(57)【要約】【課題】光学信号の損失および劣化を最小限に抑えた、半導体発光デバイスを提供する。【解決手段】発光構造を、基板上に形成されたバッファ層上に発光構造を形成した後、バッファ層および基板から分離する。続いて、ミラーもしくはレンズのような導光素子を別個に製造し、これを結合剤を使用して発光構造へ取り付ける。結合剤としては、透明でかつ光信号損失の小さいエポキシボンドが好ましい。得られる光学デバイスからは、基板およびバッファ層が省かれているので、光信号損失を低減することができる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮから形成されている活性層（２１０）を備えている発光構造（２５０）と、
前記発光構造の主表面（４２０）に塗布されている結合剤（４０５）と、
前記発光構造の主表面に、結合剤によって取り付けられている導光素子（４１０）とを備えている、発光デバイス（２００）。
【請求項２】
前記発光構造が、第１の製造ユニットであり、
前記導光素子が、前記第１の製造ユニットとは独立した第２の製造ユニットである、請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項３】
前記発光構造が、有機金属化学気相エピタキシー（ＭＯＶＰＥ）プロセスを利用して製造されており、
前記導光素子が、ＭＯＶＰＥ以外のプロセスを利用して製造されている、請求項２に記載の発光デバイス。
【請求項４】
前記発光構造の主表面が、当該発光構造の前記活性層に隣接して配置されているクラッド層（２１５）の主表面である、請求項３に記載の発光デバイス。
【請求項５】
前記発光構造の主表面が、導電層およびコンタクト層のうち１つの主表面である、請求項３に記載の発光デバイス。
【請求項６】
発光デバイス（２００）の製造方法であって、
バッファ層（２２５）を上に備えている基板（２２０）を準備し、
前記バッファ層上に、活性領域（２１０）を含む発光構造（２５０）を形成し、
前記発光構造を、前記バッファ層および前記基板から分離し、
導光素子（４１０）を準備し、
結合剤（４０５）を準備し、
導光素子を、前記結合剤を使用して前記発光構造に取り付ける、方法。
【請求項７】
前記活性領域が、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記導光素子が、ａ）レンズ、ｂ）ミラー、ｃ）格子およびｄ）光学フィルタ素子のうち１つである、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記導光素子を前記発光構造に取り付けることが、該導光素子を、当該発光構造のクラッド層（２１５）に取り付けることを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記導光素子を前記発光構造に取り付けることが、該導光素子を、前記発光構造の導電層よびコンタクト層の１つに取り付けることを含む、請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光デバイス、特に、ミラーやレンズのような光学素子を備えているデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
発光層とミラーもしくはレンズのような受動光学素子とを両方備えているＧａＮ材料系のデバイスを製造することが望まれている。一例としては、上部および下部の分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）ミラーを備えているＧａＮ垂直型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）が挙げられる。ＧａＮ材料系においては、このようなデバイスを、エピタキシャル成長を利用して製造することは難しい。
【０００３】
例えば、反射器スタックを組み込んでいるＶＣＳＥＬの構造は公知である（例えば、非特許文献１を参照）。このＶＣＳＥＬ構造を、有機金属化学気相エピタキシー（ＭＯＶＰＥ）によってサファイア基板上に成長させる。
【０００４】
従来のＶＣＳＥＬは、図１に示すように、２つの反射器スタックに挟まれている活性層を有する。この図１において、活性層１１０は、ブラッグ反射器スタック１０５および１１５に挟まれている１０μｍのＧａＮ層であり、ブラッグ反射器スタック１０５および１１５はそれぞれ、３０の周期のＡｌ０．４Ｇａ０．６０Ｎ／Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ｎ（３９７Å（３９．７ｎｍ）／３７２Å（３７．２ｎｍ））からなる多層スタックである。上記文献には、このような構造における光学的特徴および機械的特徴に関連する短所のいくつかが開示されている。この短所には、「クラックのネットワーク」およびＶＣＳＥＬ性能の次善最適な反射パラメータが含まれる。
【０００５】
さらに、基板を介して光が抽出される場合、半導体発光デバイスは、光信号損失によりさらに不都合を被る。例えば、バッファ層で使用される半導体材料の、損失をもたらす性質により、光信号損失および信号劣化が起こる。さらに、基板によっても光信号損失が導入される。したがって、現存の発光デバイスに設けられている所定の要素、例えば、バッファ層および基板を省くことが望ましい。
【非特許文献１】「An optically pumped GaN-AlGaN vertical cavity surface emitting laser」、Joan M. Redwing, David A. S. Loeber, Neal G. Anderson, Michael A. TischlerおよびJeffrey S. Flynn
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の欠点を回避した、特に光信号の損失や劣化を最小限に抑えた半導体光学デバイスを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決した方法によれば、まず、基板上に形成されたバッファ層上に発光構造を形成することによって、発光デバイスを製造する。次に、発光構造を、バッファ層および基板から分離する。続いて、ミラーもしくはレンズのような導光素子を、結合剤を使用して発光構造へ取り付ける。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の多くの局面は、添付の図面を参照することによってよりよく理解することができる。図面中で、構成要素を表す縮尺は必ずしも正確ではなく、本発明の原則を明らかに示すために拡大されている。さらに、同じ参照符号は、複数の図面を通して、対応する同じ部材を表している。
【０００９】
以下の様々な実施態様は、一般に、導光素子が取り付けられている発光構造を有する発光デバイスに関する。一態様では、発光構造は、有機金属化学気相成長エピタキシー（ＭＯＶＰＥ）を用いて製造された発光源である。取り付けられる導光素子は、ＭＯＶＰＥ以外の他のプロセスを使用して製造する。ＭＯＶＰＥプロセスによって、発光構造の光学的および機械的な性質の最適化が可能となり、上記の他のプロセスによって、導光素子の最適化が、発光構造から独立して可能となる。
【００１０】
図２に、発光デバイス２００の一態様を示す。この態様では、発光デバイス２００は、ＧａＮ系の化合物からなる活性層２１０を含む発光構造２５０を有するＶＣＳＥＬである。一態様では、ＧａＮ系の化合物は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（１≧ｘ≧０、１≧ｙ≧０、１≧ｘ＋ｙ≧０）によって規定される。活性層２１０は、第１のクラッド層２０５と第２のクラッド層２１５との間に挟まれている。ブロック層および反射層という用語で呼ばれることもあるこれら２つのクラッド層は、当分野で公知のように、活性層２１０中の光を制限し、光を生成するよう機能する。バッファ層２２５は、基板２２０に隣接して形成する。
【００１１】
図２に、第１のクラッド層２０５と第２のクラッド層２１５との間に挟まれている活性層２１０から形成されている発光構造２５０を示したが、別の態様では、発光構造２５０は、追加の層を有している。１つ以上のこの追加の層は、バッファ層２２５と第２のクラッド層２１５との間に形成する。この別の態様では、追加の層は、発光構想２５０の一部となっている。
【００１２】
ここで、発光デバイス２００中の光学信号路２６０に注目されたい。複数の層の中で、バッファ層２２５および基板２２０によって、光学信号路２６０での光学信号の減衰が生じる。したがって、バッファ層２２５および基板２２０を除くことによって、減衰を最小限にすることが望ましい。さらなる利点としては、バッファ層２２５および基板２２０を除くことによって、半導体接合部２５５および２６５も除かれる。接合部２５５および２６５は、信号を吸収したり分散させたりすることによって光学信号損失に影響を与えるものである。
【００１３】
図３に、バッファ層２２５から分離させた発光構造２５０を示す。これにより、発光構造２５０から、図２に示したバッファ層２２５、基板２２０および接合部２５５が除かれる。一態様では、この発光構造２５０のバッファ層２２５からの分離を、レーザリフトオフプロセスを利用して行う。別の態様では、別の技術を利用してこの分離を行う。
【００１４】
図４では、結合剤４０５が、発光構造２５０の主表面に塗布されている。図４に示す態様では、第２のクラッド層２１５の主表面４２０は、結合剤４０５が塗布される発光構造２５０の主表面である。例えば、結合剤４０５を、導電層（図示せず）またはコンタクト層（図示せず）の主表面に塗布する。
【００１５】
結合剤４０５の組成物には、様々な材料を使用することができる。例えば、透明でありかつ光学信号の信号伝達損失が小さい、良好な光学的品質を備えたエポキシボンドを使用することができる。このエポキシボンドは、外部の素子が第２のクラッド層２１５へ半永久的もしくは永久的に装着されることを可能にする接着品質を提供する。第２の例としては、結合剤４０５は、２つの二酸化シリコン（ＳｉＯ２）表面間の接着を提供する。
【００１６】
導光素子４１０は、光の１つ以上の波長を所望の方向に方向付けるために使用される光学素子である。導光素子４１０の例としては、ａ）レンズ、ｂ）ミラー、ｃ）格子、ｄ）光学フィルタ、ｅ）光学結合器が挙げられる。導光素子という用語は、上記の例として挙げた素子以外のいくつかの光学素子をも記述するために使用される一般的な用語である。他にもこのようないくつかの素子があることは、当業者によって理解されるであろう。
【００１７】
このような導光構造を製造するのに有利な製造プロセスを用いて、導光素子４１０を、１つの製造ユニット（集合体）として製造する。一方で、最適な発光構造を製造するのにより適した製造プロセスを用いて、発光構造２５０を第２のユニットとして独立に製造する。導光素子４１０および発光構造２５０を製造する方法については、以下に詳説する。
【００１８】
導光素子４１０の製造は、導光素子の性質に依存する。例えば、導光素子４１０が半導体デバイスである場合には、発光構造２５０の製造に使用されたものと同様のエピタキシャル成長プロセスを用いる。一態様では、２つのユニットを個々に製造するために使用された２つのエピタキシャル成長プロセスは、互いに同一である。別態様では、２つのユニットを成長させる際に使用するＧａＮ、ＡｌＧａＮおよびＡｌＮのような半導体材料が互いに同一であっても、２つのエピタキシャル成長プロセスが、成長温度、成長速度等の製造パラメータに関連して互いに異なっている。この場合も、２つのユニットを、互いに独立して製造する。
【００１９】
導光素子４１０が、ガラスのような材料からなっている場合、半導体材料ではなくガラスに適用される製造プロセスが使用される。例えば、導光素子４１０がレンズである場合、未加工ガラスを切断し、研磨し、適切に成形することによってレンズを製造する。この態様では、導光素子４１０を、ガラスに関連した製造プロセスを用いて製造し、発光構造２５０を、エピタキシャル成長プロセスを用いて独立させて製造する。
【００２０】
導光素子４１０は、結合剤４０５を使用して第２のクラッド層２１５に取り付ける。結合剤４０５は、通常、光学信号損失を最小限化することに関連した光学特性に基づいて選択される。結合剤４０５は、凝集および応力といった物理的性質にも基づいて選択される。
【００２１】
図５に、導光素子がミラー５１０である発光デバイス５００の一態様を示す。ミラー５１０は、発光構造２５０の製造から独立した第１の製造ユニットとして製造する。一態様では、所定の誘電定数を有する材料を、異なる誘電定数を有する別の材料上にコーティングすることによって、ミラー５１０を製造する。これらの２つの材料は、所定の所望の特性に基づいて個々に選択され、ミラー５１０の性質が向上するように製造プロセスを最適な形式で実施する。このような向上した性質には、より高い反射率およびより大きな機械的強度が含まれる。
【００２２】
ミラー５１０を、結合剤４０５を使用して発光構造２５０に取り付ける。結合剤４０５は、ミラー５１０の材料と、この例では、第２のクラッド層２１５との間の、所望のレベルの接着が提供されるように選択される。
【００２３】
光学信号路５１５は、ミラー５１０によって得られる反射作用を示す。図２に示した基板２２０および接合部２５５を除いたことによって、光学信号路５１５における信号減衰および信号劣化は最小限に抑えられる。
【００２４】
図６に、導光素子がレンズ６１０である発光デバイス６００の一態様を示す。レンズ６１０は、発光構造２５０の製造とは独立した第１の製造ユニットとして製造されている。一態様では、未加工ガラスを、適切に切断し成形し加工することによって、レンズ６１０を製造する。レンズ６１０を、結合剤４０５を使用して発光構造２５０に取り付ける。この場合、結合剤４０５は、ガラスと、第２のクラッド層２１５の半導体材料との間の、所望のレベル接着が得られるように選択される。
【００２５】
光学信号路６１５ａおよび６１５ｂは、レンズ６１０によって得られる集光作用を示す。図２に示したバッファ２２５、基板２２０、ならびに接合部２５５および２６５を除くことによって、光学信号路６１５ａおよび６１５ｂにおける信号減衰および信号劣化は最小限に抑えられる。
【００２６】
図７に、本発明による発光デバイスの製造方法の一例のフローチャートを示す。ブロック７０５で、その上にバッファ層を形成した基板を準備する。一態様では、基板は、サファイア基板であり、発光デバイスはＶＣＳＥＬである。別の態様では、別の材料の基板を設ける。
【００２７】
ブロック７１０では、発光構造をバッファ層上に形成する。一態様では、発光構造を、有機金属化学気相エピタキシー（ＭＯＶＰＥ）プロセスを利用して形成する。一態様では、発光構造を、化学エッチングおよびレーザエッチングのような他のプロセスを利用して形成する。発光構造は、活性層を含み、この活性層は、レーザ光生成構造の一部であることは当業者によって認識されている。
【００２８】
ブロック７１５では、発光構造を、レーザリフトオフのような適切なプロセスを利用して、バッファ層および基板から分離する。その後、ブロック７２０で、導光素子を準備する。導光素子のいくつかの態様は、レンズ、ミラー、格子および光学フィルタを含む。
【００２９】
ブロック７２５では、結合剤を準備する。この結合剤は、最適な機械的および光学的特性を発光デバイスに付与するように選択される。結合剤の一例は、光学エポキシボンドである。第２の例は、一時的な接着を提供する光学的ゲルである。ブロック７３０では、この結合剤を使用して、導光素子を発光構造に取り付ける。
【００３０】
上述の実施態様は、単に本発明の開示内容の原理がよく理解されることを目的として説明したものである。本開示から実質的に逸脱することがなければ、多くの様々な変更、変形が可能である。このような変更や変形は、本開示の範囲内に含まれる。
【００３１】
以下に、本発明の特に好ましい態様を示す。
１．ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮから形成されている活性層を備えている発光構造と、
前記発光構造の主表面に塗布されている結合剤と、
前記発光構造の主表面に、結合剤によって取り付けられている導光素子とを備えている、発光デバイス。
２．前記発光構造が、第１の製造ユニットであり、
前記導光素子が、前記第１の製造ユニットとは独立した第２の製造ユニットである、上項１に記載の発光デバイス。
３．前記発光構造が、有機金属化学気相エピタキシー（ＭＯＶＰＥ）プロセスを利用して製造されており、
前記導光素子が、ＭＯＶＰＥ以外のプロセスを利用して製造されている、上項２に記載の発光デバイス。
４．前記結合剤が、光学的品質を備えたエポキシボンドである、上項３に記載の発光デバイス。
５．前記導光素子がミラーである、上項４に記載の発光デバイス。
６．前記活性層で生成された光が、前記ミラーによって反射し、前記結合剤および前記発光構造を通った後、発光デバイスから外へ発信される、上項５に記載の発光デバイス。
７．前記導光素子がレンズである、上項４に記載の発光デバイス。
８．前記活性層で生成された光が、前記結合剤および前記発光構造の一部を通った後、発光デバイスから外へ発信される、上項７に記載の発光デバイス。
９．前記発光デバイスが、垂直型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）である、上項３に記載の発光デバイス。
１０．前記発光構造の主表面が、当該発光構造の前記活性層に隣接して配置されているクラッド層の主表面である、上項９に記載の発光デバイス。
１１．前記発光構造の主表面が、導電層およびコンタクト層のうち１つの主表面である、上項９に記載の発光デバイス。
１２．発光デバイスの製造方法であって、
バッファ層を上に備えている基板を準備し、
前記バッファ層上に、活性領域を含む発光構造を形成し、
前記発光構造を、前記バッファ層および前記基板から分離し、
導光素子を準備し、
結合剤を準備し、
導光素子を、前記結合剤を使用して前記発光構造に取り付ける、方法。
１３．前記活性領域が、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮを含む、上項１２に記載の方法。
１４．前記発光素子構造をバッファおよび基板から分離することが、レーザリフトオフプロセスを使用することを含む、上項１２に記載の方法。
１５．前記結合剤が、光学的エポキシボンドである、上項１２に記載の方法。
１６．前記発光構造を、有機金属化学気相エピタキシー（ＭＯＶＰＥ）を使用してバッファ層上に形成する、上項１５に記載の方法。
１７．前記導光素子が、ａ）レンズ、ｂ）ミラー、ｃ）格子およびｄ）光学フィルタ素子のうち１つである、上項１６に記載の方法。
１８．前記導光素子を、ＭＯＶＰＥ以外のプロセスを使用することによって製造する、上項１７に記載の方法。
１９．前記導光素子を前記発光構造に取り付けることが、該導光素子を、当該発光構造のクラッド層に取り付けることを含む、上項１２に記載の方法。
２０．前記導光素子を前記発光構造に取り付けることが、該導光素子を、前記発光構造の導電層よびコンタクト層の１つに取り付けることを含む、上項１２に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】２つの反射器スタック間に挟まれている活性領域を基板上に成長させた従来のＶＣＳＥＬを示す。
【図２】本発明による、基板上に形成された発光構造を有する発光デバイスの一実施態様を示す。
【図３】基板から分離された図２の発光構造を示す。
【図４】結合剤を使用して図３の発光構造に取り付けられる導光素子を示す。
【図５】導光素子がミラーである、発光デバイスの第１の実施態様を示す。
【図６】導光素子がレンズである、発光デバイスの第２の実施態様を示す。
【図７】本発明による発光デバイスの例示的な製造方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３３】
２００  発光デバイス
２１０  活性層
２１５  クラッド層
２２０  基板
２２５  バッファ層
２５０  発光構造
４０５  結合剤
４１０  導光素子
４２０  発光構造の主表面
【図１】
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【図２】
2007036234.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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