(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板と、
前記シリコン基板に誘電体層を介して設けられた第１の光反射構造と、
前記シリコン基板に接して設けられ、前記第１の光反射構造を取り囲むシリコンで形成される埋め込み層と、
前記第１の光反射構造と前記埋め込み層の上に設けられた、活性層および前記活性層と前記シリコン基板の間に形成された第１のコンタクト層を含む光半導体構造と、
前記光半導体構造上に設けられた第２の光反射構造と、
前記光半導体構造に通電するための一対の電極と、
を備え、
前記第１の光反射構造の、前記シリコン基板と反対側に位置する表面と前記埋め込み層の、前記シリコン基板と反対側に位置する表面は、同一平面内に含まれ、前記第１のコンタクト層は、前記第１の光反射構造と前記埋め込み層と接する半導体発光デバイス。
【請求項２】
前記第１の光反射構造及び第２の光反射構造の一方または両方が、屈折率が面内方向に周期的に変化する構造体層を含む請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項３】
前記第１の光反射構造及び第２の光反射構造の一方または両方が、屈折率が互いに異なる２つの材料を交互に積層した積層体から構成される請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項４】
前記第１の光反射構造と第２の光反射構造の一方が、屈折率が互いに異なる２つの材料を交互に積層した積層体から構成され、他方が、屈折率が面内方向に周期的に変化する構造体から構成される請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項５】
前記光半導体構造は、前記シリコン基板とは異種の半導体材料で構成されている請求項１から４のいずれかに記載の半導体発光デバイス。
【請求項６】
前記第１の光反射構造の反射率と、前記第２の光反射構造の反射率が異なる請求項１から５のいずれかに記載の半導体発光デバイス。
【請求項７】
前記活性層が、第１の反射構造より狭い請求項１から６のいずれかに記載の半導体発光デバイス。
【請求項８】
前記活性層が、第１の反射構造より広い請求項１から６のいずれかに記載の半導体発光デバイス。
【請求項９】
前記活性層が、イオン注入された半導体により取り囲まれていることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の半導体発光デバイス。
【請求項１０】
前記光半導体構造が、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含む請求項１から９のいずれかに記載の半導体発光デバイス。
【請求項１１】
前記第２の光反射構造は、前記一対の電極のうちの一方の電極を兼ねる金属層を含む請求項１から３及び５から１０のいずれかに記載の半導体発光デバイス。
【請求項１２】
前記誘電体層は、熱伝導性誘電体層である請求項１から１１のいずれかに記載の半導体発光デバイス。
【請求項１３】
前記第１の光反射構造と第２の光反射構造の少なくとも一方がレンズ効果を有していることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の半導体発光デバイス。
【請求項１４】
前記光半導体構造は、電流狭窄構造を含み、前記電流狭窄構造は、前記光半導体構造内に設けられた、抵抗が相対的に高い高抵抗領域と抵抗が相対的に低い低抵抗領域とを含む電流狭窄層により形成され、前記高抵抗領域と低抵抗領域は、前記第２の光反射構造に含まれる前記構造体層における前記周期に対応する周期で配置され、前記一対の電極のうちの一方の電極は、前記電流狭窄層の表面の一部と接触している請求項２に記載の半導体発光デバイス。
【請求項１５】
１つのシリコン基板と、
前記シリコン基板上に形成された半導体発光デバイスと半導体受光デバイスを備え、
前記半導体発光デバイスは、前記シリコン基板に誘電体層を介して設けられた第１の光反射構造と、前記シリコン基板に接して設けられ、前記第１の光反射構造を取り囲むシリコンで形成される埋め込み層と、前記第１の光反射構造と前記埋め込み層の上に設けられた、活性層および前記活性層と前記シリコン基板の間に形成された第１のコンタクト層を含む光半導体構造と、前記光半導体構造上に設けられた第２の光反射構造と、前記光半導体構造に通電するための一対の電極とを備え、前記第１の光反射構造の、前記シリコン基板と反対側に位置する表面と前記埋め込み層の、前記シリコン基板と反対側に位置する表面は、同一平面内に含まれ、前記第１のコンタクト層は、前記第１の光反射構造と前記埋め込み層と接し、
前記半導体受光デバイスは、前記シリコン基板上に設けられた、活性層を含む光半導体構造と、前記シリコン基板と前記光半導体構造との間に配置された、光が前記シリコン基板側から入射される、屈折率が周期的に変化する第１の構造体層、および前記光半導体構造の上側に配置された、屈折率が周期的に変化する第２の構造体層を含む光反射構造と、前記光半導体構造に通電するための一対の電極とを備え、
前記半導体発光デバイスにおける光半導体構造と、前記半導体受光デバイスにおける光半導体構造とは、同一の層構造を有し、同一の半導体材料で形成されている光半導体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、光半導体デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
光半導体デバイスは、半導体発光デバイスと、半導体受光デバイスに大別される。
【０００３】
近年、半導体発光デバイスとして、活性層（発光層）を含む光半導体構造をそれぞれフォトニック結晶からなる上下２つのメンブレンリフレクタで挟んだ構造の垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）デバイスが注目されている（非特許文献１）。
【０００４】
このような半導体レーザデバイスについては、放熱性が良好なこと、デバイス構造内に歪の発生が少ないことが要求される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】IEEE Photonics Journal Vol.4, p 399 (2012)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、放熱性が良好で、デバイス構造内に歪の発生が少ない半導体発光デバイス等の光半導体デバイスについてのニーズが存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態によると、基板と、前記基板に接して設けられた第１の光反射構造と、前記第１の光反射構造を取り囲む埋め込み層と、前記第１の光反射構造上に設けられた、活性層を含む光半導体構造と、前記光半導体構造上に設けられた第２の光反射構造と、前記光半導体構造に通電するための一対の電極とを備え、前記第１の光反射構造の表面と前記埋め込み層の表面が、同一平面内に含まれることを特徴とする半導体発光デバイスが提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係る半導体発光デバイスの概略断面図である。
【図２】第２の実施形態に係る半導体発光デバイスの概略断面図である。
【図３−１】第２の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法の一例を説明するための概略断面図である。
【図３−２】第２の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法の一例を説明するための概略断面図である。
【図３−３】第２の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法の一例を説明するための概略断面図である。
【図４】第３の実施形態に係る半導体発光デバイスの概略断面図である。
【図５】第４の実施形態に係る半導体発光デバイスの概略断面図である。
【図６】第４の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図７】第５の実施形態に係る半導体発光デバイスの概略断面図である。
【図８】第６の実施形態に係る半導体発光デバイスの概略断面図である。
【図９】第６の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図１０】第７の実施形態に係る半導体発光デバイスの概略断面図である。
【図１１−１】第７の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法の一例を説明するための概略断面図である。
【図１１−２】第７の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法の一例を説明するための概略断面図である。
【図１１−３】第７の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法の一例を説明するための概略断面図である。
【図１１−４】第７の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法の一例を説明するための概略断面図である。
【図１２−１】第８の実施形態に係る光半導体デバイスの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図１２−２】第８の実施形態に係る光半導体デバイスの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図１２−３】第８の実施形態に係る光半導体デバイスの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図１３−１】第９の実施形態に係る光半導体デバイスの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図１３−２】第９の実施形態に係る光半導体デバイスの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図１３−３】第９の実施形態に係る光半導体デバイスの製造方法を説明するための概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、１つまたはそれ以上の実施形態を、適宜図面を参照して説明する。これらの図は、正確な縮尺ではない。そして、全図にわたって、同一または同様の要素には、同じ符号を付している。
【００１０】
１つの実施形態に係る半導体発光デバイスは、基板と、前記基板に接して設けられた第１の光反射構造と、前記第１の光反射構造を取り囲む埋め込み層と、前記第１の光反射構造上に設けられた、活性層を含む光半導体構造と、前記光半導体構造上に設けられた第２の光反射構造と、前記光半導体構造に通電するための一対の電極とを備える。前記第１の光反射構造の表面と前記埋め込み層の表面は、同一平面内に含まれる。
【００１１】
１つ又はそれ以上の実施形態において、前記第１の光反射構造及び第２の光反射構造の一方または両方は、屈折率が面内方向に周期的に変化する構造体を含む。
【００１２】
１つ又はそれ以上の実施形態において、前記第１の光反射構造及び第２の光反射構造の一方または両方は、屈折率が互いに異なる２つの材料を交互に積層した積層体から構成される。
【００１３】
１つ又はそれ以上の実施形態において、前記第１の光反射構造と第２の光反射構造の一方は、屈折率が互いに異なる２つの材料を交互に積層した積層体から構成され、他方は、屈折率が面内方向に周期的に変化する構造体層から構成される。
【００１４】
１つ又はそれ以上の実施形態において、前記基板は、前記光半導体構造を構成する半導体とは異種の半導体材料で構成されている。
【００１５】
１つ又はそれ以上の実施形態において、前記基板は、シリコン基板である。
【００１６】
１つ又はそれ以上の実施形態において、前記第１の光反射構造の反射率と、前記第２の光反射構造の反射率とは、異なる。
【００１７】
１つ又はそれ以上の実施形態において、前記活性層は、第１の反射構造より狭い。
【００１８】
１つ又はそれ以上の実施形態において、前記活性層は、第１の反射構造より広い。
【００１９】
１つ又はそれ以上の実施形態において、前記活性層は、イオン注入された半導体により取り囲まれている。
【００２０】
１つ又はそれ以上の実施形態において、前記光半導体構造は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含む。
【００２１】
１つ又はそれ以上の実施形態において、前記第２の光反射構造は、前記一対の電極のうちの一方の電極を兼ねる金属層を含む。
【００２２】
１つ又はそれ以上の実施形態において、前記第１の光反射構造は、透明電極をさらに備え、前記基板上には、前記透明電極を囲包して前記透明電極と電気的に接続する金属層が形成されている。
【００２３】
１つ又はそれ以上の実施形態において、前記第１の光反射構造は、金属グリッド電極をさらに含む。
【００２４】
１つ又はそれ以上の実施形態において、前記基板内に、前記第１の光反射構造に対応する領域を囲むように配置された放熱性金属が埋設されている。
【００２５】
１つ又はそれ以上の実施形態において、半導体発光デバイスは、前記基板と前記第１の光反射構造との間に及び／又は前記第１の光反射構造と前記光半導体構造との間に形成された熱伝導性誘電体層をさらに含む。
【００２６】
１つ又はそれ以上の実施形態において、前記第１の光反射構造と第２の光反射構造の少なくとも一方がレンズ効果を有している。
【００２７】
１つ又はそれ以上の実施形態において、前記光半導体構造は、電流狭窄構造を含み、前記電流狭窄構造は、前記光半導体構造内に設けられた、抵抗が相対的に高い高抵抗領域と抵抗が相対的に低い低抵抗領域とを含む電流狭窄層により形成され、前記高抵抗領域と低抵抗領域は、前記構造体層における前記周期に対応する周期で配置され、前記一対の電極のうちの一方の電極は、前記電流狭窄層の表面の一部と接触している。
【００２８】
他の実施形態において、１つの基板と、前記基板上に形成された半導体発光デバイスと半導体受光デバイスを備える光半導体デバイスが提供される。この光半導体デバイスにおいて、前記半導体発光デバイスは、前記基板に接して設けられた第１の光反射構造と、前記第１の光反射構造を取り囲む埋め込み層と、前記第１の光反射構造上に設けられた、活性層を含む光半導体構造（半導体発光構造）と、前記光半導体構造上に設けられた第２の光反射構造と、前記光半導体構造に通電するための一対の電極とを備え、前記第１の光反射構造の表面と前記埋め込み層の表面は、同一平面内に含まれる。他方、前記半導体受光デバイスは、前記基板上に設けられた、活性層を含む光半導体構造（半導体受光構造）と、前記基板と前記光半導体構造との間に配置された、光が前記基板側から入射される、屈折率が周期的に変化する第１の構造体層と、前記光半導体構造の上側に配置された、屈折率が周期的に変化する第２の構造体層を含む光反射構造と、前記光半導体構造に通電するための一対の電極とを備える。前記半導体発光デバイスにおける光半導体構造と、前記半導体受光デバイスにおける光半導体構造とは、同一の層構造を有し、同一の半導体材料で形成されている。
【００２９】
さらに他の実施形態において、基板上に第１の光反射構造および該第１の光反射構造を取り囲む埋め込み層を前記第１の光反射構造表面及び前記埋め込み層表面が同一平面をなすように形成する工程と、前記第１の光反射構造上に活性層を含む光半導体構造を接合する工程と、前記光半導体構造上に第２の光反射構造を形成する工程とを含んでなることを特徴とする半導体発光デバイスの製造方法が提供される。
【００３０】
別の実施形態に係る半導体発光デバイスは、基板と、活性層を含む光半導体構造と、前記基板と前記光半導体構造との間に配置された第１の光反射構造と、前記光半導体構造の上側に配置された第２の光反射構造と、前記光半導体構造に電流を印加するための一対の電極を備える。前記光半導体構造は、電流狭窄構造を備える。前記第１の光反射構造は、屈折率が周期的に変化する第１の構造体層を含み、前記第２の光反射構造は、前記第１の光反射構造の光反射率よりも高い反射率を有する。前記基板は、前記活性層を形成する半導体材料が有するバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有する半導体材料で形成されている。
【００３１】
１つまたはそれ以上の実施形態において、前記第２の光反射構造は、半導体多層反射膜を含む。
【００３２】
１つまたはそれ以上の実施形態において、前記半導体多層反射膜は、屈折率が互いに異なる２つの半導体層を交互に積層した積層体から構成される。
【００３３】
１つまたはそれ以上の実施形態において、半導体発光デバイスは、前記第１の構造体層上に形成された透明電極をさらに備え、前記基板上には、前記透明電極を囲包して前記透明電極と電気的に接続する金属層が形成されている。
【００３４】
１つまたはそれ以上の実施形態において、前記半導体基板内に、前記第１の光反射構造に対応する領域を囲むように配置された放熱性金属が埋設されている。
【００３５】
１つまたはそれ以上の実施形態において、半導体発光デバイスは、前記基板と前記第１の光反射構造との間に形成された第１の熱伝導性誘電体層、および／又は前記第１の光反射構造と前記光半導体構造との間に形成された第２の熱伝導性誘電体層をさらに含む。
【００３６】
１つまたはそれ以上の実施形態において、半導体発光デバイスは、前記第１の構造体層上に形成された金属グリッド電極をさらに含む。
【００３７】
１つまたはそれ以上の実施形態において、前記第２の光反射構造は、屈折率が周期的に変化する第２の構造体層を含む。
【００３８】
１つまたはそれ以上の実施形態において、前記第２の構造体層は、周期的に二次元配置された、屈折率が相対的に高い高屈折率領域と、屈折率が相対的に低い低屈折率領域とにより構成されている。
【００３９】
１つまたはそれ以上の実施形態において、前記第２の構造体層は、フォトニック結晶により構成されている。
【００４０】
１つまたはそれ以上の実施形態において、前記電流狭窄構造は、前記光半導体構造内に設けられた、抵抗が相対的に高い高抵抗領域と抵抗が相対的に低い低抵抗領域とを含む電流狭窄層により形成され、前記高抵抗領域と低抵抗領域は、前記第２の構造体層における前記周期に対応する周期で配置され、前記一対の電極のうちの一方の電極は、前記電流狭窄層の表面の一部と接触している。
【００４１】
１つまたはそれ以上の実施形態において、前記低抵抗領域は、前記光半導体構造の半導体を含み、前記高抵抗領域は、イオンが注入された前記半導体を含む。
【００４２】
１つまたはそれ以上の実施形態において、前記第２の光反射構造は、前記一方の電極を兼ねる金属層を含む。
【００４３】
１つまたはそれ以上の実施形態において、前記第１の構造体層は、周期的に二次元配置された、屈折率が相対的に高い高屈折率領域と、屈折率が相対的に低い低屈折率領域とによりそれぞれ構成されている。
【００４４】
１つまたはそれ以上の実施形態において、前記第１の構造体層は、フォトニック結晶により構成されている。
【００４５】
１つまたはそれ以上の実施形態において、前記光半導体構造は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体化合物を含む。
【００４６】
１つまたはそれ以上の実施形態において、前記基板は、前記光半導体構造を構成する半導体とは異種の半導体材料で構成された異種基板である。
【００４７】
１つまたはそれ以上の実施形態において、前記異種基板は、シリコン基板である。
【００４８】
１つまたはそれ以上の実施形態において、前記第１の構造体層は、前記基板上に形成された、基板と同種の半導体により囲包され、かつその表面が前記同種半導体の表面を含む面に含まれるか、該面よりも下側に位置している（前記同種半導体により埋め込まれている）。あるいは、別の実施形態において、前記第１の構造体層は、前記基板内に設けられた凹部内に設けられ、その表面は前記基板の表面を含む面に含まれるか、該面よりも下側に位置している。
【００４９】
別の実施形態によると、基板上に、屈折率が周期的に変化する第１の構造体層を含む第１の光反射構造と、活性層を含む光半導体構造と、第２の構造体層を含む第２の光反射構造とを形成すること、前記光半導体構造に電流狭窄構造を提供すること、前記光半導体構造に電流を印加するための一対の電極を形成することを含む半導体発光デバイスの製造方法が提供される。
【００５０】
さらに別の実施形態によると、基板上に、屈折率が周期的に変化する第１の構造体層を含む第１の光反射構造と、活性層を含む光半導体構造と、屈折率が周期的に変化する第２の構造体層を含む第２の光反射構造とを形成すること、前記第２の構造体層をマスクとして、前記光半導体構造の電流狭窄構造形成予定領域にイオン注入を行い、前記イオン注入がなされた部分を、前記イオン注入がなされていない部分よりも高抵抗化させ、それにより抵抗が相対的に高い高抵抗領域と抵抗が相対的に低い低抵抗領域とが、前記第２の構造体層における前記周期に対応する周期で配置された電流狭窄層を形成することを含む半導体発光デバイスの製造方法が提供される。この半導体発光デバイスの製造方法は、前記光半導体構造に電流を印加するための一対の電極を形成することをさらに含む。前記一対の電極のうちの一方の電極は、前記電流狭窄層の表面の一部と接触している。
【００５１】
１つまたはそれ以上の実施形態において、前記基板は、前記光半導体構造の半導体とは異種の半導体材料で構成された異種基板である。
【００５２】
１つまたはそれ以上の実施形態において、前記基板上に前記第１の光反射構造と前記光半導体構造と前記第２の光反射構造とを形成することが、前記異種基板上に、前記第１の光反射構造を形成して第１の半導体構造を提供すること、前記光半導体構造の半導体と同種の半導体材料で構成された同種基板上に、前記光半導体構造を形成して第２の半導体構造を提供すること、前記第１の半導体構造と第２の半導体構造とを、前記第１の光反射構造と前記光半導体構造とが対面するように接合させて第３の半導体構造を提供すること、前記第３の半導体構造から前記同種基板を除去することを含む。
【００５３】
１つまたはそれ以上の実施形態において、前記第１の半導体構造を提供することが、前記第１の光反射構造の上に接合用の第１の誘電体層を形成することを含み、前記第２の半導体構造を提供することが前記光半導体構造上に接合用の第２の誘電体層を形成することを含み、前記接合が、前記接合用の第１の誘電体層と接合用の第２の誘電体層を接触させることを含む。
【００５４】
１つまたはそれ以上の実施形態において、上記接合用の第１の誘電体層と接合用の第２の誘電体層は同じ誘電体材料、例えばシリコン酸化層で形成される。
【００５５】
他の実施形態において、１つの基板と、前記基板上に形成された半導体発光デバイスと半導体受光デバイスを備える光半導体デバイスが提供される。
【００５６】
前記光半導体デバイスにおける半導体発光デバイスは、前記基板上に設けられた活性層を含む光半導体構造と、前記基板と前記光半導体構造との間に配置された第１の光反射構造と、前記光半導体構造の上側に配置された第２の光反射構造と、前記光半導体構造に電流を印加するための一対の電極を備える。前記光半導体構造は、電流狭窄構造を備え、前記第１の光反射構造は、屈折率が周期的に変化する第１の構造体層を含む。前記第２の光反射構造は、前記第１の光反射構造の光反射率よりも高い反射率を有し、前記基板は、前記活性層を形成する半導体材料が有するバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有する半導体材料で形成されている。
【００５７】
前記光半導体デバイスにおける半導体受光デバイスは、前記基板上に設けられた、活性層を含む光半導体構造と、前記基板と前記光半導体構造との間に配置された、光が前記基板側から入射される、屈折率が周期的に変化する第１の構造体層と、前記光半導体構造の上側に配置された、屈折率が周期的に変化する第２の構造体層を含む光反射構造と、前記光半導体構造に電圧を印加する一対の電極を備える。
【００５８】
前記光半導体デバイスにおいて、前記半導体発光デバイスにおける光半導体構造と、前記半導体受光デバイスにおける光半導体構造とは、同一の層構造を有し、同一の半導体材料で形成されている。
【００５９】
１つまたはそれ以上の実施形態において、前記活性層を有する光半導体構造は、活性層を挟んで形成された第１および第２の光閉じ込め層、前記第１および第２の光閉じ込め層の両側に設けられた第１および第２のクラッド層、および前記第１および第２のクラッド層の両側に設けられた第１および第２のコンタクト層を備える。ここで、第１の光閉じ込め層、第１のクラッド層、第１のコンタクト層は、活性層の一方の側すなわち活性層と基板との間に形成されているものとし、第２の光閉じ込め層、第２のクラッド層および第２のコンタクト層は、活性層の他方の側に形成されているものとすることができる。
【００６０】
他の実施形態において、第１のクラッド層は、第１のコンタクト層を兼ねることができる。また、例えば前記第２の光反射構造が半導体多層反射膜を含む実施形態において、光半導体構造は第２のコンタクト層を備えず、半導体多層反射膜がコンタクト層として作用することができる。
【００６１】
図１は、第１の実施形態に係る半導体発光デバイス１を概略的に示す。この半導体発光デバイス１は、垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）デバイスである。
【００６２】
図１に示すように、半導体発光デバイス１は、基板１１を備える。基板１１は、その上に形成する、活性層（すなわち、発光層）を含む光半導体構造（半導体発光構造）の半導体と同種の半導体材料で形成された同種基板であってもよいし、上記光半導体構造の半導体とは異種の半導体材料で形成された異種基板（例えば、活性層を含む光半導体構造の半導体がＩＩＩ−Ｖ族またはＩＩ−ＩＶ族化合物半導体である場合におけるシリコン基板）であってもよい。
【００６３】
基板１１上には、誘電体層（例えばシリコン酸化物層）１２を介して第１の光反射構造１３が設けられている。この第１の光反射構造１３は、屈折率が面内方向において周期的に変化する構造体層を含むか、該構造体からなり得る。構造体層１３は、周期的に二次元配置された、屈折率が相対的に高い高屈折率領域と屈折率が相対的に低い低屈折率領域とにより構成されている。より具体的には、構造体層１３は、フォトニック結晶の薄膜から構成することができる。すなわち、構造体層１３は、高屈折率の材料からなる高屈折率層を母材とし、その母材に、母材よりも屈折率の低い誘電体材料が一定の間隔をもって埋め込まれている。母材としては、アモルファスシリコンを、誘電体材料としてはシリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、アルミニウム窒化物またはアルミニウム酸化物を、それぞれ例示することができる。図１において、母材１３１を構成するアモルファスシリコンには、複数の空孔１３２が一定の間隔をもって穿設され、誘電体１４が、アモルファスシリコン母材層１３１内の空孔１３２を埋め込んでいる。構造体層１３は、平坦な表面を有する。
【００６４】
ここで、第１の光反射構造を構成する構造体層１３を囲んで、基板１１と同種の半導体層（以下埋め込み層といい、同種の半導体層を同種半導体層ということがある）１５が配置されている。例えば、基板１１がシリコン基板である場合、埋め込み層１５は、シリコンで形成することができる。
【００６５】
構造体層１３の表面と、埋め込み層１５の表面は、同一平面内に含まれる。即ち、構造体層１３の表面は、埋め込み層１５の表面と同一平面を成すように形成されている。このように構造体層１３、すなわち第１の光反射層の表面が平坦であり、そして埋め込み層１５の表面も平坦であり、かつ第１の光反射層の表面と面一（同一平面）であるので、以後詳述する構造体層１３の上に形成される光半導体構造１６（その裏面は平坦である）が、面一表面全面に密に接し得るので、半導体構造１６で発生する熱が基板を通じて効率よく放熱されるとともに、光半導体構造に掛かる応力が緩和され、構造体層１３と光半導体構造１６との接合界面での剥離が生ぜず、環境温度の変化や温度サイクルに供された場合でも、デバイスの特性が安定に維持され、高信頼性を確保することができる。
【００６６】
構造体層１３の表面を含んで同種半導体層１５の上には、コンタクト層を兼ねる第１導電型の第１のクラッド層１６１、第１導電型の第１の光閉じ込め層１６２、活性層１６３、第２導電型の第２の光閉じ込め層１６４、第２導電型の第２のクラッド層１６５を含む光半導体構造１６が設けられている。本明細書において、第１導電型と第２導電型は、互いに反対の導電型をいい、一方がｐ型であれば、他方はｎ型であり、逆に一方がｎ型であれば、他方はｐ型である。
【００６７】
光半導体構造１６の上には、第２の光反射構造が設けられている。この第２の光反射構造は、本実施形態では、半導体多層反射膜（分布ブラッグリフレクター（ＤＢＲ））１７を含む。
【００６８】
半導体多層反射膜１７は、屈折率の互いに異なる半導体層１７１と１７２とを交互に積層した構造を有する。このようなＤＢＲ１７は、ＡｌＧａＩｎＡｓとＩｎＰとの交互積層体で構成することができる。これ以外にもＡｌＧａＡｓＳｂとＡｌＡｓＳｂとの交互積層体でも構成することができる。第１のクラッド層１６１と第２のクラッド層１６５は、いずれもｎ型又はｐ型のＩｎＰで形成することが好都合である。
【００６９】
半導体発光デバイス１は、光半導体構造１６に電流を印加するための一対の電極をさらに備える。一対の電極のうちの一方の電極２は、第１の光反射構造１７、第２のクラッド層１６５、第２の光閉じ込め層１６４、活性層１６３及び第１の光閉じ込め層１６２を貫通し、第１のクラッド層１６１の途中まで達する環状溝３内に設けられており、第１のクラッド層１６１に接続されている。環状溝３の側壁には、絶縁層４及び５が形成されている。他方の電極６は、ＤＢＲ１７の最上層１７２の表面を覆って形成されている。すなわち、ＤＢＲ１７の最上層１７２は、電極６に対するコンタクト層として機能している。電極６は、金属層で形成することができる。この金属層は、前記一対の電極のうちの他方の電極を兼ねるものであることはいうまでもないが、それに加えて、第２の光反射構造１７の反射率をさらに高めるものである。第２の光反射構造の反射率は、この金属層６をさらに設けることにより、ほぼ９９．９％の反射率を達成し得る。かかる金属層６は、レーザから出射される光に応じて選択することができる。例えば出射光が可視光である場合、金属層６を銀で形成することができ、出射光が近赤外光である場合、金属層６を金、アルミニウムまたは銅で形成することができる。
【００７０】
このように、金属層２０２を第２の光反射構造の最上層として設けることにより、活性層１６３で発生した光を基板１１側から取り出すことがより一層確実となる。
【００７１】
活性層１６３で発生した光は、１つの実施形態において、上記２つの光反射構造の間を往復しながら増幅され、第１の光反射構造１３を通して基板１１の面に垂直方向に放出され得る。その場合、活性層１６３で発生した光が基板１１を透過するためには、基板１１を形成する半導体材料として、バンドギャップエネルギーが活性層を形成する半導体材料のバンドギャップエネルギーよりも大きい半導体材料を用いる。例えば、活性層をＩＩＩ-Ｖ族半導体またはＩＩ−ＩＶ族化合物半導体で形成した場合、基板１１をシリコンで形成することができる。
【００７２】
なお、図１に示す半導体発光デバイス１においては、活性層１６３は、第１の光反射構造１３よりも広い、すなわち活性層１６３の表面積は、第１の光反射層１４の表面積よりも大きい。本開示において、ＤＢＲは、レンズ効果を有することができる。具体的には、ＤＢＲは、フレネルレンズ構造を有し得る。
【００７３】
図２は、第２の実施形態に係る半導体発光デバイス１０を概略的に示す。この半導体発光デバイス１０は、垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）デバイスであって、第２の光反射構造が、半導体多層反射膜（ＤＢＲ）を含むものである。
【００７４】
図２に示すように、半導体発光デバイス１０は、基板１１を備える。基板１１は、その上に形成する、活性層（すなわち、発光層）を含む光半導体構造（半導体発光構造）の半導体と同種の半導体材料で形成された同種基板であってもよいし、上記光半導体構造の半導体とは異種の半導体材料で形成された異種基板（例えば、活性層を含む光半導体構造の半導体がＩＩＩ−Ｖ族またはＩＩ−ＩＶ族化合物半導体である場合におけるシリコン基板）であってもよい。
【００７５】
基板１１上には、誘電体層（例えばシリコン酸化物層）１２を介して第１の光反射構造１３が設けられている。この第１の光反射構造１３は、屈折率が面内方向において周期的に変化する第１の構造体層を含む。第１の構造体層１３は、周期的に二次元配置された、屈折率が相対的に高い高屈折率領域と屈折率が相対的に低い低屈折率領域とにより構成されている。より具体的には、第１の構造体層１３は、フォトニック結晶の薄膜から構成することができる。すなわち、第１の構造体層１３は、高屈折率の材料からなる高屈折率層を母材とし、その母材に、母材よりも屈折率の低い誘電体材料が一定の間隔をもって埋め込まれている。母材としては、アモルファスシリコンを、誘電体材料としてはシリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、アルミニウム窒化物またはアルミニウム酸化物を、それぞれ例示することができる。図２において、母材１３１を構成するアモルファスシリコンには、複数の空孔１３２が一定の間隔をもって穿設され、誘電体１４が、アモルファスシリコン層１３１内の空孔１３２を埋め込んでいる。
【００７６】
ここで、第１の光反射構造を構成する第１の構造体層１３を囲んで、基板１１と同種の半導体層（以下同種半導体層という）１５が配置されている（埋め込み層）。例えば、基板１１がシリコン基板である場合、半導体層１５は、シリコンで形成することができる。第１の構造体層１３は、その表面が同種半導体層１５の表面を含む面に含まれるように配置されていてもよいし、同種半導体層１５に埋め込まれて配置されてもよい。あるいは、第１の構造体層１３は、それに対応する凹部を基板１１内に形成し、その凹部内に第１の構造体層を形成することもできる。その場合も、第１の構造体層の表面は、基板１１の表面を含む面に含まれるが、該面よりも下側に位置することができる。
【００７７】
第１の構造体層１３の表面と、埋め込み層１５の表面が、同一平面内に含まれる、いいかえると、第１の構造体層１３の表面が、埋め込み層１５の表面と面一となっていると、以後詳述する構造体層１３の上に形成される光半導体構造１６（その裏面は平坦である）が、面一表面全面に密に接し得るので、半導体構造１６で発生する熱が基板を通じて効率よく放熱されるとともに、光半導体構造に掛かる応力が緩和され、構造体層１３と光半導体構造１６との接合界面での剥離が生ぜず、環境温度の変化や温度サイクルに供された場合でも、デバイスの特性が安定に維持され、高信頼性を確保することができる。
【００７８】
第１の構造体層１３の表面を含んで同種半導体層１５の上には、コンタクト層を兼ねる第１導電型の第１のクラッド層１６１、第１導電型の第１の光閉じ込め層１６２、活性層１６３、第２導電型の第２の光閉じ込め層１６４、第２導電型の第２のクラッド層１６５を含む光半導体構造１６が設けられている。
【００７９】
光半導体構造１６の上には、第２の光反射構造が設けられている。この第２の光反射構造は、本実施形態では、半導体多層反射膜（ＤＢＲ）１７を含む。
【００８０】
半導体多層反射膜１７は、屈折率の互いに異なる半導体層１７１と１７２とを交互に積層した構造を有する。このようなＤＢＲ１７は、ＡｌＧａＩｎＡｓとＩｎＰとの交互積層体で構成することができる。これ以外にもＡｌＧａＡｓＳｂとＡｌＡｓＳｂとの交互積層体でも構成することができる。第１のクラッド層１６１と第２のクラッド層１６５は、いずれもｎ型又はｐ型のＩｎＰで形成することが好都合である。
【００８１】
光半導体構造１６は、電流狭窄構造を備える。電流狭窄構造は、半導体レーザの内部で拡散する無効電流を低減するために、半導体レーザ内部を通過する電流を狭窄し、活性層１６３を含む発光領域あるいはアパーチャを画定する。
【００８２】
本実施形態では、光半導体構造１６内に、電流狭窄層１８が設けられている。電流狭窄層１８は、例えばプロトン注入により形成することができる。すなわち、活性層１６３は、注入されたイオンを含む半導体層により取り囲まれる。
【００８３】
上記構造において、第１のクラッド層１６１の一部を含み電流狭窄層１８は、図２に示すように、円錐台形状または角錐台形状を得るようにメサ加工することができる。
【００８４】
半導体発光デバイス１０は、光半導体構造１６に電流を印加するための一対の電極をさらに備える。電流狭窄層１８の表面の一部およびＤＢＲ１７の最上層１７２の表面を除き、電流狭窄層の周囲および第１のクラッド層１６１の表面を覆って、絶縁層１９が形成されている。上記一対の電極のうちの一方の電極２０１は、絶縁層１９を介して第１のクラッド層１６１に接続されている。電極２０１は、環状であり得る。
【００８５】
他方の電極２０２は、電流狭窄層１８の周囲並びに絶縁層１９から露出している電流狭窄層１８の一部表面およびＤＢＲ１７の最上層１７２の表面を覆って形成されている。すなわち、ＤＢＲ１７の最上層１７２は、電極２０２に対するコンタクト層として機能している。電極２０２は、金属層で形成することができる。この金属層は、前記一対の電極のうちの他方の電極を兼ねるものであることはいうまでもないが、それに加えて、ＤＢＲを含む第２の光反射構造１７の反射率をさらに高めるものである。ＤＢＲ１７を含む第２の光反射構造の反射率は、この金属層２０２をさらに設けることにより、ほぼ９９．９％の反射率を達成し得る。かかる金属層２０２は、レーザから出射される光に応じて選択することができる。例えば出射光が可視光である場合、金属層２０２を銀で形成することができ、出射光が近赤外光である場合、金属層２０２を金、アルミニウムまたは銅で形成することができる。
【００８６】
このように、金属層２０２を第２の光反射構造の最上層として設けることにより、活性層１６３で発生した光を基板１１側から取り出すことがより一層確実となる。
【００８７】
活性層１６３で発生した光は、上記２つの光反射構造の間を往復しながら増幅され、第１の光反射構造１３を通して基板１１の面に垂直方向に放出される。その場合、活性層１６３で発生した光が基板１１を透過するためには、基板１１を形成する半導体材料として、バンドギャップエネルギーが活性層を形成する半導体材料のバンドギャップエネルギーよりも大きい半導体材料を用いる。例えば、活性層をＩＩＩ-Ｖ族半導体またはＩＩ−ＩＶ族化合物半導体で形成した場合、基板１１をシリコンで形成することができる。
【００８８】
図２に示す半導体発光デバイス１０においては、活性層１６３は、第１の光反射構造１３よりも狭い、すなわち活性層１６３の表面積は、第１の光反射層１４の表面積よりも小さい。また、ＤＢＲ１７は、レンズ効果を有することができる。具体的には、ＤＢＲ１７は、フレネルレンズ構造を有し得る。
【００８９】
次に、図２に示す（第２の実施形態に係る）半導体発光デバイスの製造方法の一例を図３−１〜図３−３を参照して、説明する。
【００９０】
この方法は、基板１１が光半導体構造１６の半導体とは異種の半導体材料で形成された異種基板である図２に示す半導体レーザデバイスを製造するための方法の一例である。
【００９１】
まず、図３−１の（Ａ）に示すように、シリコン基板等の異種基板１１上に、誘電体層（例えば、シリコン酸化物層）１２、アモルファスシリコン層１３１および誘電体層（例えば、シリコン酸化物層）２１を形成する。
【００９２】
次に、誘電体層２１をパターニングし、このパターニングした誘電体層２１をマスクとして、アモルファスシリコン層１３１をウエットまたはドライエッチングして、アモルファスシリコン層１３１内に一定周期で離間する開口１３２を形成する（図３−１の（Ｂ））。
【００９３】
しかる後、誘電体層マスク２１を除去することなく、アモルファスシリコン層１３１の開口１３２内を含みマスク２１全面上に誘電体層を形成した後、この形成した誘電体層と、その下側の誘電体マスク２１を化学的機械的研磨（ＣＭＰ）で除去し、母材アモルファスシリコン層１３１の表面（およびアモルファスシリコン内に形成された誘電体１４の表面）を露出させる（図３−１の（Ｃ））。
【００９４】
ついで、第１の構造体層１３に対応する部分を除き、アモルファスシリコン層１３１およびその下の誘電体層１２を順次エッチングにより除去し、基板１１の表面を露出させる。その後、第１の構造体層１３および露出した基板１１表面上に基板１１と同種の半導体、例えばアモルファスシリコン１５を堆積させた後、アモルファスシリコン１５を、第１の構造体層１３の表面が露出するまで、ＣＭＰにより平坦化する（図３−２の（Ｄ））。すなわち、第1の構造体層１３の表面と、アモルファスシリコン層（埋め込み層）１５の表面は、それぞれ平坦であり、互いに面一である。この第１の構造体層１３を備える半導体構造を第１の半導体構造ということとする。
【００９５】
他方、図３−２の（Ｅ）に示すように、同種基板（例えばＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板）３０上に、屈折率の互いに異なる半導体層１７２と１７１とを交互に積層して半導体多層反射膜（ＤＢＲ）１７を形成する。上述のように、このようなＤＢＲ１７は、ＡｌＧａＩｎＡｓとＩｎＰとの交互積層体で構成することができる。その場合、後に説明する第１のクラッド層１６１と第２のクラッド層１６５は、いずれもｎ型又はｐ型ＩｎＰで形成することが好都合である。ＤＢＲ１７の上に、第２のクラッド層１６５、第２の光閉じ込め層１６４、活性層１６３、第１の光閉じ込め層１６２、第１のクラッド層１６１（コンタクト層を兼ねる）を積層して、光半導体構造１６を形成する。光半導体構造１６は、例えばＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で形成される。かくして、活性層を含む光半導体構造１６を有する半導体構造が得られ、これを、以下、第２の半導体構造ということとする。
【００９６】
次に、上記第１の半導体構造と上記第２の半導体構造とを、第１の半導体構造における第１の構造体層１３を含む表面と、第２の半導体構造における第１のクラッド層１６１とが対面するように両半導体構造を接合する。第１のクラッド層１６１がＩｎＰで形成されていると、アモルファスシリコン１５層との直接接合が可能である。（図３−２の（Ｆ））。こうして得られた構造を、第３の半導体構造ということとする。
【００９７】
次に、第３の半導体構造から、機械研磨またはウエットエッチングにより、同種基板３０を除去する。ＤＢＲ１７の表面が露出する（図３−３の（Ｇ））。
【００９８】
次に、電流狭窄層形成予定部以外の表面にマスク３１を形成し、電流狭窄層形成予定部にイオン注入を行う。このイオン注入は、例えばプロトン注入である。このイオン注入により、ＤＢＲ１７を含め光半導体構造１６内に電流狭窄層１８が形成される（図３−３の（Ｈ））。この電流狭窄層１８は、環状であり得る。
【００９９】
ついで、マスク３１を除去した後、電流狭窄層１８を、円錐台形状にメサ加工する（図３−３の（Ｉ））。
【０１００】
しかる後、絶縁層１９、電極２０１および２０２を形成することにより、図２に示す構造の半導体発光デバイスが製造される。いうまでもなく、電流狭窄層１８により画定された光半導体構造１６と第２の光反射構造１３および第１の光反射構造１７とは、光共振器を構成する。
【０１０１】
図３−１〜図３−３を参照して説明した製造方法によれば、完成した半導体発光デバイスは、異種基板（例えばシリコン基板）１１上に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で形成された光半導体構造１６を有するものの、光半導体構造１６は同種基板３０上に形成しているので格子整合性が達成されており、従って、異種基板上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる場合のような格子不整合について注意を払う必要がない。言い換えると、この手法によると、ヘテロエピタキシャル成長を行う必要がない。
【０１０２】
ここで、図１に示す半導体発光デバイス１の製造方法を念のため簡単に説明する。まず、図３−１の（Ａ）〜（Ｃ）、図３−２の（Ｄ）〜（Ｆ）及び図３−３の（Ｇ）に関して説明した手順により、図３−３の（Ｇ）に示す構造を作製する。ついで、図１に示す溝２を形成し、絶縁層４及び５を形成する。最後に、図１に示す電極３及び６を形成して、図１に示す半導体発光デバイス１を完成する。
【０１０３】
図４は、第３の実施形態に係る半導体発光デバイスの概略断面図である。  
図４に示す半導体発光デバイス４０は、第１の構造体層１３の上に、透明電極層４１を有し、この透明電極４１を囲包して金属層４２が設けられている以外は、図２に示す半導体発光デバイス１０と同じ構造を有する。透明電極層４１は、インジウムチタン酸化物（ＩＴｉＯ）、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）等で形成することができる。また、金属層４２は、タングステン等で形成することができる。透明電極４１を設け、その周囲に金属層を形成することにより、一対の電極２０１および２０２間を流れる電流の経路ともなり得る。
【０１０４】
図５は、第４の実施形態に係る半導体発光デバイスの概略断面図である。  
図５に示す半導体発光デバイス５０は、第１の構造体１３の領域に対応する基板１１内の領域を囲包するように、溝５１が設けられ、その溝５１内に放熱性の金属５２が埋設されている以外は、図２に示す半導体発光デバイス１０と同じ構造を有する。金属５２としては、例えば銅を用いることができる。基板１１内に埋設された放熱性金属５２により、半導体発光デバイス５０の放熱性が向上する。また、埋設金属５２は、一対の電極２０１および２０２間を流れる電流の経路ともなり得る。埋設金属５２の表面は、第１の構造体層１３の表面と面一である。
【０１０５】
このような埋設金属５２を有する半導体発光デバイス５０の製造方法を、図６を参照して説明する。まず、図３−２の（Ｄ）に関して説明したように基板１１上に第１の構造体層１３を形成した後、エッチングにより基板１１内に金属埋設用の溝５１を設ける（図６の（Ａ））。
【０１０６】
しかる後、この溝５１内に、放熱性金属５１を堆積させ、その表面をＣＭＰにより第１の光反射構造１３の表面と面一となるように平坦化して、前記第１の半導体構造に相当する半導体構造を提供する（図６の（Ｂ））。この工程以降は、図３−２の（Ｅ）および（Ｆ）、並びに図３−３の（Ｇ）〜（Ｉ）に関して説明した手法により、半導体発光デバイス５０を製造することができる。
【０１０７】
図７は、第５の実施形態に係る半導体発光デバイスの概略断面図である。  
図７に示す半導体発光デバイス６０は、基板１１と、第１の光反射構造（第１の構造体層）１３（およびその下の誘電体層１２）との間に形成された第１の熱伝導性誘電体層６１、および第１の光反射構造１３と光半導体構造１６との間に形成された第２の熱伝導性誘電体層６２をさらに含む以外は、図２に示す半導体発光デバイス１０と同じ構造を有する。熱伝導性誘電体としては、窒化アルミニウムを用いることができる。
【０１０８】
図７に示す半導体発光デバイス６０において、第１の構造体層１３（およびアモルファスシリコン層１５）と第２の熱伝導性誘電体層６２との間に誘電体層（例えばシリコン酸化物層）６３が介挿されているが、この誘電体層６３は、前記第１の半導体構造に相当する半導体構造と、前記第２の半導体構造に相当する半導体構造を接合するためのものである。すなわち、図７に示す半導体発光デバイス６０を製造するに際し、前記第１の半導体構造に相当する半導体構造の最上層は、第１の構造体層１３（およびアモルファスシリコン層１５）上に形成された誘電体層であり、前記第２の半導体構造に相当する半導体構造の最上層は、第２の熱伝導性誘電体層６２上に形成された誘電体層である。両半導体構造における最上層（誘電体層）同士を接合する。
【０１０９】
図８は、第６の実施形態に係る半導体発光デバイスの概略断面図ある。  
図８に示す半導体発光デバイス７０は、第１の構造体層１３上にワイヤグリッド電極７１が設けられ、そのワイヤグリッド電極７１およびその下の第１の構造体層１３を囲包するようにワイヤグリッド電極７１を形成する金属のシリサイド層７２が設けられている以外は、図２に示す半導体発光デバイスと実質的に同じ構造を有する。ワイヤグリッド電極７１は例えばタングステンで形成することができる。半導体発光デバイス７０において、第１の反射層は、（第１の構造体層１３に加えて）、金属グリッド電極７１を有する。金属グリッド電極７１の表面は、金属シリサイド層（埋め込み層）７２の表面と面一である。
【０１１０】
図８に示す半導体発光デバイス７０の製造方法を、図９を参照して説明する。まず、図３−１の（Ｃ）に関して説明したように、基板１１上に設けた誘電体層１２上のアモルファスシリコン層１３１に開孔を設け、この開孔を埋めて誘電体層１４を形成した後、誘電体層１４をＣＭＰにより平坦化し、その誘電体層１４にワイヤグリッド電極用のパターニングを施し、誘電体層１４内にワイヤグリッド電極形成用金属を埋設するための凹部１４１を、マスクを介したエッチングにより設ける（図９の（Ａ））。
【０１１１】
ついで、第１の構造体層１３に対応する部分を除き、アモルファスシリコン層１３１の部分およびその上の誘電体層１４の部分を順次エッチングにより除去して、誘電体層１２の表面を部分的に露出させる（図９の（Ｂ））。
【０１１２】
しかる後、第１の構造体層１３上に残存する誘電体層１４およびその中に形成された凹部１４１内、並びに露出した誘電体層１２上にグリッド電極用金属８２を堆積させ、これを残存する誘電体層１４の表面までＣＭＰで平坦化した後、凹部が金属８２により埋め込まれた残存誘電体層１４および誘電体層１２上の金属層８２上にアモルファスシリコン層８３を形成する（図９の（Ｃ））。
【０１１３】
ついで、熱処理を行って、金属８２とアモルファスシリコン８３を反応させて金属８２をシリサイド化して、金属シリサイド層７２を形成する。その後、シリサイド化に寄与しなかったシリコンを除去する。
【０１１４】
こうして、上記第１の半導体構造に相当する半導体構造を作製した後は、図３−２の（Ｅ）および（Ｆ）、並びに図３−３の（Ｇ）〜（Ｉ）に関して説明した手法により、半導体発光デバイス５０を製造することができる。
【０１１５】
図１０は、第７の実施形態に係る半導体発光デバイス９０を概略的に示す。この半導体発光デバイス９０は、図１、図２、図４、図５、図７および図８にそれぞれ示す半導体発光デバイスと同様、垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）デバイスである。図１０に示す半導体発光デバイス９０において、第２の光反射構造は、ＤＢＲの代わりに、屈折率が面内方向において周期的に変化する構造体層を含む。
【０１１６】
図１０に示すように、半導体発光デバイス９０は、基板９１を備える。基板９１は、その上に形成する活性層（すなわち、発光層）を含む光半導体構造の半導体と同種の半導体材料で形成された同種基板であってもよいし、上記光半導体構造の半導体とは異種の半導体材料で形成された異種基板（例えば、活性層を含む光半導体構造の半導体がＩＩＩ−Ｖ族またはＩＩ−ＩＶ族化合物半導体である場合におけるシリコン基板）であってもよい。
【０１１７】
基板９１上には、誘電体層（例えばシリコン酸化層）９２を介して第１の光反射構造９３が設けられている。この第１の光反射構造９３は、屈折率が面内方向に周期的に変化する第１の構造体層を含む。第１の構造体層９３は、周期的に二次元配置された、屈折率が相対的に高い高屈折率領域と屈折率が相対的に低い低屈折率領域とにより構成されている。より具体的には、第１の構造体層９３は、フォトニック結晶の薄膜から構成することができる。すなわち、第１の構造体層９３は、高屈折率の材料からなる高屈折率層を母材とし、その母材に、母材よりも屈折率の低い誘電体材料が一定の間隔をもって埋め込まれている。母材としては、アモルファスシリコンを、誘電体材料としてはシリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、アルミニウム窒化物またはアルミニウム酸化物を、それぞれ例示することができる。図１０において、母材９３１を構成するアモルファスシリコンには、複数の空孔９３２が一定の間隔をもって穿設され、誘電体層９４が、アモルファスシリコン層９３１を覆うとともにアモルファスシリコン層９３１内の空孔９３２を埋め込んでいる。第１の構造体９３の表面は、第１の構造体９３を取り囲むアモルファスシリコン層（埋め込み層）９３１の表面と面一である。
【０１１８】
誘電体層９４の上には、第１導電型の第１のコンタクト層９５１、第１導電型の第１のクラッド層９５２、第１導電型の第１の光閉じ込め層９５３、活性層９５４、第２導電型の第２の光閉じ込め層９５５、第２導電型の第２のクラッド層９５６および第２導電型の第２のコンタクト層９５７を含む光半導体構造９５が設けられている。なおクラッド層９５２および９５６は設けなくともよいが、これらを設けることにより光閉じ込め効率が一層向上する。ここで、第１導電型と第２導電型は、互いに反対の導電型をいい、一方がｐ型であれば、他方はｎ型であり、逆に一方がｎ型であれば、他方はｐ型である。
【０１１９】
光半導体構造９５の上には、シリコン酸化層等の誘電体層９６を介して、第２の光反射構造９７が設けられている。この第２の光反射構造９７は、この実施形態では、屈折率が周期的に変化する第２の構造体層９７１を含む。第２の構造体層９７１は、第１の構造体層９３と同様、周期的に二次元配置された、屈折率が相対的に高い高屈折率領域と屈折率が相対的に低い低屈折率領域とにより構成されている。より具体的には、第２の構造体層９７１は、フォトニック結晶の薄膜から構成することができる。すなわち、第２の構造体層９７１は、高屈折率の材料からなる高屈折率層を母材とし、その母材に、母材よりも屈折率の低い誘電体材料が一定の間隔をもって埋め込まれている。母材としては、アモルファスシリコンを、誘電体材料としてはシリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、アルミニウム窒化物またはアルミニウム酸化物を、それぞれ例示することができる。図１０においては、母材９７１ａを構成するアモルファスシリコン層には、複数の空孔９７１ｂが一定間隔をもって穿設され、誘電体層９８が、アモルファスシリコン層９７１ａを覆うとともにアモルファスシリコン層９７１ａ内の空孔９７１ｂを埋め込んでいる。
【０１２０】
さて、光半導体構造９５内には、電流狭窄層９９が設けられている。電流狭窄層９９は、半導体レーザの内部で拡散する無効電流を低減するために、半導体レーザ内部を通過する電流を狭窄し、活性層９５４を含む発光領域を画定する。
【０１２１】
電流狭窄層９９は、抵抗が相対的に高い高抵抗領域９９１と抵抗が相対的に低い低抵抗領域９９２とを含む。高抵抗領域９９１と低抵抗領域９９２は、平面視で、第２の構造体層９７１における屈折率が変化する周期に対応する周期で配置されている。より具体的には、低抵抗領域９９２は、光半導体構造９５の半導体により構成され、高抵抗領域９９１は、イオン注入された該半導体により構成される。イオン注入は、プロトン注入により行うことができる。イオン注入された領域（高抵抗領域）９９１では注入イオンが光半導体構造９５内で散乱され広がるため、光半導体構造９５の下部領域ではすべての高抵抗領域９９１がつながり、結果として電流の流れにくい領域が形成できる。光半導体構造９５の中央部分（共振器部分）はイオン注入されていないので電流は高抵抗領域９９１の上部を通り、低抵抗領域９９２を流れ、電流狭窄層９９が形成されていない領域を通り、そこに存在する活性層９５４を通り、第１導電型の第１のコンタクト層９５１へと流れる。そのため、電流が流れる領域が、メサ中央部分に集中させることができ、内部で共振する光の分布と一致するため、電流注入効率が向上し、低消費電力で動作させることができる。すなわち、上述のように、電流狭窄層９９には、低抵抗領域が周期的に存在しているので、すべてが高抵抗領域からなる電流狭窄層（例えば光半導体構造の電流狭窄層形成予定部全面にプロトン注入を行う場合に形成される）よりも、電極１００２とのコンタクト抵抗が低減し、消費電力も低減でき、自己発熱も低減できる。
【０１２２】
誘電体層９６、第２の構造体層９７１および誘電体層９８からなる構造は、光半導体構造９５の表面全体と電流狭窄層９９の表面の一部を覆うように形成されている。すなわち、電流狭窄層の表面の一部は誘電体層９６、第２の構造体層９７１および誘電体層９８からなる構造から露出している。
【０１２３】
半導体発光デバイス９０は、光半導体構造９５に電流を印加するための一対の電極をさらに備える。一方の電極１００１は、光半導体構造９５における第１のコンタクト層９５１の表面と接触するとともに、誘電体層９２、第１の構造体層９３、誘電体層９４および第１のコンタクト層９５１を通して基板９１の表面と接触している。
【０１２４】
ここで誘電体層９６、第２の構造体層９７１および誘電体層９８からなる構造の全面を覆い、かつ電流狭窄層９９の前記露出表面と接触するように金属層１００２が設けられている。この金属層１００２は、第２の構造体層９７１を含む第２の光反射構造９７の反射率をさらに高めるものであるとともに、前記一対の電極のうちの他方の電極を兼ねるものである。第２の構造体層９７１を含む第２の光反射構造９７の反射率は、この金属層１００２をさらに設けることにより、ほぼ９９．９％の反射率を達成し得る。かかる金属層１００２は、レーザから出射される光に応じて選択することができる。例えば出射光が可視光である場合、金属層１００２を銀で形成することができ、出射光が近赤外光である場合、金属層１００２を金、アルミニウムまたは銅で形成することができる。
【０１２５】
このように、金属層１００２を第２の構造体層９７１の上側に構造体層９７１の全面をカバーするように設けることにより、活性層９５４で発生した光は、基板９１側から取り出すことができる。すなわち、活性層９５４で発生した光は、２つの光反射構造９３と９７との間を往復しながら増幅され、光反射構造９３を通して基板面に垂直方向に放出される。その場合、活性層９５４で発生した光が基板９１を透過するためには、基板９１を形成する半導体材料として、バンドギャップエネルギーが活性層を形成する半導体材料のバンドギャップエネルギーよりも大きい半導体材料を用いる。例えば、活性層をＩＩＩ-Ｖ族半導体またはＩＩ−ＩＶ族化合物半導体で形成した場合、基板９１をシリコンで形成することができる。
【０１２６】
半導体発光デバイス９０において、活性層９５４は、第１の光反射構造９３よりも狭い、すなわち活性層９５４の表面積は、第１の光反射層９３の表面積よりも小さい。
【０１２７】
上に説明した半導体発光デバイス９０において、光反射構造を構成する第１の構造体および第２の構造体は、それぞれ、高屈折率の領域と低屈折率の領域とが二次元配置された構造体であったが、それら２つの光反射構造の一方又は両方は、高屈折率の領域と低屈折率の領域とが一次元配置された構造体、例えば図１及び図２に関して説明したＤＢＲであってもよい。
【０１２８】
次に、図１０に示す半導体レーザデバイスの製造方法を、図１１−１〜図１１−４を参照して説明する。この方法は、基板９１が光半導体構造９５の半導体とは異種の半導体材料で形成された異種基板である図１０に示す半導体レーザデバイスを製造するための方法の一例である。
【０１２９】
図１１−１の（Ａ）に示すように、シリコン基板等の異種基板９１上に、誘電体層（例えば、シリコン酸化層）９２、アモルファスシリコン層９３１および誘電体層（例えば、シリコン酸化層）１０１１を形成する。
【０１３０】
次に、誘電体層１０１１をパターニングし、このパターニングした誘電体層１０１１をマスクとして、アモルファスシリコン層９３１をウエットまたはドライエッチングして、アモルファスシリコン層９３１内に一定周期で離間する開口９３２を形成する（図１１−１の（Ｂ））。
【０１３１】
しかる後、シリコン酸化層マスク１０１１を除去することなく、アモルファスシリコン層９３１の開口９３２内を含みマスク１０１１全面上に誘電体層を形成する（この誘電体層とマスク１０１１とを併せて誘電体層９４１として示す）。ついで、誘電体層９４１を、ＣＭＰにより平坦化する。その際、誘電体層９４１が、後に説明する接合に十分な厚さで残るようにする。かくして、アモルファスシリコン層９３１内に、アモルファスシリコンとは屈折率が異なる誘電体（誘電体層９４１を形成する誘電体）が周期的に埋め込まれた第１の構造体層９３が作製される（図１１−１の（Ｃ）。この第１の構造体層９３を備える半導体構造を第１の半導体構造ということとする。
【０１３２】
他方、同種基板（例えばＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板）３００上に、第２導電型の第２のコンタクト層９５７、第２導電型の第２のクラッド層９５６、第２導電型の第２の光閉じ込め層９５５、活性層９５４、第１導電型の第１の光閉じ込め層９５３、第１導電型の第１のクラッド層９５２、および第１導電型の第１のコンタクト層９５１を含む光半導体構造９５を形成する（光半導体構造９５は、例えばＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で形成される）。しかる後、第１導電型の第１のコンタクト層９５１上に、接合用の誘電体層９４２を形成する（図１１−２の（Ｄ））。かくして、活性層を含む光半導体構造９５を有する半導体構造が得られ、これを、以下、第２の半導体構造ということとする。
【０１３３】
次に、上記第１の半導体構造１の上に、上記第２の半導体構造を、両者の半導体構造における誘電体層９４１および９４２同士が接触するように重ね合わせ、両半導体構造を接合する。誘電体層９４１および９４２は合体して、図１０に示す誘電体層９４を構成する（図１１−２の（Ｅ））。こうして得られた構造を、第３の半導体構造ということとする。
【０１３４】
次に、第３の半導体構造から、機械研磨またはウエットエッチングにより、同種基板３００を除去する。かくして第２のコンタクト層９５７が表面に露出する（図１１−２の（Ｆ））。
【０１３５】
上記露出した第２のコンタクト層９５７上に、誘電体層９６、アモルファスシリコン層９７１ａおよび誘電体層１０１２を順次形成する（図１１−３の（Ｇ））。
【０１３６】
そして、誘電体層１０１２に対し、パターニングを行い、そのパターン化された誘電体層をマスクとして、アモルファスシリコン層９７１ａをエッチングする。こうして、アモルファスシリコン層９７１ａ内に一定周期で離間する開口９７１ｂを形成する。しかる後、誘電体層マスクを除去する（図１１−３の（Ｈ））。
【０１３７】
しかる後、アモルファスシリコン層９７１ａの開口９７１ｂ内を含みアモルファスシリコン層９７１ａ上に誘電体層９８を形成する。ついで、誘電体層３８を、ＣＭＰで平坦化する。かくして、アモルファスシリコン層９７１ａ内にアモルファスシリコンとは屈折率が異なる誘電体が周期的に埋め込まれた第２の構造体９７１が作製される（図１１−３の（Ｉ））。
【０１３８】
次に、活性層９５４を含む光半導体構造９５中の電流狭窄層形成予定部に、イオン注入を行う。このイオン注入は、例えばプロトン注入である。その際、プロトンイオンは、第２の光反射構造９７における第２の構造体層９７１のアモルファスシリコン部分において阻止されるが、誘電体部分を透過する。このプロトンイオンが注入された部分は、プロトンイオンが注入されない部分に比べて抵抗が高くなる。すなわち、活性層９５４を含む光半導体構造９５の半導体を含む低抵抗領域９９２とこの半導体よりも電気抵抗が高い高抵抗領域９９１とが、平面視で、第２の構造体層９７１における屈折率が変化する周期に対応する周期で二次元配置された構造が提供される。イオン注入された領域（高抵抗領域）１９１では注入イオンが光半導体構造９５内で散乱され広がるため、光半導体構造９５の下部領域ではすべての高抵抗領域９９１がつながり、結果として電流の流れにくい領域が形成できる。この構造が、電流狭窄層９９を構成する（図１１−４の（Ｊ））。この電流狭窄層９９は、円環状であり得る。
【０１３９】
次に、誘電体層９８、第２の構造体層９７１および誘電体層９６を、電流狭窄層の表面が部分的に露出されるように、順次エッチングにより同一円錐台形状にメサに加工する。しかる後、第１のコンタクト層９５１および電流狭窄層９９を除き、光半導体構造９５を、円錐台形状にメサ加工する（図１１−４の（Ｋ））。
【０１４０】
しかる後、電極１００１および１００２を形成して、図１０に示す構造の半導体発光デバイスが製造される。いうまでもなく、電流狭窄層９９により画定された、光半導体構造９５と上下の第２および第１の光反射構造９３および９７とは、光共振器を構成する。
【０１４１】
図１１−１〜図１１−４を参照して説明した製造方法によれば、完成した半導体発光デバイスは、異種基板（例えばシリコン基板）上に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で形成された光半導体構造９５を有するものの、光半導体構造９５は同種基板３００上に形成しているので格子整合性が達成されており、従って、異種基板上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる場合のような格子不整合について注意を払う必要がない。言い換えると、この手法によると、ヘテロエピタキシャル成長を行う必要がない。
【０１４２】
ここで、上記活性層を含む光半導体構造を構成するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の例を以下に挙げる：
＜ＩｎＰ系（その１）＞
活性層：Ｉｎの組成比が異なるＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰの多重量子井戸構造    第１および第２の光閉じ込め層：ＩｎＧａＡｓＰまたはＩｎＰ
第１および第２のクラッド層：ＩｎＧａＡｓＰまたはＩｎＰ
第１および第２のコンタクト層：ＩｎＰまたはＩｎＧａＡｓ
発光波長帯：１．２〜１．７μｍ。
【０１４３】
＜ＩｎＰ系（その２）＞
活性層：Ｉｎの組成比が異なるＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｌＡｓの多重量子井戸構造
第１および第２の光閉じ込め層：ＩｎＧａＡｌＡｓまたはＩｎＧａＡｓＰまたはＩｎＰ
第１および第２のクラッド層：ＩｎＧａＡｌＡｓまたはＩｎＰ
第１および第２のコンタクト層：ＩｎＰまたはＩｎＧａＡｓ
発光波長帯：１．３μｍ。
【０１４４】
＜ＧａＡｓ系（その１）＞
発光層：ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓの多重量子井戸構造
第１および第２の光閉じ込め層：ＡｌＧａＡｓまたはＧａＡｓ
第１および第２のクラッド層：ＡｌＧａＡｓまたはＧａＡｓ
第１および第２のコンタクト層：ＧａＡｓ
発光波長帯：０．９〜１．１５μｍ。
【０１４５】
＜ＧａＡｓ系（その２）＞
活性層：ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓの多重量子井戸構造
第１および第２の光閉じ込め層：ＡｌＧａＡｓまたはＧａＡｓ
第１および第２のクラッド層：ＡｌＧａＡｓまたはＧａＡｓ
第１および第２のコンタクト層：ＧａＡｓ
発光波長帯：０．６２〜０．８７μｍ。
【０１４６】
＜ＧａＡｓ系（その３）＞
活性層：ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓの多重量子井戸構造
第１および第２の光閉じ込め層：ＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＡｓまたはＧａＡｓ    第１および第２のクラッド層：ＡｌＧａＩｎＰまたはＧａＡｓ
第１および第２のコンタクト層：ＧａＡｓ
発光波長帯：０．５４〜０．７μｍ。
【０１４７】
＜ＧａＮ系＞
活性層：ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮの多重量子井戸構造
第１および第２の光閉じ込め層：ＡｌＧａＮまたはＧａＮ
第１および第２のクラッド層：ＡｌＧａＮまたはＧａＮ
第１および第２のコンタクト層：ＧａＮまたはＩｎＧａＮ
発光波長帯：０．３〜０．６μｍ。
【０１４８】
光半導体構造は、ＺｎＳｅ系、例えばＣｄＺｎＳＳｅ等のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体で形成することもできる。
【０１４９】
また、電極を形成する金属材料の例を以下に示す。  
＜ＩｎＰ系光半導体構造の場合＞
ｐ−電極：Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの３層構造、Ａｎ／Ａｕの２層構造等
ｎ−電極：Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの３層構造等。
【０１５０】
＜ＧａＡｓ系光半導体構造の場合＞
ｐ−電極：Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの３層構造等
ｎ−電極：ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕの３層構造等。
【０１５１】
また、アモルファスシリコン層９３１の厚さは、例えば、０．２μｍ〜０．５μｍであり、アモルファスシリコン層９７１ａの厚さは、例えば、０．２μｍ〜０．５μｍである。
【０１５２】
光半導体構造９５を構成する第１および第２のコンタクト層９５１および９５７の厚さは、それぞれ、例えば、０．２μｍ〜１．５μｍであり、第１および第２のクラッド層９５２および９５６の厚さは、それぞれ、例えば、０．１μｍ〜０．５μｍであり、第１および第２の光閉じ込め層９５３および９５５の厚さは、それぞれ、例えば、０．０５μｍ〜０．２μｍであり、活性層９５４の厚さは、例えば、０．０５μｍ〜０．２μｍである。そして、電流狭窄層９９により画定されるアパーチャの直径は、例えば、５μｍ〜２０μｍである。
【０１５３】
ところで、図３−１〜図３−３に関して説明した第２の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法に準じて、同一基板（共通基板）上に、半導体発光デバイスに加えて、半導体受光デバイスを同時に製造することができる。このような半導体発光デバイスと半導体受光デバイスとが同一基板上に形成された光半導体デバイス（第８の実施形態に係る光半導体デバイス）の製造方法の一例を以下に説明する。
【０１５４】
すなわち、図１２−１の（Ａ）に示すように、図２に示す基板１１と同様の異種基板（例えばシリコン基板）２０１１上に、図３−１の（Ａ）〜（Ｃ）および図３−２の（Ｄ）に関して説明した手法に準じて、発光デバイスの第１の（屈折率が周期的に変化する）構造体層２０１３ａと、これと離間した受光デバイスの下側の（屈折率が周期的に変化する）構造体層２０１３ｂとを形成する。両構造体層２０１３ａおよび２０１３ｂは、ぞれぞれ、誘電体層２０１２ａおよび２０１２ｂの上に形成されており、誘電体層２０１２ａと構造体層２０１３ａとの積層体、および誘電体層２０１２ｂと構造体層２０１３ｂとの積層体は、アモルファスシリコン層２０１５により囲包されている。いうまでもなく、構造体層２０１３ａおよび２０１３ｂにおいて、アモルファスシリコンからなる高屈折率領域とアモルファスシリコン内に設けられた空孔内に埋め込まれた誘電体層２０１４ａ、２０１４ｂからなる低屈折率領域が周期的に二次元配置されている。受光デバイスの第１の構造体２０１３ｂには、発光デバイスからの光が入射される。こうして得られた半導体構造（図１２−１の（Ａ）に示す半導体構造）を第１の半導体構造ということとする。
【０１５５】
次に、図３−２の（Ｅ）に関して説明した手法に準じて、同種基板（例えばＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板）３０００上に、屈折率の互いに異なる半導体層３１７２と３１７１とを交互に積層して半導体多層反射膜（ＤＢＲ）３１７０を形成する。そして、ＤＢＲ３１７０の上に、第２のクラッド層３１６５、第２の光閉じ込め層３１６４、活性層３１６３、第１の光閉じ込め層３１６２、第１のクラッド層（コンタクト層を兼ねる）３１６１を積層して、光半導体構造３１６０を形成して、活性層を含む光半導体構造３１６０を有する半導体構造（第２の半導体構造）を得る。次に、上記第１の半導体構造と上記第２の半導体構造とを、第１の半導体構造における第１の構造体層２０１３ａおよび２０１３ｂを含む表面と、第２の半導体構造における第１のクラッド層３１６１とが対面するように両半導体構造を接合する。第１のクラッド層３１６１がＩｎＰで形成されていると、アモルファスシリコン層２０１５との直接接合が可能である。こうして得られた構造を、第３の半導体構造ということとする（図１２−１の（Ｂ））。
【０１５６】
次に、第３の半導体構造から、機械研磨またはウエットエッチングにより、同種基板３０００を除去して、ＤＢＲ３１７０（最上層３１７２）の表面を露出させる。ついで、発光デバイスにおける光半導体構造３１６０中の電流狭窄層形成予定部以外の表面にマスク３００１を形成し、電流狭窄層形成予定部にイオン注入を行う。このイオン注入は、例えばプロトン注入である。このイオン注入により、発光デバイス領域におけるＤＢＲ３１７０を含め光半導体構造３１６０内に電流狭窄層３０１８が形成される（図１２−２の（Ｃ））。この電流狭窄層３０１８は、環状であり得る。
【０１５７】
ついで、図３−３の（Ｉ）に関して説明した手法に準じて、マスク３００１を除去した後、第１のクラッド層３１６１の一部を含み電流狭窄層３０１８と、受光デバイスの光半導体構造およびＤＢＲとを、それぞれ円錐台形状にメサ加工し、さらに第１のクラッド層３１６１を発光デバイスと受光デバイスとを分離するように、分離する。こうして、第１のクラッド層３１６１が受光デバイスにおける第１のクラッド層３１６１ａと受光デバイスにおける第１のクラッド層３１６１ｂに分離されるとともに、第１の光閉じ込め層３１６２、活性層３１６３、第２の光閉じ込め層３１６４および第２のクラッド層３１６５を含む光半導体構造３１６０、並びに屈折率の異なる半導体層３１７１と３１７２との積層体からなるＤＢＲ３１７０も、発光デバイスにおける第１の光閉じ込め層３１６２ａ、活性層３１６３ａ、第２の光閉じ込め層３１６４ａおよび第２のクラッド層３１６５ａを含む光半導体構造３１６０ａ、並びに屈折率の異なる半導体層３１７１ａと３１７２ａとの積層体からなるＤＢＲ３１７０ａと、受光デバイスにおける第１の光閉じ込め層３１６２ｂ、活性層３１６３ｂ、第２の光閉じ込め層３１６４ｂおよび第２のクラッド層３１６５ｂを含む光半導体構造３１６０ｂ、並びに屈折率の異なる半導体層３１７１ｂと３１７２ｂとの積層体からなるＤＢＲ３１７０ｂとに分離される（図１２−２の（Ｄ））。
【０１５８】
最後に、図３−３の（Ｉ）に関して説明した手法に準じて、発光デバイス構造および受光デバイス構造にそれぞれ絶縁膜２０１９ａおよび２０１９ｂを形成し、それぞれ電極２２０１ａおよび２０２２ａ並びに電極２２０１ｂおよび２２０２ｂを形成する。こうして、半導体発光デバイス（レーザダイオード）ＬＤおよび半導体受光デバイス（フォトダイオード）ＰＤを同一基板上に設けた光半導体デバイスが製造される（図１２−３）。
【０１５９】
以上の説明からわかるように、図１２−３に示す半導体発光デバイスＬＤは、図２に関して説明した半導体発光デバイス１０と同じ構造を有する。そして、半導体発光デバイスＬＤにおける光半導体構造３１６０ａと、半導体受光デバイスＰＤにおける光半導体構造３１６０ｂとは、層構成と構成材料が同じである。同様に、半導体発光デバイスＬＤにおけるＤＢＲ３１７０ａと、半導体受光デバイスにおけるＤＢＲ３１７０ｂとも、層構成と構成材料が同じである。また、第１の構造体層２０１３ａおよび２０１３ｂを構成する母材と誘電体材料も、同じであるが、屈折率が変化する周期は異なっていてもよい。
【０１６０】
さらに、図１１−１〜図１１−４に関して説明した第７の実施形態に係る半導体発光デバイスの製造方法に準じて、同一基板（共通基板）上に、半導体発光デバイスに加えて、半導体受光デバイスを同時に製造することもできる。このような半導体発光デバイスと半導体受光デバイスとが同一基板上に形成された光半導体デバイス（第９の実施形態に係る光半導体デバイス）の製造方法の一例を以下に説明する。
【０１６１】
すなわち、図１３−１の（Ａ）に示すように、図１０に示す基板９１と同様の異種基板（例えばシリコン基板）４０９１上に、図１１−１の（Ａ）〜（Ｃ）に関して説明した手法に準じて、誘電体層４０９２を形成し、アモルファスシリコン層４９３１、およびマスク用誘電体層（図示せず）を形成した後、マスク用誘電体層をパターニングする。このパターニングした誘電体層をマスクとして、発光デバイス領域におけるアモルファスシリコン層４９３１の部分と、受光デバイス領域におけるアモルファスシリコン層４９３１の部分とに一定の間隔で空孔を設け、上記マスクを除去することなく、前記空孔内を含み、上記マスク全面上に誘電体層を形成する（この誘電体層とマスクとを併せて誘電体層４９４１として示す）。かくして、発光デバイスの下側の（第１の）構造体層４０９３ａと、これと離間した受光デバイスの下側の（第１の）構造体層４０９３ｂとが形成される。いうまでもなく、構造体層４０９３ａおよび４０９３ｂにおいて、アモルファスシリコンからなる高屈折率領域とアモルファスシリコン層４９３１内に設けられた空孔内に埋め込まれた誘電体層４９４１からなる低屈折率領域は周期的に二次元配置されている。受光デバイスの第１の構造体層４０９３ｂには、発光デバイスからの光が入射される。こうして得られた半導体構造（図１３−１の（Ａ）に示す半導体構造）を半導体構造Ａということとする。
【０１６２】
次に、図１１−２の（Ｄ）〜（Ｅ）に関して説明したように、同種基板５０００上に、第２導電型の第２のコンタクト層４９５７、第２導電型の第２のクラッド層４９５６、第２導電型の第２の光閉じ込め層４９５５、活性層４９５４、第１導電型の第１の光閉じ込め層４９５３、第１導電型の第１のクラッド層４９５２、および第１導電型の第１のコンタクト層４９５１を含む光半導体構造４９５０を形成し、第１導電型の第１のコンタクト層４９５１上に、接合用の誘電体層４９４２を形成し、半導体構造Ｂを得る。しかる後、半導体構造Ａの上に、半導体構造Ｂを、両者の半導体構造における誘電体層４９４１および４９４２同士が接触するように重ね合わせ、両半導体構造を接合する。誘電体層４９４１および４９４２は合体して誘電体層４９４０を構成する（図１３−１の（Ｂ））。
【０１６３】
次に、図１１−３の（Ｇ）〜（Ｉ）に関して説明した手法に準じて、上記接合した半導体構造から、機械研磨またはウエットエッチングにより、同種基板５０００を除去して、第２のコンタクト層４９５７を表面露出させた後、その上に、誘電体層４９６０、アモルファスシリコン層４９７１およびマスク用誘電体層（図示せず）を順次形成する。そして、マスク用誘電体層に対し、パターニングを行い、そのパターン化された誘電体層をマスクとして、アモルファスシリコン層４９７１をエッチングする。こうして、発光デバイス領域内のアモルファスシリコン層４９７１内および受光デバイス領域内のアモルファスシリコン層４９７１内にそれぞれ、一定間隔で離間する開口を形成する。しかる後、誘電体層マスクを除去することなく、アモルファスシリコン層４９７１の空孔内を含み誘電体層マスク上に誘電体層を形成する（この誘電体層と上記誘電体層マスクとを併せて誘電体層４０９８として示す）。ついで、誘電体層４０９８を、ＣＭＰで平坦化する。かくして、アモルファスシリコン層４９７１内にアモルファスシリコンとは屈折率が異なる誘電体が埋め込まれた第２の構造体４０９７ａおよび４０９７ｂがそれぞれ作製される（図１３−２の（Ｃ））。
【０１６４】
次に、図１１−４の（Ｊ）に関して説明した手法に準じて、発光デバイス領域における光半導体構造４９５０中の電流狭窄層形成予定部に、イオン注入を行う。このイオン注入は、例えばプロトン注入である。その際、プロトンイオンは、第２の構造体層４０９７ａのアモルファスシリコン部分において阻止されるが、アモルファスシリコン層４９７１内に形成された空孔内を埋める誘電体を透過する。このプロトンイオンが注入された部分は、プロトンイオンが注入されない部分に比べて抵抗が高くなる。すなわち、活性層４９５４を含む光半導体構造４９５０の半導体を含む低抵抗領域４９９２とこの半導体よりも電気抵抗が高い高抵抗領域４９９１とが、平面視で、第２の構造体層４０９７ａにおける屈折率が変化する周期に対応する周期で二次元配置された構造が提供される。イオン注入された領域（高抵抗領域）４９９１では注入イオンが光半導体構造４９５０内で散乱され広がるため、光半導体構造４９５０の下部領域ではすべての高抵抗領域４９９１がつながり、結果として電流の流れにくい領域が形成できる。この構造が、電流狭窄層４９９０を構成する（図１３−２の（Ｄ））。この電流狭窄層４９９０は、円環状であり得る。いうまでもなく、受光デバイス領域には、上記イオン注入は行わない。
【０１６５】
次に、図１１−４の（Ｋ）に関して説明した手法に準じて、発光デバイス領域における誘電体層４０９８、第２の構造体層４０９７ａおよび誘電体層４９６０、並びに受光デバイス領域における誘電体層４０９８、第２の構造体層４０９７ｂおよび誘電体層４９６０をそれぞれ順次エッチングによりそれぞれ同一円錐台形状にメサに加工する。しかる後、発光デバイス領域における第１のコンタクト層４９５１および電流狭窄層４９９０を除き、光半導体構造４９５０を円錐台形状にメサ加工するとともに、受光デバイスにおける第１のコンタクト層４９５１を除き光半導体構造４９５０を円錐台形状にメサ加工する。ついで、発光デバイスにおける一対の電極５０１１ａおよび５０１１ｂを形成するとともに、受光デバイスにおける一対の電極５０１１ｂおよび５０１２ｂを形成する。こうして、半導体発光デバイス（レーザダイオード）ＬＤおよび半導体受光デバイス（フォトダイオード）ＰＤを同一基板上に設けた光半導体デバイスが製造される（図１３−３）。
【０１６６】
完成した光半導体デバイスを示す図１３−３において、半導体発光デバイスＬＤにおける誘電体層４０９２、誘電体層４９４０、第１のコンタクト層４９５１、誘電体層４９６０および誘電体層４０９８を、それぞれ、誘電体層４０９２ａ、誘電体層４９４０ａ、第１のコンタクト層４９５１ａ、誘電体層４９６０ａおよび誘電体層４０９８ａとして示している。同様に、半導体受光デバイスＰＤにおける誘電体層４０９２、誘電体層４９４０、第１のコンタクト層４９５１、誘電体層４９６０および誘電体層４０９８を、それぞれ、誘電体層４０９２ｂ、誘電体層４９４０ｂ、第１のコンタクト層４９５１ｂ、誘電体層４９６０ｂおよび誘電体層４０９８ｂとして示している。ここで、受光デバイスおける電極５０１２ｂは、発光デバイスにおける電極５０１２ａと同様、第２の構造体層４０９７ｂの表面全体にわたって形成されており、それとともに光反射構造を構成する。
【０１６７】
いうまでもなく、半導体発光デバイスＬＤと半導体受光デバイスＰＤとは互いに離間して設けられている。半導体発光デバイスＬＤにおける活性層は発光層として作用し、半導体受光デバイスＰＤにおける活性層は光吸収層として作用する。
【０１６８】
以上の説明からわかるように、半導体発光デバイスＬＤは、図１０に関して説明した半導体発光デバイス９０と同じ構造を有する。そして、半導体発光デバイスＬＤにおける光半導体構造と、半導体受光デバイスＰＤにおける光半導体構造とは、層構成と構成材料が同じである。また、第１の構造体層および第２の構造体層を構成する母材と誘電体材料も同じであるが、屈折率が変化する周期は異なっていてもよい。
【０１６９】
なお、図１２−３及び図１３−３に示す光半導体デバイスのそれぞれは、半導体発光デバイスＬＤの代わりに、図１に示す半導体発光デバイス１を有していてもよい。
【０１７０】
かくして、１つの実施形態に係る光半導体デバイスは、１つの側面によると、同じ基板上に、半導体発光デバイスと半導体受光デバイスを備えるものとして記述することができる。
【０１７１】
前記光半導体デバイスにおける半導体発光デバイスは、１つの実施形態において、前記基板に接して設けられた第１の光反射構造と、前記第１の光反射構造を取り囲む埋め込み層と、前記第１の光反射構造上に設けられた、活性層を含む光半導体構造と、前記光半導体構造上に設けられた第２の光反射構造と、前記光半導体構造に通電するための一対の電極とを備える。前記第１の光反射構造の表面と前記埋め込み層の表面は、同一平面内に含まれる。
【０１７２】
前記光半導体デバイスにおける半導体発光デバイスは、別の実施形態において、前記基板上に設けられた活性層（発光層）を含む光半導体構造と、前記基板と前記光半導体構造との間に配置された第１の光反射構造と、前記光半導体構造の上側に配置された第２の光反射構造と、前記光半導体構造内に形成された電流狭窄層とを備え、前記第１の光反射構造は、屈折率が周期的に変化する第１の構造体層を含み、前記第２の光反射構造は、屈折率が周期的に変化する第２の構造体層を含む。前記電流狭窄層は、抵抗が相対的に高い高抵抗領域と抵抗が相対的に低い低抵抗領域とを含む。高抵抗領域と低抵抗領域は、前記第２の構造体層における前記周期に対応する周期で配置されている。そして、上記半導体発光デバイスは、前記光半導体構造に電流を印加するための一対の電極をさらに備え、その一方の電極は、前記電流狭窄層の表面の一部と接触している。
【０１７３】
そして、前記光半導体デバイスにおける半導体受光デバイスは、前記基板上に設けられた、活性層（光吸収層）を含む光半導体構造と、前記基板と前記光半導体構造との間に配置された、光が前記基板側から入射される屈折率が周期的に変化する第１の構造体層と、前記光半導体構造の上側に配置された、屈折率が周期的に変化する第２の構造体層を含む光反射構造と、前記光半導体構造に電圧を印加する一対の電極を備える。
【０１７４】
前記半導体発光デバイスにおける光半導体構造と、前記半導体受光デバイスにおける光半導体構造とは、同一の層構造を有し、同一の半導体材料で形成されている。
【０１７５】
以上説明した実施形態において、活性層を有する光半導体構造が備える電流狭窄構造は、光半導体構造内にイオン注入により形成した電流狭窄層により提供されるものであったが、電流狭窄構造は、これに限らない。例えば、酸化により光半導体構造内に電流狭窄層を設けることができる。例えば光閉じ込め層とクラッド層との間に酸化用の層（ＧａＡｓ系発光デバイスの場合、例えば、ＡｌＧａＡｓ層；ＩｎＰ系発光デバイスの場合、例えばＩｎＡｌＡｓ；厚さはそれぞれ例えば５０ｎｍ〜１００ｎｍ）を介挿し、これを水蒸気酸化により酸化させて電流狭窄層を形成することができる。あるいは、電流狭窄構造は、ハイメサ構造に加工した光半導体構造（およびＤＢＲ）を囲包して半絶縁性半導体層（ＧａＡｓ系発光デバイスの場合、例えばアンドープＧａＡｓ；ＩｎＰ系発光デバイスの場合、ＦｅドープＩｎＰまたはＲｕドープＩｎＰ）を形成することによって提供することができる。さらに、電流狭窄構造は、ハイメサ構造に加工した光半導体構造（およびＤＢＲ）を囲包して、絶縁性ポリマー（例えば、ポリイミド）を形成することによって提供することができる。さらには、電流狭窄構造は、光半導体構造（およびＤＢＲ）を単にハイメサ構造に加工する（メサ幅を例えば直径２〜１０μｍとする）ことによっても提供することができる。
【０１７６】
いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］基板と、
前記基板に接して設けられた第１の光反射構造と、
前記第１の光反射構造を取り囲む埋め込み層と、
前記第１の光反射構造上に設けられた、活性層を含む光半導体構造と、
前記光半導体構造上に設けられた第２の光反射構造と、
前記光半導体構造に通電するための一対の電極と、
を備え、
前記第１の光反射構造の表面と前記埋め込み層の表面は、同一平面内に含まれる
ことを特徴とする半導体発光デバイス。
［２］前記第１の光反射構造及び第２の光反射構造の一方または両方が、屈折率が面内方向に周期的に変化する構造体層を含むことを特徴とする［１］の半導体発光デバイス。
［３］前記第１の光反射構造及び第２の光反射構造の一方または両方が、屈折率が互いに異なる２つの材料を交互に積層した積層体から構成されることを特徴とする［１］の半導体発光デバイス。
［４］前記第１の光反射構造と第２の光反射構造の一方が、屈折率が互いに異なる２つの材料を交互に積層した積層体から構成され、他方が、屈折率が面内方向に周期的に変化する構造体から構成されることを特徴とする［１］の半導体発光デバイス。
［５］前記基板は、前記光半導体構造を構成する半導体とは異種の半導体材料で構成されていることを特徴とする［１］から［４］いずれかの半導体発光デバイス。
［６］前記基板は、シリコン基板であることを特徴とする［５］の半導体発光デバイス。
［７］前記第１の光反射構造の反射率と、前記第２の光反射構造の反射率が異なることを特徴とする請求項［１］から［６］いずれかの半導体発光デバイス。
［８］前記活性層が、第１の反射構造より狭いことを特徴とする［１］から［７］いずれかの半導体発光デバイス。
［９］前記活性層が、第１の反射構造より広いことを特徴とする［１］から［７］いずれかの半導体発光デバイス。
［１０］前記活性層が、イオン注入された半導体により取り囲まれていることを特徴とする［１］から［９］いずれかの半導体発光デバイス。
［１１］前記光半導体構造が、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含むことを特徴とする［１］から［１０］いずれかの半導体発光デバイス。
［１２］前記第２の光反射構造は、前記一対の電極のうちの一方の電極を兼ねる金属層を含むことを特徴とする［１］から［３］及び［５］から［１１］いずれかの半導体発光デバイス。
［１３］前記第１の光反射構造は、透明電極をさらに備え、前記基板上には、前記透明電極を囲包して前記透明電極と電気的に接続する金属層が形成されていることを特徴とする［１］から［１２］いずれかの半導体発光デバイス。
［１４］前記第１の光反射構造は、金属グリッド電極をさらに含む請求項［１］から［１３］いずれかの半導体発光デバイス。
［１５］前記基板内に、前記第１の光反射構造に対応する領域を囲むように配置された放熱性金属が埋設されていることを特徴とする［１］から［１４］いずれかの半導体発光デバイス。
［１６］前記基板と前記第１の光反射構造との間に及び／又は前記第１の光反射構造と前記光半導体構造との間に、熱伝導性誘電体層をさらに含む請求項［１］から［１５］いずれかの半導体発光デバイス。
［１７］前記第１の光反射構造と第２の光反射構造の少なくとも一方がレンズ効果を有していることを特徴とする［１］から［１６］いずれかの半導体発光デバイス。
［１８］前記光半導体構造は、電流狭窄構造を含み、前記電流狭窄構造は、前記光半導体構造内に設けられた、抵抗が相対的に高い高抵抗領域と抵抗が相対的に低い低抵抗領域とを含む電流狭窄層により形成され、前記高抵抗領域と低抵抗領域は、前記第２の構造体層における前記周期に対応する周期で配置され、前記一対の電極のうちの一方の電極は、前記電流狭窄層の表面の一部と接触していることを特徴とする［１０］の半導体発光デバイス。
［１９］１つの基板と、
前記基板上に形成された半導体発光デバイスと半導体受光デバイスを備え、
前記半導体発光デバイスは、前記基板に接して設けられた第１の光反射構造と、前記第１の光反射構造を取り囲む埋め込み層と、前記第１の光反射構造上に設けられた、活性層を含む光半導体構造と、前記光半導体構造上に設けられた第２の光反射構造と、前記光半導体構造に通電するための一対の電極とを備え、前記第１の光反射構造の表面と前記埋め込み層の表面は、同一平面内に含まれ、
前記半導体受光デバイスは、前記基板上に設けられた、活性層を含む光半導体構造と、前記基板と前記光半導体構造との間に配置された、光が前記基板側から入射される、屈折率が周期的に変化する第１の構造体層と、前記光半導体構造の上側に配置された、屈折率が周期的に変化する第２の構造体層を含む光反射構造と、前記光半導体構造に通電するための一対の電極とを備え、
前記半導体発光デバイスにおける光半導体構造と、前記半導体受光デバイスにおける光半導体構造とは、同一の層構造を有し、同一の半導体材料で形成されている
ことを特徴とする光半導体デバイス。
［２０］基板上に第１の光反射構造および前記第１の光反射構造を取り囲む埋め込み層を前記第１の光反射構造表面及び前記埋め込み層表面が同一平面をなすように形成する工程と、
前記第１の光反射構造上に活性層を含む光半導体構造を接合する工程と、
前記光半導体構造上に第２の光反射構造を形成する工程とを
含んでなることを特徴とする半導体発光デバイスの製造方法。
【符号の説明】
【０１７７】
１１，９１…基板、１３，９３…第１の構造体層、１７…多層反射膜、９７…第２の構造体層（光反射構造）、１６，９５…活性層を含む光半導体構造、１８，９９１…電流狭窄層、２０１．２０２，１００１，１００２…電極
【図１】
0006581022.tif 000002
【図２】
0006581022.tif 000003
【図３−１】
0006581022.tif 000004
【図３−２】
0006581022.tif 000005
【図３−３】
0006581022.tif 000006
【図４】
0006581022.tif 000007
【図５】
0006581022.tif 000008
【図６】
0006581022.tif 000009
【図７】
0006581022.tif 000010
【図８】
0006581022.tif 000011
【図９】
0006581022.tif 000012
【図１０】
0006581022.tif 000013
【図１１−１】
0006581022.tif 000014
【図１１−２】
0006581022.tif 000015
【図１１−３】
0006581022.tif 000016
【図１１−４】
0006581022.tif 000017
【図１２−１】
0006581022.tif 000018
【図１２−２】
0006581022.tif 000019
【図１２−３】
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【図１３−１】
0006581022.tif 000021
【図１３−２】
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【図１３−３】
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