JP2018125404A - Surface emitting laser element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、面発光レーザ素子に関する。 The present invention relates to a surface emitting laser element.
面発光レーザ素子(VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting LASER)は、光を発生する活性層を含んだ半導体層の上下に反射鏡を配置することで共振器構造を形成し、レーザ発振した所定の波長の光を基板に対して垂直方向に取り出すレーザ素子である。 A surface emitting laser element (VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting LASER) forms a resonator structure by arranging reflectors above and below a semiconductor layer including an active layer that generates light, and has a predetermined wavelength of laser oscillation. It is a laser element that extracts light in a direction perpendicular to the substrate.
近年半導体発光素子として、窒化物半導体発光素子が広く用いられるようになってきており、窒化物半導体を用いた面発光レーザ素子の開発も進んできている。窒化ガリウム(GaN)単結晶基板やサファイア基板上にMOCVD法を用いてp型のGaNを成長する際には、主にMgをアクセプタとしてドープすることが一般的である。 In recent years, nitride semiconductor light emitting devices have been widely used as semiconductor light emitting devices, and surface emitting laser devices using nitride semiconductors have been developed. When growing p-type GaN on a gallium nitride (GaN) single crystal substrate or sapphire substrate using MOCVD, it is common to dope mainly with Mg as an acceptor.
このとき、原料ガスとしては、アンモニア等の水素を含むものを用いることが多い。水素を含む原料ガスは成長の際に分解され、その際に生じた水素がMgを不活性化し、結果としてp型GaNの高抵抗化の要因になる。又、熱アニールにより水素を除去してMgを活性化させても、p型GaNの抵抗率はGaAs等のp型の化合物半導体に比べてきわめて高い。 At this time, as the source gas, a gas containing hydrogen such as ammonia is often used. The source gas containing hydrogen is decomposed during the growth, and the hydrogen generated at that time inactivates Mg, resulting in high resistance of p-type GaN. Also, even if hydrogen is removed by thermal annealing to activate Mg, the resistivity of p-type GaN is extremely higher than that of a p-type compound semiconductor such as GaAs.
面発光レーザ素子は一般に電流注入領域を何らかの方法で狭窄させた電流狭窄構造を有することで効率の向上を図っている。GaAs系の面発光レーザ素子においては、AlGaAs系の化合物半導体からなるDBR(ブラッグ反射鏡)構造を用いた共振器構造が用いられており、DBRに適切なドーピングを行い電流経路として利用することで素子全体としての抵抗が高くなる影響を最低限に抑えることに成功している。 A surface emitting laser element generally has a current confinement structure in which a current injection region is constricted by some method to improve efficiency. In a GaAs surface emitting laser element, a resonator structure using a DBR (Bragg reflector) structure made of an AlGaAs compound semiconductor is used. By appropriately doping the DBR and using it as a current path, It has succeeded in minimizing the effect of increasing the resistance of the entire device.
しかしながら、窒化物半導体を活性層に用いた面発光レーザ素子においては、現状、適切な抵抗の通電型DBRを実現できていない。又、GaAs系の面発光レーザ素子で有効な電流狭窄構造であるp側での酸化狭窄構造も実現できていない。 However, in a surface emitting laser element using a nitride semiconductor as an active layer, a current-carrying DBR having an appropriate resistance cannot be realized at present. Also, an oxide confinement structure on the p side, which is a current confinement structure effective in a GaAs surface emitting laser element, has not been realized.
窒化物半導体を用いた面発光レーザ素子においては、例えば、下部DBRにAlInN/GaNからなる半導体DBRを用いるが、この半導体DBRは通電させるようにはなっていない。又、n側の電極は、半導体DBRと活性層との間に設けられたn−GaNキャビティ層を用いて横方向からの取り出しになっている。 In a surface emitting laser element using a nitride semiconductor, for example, a semiconductor DBR made of AlInN / GaN is used for the lower DBR, but this semiconductor DBR is not energized. The n-side electrode is taken out from the lateral direction using an n-GaN cavity layer provided between the semiconductor DBR and the active layer.
又、電流狭窄は活性層と上部DBRの間にあるp−GaNキャビティの一部を誘電体で通電部分以外をパッシベーションし、通電部分を介してITO膜と接合している。上部DBRはITO膜上に形成されている。 In the current confinement, a part of the p-GaN cavity between the active layer and the upper DBR is passivated with a dielectric other than the energized part and joined to the ITO film via the energized part. The upper DBR is formed on the ITO film.
又、上部DBRは誘電体DBRとなっており、これも通電は担わない構造になっている。p側の電流注入はITO膜を通じて横方向からの電流注入構造を用いている。このようにp側の電流注入構造は通電型DBRが実現されないため横方向からの電流注入構造となり、かつp−GaNが高抵抗であることからITO膜を用いて電流経路とする方法が現在主流である(例えば、非特許文献1参照)。 The upper DBR is a dielectric DBR, which also has a structure that does not carry electricity. Current injection on the p side uses a current injection structure from the lateral direction through the ITO film. As described above, the current injection structure on the p side has a current injection structure from the lateral direction because a current-carrying DBR is not realized, and since p-GaN has a high resistance, a method of using an ITO film as a current path is currently mainstream. (For example, see Non-Patent Document 1).
しかしながら、ITO膜は窒化物半導体レーザで用いられる近紫外光から青色にかけての光をわずかではあるが吸収する。これはレーザデバイスとして無視できない吸収であり、窒化物面発光レーザ素子において発光効率を低下させる要因となっていた。 However, the ITO film absorbs a small amount of light from near ultraviolet light to blue light used in nitride semiconductor lasers. This is absorption that cannot be ignored as a laser device, and has been a factor of lowering light emission efficiency in the nitride surface emitting laser element.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、窒化物半導体を活性層に用いた面発光レーザ素子において、発光効率を向上させることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to improve the light emission efficiency in a surface emitting laser element using a nitride semiconductor as an active layer.
本面発光レーザ素子は、窒化物半導体を活性層に用いた面発光レーザ素子であって、下部ブラッグ反射鏡、活性層、及び上部ブラッグ反射鏡を含む積層体を有し、前記活性層と前記上部ブラッグ反射鏡との間にトンネル接合構造が設けられ、前記トンネル接合構造は、前記活性層に近い側から順に積層された、p型からなる5×1019atom/cm3以上のドーピングがなされた第1窒化物化合物半導体層と、アンドープの第2窒化物化合物半導体層と、n型からなる5×1019atom/cm3以上のドーピングがなされ、前記第1窒化物化合物半導体層のバンドギャップより大きなバンドギャップを有する第3窒化物化合物半導体層と、を備え、前記活性層と前記トンネル接合構造の間に電流狭窄構造を有することを要件とする。 The surface-emitting laser element is a surface-emitting laser element using a nitride semiconductor as an active layer, and includes a laminated body including a lower Bragg reflector, an active layer, and an upper Bragg reflector, the active layer and the A tunnel junction structure is provided between the upper Bragg reflector and the tunnel junction structure is doped with p-type doping of 5 × 10 19 atoms / cm 3 or more, which are sequentially stacked from the side close to the active layer. The first nitride compound semiconductor layer, the undoped second nitride compound semiconductor layer, and n-type doping of 5 × 10 19 atoms / cm 3 or more are made, and the band gap of the first nitride compound semiconductor layer A third nitride compound semiconductor layer having a larger band gap, and having a current confinement structure between the active layer and the tunnel junction structure .
開示の技術によれば、窒化物半導体を活性層に用いた面発光レーザ素子において、発光効率を向上させることができる。 According to the disclosed technique, the emission efficiency can be improved in a surface emitting laser element using a nitride semiconductor as an active layer.
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments for carrying out the invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted.
(トンネル接合構造)
図1は、本実施の形態に係るトンネル接合構造について説明する図である。通常のトンネル構造は、高ドープのp層と高ドープのn層とが接していることにより空乏層が薄くなり、その薄くなった空乏層を通してトンネル電流が流れるという特性を示す。
(Tunnel junction structure)
FIG. 1 is a diagram for explaining a tunnel junction structure according to the present embodiment. The normal tunnel structure has a characteristic that the depletion layer becomes thin due to the contact between the highly doped p layer and the highly doped n layer, and a tunnel current flows through the thinned depletion layer.
これに対して、図1(a)に示すように、本実施の形態に係るトンネル接合構造120は、高ドープのp型窒化物化合物半導体層108(第1窒化物化合物半導体層)と、薄いアンドープ層109(第2窒化物化合物半導体層)と、高ドープのn型窒化物化合物半導体層110(第3窒化物化合物半導体層)との積層構造からなる。すなわち、本実施の形態に係るトンネル接合構造120では、p型窒化物化合物半導体層108とn型窒化物化合物半導体層110との間にアンドープ層109が設けられている。
On the other hand, as shown in FIG. 1A, the
p型窒化物化合物半導体層108としては、例えば、p−GaNを用いることができる。アンドープ層109としては、例えば、GaNを用いることができる。n型窒化物化合物半導体層110としては、例えば、n−AlGaNを用いることができる。
As the p-type nitride
図1(b)は、トンネル接合構造のバンド図を簡易的に示したものである。トンネル接合構造120において、上記の材料を用いた場合、GaN系材料の極性面であるc面上で、n型窒化物化合物半導体層110を構成するn−AlGaNと、n−AlGaNよりバンドギャップの小さいGaNのアンドープ層109を隣接させると、その界面においてピエゾ分極によるバンドの曲がりが大きく生じ、図1(b)に示すように2次元電子ガスGが生じる。
FIG. 1B simply shows a band diagram of the tunnel junction structure. In the
2次元電子ガスGは、アンドープ層109中ではほぼ抵抗無しに移動できるため、横方向に極めて低抵抗に電流が流れ得る。ここで、アンドープ層109を比較的薄く(例えば、10〜20nm程度)し、アンドープ層109の下側に高ドープのp型窒化物化合物半導体層108を設けると、通常のトンネル接合よりも空乏層が広くなる。そのため、アンドープ層109を設けない構造よりトンネル電流に対する抵抗は上昇するが、トンネル接合中に2次元電子ガスGを有する構造を得ることができる。
Since the two-dimensional electron gas G can move in the
ここで、高ドープとは、p型窒化物化合物半導体層又はn型窒化物化合物半導体層に5×1019atom/cm3以上のドーピングがなされたことを意味する。p型窒化物化合物半導体層又はn型窒化物化合物半導体層に5×1019atom/cm3以上のドーピングが必要な理由は、トンネル接合を形成し、トンネル電流を流すために、空乏層を十分に薄くしなければならないためである。5×1019atom/cm3未満のドーピングでは空乏層が広くなるため、十分なトンネル電流が流れなくなる。 Here, the high doping means that the p-type nitride compound semiconductor layer or the n-type nitride compound semiconductor layer is doped with 5 × 10 19 atoms / cm 3 or more. The reason why the p-type nitride compound semiconductor layer or the n-type nitride compound semiconductor layer requires doping of 5 × 10 19 atoms / cm 3 or more is that a depletion layer is sufficient to form a tunnel junction and flow a tunnel current. This is because it must be made thinner. When the doping is less than 5 × 10 19 atoms / cm 3 , the depletion layer becomes wide, so that a sufficient tunnel current does not flow.
トンネル接合構造120では、トンネル電流によりc面に垂直に電流を流しうると同時に、水平方向に半導体層を用いながら低抵抗に電流が流れるため、トータルで素子の抵抗を低減できる。又、トンネル接合構造120を面発光レーザ素子に適用することにより、ITO等の吸収のある材料を用いない、窒化物半導体を活性層に用いた面発光レーザ素子を実現できる。
In the
すなわち、窒化物半導体を活性層に用いた面発光レーザ素子における横方向の電流注入の低抵抗化を図ることができると共に、ITO等による吸収の低減を図ることが可能になり、面発光レーザ素子のよりいっそうの発光効率の向上が可能となる。 That is, it is possible to reduce the resistance of lateral current injection in a surface emitting laser element using a nitride semiconductor as an active layer, and to reduce absorption by ITO or the like. It is possible to further improve the luminous efficiency.
以下、トンネル接合構造120を備えた面発光レーザ素子の具体的な実施の形態について説明する。
Hereinafter, specific embodiments of the surface emitting laser element including the
〈第1の実施の形態〉
(面発光レーザ素子の概要)
図2は、第1の実施の形態に係る面発光レーザ素子を例示する断面図である。図2に示すように、面発光レーザ素子10は、柱状構造のメサ150を有している。面発光レーザ素子10の上部から視たメサ150の形状は、円形であってもよく、楕円形、正方形、長方形等であってもよい。面発光レーザ素子10では、基板101と反対側(図1の矢印L方向)にレーザ光が出射される。面発光レーザ素子10の発振波長λは、例えば、近紫外光から青色の波長帯域とすることができる。
<First Embodiment>
(Outline of surface emitting laser element)
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the surface emitting laser element according to the first embodiment. As shown in FIG. 2, the surface emitting
面発光レーザ素子10において、基板101上には、下部ブラッグ反射鏡である半導体ブラッグ反射鏡102(以下、半導体DBR102とする)が形成されている。なお、DBRとは、Distributed Bragg Reflectorの略である。
In the surface emitting
基板101としては、例えば、GaN基板を用いることができる。半導体DBR102は、例えば、AlInN/GaNからなる構造を有しており、後述の活性層105の発振波長に合わせた膜厚に設計されている。
As the
半導体DBR102上には、下部キャビティ103が形成されている。下部キャビティ103は、例えば、n−GaNから形成することができる。メサ150の周辺部に露出する下部キャビティ103の外縁部には、第1n側電極104が形成されている。
A
下部キャビティ103の上には、窒化物半導体を用いた活性層105が形成されている。活性層105としては、例えば、InGaN/GaNの多重量子井戸構造を用いることができる。InGaNは、青色レーザの活性層として好適であり、組成を調整することで波長をある程度調整可能である。
An
活性層105の上には、上部キャビティ106が形成されている。上部キャビティ106は、例えば、p−GaNから形成することができる。上部キャビティ106の上側の周辺部分には、電流狭窄層113が形成されている。電流狭窄層113は高抵抗領域であり、電流狭窄層113の内側は、低抵抗領域となる。
An
電流狭窄層113の上及び電流狭窄層113の内側に位置する上部キャビティ106の上には、キャリアブロック層107が形成されている。キャリアブロック層107としては、例えば、AlN/GaNの超格子構造等を用いることができる。キャリアブロック層107は、活性層105からのキャリアオーバーフローを抑制し活性層105での再結合確率を上げる機能を有している。
A
キャリアブロック層107の上には、トンネル電流が流れ得るトンネル接合構造120が形成されている。トンネル接合構造120は、活性層105に近い側から順に積層された、p型窒化物化合物半導体層108と、アンドープ層109と、n型窒化物化合物半導体層110とを備えている。
A
p型窒化物化合物半導体層108は、例えば、Mgを高濃度にドープしたp−GaNにより形成することができる。Mgのドーピング量は5×1019atom/cm3以上とすることが好ましく、例えば1×1020atom/cm3とすることができる。
The p-type nitride
アンドープ層109は、例えば、GaNから形成することができる。アンドープ層109の厚さは、例えば、10nm程度とすることができる。なお、アンドープ層109を薄くし過ぎると2次元電子ガスの形成が難しくなる。そのため、アンドープ層109の厚さは、5nm以上とする必要があり、10nm以上とすることが好ましい。アンドープ層109の厚さが5nm以上必要であることは、簡易的なバンド計算から見積もることができる。
The
但し、アンドープ層109を厚くし過ぎると空乏層が厚くなるため抵抗が高くなる。そのため、アンドープ層109の厚さは、不必要に厚くすることは望ましくない。抵抗は前後の層のドーピング濃度により異なるが、抵抗を不必要に高くしないためにはアンドープ層109の厚さを100nm以下とすることが好ましい。
However, if the
n型窒化物化合物半導体層110は、p型窒化物化合物半導体層108のバンドギャップより大きなバンドギャップを有している。n型窒化物化合物半導体層110は、例えば、Siを高濃度にドープしたn−AlGaNにより形成することができる。Siのドーピング量は5×1019atom/cm3以上とすることが好ましく、例えば1×1020atom/cm3とすることができる。
The n-type nitride
又、n型窒化物化合物半導体層110を構成するn−AlGaNにおけるAl組成は0.2程度とすることが好ましい。Al組成が高すぎるとn型窒化物化合物半導体層110が高抵抗になりやすく、GaNに対する歪が大きくなるため、格子整合で成長できる範囲に組成や膜厚を調整する必要がある。
Further, the Al composition in n-AlGaN constituting the n-type nitride
トンネル接合構造120において、アンドープ層109とn型窒化物化合物半導体層110との界面近傍には、例えば1×1020atom/cm3程度のキャリア密度を有する2次元電子ガスが形成できる。
In the
n型窒化物化合物半導体層110の上の外縁部には、第2n側電極111が形成されている。
A second n-
n型窒化物化合物半導体層110の上の第2n側電極111よりも中央側には、上部ブラッグ反射鏡である誘電体DBR112が形成されている。誘電体DBR112は、例えば、TiO2/SiO2の多層膜構造とすることができる。但し、誘電体DBR112を他も材料から形成しても構わない。
A
(面発光レーザ素子の製造方法)
図3及び図4は、第1の実施の形態に係る面発光レーザ素子の製造工程を例示する図である。まず、図3(a)に示す工程では、基板101(ウェハ)上に、半導体層の積層体を形成する。積層体は、例えば、MOVPE(Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy)を用いて基板101上に成長させることができる。
(Method for manufacturing surface-emitting laser element)
3 and 4 are diagrams illustrating a manufacturing process of the surface emitting laser element according to the first embodiment. First, in the step shown in FIG. 3A, a stacked body of semiconductor layers is formed on a substrate 101 (wafer). The laminated body can be grown on the
具体的には、例えば、GaNからなる基板101(ウェハ)上に半導体DBR102を成長する。半導体DBR102は、例えば、AlInN/GaNから形成することができる。半導体DBR102の帯域は、活性層105の発振波長に合わせて設計した膜厚で成長させる。
Specifically, for example, the
更に、半導体DBR102の上に、例えばn−GaNからなる下部キャビティ103を成長し、その後、下部キャビティ103の上に、例えばInGaN/GaNの多重量子井戸構造の活性層105を成長する。更に、活性層105の上に、例えばp−GaNからなる上部キャビティ106を成長する。
Further, a
その後、いったん成長を中断し、上部キャビティ106の上側の周辺部分に、電流狭窄層113を選択的に形成する。電流狭窄層113は、例えば、上部キャビティ106にB原子を過剰に注入して高抵抗化することにより形成できる。但し、電流狭窄層113は、原子の注入には限定されず、他の方法で形成しても構わない。
Thereafter, the growth is temporarily stopped, and the
次に、図3(b)に示す工程では、電流狭窄層113の上及び電流狭窄層113の内側に位置する上部キャビティ106の上に、例えばAlN/GaNの超格子構造等のキャリアブロック層107を形成する。そして、キャリアブロック層107の上に、p型窒化物化合物半導体層108、アンドープ層109、及びn型窒化物化合物半導体層110が順次積層されたトンネル接合構造120を形成する。p型窒化物化合物半導体層108及びn型窒化物化合物半導体層110のドーピング量や、アンドープ層109の厚さは、前述の通りである。
Next, in the step shown in FIG. 3B, a
p型窒化物化合物半導体層108及びn型窒化物化合物半導体層110のドーピングは、例えば、MOCVD法ではp型の場合はCp2Mg、n型の場合はモノシランなどのドーパント原料を各層の成長中に必要な濃度で導入することでなされる。ドーパント原料、濃度に関しては必要に応じて変更することが可能である。
The doping of the p-type nitride
次に、図4(a)に示す工程では、メサ150を形成する。具体的には、まず、n型窒化物化合物半導体層110の上に、メサ150を形成するためのマスクパターンを形成する。マスクパターンは、例えば、n型窒化物化合物半導体層110の上面全体にCVD法等によりSiO2膜、SiN膜等を成膜し、フォトレジスト等でパターニング後、不要部をエッチングにより除去することで形成できる。
Next, in the step shown in FIG. 4A, the
その後、マスクパターンをエッチングマスクとし、例えば、反応性イオンビームエッチング法、誘導結合プラズマエッチング法等のドライエッチング法によりメサ150を形成する。例えば、メサ150のエッチングを下部キャビティ103内で止める。この場合、メサ150の周囲に下部キャビティ103が露出する。メサ150のエッチング後、マスクパターンを除去する。
Thereafter, using the mask pattern as an etching mask, the
次に、図4(b)に示す工程では、熱アニールを行ってp−GaNを活性化する。そして、メサ150の周辺部に露出する下部キャビティ103の外縁部に、第1n側電極104を形成する。又、n型窒化物化合物半導体層110の上の外縁部に、第2n側電極111を形成する。更に、n型窒化物化合物半導体層110の上の第2n側電極111よりも中央側に、例えばTiO2/SiO2を交互に積層し、多層膜構造の誘電体DBR112を形成する。以上の工程により、面発光レーザ素子10が完成する。
Next, in the step shown in FIG. 4B, thermal annealing is performed to activate p-GaN. Then, the first n-
面発光レーザ素子10においては、活性層105へのキャリア注入は以下の通りに行われる。第1n側電極104から下部キャビティ103に電子が供給され、更に、下部キャビティ103を介して活性層105に電子が供給される。
In the surface emitting
一方、第2n側電極111からn型窒化物化合物半導体層110に電子が供給され、更に、n型窒化物化合物半導体層110から2次元電子ガスを形成したアンドープ層109に電子が注入される。
On the other hand, electrons are supplied from the second n-
アンドープ層109に注入された電子は横方向に移動し、電流狭窄層113のない部分でトンネル接合を介してp型窒化物化合物半導体層108側にキャリア注入される。形成されたキャリアはホールとなり、電流狭窄層113のない部分を通じて上部キャビティ106に注入され、更に活性層105に注入される。このようにして、活性層105でキャリアの発光を行うことができる。
The electrons injected into the
このように、窒化物半導体を活性層105に用いた面発光レーザ素子10において、2次元電子ガスを形成できるトンネル接合構造120を用いることで、上部キャビティ106へのキャリア注入を低抵抗に行うことが可能となるため、発光効率を向上することができる。又、面発光レーザ素子10の構造では、ITO等の吸収の多い材料を用いる必要がないため、この点でも発光効率を向上することができる。
As described above, in the surface emitting
なお、本実施の形態において、発光効率とは、デバイスに注入されるエネルギーに対するレーザの出力の比率であり、発光効率が高いほど好ましい。 Note that in this embodiment mode, the light emission efficiency is the ratio of the laser output to the energy injected into the device, and the higher the light emission efficiency, the better.
〈第1の実施の形態の変形例1〉
第1の実施の形態の変形例1では、n型窒化物化合物半導体層の上にコンタクト層を設ける例を示す。なお、第1の実施の形態の変形例1において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
<Variation 1 of the first embodiment>
Modification 1 of the first embodiment shows an example in which a contact layer is provided on an n-type nitride compound semiconductor layer. In the first modification of the first embodiment, the description of the same components as those of the already described embodiments may be omitted.
図5は、第1の実施の形態の変形例1に係る面発光レーザ素子を例示する断面図である。図5に示す面発光レーザ素子10Aは、n型窒化物化合物半導体層110の上にコンタクト層214が設けられ、コンタクト層214の上に第2n側電極111が設けられた点が面発光レーザ素子10(図2参照)と相違する。コンタクト層214は、例えば、p−GaNにより形成することができる。
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a surface emitting laser element according to Modification 1 of the first embodiment. The surface emitting
n型窒化物化合物半導体層110をn−AlGaNで形成した場合、Al組成によっては、n型窒化物化合物半導体層110の上に第2n側電極111を形成することが難しい場合がある。そこで、n型窒化物化合物半導体層110の上に、例えばp−GaNをドーピング量1×1019atom/cm3程度で形成し、その上に第2n側電極111を設けている。この場合、pn接合の順方向を通じてからトンネル接合構造120にキャリア注入することとなる。
When the n-type nitride
このように、n型窒化物化合物半導体層110の上にコンタクト層214を設けることにより、n型窒化物化合物半導体層110の組成の自由度(例えば、Al組成の自由度)を向上することができる。
Thus, by providing the
〈第1の実施の形態の変形例2〉
第1の実施の形態の変形例2では、下部DBRとして半導体DBRに代えて誘電体DBRを設ける例を示す。なお、第1の実施の形態の変形例2において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
<Modification 2 of the first embodiment>
The second modification of the first embodiment shows an example in which a dielectric DBR is provided as the lower DBR instead of the semiconductor DBR. In the second modification of the first embodiment, the description of the same components as those of the already described embodiment may be omitted.
図6は、第1の実施の形態の変形例2に係る面発光レーザ素子を例示する断面図である。図6に示す面発光レーザ素子10Bは、基板101が放熱用基板301に置換され、半導体DBR102が誘電体DBR302に置換された点が面発光レーザ素子10(図2参照)と相違する。
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a surface emitting laser element according to Modification 2 of the first embodiment. The surface emitting
放熱用基板301としては、例えば、放熱特性に優れたSiC等の基板を用いることができる。放熱用基板はサファイアより熱伝導率が高く、放熱特性に優れた基板なら他の材料でも可能である。誘電体DBR302は、例えば、TiO2/SiO2の多層膜構造とすることができる。放熱用基板301は、誘電体DBR302の直下に配置されている。
As the
面発光レーザ素子10Bを製造するには、まず、図7(a)に示すように、サファイア基板451の上に、例えばn−GaNからなる下部キャビティ103を成長し、その後、第1の実施の形態と同様にして各層を形成する。
In order to manufacture the surface emitting
次に、図7(b)に示すように、保持基板452を準備する。そして、保持基板452の上に、ワックス453を用いて図7(a)に示す構造体を上下反転させた状態で固定し、サファイア基板451を除去する。サファイア基板451の除去は、例えば、レーザリフトオフ等で行うことができる。
Next, as shown in FIG. 7B, a holding
その後、下部キャビティ103の表面を平坦化し、下部キャビティ103の上に誘電体DBR302を形成する。誘電体DBR302は、例えば、下部キャビティ103の上にTiO2/SiO2を交互に積層して形成できる。その後、誘電体DBR302に放熱用基板301を接着し、ワックス453を除去することにより、面発光レーザ素子10B(図6参照)が完成する。
Thereafter, the surface of the
面発光レーザ素子10Bでは、上下のDBRを何れも誘電体DBRとしているため、一方に半導体DBRを用いた場合よりも反射帯域を広くすることが可能となる。これにより、一方に半導体DBRを用いた場合よりも安定な特性の面発光レーザ素子10Bを作製できる。ここで言う特性とは、例えば、発振波長、出力、しきい電流等である。
In the surface emitting
又、面発光レーザ素子10Bでは、誘電体DBR302は放熱用基板301の上に直接形成されているそのため、誘電体DBR302から放熱用基板301に直接放熱することが可能となり、基板101を介して放熱する場合よりも放熱特性が向上し、面発光レーザ素子10Bの特性を向上することができる。ここで言う特性とは、例えば、出力やしきい電流等である。
In the surface emitting
以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。 The preferred embodiments and the like have been described in detail above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments and the like, and various modifications can be made to the above-described embodiments and the like without departing from the scope described in the claims. Variations and substitutions can be added.
10、10A、10B 面発光レーザ素子
101 基板
102 半導体ブラッグ反射鏡(半導体DBR)
103 下部キャビティ
104 第1n側電極
105 活性層
106 上部キャビティ
107 キャリアブロック層
108 p型窒化物化合物半導体層(第1窒化物化合物半導体層)
109 アンドープ層(第2窒化物化合物半導体層)
110 n型窒化物化合物半導体層(第3窒化物化合物半導体層)
111 第2n側電極
112 誘電体DBR
113 電流狭窄層
120 トンネル接合構造
150 メサ
214 コンタクト層
301 放熱用基板
302 誘電体DBR
10, 10A, 10B Surface emitting
103
109 Undoped layer (second nitride compound semiconductor layer)
110 n-type nitride compound semiconductor layer (third nitride compound semiconductor layer)
111 2nd n-
113
Claims (5)
下部ブラッグ反射鏡、活性層、及び上部ブラッグ反射鏡を含む積層体を有し、
前記活性層と前記上部ブラッグ反射鏡との間にトンネル接合構造が設けられ、
前記トンネル接合構造は、前記活性層に近い側から順に積層された、
p型からなる5×1019atom/cm3以上のドーピングがなされた第1窒化物化合物半導体層と、
アンドープの第2窒化物化合物半導体層と、
n型からなる5×1019atom/cm3以上のドーピングがなされ、前記第1窒化物化合物半導体層のバンドギャップより大きなバンドギャップを有する第3窒化物化合物半導体層と、を備え、
前記活性層と前記トンネル接合構造の間に電流狭窄構造を有することを特徴とする面発光レーザ素子。 A surface-emitting laser element using a nitride semiconductor as an active layer,
Having a laminate comprising a lower Bragg reflector, an active layer, and an upper Bragg reflector;
A tunnel junction structure is provided between the active layer and the upper Bragg reflector;
The tunnel junction structure is laminated in order from the side close to the active layer,
a first nitride compound semiconductor layer made of p-type and doped with 5 × 10 19 atoms / cm 3 or more;
An undoped second nitride compound semiconductor layer;
a third nitride compound semiconductor layer having a n-type doping of 5 × 10 19 atoms / cm 3 or more and having a band gap larger than the band gap of the first nitride compound semiconductor layer,
A surface emitting laser element having a current confinement structure between the active layer and the tunnel junction structure.
前記第2窒化物化合物半導体層はGaNにより形成され、
前記第3窒化物化合物半導体層はAlGaNにより形成されていることを特徴とする請求項1に記載の面発光レーザ素子。 The first nitride compound semiconductor layer is formed of GaN;
The second nitride compound semiconductor layer is formed of GaN;
2. The surface emitting laser device according to claim 1, wherein the third nitride compound semiconductor layer is made of AlGaN.
前記下部ブラッグ反射鏡はサファイアより熱伝導率が高い基板の上に直接形成されている請求項1乃至4の何れか一項に記載の面発光レーザ素子。 The lower Bragg reflector and the upper Bragg reflector are formed of a dielectric,
The surface emitting laser element according to any one of claims 1 to 4, wherein the lower Bragg reflector is directly formed on a substrate having a higher thermal conductivity than sapphire.
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