(57)【要約】【課題】面発光レーザの出力向上を図ることが可能な化合物半導体装置を提供すること。【解決手段】基板の一方の面に形成され、開口部を有する第１電極と、基板の他方の面に積層された活性層と、活性層に積層された上部反射鏡と、上部反射鏡に形成された第２電極とを有し、第２電極の周辺部における熱伝導率は、第２電極の中心部における熱伝導率よりも小さい、化合物半導体装置が提供される。【選択図】図１
2016021484.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の一方の面に形成され、開口部を有する第１電極と、
前記基板の他方の面に積層された活性層と、
前記活性層に積層された上部反射鏡と、
前記上部反射鏡に形成された第２電極と
を有し、
前記第２電極の周辺部における熱伝導率は、前記第２電極の中心部における熱伝導率よりも小さい、
化合物半導体装置。
【請求項２】
前記第２電極は、周辺部の一部に前記第２電極の材料よりも熱伝導率の小さい低熱伝導率層を含む、
請求項１に記載の化合物半導体装置。
【請求項３】
前記基板における前記第１電極の開口部の直下の少なくとも一部が除去され、射出孔が形成されている、
請求項１又は２に記載の化合物半導体装置。
【請求項４】
前記基板と前記活性層との間に電流拡散層を有する、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の化合物半導体装置。
【請求項５】
前記基板と前記活性層との間に下部反射鏡を有する、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の化合物半導体装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の化合物半導体装置と、
前記化合物半導体装置から射出される光の光路上に配置された外部反射鏡と
を備える、
面発光レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化合物半導体装置及び面発光レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
面発光レーザは、基板面に対し垂直方向に光を出射する半導体レーザであり、端面発光型の半導体レーザと比較して、低価格、低消費電力、小型であって高性能であるといった特徴を有している。
【０００３】
従来、面発光レーザにおいて、電極と活性層との間に作製された電流狭窄構造により活性層への電流注入面積を制限することで、面発光レーザの更なる低消費電力化を実現している（例えば、非特許文献１参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来の技術では、電流注入面積が制限されているため、注入できる電流が小さく、面発光レーザの出力を高くすることが困難であった。
【０００５】
そこで、本発明の一つの案では、面発光レーザの出力向上を図ることが可能な化合物半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一つの案では、基板の一方の面に形成され、開口部を有する第１電極と、前記基板の他方の面に積層された活性層と、前記活性層に積層された上部反射鏡と、前記上部反射鏡に形成された第２電極とを有し、前記第２電極の周辺部における熱伝導率は、前記第２電極の中心部における熱伝導率よりも小さい、化合物半導体装置が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
一態様によれば、面発光レーザの出力向上を図ることが可能な化合物半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態に係る化合物半導体装置の概略構成を例示する断面図。
【図２】第１実施形態に係る化合物半導体装置の概略構成を例示する平面図。
【図３】第１実施形態に係る化合物半導体装置の作用・効果を説明するための図。
【図４】第１実施形態に係る面発光レーザの概略構成を例示する図。
【図５】第２実施形態に係る化合物半導体装置の概略構成を例示する断面図。
【図６】第３実施形態に係る化合物半導体装置の概略構成を例示する断面図。
【図７】第４実施形態に係る化合物半導体装置の概略構成を例示する断面図。
【図８】第５実施形態に係る化合物半導体装置の概略構成を例示する断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。
【００１０】
［第１実施形態］
（化合物半導体装置の構成）
まず、本発明の第１実施形態に係る化合物半導体装置の概略構成の一例について、図１及び図２を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係る化合物半導体装置の概略構成を例示する断面図である。図２は、第１実施形態に係る化合物半導体装置の概略構成を例示する平面図である。
【００１１】
化合物半導体装置１００ａは、基板１０１、下部スペーサ層１０２、活性層１０３、上部スペーサ層１０４、上部反射鏡１０５、コンタクト層１０６、絶縁層１０７、第１電極１０８、第２電極１０９ａ等を有する。
【００１２】
基板１０１は、Ｓｉ（ケイ素）が１×１０８／ｃｍ３の濃度でドーピングされ、ｎ型の導電性を有するＧａＡｓ基板である。また、基板１０１は、結晶方位（１００）面が結晶方位（１１１）方向に対して１５°傾斜している。
【００１３】
下部スペーサ層１０２は、基板１０１の−Ｚ方向の面に積層され、ＧａＩｎＰからなる層である。
【００１４】
活性層１０３は、下部スペーサ層１０２の−Ｚ方向の面に積層され、ＧａＩｎＰＡｓ／ＧａＩｎＰからなる３重量子井戸構造の活性層である。量子井戸層の一例であるＧａＩｎＰＡｓ層は、発光波長が７００ｎｍ、格子歪みが＋１．０％、膜厚が５ｎｍとなるように調整されている。また、障壁層の一例であるＧａＩｎＰ層は、格子歪み−０．３％、膜厚８ｎｍとなるように調整されている。
【００１５】
上部スペーサ層１０４は、活性層１０３の−Ｚ方向の面に積層され、ＧａＩｎＰからなる層である。下部スペーサ層１０２と活性層１０３と上部スペーサ層１０４とからなる部分は、共振器とも呼ばれており、その光学的厚さが７１０ｎｍとなるように、各スペーサ層によって調整されている。また、各スペーサ層は、活性層１０３と格子整合している。
【００１６】
上部反射鏡１０５は、上部スペーサ層１０４の−Ｚ方向の面に積層され、ＡｌＡｓからなる低屈折率層とＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる高屈折率層のペアを２５ペア有している。また、各屈折率層には、Ｃ（炭素）が５×１０１６／ｃｍ３の濃度でドーピングされている。
【００１７】
コンタクト層１０６は、上部反射鏡１０５の−Ｚ方向の面に積層され、Ｚｎ（亜鉛）が１×１０１９／ｃｍ３の濃度でドーピングされ、ｐ型の導電性を有するＧａＡｓからなる層である。
【００１８】
絶縁層１０７は、コンタクト層１０６の−Ｚ方向の面に積層され、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ又はＳｉＯ２等からなる層である。
【００１９】
第１電極１０８は、基板１０１の＋Ｚ方向の面に形成され、ＡｕＧｅ、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）を順次積層した多層膜（金属膜）からなる電極である。また、第１電極１０８は、レーザ光の射出口となる開口部Ａを有している。第１電極１０８の形状としては、開口部Ａを有する環状であれば特に限定されず、例えば矩形、円形等が挙げられる。
【００２０】
第２電極１０９ａは、コンタクト層１０６の−Ｚ方向の面に形成され、例えば図２に示すように、円形の形状を有する。また、第２電極１０９ａの周辺部Ｓ２における熱伝導率は、第２電極１０９ａの中心部Ｓ１における熱伝導率よりも小さい。すなわち、第２電極１０９ａの周辺部Ｓ２における電極材料は、第２電極１０９ａの中心部Ｓ１における電極材料よりも熱伝導率の小さい材料で構成されている。具体的には、第２電極１０９ａの中心部Ｓ１における電極材料としては、例えばＣｒ（クロム）、ＡｕＺｎ、Ａｕを順次積層したものを用いることが好ましい。また、第２電極１０９ａの周辺部Ｓ２における電極材料としては、例えばＴｉ（チタン）、Ｐｔ（白金）、Ａｕを順次積層したものを用いることが好ましい。なお、第２電極１０９ａの形状は、前述の円形に限定されるものではなく、例えば矩形等であってもよい。
【００２１】
（化合物半導体装置の製造方法）
次に、第１実施形態に係る化合物半導体装置の製造方法の一例について説明する。
【００２２】
まず、基板１０１の−Ｚ方向の面に、下部スペーサ層１０２、活性層１０３、上部スペーサ層１０４、上部反射鏡１０５及びコンタクト層１０６を有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）又は分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ法）による結晶成長によって形成する。
【００２３】
続いて、気相化学堆積法（ＣＶＤ法）を用いて、コンタクト層１０６の−Ｚ方向の面にＳｉＮ、ＳｉＯＮ又はＳｉＯ２からなる絶縁層１０７を形成する。
【００２４】
続いて、絶縁層１０７に第２電極コンタクト用の窓開けを行う。具体的には、例えばフォトレジストによるマスクを施した後、絶縁層１０７における第２電極を形成する部分を露光してフォトレジストを除去し、例えばＢＨＦ（バッファードフッ酸）にて絶縁層１０７をエッチングして開口する。
【００２５】
続いて、基板１０１の＋Ｚ方向の面に第１電極１０８を形成する。具体的には、第１電極１０８となる領域以外にレジストパターンを形成した後、電極材料の蒸着を行う。そして、アセトン等の有機溶媒中において超音波処理することにより、レジストパターン及び電極材料をリフトオフする。これにより、基板１０１の所望の位置に第１電極１０８が形成される。
【００２６】
続いて、コンタクト層１０６の−Ｚ方向の面の中心部Ｓ１に第２電極１０９ａを形成する。具体的には、中心部Ｓ１以外にレジストパターンを形成した後、電極材料の蒸着を行う。そして、アセトン等の有機溶媒中において超音波処理することによりレジストパターン及び電極材料をリフトオフする。これにより、中心部Ｓ１に第２電極１０９ａが形成される。
【００２７】
続いて、コンタクト層１０６の−Ｚ方向の面の周辺部Ｓ２に第２電極１０９ａを形成する。具体的には、周辺部Ｓ２以外にレジストパターンを形成した後、電極材料の蒸着を行う。そして、アセトン等の有機溶媒中において超音波処理することによりレジストパターン及び電極材料をリフトオフする。これにより、周辺部Ｓ２に第２電極１０９ａが形成される。
【００２８】
なお、一例として、第１電極１０８、中心部Ｓ１の第２電極１０９ａ及び周辺部Ｓ２の第２電極１０９ａをこの順に形成する形態について説明したが、本発明はこの点において限定されるものではない。例えば、第２電極１０９ｂを形成した後に第１電極１０８を形成する等、第１電極１０８と第２電極１０９ａとを形成する順序は変更することが可能である。
【００２９】
続いて、熱処理によって、基板１０１と第１電極１０８との間及びコンタクト層１０６と第２電極１０９ａとの間でオーミック導通をとる。
【００３０】
以上の方法により、図１及び図２に示す化合物半導体装置１００ａを製造することができる。
【００３１】
（作用・効果）
次に、第１実施形態に係る化合物半導体装置の作用・効果について、図３を参照しながら説明する。図３は、第１実施形態に係る化合物半導体装置の作用・効果を説明するための図である。
【００３２】
第１実施形態に係る化合物半導体装置１００ａにおいては、上部反射鏡１０５がｐ型の導電性を有し、基板１０１がｎ型の導電性を有している。また、ｐ型キャリア（以下「正孔」という。）はｎ型キャリア（以下「電子」という。）よりも移動度が小さいため、第２電極１０９ａから注入された正孔（図３の白矢印を参照）は、第１電極１０８から注入された電子（図３の黒矢印を参照）ほど拡散することなく活性層１０３に注入される。このため、活性層１０３には、正孔及び電子が注入される領域（以下「電流注入領域Ｉ」という。）が形成される。これにより、電流注入領域Ｉに均一に電流を注入することができるため、高出力な発光が得られる。
【００３３】
なお、電流注入領域Ｉの大きさは、第２電極１０９ａの形状、上部反射鏡１０５内部の不純物濃度によって調整することができる。
【００３４】
ここで、図示しない外部電源により第１電極１０８及び第２電極１０９ａに電圧を印加することにより活性層１０３に電流を注入した場合、第２電極１０９ａの周辺部Ｓ２における熱伝導率が第２電極１０９ａの中心部Ｓ１における熱伝導率よりも小さいため、周辺部Ｓ２が中心部Ｓ１よりも高温となる。このため、周辺部Ｓ２における発光波長が中心部Ｓ１における発光波長よりも長くなる。すなわち、周辺部Ｓ２の屈折率が中心部Ｓ１の屈折率よりも小さくなる。結果として、電流注入領域Ｉの内部で不均一な屈折率分布が形成され、電流注入領域Ｉの中心部Ｓ１に光閉じ込め効果の高い領域を形成することができる。
【００３５】
また、第１電極１０８から注入された電子及び第２電極１０９ａから注入された正孔は、活性層１０３において結合し、所望の波長で発光する。活性層１０３で発光した光は、第１電極１０８の開口部Ａより射出される。ここで、前述したように、化合物半導体装置１００ａは、電流注入領域Ｉの中心部Ｓ１に光閉じ込め効果の高い領域を有するため、高出力な光を発光する。
【００３６】
（面発光レーザ）
次に、第１実施形態に係る化合物半導体装置１００ａを用いた面発光レーザについて、図４を参照しながら説明する。図４は、第１実施形態に係る面発光レーザの概略構成を例示する図である。
【００３７】
面発光レーザ２００ａは、図４に示すように、化合物半導体装置１００ａと、外部反射鏡２０１と、非線形光学結晶２０２とを有する。すなわち、面発光レーザ２００ａは、所謂、外部共振器型垂直面発光レーザ（VECSEL: Vertical External Cavity Surface Emitting Laser）として構成されている。
【００３８】
外部反射鏡２０１は、化合物半導体装置１００ａから射出される光の光路上に配置され、化合物半導体装置１００ａとの間で共振器（以下「外部共振器」という。）を形成する。すなわち、化合物半導体装置１００ａの活性層１０３で発光した光は、外部共振器内で反射を繰り返し、レーザ発振する。なお、第１実施形態の面発光レーザ２００ａでは、約７１０ｎｍの波長を有するレーザ光を発振させることができる。
【００３９】
非線形光学結晶２０２は、化合物半導体装置１００ａと外部反射鏡２０１との間に配置され、共振する基本波の波長を１／２（周波数を２倍）とする二次高調波（ＳＨＧ：Second Harmonic Generation）を生成する。そして、基本波に対して高反射率、二次高調波に対して低反射率となるように外部反射鏡の反射率を調整することによって、発振光として二次高調波のみを外部に射出することができる。なお、第１実施形態の面発光レーザ２００ａでは、基本波の１／２の波長である約３５５ｎｍの波長を有するレーザ光、すなわち紫外レーザ光を発振させることができる。
【００４０】
また、面発光レーザ２００ａは、前述した高出力な発光が得られる化合物半導体装置１００ａを有するため、レーザ光を高出力で射出することができる。すなわち、面発光レーザ２００ａは、活性層１０３での発振波長の１／２の波長を有するレーザ光を高出力で射出することができる。
【００４１】
以上に説明したように、第１実施形態に係る化合物半導体装置によれば、基板の一方の面に形成され、開口部を有する第１電極と、基板の他方の面に積層された活性層と、活性層に積層された反射鏡と、反射鏡に形成された第２電極とを有する。また、第２電極の周辺部における熱伝導率は、第２電極の中心部における熱伝導率よりも小さい。このため、面発光レーザの出力向上を図ることが可能な化合物半導体装置を提供することができる。
【００４２】
［第２実施形態］
（化合物半導体装置の構成）
次に、本発明の第２実施形態に係る化合物半導体装置について、図５を参照しながら説明する。図５は、第２実施形態に係る化合物半導体装置の概略構成を例示する断面図である。
【００４３】
第２実施形態に係る化合物半導体装置１００ｂは、図５に示すように、第２電極１０９ｂが、周辺部Ｓ２の一部に第２電極１０９ｂの電極材料よりも熱伝導率の小さい低熱伝導率層１２１を含む点で、第１実施形態に係る化合物半導体装置１００ａと相違する。
【００４４】
なお、第２実施形態に係る化合物半導体装置１００ｂは、上記相違点以外は第１実施形態に係る化合物半導体装置１００ａと同様の構成を有する。このため、以下の説明では、第１実施形態と相違する点を中心に説明する。
【００４５】
化合物半導体装置１００ｂは、図５に示すように、基板１０１、下部スペーサ層１０２、活性層１０３、上部スペーサ層１０４、上部反射鏡１０５、コンタクト層１０６、絶縁層１０７、第１電極１０８、第２電極１０９ｂ等を有する。
【００４６】
基板１０１、下部スペーサ層１０２、活性層１０３、上部スペーサ層１０４、上部反射鏡１０５、コンタクト層１０６、絶縁層１０７及び第１電極１０８については、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００４７】
第２電極１０９ｂは、コンタクト層１０６の一部の−Ｚ方向の面に形成されている。また、第２電極１０９ｂは、周辺部Ｓ２の一部に第２電極１０９ｂの電極材料よりも熱伝導率の小さい低熱伝導率層１２１を含む。すなわち、第２電極１０９ｂの周辺部Ｓ２における熱伝導率は、第２電極１０９ｂの中心部Ｓ１における熱伝導率よりも小さい。
【００４８】
第２電極１０９ｂの電極材料としては、Ｃｒ、ＡｕＺｎ、Ａｕを順次積層した金属膜等を用いることができる。
【００４９】
第２電極１０９ｂの低熱伝導率層１２１の材料としては、第２電極１０９ｂの電極材料よりも熱伝導率が小さければ特に限定さないが、ＳｉＮ等の絶縁体を用いることが好ましい。なお、第２電極１０９ｂの低熱伝導率層１２１の材料として絶縁体を用いる場合には、低熱伝導率層１２１は、第２電極１０９ｂの電極材料で挟み込まれていることが好ましい。これにより、コンタクト層１０６と第２電極１０９ｂとの間及び第２電極１０９ｂと図示しない外部端子との間のコンタクト性を維持することができる。
【００５０】
また、低熱伝導率層１２１は、後述するように、絶縁層１０７と同時に形成することができる。
【００５１】
なお、第２電極１０９ｂの電極材料の一例であるＡｕの熱伝導率は約３００Ｗ／ｍ・Ｋである。また、第２電極１０９ｂの低熱伝導率層１２１の材料の一例であるＳｉＮの熱伝導率は約３０Ｗ／ｍ・Ｋである。
【００５２】
（化合物半導体装置の製造方法）
次に、第２実施形態に係る化合物半導体装置の製造方法について説明する。
【００５３】
まず、第１実施形態と同様の方法により、基板１０１の−Ｚ方向の面に、下部スペーサ層１０２、活性層１０３、上部スペーサ層１０４、上部反射鏡１０５及びコンタクト層１０６を形成する。また、基板１０１の＋Ｚ方向の面に、第１電極１０８を形成する。
【００５４】
続いて、コンタクト層１０６の−Ｚ方向の面に第２電極１０９ｂを形成する。
【００５５】
具体的には、まず、中心部Ｓ１及び周辺部Ｓ２以外にレジストパターンを形成した後、電極材料の蒸着を行う。そして、アセトン等の有機溶媒中において超音波処理することによりレジストパターン及び電極材料をリフトオフする。これにより、中心部Ｓ１及び周辺部Ｓ２に電極材料からなる層が形成される。
【００５６】
次に、中心部Ｓ１にレジストパターンを形成した後、絶縁層を成膜する。そして、アセトン等の有機溶媒中において超音波処理することによりレジストパターン及び絶縁層をリフトオフする。これにより、中心部Ｓ１及び周辺部Ｓ２を除くコンタクト層１０６の−Ｚ方向の面に絶縁層１０７が形成され、周辺部Ｓ２の電極材料からなる層の−Ｚ方向の面に絶縁層からなる低熱伝導率層１２１が形成される。
【００５７】
次に、中心部Ｓ１及び周辺部Ｓ２以外にレジストパターンを形成した後、電極材料の蒸着を行う。そして、アセトン等の有機溶媒中において超音波処理することによりレジストパターン及び電極材料をリフトオフする。これにより、中心部Ｓ１の電極材料からなる層及び周辺部Ｓ２の低熱伝導率層１２１の−Ｚ方向の面に電極材料からなる層が形成される。
【００５８】
これらの工程により、コンタクト層１０６の−Ｚ方向の面に、周辺部Ｓ２の一部に第２電極１０９ｂの電極材料よりも熱伝導率の小さい低熱伝導率層１２１を含む第２電極１０９ｂを形成する。
【００５９】
続いて、第１実施形態と同様の方法により、熱処理によって、基板１０１と第１電極１０８との間及びコンタクト層１０６と第２電極１０９ｂとの間でオーミック導通をとる。
【００６０】
以上の方法により、周辺部Ｓ２の一部に第２電極１０９ｂの電極材料よりも熱伝導率の小さい低熱伝導率層１２１を含む第２電極１０９ｂを有する化合物半導体装置１００ｂを製造することができる。
【００６１】
（作用・効果）
次に、第２実施形態に係る化合物半導体装置の作用・効果について説明する。
【００６２】
第２実施形態に係る化合物半導体装置１００ｂは、第１実施形態に係る化合物半導体装置１００ａと同様の構成を含むため、第１実施形態に係る化合物半導体装置１００ａと同様の作用・効果を奏することができる。
【００６３】
また、第２実施形態に係る化合物半導体装置１００ｂによれば、第２電極１０９ｂが、周辺部Ｓ２の一部に第２電極１０９ｂの電極材料よりも熱伝導率の小さい低熱伝導率層１２１を含む。このため、第２電極１０９ｂの周辺部Ｓ２における熱伝導率が第２電極１０９ｂの中心部Ｓ１における熱伝導率よりも小さくなっている。結果として、更に高出力な発光が可能である。
【００６４】
また、第２実施形態に係る化合物半導体装置１００ｂは、構造的に中心部Ｓ１と周辺部Ｓ２との間に熱伝導率の差が設けられた第２電極１０９ｂを有する。このため、中心部Ｓ１に用いる電極材料と周辺部Ｓ２に用いる電極材料とを同じものとした場合であっても、第２電極１０９ｂの周辺部Ｓ２における熱伝導率を、第２電極１０９ｂの中心部Ｓ１における熱伝導率よりも小さくすることができる。結果として、第２電極１０９ｂとして用いることができる電極材料の選択肢が広がる。
【００６５】
（面発光レーザ）
第２実施形態に係る面発光レーザは、第１実施形態と同様の構成を有することから説明を省略する。
【００６６】
以上に説明したように、第２実施形態に係る化合物半導体装置によれば、面発光レーザの出力向上を図ることが可能な化合物半導体装置を提供することができる。また、第２実施形態に係る面発光レーザによれば、高出力な発光が可能な化合物半導体装置を用いているため、レーザ光を高出力で射出することができる。
【００６７】
特に、第２実施形態では、第２電極が、周辺部の一部に第２電極の電極材料よりも熱伝導率の小さい低熱伝導率層を含むため、更に高出力な発光が可能となる。
【００６８】
［第３実施形態］
（化合物半導体装置の構成）
次に、本発明の第３実施形態に係る化合物半導体装置について、図６を参照しながら説明する。図６は、第３実施形態に係る化合物半導体装置の概略構成を例示する断面図である。
【００６９】
第３実施形態に係る化合物半導体装置１００ｃは、図６に示すように、基板１０１における第１電極１０８の開口部Ａの直下の少なくとも一部が除去され、射出孔Ｂが形成されている点で、第２実施形態に係る化合物半導体装置１００ｂと相違する。
【００７０】
なお、第３実施形態に係る化合物半導体装置１００ｃは、上記相違点以外は第２実施形態に係る化合物半導体装置１００ｂと同様の構成を有する。このため、以下の説明では、第２実施形態と相違する点を中心に説明する。
【００７１】
化合物半導体装置１００ｃは、図６に示すように、基板１０１、下部スペーサ層１０２、活性層１０３、上部スペーサ層１０４、上部反射鏡１０５、コンタクト層１０６、絶縁層１０７、第１電極１０８、第２電極１０９ｂ等を有する。また、化合物半導体装置１００ｃには、基板１０１における第１電極１０８の開口部Ａの直下の少なくとも一部が除去され、射出孔Ｂが形成されている。
【００７２】
下部スペーサ層１０２、活性層１０３、上部スペーサ層１０４、上部反射鏡１０５、コンタクト層１０６、絶縁層１０７、第１電極１０８及び第２電極１０９ｂについては、第２実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００７３】
（化合物半導体装置の製造方法）
次に、第３実施形態に係る化合物半導体装置の製造方法について説明する。
【００７４】
まず、第２実施形態と同様の方法により、基板１０１の−Ｚ方向の面に、下部スペーサ層１０２、活性層１０３、上部スペーサ層１０４、上部反射鏡１０５及びコンタクト層１０６を形成する。
【００７５】
続いて、基板１０１の一部をエッチング等により除去することで、射出孔Ｂを形成する。
【００７６】
このとき、基板１０１の厚さは数十μｍ以上であるため、厳密な膜厚制御が行われなければ基板１０１の−Ｚ方向の面に形成された下部スペーサ層１０２、活性層１０３、上部スペーサ層１０４等をエッチングしてしまう恐れがある。
【００７７】
そこで、基板１０１がＧａＡｓ、共振器がＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ≠０）である場合、アンモニアと過酸化水素水との混合溶液を用いたウェットエッチング等により、基板１０１のみを選択的に除去し、容易に射出孔Ｂを形成することができる。
【００７８】
また、基板１０１がＧａＡｓ、共振器がＡｌＧａＩｎＰｙＡｓ１−ｙ（ｙ≠０）である場合、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）エッチング等のドライエッチング、硫酸と過酸化水素水との混合溶液を用いたウェットエッチング等により、基板１０１のみを選択的に除去し、容易に射出孔Ｂを形成することができる。
【００７９】
続いて、第２実施形態と同様の方法により、絶縁層１０７、第１電極１０８及び第２電極１０９ｂを形成する。
【００８０】
続いて、第２実施形態と同様の方法により、熱処理によって、基板１０１と第１電極１０８との間及びコンタクト層１０６と第２電極１０９ｂとの間でオーミック導通をとる。
【００８１】
以上の方法により、第１電極１０８の開口部Ａの直下の少なくとも一部が除去されて形成された射出孔Ｂを含む基板１０１を有する、化合物半導体装置１００ｃを製造することができる。
【００８２】
（作用・効果）
次に、第３実施形態に係る化合物半導体装置の作用・効果について説明する。
【００８３】
第３実施形態に係る化合物半導体装置１００ｃは、第２実施形態に係る化合物半導体装置１００ｂと同様の構成を含むため、第２実施形態に係る化合物半導体装置１００ｂと同様の作用・効果を奏することができる。
【００８４】
ここで、第２実施形態に係る化合物半導体装置１００ｂにおいては、活性層１０３で発光した光が基板１０１を介して外部へ取り出されるため、活性層１０３での発振波長のエネルギーが基板１０１のバンドギャップ以上である場合、基板１０１によって吸収される。このため、第２実施形態に係る化合物半導体装置１００ｂにおいては、活性層１０３での発光波長のエネルギーを基板１０１のバンドギャップ未満とする必要があった。
【００８５】
これに対して、第３実施形態に係る化合物半導体装置１００ｃにおいては、基板１０１における第１電極１０８の開口部Ａの直下の少なくとも一部が除去され、射出孔Ｂが形成されている。このため、第３実施形態に係る化合物半導体装置１００ｃにおいては、活性層１０３での発光波長のエネルギーが基板１０１のバンドギャップ以上であっても、活性層１０３で発生した光が基板１０１によって吸収されることはない。結果として、基板１０１のバンドギャップ以上のエネルギーの光を高出力で発光させることができる。
【００８６】
（面発光レーザ）
第３実施形態に係る面発光レーザは、第１実施形態及び第２実施形態と同様の構成を有することから説明を省略する。
【００８７】
以上に説明したように、第３実施形態に係る化合物半導体装置によれば、化合物半導体装置の出力向上を図ることができる。また、第３実施形態に係る面発光レーザによれば、面発光レーザの出力向上を図ることが可能な化合物半導体装置を提供することができる。
【００８８】
特に、第３実施形態では、基板における第１電極の開口部の直下の少なくとも一部が除去され、射出孔が形成されているため、基板のバンドギャップ以上のエネルギーの光を高出力で発光させることができる。
【００８９】
［第４実施形態］
（化合物半導体装置の構成）
次に、本発明の第４実施形態に係る化合物半導体装置について、図７を参照しながら説明する。図７は、第４実施形態に係る化合物半導体装置の概略構成を例示する断面図である。
【００９０】
第４実施形態に係る化合物半導体装置１００ｄは、図７に示すように、基板１０１と活性層１０３との間、より詳細には基板１０１と下部スペーサ層１０２との間に電流拡散層１４１を有する点で、第３実施形態に係る化合物半導体装置１００ｃと相違する。
【００９１】
なお、第４実施形態に係る化合物半導体装置１００ｄは、上記相違点以外は第３実施形態に係る化合物半導体装置１００ｃと同様の構成を有する。このため、以下の説明では、第３実施形態と相違する点を中心に説明する。
【００９２】
化合物半導体装置１００ｄは、図７に示すように、基板１０１、電流拡散層１４１、下部スペーサ層１０２、活性層１０３、上部スペーサ層１０４、上部反射鏡１０５、コンタクト層１０６、絶縁層１０７、第１電極１０８、第２電極１０９ｂ等を有する。また、化合物半導体装置１００ｄには、基板１０１における第１電極１０８の開口部Ａの直下の少なくとも一部が除去され、射出孔Ｂが形成されている。
【００９３】
電流拡散層１４１は、第１電極１０８から注入された電子を拡散させる層である。電流拡散層１４１としては、層中を電子が効率よく拡散可能とするため、電子の移動度の大きい材料が好ましい。また、電流拡散層１４１としては、活性層１０３で発光した光の吸収を抑制することができることから、基板１０１のバンドギャップ以上のバンドギャップを有する材料であることが好ましい。具体的には、電流拡散層１４１としては、ＡｌＧａＡｓ等を好適に用いることができる。
【００９４】
その他の構成については、第３実施形態でと同様であるため、説明を省略する。
【００９５】
（化合物半導体装置の製造方法）
次に、第４実施形態に係る化合物半導体装置の製造方法について説明する。
【００９６】
まず、基板１０１の−Ｚ方向の面に電流拡散層１４１を形成する。
【００９７】
続いて、第３実施形態と同様の方法により、電流拡散層１４１の−Ｚ方向の面に、下部スペーサ層１０２、活性層１０３、上部スペーサ層１０４、上部反射鏡１０５及びコンタクト層１０６を形成する。
【００９８】
続いて、第３実施形態と同様の方法により、基板１０１に射出孔Ｂを形成する。
【００９９】
続いて、第３実施形態と同様の方法により、絶縁層１０７、第１電極１０８及び第２電極１０９ｂを形成する。
【０１００】
続いて、第３実施形態と同様の方法により、熱処理によって、基板１０１と第１電極１０８との間及びコンタクト層１０６と第２電極１０９ｂとの間でオーミック導通をとる。
【０１０１】
以上の方法により、基板１０１と活性層１０３との間に電流拡散層１４１を有する化合物半導体装置１００ｄを製造することができる。
【０１０２】
（作用・効果）
次に、第４実施形態に係る化合物半導体装置の作用・効果について説明する。
【０１０３】
第４実施形態に係る化合物半導体装置１００ｄは、第３実施形態に係る化合物半導体装置１００ｃと同様の構成を含むため、第３実施形態に係る化合物半導体装置１００ｃと同様の作用・効果を奏することができる。
【０１０４】
また、第４実施形態に係る化合物半導体装置１００ｄによれば、基板１０１と活性層１０３との間に電流拡散層１４１が挿入されているため、均一な電流注入を実現するための経路を確保することができ、電気抵抗の上昇を抑制することができる。
【０１０５】
（面発光レーザ）
第４実施形態に係る面発光レーザは、第１実施形態から第３実施形態と同様の構成を有することから説明を省略する。
【０１０６】
以上に説明したように、第４実施形態に係る化合物半導体装置によれば、面発光レーザの出力向上を図ることが可能な化合物半導体装置を提供することができる。また、第４実施形態に係る面発光レーザによれば、高出力な発光が可能な化合物半導体装置を用いているため、レーザ光を高出力で射出することができる。
【０１０７】
特に、第４実施形態では、基板と活性層との間に電流拡散層を有するため、化合物半導体装置の電気抵抗の上昇を抑制することができる。
【０１０８】
［第５実施形態］
（化合物半導体装置の構成）
次に、本発明の第５実施形態に係る化合物半導体装置について、図８を参照しながら説明する。図８は、第５実施形態に係る化合物半導体装置の概略構成を例示する断面図である。
【０１０９】
第５実施形態に係る化合物半導体装置１００ｅは、図８に示すように、基板１０１と活性層１０３との間、より詳細には電流拡散層１４１と下部スペーサ層１０２との間に下部反射鏡１５１を有する点で、第４実施形態に係る化合物半導体装置１００ｄと相違する。
【０１１０】
なお、第５実施形態に係る化合物半導体装置１００ｅは、上記相違点以外は第４実施形態に係る化合物半導体装置１００ｄと同様の構成を有する。このため、以下の説明では、第４実施形態と相違する点を中心に説明する。
【０１１１】
化合物半導体装置１００ｅは、図８に示すように、基板１０１、電流拡散層１４１、下部反射鏡１５１、下部スペーサ層１０２、活性層１０３、上部スペーサ層１０４、上部反射鏡１０５、コンタクト層１０６、絶縁層１０７、第１電極１０８、第２電極１０９ｂ等を有する。また、化合物半導体装置１００ｅには、基板１０１における第１電極１０８の開口部Ａの直下の少なくとも一部が除去され、射出孔Ｂが形成されている。
【０１１２】
下部反射鏡１５１は、電流拡散層１４１の−Ｚ方向の面に積層され、例えばＡｌＡｓからなる低屈折率層とＡｌ０．３ＧａＡｓからなる高屈折率層のペアを２０ペア有している。
【０１１３】
下部反射鏡１５１が設けられることにより、面発光レーザとしてキャビティモードが定義され、レーザ発振したときの共振波長が固定される。また、下部反射鏡１５１の反射率を適切に設定することにより、化合物半導体装置１００ｅは、所謂、垂直共振器型面発光レーザ（VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting Laser）として動作する。
【０１１４】
下部反射鏡１５１及び上部反射鏡１０５の反射率は、いずれも９９％以上であることが好ましい。また、第１電極１０８の開口部Ａ及び基板１０１の射出孔Ｂが形成された方向に発振光を取り出すため、下部反射鏡１５１の反射率は、上部反射鏡１０５の反射率よりも小さくなるように調整される。
【０１１５】
その他の構成については、第４実施形態でと同様であるため、説明を省略する。
【０１１６】
（化合物半導体装置の製造方法）
次に、第５実施形態に係る化合物半導体装置の製造方法について説明する。
【０１１７】
まず、第４実施形態と同様の方法により、基板１０１の−Ｚ方向の面に電流拡散層１４１を形成する。
【０１１８】
続いて、電流拡散層１４１の−Ｚ方向の面に下部反射鏡１５１を形成する。
【０１１９】
続いて、第４実施形態と同様の方法により、下部反射鏡１５１の−Ｚ方向の面に下部スペーサ層１０２、活性層１０３、上部スペーサ層１０４、上部反射鏡１０５及びコンタクト層１０６を形成する。
【０１２０】
続いて、第４実施形態と同様の方法により、基板１０１に射出孔Ｂを形成する。
【０１２１】
続いて、第４実施形態と同様の方法により、絶縁層１０７、第１電極１０８及び第２電極１０９ｂを形成する。
【０１２２】
続いて、第４実施形態と同様の方法により、熱処理によって、基板１０１と第１電極１０８との間及びコンタクト層１０６と第２電極１０９ｂとの間でオーミック導通をとる。
【０１２３】
以上の方法により、基板１０１と活性層１０３との間に下部反射鏡１５１を有する化合物半導体装置１００ｅを製造することができる。
【０１２４】
（作用・効果）
次に、第５実施形態に係る化合物半導体装置の作用・効果について説明する。
【０１２５】
第５実施形態に係る化合物半導体装置１００ｅは、第４実施形態に係る化合物半導体装置１００ｄと同様の構成を含むため、第４実施形態に係る化合物半導体装置１００ｄと同様の作用・効果を奏することができる。
【０１２６】
また、第５実施形態に係る化合物半導体装置１００ｅによれば、基板１０１と活性層１０３との間に下部反射鏡１５１を有するため、レーザ発振時の波長制御性を向上させることができる。
【０１２７】
（面発光レーザ）
次に、第５実施形態に係る面発光レーザについて説明する。
【０１２８】
第５実施形態に係る面発光レーザは、第１実施形態から第４実施形態と同様に、化合物半導体装置１００ｅと、外部反射鏡２０１と、非線形光学結晶２０２とを有する。
【０１２９】
第５実施形態に係る面発光レーザは、前述したように、化合物半導体装置１００ｅが下部反射鏡１５１を有する。そこで、下部反射鏡１５１と外部反射鏡２０１の合計の反射率を９９％以上かつ上部反射鏡１０５の反射率より小さくなるように、下部反射鏡１５１及び外部反射鏡２０１の反射率が調整される。これにより、外部反射鏡側から波長制御性の優れたレーザ光を射出することができる。
【０１３０】
以上に説明したように、第５実施形態に係る化合物半導体装置によれば、面発光レーザの出力向上を図ることが可能な化合物半導体装置を提供することができる。また、第５実施形態に係る面発光レーザによれば、高出力な発光が可能な化合物半導体装置を用いているため、レーザ光を高出力で射出することができる。
【０１３１】
特に、第５実施形態では、基板と活性層との間に下部反射鏡を有するため、レーザ発振時の波長制御性を向上させることができる。
【０１３２】
以上、化合物半導体装置及び面発光レーザを実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。
【符号の説明】
【０１３３】
１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、１００ｅ  化合物半導体装置
１０１    基板
１０３    活性層
１０５    上部反射鏡
１０８    第１電極
１０９    第２電極
１２１    低熱伝導率層
１４１    電流拡散層
１５１    下部反射鏡
２００ａ  面発光レーザ
２０１    外部反射鏡
Ａ        開口部
Ｂ        射出孔
Ｓ１      中心部
Ｓ２      周辺部
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０１３４】
【非特許文献１】ＩＥＥＥ、Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．１１、Ｎｏ．１２（１９９９）、ｐ．１５３９−１５４１
【図１】
2016021484.tif 000003
【図２】
2016021484.tif 000004
【図３】
2016021484.tif 000005
【図４】
2016021484.tif 000006
【図５】
2016021484.tif 000007
【図６】
2016021484.tif 000008
【図７】
2016021484.tif 000009
【図８】
2016021484.tif 000010