專利名稱：表面發(fā)射激光元件及其制造方法和表面發(fā)射激光陣列及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種表面發(fā)射激光元件及其制造方法和一種表面發(fā)射 激光陣列及其制造方法。更具體地說，本發(fā)明涉及一種在發(fā)射區(qū)中具 有均勻發(fā)光的表面發(fā)射激光元件和一種表面發(fā)射激光陣列，以及其具 有良好成品率的制造方法。
背景技術(shù)：
為了得到具有高的發(fā)光強(qiáng)度和可靠性的半導(dǎo)體發(fā)光元件，對(duì)于與
半導(dǎo)體發(fā)光元件相關(guān)的襯底，需要GaN襯底，該GaN襯底是導(dǎo)電的并 具有低位錯(cuò)密度。為此，用于半導(dǎo)體發(fā)光元件的導(dǎo)電性GaN襯底具有 在襯底的晶體中有意地集中的位錯(cuò)，從而形成高位錯(cuò)密度的區(qū)域(下 面，稱為高位錯(cuò)密度區(qū))，并且在除高位錯(cuò)密度區(qū)以外的區(qū)域形成低 位錯(cuò)密度的低位錯(cuò)密度區(qū)。通過在導(dǎo)電性GaN襯底中形成的這種低位 錯(cuò)密度區(qū)上形成包括發(fā)射層的多個(gè)半導(dǎo)體層來提供LED(發(fā)光二極管) 結(jié)構(gòu)或條帶狀激光器結(jié)構(gòu)，獲得制造高發(fā)光強(qiáng)度和可靠性的半導(dǎo)體發(fā) 光元件的途徑(例如，日本專利特開2003-124115號(hào)和2003-124572號(hào))。
專利文獻(xiàn)l:日本專利特開2003-124115號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)2:日本專利特開2003-124572號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題
然而，上述日本專利特開2003-124115號(hào)公報(bào)和日本專利特開 2003-124572號(hào)公報(bào)中所公開的半導(dǎo)體發(fā)光元件具有下列問題。具體地 說，在使用導(dǎo)電性GaN襯底形成具有條帶狀激光器結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光元件的情況下，例如，由于GaN襯底的解理是不充分的，所以在形成 Fabry-P6rot共振器時(shí)成品率降低。
此外，在使用導(dǎo)電性GaN襯底形成具有LED結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光 元件的情況下，即使LED結(jié)構(gòu)的發(fā)射區(qū)形成為位于低位錯(cuò)密度區(qū)的跨 度內(nèi)的上方，也可能發(fā)生該發(fā)射區(qū)中發(fā)光不均勻。由此，半導(dǎo)體發(fā)光 元件的成品率將降低。在研究該原因時(shí)，據(jù)發(fā)現(xiàn)，在導(dǎo)電性GaN襯底 的低位錯(cuò)密度區(qū)中，存在高導(dǎo)電的子區(qū)(下面，稱為"低位錯(cuò)密度高 電導(dǎo)區(qū)")和低導(dǎo)電的子區(qū)(下面，稱為"低位錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū)")。 導(dǎo)電性GaN襯底的高位錯(cuò)密度區(qū)是高電導(dǎo)區(qū)，具有高載流子濃度和高 位錯(cuò)密度。該高位錯(cuò)密度區(qū)將被稱為"高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)"。
本發(fā)明的目的是提供在發(fā)射區(qū)中具有均勻的發(fā)光的表面發(fā)射激光 元件和表面發(fā)射激光陣列及其具有良好成品率的制造方法。
解決問題的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種表面發(fā)射激光元件的制造方法，該方法包括制 備導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底作為導(dǎo)電性GaN襯底的步驟，該襯底包括具 有高位錯(cuò)密度和高載流子濃度的高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)、具有比該高位 錯(cuò)高電導(dǎo)區(qū)的位錯(cuò)密度低的位錯(cuò)密度的低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)以及具有 比該高位錯(cuò)高電導(dǎo)區(qū)的位錯(cuò)密度和載流子濃度低的位錯(cuò)密度和載流子 濃度的低位錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū)；形成III-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊體的半 導(dǎo)體層堆疊體形成步驟，該層堆疊體包括導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底的一 個(gè)主表面上的發(fā)射層；以及在該III-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊體的最上 層上形成半導(dǎo)體層側(cè)電極并且在導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底的另一主表面 上形成襯底側(cè)電極的電極形成步驟。在表面發(fā)射激光器的制造方法中， III-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊體、半導(dǎo)體側(cè)電極和襯底側(cè)電極被形成為 使得該發(fā)射層中載流子流入的發(fā)射區(qū)被限制在位于低位錯(cuò)密度高電導(dǎo) 區(qū)的跨度內(nèi)的上方。根據(jù)這種制造方法，可以容易地以良好的成品率 得到通過使載流子均勻地流入發(fā)射區(qū)中而在發(fā)射區(qū)中具有均勻的發(fā)光
9的表面發(fā)射激光元件。
在本發(fā)明的表面發(fā)射激光元件的制造方法中的電極形成步驟中， 可以將半導(dǎo)體側(cè)電極形成在低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)的跨度內(nèi)的上方的位 置處，使得發(fā)射區(qū)被限制位于低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)的跨度內(nèi)的上方。
此外，在半導(dǎo)體層堆疊體形成步驟中，可以在m-v族化合物半導(dǎo)體層
堆疊體中形成載流子狹窄區(qū)，使得發(fā)射區(qū)被限制位于低位錯(cuò)密度高電 導(dǎo)區(qū)的跨度內(nèi)的上方。通過這種制造方法，發(fā)射區(qū)可以被限制位于低 位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)的跨度內(nèi)的上方?？梢匀菀椎匾粤己玫某善仿实玫?通過使載流子均勻地流入發(fā)射區(qū)中而在發(fā)射區(qū)中具有均勻的發(fā)光的表 面發(fā)射激光元件。
在本發(fā)明的表面發(fā)射激光元件的制造方法中，高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)
區(qū)為點(diǎn)狀。高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)的每個(gè)點(diǎn)位于該導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯 底的主表面上的具有晶格常數(shù)Pd的周期性三角形晶格點(diǎn)上或正方形晶 格點(diǎn)上。低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)可以是從具有以每個(gè)點(diǎn)的中心為中心的 半徑Pd/2的圓形區(qū)域排除了每個(gè)點(diǎn)的區(qū)域。此外，高位錯(cuò)密度高電導(dǎo) 區(qū)可以為條帶狀。高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)的每一條帶以周期性間隔Ps布 置在導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底的主表面上。該低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)可以 是從該GaN多區(qū)域襯底的整個(gè)區(qū)域排除了每一條帶和低位錯(cuò)密度低電 導(dǎo)區(qū)的區(qū)域，其中低位錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū)10c被形成為具有位于距每一條 帶的中心Ps/2處的中心。根據(jù)這種制造方法，通過使流入發(fā)射區(qū)的載 流子的面內(nèi)分布均勻，可以容易地以良好的成品率得到在發(fā)射區(qū)中具 有均勻的發(fā)光的表面發(fā)射激光元件。
在本發(fā)明的表面發(fā)射激光元件的制造方法中，高位錯(cuò)密度高電導(dǎo) 區(qū)是具有至少lxl06cm—2的位錯(cuò)密度和至少lxlO"cm—s的載流子濃度的 區(qū)域。低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)是具有小于lxl06cm-2的位錯(cuò)密度和至少 lxlO"cm—s的載流子濃度的區(qū)域。低位錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū)可以是具有小于 lxl06cm—2的位錯(cuò)密度和小于1><1018"!1—3的載流子濃度的區(qū)域。通過這
10種制造方法，該發(fā)射區(qū)可以被限制位于低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)的跨度內(nèi) 的上方，低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)具有小于lxl06Cm-2的位錯(cuò)密度和至少
lxlO"cm—s的載流子濃度。因此，致使流入發(fā)射區(qū)的載流子的面內(nèi)分布 是均勻的。能以良好的成品率得到在發(fā)射區(qū)中具有均勻的發(fā)光和高發(fā) 光效率的表面發(fā)射激光元件。
本發(fā)明涉及一種表面發(fā)射激光元件，包括導(dǎo)電性GaN襯底；III-V 族化合物半導(dǎo)體層，具有形成在導(dǎo)電性GaN襯底的一個(gè)主表面上的發(fā) 射層；半導(dǎo)體層側(cè)電極，形成在III-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊體的最上 層上；和襯底側(cè)電極，形成在導(dǎo)電性GaN襯底的另一主表面上。導(dǎo)電 性GaN襯底包括具有小于1"06咖'2的位錯(cuò)密度和至少lxlO m's的載 流子濃度的低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)。發(fā)射層中載流子流入的發(fā)射區(qū)被限 制位于低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)的跨度內(nèi)的上方。由于這種表面發(fā)射激光 元件具有位于低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)的跨度內(nèi)的上方的發(fā)射區(qū)，所述低 位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)具有小于"1060111'2的位錯(cuò)密度和至少lxlO"cn^的 載流子濃度，所以使得流入發(fā)射區(qū)的載流子的面內(nèi)分布是均勻的。因 此，致使發(fā)射區(qū)中的發(fā)光是均勻的，并且發(fā)光效率得以提高。
在本發(fā)明的表面發(fā)射激光元件中，半導(dǎo)體側(cè)電極可以形成在低位 錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)的跨度內(nèi)的上方的位置處，使得發(fā)射區(qū)被限制位于該 低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)的跨度內(nèi)的上方。此外，可以在III-V族化合物半 導(dǎo)體層堆疊體中形成載流子狹窄區(qū)，使得發(fā)射區(qū)被設(shè)置在該低位錯(cuò)密 度高電導(dǎo)區(qū)的跨度內(nèi)的上方。由于這種表面發(fā)射激光元件具有位于低 位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)的跨度內(nèi)的上方的發(fā)射區(qū)，所以使得流入發(fā)射區(qū)的 載流子的面內(nèi)分布是均勻的。因此，發(fā)射區(qū)中的發(fā)光是均勻的。
在本發(fā)明的表面發(fā)射激光元件中，該導(dǎo)電性GaN襯底還可以包括 具有至少lxl06cm—2的位錯(cuò)密度和至少"10"cn^的載流子濃度的高位 錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)和具有小于lxl06cm—2的位錯(cuò)密度和小于lxl018cm—3的
載流子濃度的低位錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū)的至少一個(gè)。由于這種表面發(fā)射激光元件具有位于低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)的跨度內(nèi)的上方的發(fā)射區(qū)，所述
低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)是具有小于lxl06cnT2的位錯(cuò)密度和至少 lxl018cm'3的載流子濃度的區(qū)域，所以即使該導(dǎo)電性GaN襯底中存在 高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)和低位錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū)中的至少一個(gè)，流入發(fā)射 區(qū)的載流子的面內(nèi)分布也是均勻的。因此，致使該發(fā)射區(qū)中的發(fā)光是 均勻的，并且發(fā)光效率得以提高。
此外，本發(fā)明涉及一種表面發(fā)射激光陣列的制造方法，該表面發(fā) 射激光陣列包括多個(gè)表面發(fā)射激光元件，所述方法包括
制備導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底作為導(dǎo)電性GaN襯底的步驟，該導(dǎo)電 性GaN多區(qū)域襯底包括具有高位錯(cuò)密度和高載流子濃度的高位錯(cuò)密度 高電導(dǎo)區(qū)、具有比高位錯(cuò)高電導(dǎo)區(qū)的位錯(cuò)密度低的位錯(cuò)密度的低位錯(cuò) 密度高電導(dǎo)區(qū)以及具有比高位錯(cuò)高電導(dǎo)區(qū)的位錯(cuò)密度和載流子濃度低 的位錯(cuò)密度和載流子濃度的低位錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū)；形成m-v族化合物 半導(dǎo)體層堆疊體的半導(dǎo)體層堆疊體形成步驟，該層堆疊體包括形成在 導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底的一個(gè)主表面上的發(fā)射層；以及在III-V族化合 物半導(dǎo)體層堆疊體上形成半導(dǎo)體層側(cè)電極并且在導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯 底的另一主表面上形成襯底側(cè)電極的電極形成步驟。表面發(fā)射激光陣 列的制造方法使所述III-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊體、所述半導(dǎo)體層側(cè) 電極和所述襯底側(cè)電極被形成為使得表面發(fā)射激光陣列中所包括的每 個(gè)表面發(fā)射激光元件的發(fā)射層中載流子流入的發(fā)射區(qū)都被限制位于低 位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)的跨度內(nèi)的上方。根據(jù)這種制造方法，通過使流入 發(fā)射區(qū)的載流子的面內(nèi)分布均勻，可以容易地以良好的成品率得到表 面發(fā)射激光陣列，所述表面發(fā)射激光陣列包括多個(gè)在發(fā)射區(qū)中具有均 勻的發(fā)光的表面發(fā)射激光元件。
在本發(fā)明的表面發(fā)射激光陣列的制造方法中的電極形成步驟中， 半導(dǎo)體側(cè)電極可以形成在低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)的跨度內(nèi)的上方的位置 處，使得發(fā)射區(qū)被限制位于低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)的跨度內(nèi)的上方。此 外，在半導(dǎo)體層堆疊體形成步驟中，可以在III-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊體中形成載流子狹窄區(qū)，使得發(fā)射區(qū)被限制在低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū) 的跨度內(nèi)的上方。通過這種制造方法，發(fā)射區(qū)可以被限制位于低位錯(cuò) 密度高電導(dǎo)區(qū)的跨度內(nèi)的上方。通過使載流子均勻地流入發(fā)射區(qū)中， 可以容易地以良好的成品率得到表面發(fā)射激光陣列，所述表面發(fā)射激 光陣列包括多個(gè)在發(fā)射區(qū)中具有均勻的發(fā)光的表面發(fā)射激光元件。
在本發(fā)明的表面發(fā)射激光陣列的制造方法中，高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)
區(qū)為點(diǎn)狀。高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)的每個(gè)點(diǎn)位于導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底 的主表面上的具有晶格常數(shù)Pd的周期性三角形晶格點(diǎn)上或正方形晶格 點(diǎn)上。低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)可以是從具有以每個(gè)點(diǎn)的中心為中心的半 徑PD/2的圓形區(qū)域排除了每個(gè)點(diǎn)的區(qū)域。此外，高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū) 可以為條帶狀。高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)的每一條帶以周期性的間隔Ps布 置在導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底的主表面上。低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)可以是 從GaN多區(qū)域襯底的整個(gè)區(qū)域排除了每一條帶和低位錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū) 的區(qū)域，其中所述低位錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū)10c被形成為具有位于距每一條 帶的中心Ps/2處的中心。根據(jù)這種制造方法，通過使流入發(fā)射區(qū)的載 流子的面內(nèi)分布均勻，可以容易地以良好的成品率得到表面發(fā)射激光 陣列，所述表面發(fā)射激光陣列包括多個(gè)在發(fā)射區(qū)中具有均勻的發(fā)光的 表面發(fā)射激光元件。
在本發(fā)明的表面發(fā)射激光陣列的制造方法中，高位錯(cuò)密度高電導(dǎo) 區(qū)是具有至少lxlO、m々的位錯(cuò)密度和至少lxlO"cn^的載流子濃度的 區(qū)域。低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)是具有小于lxl06cm—2的位錯(cuò)密度和至少 lxlO"cm—s的載流子濃度的區(qū)域。低位錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū)可以是具有小于 "106011—2的位錯(cuò)密度和小于lxlO"cm—s的載流子濃度的區(qū)域。通過這 種制造方法，每個(gè)表面發(fā)射激光元件的發(fā)射區(qū)可以被限制位于低位錯(cuò) 密度高電導(dǎo)區(qū)的跨度內(nèi)的上方，該低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)具有小于 lxl06cm—2的位錯(cuò)密度和至少1><1018011—3的載流子濃度。因此，致使流 入發(fā)射區(qū)的載流子的面內(nèi)分布是均勻的。能以良好的成品率得到表面 發(fā)射激光陣列，所述表面發(fā)射激光陣列包括多個(gè)在發(fā)射區(qū)中具有均勻
13的發(fā)光和高發(fā)光效率的表面發(fā)射激光元件。
本發(fā)明涉及一種包括多個(gè)表面發(fā)射激光元件的表面發(fā)射激光陣 列。所述表面發(fā)射激光元件包括導(dǎo)電性GaN襯底；III-V族化合物半 導(dǎo)體層，具有形成在該導(dǎo)電性GaN襯底的一個(gè)主表面上的發(fā)射層；半
導(dǎo)體層側(cè)電極，形成在m-v族化合物半導(dǎo)體層堆疊體的最上層上；和
襯底側(cè)電極，形成在導(dǎo)電性GaN襯底的另一主表面上。所述表面發(fā)射 激光陣列包括導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底，該襯底包括具有高位錯(cuò)密度和 高載流子濃度的高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)、具有比該位錯(cuò)高電導(dǎo)區(qū)的位錯(cuò) 密度低的位錯(cuò)密度的低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)以及具有比高位錯(cuò)密度高電 導(dǎo)區(qū)的位錯(cuò)密度和載流子濃度低的位錯(cuò)密度和載流子濃度的低位錯(cuò)密 度低電導(dǎo)區(qū)。在表面發(fā)射激光陣列中，表面發(fā)射激光陣列中所包括的 每個(gè)表面發(fā)射激光元件的發(fā)射層中載流子流入的發(fā)射區(qū)位于低位錯(cuò)密 度高電導(dǎo)區(qū)的跨度內(nèi)的上方。由于表面發(fā)射激光陣列具有在每個(gè)表面 發(fā)射激光元件中位于低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)的跨度內(nèi)的上方的發(fā)射區(qū)， 所以使得流入發(fā)射區(qū)的載流子的面內(nèi)分布是均勻的，因此允許發(fā)射區(qū) 中的均勻發(fā)光。
在本發(fā)明的表面發(fā)射激光陣列中，半導(dǎo)體側(cè)電極可以形成在低位 錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)的跨度內(nèi)的上方的位置處，使得發(fā)射區(qū)被限制位于低 位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)的跨度內(nèi)的上方。此外，可以在III-V族化合物半導(dǎo) 體層堆疊體中形成載流子狹窄區(qū)，使得發(fā)射區(qū)被限制位于低位錯(cuò)密度 高電導(dǎo)區(qū)的跨度內(nèi)的上方。由于這種表面發(fā)射激光陣列具有在每個(gè)表 面發(fā)射激光元件中位于低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)的跨度內(nèi)的上方的發(fā)射 區(qū)，所以使得流入發(fā)射區(qū)的載流子的面內(nèi)分布是均勻的。因此，該發(fā) 射區(qū)中的發(fā)光是均勻的。
在本發(fā)明的表面發(fā)射激光陣列中，高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)具有至少 lxl06cm—2的位錯(cuò)密度和至少lxlO"cn^的載流子濃度的區(qū)域。低位錯(cuò) 密度高電導(dǎo)區(qū)具有小于lxlO、m^的位錯(cuò)密度和至少lxl018cm—3的載流
14子濃度。低位錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū)具有小于lxl06cm—2的位錯(cuò)密度和小于 lxlO"cm^的載流子濃度。由于表面發(fā)射激光陣列具有在每個(gè)表面發(fā)射 激光元件中位于低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)的跨度內(nèi)的上方的發(fā)射區(qū)，所述 低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)具有小于1><106(^—2的位錯(cuò)密度和至少lxl0 m'3 的載流子濃度，所以使得流入發(fā)射區(qū)的載流子的面內(nèi)分布是均勻的。 因此，致使發(fā)射區(qū)中的發(fā)光是均勻的，并且發(fā)光效率得以提高。
發(fā)明的效果
根據(jù)本發(fā)明，可以提供在發(fā)射區(qū)中具有均勻的發(fā)光的表面發(fā)射激 光元件和表面發(fā)射激光陣列及其具有良好成品率的制造方法。


圖1A是根據(jù)本發(fā)明的表面發(fā)射激光元件的實(shí)施例的示意性平面圖。
圖1B是沿圖IA的線IB-IB截取的示意性剖面圖。 圖2A是根據(jù)本發(fā)明的表面發(fā)射激光元件的另一實(shí)施例的示意性 平面圖。
圖2B是沿圖2A的線IIB-IIB截取的示意性剖面圖。 圖3A是本發(fā)明中釆用的導(dǎo)電性GaN襯底的具體實(shí)施例的示意性 平面圖。
圖3B是沿圖3A的線IIIB-IIIB截取的示意性剖面圖。 圖4A是本發(fā)明中采用的導(dǎo)電性GaN襯底的另 一具體實(shí)施例的示 意性平面圖。
圖4B是沿圖4A的線IVB-IVB截取的示意性剖面圖。
圖5A是本發(fā)明中采用的導(dǎo)電性GaN襯底的再一具體實(shí)施例的示
意性平面圖。
圖5B是沿圖5A的線VB-VB截取的示意性剖面圖。 圖6A是根據(jù)本發(fā)明的表面發(fā)射激光元件的另一具體實(shí)施例的示 意性平面圖。
圖6B是沿圖6A的線VIB-VIB截取的示意性剖面圖。圖7A是根據(jù)本發(fā)明的表面發(fā)射激光元件的另一具體實(shí)施例的示 意性平面圖。
圖7B是沿圖7A的線VIIB-VIIB截取的示意性剖面圖。 圖8A是根據(jù)本發(fā)明的表面發(fā)射激光元件的再一具體實(shí)施例的示 意性平面圖。
圖8B是沿圖8A的線VIIIB-VIIIB截取的示意性剖面圖。
圖9是本發(fā)明中采用的光子晶體層的示意性透視圖。
圖10是圖8A和8B中所示的表面發(fā)射元件的示意性剖面圖，對(duì) 應(yīng)于其制造方法中的第一步驟。
圖11是圖8A和8B中所示的表面發(fā)射元件的示意性剖面圖，對(duì) 應(yīng)于其制造方法中的第二步驟。
圖12是圖8A和8B中所示的表面發(fā)射元件的示意性剖面圖，對(duì) 應(yīng)于其制造方法中的第三步驟。
圖13是圖8A和8B中所示的表面發(fā)射元件的示意性剖面圖，對(duì) 應(yīng)于其制造方法中的第四步驟。
圖14是圖8A和8B中所示的表面發(fā)射元件的示意性剖面圖，對(duì) 應(yīng)于其制造方法中的第五步驟。
圖15是圖8A和8B中所示的表面發(fā)射元件的示意性剖面圖，對(duì) 應(yīng)于其制造方法中的第六步驟。
圖16是根據(jù)本發(fā)明的表面發(fā)射激光元件的再一實(shí)施例的示意性 平面圖。
圖17A是根據(jù)本發(fā)明的表面發(fā)射激光陣列的實(shí)施例的示意性平面圖。
圖17B是沿圖17A的線XVIIB-XVIIB截取的示意性剖面圖。
圖18A是根據(jù)本發(fā)明的表面發(fā)射激光陣列的另一實(shí)施例的示意性
平面圖。
圖18B是沿圖18A的線XVIIIB-XVIIIB截取的示意性剖面圖。 圖19是表示導(dǎo)電性GaN襯底的低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)和低位錯(cuò)密
度低電導(dǎo)區(qū)的擴(kuò)散電阻的視圖。附圖標(biāo)記說明
1表面發(fā)射激光元件；2表面發(fā)射激光陣列；10導(dǎo)電性GaN 襯底；10a高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)；10b低位錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū)；10c低 位錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū)；10m， 10n， 233m 主表面；11 襯底側(cè)電極；15 半導(dǎo)體側(cè)電極；17襯墊電極；20 III-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊體； 21第一堆疊體；22第二堆疊體；30抗蝕劑；40下層襯底；41 剝 離層；70鍵合引線；103 介電鏡；200發(fā)射層；200a發(fā)射區(qū)； 201 緩沖層；210， 220 III-V族化合物半導(dǎo)體層；213, 223 DBR; 215， 225， 226 熔覆層；227， 229接觸層；233 光子晶體層；233a 晶體層；233b衍射光柵孔；250載流子狹窄區(qū)；250a載流子狹窄 層；250b 絕緣區(qū)
具體實(shí)施例方式
下面將參考附圖描述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。要注意，圖1B、 2B、 6B、 7B、 8B、 10-15、 17B和18B代表表面發(fā)射激光元件或表面發(fā)射激 光陣列示意性剖面圖，不反映導(dǎo)電性GaN襯底和III-V族化合物半導(dǎo)體 層堆疊體中的每個(gè)層的實(shí)際厚度。為了使III-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊 體的層結(jié)構(gòu)清晰，可以用夸張手法圖示每個(gè)層的厚度。
(第一實(shí)施方式)
參考圖1A、 1B、 2A和2B，根據(jù)本發(fā)明的表面發(fā)射激光元件的制 造方法包括制備導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底作為導(dǎo)電性GaN襯底10的 步驟，該襯底包括具有高位錯(cuò)密度和高載流子濃度的高位錯(cuò)密度高電 導(dǎo)區(qū)10a、具有比高位錯(cuò)高電導(dǎo)區(qū)lOa的位錯(cuò)密度低的位錯(cuò)密度的低位 錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b以及具有比高位錯(cuò)高電導(dǎo)區(qū)10a的位錯(cuò)密度和載流 子濃度低的位錯(cuò)密度和載流子濃度的低位錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū)10c;形成 in-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊體20的半導(dǎo)體層堆疊體形成步驟，該III-V 族化合物半導(dǎo)體層堆疊體包括導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底的一個(gè)主表面 10m上的發(fā)射層200;以及在III-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊體20上形成 半導(dǎo)體層側(cè)電極15并且在該導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底的另一主表面10n
17上形成襯底側(cè)電極11的電極形成步驟。III-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊體
20、半導(dǎo)體側(cè)電極15和襯底側(cè)電極11被形成為使得發(fā)射層200中載 流子流入的發(fā)射區(qū)200a被限制位于低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b的跨度內(nèi) 的上方。
在根據(jù)本實(shí)施方式的表面發(fā)射激光元件的制造方法中，III-V族化 合物半導(dǎo)體層堆疊體20、半導(dǎo)體側(cè)電極15和襯底側(cè)電極11被形成為 使得發(fā)射層200中載流子流入的發(fā)射區(qū)200a被限制位于低位錯(cuò)密度高 電導(dǎo)區(qū)10b的跨度內(nèi)的上方。由此，載流子在發(fā)射區(qū)200a中均勻地流 動(dòng)。因此，可以得到發(fā)射區(qū)200a中具有均勻發(fā)光的表面發(fā)射激光元件
將m-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊體20、半導(dǎo)體側(cè)電極15以及襯底 側(cè)電極ll形成為使得發(fā)射層200中載流子流入的發(fā)射區(qū)200a被限制位 于低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b的跨度內(nèi)的上方的方法不被特別限制。例 如，這種方法包括如圖1A和1B所示形成位于低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b 的跨度內(nèi)的上方的半導(dǎo)體側(cè)電極15的方法、如圖2A和2B所示在III-V 族化合物半導(dǎo)體層堆疊體20中形成載流子狹窄區(qū)250的方法等等。之 后將詳細(xì)描述。對(duì)于共振器結(jié)構(gòu)，為了使得來自發(fā)射區(qū)200a的發(fā)光從 元件的主表面振蕩，可以釆用之后將描述的各種結(jié)構(gòu)。在圖1A、 1B、 2A和2B中未示出這種共振器結(jié)構(gòu)。
參考圖3A、 3B、 4A、 4B、 5A和5B，根據(jù)第一實(shí)施方式的表面 發(fā)射激光元件的制造方法包括制備導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底作為導(dǎo)電性 GaN襯底10的步驟，該襯底包括具有高的位錯(cuò)密度和載流子濃度的高 位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10a、具有比該高位錯(cuò)高電導(dǎo)區(qū)的位錯(cuò)密度低的位錯(cuò) 密度的低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b以及具有比該高位錯(cuò)高電導(dǎo)區(qū)的位錯(cuò) 密度和載流子濃度低的位錯(cuò)密度和載流子濃度的低位錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū) 10c。在此使用的每個(gè)區(qū)域的位錯(cuò)密度，可以基于CL (陰極發(fā)光)方 案，通過直接計(jì)算每單位面積的熒光圖像中的暗點(diǎn)數(shù)目來得到，或者
18基于蝕刻間距測(cè)量，通過直接計(jì)算每單位面積的蝕刻間距數(shù)目來得到。 此外，可以通過C-V (電容-電壓測(cè)量)或霍爾測(cè)量方法來測(cè)量每個(gè)區(qū) 域中的載流子濃度。載流子是有助于導(dǎo)電的空穴或電子的總稱，載流 子濃度指有助于導(dǎo)電的空穴或電子的濃度。通過將位錯(cuò)集中在導(dǎo)電性
GaN多區(qū)域襯底中的高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10a，除高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū) 10a以外的區(qū)域(亦即，低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b和低位錯(cuò)密度低電導(dǎo) 區(qū)10c)中的位錯(cuò)密度減小。因此，可以在低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b和 低位錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū)10c上形成具有低位錯(cuò)密度的III-V族化合物半導(dǎo) 體層堆疊體。因此，可以得到高發(fā)光強(qiáng)度和高可靠性的表面發(fā)射激光 元件。
例如，下述FP (Fabry-P6rot)型(典型的邊緣發(fā)射型)激光元件 的壽命大約為100小時(shí)至1000小時(shí)，該FP激光元件具有上述在發(fā)射 層200中位于導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底的高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10a的跨 度內(nèi)的上方的發(fā)射區(qū)200a，而下述FP型激光元件的壽命是50,000小 時(shí)或更長，該FP型激光元件具有發(fā)射層200中位于除高位錯(cuò)密度高電 導(dǎo)區(qū)10a以外的區(qū)域的跨度內(nèi)的上方的發(fā)射區(qū)200a，其壽命是極其長 的。
本實(shí)施方式中采用的導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底的制造方法不被特別 限制。例如，在下層襯底上晶體生長GaN的過程中形成高位錯(cuò)密度高 電導(dǎo)區(qū)的地方可以預(yù)先制備籽晶。下面將描述這種導(dǎo)電性GaN多區(qū)域 襯底的具體制造方法。
首先，制備下層襯底。該下層襯底不被特別限制，只要能晶體生 長GaN。藍(lán)寶石襯底、GaAs襯底等可以被列舉?？紤]到在后續(xù)步驟去 除下層襯底，優(yōu)選可以被容易地去除的GaAs襯底。
然后，例如，在下層襯底上形成諸如Si02膜的籽晶。該籽晶例如 可以用點(diǎn)狀或條帶狀的形式提供?？梢砸?guī)則地形成多個(gè)這種籽晶。具
19體地說，該籽晶被布置成對(duì)應(yīng)于圖3A、 4A或5A中的高位錯(cuò)密度高電 導(dǎo)區(qū)10a的布置的點(diǎn)狀或條帶狀。
在具有上述形成的籽晶的下層襯底上，例如，通過HVPE (氫化 物氣相外延)生長GaN晶體。在晶體生長過程中或在晶體生長之后， 在GaN晶體生長面上形成對(duì)應(yīng)于籽晶的圖形形狀的晶面。在將籽晶設(shè) 置成點(diǎn)狀圖案的情況下，規(guī)則地形成由晶面形成的凹坑。在將籽晶設(shè) 置成條帶狀圖案的情況下，形成對(duì)應(yīng)于棱柱的晶面。通過在晶體生長 步驟中將慘雜劑添加到GaN原材料，給予GaN晶體導(dǎo)電性。
以預(yù)定結(jié)構(gòu)切出所生長的GaN晶體。通過拋光其表面，得到包括 高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10a、低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b和低位錯(cuò)密度低電 導(dǎo)區(qū)10c的導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底(導(dǎo)電性GaN襯底lO)。
參考圖3A、 3B、 4A、 4B、 5A和5B，在導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底 (導(dǎo)電性GaN襯底10)處形成對(duì)應(yīng)于下層襯底的籽晶布置的高位錯(cuò)密 度高電導(dǎo)區(qū)10a。在距高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10a的預(yù)定范圍內(nèi)形成低位 錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b。參考圖3A或4A，在將高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10a 形成為點(diǎn)狀的情況下，形成圓環(huán)形低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b。參考圖 5A，在將高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10a形成為條帶狀的情況下，低位錯(cuò)密 度高電導(dǎo)區(qū)10b被形成為條帶狀。此外，在低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b 和相鄰低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b之間形成低位錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū)10c。高 位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10a、低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b和低位錯(cuò)密度低電導(dǎo) 區(qū)10c可以借助于熒光顯微鏡來觀察。
因此，得到包括高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10a、低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū) 10b以及低位錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū)10c的導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底，所述高 位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10a具有至少lxl06cm'2的位錯(cuò)密度和至少 lxl018cm—3的載流子濃度，所述低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b具有小于 lxlO、n^的位錯(cuò)密度和至少lxlO"cm—s的載流子濃度，以及所述低位
20錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū)10c具有小于lxlO、m^的位錯(cuò)密度和小于lxlO"cm'3
的載流子濃度。
關(guān)于上述導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底中的每個(gè)區(qū)域的電阻率，高位錯(cuò) 密度高電導(dǎo)區(qū)10a和低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b的電阻率是0.002Q'cm至 O.lQxm，以及低位錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū)10c的電阻率是0.5^cm至 100000Q'cm。在低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b和低位錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū)10b 之間的邊界處觀察到電阻率的不連續(xù)變化。參考圖19，通過SSRM(掃 描擴(kuò)散電阻顯微鏡)測(cè)量上述導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底的低位錯(cuò)密度高 電導(dǎo)區(qū)10b和低位錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū)10c的擴(kuò)散電阻值。據(jù)證實(shí)，它們相 差至少一個(gè)數(shù)量級(jí)。
參考圖1A、 1B、 2A和2B，第一實(shí)施方式的表面發(fā)射激光元件的 制造方法包括在導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底(導(dǎo)電性GaN襯底10)的 一個(gè)主表面10m上形成包括發(fā)射層200的III-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊 體20的步驟。在此使用的III-V族化合物半導(dǎo)體層是指由IIIb族元素 與長元素周期表中的Vb族元素氮的化合物形成的半導(dǎo)體層。III-V族 化合物半導(dǎo)體層堆疊體是指III-V族化合物半導(dǎo)體層的堆疊體。
第一實(shí)施方式中的in-v族化合物半導(dǎo)體層堆疊體20的層疊結(jié)構(gòu)
不被特別限制，只要該結(jié)構(gòu)適合本發(fā)明的目的。下面將參考圖1A、 1B、 2A和2B描述其形成實(shí)施例。在導(dǎo)電性GaN襯底10上，形成至少一 層第一導(dǎo)電型III-V族化合物半導(dǎo)體層210、發(fā)射層200以及至少一層 第二導(dǎo)電型III-V族化合物半導(dǎo)體層220。在導(dǎo)電性GaN襯底10和第 一導(dǎo)電型ni_v族化合物半導(dǎo)體層210之間可以形成緩沖層201。在此 使用的III-V族化合物半導(dǎo)體層是指由IIIb族元素和長元素周期表中的 Vb族元素氮的化合物形成的半導(dǎo)體層。第一導(dǎo)電類型和第二導(dǎo)電類型 指互相不同的導(dǎo)電類型，如n型和p型，或p型和n型。III-V族化合 物半導(dǎo)體層20的層疊結(jié)構(gòu)包括一共振器結(jié)構(gòu)，以使來自發(fā)射區(qū)200a 的發(fā)光從元件的主表面振蕩，如之后將描述的(在圖1和2中未示出)。
21參考圖1A、 1B、 2A和2B，第一實(shí)施方式的表面發(fā)射激光元件的 制造方法包括在III-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊體20的最上層上形成半 導(dǎo)體層側(cè)電極以及在導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底(導(dǎo)電性GaN襯底10) 的另一主表面10n上形成襯底側(cè)電極11的電極形成步驟。通過形成這 種電極，得到表面發(fā)射激光元件。參考圖1A和2A，形成與半導(dǎo)體側(cè) 電極15電連接的襯墊電極17。該襯墊電極17用來電連接鍵合引線。
在第一實(shí)施方式的表面發(fā)射激光元件的制造方法中，III-V族化合 物半導(dǎo)體層堆疊體20、半導(dǎo)體側(cè)電極15和襯底側(cè)電極11被形成為使 得發(fā)射層200中載流子流入的發(fā)射區(qū)200a被限制位于低位錯(cuò)密度高電 導(dǎo)區(qū)10b的跨度內(nèi)的上方。盡管不特別限制，但是形成III-V族化合物 半導(dǎo)體層堆疊體20、半導(dǎo)體側(cè)電極15和襯底側(cè)電極11的方法優(yōu)選釆 用下述方法。
(第一實(shí)施方式-Al) 參考圖1A和1B，在第一實(shí)施方式的表面發(fā)射激光元件的制造方 法中的電極形成步驟中，半導(dǎo)體側(cè)電極15可以被形成在低位錯(cuò)密度高 區(qū)域10b的跨度內(nèi)的上方的位置，從而發(fā)射區(qū)200a被限制位于低位錯(cuò) 密度高電導(dǎo)區(qū)10b的跨度內(nèi)的上方。根據(jù)該第一實(shí)施方式-Al，即使除 在低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b下方之外直至高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10a或低 位錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū)10c下方都擴(kuò)展形成襯底側(cè)電極11，在低位錯(cuò)密度 高電導(dǎo)區(qū)10b的跨度內(nèi)的上方的位置處形成半導(dǎo)體側(cè)電極15也允許發(fā) 射層200中載流子流入的發(fā)射區(qū)200a被限制到在低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū) 10b的跨度內(nèi)的上方的位置。因此，載流子均勻地流入發(fā)射區(qū)200a中。 因此，可以得到在發(fā)射區(qū)200a中具有均勻的發(fā)光的表面發(fā)射激光元件。
參考圖1A和1B，在第一實(shí)施方式-Al的表面發(fā)射激光元件中半 導(dǎo)體側(cè)電極不透明的情況下，僅僅從接近半導(dǎo)體側(cè)電極15的外圓周的 區(qū)域(指距外圓周直到大約5pm的外側(cè)區(qū)域；以下相同)的主表面將
22發(fā)射區(qū)200a (直徑D)中的發(fā)光提供到外部。通過在半導(dǎo)體側(cè)電極15 中提供至少一個(gè)開口 (未示出)，可以通過該開口輸出發(fā)射區(qū)200a中 的發(fā)光。此外，通過對(duì)半導(dǎo)體側(cè)電極15采用透明電極，可以從半導(dǎo)體 側(cè)電極15的整個(gè)區(qū)域?qū)l(fā)射發(fā)射區(qū)200a的發(fā)光提供到外部。盡管由圖 1B明顯看出發(fā)射層200的發(fā)射區(qū)200a基本上與半導(dǎo)體側(cè)電極15的形 成區(qū)一致，但是在圖1A中邊界線被移位以有助于觀看。
(第一實(shí)施方式-A2) 參考圖2A和2B，在第一實(shí)施方式的表面發(fā)射激光元件的制造方 法中的半導(dǎo)體形成步驟中，可以在III-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊體20 中形成載流子狹窄區(qū)250，從而發(fā)射區(qū)200a被限制位于低位錯(cuò)密度高 電導(dǎo)區(qū)10b的跨度內(nèi)的上方。根據(jù)第一實(shí)施方式-A2，即使除在低位錯(cuò) 密度高電導(dǎo)區(qū)10b上方或下方之外直至高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10a或低位 錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū)10c上方或下方都擴(kuò)展形成半導(dǎo)體側(cè)電極15和襯底側(cè) 電極11，在III-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊體20中形成載流子狹窄區(qū)250 也允許發(fā)射層200中載流子流入的發(fā)射區(qū)200a被限制到在低位錯(cuò)密度 高電導(dǎo)區(qū)10b的跨度內(nèi)的上方的位置。因此，載流子均勻地流入發(fā)射 區(qū)200a中。因此，可以得到在發(fā)射區(qū)200a中具有均勻的發(fā)光的表面發(fā) 射激光元件。
形成載流子狹窄區(qū)250的方法不被特別限制，只要該方法適合本 發(fā)明的目的。例如，在通過臺(tái)面蝕刻而將該區(qū)域分割成臺(tái)面形狀的情 況下，例如，臺(tái)面?zhèn)绕矫嫣幍奈g刻損傷使流入的載流子中的一些復(fù)合。 根據(jù)防止這種載流子復(fù)合的觀點(diǎn)，可以引用如圖6B所示由絕緣體形成 載流子狹窄層250a的方法、如圖7B所示通過離子注入而形成使其絕 緣化的絕緣區(qū)250b的方法等等。
參考圖2A和2B，將在中心區(qū)具有開口的環(huán)形電極形成作為半導(dǎo) 體側(cè)電極15。由于載流子狹窄區(qū)250的存在使發(fā)射區(qū)200a被限制位于 環(huán)形半導(dǎo)體側(cè)電極15的開口的跨度內(nèi)，因此從發(fā)射區(qū)200a發(fā)射的光從環(huán)形半導(dǎo)體側(cè)電極15的開口區(qū)輸出到外部。
關(guān)于將發(fā)射層200中載流子流入的發(fā)射區(qū)200a限制在低位錯(cuò)密度 高電導(dǎo)區(qū)10b的跨度內(nèi)的上方的方法，在第一實(shí)施方式-Al中已描述了 在低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b的跨度內(nèi)的上方的位置處形成半導(dǎo)體側(cè)電 極15的方法，并且在第一實(shí)施方式-A2中已描述了在III-V族化合物半 導(dǎo)體層堆疊體20中形成載流子狹窄區(qū)250的方法。優(yōu)選地，釆用在III-V 族化合物半導(dǎo)體層堆疊體20中形成載流子狹窄區(qū)250并且在低位錯(cuò)密 度高電導(dǎo)區(qū)10b的跨度內(nèi)的上方的位置處形成半導(dǎo)體側(cè)電極15的方 法。
盡管在通過第一實(shí)施方式的表面發(fā)射激光元件的制造方法得到的 表面發(fā)射元件中不特別限制允許表面發(fā)射的III-V族化合物半導(dǎo)體層堆 疊體20的層疊結(jié)構(gòu)，但是優(yōu)選引用圖6B所示的n型層側(cè)DBR (多層 分布布喇格反射器；以下相同)213和介電鏡103的組合結(jié)構(gòu)、圖7B 所示的n型層側(cè)DBR213和p型層側(cè)DBR223的組合結(jié)構(gòu)、圖8所示 的包括光子晶體層233的結(jié)構(gòu)。
在第一實(shí)施方式的表面發(fā)射激光元件的制造方法中，根據(jù)在導(dǎo)電 性GaN多區(qū)域襯底(導(dǎo)電性GaN襯底10)的低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b 的跨度內(nèi)的上方的位置處形成發(fā)射區(qū)200a的觀點(diǎn)，導(dǎo)電性GaN多區(qū)域 襯底(導(dǎo)電性GaN襯底10)的主表面10m和10n上的低位錯(cuò)密度高電 導(dǎo)區(qū)10b的布置是關(guān)鍵。這個(gè)問題下面將具體地描述。
(第一實(shí)施方式-Bl) 參考圖3A和3B以及圖4A和4B，在第一實(shí)施方式的表面發(fā)射激 光元件的制造方法中采用的導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底(導(dǎo)電性GaN襯底 10)中，高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10a被形成為點(diǎn)狀。每個(gè)點(diǎn)的高位錯(cuò)密度 高電導(dǎo)區(qū)lOa被布置在導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底(導(dǎo)電性GaN襯底10) 的主表面10m和IOh上具有晶格常數(shù)Pd的周期性三角形晶格點(diǎn)(在圖
243A的情況下)或正方形晶格點(diǎn)上(在圖4A的情況下)。低位錯(cuò)密度 高電導(dǎo)區(qū)10b對(duì)應(yīng)于從具有以每個(gè)點(diǎn)的中心為中心的半徑PD/2的圓形 區(qū)排除了各個(gè)點(diǎn)的環(huán)形區(qū)域。高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10a和低位錯(cuò)密度高 電導(dǎo)區(qū)10b的外周實(shí)際上成為近似圓形的多邊形形狀，并近似于圖3A 或4A所示的圓形。通過形成位于上述低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b的跨度 內(nèi)的上方的發(fā)射區(qū)200a，使流入發(fā)射區(qū)200a的載流子的面內(nèi)分布均勻。 可以容易地以良好的成品率得到在發(fā)射區(qū)200a中具有均勻的發(fā)光的表 面發(fā)射激光元件。
(第一實(shí)施方式-B2) 參考圖5A和5B，在第一實(shí)施方式的表面發(fā)射激光元件的制造方 法中采用的導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底(導(dǎo)電性GaN襯底10)中，高位 錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10a被形成為條帶狀。高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10a的每一 條帶以周期性間隔Ps布置在該導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底的主表面10m 和10n上。低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b等于從導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底(導(dǎo) 電性GaN襯底10)的整個(gè)區(qū)域排除了每一條帶和低位錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū) 10c的區(qū)域，其中低位錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū)10c被形成為具有位于距每一條 帶的中心Ps/2處的中心。通過將發(fā)射區(qū)200a形成為位于上述低位錯(cuò)密 度高電導(dǎo)區(qū)10b的跨度內(nèi)的上方，使流入發(fā)射區(qū)200a的載流子的面內(nèi) 分布均勻?？梢匀菀椎匾粤己玫某善仿蕦?shí)現(xiàn)在發(fā)射區(qū)200a中具有均勻 的發(fā)光的表面發(fā)射激光元件。
(第一實(shí)施方式-C) 在第一實(shí)施方式的表面發(fā)射激光元件的制造方法中采用的導(dǎo)電性 GaN多區(qū)域襯底(導(dǎo)電性GaN襯底lO)中，優(yōu)選高位錯(cuò)密度高電導(dǎo) 區(qū)ioa是具有至少lxl06cm—2的位錯(cuò)密度和至少lxlO"cn^的載流子濃 度的區(qū)域；低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b是具有小于lxlO乞n^的位錯(cuò)密度 和至少lxl018cm—3的載流子濃度的區(qū)域；以及低位錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū)是具 有小于lxl06cm—2的位錯(cuò)密度和小于lxlO"cn^的載流子濃度的區(qū)域。 通過使用導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底，在具有小于lxl06cm—2的位錯(cuò)密度和至少lxlO"cm's的載流子濃度的低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b的跨度內(nèi) 的上方的位置處形成發(fā)射區(qū)200a，使均勻地流入發(fā)射區(qū)的載流子的面 內(nèi)分布均勻。因此，可以以良好的成品率得到在發(fā)射區(qū)中具有均勻的 發(fā)光和高發(fā)光效率的表面發(fā)射激光元件。
(第二實(shí)施方式)
參考圖1A、 1B、 2A和2B，本發(fā)明的表面發(fā)射激光元件是指包括 導(dǎo)電性GaN襯底10、 m-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊體20、半導(dǎo)體層側(cè) 電極15和襯底側(cè)電極11的表面發(fā)射激光元件1，其中，所述III-V族 化合物半導(dǎo)體層堆疊體20包括形成在導(dǎo)電性GaN襯底10的一個(gè)主表 面10m上的發(fā)射層200，所述半導(dǎo)體層側(cè)電極15形成在III-V族化合 物半導(dǎo)體層堆疊體20的最上層上，所述襯底側(cè)電極11形成在導(dǎo)電性 GaN襯底10的另一主表面10n上。導(dǎo)電性GaN襯底包括低位錯(cuò)密度 高電導(dǎo)區(qū)10b，該低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b是具有小于lxl0^m'z的位 錯(cuò)密度和至少lxl018cm—3的載流子濃度的區(qū)域。發(fā)射層200中載流子流 入的發(fā)射區(qū)200a被設(shè)置在低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b的跨度內(nèi)的上方。 由于表面發(fā)射激光元件1具有位于低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b的跨度內(nèi) 的上方的發(fā)射區(qū)200a，所述低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b是具有小于 lxlO、m^的位錯(cuò)密度和至少1"018咖'3的載流子濃度的區(qū)域，所以流 入發(fā)射區(qū)200a的載流子的面內(nèi)分布是均勻的。因此，發(fā)射區(qū)200a中的 發(fā)光是均勻的，以及發(fā)光效率得以提高。
(第二實(shí)施方式-Al) 參考圖1A和1B，根據(jù)第二實(shí)施方式的表面發(fā)射激光元件的實(shí)施 例是指包括導(dǎo)電性GaN襯底10、 III-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊體20、 半導(dǎo)體層側(cè)電極15和襯底側(cè)電極11的表面發(fā)射激光元件1，其中，所 述III-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊體20包括形成在導(dǎo)電性GaN襯底10 的一個(gè)主表面10m上的發(fā)射層200，所述半導(dǎo)體層側(cè)電極15形成在 III-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊體20的最上層上，所述襯底側(cè)電極11形 成在導(dǎo)電性GaN襯底IO的另一主表面10n上。導(dǎo)電性GaN襯底包括
26低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b，該低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b是具有小于
lxl0^m々的位錯(cuò)密度和至少lxlO"cm—s的載流子濃度的區(qū)域。半導(dǎo)體 側(cè)電極15形成在低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b的跨度內(nèi)的上方的位置處， 從而發(fā)射層200中載流子流入的發(fā)射區(qū)200a被限制位于低位錯(cuò)密度高 電導(dǎo)區(qū)10b的跨度內(nèi)的上方。由于表面發(fā)射激光元件1具有位于低位 錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b的跨度內(nèi)的上方的發(fā)射區(qū)200a，所述低位錯(cuò)密度 高電導(dǎo)區(qū)10b是具有小于1><106(^1—2的位錯(cuò)密度和至少lxlO"cm's的載 流子濃度的區(qū)域，所以使得流入發(fā)射區(qū)200a的載流子的面內(nèi)分布是均 勻的。因此，發(fā)射區(qū)200a中的發(fā)光是均勻的，并且發(fā)光效率得以提高。
(第二實(shí)施方式-A2) 參考圖2A和2B，根據(jù)第二實(shí)施方式的表面發(fā)射激光元件的另一 實(shí)施例是指包括導(dǎo)電性GaN襯底10、 III-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊體 20、半導(dǎo)體層側(cè)電極15和襯底側(cè)電極11的表面發(fā)射激光元件l，其中， 所述III-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊體20包括形成在導(dǎo)電性GaN襯底10 的一個(gè)主表面10m上的發(fā)射層200，所述半導(dǎo)體層側(cè)電極15形成在 in-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊體20的最上層上，所述襯底側(cè)電極11形 成在導(dǎo)電性GaN襯底10的另一主表面10n上。導(dǎo)電性GaN襯底10包 括低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)，該低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)是具有小于lxl06cm'2 的位錯(cuò)密度和至少lxlO"cri^的載流子濃度的區(qū)域。在III-V族化合物 半導(dǎo)體層堆疊體中20形成載流子狹窄區(qū)250，從而發(fā)射層200中載流 子流入的發(fā)射區(qū)200a被限制位于低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b的跨度內(nèi)的 上方。由于表面發(fā)射激光元件1具有位于低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b的 跨度內(nèi)的上方的發(fā)射區(qū)200，所述低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b是具有小于 "106011'2的位錯(cuò)密度和至少lxlO"cm's的載流子濃度的區(qū)域，所以使 得流入發(fā)射區(qū)200的載流子的面內(nèi)分布是均勻的。發(fā)射區(qū)200a中的發(fā) 光是均勻的，并且發(fā)光效率得以提高。
在第二實(shí)施方式的表面發(fā)射激光元件中，導(dǎo)電性GaN襯底10還 包括高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10a和低位錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū)10c中的至少一
27個(gè)，所述高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10a是具有至少lxlO、m^的位錯(cuò)密度和 至少lxl018cm—3的載流子濃度的區(qū)域，所述低位錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū)10c 是具有小于lxlO、m々的位錯(cuò)密度和小于lxlO"cn^的載流子濃度的區(qū) 域。由于表面發(fā)射激光元件1具有位于低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b的跨 度內(nèi)的上方的發(fā)射區(qū)200a，所述低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b是具有小于 1><106011'2的位錯(cuò)密度和至少1><1018(^11'3的載流子濃度的區(qū)域，因此即 使在導(dǎo)電性GaN襯底IO中包括高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10a和低位錯(cuò)密度 低電導(dǎo)區(qū)10c中的至少一個(gè)，也使流入發(fā)射區(qū)200a的載流子的面內(nèi)分 布是均勻的。發(fā)射區(qū)200a中發(fā)射的光是均勻的，并且發(fā)光效率得以增 加。
(第三實(shí)施方式)
下面將描述根據(jù)本發(fā)明的表面發(fā)射激光元件的具體實(shí)施例。參考 圖6，根據(jù)第三實(shí)施方式的表面發(fā)射激光元件1包括導(dǎo)電性GaN襯底 10和III-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊體20，所述層堆疊體20包括形成在 導(dǎo)電性GaN襯底10的一個(gè)主表面10m上的發(fā)射層200。參考圖6A和 6B，該元件還包括在III-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊體20的最上層(接 觸層229)上的襯墊電極17，用于與鍵合引線電連接；形成為電連接 到襯墊電極17的環(huán)形P型半導(dǎo)體側(cè)電極15;和布置在環(huán)形半導(dǎo)體側(cè)電 極15的內(nèi)圓周側(cè)的介電鏡103。
參考圖6B，圖6B代表對(duì)應(yīng)于表面發(fā)射激光元件1的剖面的具體 結(jié)構(gòu)，在n型導(dǎo)電性GaN襯底IO的一個(gè)主表面10m (形成有III-V族 化合物半導(dǎo)體層堆疊體的主表面；以下相同)上形成有緩沖層201。對(duì) 于緩沖層201的材料，可以采用n型GaN (n導(dǎo)電型的GaN)。
在緩沖層201上形成有n型層側(cè)DBR 213。該DBR213是具有多 個(gè)堆疊體的n型AlGaN和n型GaN層的多層膜。在DBR 213上形成 有n型熔覆層215。對(duì)于熔覆層215的材料，例如，可以采用n型AlGaN。 在熔覆層215上形成有發(fā)射層200。對(duì)于該發(fā)射層200，例如，可以采
28用具有層疊的GalnN層和GaN層的多層膜結(jié)構(gòu)的多量子阱發(fā)射層。在 發(fā)射層200上形成p型熔覆層225。對(duì)于該熔覆層225的材料，例如， 可以采用p型AlGaN。在熔覆層225上形成p型接觸層227。對(duì)于該接 觸層227的材料，例如，可以采用GaN。
在接觸層227上設(shè)置有由絕緣體形成的載流子狹窄層250a。對(duì)于 載流子狹窄層250a的材料，例如，可以采用由Si02形成的絕緣膜。在 該載流子狹窄層250a中，在n型導(dǎo)電性GaN襯底10的低位錯(cuò)密度高 電導(dǎo)區(qū)10b的跨度內(nèi)的上方和之后將描述的介電鏡103下方的位置處， 形成有具有圓形平面形狀的開口。該開口適于用作發(fā)射區(qū)200a。換句 話說，發(fā)射區(qū)200a被形成為位于低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b的跨度內(nèi)的 上方和其中形成有介電鏡103的區(qū)域的跨度內(nèi)的上方。該開口的直徑 等于寬度D (參考圖6)。在載流子狹窄層250a上形成p型接觸層229。 對(duì)于接觸層229的材料，例如，可以采甩GaN。在接觸層229上形成 有上述環(huán)形半導(dǎo)體側(cè)電極15和介電鏡103。介電鏡103可以是，例如， 由ZnS和MgF2形成的多層膜。DBR 213的厚度T (參考圖6B)優(yōu)選 至少3pm且不超過6|im。
如果在藍(lán)寶石襯底上形成具有3jrni以上厚度的DBR213，那么由 于藍(lán)寶石襯底和DBR213之間的晶格常數(shù)的差異，將發(fā)生顯著的應(yīng)變。 結(jié)果，可能產(chǎn)生斷裂而使性能劣化。在導(dǎo)電性GaN襯底10上形成有 DBR213的情況下，由于導(dǎo)電性GaN襯底10和DBR213之間的晶格匹 配顯著地增加，應(yīng)變將減小。結(jié)果，可以抑制斷裂產(chǎn)生。通過采用導(dǎo) 電性GaN襯底lO，可以形成具有上述范圍內(nèi)的厚度的厚DBR213。利 用這種厚DBR 213的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于將被輸出為激光束的光波長，可以實(shí) 現(xiàn)高反射率。結(jié)果，可以從介電鏡103側(cè)輸出激光束。
此外，在n型導(dǎo)電性GaN襯底(n導(dǎo)電型的導(dǎo)電性GaN襯底)10 的另一主表面10n(未形成有III-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊體的主表面； 以下相同)上形成有襯底側(cè)電極ll (n側(cè)電極)。由于本實(shí)施方式的表面發(fā)射激光元件具有在發(fā)射層200中位于導(dǎo)
電性GaN襯底10中的低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b的跨度內(nèi)的上方的發(fā)射 區(qū)200a，因此，即使在導(dǎo)電性GaN襯底10中包括高位錯(cuò)密度高電導(dǎo) 區(qū)10a和低位錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū)10c中的至少一個(gè)，也使流入發(fā)射區(qū)200a 的載流子的面內(nèi)分布是均勻的。發(fā)射區(qū)200a中的發(fā)光表現(xiàn)為均勻的。 此外，當(dāng)?shù)臀诲e(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b具有小于lxl(^cm々的位錯(cuò)密度和至 少lxlO"cm's的載流子濃度時(shí)，發(fā)光效率得以進(jìn)一步提高。
(第四實(shí)施方式) 下面將描述根據(jù)本發(fā)明的表面發(fā)射激光元件的另一具體實(shí)施例。 參考圖7，本實(shí)施方式的表面發(fā)射激光元件1具有類似于圖6所示的第 三實(shí)施方式的表面發(fā)射激光元件的平面結(jié)構(gòu)，而不同之處在于，如圖6 所示的介電鏡103沒有被布置在環(huán)形半導(dǎo)體側(cè)電極15的內(nèi)圓周側(cè)。參 考圖7 (b)的剖面結(jié)構(gòu)，在n型導(dǎo)電性GaN襯底10的一個(gè)主表面10m 上布置有緩沖層201、 DBR213、熔覆層215和發(fā)射層200，且在n型 導(dǎo)電性GaN襯底IO的另一主表面10n上形成有襯底側(cè)電極ll(n側(cè)電 極)。圖7B的表面發(fā)射激光元件的發(fā)射層200下面的層結(jié)構(gòu)類似于圖 6B所示的第三實(shí)施方式的表面發(fā)射激光元件的。圖7B的表面發(fā)射激 光元件的發(fā)射層200上面的層結(jié)構(gòu)不同于圖6B所示的第三實(shí)施方式的 表面發(fā)射激光元件的。
具體地，如圖7B所示，本實(shí)施方式的表面發(fā)射激光元件具有形成 在發(fā)射層200上的p型熔覆層225。在該熔覆層215上形成有p型層側(cè) DBR 223。 DBR 223采取具有交替地堆疊體的多種類型的氮化物外延層 的多層膜結(jié)構(gòu)。例如，DBR 223可以采取具有交替地堆疊體的AlGaN 和GaN的多層膜結(jié)構(gòu)，或具有交替地堆疊體的MGaN和GalnN的多層 膜結(jié)構(gòu)。然后，在DBR 223上形成有p型接觸層229。在接觸層229 上形成有環(huán)形半導(dǎo)體側(cè)電極15。在DBR223和熔覆層225中形成有通 過注入離子而使其絕緣的絕緣區(qū)250b。在熔覆層225中，在位于環(huán)形半導(dǎo)體側(cè)電極15的內(nèi)圓周側(cè)的正下方的區(qū)域以及在n型導(dǎo)電性GaN襯 底IO的低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b的跨度內(nèi)的上方，形成具有圓形平面 形狀的區(qū)域，該區(qū)域沒有形成絕緣區(qū)250b。該區(qū)域適于用作發(fā)射區(qū) 200a。例如，該區(qū)域的寬度D(直徑)可以被設(shè)為5|im。例如，DBR213 和223的厚度T可以被設(shè)為至少3pm且不超過6|im。
由于根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，在導(dǎo)電性GaN襯底10上，由氮化物半導(dǎo)體 層形成的DBR213和223可以被設(shè)置成較厚(3|im至6pm的膜厚)， 在兩個(gè)DBR 213和223之間可以充分地反射在發(fā)射層200處發(fā)射的光。 結(jié)果，能使足夠光通量的激光束振蕩。
由于本實(shí)施方式的表面發(fā)射激光元件具有在發(fā)射層200中位于導(dǎo) 電性GaN襯底10中的低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b的跨度內(nèi)的上方的發(fā)射 區(qū)200a，因此，即使在導(dǎo)電性GaN襯底10中包括高位錯(cuò)密度高電導(dǎo) 區(qū)10a和低位錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū)10c中的至少一個(gè)，也可以使流入發(fā)射區(qū) 200a的載流子的面內(nèi)分布是均勻的。發(fā)射區(qū)200a中的發(fā)光是均勻的。 當(dāng)?shù)臀诲e(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b具有小于lxl06cm'2的位錯(cuò)密度和至少 lxlO"cri^的載流子濃度時(shí)，發(fā)光效率得以進(jìn)一步提高。
(第五實(shí)施方式) 下面將描述根據(jù)本發(fā)明的表面發(fā)射激光元件的再一具體實(shí)施例。 關(guān)于平面結(jié)構(gòu)，如圖8A所示，本實(shí)施方式的表面發(fā)射激光元件1具有 半導(dǎo)體側(cè)電極15和襯墊電極17，所述襯墊電極17形成在III-V族化合 物半導(dǎo)體層堆疊體的最上層(接觸層229)上，與半導(dǎo)體側(cè)電極15電 連接。關(guān)于剖面結(jié)構(gòu)，在n型導(dǎo)電性GaN襯底10的一個(gè)主表面10m 上形成有構(gòu)成III-VV族化合物半導(dǎo)體層堆疊體20的n型熔覆層215、 發(fā)射層200、 p型熔覆層225、光子晶體層233、 p型熔覆層226和接觸 層229。雖然在圖8B中未示出，但是在導(dǎo)電性GaN襯底10和n型熔 覆層215之間可以形成緩沖層。在接觸層229上形成有半導(dǎo)體側(cè)電極 15。在n型導(dǎo)電性GaN襯底10的另一主表面10n上形成有襯底側(cè)電極
3111 (n側(cè)電極)。
圖8B所示的本實(shí)施方式的表面發(fā)射激光元件沒有圖6B中所示的 第三實(shí)施方式的表面發(fā)射激光元件中找到的DBR 213和介電鏡103的 復(fù)雜共振器結(jié)構(gòu)，或圖7B所示的第四實(shí)施方式的表面發(fā)射激光元件中 找到的一對(duì)DBR213和223的復(fù)雜共振器結(jié)構(gòu)。通過將光子晶體層233 用作形成在兩個(gè)p型熔覆層225和226之間的二維衍射光柵，允許表 面發(fā)射。
在圖8B所示的本實(shí)施方式的表面發(fā)射激光元件中，在接觸層229 上形成半導(dǎo)體側(cè)電極15，接觸層229是III-V族化合物層20的最上層， 并且也在導(dǎo)電性GaN襯底IO的低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b的跨度內(nèi)的上 方。通過在III-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊體20和導(dǎo)電性GaN襯底10 上分別形成的半導(dǎo)體側(cè)電極15和襯底側(cè)電極11，發(fā)射區(qū)200a位于低 位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b的跨度內(nèi)的上方。例如，發(fā)射區(qū)200a可以具有 約50jim至200]Lim的寬度D (直徑)。
參考圖8A和8B，本實(shí)施方式的表面發(fā)射激光元件具有在導(dǎo)電性 GaN襯底IO的一個(gè)主表面10m上依次層疊的n型熔覆層215、發(fā)射層 200、p型熔覆層225、光子晶體層233、p型熔覆層226以及接觸層229。 半導(dǎo)體側(cè)電極15被設(shè)置在接觸層229上。襯底側(cè)電極ll (n側(cè)電極) 被設(shè)置在導(dǎo)電性GaN襯底IO的另一主表面10n上。例如，半導(dǎo)體側(cè)電 極15和襯底側(cè)電極11由Au (金)形成。
例如，發(fā)射層200由(OSx, ySl, O^x+y^l)的AlxGai-x-yInyN的多 量子阱形成。發(fā)射層200可以由一種半導(dǎo)體材料形成。發(fā)射層200可 以形成為沿光子晶體層233設(shè)置的在預(yù)定方向上延伸的多個(gè)量子線或 形成為沿光子晶體層233設(shè)置的多個(gè)量子箱。每個(gè)量子線具有允許電 子的能級(jí)將在兩個(gè)方向即縱向和與其垂直的方向上離散的尺寸(例如，大約幾十nm)。每個(gè)量子箱具有允許電子的能級(jí)將在三個(gè)互相垂直的 方向上離散的尺寸(例如，大約幾十nm)。由于通過具有這種量子結(jié) 構(gòu)而增大了狀態(tài)密度，所以發(fā)光效率得以提髙并且使發(fā)射光譜是尖銳 的。
下面將參考圖9描述光子晶體層233。光子晶體層233包括晶體 層233a和具有比晶體層233a的折射率低的折射率的多個(gè)衍射光柵孔 233b。晶體層233a由GaN形成，以及晶體層233a中形成的孔是衍射 光柵孔233b。換句話說，空氣構(gòu)成衍射光柵孔233a。
在光子晶體層233中，設(shè)置多個(gè)衍射光柵孔233b，以在晶體層233a 的一個(gè)主表面上形成三角形晶格或正方形晶格。每個(gè)衍射光柵孔223b 被設(shè)置為柱狀(例如，圓柱形)空間。對(duì)于各個(gè)衍射光柵孔， 一個(gè)衍 射光柵孔233b的中心和相鄰衍射光柵孔233b的中心之間的距離Pp是 相等的，例如是0.16pm。此外，例如，衍射光柵孔233b的直徑Dp是 0.06,。
在光子晶體層233中，晶體層233a具有第一折射率(對(duì)于GaN 為2.54)，且周期性地形成的衍射光柵孔233b具有第二折射率(對(duì)于 空氣為1)。衍射光柵孔233b可以填有與晶體層233a的材料不同的材 料。但是，衍射光柵孔233b優(yōu)選未填有任何東西(即，對(duì)應(yīng)于存在諸 如空氣的氣體的狀態(tài))，以便得到第一折射率和第二折射率之間的大 差異。這種折射率的大差異允許光封閉在第一折射率的介質(zhì)中。填充 衍射光柵孔233b的材料，即，低折射率的介電材料，包括氮化硅膜 (SiNx)等等。
對(duì)應(yīng)于衍射光柵的光子晶體層233在第一方向和與第一方向成預(yù) 定角度的第二方向上具有相等的周期(對(duì)應(yīng)于晶格常數(shù)的值)。對(duì)于 光子晶體層233,上述的兩個(gè)方向和這些方向上的周期允許各種選擇。 通過至少將發(fā)射區(qū)200a的跨度內(nèi)的導(dǎo)電性GaN襯底10和晶體層233a
33的區(qū)域的位錯(cuò)密度設(shè)為不超過lxl0、m氣在發(fā)射區(qū)200a的跨度內(nèi)的晶 體層233a中形成衍射光柵孔233b的蝕刻步驟過程中，將不再產(chǎn)生由于 位錯(cuò)而導(dǎo)致的缺陷的聚合體(aggregate)。
下面將描述的本實(shí)施方式的表面發(fā)射激光元件的表面發(fā)射。參考 圖8B,施加正電壓到半導(dǎo)體側(cè)電極15，導(dǎo)致將空穴從p型熔覆層225 和226引入發(fā)射層200中，并將電子從n型熔覆層215引入發(fā)射層200 中?？昭ê碗娮?空穴和電子總稱為載流子)引入發(fā)射層200中引起 載流子的復(fù)合，從而產(chǎn)生光。產(chǎn)生的光波長由發(fā)射層200中的半導(dǎo)體 層的帶隙來限定。
盡管在發(fā)射層200處產(chǎn)生的光被n型熔覆層215和p型熔覆層225 封閉在發(fā)射層200中，但是一些光到達(dá)光子晶體層233,作為瞬逝光 (evanescent light)。當(dāng)?shù)竭_(dá)光子晶體層233的瞬逝光的波長匹配光子 晶體層233的預(yù)定周期時(shí)，該光將以對(duì)應(yīng)于這些周期的波長來重復(fù)衍 射，從而產(chǎn)生駐波，并且相位條件被限定。具有被光子晶體層233限 定的相位的光被反饋到發(fā)射層200中的光，仍然產(chǎn)生駐波。該駐波滿 足在光子晶體層233限定的光波長和相位條件。
由于發(fā)射層200和光子晶體層233形成有二維擴(kuò)散，所以在發(fā)射 區(qū)233a可能出現(xiàn)這種現(xiàn)象。在此狀態(tài)之下積累足夠數(shù)量光的情況下， 在垂直于光子晶體層233的主表面233m的方向上(圖8B中，向上)， 在從III-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊體20的最外層的主表面受激發(fā)射中， 輸出匹配波長和相位條件的光。
例如，下面將列舉本實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光元件1的每個(gè)部分的 尺寸。導(dǎo)電性GaN襯底10的厚度例如是100pm。光子晶體層233的厚 度例如是O.l)im。每個(gè)n型熔覆層215和p型熔覆層226的厚度例如是 0.5nm。每個(gè)發(fā)射層200和p型熔覆層225的厚度例如是O.lpm。
34對(duì)于一個(gè)表面發(fā)射激光元件1，上述第三至第五實(shí)施方式都對(duì)應(yīng)
于具有一個(gè)發(fā)射區(qū)200a的元件，如圖6A、 7A和8A所示。但是在一 個(gè)表面發(fā)射激光元件中，發(fā)射區(qū)的數(shù)目不限于一個(gè)。例如，根據(jù)增加 每一個(gè)元件的發(fā)光強(qiáng)度的觀點(diǎn)，優(yōu)選一個(gè)表面發(fā)射激光元件具有多個(gè) 表面發(fā)射區(qū)的元件，如圖16所示。
(第六實(shí)施方式)
參考圖17A、 17B、 18A和18B，根據(jù)本發(fā)明的表面發(fā)射激光陣列 的制造方法是指包括多個(gè)表面發(fā)射激光元件1的表面發(fā)射激光陣列2 的制造方法。該制造方法包括制備導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底作為導(dǎo)電 性GaN襯底10的步驟，該襯底具有高位錯(cuò)密度和高載流子濃度的高位 錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10a、具有比高位錯(cuò)高電導(dǎo)區(qū)10a的位錯(cuò)密度低的位錯(cuò) 密度的低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b以及具有比高位錯(cuò)高電導(dǎo)區(qū)10a的位錯(cuò) 密度和載流子濃度低的位錯(cuò)密度和載流子濃度的低位錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū) 10c;在導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底的一個(gè)主表面10m上形成包括發(fā)射層 200的III-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊體20的半導(dǎo)體層堆疊體形成步驟； 以及在in-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊體20上形成半導(dǎo)體層側(cè)電極15并 且在導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底的另一主表面10n上形成襯底側(cè)電極11 的電極形成步驟。III-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊體、半導(dǎo)體側(cè)電極和襯 底側(cè)電極15被形成為使得表面發(fā)射激光陣列2中的每個(gè)表面發(fā)射激光 元件1的發(fā)射層200中載流子流入的發(fā)射區(qū)被限制位于低位錯(cuò)密度高 電導(dǎo)區(qū)10b的跨度內(nèi)的上方。
在本實(shí)施方式的表面發(fā)射激光陣列元件的制造方法中，通過將 ni-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊體、半導(dǎo)體側(cè)電極和襯底側(cè)電極15形成為 使得表面發(fā)射激光陣列2中的每個(gè)表面發(fā)射激光元件1的發(fā)射層200 中載流子流入的發(fā)射區(qū)200a被限制位于低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)200a的跨 度內(nèi)的上方，載流子均勻地流入發(fā)射區(qū)200a。因此，可以得到在發(fā)射 區(qū)200a中均勻的發(fā)光的表面發(fā)射激光陣列2。在第六實(shí)施方式的表面發(fā)射激光陣列元件的制造方法中，iii-v族
化合物半導(dǎo)體層堆疊體、半導(dǎo)體側(cè)電極和襯底側(cè)電極15被形成為使得 表面發(fā)射激光陣列2中的每個(gè)表面發(fā)射激光元件1的發(fā)射層200中載 流子流入的發(fā)射區(qū)200a被限制位于低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b的跨度內(nèi) 的上方。盡管未特別限制，但是對(duì)于iii-v族化合物半導(dǎo)體層堆疊體20、 半導(dǎo)體側(cè)襯底15和襯底側(cè)電極11的形成方法，優(yōu)選釆用下述方法。
(第六實(shí)施方式-Al) 在參考圖17A和17B的第六實(shí)施方式的表面發(fā)射激光陣列的制造 方法的電極形成步驟中，半導(dǎo)體側(cè)電極15可以形成在低位錯(cuò)密度高電 導(dǎo)區(qū)10b的跨度內(nèi)的上方的位置處，從而發(fā)射區(qū)200a被限制位于低位 錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b的跨度內(nèi)的上方。根據(jù)第一實(shí)施方式-Al，即使除 在低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b下方之外直至高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10a或低 位錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū)10c下方都擴(kuò)展形成襯底側(cè)電極11，在低位錯(cuò)密度 高電導(dǎo)區(qū)10b的跨度內(nèi)的上方的位置處形成半導(dǎo)體側(cè)電極15也允許發(fā) 射層200中載流子流入的發(fā)射區(qū)200a被限制在低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū) 10b的跨度內(nèi)的上方的位置。因此，載流子入均勻地流入發(fā)射區(qū)200a 中。因此，可以得到在發(fā)射區(qū)200a中均勻的發(fā)光的表面發(fā)射激光陣列。
參考圖17A和17B，當(dāng)在第六實(shí)施方式-Al的表面發(fā)射激光元件 中半導(dǎo)體側(cè)襯底15不透明時(shí)，僅僅從接近半導(dǎo)體側(cè)電極15的外圓周 的區(qū)域(指距外圓周約5pm的外側(cè)區(qū)域；以下相同)的主表面將發(fā)射 區(qū)200a (直徑D)中的發(fā)光提供到外部。通過在半導(dǎo)體側(cè)電極15中設(shè) 置至少一個(gè)開口 (未示出)，可以通過該開口輸出發(fā)射區(qū)200a中的發(fā) 光。此外，通過對(duì)半導(dǎo)體側(cè)電極15采用透明電極，可以從半導(dǎo)體側(cè)電 極15的整個(gè)區(qū)域?qū)l(fā)射區(qū)200a的發(fā)光提供到外部。盡管由圖17B明 顯看出，發(fā)射層200的發(fā)射區(qū)200a基本上與半導(dǎo)體側(cè)電極15的形成區(qū) 一致，但是在圖17A中邊界線被移位以有助于觀看。
(第六實(shí)施方式-A2)
36參考圖18A和18B，在第一實(shí)施方式的表面發(fā)射激光元件的制造
方法的半導(dǎo)體形成步驟中，可以在m-v族化合物半導(dǎo)體層堆疊體中形
成載流子狹窄區(qū)250，從而發(fā)射區(qū)200a被限制在低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū) 的跨度內(nèi)的上方的位置。根據(jù)第六實(shí)施方式-A2，即使除在低位錯(cuò)密度 高電導(dǎo)區(qū)10b上方或下方之外直至高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10a或低位錯(cuò)密 度低電導(dǎo)區(qū)10c上方或下方都擴(kuò)展形成半導(dǎo)體側(cè)電極15和襯底側(cè)電極 11，在III-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊體20中形成載流子狹窄區(qū)250也 允許每個(gè)表面發(fā)射激光元件1的發(fā)射層層200中載流子流入的發(fā)射區(qū) 200a被限制在低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b的跨度內(nèi)的上方的位置。因此， 載流子均勻地流入發(fā)射區(qū)200a中。因此，可以得到在發(fā)射區(qū)200a中均 勻的發(fā)光的表面發(fā)射激光陣列。
形成載流子狹窄區(qū)250的方法不被特別限制，只要該方法適合本 發(fā)明的目的。例如，在通過臺(tái)面蝕刻而將該區(qū)域分割成臺(tái)面形狀的情 況下，例如，通過該臺(tái)面?zhèn)绕矫嫣幍奈g刻損傷，將使流入的載流子中 的一些復(fù)合。根據(jù)防止這種載流子復(fù)合的觀點(diǎn)，可以引用如圖6B所示 由絕緣體形成載流子狹窄層250a的方法、如圖7B所示形成通過離子 注入而使其絕緣化的絕緣區(qū)250b的方法等等。
參考圖18A和18B，形成具有位于導(dǎo)電性GaN襯底10的低位錯(cuò) 密度高電導(dǎo)區(qū)10b的跨度內(nèi)的上方的開口的環(huán)形半導(dǎo)體側(cè)電極15，作 為每個(gè)表面發(fā)射激光元件1的半導(dǎo)體側(cè)電極15。由于通過上述載流子 狹窄區(qū)250，發(fā)射區(qū)200a被限制位于環(huán)形半導(dǎo)體側(cè)電極15的開口區(qū)的 跨度內(nèi)，因此從環(huán)形半導(dǎo)體側(cè)電極15的開口區(qū)將每個(gè)表面發(fā)射激光元 件1的發(fā)射區(qū)200a的發(fā)光輸出到外部。
關(guān)于將每個(gè)表面發(fā)射激光元件的發(fā)射層200中載流子流入的發(fā)射 區(qū)200a設(shè)置在低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b的跨度內(nèi)的上方的方法，在第 一實(shí)施方式-Al中已描述了在低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b的跨度內(nèi)的上方 的位置處形成半導(dǎo)體側(cè)電極15的方法，并且在第六實(shí)施方式中描述了
37在III-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊體20中形成載流子狹窄區(qū)250的方法。
優(yōu)選地，采用在m-v族化合物半導(dǎo)體層堆疊體20中形成載流子狹窄
區(qū)250并且在低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b的跨度內(nèi)的上方的位置處形成 半導(dǎo)體側(cè)電極15的方法。
盡管在通過第六實(shí)施方式的表面發(fā)射激光陣列的制造方法得到的 每個(gè)表面發(fā)射元件中不特別限制允許表面發(fā)射的III-V族化合物半導(dǎo)體 層堆疊體20的層疊結(jié)構(gòu)，但是優(yōu)選引用圖6B中所示的n型層側(cè)DBR (多層分布布喇格反射器；以下相同)213和介電鏡103的組合結(jié)構(gòu)、 圖7B所示的n型層側(cè)DBR 213和p型層側(cè)DBR 223的組合結(jié)構(gòu)、圖 8B所示的包括光子晶體層233的結(jié)構(gòu)等等。
在第六實(shí)施方式的表面發(fā)射激光元件的制造方法中，根據(jù)在導(dǎo)電 性GaN多區(qū)域襯底(導(dǎo)電性GaN襯底10)的低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b 的跨度內(nèi)的上方的位置處形成每個(gè)表面發(fā)射激光元件1的發(fā)射層200的 發(fā)射區(qū)200a的觀點(diǎn)，導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底(導(dǎo)電性GaN襯底lO) 的主表面10m和10n上的低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b的布置是關(guān)鍵。下 面將具體描述這個(gè)問題。
(第六實(shí)施方式-Bl) 參考圖3A、 3B、 4A和4B，在第六實(shí)施方式的表面發(fā)射激光陣列 的制造方法中采用的導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底(導(dǎo)電性GaN襯底10) 中，高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10a被形成為點(diǎn)狀。高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10a 的每個(gè)點(diǎn)被布置在導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底(導(dǎo)電性GaN襯底10)的 主表面10m和10n上的具有晶格常數(shù)PD的周期性三角形晶格點(diǎn)(在圖 3A的情況下)或正方形晶格點(diǎn)(在圖4A的情況下)上。低位錯(cuò)密度 高電導(dǎo)區(qū)10b對(duì)應(yīng)于從具有以每個(gè)點(diǎn)的中心為中心的半徑PD/2的圓形 區(qū)域排除各個(gè)點(diǎn)外的環(huán)形區(qū)域。高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10a和低位錯(cuò)密度 高電導(dǎo)區(qū)10b的外周實(shí)際上成為近似圓形的多邊形形狀，并近似于圖 3A或4A所示的圓形。通過形成位于上述確定的低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)
38的跨度內(nèi)的上方的每個(gè)表面發(fā)射激光元件的發(fā)射區(qū)，使流入發(fā)射區(qū)
200a的載流子的面內(nèi)分布均勻?？梢匀菀椎匾粤己玫某善仿实玫奖砻?發(fā)射激光陣列2，所述表面發(fā)射激光陣列2包括多個(gè)在發(fā)射區(qū)200a中 具有均勻的發(fā)光的表面發(fā)射激光元件1。
(第六實(shí)施方式-B2) 參考圖5A和5B，在第六實(shí)施方式的表面發(fā)射激光陣列的制造方 法中采用的導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底(導(dǎo)電性GaN襯底10)中，高位 錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10a被形成為條帶狀。高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10a的每一 條帶以周期性間隔Ps布置在導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底的主表面10m和 10n上。低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b是從導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底(導(dǎo)電 性GaN襯底IO)的整個(gè)區(qū)域排除了每一條帶和低位錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū)10c 的區(qū)域，其中所述低位錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū)10c被形成為具有位于距每一條 帶的中心Ps/2處的中心。通過形成位于上述確定的低位錯(cuò)密度高電導(dǎo) 區(qū)的跨度內(nèi)的上方的每個(gè)表面發(fā)射激光元件的發(fā)射區(qū)，使流入發(fā)射區(qū) 200a的載流子的面內(nèi)分布均勻。可以容易地以良好的成品率得到表面 發(fā)射激光陣列2，所述表面發(fā)射激光陣列2包括多個(gè)在發(fā)射區(qū)200a中 具有均勻的發(fā)光的表面發(fā)射激光元件1。
(第六實(shí)施方式-C) 在第六實(shí)施方式的表面發(fā)射激光陣列的制造方法中采用的導(dǎo)電性 GaN多區(qū)域襯底(導(dǎo)電性GaN襯底lO)中，優(yōu)選高位錯(cuò)密度高電導(dǎo) 區(qū)是具有至少lxlO、n^的位錯(cuò)密度和至少lxlO"cm's的載流子濃度的 區(qū)域；低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)是具有小于lxl06cm—2的位錯(cuò)密度和至少 lxl018cm—3的載流子濃度的區(qū)域；以及低位錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū)是具有小于 lxl()^m々的位錯(cuò)密度和小于lxlO"cn^的載流子濃度的區(qū)域。通過基 于導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底，在具有小于lxl06cm—2的位錯(cuò)密度和至少 lxlO"cn^的載流子濃度的低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b的跨度內(nèi)的上方的 位置處形成每個(gè)表面發(fā)射激光元件1的發(fā)射區(qū)200a，使電流均勻地流 入發(fā)射區(qū)的載流子的面內(nèi)分布均勻。因此，可以容易地以良好的成品率得到表面發(fā)射激光陣列2，所述表面發(fā)射激光陣列2包括多個(gè)在發(fā)射
區(qū)200a中具有均勻的發(fā)光的表面發(fā)射激光元件1。
(第七實(shí)施方式)
參考圖17A、 17B、 18A和18B，根據(jù)本發(fā)明的表面發(fā)射激光陣列 是指包括多個(gè)表面發(fā)射激光元件1的表面發(fā)射激光陣列2，其中所述表 面發(fā)射激光元件l包括導(dǎo)電性GaN襯底10、11I-V族化合物半導(dǎo)體層堆 疊體20、半導(dǎo)體層側(cè)電極15和襯底側(cè)電極11，其中，所述III-V族化 合物半導(dǎo)體層堆疊體20包括形成在導(dǎo)電性GaN襯底10的一個(gè)主表面 10m上的發(fā)射層200，所述半導(dǎo)體層側(cè)電極15形成在III-V族化合物半 導(dǎo)體層堆疊體20的最上層上，所述襯底側(cè)電極11形成在導(dǎo)電性GaN 襯底IO的另一主表面10n上。表面發(fā)射激光陣列2包括導(dǎo)電性GaN多 區(qū)域襯底(導(dǎo)電性GaN襯底10)，所述導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底包括 具有高位錯(cuò)密度和高載流子濃度的高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10a、具有比高 位錯(cuò)高電導(dǎo)區(qū)10a的位錯(cuò)密度低的位錯(cuò)密度的低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b 和具有比高位錯(cuò)高電導(dǎo)區(qū)ioa的位錯(cuò)密度和載流子濃度低的位錯(cuò)密度 和載流子濃度的低位錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū)10c。表面發(fā)射激光陣列2中所包 括的每個(gè)表面發(fā)射激光元件1的發(fā)射層200中載流子流入的發(fā)射區(qū) 200a位于低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b的跨度內(nèi)的上方。
由于第七實(shí)施方式的表面發(fā)射激光陣列2具有在每個(gè)表面發(fā)射激 光元件1中位于低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b的跨度內(nèi)的上方的發(fā)射區(qū) zOua， r丌W'IX1導(dǎo)Y瓶/、汰牙J & zuua tr、j載i!/tt于tnj uu n 7t^m均)J 。 兇此，1更 得發(fā)射區(qū)200a中的發(fā)光是均勻的。第七實(shí)施方式的表面發(fā)射激光陣列 2優(yōu)選具有下面將描述的第七實(shí)施方式-Al或第七實(shí)施方式-A2的結(jié) 構(gòu)，從而每個(gè)表面發(fā)射激光元件1的發(fā)射區(qū)200a位于低位錯(cuò)密度高電 導(dǎo)區(qū)10b的跨度內(nèi)的上方。
(第七實(shí)施方式-Al) 參考圖17A和17B，第七實(shí)施方式的表面發(fā)射激光陣列的實(shí)施例
40是指包括多個(gè)表面發(fā)射激光元件1的表面發(fā)射激光陣列2。表面發(fā)射激
光元件1包括導(dǎo)電性GaN襯底10、 m-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊體20、 半導(dǎo)體層側(cè)電極15和襯底側(cè)電極11，其中，所述m-v族化合物半導(dǎo) 體層堆疊體20包括形成在導(dǎo)電性GaN襯底IO的一個(gè)主表面10m上的 發(fā)射層200，所述半導(dǎo)體層側(cè)電極15形成在III-V族化合物半導(dǎo)體層堆 疊體20的最上層上，所述襯底側(cè)電極11形成在導(dǎo)電性GaN襯底10 的另一主表面10n上。表面發(fā)射激光陣列2包括導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯 底(導(dǎo)電性GaN襯底lO)，該襯底包括具有高位錯(cuò)密度和高載流子濃 度的高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10a、具有比高位錯(cuò)高電導(dǎo)區(qū)10a的位錯(cuò)密度 低的位錯(cuò)密度的低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b以及具有比高位錯(cuò)高電導(dǎo)區(qū) 10a的位錯(cuò)密度和載流子濃度低的位錯(cuò)密度和載流子濃度的低位錯(cuò)密 度低電導(dǎo)區(qū)10c。半導(dǎo)體側(cè)電極形成在低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)的跨度內(nèi)的 上方的位置處，從而表面發(fā)射激光陣列2中所包括的每個(gè)表面發(fā)射激 光元件1的發(fā)射層200中載流子流入的發(fā)射區(qū)200a位于低位錯(cuò)密度高 電導(dǎo)區(qū)10b的跨度內(nèi)的上方。
由于第七實(shí)施方式-Al的表面發(fā)射激光陣列2具有在每個(gè)表面發(fā) 射激光元件1中位于低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b的跨度內(nèi)的上方的發(fā)射 區(qū)200a，所以使得流入發(fā)射區(qū)200a的載流子的面內(nèi)分布是均勻的。因 此，發(fā)射區(qū)200a中的發(fā)光是均勻的。
(第七實(shí)施方式-A2) 參考圖18A和18B，根據(jù)第七實(shí)施方式的表面發(fā)射激光陣列的另 一實(shí)施例是指包括多個(gè)表面發(fā)射激光元件1的表面發(fā)射激光陣列2。表 面發(fā)射激光元件l包括導(dǎo)電性GaN襯底10、ni-V族化合物半導(dǎo)體層堆 疊體20、半導(dǎo)體層側(cè)電極15和襯底側(cè)電極11，其中，所述III-V族化 合物半導(dǎo)體層堆疊體20包括形成在導(dǎo)電性GaN襯底10的一個(gè)主表面 10m上的發(fā)射層200，所述半導(dǎo)體層側(cè)電極15形成在III-V族化合物半 導(dǎo)體層堆疊體20的最上層上，所述襯底側(cè)電極11形成在導(dǎo)電性GaN 襯底10的另一主表面10n上。表面發(fā)射激光陣列2包括導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底(導(dǎo)電性GaN襯底lO)，該襯底包括具有高位錯(cuò)密度和高載 流子濃度的高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10a、具有比高位錯(cuò)高電導(dǎo)區(qū)10a的位 錯(cuò)密度低的位錯(cuò)密度的低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b以及具有比高位錯(cuò)高 電導(dǎo)區(qū)10a的位錯(cuò)密度和載流子濃度低的位錯(cuò)密度和載流子濃度的低 位錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū)10c。在m-v族化合物半導(dǎo)體層堆疊體中20形成載 流子狹窄區(qū)250，從而表面發(fā)射激光陣列2中所包括的每個(gè)表面發(fā)射激 光元件1的發(fā)射層200中載流子流入的發(fā)射區(qū)被限制在低位錯(cuò)密度高 電導(dǎo)區(qū)10b的跨度內(nèi)的上方。
由于第七實(shí)施方式-A2的表面發(fā)射激光陣列2具有在每個(gè)表面發(fā) 射激光元件1中位于低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b的跨度內(nèi)的上方的發(fā)射 區(qū)200a，所以使得流入發(fā)射區(qū)200a的載流子的面內(nèi)分布是均勻的。發(fā) 射區(qū)200a中的發(fā)光是均勻的。
在第七實(shí)施方式的表面發(fā)射激光陣列的導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底 (導(dǎo)電性GaN襯底lO)中，優(yōu)選高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10a是具有至 少lxlO、rr^的位錯(cuò)密度和至少lxlO"cn^的載流子濃度的區(qū)域；低位 錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b是具有小于lxl06cm'2的位錯(cuò)密度和至少 lxlO"cm's的載流子濃度的區(qū)域；以及低位錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū)lOc是具有 小于lxlO、rr^的位錯(cuò)密度和小于lxlO"cm—s的載流子濃度的區(qū)域。由 于表面發(fā)射激光陣列2具有在每個(gè)表面發(fā)射激光元件1中位于低位錯(cuò) 密度高電導(dǎo)區(qū)10b的跨度內(nèi)的上方的發(fā)射區(qū)200a，所述低位錯(cuò)密度高 電導(dǎo)區(qū)10b是具有小于lxlO、m々的位錯(cuò)密度和至少"1018(^3的載流 子濃度的區(qū)域，所以使得流入發(fā)射區(qū)200a的載流子的面內(nèi)分布是均勻 的。因此，發(fā)射區(qū)200a中的發(fā)光是均勻的，并且發(fā)光效率得以提高。
參考圖17A、 18A和18B，第七實(shí)施方式的表面發(fā)射激光陣列2 配置成具有多個(gè)排列在單個(gè)導(dǎo)電性GaN襯底10和III-V族化合物半導(dǎo) 體層堆疊體20的一個(gè)堆疊體上的表面發(fā)射激光元件1的單位元件(使 用一個(gè)堆疊體形成多個(gè)單位元件)。圖17A和17B對(duì)應(yīng)于圖1A和1B
42中所示的表面發(fā)射激光元件的布置，亦即排列在兩行中的單位元件。
此外，圖18A和18B對(duì)應(yīng)于圖2A和2B所示的表面發(fā)射激光元件的布 置，亦即排列在兩行中的單位元件。單位元件中的襯墊電極17被固定 地連接到由金制成的鍵合引線70。通過這種表面發(fā)射激光陣列，可以 得到足夠的激光束功率。
實(shí)施例 (實(shí)施例l)
下面將描述第三實(shí)施方式的表面發(fā)射激光元件的具體實(shí)施例。在 具有以400nm的間隔而形成為條帶狀的Si02膜的籽晶的GaAs襯底 (下層襯底)上，通過HVPE，使用Si作為摻雜劑，晶面生長形成n 型導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底作為導(dǎo)電性GaN襯底10，該襯底包括具有 至少lxlO、m々的位錯(cuò)密度和至少lxlO"cm—s的載流子濃度的高位錯(cuò)密 度高電導(dǎo)區(qū)10a、具有小于lxlO、m^的位錯(cuò)密度和至少lxlO"cm's的 載流子濃度的低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b以及具有小于lxlO、m々的位錯(cuò) 密度和小于^1018(^3的載流子濃度的低位錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū)10c。通過 CL方案測(cè)量每個(gè)區(qū)域的位錯(cuò)密度，以及通過C-V方案和霍爾測(cè)量方案 測(cè)量每個(gè)區(qū)域中的載流子濃度。
參考圖6B，在n型導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底(導(dǎo)電性GaN襯底10) 的一個(gè)主表面10m上形成有包括發(fā)射層200的m-V族化合物半導(dǎo)體層 堆疊體20。在該III-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊體20的最上層上形成有 環(huán)形半導(dǎo)體層側(cè)電極15。在該n型導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底IO(導(dǎo)電性 GaN襯底lO)的另一主表面10n上形成有襯底側(cè)電極11。發(fā)射層200 的發(fā)射區(qū)200a被設(shè)置在低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b的跨度內(nèi)的上方。
通過MOCVD (金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積)形成III-V族化合物半導(dǎo) 體層堆疊體20。具體地說，如下所述形成III-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊 體20。首先，在n型導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底(導(dǎo)電性GaN襯底10)上 形成n型GaN緩沖層作為緩沖層201。在緩沖層201上形成BDR213。 對(duì)于該BDR213，采用Alo.3Gao.7N/GaN多層結(jié)構(gòu)(具有交替地層疊的 Alo,3Gao.7N層和GaN層的層狀結(jié)構(gòu))。每一組(一對(duì))A1Q.3GQ.7N層和 GaN層的總厚度大約是86nm，并且制造60對(duì)多層結(jié)構(gòu)。在該DBR 213 上形成n型熔覆層215。對(duì)于發(fā)射層200，在熔覆層215上形成 Gao.9lncuN/GaN多量子阱結(jié)構(gòu)。具體地說，形成具有交替地層疊的 Ga0.9In(nN和GaN層的多層結(jié)構(gòu)。在該發(fā)射層200上，形成具有類似 于上述熔覆層215的結(jié)構(gòu)的p型熔覆層225。 N型熔覆層215是n型 Alo.!5Gao.85N熔覆層，p型熔覆層225是p型Alo.15GaG.85N熔覆層。
然后，在p型熔覆層225上形成p型接觸層227。該p型接觸層 227是p+型GaN接觸層。在該p型接觸層227上設(shè)置由Si02絕緣體形 成的電流狹窄層250a。電流狹窄層250a被形成為使得由電流狹窄層 250a規(guī)定的發(fā)射區(qū)200a(由通過電流狹窄層250a形成的具有圓形平面 形狀的開口所限定的區(qū)域)位于導(dǎo)電性GaN襯底IO中的低位錯(cuò)密度高 電導(dǎo)區(qū)10b的跨度內(nèi)的上方。發(fā)射區(qū)200a的直徑D是5pm。在電流狹 窄層250a上形成具有與上述p型接觸層227的組成相同的組成的p型 接觸層229。
然后，在p型接觸層229上形成環(huán)形半導(dǎo)體側(cè)電極15 (p側(cè)電極) 和介電鏡103。在n型導(dǎo)電性GaN襯底10的另一主表面10n上形成襯 底側(cè)電極ll (n側(cè)電極)。因此，得到本實(shí)施例的表面發(fā)射激光元件。 對(duì)于介電鏡103，采用對(duì)于420nm左右的光波長具有99%的反射率的 ZnS/MgF2多層膜(12對(duì))。介電鏡103被形成為使得介電鏡103的形 成區(qū)103包括發(fā)射區(qū)200a的整體。布置成圍繞介電鏡103的環(huán)形半導(dǎo) 體側(cè)電極15被用來將電流引入上述發(fā)射區(qū)。
在施加電流到該得到的表面發(fā)射激光元件時(shí)，觀察到至少8kA/cm2 的電流密度下的激光振蕩，并且它的發(fā)光是均勻的。
44(比較例1)
除了將電流狹窄層250形成為使得發(fā)射區(qū)200a位于導(dǎo)電性GaN 襯底10的低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b和低位錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū)10c的跨度 內(nèi)的上方之外，用類似于實(shí)施例1的方式得到表面發(fā)射激光元件。位 于發(fā)射區(qū)200a的跨度內(nèi)的下方的低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b與低位錯(cuò)密 度低電導(dǎo)區(qū)10c的面積比是3:l。在施加電流到該得到的表面發(fā)射激光 元件時(shí)，觀察到至少7.5kA/cr^的電流密度下的激光振蕩，并且它的發(fā) 光是不均勻的。
(實(shí)施例2)
下面將描述第四實(shí)施方式的表面發(fā)射激光元件的具體實(shí)施例。首 先，制備具有類似于實(shí)施例1的性能的導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底(導(dǎo)電 性GaN襯底lO)。然后，參考圖7B，在n型導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底 (導(dǎo)電性GaN襯底10)的一個(gè)主表面10m上形成包括發(fā)射區(qū)200的 III-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊體20。在該III-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊 體20的最上層上形成環(huán)形半導(dǎo)體層側(cè)電極15。在該n型導(dǎo)電性GaN 多區(qū)域襯底IO(導(dǎo)電性GaN襯底10)的另一主表面10n上形成襯底側(cè) 電極11。發(fā)射層200的發(fā)射區(qū)200a被設(shè)定成位于低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū) 10b的跨度內(nèi)的上方。
通過MOCVD (金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積)形成III-V族化合物半導(dǎo)
體層堆疊體20。具體地說，如下所述形成in-v族化合物半導(dǎo)體層堆疊
體20。
用類似于實(shí)施例l的方式，在n型導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底(導(dǎo)電 性GaN襯底10)上順次形成緩沖層201 (n型GaN緩沖層)、BDR213 (60對(duì)Alo.3Gac).7N/GaN的多層結(jié)構(gòu)；每對(duì)Alo.3Gao.7N層和GaN層的總 厚度大約是80nm) 、 n型熔覆層215 (n型AlQ.15Ga().85N熔覆層)、發(fā) 射層200 (Ga。.9ln(uN/GaN多量子阱結(jié)構(gòu))以及p型熔覆層225 (p型Al(U5Gao.85N熔覆層)。
然后，在p型熔覆層225上形成DBR 223。 DBR 213采用60對(duì) Al0.3Gao.7N/GaN的多層結(jié)構(gòu)(具有交替地層疊的Alo.3Ga。.7N層和GaN 層的多層結(jié)構(gòu))，即與DBR213相同的結(jié)構(gòu)。每對(duì)Al(uGa(uN層和GaN 層的總厚度大約是80nm。在DBR 223上形成P+型GaN接觸層作為p 型接觸層229。然后，通過臺(tái)面蝕刻和離子注入，選擇部分絕緣，在部 分p型熔覆層225和DBR 223處形成絕緣區(qū)250b。絕緣區(qū)250b被形 成為使得由絕緣區(qū)250b規(guī)定的發(fā)射區(qū)200a (由通過電流狹窄層250a 形成的具有圓形平面形狀的開口所限定的區(qū)域)位于導(dǎo)電性GaN襯底 10中所包括的低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b的跨度內(nèi)的上方。發(fā)射區(qū)200a 的直徑D是5pm。然后，在p型接觸層229上形成環(huán)形半導(dǎo)體側(cè)電極 15 (p側(cè)電極)。在導(dǎo)電性GaN襯底IO的另一主表面10n上形成襯底 側(cè)電極ll (n側(cè)電極)。因此，得到本實(shí)施例的表面發(fā)射激光元件。
在施加電流到該得到的表面發(fā)射激光元件時(shí)，觀察到至少6kA/cm2 的電流密度下的激光振蕩，并且它的發(fā)光是不均勻的。
(實(shí)施例3)
下面將描述第五實(shí)施方式的表面發(fā)射激光元件的具體實(shí)施例。首 先，制備具有類似于實(shí)施例1的性能的導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底(導(dǎo)電 性GaN襯底lO)。然后，參考圖8B，在n型導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底 (導(dǎo)電性GaN襯底10)的一個(gè)主表面10m上形成包括發(fā)射區(qū)200的 III-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊體20。在該III-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊 體20的最上層上形成環(huán)形半導(dǎo)體層側(cè)電極15。在該n型導(dǎo)電性GaN 多區(qū)域襯底10(導(dǎo)電導(dǎo)電性GaN襯底10)的另一主表面10n上形成襯 底側(cè)電極11。發(fā)射層200的發(fā)射區(qū)200a被設(shè)定成位于低位錯(cuò)密度高電 導(dǎo)區(qū)10b的跨度內(nèi)的上方。
通過MOCVD (金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積)，形成III-V族化合物半
46導(dǎo)體層堆疊體20。具體地說，如下所述形成III-V族化合物半導(dǎo)體層堆
疊體20。
參考圖10，在導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底(導(dǎo)電性GaN襯底lO)上 順次形成緩沖層(未示出)(n型GaN緩沖層)、n型熔覆層215 (n 型Alo.15Gao.85N熔覆層)、發(fā)射層200(Gao.9ln(uN/GaN多量子阱結(jié)構(gòu))、 p型熔覆層225 (p型Alo.15Ga().85N熔覆層)以及用以形成光子晶體的 晶體層233a (GaN層)。
參考圖11，通過電子束曝光，在晶體層233a上形成預(yù)定圖案的抗 蝕齊ij 30。具體地說，涂秦女用于電子束曝光的光致抗蝕齊!j (ZEP520: Zeon 公司的產(chǎn)品)，并使用電子束曝光機(jī)繪制微孔的抗蝕劑圖案?？刮g劑 30的圖案為正方形晶格，對(duì)應(yīng)于間隔0.16inm直徑為0.06nm的微孔。
參考圖12，使用抗蝕劑30作為掩模，通過ICP ((感應(yīng)耦合等離 子體)-RIE (反應(yīng)離子蝕刻)蝕刻晶體層233a。在晶體層233a中的預(yù) 定位置處形成O.lpm深度的衍射光柵孔233b，從而形成光子晶體層 233。因此，得到第一堆疊體21。使用氯氣和少量稀有氣體的混合氣體 作為蝕刻氣體，在約0.4Pa的高真空中進(jìn)行蝕刻。由此，可以執(zhí)行高平 坦性和垂直性的蝕刻。
參考圖13，除圖12的第一堆疊體21之外，通過MOCVD，在下 層襯底40 (藍(lán)寶石襯底)上形成剝離層41 (Ino.4Gao.6N層)、p型接觸 層229 (p+型GaN接觸層)以及p型熔覆層226 (p型Alai5Ga0.85N熔 覆層)，從而得到第二堆疊體22。
參考圖14，第一堆疊體21與第二堆疊體22熔接成使得第一堆疊 體21的光子晶體層233面對(duì)第二堆疊體22的p型熔覆層226。該熔接 在700°C的溫度下在氮?dú)猸h(huán)境中進(jìn)行。參考圖15，對(duì)于橫向蝕刻，施加激光束到剝離層41，由此有選擇
地去除剝離層22。因此，使p型接觸層229與下層襯底40分離，所述 p型接觸層229是III-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊體20的最上層。結(jié)果， 接觸層229的頂表面被露出作為發(fā)光面。
參考圖8B，在p型接觸層229上，在低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10的 跨度內(nèi)的上方的位置處形成半導(dǎo)體側(cè)電極，使得發(fā)射層200的發(fā)射區(qū) 200a位于導(dǎo)電性GaN襯底10中的低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b的跨度內(nèi) 的上方。然后，在導(dǎo)電性GaN襯底10n的另一主表面10上形成襯底側(cè) 電極ll (n側(cè)電極)，從而得到本實(shí)施例的表面發(fā)射激光元件。
在施加電流到該得到的表面發(fā)射激光元件時(shí)，觀察到至少5kA/cm2 的電流密度下的激光振蕩，并且它的發(fā)光是均勻的。
如上所述，在表面發(fā)射激光元件1的制造中，制備導(dǎo)電性GaN多 區(qū)域襯底作為導(dǎo)電性GaN襯底10,該襯底包括具有高位錯(cuò)密度和高載 流子濃度的高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10a、具有比高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)的位 錯(cuò)密度低的位錯(cuò)密度的低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)10b以及具有比高位錯(cuò)高 電導(dǎo)區(qū)的位錯(cuò)密度和載流子濃度低的位錯(cuò)密度和載流子濃度的低位錯(cuò) 密度低電導(dǎo)區(qū)10c。在該導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底(導(dǎo)電性GaN襯底10) 上形成III-V族化合物半導(dǎo)體層疊20，使得發(fā)射層中所包括的發(fā)射區(qū)位 于該低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)的跨度內(nèi)的上方。因而，流入發(fā)射區(qū)的電流 是均勻的。因此，可以以良好的成品率得到在發(fā)射區(qū)中具有均勻的發(fā) 光的表面發(fā)射激光元件1。
48
權(quán)利要求
1. 一種表面發(fā)射激光元件(1)的制造方法，包括制備導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底的步驟，所述導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底作為導(dǎo)電性GaN襯底(10)包括高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)(10a)、低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)(10b)以及低位錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū)(10c)，所述高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)(10a)具有高的位錯(cuò)密度和載流子濃度，所述低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)(10b)具有比所述高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)(10a)的位錯(cuò)密度低的位錯(cuò)密度，所述低位錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū)(10c)具有比所述高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)(10a)的位錯(cuò)密度和載流子濃度低的位錯(cuò)密度和載流子濃度，半導(dǎo)體層堆疊體形成步驟，在所述導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底的一個(gè)主表面(10m)上形成包括發(fā)射層(200)的III-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊體(20)，以及，電極形成步驟，在所述III-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊體(20)的最上層上形成半導(dǎo)體層側(cè)電極(15)，以及在所述導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底的另一主表面(10n)上形成襯底側(cè)電極(11)，其中，所述III-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊體(20)、所述半導(dǎo)體側(cè)電極(15)和所述襯底側(cè)電極(11)被形成為使得在所述發(fā)射層(200)中的流入載流子的發(fā)射區(qū)(200a)被限制位于所述低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)(10b)的跨度內(nèi)的上方。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面發(fā)射激光元件的制造方法，其中， 在所述電極形成步驟中，在所述低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)(10b)的跨度內(nèi)的上方的位置處形成所述半導(dǎo)體側(cè)電極(15)，使得所述發(fā)射區(qū) (200a)被限制位于所述低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)(10b)的跨度內(nèi)的上方。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的表面發(fā)射激光元件的制造方法，其中， 在所述半導(dǎo)體層堆疊體形成步驟中，在所述ni-v族化合物半導(dǎo)體層堆疊體(20)中形成載流子狹窄區(qū)(250)，使得所述發(fā)射區(qū)(200a) 被限制位于所述低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)(10b)的跨度內(nèi)的上方。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的表面發(fā)射激光元件的制造方法，其中，將所述高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)(10a)形成為點(diǎn)狀，所述高位錯(cuò)密度 高電導(dǎo)區(qū)(10a)的每個(gè)點(diǎn)被布置在所述導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底的主表 面(10m)上的具有晶格常數(shù)Pd的周期性三角形晶格點(diǎn)或正方形晶格 點(diǎn)上，并且所述低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)(10b)是從圍繞所述每個(gè)點(diǎn)的中心的、 半徑為PD/2的圓形區(qū)中除所述每個(gè)點(diǎn)之外的區(qū)域。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的表面發(fā)射激光元件的制造方法，其中， 將所述高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)(10a)形成為條帶狀，所述高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)(10a)的每一條帶以周期性間隔Ps布置在所述導(dǎo)電性GaN 多區(qū)域襯底的主表面(10m)上，并且所述低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)(10b)是從所述導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯 底的整個(gè)區(qū)域中除所述每一條帶和所述低位錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū)(10c)之 外的區(qū)域，其中所述低位錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū)(10c)被形成為具有位于距 所述每一條帶的中心Ps/2處的中心。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的表面發(fā)射激光元件的制造方法，其中， 所述高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)(10a)是具有至少lxlO、n^的位錯(cuò)密度和至少lxlO"cn^的載流子濃度的區(qū)域，所述低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)(10b)是具有小于1><10、111—2的位錯(cuò)密 度和至少lxlO"cm—s的載流子濃度的區(qū)域，以及，所述低位錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū)(10c)是具有小于lxlO、m々的位錯(cuò)密 度和小于lxlO"cn^的載流子濃度的區(qū)域。
7. —種表面發(fā)射激光元件，包括導(dǎo)電性GaN襯底(10) ; III-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊體(20)， 所述III-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊體(20)包括形成在所述導(dǎo)電性GaN 襯底(10)的一個(gè)主表面(10m)上的發(fā)射層(200);半導(dǎo)體層側(cè)電極(15)，所述半導(dǎo)體層側(cè)電極(15)形成在所述III-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊體(20)的最上層上；以及，襯底側(cè)電極(11)，所述襯底側(cè)電極(11)形成在所述導(dǎo)電性GaN襯底(10)的另一主表面(10n) 上，其中，所述導(dǎo)電性GaN襯底(10)包括具有小于1><106()111'2的位錯(cuò)密度 和至少lxlO"cm—s的載流子濃度的低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)(10b);在所述發(fā)射層(200)中的流入載流子的發(fā)射區(qū)(200a)位于所述 低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)(10b)的跨度內(nèi)的上方。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的表面發(fā)射激光元件，其中， 所述半導(dǎo)體側(cè)電極(15)形成在所述低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)(10b)的跨度內(nèi)的上方的位置處，使得所述發(fā)射區(qū)(200a)位于所述低位錯(cuò)密 度高電導(dǎo)區(qū)(10b)的跨度內(nèi)的上方。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的表面發(fā)射激光元件，其中， 在所述III-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊體(20)中形成有載流子狹窄區(qū)(250)，使得所述發(fā)射區(qū)(200a)位于所述低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)(10b) 的跨度內(nèi)的上方。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的表面發(fā)射激光元件，其中， 所述導(dǎo)電性GaN襯底(10)還包括具有至少lxlOecm々的位錯(cuò)密度和至少lxl018Cm—3的載流子濃度的高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)(10a)以及 具有小于lxl06cm—2的位錯(cuò)密度和小于lxl018cm—3的載流子濃度的低位 錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū)(10c)中的至少一個(gè)。
11. 一種表面發(fā)射激光陣列(2)的制造方法，所述表面發(fā)射激光 陣列(2)包括多個(gè)表面發(fā)射激光元件(1)，所述制造方法包括制備導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底的步驟，所述導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底 作為導(dǎo)電性GaN襯底(10)包括高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)(10a)、低位錯(cuò) 密度高電導(dǎo)區(qū)(10b)以及低位錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū)(10c)，所述高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)(10a)具有高的位錯(cuò)密度和載流子濃度，所述低位錯(cuò)密度 高電導(dǎo)區(qū)(10b)具有比所述高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)(10a)的位錯(cuò)密度低 的位錯(cuò)密度，所述低位錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū)(10c)具有比所述高位錯(cuò)密度 高電導(dǎo)區(qū)(10a)的位錯(cuò)密度和載流子濃度低的位錯(cuò)密度和載流子濃度，半導(dǎo)體層堆疊體形成步驟，在所述導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底的一個(gè) 主表面(10m)上形成包括發(fā)射層(200)的III-V族化合物半導(dǎo)體層堆 疊體(20)，以及，電極形成步驟，在所述III-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊體(20)的最 上層上形成半導(dǎo)體層側(cè)電極(15)，以及在所述導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯 底的另一主表面(10n)上形成襯底側(cè)電極(11)，其中，所述III-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊體(20)、所述半導(dǎo)體層 側(cè)電極(15)和所述襯底側(cè)電極(11)被形成為使得在所述表面發(fā) 射激光陣列(2)中所包括的每個(gè)所述表面發(fā)射激光元件(1)的所述 發(fā)射層(200)中的流入載流子的發(fā)射區(qū)(200a)被限制位于所述低位 錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)(10b)的跨度內(nèi)的上方。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的表面發(fā)射激光陣列的制造方法，其中， 在所述電極形成步驟中，在所述低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)U0b)的跨度內(nèi)的上方的位置處形成半導(dǎo)體側(cè)電極(15)，使得所述發(fā)射區(qū)(200a) 被限制在位于所述低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)(10b)的跨度內(nèi)的上方。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的表面發(fā)射激光陣列的制造方法，其中， 在所述半導(dǎo)體層堆疊體形成步驟中，在所述III-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊體(20)中形成載流子狹窄區(qū)(250)，使得所述發(fā)射區(qū)(200a) 被限制位于所述低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)(10b)的跨度內(nèi)的上方。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的表面發(fā)射激光陣列的制造方法，其中， 所述高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)(10a)形成為點(diǎn)狀，所述高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)(10a)的每個(gè)點(diǎn)被布置在所述導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底的主表面 (10m)上的具有晶格常數(shù)Pd的周期性三角形晶格點(diǎn)或正方形晶格點(diǎn)上，并且所述低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)(10b)是從圍繞所述每個(gè)點(diǎn)的中心的、半徑為PD/2的圓形區(qū)中除所述每個(gè)點(diǎn)之外的區(qū)域。
15. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的表面發(fā)射激光陣列的制造方法，其中， 將所述高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)(10a)形成為條帶狀，所述高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)(10a)的每一條帶以周期性間隔Ps布置在所述導(dǎo)電性GaN 多區(qū)域襯底的主表面(10m)上，并且所述低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)(10b)是從所述導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯 底的整個(gè)區(qū)域除所述每一條帶和所述低位錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū)(10c)之外 的區(qū)域，其中所述低位錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū)(10c)被形成為具有位于距所 述每一條帶的中心Ps/2處的中心。
16. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的表面發(fā)射激光陣列的制造方法，其中， 所述高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)(10a)是具有至少1><106(^1—2的位錯(cuò)密度和至少lxl018cm—3的載流子濃度的區(qū)域，所述低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)(10b)是具有小于1"06咖'2的位錯(cuò)密 度和至少lxlO"cm's的載流子濃度的區(qū)域，以及，所述低位錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū)(10c)是具有小于lxlO、m^的位錯(cuò)密 度和小于lxlO"cm's的載流子濃度的區(qū)域。
17. —種表面發(fā)射激光陣列(2)，其包括多個(gè)表面發(fā)射激光元件 (O ，所述表面發(fā)射激光元件(1)包括導(dǎo)電性GaN襯底(10) ; m-V 族化合物半導(dǎo)體層堆疊體(20)，所述III-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊體(20)包括形成在所述導(dǎo)電性GaN襯底(10)的一個(gè)主表面(10m) 上的發(fā)射層(200);半導(dǎo)體層側(cè)電極(15)，所述半導(dǎo)體層側(cè)電極(15) 形成在所述III-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊體(20)的最上層上；以及， 襯底側(cè)電極(n)，所述襯底側(cè)電極(11)形成在所述導(dǎo)電性GaN襯 底(10)的另一主表面(10n)上，所述表面發(fā)射激光陣列(2)包括導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底，該導(dǎo) 電性GaN多區(qū)域襯底包括高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)(10a)、低位錯(cuò)密度高 電導(dǎo)區(qū)(10b)以及低位錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū)(10c)，所述高位錯(cuò)密度高電 導(dǎo)區(qū)(10a)具有高的位錯(cuò)密度和載流子濃度，所述低位錯(cuò)密度高電導(dǎo) 區(qū)(10b)具有比所述高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)(10a)的位錯(cuò)密度低的位錯(cuò) 密度，所述低位錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū)(10c)具有比所述高位錯(cuò)密度高電導(dǎo) 區(qū)(10a)的位錯(cuò)密度和載流子濃度低的位錯(cuò)密度和載流子濃度，其中，在所述表面發(fā)射激光陣列(2)中所包括的每個(gè)所述表面發(fā) 射激光元件(1)的所述發(fā)射層(200)中的流入載流子的發(fā)射區(qū)(200a) 位于所述低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)(10b)的跨度內(nèi)的上方。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的表面發(fā)射激光陣列，其中， 所述半導(dǎo)體側(cè)電極(15)形成在所述低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)(10b)的跨度內(nèi)的上方的位置處，使得所述發(fā)射區(qū)(200a)位于所述低位錯(cuò)密 度高電導(dǎo)區(qū)(10b)的跨度內(nèi)的上方。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的表面發(fā)射激光陣列，其中， 在所述III-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊體(20)中形成有載流子狹窄區(qū)(250)，使得所述發(fā)射區(qū)(200)位于所述低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)(10b) 的跨度內(nèi)的上方。
20. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的表面發(fā)射激光陣列，其中， 所述高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)(10a)是具有至少1><10、111—2的位錯(cuò)密度和至少lxlO"cm—s的載流子濃度的區(qū)域，所述低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)(10b)是具有小于lxl0Vn^的位錯(cuò)密 度和至少lxlO"cn^的載流子濃度的區(qū)域，以及，所述低位錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū)(10c)是具有小于lxlO、n^的位錯(cuò)密 度和小于lxlO"cn^的載流子濃度的區(qū)域。
全文摘要
一種表面發(fā)射激光元件(1)的制造方法，包括制備導(dǎo)電性GaN多區(qū)域襯底作為導(dǎo)電性GaN襯底(10)的步驟，所述襯底包括高位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)(10a)、低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)(10b)和低位錯(cuò)密度低電導(dǎo)區(qū)(10c)；在襯底上形成多個(gè)包括發(fā)射層(200)的III-V族化合物半導(dǎo)體層堆疊體(20)的半導(dǎo)體層堆疊體形成步驟；以及形成半導(dǎo)體側(cè)電極(15)和襯底側(cè)電極(11)的電極形成步驟。半導(dǎo)體層和電極被形成為使得發(fā)射層(200)中載流子流入的發(fā)射區(qū)(200a)位于低位錯(cuò)密度高電導(dǎo)區(qū)(10b)的跨度內(nèi)的上方。因此，能以良好的成品率得到在發(fā)射區(qū)中具有均勻的發(fā)光的表面發(fā)射激光元件。
文檔編號(hào)H01S5/183GK101501946SQ20078002993
公開日2009年8月5日 申請(qǐng)日期2007年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月11日
發(fā)明者中西文毅, 松原秀樹, 松川真治, 齊藤裕久 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社