 100㎚ 이상 1000㎚ 이하로 형성되어 있다. InP에 도핑되는 n형 불순물에는, 예를 들어 Si가 사용되고 있다.
(5) 발광층(5)의 구성
발광층(또는 활성층)(5)은, 제1 반도체층(4) 위에 형성되어 있다. 발광층(5)은 배리어층과 양자 웰층을 교대로 복수 적층한 구조이다.
배리어층에는, 예를 들어 AlGaInAs가 사용되고 있다.
양자 웰층은, Ⅲ족 원소인 Al, Ga 및 In에서 선택되는 적어도 하나의 원소와, Ⅴ족 원소인 As, P 및 N에서 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하여 구성되어 있다. 여기에서는, 양자 웰층은, 예를 들어 논 도프의 AlGaInAs를 주 조성으로 하여 구성되어 있다.
또한, 양자 웰층 대신에 양자 세선 또는 양자 도트가 사용되어도 된다. 또한, 제1 실시 형태에서는, 발광층(5)은 변형 보상 양자 웰로서 구성되어도 된다.
(6) 터널 접합층(6)의 구성
터널 접합층(6)은 발광층(5) 위에 형성되어 있다. 터널 접합층(6)은 메사 형상의 중앙부에 형성되고, 평면에서 볼 때 예를 들어 원 형상으로 형성되어 있다.
터널 접합층(6)은 여기에서는, 예를 들어 p형의 AlInAs와, AlInAs 위에 적층된 n형의 InP를 구비하고 있다. AlInAs에 도핑되는 p형 불순물로서는, 예를 들어 C가 사용되고 있다. InP에 도핑되는 n형 불순물로서는 예를 들어 Si가 사용되고 있다.
터널 접합층(6)의 주위에는 전류 협착 영역(60)이 형성되어 있다. 제1 실시 형태에서는, 터널 접합층(6)에 이온 주입법을 이용하여 불순물을 주입함으로써, 전류 협착 영역(60)이 형성되어 있다. 또한, 이 전류 협착 영역(60)이 형성되는 것은 제2 반도체층(7)이 형성된 후이다. 불순물로서는, 예를 들어 프로톤(H+)이 사용되고 있다. 또한, 매립 터널 정션 구조에 의해 전류 협착이 행해져도 된다.
(7) 제2 반도체층(7)의 구성
제2 반도체층(7)은 터널 접합층(6) 위 및 전류 협착 영역(60) 위에 형성되어 있다. 제2 반도체층(7)은 클래드층으로서 사용되고 있다. 제2 반도체층(7)은 제1 반도체층(4)과 마찬가지로, 제1 결정 재료에 의해 형성되어 있다. 여기에서는, 제1 결정 재료로서, n형의 InP가 사용되고 있다.
제1 반도체층(4)의 두께는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 100㎚ 이상 1000㎚ 이하로 형성되어 있다. InP에 도핑되는 n형 불순물에는, 예를 들어 Si가 사용되고 있다.
(8) 제2 반사층(8)의 구성
제2 반사층(8)은 제2 반도체층(7) 위에 형성되어 있다. 제2 반사층(8)은 제1 반사층(3)과 마찬가지로, 제2 반도체층(7)의 제1 결정 재료에 대하여 격자 상수 및 결정 구조 중 적어도 한쪽이 다른 제2 결정 재료에 의해 형성되어 있다.
여기에서는, 제2 결정 재료는, 예를 들어 GaAs, AlAs 및 AlGaAs이다. 상세히 설명하면, 제2 반사층(8)은 GaAs층(81), AlAs층(82), GaAs층(83), AlGaAs층(84), GaAs층(85)의 각각을 순차 적층하여 형성되어 있다. 즉, 제2 반사층(8)은 AlGaAs계 DBR(반도체 DBR)로서 구성되어 있다.
GaAs층(81)은 레이저 파장에 의해 변화하고, 거의 λ/4n(n은 재료의 굴절률)의 두께로 형성되어 있다. 예를 들어 발진 파장을 1550㎚로 하는 경우, GaAs층(81)은 예를 들어 100㎚ 이상 200㎚ 이하의 두께로 형성되어 있다. AlAs층(82)은 예를 들어 10㎚ 이상 50㎚ 이하의 두께로 형성되어 있다. GaAs층(83)은 예를 들어 100㎚ 이상 200㎚ 이하의 두께로 형성되어 있다. AlGaAs층(84)은 예를 들어 100㎚ 이상 150㎚ 이하의 두께로 형성되어 있다. GaAs층(85)은 예를 들어 80㎚ 이상 130㎚ 이하의 두께로 형성되어 있다. 그리고, 제2 반사층(8)의 전체 두께는, 예를 들어 5㎛ 이상 10㎛ 이하의 두께로 형성되어 있다.
(9) 광 협착 영역(820)의 구성
제1 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)는 전류 협착 영역(60)에 대하여 독립적으로 최적화된 광 협착 영역(820)을 구비하고 있다. 광 협착 영역(820)은 제2 반사층(8)의 일부에 형성되어 있다.
상세히 설명하면 광 협착 영역(820)은 메사 형상의 측면으로부터 노출되는 AlAs층(82)을 메사 형상의 내측을 향해 산화하여 형성된 영역이다. 즉, 광 협착 영역(820)은 AlOx에 의해 형성되어 있다. 광 협착 영역(820)에서는, 광구속을 제어할 수 있다.
여기에서는, 광 협착 영역(820)은 메사 형상의 측면 주위의 전역에 있어서 산화에 의해 형성되어 있다. 이 때문에, 광 통과 영역이 되는 AlAs층(82)은 평면에서 볼 때, 메사 형상보다도 한 단계 작은 원 형상으로 형성되어 있다. AlAs층(82)의 원 형상 직경은, 전류 협착 영역(60)에 의해 주위의 형상이 규정되는 터널 접합층(6)의 직경에 대하여 독립적으로 또한 최적의 값으로 설정 가능하다. 제1 실시 형태에서는, AlAs층(82)의 직경은, 예를 들어 5㎛ 이상 20㎛ 이하로 형성되고, 터널 접합층(6)의 직경에 대하여 동등한 값으로 형성되어 있다.
또한, 광 협착 영역(820)은 발광층(5)에 대하여 제2 반사층(8)의 적층 구조의 1주기 이상 이격된 위치에 배치되어 있다. 여기에서는, 광 협착 영역(820)은 발광층(5)에 대하여 제2 반사층(8)의 GaAs층(81)을 적어도 개재시켜 이격되어 있다. 발진 파장에 따라 다르지만, 예를 들어 1.3㎛ 이상 1.6㎛ 이하의 파장에서는, 광 협착 영역(820)과 발광층(5)의 이격 거리는 예를 들어 300㎚ 이상으로 설정되어 있다.
(10) 제1 전극(11)의 구성
제1 전극(11)은 제1 반도체층(4)에 형성되어 있다. 구체적으로는, 제1 전극(11)은 발광층(5), 터널 접합층(6) 및 제2 반도체층(7)의 메사 형상의 주위에 있어서, 제1 반도체층(4)의 주위단을 따른 표면 위에 형성되어 있다. 형상이 특정 되는 것은 아니지만, 여기에서는, 제1 전극(11)은 평면에서 볼 때, 동일한 폭 치수를 갖는 직사각 형상의 링 형상으로 형성되어 있다. 제1 전극(11)은 발광층(5)의 하층에 배치된 제1 반도체층(4)에 전극을 형성하는 인트라 캐비티 구조에 의해 구축되어 있다.
(11) 제2 전극(12)의 구성
제2 전극(12)은 제2 반도체층(7)에 형성되어 있다. 구체적으로는, 제2 전극(12)은 제2 반사층(8)의 메사 형상의 주위에 있어서, 제2 반도체층(7)의 주위단을 따른 표면 위에 형성되어 있다. 제1 전극(11)과 마찬가지로 형상이 특정되는 것은 아니지만, 여기에서는, 제2 전극(12)은 평면에서 볼 때, 동일한 폭 치수를 갖는 원 형상의 링 형상으로 형성되어 있다.
[면 발광 소자(1)의 제조 방법]
다음으로, 면 발광 소자의 제조 방법을 설명한다. 도 3 내지 도 11은, 제1 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 제조 방법을 공정마다 나타내는 단면 구성을 나타내고 있다.
우선, 에피택셜 성장 기판(20)이 준비된다(도 3 참조). 에피택셜 성장 기판(20)에는, 제1 결정 재료로서, 예를 들어 n형의 InP가 사용된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 에피택셜 성장 기판(20) 위에 에칭 스톱층(21)을 개재시켜 제1 반도체층(4), 발광층(5), 터널 접합층(6), 제2 반도체층(7)의 각각이 순차 적층하여 형성된다. 에칭 스톱층(21)에는, 예를 들어 InGaAsP가 사용된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 터널 접합층(6)의 주위에 전류 협착 영역(60)이 형성된다. 전류 협착 영역(60)은 이온 주입법을 이용하고, 제2 반도체층(7)을 통해서 터널 접합층(6)에 불순물을 주입함으로써 형성된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제2 반도체층(7)에 제2 반사층(8)이 형성된다. 제2 반사층(8)은 미리 기판(22) 위에 에칭 스톱층(23)을 개재시켜 적층되어 있다. 즉, 기판(22) 위에 GaAs층(85), AlGaAs층(84), p형의 GaAs층(83), AlAs층(82), GaAs층(81)의 각각이 순차 적층되어 형성된다.
기판(22)에는, 예를 들어 GaAs 기판이 사용된다. 에칭 스톱층(23)에는, 예를 들어 InGaP가 사용된다. 제2 반도체층(7)과 제2 반사층(8)의 GaAs층(81)은 접합된다. 접합 방법은 특별히 한정되지는 않지만, 접합에는 플라스마를 이용한 상온 접합법, 산화를 이용한 원자 확산 접합법 등이 이용된다. 이들 접합 방법에 의하면, 접합 계면에서의 광흡수를 감소시킬 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 에피택셜 성장 기판(20)이 연마되고, 또한 습식 에칭을 사용하여 에피택셜 성장 기판(20) 및 에칭 스톱층(21)이 제거된다. 이에 의해, 제1 반도체층(4)의 이면이 평탄화된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제1 반도체층(4)에 제1 반사층(3)이 형성된다. 제1 반사층(3)은 미리 기판(2) 위에 적층되어 있다. 즉, 기판(2) 위에 AlGaAs층(31), GaAs층(32)의 각각을 복수 적층하여 형성된다. 접합에는, 전술과 마찬가지로, 상온 접합법, 원자 확산 접합법 등이 이용된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 기판(22)이 연마되고, 또한 습식 에칭을 사용하여 기판(22) 및 에칭 스톱층(23)이 제거된다. 이에 의해, 제2 반사층(8)의 표면이 평탄화된다.
도 9에 도시된 바와 같이, 제2 반사층(8)이 메사 형상으로 형성된다. 메사 형상이 형성되면, 제2 반사층(8)의 AlAs층(82)의 표면이 메사 형상의 측면으로부터 노출된다.
도 10에 도시된 바와 같이, 제2 반사층(8)의 일부에 광 협착 영역(820)이 형성된다. GaAs층(81), GaAs층(83), AlGaAs층(84) 및 GaAs층(85)에 대하여 AlAs층(82)의 선택 산화가 가능하다. 즉, AlAs층(82)의 선택 산화를 행함으로써, 메사 형상의 측면으로부터 내측을 향해 평면 방향에 AlAs층(82)이 선택 산화되고, 광 협착 영역(820)이 형성된다. 광 협착 영역(820)은 H2O를 사용하여 산화되므로, AlOx에 의해 형성된다.
도 11에 도시된 바와 같이, 제1 반도체층(4) 위의 발광층(5), 터널 접합층(6)(전류 협착 영역(60)) 및 제2 반도체층(7)이 메사 형상으로 형성된다.
이 후, 상술한 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 반도체층(4) 위에 제1 전극(11)이 형성되고, 제2 반도체층(7) 위에 제2 전극(12)이 형성된다.
이들 일련의 공정이 종료되면, 제1 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 제조 방법이 완료되고, 면 발광 소자(1)가 제조된다.
[작용 효과]
제1 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제2 반도체층(7)과, 제2 반사층(8)을 구비한다. 제2 반도체층(7)은 제1 결정 재료에 의해 형성된다. 제2 반사층(8)은 제2 반도체층(7)에 형성되고, 제1 결정 재료에 대하여 적어도 격자 상수 또는 결정 구조가 다른 제2 결정 재료에 의해 형성된다. 제2 반사층(8)은 메사 형상을 갖는다.
여기서, 제2 반사층(8)의 일부에 광 협착 영역(820)이 형성된다. 광 협착 영역(820)은 광구속을 제어한다.
이 때문에, 제2 반사층(8)에 있어서 광 협착 영역(820)에 의해 광의 구속이 제어되므로, 광 협착 영역(820)과는 독립적으로 전류 협착 영역(60)을 구축할 수 있다. 따라서, 저전압화 및 광구속을 양립시킬 수 있는 면 발광 소자(1)를 실현할 수 있다.
또한, 면 발광 소자(1)에서는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 광 협착 영역(820)은 메사 형상의 측면으로부터 내측을 향해 산화되어 있는 영역에 의해 형성된다. 이 때문에, 광 협착 영역(820)을 간이하게 형성할 수 있다.
또한, 면 발광 소자(1)에서는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 반도체층(4) 및 제2 반도체층(7)은 제1 결정 재료인 InP에 의해 형성된다. InP는, 광 파이버의 저손실 영역인 1.31㎛대 및 1.55㎛대의 발광 재료로서 사용된다. 이 때문에, 광통신 레이저 소자에 적합한 면 발광 소자(1)를 실현할 수 있다.
또한, 면 발광 소자(1)에서는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제2 반사층(8)은 제2 결정 재료인 GaAs와 AlGaAs를 적층하여 형성된다. 이 때문에, 제2 반사층(8)은 AlGaAs/GaAs계 DBR에 의해 형성되어 있으므로, 방열성이 우수하다.
또한, 면 발광 소자(1)에서는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제2 반사층(8)의 일부에 삽입되어 있는 AlAs의 일부를 산화하여 광 협착 영역(820)이 형성된다. 이 때문에, 광 협착 영역(820)을 간이하게 형성할 수 있다.
또한, 면 발광 소자(1)에서는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 발광층(5)과 제2 반도체층의 사이에 터널 접합층(6)이 형성된다. 그리고, 터널 접합층(6)의 주위에는 전류 협착 영역(60)이 형성된다. 광 협착 영역(820)에 대하여 전류 협착 영역(60)을 독립적으로 최적화할 수 있다.
또한, 면 발광 소자(1)에서는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 전극(11)은 제1 반도체층(4)에 형성되고, 제2 전극(12)은 제2 반도체층(7)에 형성된다. 즉, 발광층(5)을 중심으로 하여, 발광층(5)의 상하 양측의 제1 반도체층(4) 및 제2 반도체층(7)으로부터 전류를 취할 수 있다.
이 때문에, 제1 반사층(3)과 제1 반도체층(4)의 접합 계면, 제2 반도체층(7)과 제2 반사층(8)의 접합 계면, 즉 InP와 GaAs의 접합 계면에 전류가 흐르지 않는다. 따라서, 접합 계면에서의 전류 밀도의 집중을 효과적으로 억제 또는 방지할 수 있으므로, 접합 계면의 손상이나 파괴를 방지할 수 있다.
또한, 면 발광 소자(1)에서는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 광 협착 영역(820)은 발광층(5)에 대하여 제2 반사층(8)의 1주기 이상 이격된 위치에 형성된다. 광 협착 영역(820)은 산화에 의해 형성되어 있으므로, 결정 구조에 변형이 생기게 된다. 이 결정 구조의 변형에 대하여 발광층(5)이 충분히 이격되어 있으므로, 발광층(5)의 발광 동작에 미치는 영향을 효과적으로 억제 또는 방지할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 제조 방법에서는, 우선 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 결정 재료에 의해 제2 반도체층(7)이 형성된다.
다음으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 결정 재료에 대하여 격자 상수 또는 결정 구조가 다른 제2 결정 재료에 의해 제2 반사층(8)이 제2 반도체층(7)에 형성된다.
다음으로, 도 9에 도시된 바와 같이, 제2 반사층(8)이 메사 형상으로 형성된다.
그리고, 도 10에 도시된 바와 같이, 제2 반사층(8)의 일부에, 광구속을 제어하는 광 협착 영역(820)이 형성된다.
이 때문에, 면 발광 소자(1)의 제조 방법에서는, 제2 반사층(8)에 메사 형상을 형성한 후에, 제2 반사층(8)의 일부에 광 협착 영역(820)이 형성되므로, 간이하게 광 협착 영역(820)을 형성할 수 있다.
또한, 면 발광 소자(1)의 제조 방법에서는, 도 10에 도시된 바와 같이, 광 협착 영역(820)은 제2 반사층(8)의 메사 형상의 측면으로부터 내측으로, 제2 반사층(8)의 일부를 산화하여 형성된다. 여기서, 제2 반사층(8)은 제2 결정 재료인 GaAs와 AlGaAs를 적층하여 형성되어 있다. 광 협착 영역(820)은 메사 형상의 측면으로부터 노출되어 있는 제2 반사경(8)의 GaAs와 AlGaAs의 사이에 삽입된 AlAs의 일부를 산화하여 형성된다.
이 때문에, 선택 산화에 의해 광 협착 영역(820)이 형성되므로, 산화 마스크를 형성할 필요가 없으며, 면 발광 소자(1)의 제조 방법에 있어서, 제조 공정수를 삭감할 수 있다. 또한, 제조 공정수가 삭감되므로, 제조상의 수율을 향상시킬 수 있다.
<2. 제2 실시 형태>
도 12 및 도 13을 이용하여, 본 개시의 제2 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)를 설명한다.
또한, 제2 실시 형태 그리고 그 이후의 실시 형태에 있어서, 제1 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1) 및 면 발광 소자(1)의 제조 방법의 구성 요소와 동일한 구성 요소 또는 실질적으로 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 중복되는 설명은 생략한다.
[면 발광 소자(1)의 구성]
도 12는, 제2 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 종단면 구성의 일례를 나타내고 있다. 또한, 도 13은, 면 발광 소자(1)의 평면 구성의 일례를 나타내고 있다.
제2 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)에서는, 제1 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 제1 전극(11) 대신에, 제1 전극(11A)이 형성되어 있다. 제1 전극(11A)은 제1 반사층(3)에 형성되어 있다. 상세히 설명하면 제1 전극(11A)은 제1 반사층(3)에 기판(2)을 개재시켜 배치되고, 기판(2)의 이면의 거의 전역에 형성되어 있다.
상기 이외의 구성 요소는, 제1 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 구성 요소와 동일하다. 또한, 제1 전극(11A)의 형성 공정 이외의 형성 공정은, 제1 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 제조 방법의 각 공정과 동일하다.
제2 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1) 및 면 발광 소자(1)의 제조 방법에 의하면, 제1 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1) 및 면 발광 소자(1)의 제조 방법에 의해 얻어지는 작용 효과와 마찬가지의 작용 효과를 얻을 수 있다.
또한, 제2 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)에서는, 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 제1 반사층(3)에 기판(2)을 통해 제1 전극(11A)이 형성된다. 제1 반도체층(4)과 제1 반사층(3)의 접합 계면에도 전류가 흐르지만, 발광층(5)으로부터 제1 전극(11A)에 이르는 전류 경로가 서서히 넓어져 있으므로, 접합 계면에서의 전류 밀도는 높아지지 않는다. 이 때문에, 면 발광 소자(1) 및 그 제조 방법에서는, 제1 전극(11A)을 간이하게 형성할 수 있다. 특히, 저출력의 면 발광 소자(1)에 있어서 유리한 구조가 된다.
<3. 제3 실시 형태>
도 14 및 도 15를 이용하여, 본 개시의 제3 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)를 설명한다.
[면 발광 소자(1)의 구성]
도 14는, 제3 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 종단면 구성의 일례를 나타내고 있다. 또한, 도 15는, 면 발광 소자(1)의 평면 구성의 일례를 나타내고 있다.
제3 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)는 제2 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 제1 반사층(3), 제2 반사층(8)의 각각의 구성을 바꾸고 있다.
상세히 설명하면 제1 반사층(3)은 n형의 AlAs층(35), n형의 GaAs층(36), n형의 AlGaAs층(37), n형의 GaAs층(38)의 각각을 순차 적층하여 형성되어 있다. 제1 반사층(3)은 메사 형상으로 형성되어 있다.
그리고, 제1 반사층(3)의 일부를 산화하여 광 협착 영역(350)이 형성되어 있다. 제1 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 광 협착 영역(820)과 마찬가지로, 광 협착 영역(350)은 메사 형상의 측면으로부터 내측을 향해 AlAs층(35)을 선택적으로 산화함으로써 형성되어 있다.
제2 반사층(8)은 제1 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 제1 반사층(3)과 마찬가지로, GaAs층(86), AlGaAs층(87)의 각각을 반복해서 복수 적층하여 형성되어 있다. 즉, 제2 반사층(8)은 반도체 DBR로서 구성되어 있다.
상기 이외의 구성 요소는, 제2 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 구성 요소와 동일하다. 또한, 제1 반사층(3) 및 제2 반사층(8)의 구성 요소는 다르지만, 제3 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 제조 방법은, 제1 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 제조 방법과 실질적으로 동일하다.
제3 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1) 및 면 발광 소자(1)의 제조 방법에 의하면, 제2 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1) 및 면 발광 소자(1)의 제조 방법에 의해 얻어지는 작용 효과와 마찬가지의 작용 효과를 얻을 수 있다.
또한, 제3 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)에서는, 도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이, 전류 협착 영역(60)에 있어서 전류 협착이 제어되고, 발광층(5)으로부터 이격된 위치에 제1 반도체층(4)과 제1 반사층(3)의 접합 계면이 형성된다. 이 때문에, 접합 계면에 있어서 전류 밀도를 낮게 할 수 있다.
또한, 제3 실시 형태에서는, 광 협착 영역(350)은 전류 협착을 제어하는 구성으로 해도 된다. 또한, 제3 실시 형태에서는, 제1 반사층(3)에 광 협착 영역(350)을 구비함과 함께, 제1 실시 형태 또는 제2 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 제2 반사층(8)과 마찬가지로, 제2 반사층(8)에 광 협착 영역(820)이 형성되어도 된다.
<4. 제4 실시 형태>
도 16 및 도 17을 이용하여, 본 개시의 제4 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)를 설명한다.
[면 발광 소자(1)의 구성]
도 16은, 제4 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 종단면 구성의 일례를 나타내고 있다. 또한, 도 17은, 면 발광 소자(1)의 평면 구성의 일례를 나타내고 있다.
제4 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)는 제3 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 제1 반사층(3), 제1 전극(11A)의 구성을 바꾸고 있다.
제3 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)에서는, 기판(2) 위에 제1 반사층(3)이 형성되어 있다. 제1 반사층(3)은 제1 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 제1 반사층(3)과 마찬가지로, AlGaAs층(31), GaAs층(32)의 각각을 반복해서 복수 적층하고, 또한 제3 실시 형태에 따른 제1 반사층(3)과 마찬가지로, AlAs층(35), GaAs층(36), AlGaAs층(37), GaAs층(38)의 각각을 순차 적층하여 형성되어 있다.
제1 반도체층(4)의 일부와, 제1 반사층(3)의 GaAs층(38)으로부터 AlAs층(35)까지의 일부가 메사 형상으로 형성되어 있다. 도 17에 도시된 바와 같이, 평면에서 볼 때, 45도 위 및 135도 위의 제1 반도체층(4)의 일부 및 제1 반사층(3)의 일부가, 부채 형상으로 제거되고, 메사 형상으로 형성되어 있다.
광 협착 영역(350)은 메사 형상의 측면으로부터 내측을 향해 AlAs층(35)의 일부를 산화한 영역에 의해 형성되어 있다.
또한, 제4 실시 형태에서는, 터널 접합층(6) 및 전류 협착 영역(60)은 제1 반도체층(4)과 발광층(5)의 사이에 형성되어 있다.
제1 전극(11)은 제1 반도체층(4)의 메사 형상으로 형성되지 않은 표면 위에 형성되어 있다. 즉, 제1 전극(11)은 인트라 캐비티 구조에 의해 형성되어 있다.
상기 이외의 구성 요소는, 제3 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 구성 요소와 동일하다. 또한, 제1 반사층(3)의 구성 요소는 다르지만, 제4 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 제조 방법은, 제1 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 제조 방법과 실질적으로 동일하다.
제4 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1) 및 면 발광 소자(1)의 제조 방법에 의하면, 제3 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1) 및 면 발광 소자(1)의 제조 방법에 의해 얻어지는 작용 효과와 마찬가지의 작용 효과를 얻을 수 있다.
또한, 제4 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)에서는, 도 16 및 도 17에 도시된 바와 같이, 제1 반사층(3)은 일부에 메사 형상을 형성하면 된다. 제1 반사층(3)의 AlAs층(35)의 표면이 메사 형상의 일부의 측면으로부터 노출되어 있으면, 산화를 진행시킬 수 있어, 광 협착 영역(350)을 형성할 수 있다.
또한, 면 발광 소자(1)에서는, 도 16 및 도 17에 도시된 바와 같이, 제1 전극(11)이 인트라 캐비티 구조에 의해 형성되어 있으므로, 제1 반사층(3)과 제1 반도체층(4)의 접합 계면에 전류가 흐르지 않는다. 따라서, 접합 계면에서의 전류 밀도의 집중을 효과적으로 억제 또는 방지할 수 있으므로, 접합 계면의 손상이나 파괴를 방지할 수 있다.
<5. 제5 실시 형태>
도 18 및 도 19를 이용하여, 본 개시의 제5 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)를 설명한다.
[면 발광 소자(1)의 구성]
도 18은, 제5 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 종단면 구성의 일례를 나타내고 있다. 또한, 도 19는, 면 발광 소자(1)의 평면 구성의 일례를 나타내고 있다.
제5 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)에서는, 제1 반도체층(4)이 n형의 InP에 의해 형성되고, 발광층(5)이 언도프 InP계 재료에 의해 형성되며, 또한 제2 반도체층(7)이 p형의 InP에 의해 형성되어 있다. 즉, 면 발광 소자(1)는 제1 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 터널 접합층(6) 및 전류 협착 영역(60)을 구비하지 않는, pn 접합 구조에 의해 구성되어 있다.
제2 반사층(8)은 제1 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 제2 반사층(8)과 마찬가지로, 일부에 광 협착 영역(820)을 구비하고 있다. 제5 실시 형태에서는, 광 협착 영역(820)은 전류 협착 영역으로서도 사용되고 있다.
또한, 제5 실시 형태에서는, 제1 반사층(3), 제1 반도체층(4), 발광층(5), 제2 반도체층(7) 및 제2 반사층(8)은 동일한 사이즈의 메사 형상으로 형성되어 있다. 또한, 제1 반사층(3)과, 제1 반도체층(4), 발광층(5) 및 제2 반도체층(7)과, 제2 반사층(8)의 각각의 메사 형상은 다르게 되어 있어도 된다.
제1 전극(11A)은 제2 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 제1 전극(11A)과 마찬가지로, 기판(2)의 이면의 거의 전역에 형성되어 있다.
제2 전극(12A)은 제2 반사층(8)에 형성되어 있다. 구체적으로는, 제2 전극(12A)은 제2 반사층(8)의 GaAs층(85) 위에 형성되어 있다. 평면에서 볼 때, 제2 전극(12A)은 링 형상으로 형성되어 있다.
상기 이외의 구성 요소는, 제2 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 구성 요소와 동일하다. 또한, 제5 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 제조 방법은, 제2 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 제조 방법과 실질적으로 동일하다.
제5 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1) 및 면 발광 소자(1)의 제조 방법에 의하면, 제2 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1) 및 면 발광 소자(1)의 제조 방법에 의해 얻어지는 작용 효과와 마찬가지의 작용 효과를 얻을 수 있다.
또한, 제5 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)에서는, 제2 반사층(8)의 일부에 광 협착 영역(820)이 형성된다. 이 광 협착 영역(820)은 전류 협착 영역을 겸하고 있다. 광 협착 영역(820)은 전류의 제어와 광구속의 제어에 실적이 있는 AlAs층(82)을 산화한 AlOx가 사용된다. 이 때문에, 광 협착 영역(820)은 전류 협착 영역으로서도 사용 가능하다. 특히, 정전류 또한 저전압 사양의 면 발광 소자(1)에서는, 접합 계면의 전류 밀도가 작기 때문에, 접합 계면에 손상이나 파괴가 생기지 않아 유효하게 사용할 수 있다.
<6. 제6 실시 형태>
도 20 및 도 21을 이용하여, 본 개시의 제6 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)를 설명한다.
[면 발광 소자(1)의 구성]
도 20은, 제6 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 종단면 구성의 일례를 나타내고 있다. 또한, 도 21은, 면 발광 소자(1)의 평면 구성의 일례를 나타내고 있다.
제6 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)에서는, 제3 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 제2 반사층(8) 대신에, 제2 반사층(9)이 형성되어 있다. 제2 반사층(9)은 굴절률이 다른 유전체를 반복해서 적층하여 형성된 유전체 DBR이다. 유전체로서는, 예를 들어 SiO2, SiN 등을 사용할 수 있다.
상기 이외의 구성 요소는, 제3 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 구성 요소와 동일하다. 또한, 제6 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 제조 방법은, 제3 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 제조 방법과 실질적으로 동일하다.
제6 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1) 및 면 발광 소자(1)의 제조 방법에 의하면, 제3 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1) 및 면 발광 소자(1)의 제조 방법에 의해 얻어지는 작용 효과와 마찬가지의 작용 효과를 얻을 수 있다.
또한, 제6 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)에서는, 도 20 및 도 21에 도시된 바와 같이, 기판(2) 측의 제1 반사층(3)의 일부에 광 협착 영역(350)이 형성된다. 이 때문에, 기판(2)을 제1 반도체층(4)에 접합함으로써, 간이하게 제1 반사층(3) 및 광 협착 영역(350)을 형성할 수 있다.
<7. 제7 실시 형태>
도 22 및 도 23을 이용하여, 본 개시의 제7 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)를 설명한다.
[면 발광 소자(1)의 구성]
도 22는, 제7 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 종단면 구성의 일례를 나타내고 있다. 또한, 도 23은, 면 발광 소자(1)의 평면 구성의 일례를 나타내고 있다.
제7 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)는 제5 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)와 제6 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)를 조합한 응용예이다.
제7 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)에서는, 기판(2) 위에 제1 반사층(3)이 형성되어 있다. 제1 반사층(3)은 제1 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 제1 반사층(3)과 마찬가지로, p형의 AlGaAs층(31), p형의 GaAs층(32)의 각각을 반복해서 복수 적층하고, 또한 p형의 AlAs층(35), p형의 GaAs층(36)의 각각을 순차 적층하여 형성되어 있다. AlGaAs층(31) 및 GaAs층(32)의 일부와 AlAs층(35)과 GaAs층(36)이 메사 형상으로 형성되어 있다. 광 협착 영역(350)은 메사 형상의 측면으로부터 내측을 향해 AlAs층(35)의 일부를 산화한 영역에 의해 형성되어 있다.
여기에서는, 제1 반도체층(4)이 p형의 InP에 의해 형성되고, 발광층(5)이 언도프 InP계 재료에 의해 형성되고, 제2 반도체층(7)이 n형의 InP에 의해 형성되어 있다. 즉, 제1 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 터널 접합층(6) 및 전류 협착 영역(60)은 형성되어 있지 않고, 면 발광 소자(1)는 pn 접합 구조에 의해 구성되어 있다.
또한, 제2 반사층(9)은 유전체 DBR이다. 또한, 제1 전극(11)은 제1 반사층(3)의 GaAs(32) 위에 형성되어 있다. 제2 전극(12)은 제2 반도체층(7) 위에 형성되어 있다.
또한, 제1 전극(11)은 제1 전극(11A)을 대신해도 된다. 제1 전극(11A)은 예를 들어 도 18에 도시된 바와 같이, 기판(2)의 이면의 거의 전역에 형성되어 있다.
상기 이외의 구성 요소는, 제5 실시 형태 또는 제6 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 구성 요소와 동일하다. 또한, 제7 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 제조 방법은, 제5 실시 형태 또는 제6 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 제조 방법과 실질적으로 동일하다.
제7 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1) 및 면 발광 소자(1)의 제조 방법에 의하면, 제6 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1) 및 면 발광 소자(1)의 제조 방법에 의해 얻어지는 작용 효과와 마찬가지의 작용 효과를 얻을 수 있다.
<8. 제8 실시 형태>
도 24 및 도 25를 이용하여, 본 개시의 제8 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)를 설명한다.
[면 발광 소자(1)의 구성]
도 24는, 제8 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 종단면 구성의 일례를 나타내고 있다. 또한, 도 25는, 면 발광 소자(1)의 평면 구성의 일례를 나타내고 있다.
제8 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)는 제4 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)와 제6 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)를 조합한 응용예이다.
제8 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)에서는, 제4 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)에 있어서, 제2 반사층(8) 대신에 제2 반사층(9)이 형성되어 있다.
또한, 제8 실시 형태에서는, 터널 접합층(6) 및 전류 협착 영역(60)은 발광층(5)과 제2 반도체층(7)의 사이에 형성되어 있다.
상기 이외의 구성 요소는, 제4 실시 형태 또는 제6 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 구성 요소와 동일하다. 또한, 제8 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 제조 방법은, 제4 실시 형태 또는 제6 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 제조 방법과 실질적으로 동일하다.
제8 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1) 및 면 발광 소자(1)의 제조 방법에 의하면, 제4 실시 형태 및 제6 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1) 및 면 발광 소자(1)의 제조 방법에 의해 얻어지는 작용 효과와 마찬가지의 작용 효과를 얻을 수 있다.
<9. 제9 실시 형태>
도 26을 이용하여, 본 개시의 제9 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)를 설명한다.
[면 발광 소자(1)의 구성]
도 26은, 제9 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 평면 구성의 일례를 나타내고 있다.
제9 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)는 제8 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 응용예이다.
제9 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)에서는, 제8 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)에 있어서, 제1 반사층(3)의 일부, 제1 반도체층(4), 발광층(5), 터널 접합층(6)(전류 협착 영역(60)), 제2 반도체층(7)의 메사 형상이 도트 패턴에 의해 형성되어 있다.
상세히 설명하면 평면에서 볼 때, 편의적으로 도시되어 있는, 메사 형상의 중심 C로부터 반경 r에 의해 그려진 원(파선) 위에, 일정 간격으로 배치된 도트(잠금 구멍. 부호 생략)에 의해 메사 형상이 형성되어 있다. 도트는 제1 반사층(3)의 AlAs층(35)에 이르는 깊이로 형성되어 있다. 광 협착 영역(350)은 도트를 통해서 산화된 영역에 의해 형성되어 있다.
또한, 도트의 평면 형상은, 원 형상으로 한정되는 것이 아니라, 타원 형상, 직사각 형상 등의 형상이어도 된다.
상기 이외의 구성 요소는, 제8 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 구성 요소와 동일하다. 또한, 제9 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 제조 방법은, 제8 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 제조 방법과 실질적으로 동일하다.
제9 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1) 및 면 발광 소자(1)의 제조 방법에 의하면, 제8 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1) 및 면 발광 소자(1)의 제조 방법에 의해 얻어지는 작용 효과와 마찬가지의 작용 효과를 얻을 수 있다.
<10. 제10 실시 형태>
도 27을 이용하여, 본 개시의 제10 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)를 설명한다.
[면 발광 소자(1)의 구성]
도 27은, 제10 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 종단면 구성의 일례를 나타내고 있다.
제10 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)는 제1 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 응용예이다.
제10 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)에서는, 제1 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 터널 접합층(6)이 매립 터널 접합층(61)으로 되어 있다.
상기 이외의 구성 요소는, 제1 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 구성 요소와 동일하다. 또한, 제10 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 제조 방법은, 제1 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1)의 제조 방법과 실질적으로 동일하다.
제10 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1) 및 면 발광 소자(1)의 제조 방법에 의하면, 제1 실시 형태에 따른 면 발광 소자(1) 및 면 발광 소자(1)의 제조 방법에 의해 얻어지는 작용 효과와 마찬가지의 작용 효과를 얻을 수 있다.
<11. 기타 실시 형태>
본 기술은, 상기 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 그 요지를 일탈하지 않는 범위 내에 있어서, 다양하게 변경 가능하다.
예를 들어, 본 기술에서는, 상기 복수의 실시 형태에 따른 면 발광 소자를 2 이상 조합할 수 있다.
본 개시의 제1 실시 형태에 따른 면 발광 소자는, 반도체층과, 반사층을 구비한다. 반도체층은, 제1 결정 재료에 의해 형성된다. 반사층은, 반도체층에 형성되고, 제1 결정 재료에 대하여 적어도 격자 상수 또는 결정 구조가 다른 제2 결정 재료에 의해 형성된다. 반사층은, 메사 형상을 갖는다.
여기서, 반사층의 일부에 광 협착 영역이 형성된다. 광 협착 영역에서는, 광구속을 제어한다.
이 때문에, 반사층에 있어서 광 협착 영역에 의해 광의 구속이 제어되므로, 광 협착 영역과는 독립적으로 전류 협착 영역을 구축할 수 있다. 따라서, 저전압화 및 광구속을 양립시킬 수 있는 면 발광 소자를 실현할 수 있다.
본 개시의 제2 실시 형태에 따른 면 발광 소자는, 순차 적층되어 있는 제1 반사층, 제1 반도체층, 발광층, 제2 반도체층 및 제2 반사층을 구비한다. 제1 반도체층 및 제2 반도체층 중 적어도 한쪽은, 제1 결정 재료에 의해 형성된다. 제1 반사층 및 제2 반사층 중 적어도 한쪽은, 제1 결정 재료에 대하여 격자 상수 또는 결정 구조가 다른 제2 결정 재료에 의해 형성되며, 또한 메사 형상을 갖는다.
여기서, 제1 반사층 및 제2 반사층 중 적어도 한쪽의 일부에, 광구속을 제어하는 광 협착 영역을 더 구비한다. 광 협착 영역에서는, 광구속을 제어한다.
이 때문에, 제1 반사층 또는 제2 반사층 중 적어도 한쪽에 있어서 광 협착 영역에 의해 광의 구속이 제어되므로, 광 협착 영역과는 독립적으로 전류 협착 영역을 구축할 수 있다. 따라서, 저전압화 및 광구속을 양립시킬 수 있는 면 발광 소자를 실현할 수 있다.
본 개시의 제3 실시 형태에 따른 면 발광 소자의 제조 방법은, 제1 결정 재료에 의해 반도체층을 형성하고, 제1 결정 재료에 대하여 격자 상수 또는 결정 구조가 다른 제2 결정 재료에 의해 반도체층에 반사층을 형성하고, 반사층을 메사 형상으로 형성하고, 반사층의 일부에, 광구속을 제어하는 광 협착 영역을 형성한다.
이 때문에, 면 발광 소자(1)의 제조 방법에서는, 반사층에 메사 형상을 형성한 후에, 반사층의 일부에 광 협착 영역이 형성되므로, 간이하게 광 협착 영역을 형성할 수 있다.
<본 기술의 구성>
본 기술은, 이하의 구성을 구비하고 있다. 이하의 구성 본 기술에 의하면, 저전압화 및 광구속을 양립시킬 수 있는 면 발광 소자를 실현할 수 있다.
(1) 제1 결정 재료에 의해 형성되어 있는 반도체층과,
상기 반도체층에 형성되고, 상기 제1 결정 재료에 대하여 격자 상수 또는 결정 구조가 다른 제2 결정 재료에 의해 형성되고, 메사 형상을 갖는 반사층과,
상기 반사층의 일부에 형성되고, 광구속을 제어하는 광 협착 영역
을 구비하고 있는 면 발광 소자.
(2) 상기 광 협착 영역은, 메사 형상의 측면으로부터 내측을 향해 산화되어 있는 영역에 의해 형성되어 있는, 상기 (1)에 기재된 면 발광 소자.
(3) 상기 반도체층은, 상기 제1 결정 재료인 InP에 의해 형성되어 있는, 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 면 발광 소자.
(4) 상기 반사층은, 상기 제2 결정 재료인 GaAs와 AlGaAs를 적층하여 형성되어 있는, 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 면 발광 소자.
(5) 상기 광 협착 영역은, 상기 GaAs와 상기 AlGaAs의 사이에 삽입된 AlAs의 일부를 산화하여 형성되어 있는, 상기 (4)에 기재된 면 발광 소자.
(6) 순차 적층되어 있는 제1 반사층, 제1 반도체층, 발광층, 제2 반도체층 및 제2 반사층을 구비하고,
상기 제1 반도체층 및 상기 제2 반도체층 중 적어도 한쪽은, 제1 결정 재료에 의해 형성되고,
상기 제1 반사층 및 상기 제2 반사층 중 적어도 한쪽은, 상기 제1 결정 재료에 대하여 격자 상수 또는 결정 구조가 다른 제2 결정 재료에 의해 형성되며, 또한 메사 형상을 갖고,
상기 제1 반사층 및 상기 제2 반사층 중 적어도 한쪽의 일부에, 광구속을 제어하는 광 협착 영역을 더 구비하고 있는 면 발광 소자.
(7) 상기 제1 반도체층과 상기 발광층의 사이, 또는 상기 발광층과 상기 제2 반도체층의 사이에 형성되어 있는 터널 접합층과,
상기 제1 반도체층에 형성되어 있는 제1 전극과,
상기 제2 반도체층에 형성되어 있는 제2 전극을 더 구비하고 있는, 상기 (6)에 기재된 면 발광 소자.
(8) 상기 제1 반도체층과 상기 발광층의 사이, 또는 상기 발광층과 상기 제2 반도체층의 사이에 형성되어 있는 터널 접합층과,
상기 제1 반사층에 형성되어 있는 제1 전극과,
상기 제2 반도체층에 형성되어 있는 제2 전극을 더 구비하고 있는, 상기 (6)에 기재된 면 발광 소자.
(9) 상기 제1 반도체층과 상기 발광층의 사이, 또는 상기 발광층과 상기 제2 반도체층의 사이에 형성되어 있는 터널 접합층과,
상기 제1 반도체층 또는 상기 제1 반사층에 형성되어 있는 제1 전극과,
상기 제2 반사층에 형성되어 있는 제2 전극을 더 구비하고 있는, 상기 (6)에 기재된 면 발광 소자.
(10) 상기 광 협착 영역은, 메사 형상의 측면으로부터 내측을 향해 산화되어 있는 영역에 의해 형성되어 있는, 상기 (6) 내지 (9) 중 어느 하나에 기재된 면 발광 소자.
(11) 상기 제1 반도체층 또는 상기 제2 반도체층은, 상기 제1 결정 재료인 InP에 의해 형성되어 있는, 상기 (6) 내지 (10) 중 어느 하나에 기재된 면 발광 소자.
(12) 상기 제1 반사층 또는 상기 제2 반사층은, 상기 제2 결정 재료인 GaAs와 AlGaAs를 적층하여 형성되어 있는, 상기 (6) 내지 (11) 중 어느 하나에 기재된 면 발광 소자.
(13) 상기 광 협착 영역은, 상기 GaAs와 상기 AlGaAs의 사이에 삽입된 AlAs의 일부를 산화하여 형성되어 있는, 상기 (12)에 기재된 면 발광 소자.
(14) 상기 터널 접합층은, 그 주위에 주입된 불순물에 의한 전류 협착 영역을 구비하고 있거나, 또는 매립 터널 접합층인, 상기 (7) 내지 (9) 중 어느 하나에 기재된 면 발광 소자.
(15) 상기 제1 반사층 및 상기 제2 반사층 중 적어도 한쪽의 일부가, 메사 형상으로 형성되어 있는, 상기 (6) 내지 (14) 중 어느 하나에 기재된 면 발광 소자.
(16) 상기 광 협착 영역은, 상기 제1 반사층에 형성되고,
상기 제2 반사층은, 유전체 재료에 의해 형성되어 있는, 상기 (6) 내지 (15) 중 어느 하나에 기재된 면 발광 소자.
(17) 상기 광 협착 영역은, 상기 발광층에 대하여 상기 제1 반사층 또는 상기 제2 반사층의 1주기 이상 이격된 위치에 형성되어 있는, 상기 (12)에 기재된 면 발광 소자.
(18) 제1 결정 재료에 의해 반도체층을 형성하고,
상기 제1 결정 재료에 대하여 격자 상수 또는 결정 구조가 다른 제2 결정 재료에 의해 상기 반도체층에 반사층을 형성하고,
상기 반사층을 메사 형상으로 형성하고,
상기 반사층의 일부에, 광구속을 제어하는 광 협착 영역을 형성하는, 면 발광 소자의 제조 방법.
(19) 상기 광 협착 영역은, 상기 반사층의 메사 형상의 측면으로부터 내측으로, 상기 반사층의 일부를 산화하여 형성하는, 상기 (18)에 기재된 면 발광 소자의 제조 방법.
(20) 상기 반사층은, 상기 제2 결정 재료인 GaAs와 AlGaAs를 적층하여 형성되고,
상기 광 협착 영역은, 상기 GaAs와 상기 AlGaAs의 사이에 삽입된 AlAs의 상기 메사 형상의 측면으로부터 노출되어 있는 일부를 산화하여 형성하는, 상기 (18) 또는 (19)에 기재된 면 발광 소자의 제조 방법.
본 출원은, 일본 특허청에서 2021년 8월 26일에 출원된 일본 특허 출원 번호 제2021-138210호를 기초로 하여 우선권을 주장하는 것이며, 이 출원의 모든 내용을 참조에 의해 본 출원에 원용한다.
당업자라면 설계상의 요건이나 다른 요인에 따라서, 다양한 수정, 콤비네이션, 서브 콤비네이션 및 변경을 상도할 수 있지만, 이들은 첨부의 청구범위나 그 균등물의 범위에 포함되는 것임이 이해된다.

Claims (20)

  1. 제1 결정 재료에 의해 형성되어 있는 반도체층과,
    상기 반도체층에 형성되고, 상기 제1 결정 재료에 대하여 격자 상수 또는 결정 구조가 다른 제2 결정 재료에 의해 형성되고, 메사 형상을 갖는 반사층과,
    상기 반사층의 일부에 형성되고, 광구속을 제어하는 광 협착 영역
    을 구비하고 있는, 면 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광 협착 영역은, 메사 형상의 측면으로부터 내측을 향해 산화되어 있는 영역에 의해 형성되어 있는, 면 발광 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반도체층은, 상기 제1 결정 재료인 InP에 의해 형성되어 있는, 면 발광 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반사층은, 상기 제2 결정 재료인 GaAs와 AlGaAs를 적층하여 형성되어 있는, 면 발광 소자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 광 협착 영역은, 상기 GaAs와 상기 AlGaAs의 사이에 삽입된 AlAs의 일부를 산화하여 형성되어 있는, 면 발광 소자.
  6. 순차 적층되어 있는 제1 반사층, 제1 반도체층, 발광층, 제2 반도체층 및 제2 반사층을 구비하고,
    상기 제1 반도체층 및 상기 제2 반도체층 중 적어도 한쪽은, 제1 결정 재료에 의해 형성되고,
    상기 제1 반사층 및 상기 제2 반사층 중 적어도 한쪽은, 상기 제1 결정 재료에 대하여 격자 상수 또는 결정 구조가 다른 제2 결정 재료에 의해 형성되며, 또한 메사 형상을 갖고,
    상기 제1 반사층 및 상기 제2 반사층 중 적어도 한쪽의 일부에, 광구속을 제어하는 광 협착 영역을 더 구비하고 있는, 면 발광 소자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 반도체층과 상기 발광층의 사이, 또는 상기 발광층과 상기 제2 반도체층의 사이에 형성되어 있는 터널 접합층과,
    상기 제1 반도체층에 형성되어 있는 제1 전극과,
    상기 제2 반도체층에 형성되어 있는 제2 전극을 더 구비하고 있는, 면 발광 소자.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 반도체층과 상기 발광층의 사이, 또는 상기 발광층과 상기 제2 반도체층의 사이에 형성되어 있는 터널 접합층과,
    상기 제1 반사층에 형성되어 있는 제1 전극과,
    상기 제2 반도체층에 형성되어 있는 제2 전극을 더 구비하고 있는, 면 발광 소자.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제1 반도체층과 상기 발광층의 사이, 또는 상기 발광층과 상기 제2 반도체층의 사이에 형성되어 있는 터널 접합층과,
    상기 제1 반도체층 또는 상기 제1 반사층에 형성되어 있는 제1 전극과,
    상기 제2 반사층에 형성되어 있는 제2 전극을 더 구비하고 있는, 면 발광 소자.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 광 협착 영역은, 메사 형상의 측면으로부터 내측을 향해 산화되어 있는 영역에 의해 형성되어 있는, 면 발광 소자.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 제1 반도체층 또는 상기 제2 반도체층은, 상기 제1 결정 재료인 InP에 의해 형성되어 있는, 면 발광 소자.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 제1 반사층 또는 상기 제2 반사층은, 상기 제2 결정 재료인 GaAs와 AlGaAs를 적층하여 형성되어 있는, 면 발광 소자.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 광 협착 영역은, 상기 GaAs와 상기 AlGaAs의 사이에 삽입된 AlAs의 일부를 산화하여 형성되어 있는, 면 발광 소자.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 터널 접합층은, 그 주위에 주입된 불순물에 의한 전류 협착 영역을 구비하고 있거나, 또는 매립 터널 접합층인, 면 발광 소자.
  15. 제6항에 있어서,
    상기 제1 반사층 및 상기 제2 반사층 중 적어도 한쪽의 일부가, 메사 형상으로 형성되어 있는, 면 발광 소자.
  16. 제6항에 있어서,
    상기 광 협착 영역은, 상기 제1 반사층에 형성되고,
    상기 제2 반사층은, 유전체 재료에 의해 형성되어 있는, 면 발광 소자.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 광 협착 영역은, 상기 발광층에 대하여 상기 제1 반사층 또는 상기 제2 반사층의 1주기 이상 이격된 위치에 형성되어 있는, 면 발광 소자.
  18. 제1 결정 재료에 의해 반도체층을 형성하고,
    상기 제1 결정 재료에 대하여 격자 상수 또는 결정 구조가 다른 제2 결정 재료에 의해 상기 반도체층에 반사층을 형성하고,
    상기 반사층을 메사 형상으로 형성하고,
    상기 반사층의 일부에, 광구속을 제어하는 광 협착 영역을 형성하는, 면 발광 소자의 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 광 협착 영역은, 상기 반사층의 메사 형상의 측면으로부터 내측으로, 상기 반사층의 일부를 산화하여 형성하는, 면 발광 소자의 제조 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 반사층은, 상기 제2 결정 재료인 GaAs와 AlGaAs를 적층하여 형성되고,
    상기 광 협착 영역은, 상기 GaAs와 상기 AlGaAs의 사이에 삽입된 AlAs의 상기 메사 형상의 측면으로부터 노출되어 있는 일부를 산화하여 형성하는, 면 발광 소자의 제조 방법.
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