(57)【要約】【課題】伝導放熱性に優れた垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法、垂直共振器型面発光レーザ素子、距離センサ及び電子機器を提供すること。【解決手段】本技術に係る垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法は、支持基板上に、誘電体ＤＢＲ層及び第１の接合用誘電体層を順に積層して第１の基板を作成する。半導体基板上に、半導体ＤＢＲ層、電流狭窄層、活性層、コンタクト層及び第２の接合用誘電体層を順に積層して第２の基板を作成する。上記接合用誘電体層を接合する。上記第１の基板と上記第２の基板の接合体をアニールする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板上に、誘電体ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）層及び第１の接合用誘電体層を順に積層して第１の基板を作成し、
半導体基板上に、半導体ＤＢＲ層、電流狭窄層、活性層、コンタクト層及び第２の接合用誘電体層を順に積層して第２の基板を作成し、
前記第１の接合用誘電体層と前記第２の接合用誘電体層を接合し、
前記第１の基板と前記第２の基板の接合体をアニールする
垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法であって、
前記第１の接合用誘電体層と前記第２の接合用誘電体層を接合する工程では、前記第１の接合用誘電体層及び前記第２の接合用誘電体層にプラズマを照射した後、前記第１の接合用誘電体層と前記第２の接合用誘電体層を接合させるプラズマ接合を行う
垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法であって、
前記誘電体ＤＢＲ層は、第１の材料からなる第１の層と第２の材料からなる第２の層を交互に積層して構成され、前記第１の層と前記第２の層は少なくとも一方の熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上である
垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法であって、
前記誘電体ＤＢＲ層は、第１の材料からなる第１の層と第２の材料からなる第２の層を交互に積層して構成され、前記第１の層と前記第２の層は少なくとも一方の屈折率が２以上である
垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
【請求項５】
請求項１に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法であって、
前記誘電体ＤＢＲ層は、第１の材料からなる第１の層と第２の材料からなる第２の層を交互に積層して構成され、前記第１の層と前記第２の層は少なくとも一方の熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上であり、かつ少なくとも一方の屈折率が２以上である
垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
【請求項６】
請求項１に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法であって、
前記第１の接合用誘電体層は、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ及びＡｌ２Ｏ３のいずれかからなり、
前記第２の接合用誘電体層は前記第１の接合用誘電体層と同じ材料からなる
垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
【請求項７】
請求項３に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法であって、
前記第１の材料はＳｉＯ２であり、
前記第２の材料はＳｉ３Ｎ４である
垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
【請求項８】
請求項３に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法であって、
前記第１の材料はＳｉ３Ｎ４であり、
前記第２の材料はＴｉＯ２である
垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
【請求項９】
請求項４に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法であって、
前記第１の材料はＳｉＯ２であり、
前記第２の材料はＴａ２Ｏ５である
垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
【請求項１０】
請求項４に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法であって、
前記第１の材料はＳｉＯ２であり、
前記第２の材料はＴｉＯ２である
垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
【請求項１１】
支持基板と、
前記支持基板上の誘電体ＤＢＲ層と、
前記誘電体ＤＢＲ層上の接合用誘電体層と、
前記接合用誘電体層上の第１のコンタクト層と、
前記第１のコンタクト層上の活性層と、
前記活性層上の狭窄層と、
前記狭窄層上の半導体ＤＢＲ層と、
前記半導体ＤＢＲ層上の第２のコンタクト層
からなる積層体を具備する垂直共振器型面発光レーザ素子。
【請求項１２】
請求項１１に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
前記誘電体ＤＢＲ層は、第１の材料からなる第１の層と第２の材料からなる第２の層を交互に積層して構成され、前記第１の層と前記第２の層は少なくとも一方の熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上である
垂直共振器型面発光レーザ素子。
【請求項１３】
請求項１１に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
前記誘電体ＤＢＲ層は、第１の材料からなる第１の層と第２の材料からなる第２の層を交互に積層して構成され、前記第１の層と前記第２の層は少なくとも一方の屈折率が２以上である
垂直共振器型面発光レーザ素子。
【請求項１４】
請求項１１に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
前記誘電体ＤＢＲ層は、第１の材料からなる第１の層と第２の材料からなる第２の層を交互に積層して構成され、前記第１の層と前記第２の層は少なくとも一方の熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上であり、かつ少なくとも一方の屈折率が２以上である
垂直共振器型面発光レーザ素子。
【請求項１５】
支持基板と、前記支持基板上の誘電体ＤＢＲ層と、前記誘電体ＤＢＲ層上の接合用誘電体層と、前記接合用誘電体層上の第１のコンタクト層と、前記第１のコンタクト層上の活性層と、前記活性層上の狭窄層と、前記狭窄層上の半導体ＤＢＲ層と、前記半導体ＤＢＲ層上の第２のコンタクト層からなる積層体を備える垂直共振器型面発光レーザ素子
を具備する距離センサ。
【請求項１６】
支持基板と、前記支持基板上の誘電体ＤＢＲ層と、前記誘電体ＤＢＲ層上の接合用誘電体層と、前記接合用誘電体層上の第１のコンタクト層と、前記第１のコンタクト層上の活性層と、前記活性層上の狭窄層と、前記狭窄層上の半導体ＤＢＲ層と、前記半導体ＤＢＲ層上の第２のコンタクト層からなる積層体を備える垂直共振器型面発光レーザ素子
を具備する電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、半導体レーザ素子である垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法、垂直共振器型面発光レーザ素子、距離センサ及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting LASER）素子は半導体レーザ素子の一種であり、基板面に垂直方向に光を共振させ、同方向にレーザ光を出射する素子である。【０００３】
ＶＣＳＥＬ素子の構造として、例えば非特許文献１には、化合物半導体発光層を挟んで共振器を形成する一対のＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector：分布ブラッグ反射鏡）を備えるＶＣＳＥＬ素子が開示されている。【０００４】
一方のＤＢＲは、ＶＣＳＥＬ素子にＡｌＧａＡｓのＡｌ組成を変えた屈折率の異なる層が交互に２０層程度積層されて形成され、他方のＤＢＲはシリコン基板側にＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５を交互に２０層程度積層されて形成されている。【０００５】
このＶＣＳＥＬ素子は、それぞれ上記ＤＢＲを形成した化合物半導体基板とシリコン基板をＢＣＢ（ベンゼンシクロブテン）樹脂によって接合することにより形成されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Silicon-Integrated Hybrid-Cavity 850-nm VCSELs by Adhesive Bonding: Impact of Bonding Interface Thickness on Laser Performance, IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS, VOL. 23, NO. 6, NOVEMBER/DECEMBER 2017
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記非特許文献１に記載のＶＣＳＥＬ素子はＢＣＢ樹脂やＳｉＯ２とＴａ２Ｏを積層したＤＢＲの熱抵抗が大きい。このため、レーザ発光により生じた熱がＶＣＳＥＬ素子から放出されにくく、高温により素子特性が悪化するおそれがある。【０００８】
以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、伝導放熱性に優れた垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法、垂直共振器型面発光レーザ素子、距離センサ及び電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本技術に係る垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法は、支持基板上に、誘電体ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）層及び第１の接合用誘電体層を順に積層して第１の基板を作成する。
半導体基板上に、半導体ＤＢＲ層、電流狭窄層、活性層、コンタクト層及び第２の接合用誘電体層を順に積層して第２の基板を作成する。
上記接合用誘電体層を接合する。
上記第１の基板と上記第２の基板の接合体をアニールする。【００１０】
この製造方法によれば、第１の基板と第２の基板を熱伝導率が大きい誘電体層（第１の接合用誘電体層と第２の接合用誘電体層）によって接合することができ、垂直共振器型面発光レーザ素子の伝導放熱性を良好なものとすることができる。【００１１】
上記第１の接合用誘電体層と上記第２の接合用誘電体層を接合する工程では、上記第１の接合用誘電体層及び上記第２の接合用誘電体層にプラズマを照射した後、上記第１の接合用誘電体層と上記第２の接合用誘電体層を接合させるプラズマ接合を行ってもよい。【００１２】
第１の接合用誘電体層と第２の接合用誘電体層はプラズマ接合によって接合摺ること画可能である。【００１３】
上記誘電体ＤＢＲ層は、第１の材料からなる第１の層と第２の材料からなる第２の層を交互に積層して構成され、上記第１の層と上記第２の層は少なくとも一方の熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上であってもよい。【００１４】
誘電体ＤＢＲ層を構成する第１の層と第２の層は、少なくとも一方を熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上の材料により形成することで誘電体ＤＢＲ層の熱抵抗を小さくし、垂直共振器型面発光レーザ素子の伝導放熱性をさらに良好なものとすることができる。【００１５】
上記誘電体ＤＢＲ層は、第１の材料からなる第１の層と第２の材料からなる第２の層を交互に積層して構成され、上記第１の層と上記第２の層は少なくとも一方の屈折率が２以上であってもよい。【００１６】
誘電体ＤＢＲ層を構成する第１の層と第２の層は、少なくとも一方を屈折率が２以上熱伝導率が２以上の材料により形成することで必要な厚みを薄くすることができ、誘電体ＤＢＲ層の熱抵抗を小さくし、垂直共振器型面発光レーザ素子の伝導放熱性をさらに良好なものとすることができる。【００１７】
上記誘電体ＤＢＲ層は、第１の材料からなる第１の層と第２の材料からなる第２の層を交互に積層して構成され、上記第１の層と上記第２の層は少なくとも一方の熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上であり、かつ少なくとも一方の屈折率が２以上であってもよい。【００１８】
上記第１の接合用誘電体層は、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ及びＡｌ２Ｏ３のいずれかからなり、上記第２の接合用誘電体層は上記第１の接合用誘電体層と同じ材料からなるものであってもよい。【００１９】
上記第１の材料はＳｉＯ２であり、上記第２の材料はＳｉ３Ｎ４であってもよい。【００２０】
上記第１の材料はＳｉ３Ｎ４であり、上記第２の材料はＴｉＯ２であってもよい。【００２１】
上記第１の材料はＳｉＯ２であり、上記第２の材料はＴａ２Ｏ５であってもよい。【００２２】
上記第１の材料はＳｉＯ２であり、上記第２の材料はＴｉＯ２であってもよい。【００２３】
上記目的を達成するため、本技術に係る垂直共振器型面発光レーザ素子は、支持基板と、誘電体ＤＢＲ層と、接合用誘電体層と、第１のコンタクト層と、活性層と、狭窄層と、半導体ＤＢＲ層と、第２のコンタクト層からなる積層体を具備する。
上記誘電体ＤＢＲ層は、上記支持基板上に設けられている。
上記接合用誘電体層は、上記誘電体ＤＢＲ層上に設けられている。
上記第１のコンタクト層は、上記接合用誘電体層上に設けられている。
上記活性層は、上記第１のコンタクト層上に設けられている。
上記狭窄層は、上記活性層上に設けられている
上記半導体ＤＢＲ層は、上記狭窄層上に設けられている。
上記第２のコンタクト層は、上記半導体ＤＢＲ層上に設けられている。【００２４】
上記誘電体ＤＢＲ層は、第１の材料からなる第１の層と第２の材料からなる第２の層を交互に積層して構成され、上記第１の層と上記第２の層は少なくとも一方の熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上であってもよい。【００２５】
上記誘電体ＤＢＲ層は、第１の材料からなる第１の層と第２の材料からなる第２の層を交互に積層して構成され、上記第１の層と上記第２の層は少なくとも一方の屈折率が２以上であってもよい。【００２６】
上記誘電体ＤＢＲ層は、第１の材料からなる第１の層と第２の材料からなる第２の層を交互に積層して構成され、上記第１の層と上記第２の層は少なくとも一方の熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上であり、かつ少なくとも一方の屈折率が２以上であってもよい。【００２７】
上記目的を達成するため、本技術に係る距離センサは、垂直共振器型面発光レーザ素子を具備する。
上記垂直共振器型面発光レーザ素子は、支持基板と、上記支持基板上の誘電体ＤＢＲ層と、上記誘電体ＤＢＲ層上の接合用誘電体層と、上記接合用誘電体層上の第１のコンタクト層と、上記第１のコンタクト層上の活性層と、上記活性層上の狭窄層と、上記狭窄層上の半導体ＤＢＲ層と、上記半導体ＤＢＲ層上の第２のコンタクト層からなる積層体を備える。【００２８】
上記目的を達成するため、本技術に係る電子機器は、垂直共振器型面発光レーザ素子を具備する。
上記垂直共振器型面発光レーザ素子は、支持基板と、上記支持基板上の誘電体ＤＢＲ層と、上記誘電体ＤＢＲ層上の接合用誘電体層と、上記接合用誘電体層上の第１のコンタクト層と、上記第１のコンタクト層上の活性層と、上記活性層上の狭窄層と、上記狭窄層上の半導体ＤＢＲ層と、上記半導体ＤＢＲ層上の第２のコンタクト層からなる積層体を備える。
【発明の効果】
【００２９】
以上のように、本技術によれば、伝導放熱性に優れた垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法、垂直共振器型面発光レーザ素子、距離センサ及び電子機器を提供することにある。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本技術の実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子の断面図である。
【図２】同ＶＣＳＥＬ素子が備える誘電体ＤＢＲ層の断面図である。
【図３】配線を接続した同ＶＣＳＥＬ素子の断面図である。
【図４】各材料の屈折率及び熱伝導率を示す表である。
【図５】同ＶＣＳＥＬ素子が備える誘電体ＤＢＲ層の積層構造を示す模式図である。
【図６】同ＶＣＳＥＬ素子(発光波長８４０ｎｍ）が備える誘電体ＤＢＲ層の材料及び構造を示す表である。
【図７】同ＶＣＳＥＬ素子(発光波長９４０ｎｍ）が備える誘電体ＤＢＲ層の材料及び構造を示す表である。
【図８】同ＶＣＳＥＬ素子(発光波長８４０ｎｍ）の反射率シミュレーション結果を示すグラフである。
【図９】同ＶＣＳＥＬ素子(発光波長９４０ｎｍ）の反射率シミュレーション結果を示すグラフである。
【図１０】同ＶＣＳＥＬ素子の製造に用いられる第１基板の断面図である。
【図１１】同ＶＣＳＥＬ素子の製造に用いられる第２基板の断面図である。
【図１２】同ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。
【図１３】同ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。
【図１４】同ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。
【図１５】同ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。
【図１６】同ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。
【図１７】同ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。
【図１８】同ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。
【図１９】同ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。
【図２０】同ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。
【図２１】同ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。
【図２２】本技術の実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子集積体の断面図である。
【図２３】同ＶＣＳＥＬ素子集積体の製造方法を示す模式図である。
【図２４】同ＶＣＳＥＬ素子集積体の製造方法を示す模式図である。
【図２５】同ＶＣＳＥＬ素子集積体の製造方法を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本技術の実施形態に係るＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER：垂直共振器型面発光レーザ）素子について説明する。
【００３２】
[ＶＣＳＥＬ素子の構造]
図１は、本実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子１００の断面図である。同図に示すように、ＶＣＳＥＬ素子１００は、支持基板１０１、誘電体ＤＢＲ層１０２、接合用誘電体層１０３、第１コンタクト層１０４、活性層１０５、狭窄層１０６、半導体ＤＢＲ層１０７及び第２コンタクト層１０８がこの順で積層されて構成されている。
【００３３】
支持基板１０１は、ＶＣＳＥＬ素子１００の各層を支持する。支持基板１０１は例えばＳｉ、Ｇｅ、又はＡｌ２Ｏ３からなる。
【００３４】
誘電体ＤＢＲ層１０２は、誘電体からなるＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector：分布ブラッグ反射鏡）である。図２は、誘電体ＤＢＲ層１０２を示す断面図である。同図に示すように誘電体ＤＢＲ層１０２は、第１層１０２ａと第２層１０２ｂを交互に積層して構成されている。第１層１０２ａと第２層１０２ｂの層数は図示するものに限られない。誘電体ＤＢＲ層１０２の厚みは例えば３μｍである。第１層１０２ａの材料と第２層１０２ｂの詳細については後述する。
【００３５】
接合用誘電体層１０３は、接合用誘電体層１０３の下層構造と上層構造を接合する。接合用誘電体層１０３は誘電体からなり、例えばＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ又はＡｌ２Ｏ３からなる。
【００３６】
第１コンタクト層１０４は、ｎ型ＧａＡｓ等のｎ型半導体材料からなる。第１コンタクト層１０４の厚みは例えば１〜２μｍである。
【００３７】
活性層１０５は、ＧａＡｓ等からなりバンドギャップが小さい量子井戸層と、ＡｌＧａＡｓ等からなりバンドギャップが大きい障壁層を交互に複数層積層して形成され、量子井戸を形成する。活性層１０５の厚みは例えば０．３μｍである。
【００３８】
狭窄層１０６は、酸化領域１０６ａと非酸化領域１０６ｂを備え、第１コンタクト層１０４と第２コンタクト層１０８の間に流れる電流に狭窄作用を付与する。
【００３９】
酸化領域１０６ａは酸化されたＡｌＧａＡｓ等からなり、導電性及び屈折率が小さく、光閉じ込め領域として機能する。非酸化領域１０６ｂは酸化されていないＡｌＧａＡｓ等からなり、酸化領域１０６ａより導電性が大きく、電流注入領域として機能する。狭窄層１０６の厚みは例えば０．１５μｍである。
【００４０】
半導体ＤＢＲ層１０７は、半導体からなるＤＢＲである。半導体ＤＢＲ層１０７は、屈折率が異なる第１層と第２層を交互に積層して構成されている。第１層は例えばＡｌｘＧａ１−ｘＡｓからなり、第２層は例えば第１層とは組成が異なるＡｌｘＧａ１−ｘＡｓからなる。第１層と第２層の積層数は特に限定されない。半導体ＤＢＲ層１０７の厚みは例えば３μｍである。
【００４１】
第２コンタクト層１０８は、ｐ型ＧａＡｓ等のｐ型半導体材料からなる。第２コンタクト層１０８の厚みは特に限定されないが、第２コンタクト層１０８はレーザが透過するため、薄い方が好適である。
【００４２】
図３は、配線を接続したＶＣＳＥＬ素子１００の断面図である。同図に示すように、第１コンタクト層１０４及び第２コンタクト層１０８上に電極１０９が形成され、ＶＣＳＥＬ素子１００の表面は、絶縁性材料からなる絶縁層１１０によって被覆されている。絶縁層１１０上にはパッド１１１が形成され、電極１０９とパッド１１１は配線１１２によって接続されている。
【００４３】
[ＶＣＳＥＬ素子の動作]
ＶＣＳＥＬ素子１００は一般的なＶＣＳＥＬ素子と同様に動作する。即ち、第１コンタクト層１０４と第２コンタクト層１０８の間に電圧が印加されると、第１コンタクト層１０４と第２コンタクト層１０８の間に電流が流れる。
【００４４】
電流は狭窄層１０６によって狭窄作用を受け、非酸化領域１０６ｂに注入される。この注入電流によって活性層１０５のうち非酸化領域１０６ｂに近接する領域において自然放出光が生じる。自然放出光はＶＣＳＥＬ素子１００の積層方向（層に垂直方向）に進行し、誘電体ＤＢＲ層１０２及び半導体ＤＢＲ層１０７によって反射される。
【００４５】
誘電体ＤＢＲ層１０２及び半導体ＤＢＲ層１０７は特定の波長（以下、発振波長）の光を反射するように構成されている。自然放出光のうち発振波長の成分は誘電体ＤＢＲ層１０２及び半導体ＤＢＲ層１０７の間で定在波を形成し、活性層１０５によって増幅される。注入電流が閾値を超えると定在波を形成する光がレーザ発振し、第２コンタクト層１０８を透過して出射される。
【００４６】
[誘電体ＤＢＲ層の材料について]
上述のように誘電体ＤＢＲ層１０２は第１層１０２ａと第２層１０２ｂが交互に積層されて構成されている。以下、第１層１０２ａの材料を第１材料とし、第２層１０２ｂの材料を第２材料とする。
【００４７】
第１材料と第２材料は、少なくともいずれか一方の熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上が好適である。また、第１材料と第２材料は少なくともいずれか一方の屈折率が２以上が好適である。さらに、第１材料と第２材料は少なくともいずれか一方の熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上かつ、少なくともいずれか一方の屈折率が２以上がより好適である。
【００４８】
図４は、各種材料の屈折率と熱伝導率を示す表である。熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上の材料としてはＳｉ３Ｎ４、ＡｌＮ及びＴｉＯ２等が挙げられる。また、屈折率が２以上の材料としては、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＡｌＮ、Ｓｉ及びＧａＡｓ等が挙げられる。
【００４９】
第１材料と第２材料の組み合わせとして、「第１材料／第２材料」と表記すると、ＳｉＯ２／Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＯ２／Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２／ＴｉＯ２又はＳｉ３Ｎ４／ＴｉＯ２が好適である。
【００５０】
図５は、誘電体ＤＢＲ層１０２の積層構造を示す模式図である。同図に示すように、第１層１０２ａと第２層１０２ｂは共にλ／４に相当する厚みを有する。λはＶＣＳＥＬ素子１００の発光波長であり、各材料の屈折率によってλ／４に相当する厚みが決まる。１層ずつの第１層１０２ａと第２層１０２ｂのペアを積層ペアとする。
【００５１】
図６及び図７は、第１材料／第２材料の組み合わせとλ／４相当厚、反射率及び熱抵抗を示す表である。図６は、ＶＣＳＥＬ素子１００の発光波長λが８４０ｎｍの場合、図７はＶＣＳＥＬ素子１００の発光波長λが９４０ｎｍの場合の表である。
【００５２】
図８はＶＣＳＥＬ素子１００の発光波長λが８４０ｎｍの場合の反射率シミュレーション結果であり、図９はＶＣＳＥＬ素子１００の発光波長λが９４０ｎｍの場合の反射率シミュレーション結果である。
【００５３】
図６に示すように、ＳｉＯ２／Ｔａ２Ｏ５の場合、ＳｉＯ２のλ／４相当厚は１４４ｎｍであり、Ｔａ２Ｏ５のλ／４相当厚は１１７ｎｍである。反射率を９９．９６％とするためには積層ペア数を２０とする必要があり、その場合の熱抵抗は４．７×１０−６ｍ２・Ｋ／Ｗとなり、誘電体ＤＢＲ層１０２の熱抵抗を小さくすることができる。
【００５４】
ＳｉＯ２／Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２／ＴｉＯ２及びＳｉ３Ｎ４／ＴｉＯ２の場合も図６及び図７に示すように、誘電体ＤＢＲ層１０２の熱抵抗を小さくすることができ、第１材料及び第２材料として好適である。
【００５５】
なお、誘電体ＤＢＲ層１０２は２種類の材料を交互積層したものに限られず、３種類以上の材料を交互に積層したものであってもよい。
【００５６】
この場合であっても、誘電体ＤＢＲ層１０２を構成する複数の材料は少なくともいずれか一つの熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上が好適であり、また、同複数の材料は少なくともいずれか一つの屈折率が２以上が好適である。さらに、同複数の材料は少なくともいずれか一つの熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上かつ、少なくともいずれか一つの屈折率が２以上がより好適である。
【００５７】
[ＶＣＳＥＬ素子の製造方法]
ＶＣＳＥＬ素子１００の製造方法について説明する。ＶＣＳＥＬ素子１００は第１基板と第２基板をそれぞれ作成し、接合することによって製造することが可能である。なお、以下の説明において上記ＶＣＳＥＬ素子１００の各層となる層にはＶＣＳＥＬ素子１００の各層と同一の符号を付する。
【００５８】
図１０は、第１基板２１０を示す断面図である。同図に示すように、第１基板２１０は、支持基板１０１、誘電体ＤＢＲ層１０２及び第１接合用誘電体層２１１が順に積層されて形成されている。
【００５９】
誘電体ＤＢＲ層１０２は、支持基板１０１上に第１層１０２ａと第２層１０２ｂを交互に成膜して形成することができる。第１層１０２ａと第２層１０２ｂの成膜はスパッタ法、ＣＶＤ（chemical vapor deposition)法又はＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法によって行うことが可能である。
【００６０】
第１接合用誘電体層２１１は、上述の接合用誘電体層１０３と同一の材料のからなる層である。第１接合用誘電体層２１１は、誘電体ＤＢＲ層１０２上にスパッタ法、ＣＶＤ法又はＡＬＤ法によって積層することが可能である。
【００６１】
図１１は、第２基板２２０を示す断面図である。同図に示すように、第２基板２２０は、半導体基板２２１、第２コンタクト層１０８、半導体ＤＢＲ層１０７、狭窄層１０６、活性層１０５、第１コンタクト層１０４及び第２接合用誘電体層２２２が順に積層されて形成されている。
【００６２】
第２コンタクト層１０８、半導体ＤＢＲ層１０７、狭窄層１０６、活性層１０５及び第１コンタクト層１０４は、半導体基板２２１上にＭＯＣＶＤ（metal organic chemical vapor deposition)法によるエピタキシャル成長によって積層することができる。
【００６３】
第２接合用誘電体層２２２は、上述の接合用誘電体層１０３と同一の材料からなる層である。第２接合用誘電体層２２２は、第１コンタクト層１０４上にスパッタ法、ＣＶＤ法又はＡＬＤ法によって積層することが可能である。
【００６４】
図１２乃至図２１は、ＶＣＳＥＬ素子１００の製造プロセスを示す模式図である。図１２に示すように、第１接合用誘電体層２１１及び第２接合用誘電体層２２２を原子レベルで平坦化する。この平坦化はＣＭＰ（chemical mechanical polishing）によって行うことができる。
【００６５】
この際、ＶＣＳＥＬ素子１００として高い歩留まりを得るためには活性層１０５に光共振の「腹」が存在する必要があり、第１接合用誘電体層２１１及び第２接合用誘電体層２２２の膜厚ばらつきは５０ｎｍ程度以下とする必要がある。このため、第１基板２２０と第２基板２２０の全体の厚みを計測しながら、平坦化を精密に制御した方がよい。
【００６６】
続いて、第１接合用誘電体層２１１及び第２接合用誘電体層２２２にプラズマを照射する。プラズマ照射により第１接合用誘電体層２１１及び第２接合用誘電体層２２２においてダングリングボンドが形成される。さらに、図１３に示すように、第１基板２１０と第２基板２２０を、第１接合用誘電体層２１１と第２接合用誘電体層２２２が隣接するように対向させ、図１４に示すように第１基板２１０と第２基板２２０を当接させる。
【００６７】
これにより、図１５に示すように、第１接合用誘電体層２１１と第２接合用誘電体層２２２が接合（常温プラズマ接合）され、接合用誘電体層１０３が形成される。このようにして第１基板２１０と第２基板２２０の接合体２３０が形成される。
【００６８】
続いて、接合体２３０に対してアニールを行い、第１接合用誘電体層２１１と第２接合用誘電体層２２２の接合を強化する。具体的にはこのアニールにより、上記プラズマ照射により形成されたダングリングボンドが結合を生じる。
【００６９】
続いて、半導体基板２２１を薄化し、図１６に示すように第２コンタクト層１０８を残して除去する。さらに、図１７に示すように、第２コンタクト層１０８、半導体ＤＢＲ層１０７、狭窄層１０６、活性層１０５及び第１コンタクト層１０４の一部を除去してメサポスト形状を形成する。
【００７０】
続いて、図１８に示すように狭窄層１０６の一部に酸化処理を施し、酸化領域１０６ａと非酸化領域１０６ｂを形成する。
【００７１】
続いて、図１９に示すように、第１コンタクト層１０４上と第２コンタクト層１０８上に電極１０９を形成する。さらに、絶縁層１１０、パッド１１１及び配線１１２を形成する（図３参照）。
【００７２】
ＶＣＳＥＬ素子１００は以上のようにして製造することができる。なお、上記説明では、半導体基板２２１上に第２コンタクト層１０８を形成するとしたが、第２コンタクト層１０８は接合後に形成してもよい。
【００７３】
この場合、図２０に示すように半導体基板２２１上に直接半導体ＤＢＲ層１０７を積層したものを第２基板２２０とし、図２１に示すように半導体基板２２１を薄化する。さらに薄化された半導体基板２２１に不純物をドープして図１６に示す第２コンタクト層１０８とすることができる。
【００７４】
[ＶＣＳＥＬ素子による効果について]
ＶＣＳＥＬ素子１００は以上のような構成を有する。上記のようにＶＣＳＥＬ素子１００は第１基板２１０と第２基板２２０が接合用誘電体層１０３を介して接合され、形成されている。接合用誘電体層１０３は、ＳｉＯ２等の熱伝導率が大きい誘電体材料からなり、ＶＣＳＥＬ素子１００の伝導放熱性を大きくすることが可能である。
【００７５】
さらに、誘電体ＤＢＲ層１０２の材料（第１材料及び第２材料）を上述の材料とすることにより、誘電体ＤＢＲ層１０２による熱抵抗小さくし、ＶＣＳＥＬ素子１００の伝導放熱性をより向上させることが可能である。
【００７６】
ＶＣＳＥＬ素子１００は、スマートフォン等の各種電子機器において顔認証等に用いられる距離センサの発光素子として利用することが可能である。
【００７７】
[ＶＣＳＥＬ集積体について]
ＶＣＳＥＬ素子１００は集積体とすることも可能である。図２２は、ＶＣＳＥＬ素子の集積体であるＶＣＳＥＬ集積体３００の断面図である。
【００７８】
同図に示すようにＶＣＳＥＬ集積体３００は、複数のＶＣＳＥＬ素子３１０を備える。個々のＶＣＳＥＬ素子３１０はＶＣＳＥＬ素子１００と同一の層構造を有し、支持基板１０１、誘電体ＤＢＲ層１０２及び接合用誘電体層１０３は複数のＶＣＳＥＬ素子３１０の間で共通となっている。
【００７９】
ＶＣＳＥＬ素子３１０の数や配列は特に限定されず、一次元アレイや二次元アレイとすることができる。ＶＣＳＥＬ素子３１０を集積させることにより、高出力レーザを形成することが可能である。
【００８０】
[ＶＣＳＥＬ集積体の製造方法について]
ＶＣＳＥＬ集積体３００の製造方法について説明する。ＶＣＳＥＬ集積体３００は、ＶＣＳＥＬ素子１００と同様の製造プロセスによって製造することが可能である。即ち、第１基板２１０と第２基板２２０を接合し（図１０乃至図１５参照）、半導体基板２２１を薄化した（図１６参照）後、メサポスト形状を形成する（図１７参照）。
【００８１】
この際、互いに離間する複数のメサポストを形成し、酸化領域１０６ａ及び非酸化領域１０６ｂを形成（図１８参照）することにより、個々のメサポストをそれぞれＶＣＳＥＬ素子３１０とすることができる。１枚ずつの第１基板２１０と第２基板２２０を接合した接合体２３０から複数のＶＣＳＥＬ素子３１０を備えるＶＣＳＥＬ集積体３００を製造することが可能である。
【００８２】
図２３乃至図２５はＶＣＳＥＬ集積体３００の配線及び埋め込み膜の形成方法を示す模式図である。図２３に示すように、ＶＣＳＥＬ集積体３００上に埋め込み膜３２１を成膜する。埋め込み膜３２１は例えばＳｉＯ２とすることができ、ＣＶＤ等によって成膜することができる。
【００８３】
また埋め込み膜３２１は、無機水ガラスをＳＯＧ（Spin on Glass）等によって形成してもよく、ＢＣＢ（ベンゼンシクロブテン）又はポリイミド等の有機高分子をスピンコート形成してもよい。埋め込み膜３２１の厚みはＶＣＳＥＬ素子３１０の高さ（接合用誘電体層１０３から第２コンタクト層１０８までの高さ）の１．５倍程度が好適である。
【００８４】
続いて、図２４に示すように埋め込み膜３２１を平坦化する。平坦化は例えばＣＭＰによって行うことができる。続いて、埋め込み膜３２１にコンタクトホールを形成し、図２５に示すように、電極３２２及び配線３２３を形成する。以上のようにしてＶＣＳＥＬ集積体３００に配線及び埋め込み膜を形成することができる。
【００８５】
埋め込み膜３２１によりＶＣＳＥＬ集積体３００の表面を平坦化し、配線３２３の形成を容易とすることで、配線歩留まりを向上させることが可能である。
【００８６】
[光電子集積回路について]
誘電体ＤＢＲ層１０２に回折格子を設けることにより、ＶＣＳＥＬ素子１００によって光電子集積回路を構成することも可能である。この場合、第１基板２１０（図１０参照）において誘電体ＤＢＲ層１０２を形成後、誘電体ＤＢＲ層１０２に回折格子を形成し、その上に第１接合用誘電体層２１１を設ければよい。ＶＣＳＥＬ素子１００において生成されたレーザはこの回折格子によって光集積化回路内へ誘導される。
【００８７】
なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
【００８８】
（１）
支持基板上に、誘電体ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）層及び第１の接合用誘電体層を順に積層して第１の基板を作成し、
半導体基板上に、半導体ＤＢＲ層、電流狭窄層、活性層、コンタクト層及び第２の接合用誘電体層を順に積層して第２の基板を作成し、
上記第１の接合用誘電体層と上記第２の接合用誘電体層を接合し、
上記第１の基板と上記第２の基板の接合体をアニールする
垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
【００８９】
（２）
上記（１）に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法であって、
上記第１の接合用誘電体層と上記第２の接合用誘電体層を接合する工程では、上記第１の接合用誘電体層及び上記第２の接合用誘電体層にプラズマを照射した後、上記第１の接合用誘電体層と上記第２の接合用誘電体層を接合させるプラズマ接合を行う
垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
【００９０】
（３）
上記(１)又は（２）に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法であって、
上記誘電体ＤＢＲ層は、第１の材料からなる第１の層と第２の材料からなる第２の層を交互に積層して構成され、上記第１の層と上記第２の層は少なくとも一方の熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上である
垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
【００９１】
（４）
上記(１)又は（２）に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法であって、
上記誘電体ＤＢＲ層は、第１の材料からなる第１の層と第２の材料からなる第２の層を交互に積層して構成され、上記第１の層と上記第２の層は少なくとも一方の屈折率が２以上である
垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
【００９２】
（５）
上記(１)又は（２）に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法であって、
上記誘電体ＤＢＲ層は、第１の材料からなる第１の層と第２の材料からなる第２の層を交互に積層して構成され、上記第１の層と上記第２の層は少なくとも一方の熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上であり、かつ少なくとも一方の屈折率が２以上である
垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
【００９３】
（６）
上記(１)から（５）のうちいずれか一つ記載の垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法であって、
上記第１の接合用誘電体層は、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ及びＡｌ２Ｏ３のいずれかからなり、
上記第２の接合用誘電体層は上記第１の接合用誘電体層と同じ材料からなる
垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
【００９４】
（７）
上記(１)から（６）のうちいずれか一つ記載の垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法であって、
上記第１の材料はＳｉＯ２であり、
上記第２の材料はＳｉ３Ｎ４である
垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
【００９５】
（８）
上記(１)から（６）のうちいずれか一つ記載の垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法であって、
上記第１の材料はＳｉ３Ｎ４であり、
上記第２の材料はＴｉＯ２である
垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
【００９６】
（９）
上記(１)から（６）のうちいずれか一つ記載の垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法であって、
上記第１の材料はＳｉＯ２であり、
上記第２の材料はＴａ２Ｏ５である
垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
【００９７】
（１０）
上記(１)から（６）のうちいずれか一つ記載の垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法であって、
上記第１の材料はＳｉＯ２であり、
上記第２の材料はＴｉＯ２である
垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
【００９８】
（１１）
支持基板と、
上記支持基板上の誘電体ＤＢＲ層と、
上記誘電体ＤＢＲ層上の接合用誘電体層と、
上記接合用誘電体層上の第１のコンタクト層と、
上記第１のコンタクト層上の活性層と、
上記活性層上の狭窄層と、
上記狭窄層上の半導体ＤＢＲ層と、
上記半導体ＤＢＲ層上の第２のコンタクト層
からなる積層体を具備する垂直共振器型面発光レーザ素子。
【００９９】
（１２）
上記（１１）に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
上記誘電体ＤＢＲ層は、第１の材料からなる第１の層と第２の材料からなる第２の層を交互に積層して構成され、上記第１の層と上記第２の層は少なくとも一方の熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上である
垂直共振器型面発光レーザ素子。
【０１００】
（１３）
上記（１１）に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
上記誘電体ＤＢＲ層は、第１の材料からなる第１の層と第２の材料からなる第２の層を交互に積層して構成され、上記第１の層と上記第２の層は少なくとも一方の屈折率が２以上である
垂直共振器型面発光レーザ素子。
【０１０１】
（１４）
上記（１１）に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
上記誘電体ＤＢＲ層は、第１の材料からなる第１の層と第２の材料からなる第２の層を交互に積層して構成され、上記第１の層と上記第２の層は少なくとも一方の熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上であり、かつ少なくとも一方の屈折率が２以上である
垂直共振器型面発光レーザ素子。
【０１０２】
（１５）
支持基板と、上記支持基板上の誘電体ＤＢＲ層と、上記誘電体ＤＢＲ層上の接合用誘電体層と、上記接合用誘電体層上の第１のコンタクト層と、上記第１のコンタクト層上の活性層と、上記活性層上の狭窄層と、上記狭窄層上の半導体ＤＢＲ層と、上記半導体ＤＢＲ層上の第２のコンタクト層からなる積層体を備える垂直共振器型面発光レーザ素子
を具備する距離センサ。
【０１０３】
（１６）
支持基板と、上記支持基板上の誘電体ＤＢＲ層と、上記誘電体ＤＢＲ層上の接合用誘電体層と、上記接合用誘電体層上の第１のコンタクト層と、上記第１のコンタクト層上の活性層と、上記活性層上の狭窄層と、上記狭窄層上の半導体ＤＢＲ層と、上記半導体ＤＢＲ層上の第２のコンタクト層からなる積層体を備える垂直共振器型面発光レーザ素子
を具備する電子機器。
【符号の説明】
【０１０４】
１００…ＶＣＳＥＬ素子
１０１…支持基板
１０２…誘電体ＤＢＲ層
１０２ａ…第１層
１０２ｂ…第２層
１０３…接合用誘電体層
１０４…第１コンタクト層
１０５…活性層
１０６…狭窄層
１０６ａ…酸化領域
１０６ｂ…非酸化領域
１０７…半導体ＤＢＲ層
１０８…第２コンタクト層
２１０…第１基板
２１１…第１接合用誘電体層
２２０…第２基板
２２１…半導体基板
２２２…第２接合用誘電体層
２３０…接合体
３００…ＶＣＳＥＬ集積体
３１０…ＶＣＳＥＬ素子
【図１】
2019116721.tif 000003
【図２】
2019116721.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2019116721.tif 000007
【図６】
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【図７】
2019116721.tif 000009
【図８】
2019116721.tif 000010
【図９】
2019116721.tif 000011
【図１０】
2019116721.tif 000012
【図１１】
2019116721.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2019116721.tif 000015
【図１４】
2019116721.tif 000016
【図１５】
2019116721.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
2019116721.tif 000019
【図１８】
2019116721.tif 000020
【図１９】
2019116721.tif 000021
【図２０】
2019116721.tif 000022
【図２１】
2019116721.tif 000023
【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
2019116721.tif 000026
【図２５】
2019116721.tif 000027
【国際調査報告】
2019116721.tif 000028
2019116721.tif 000029
2019116721.tif 000030
2019116721.tif 000031