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特開2022-38492垂直共振器型面発光レーザ素子及び垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022038492
(43)【公開日】2022-03-10
(54)【発明の名称】垂直共振器型面発光レーザ素子及び垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法
(51)【国際特許分類】
H01S 5/183 20060101AFI20220303BHJP
【ＦＩ】
H01S5/183
【審査請求】未請求
【請求項の数】17
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2020143035
(22)【出願日】2020-08-26
(71)【出願人】
【識別番号】000002185
【氏名又は名称】ソニーグループ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100104215
【弁理士】
【氏名又は名称】大森 純一
(74)【代理人】
【識別番号】100196575
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 満
(74)【代理人】
【識別番号】100168181
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 哲平
(74)【代理人】
【識別番号】100160989
【弁理士】
【氏名又は名称】関根 正好
(74)【代理人】
【識別番号】100117330
【弁理士】
【氏名又は名称】折居 章
(74)【代理人】
【識別番号】100168745
【弁理士】
【氏名又は名称】金子 彩子
(74)【代理人】
【識別番号】100176131
【弁理士】
【氏名又は名称】金山 慎太郎
(74)【代理人】
【識別番号】100197398
【弁理士】
【氏名又は名称】千葉 絢子
(74)【代理人】
【識別番号】100197619
【弁理士】
【氏名又は名称】白鹿 智久
(72)【発明者】
【氏名】渡邊 知雅
(72)【発明者】
【氏名】横関 弥樹博
(72)【発明者】
【氏名】中島 博
(72)【発明者】
【氏名】笠原 大爾
【テーマコード（参考）】
5F173
【Ｆターム（参考）】
5F173AC04
5F173AC14
5F173AC35
5F173AC42
5F173AC46
5F173AC52
5F173AH03
5F173AP54
5F173AR14
(57)【要約】
【課題】生産性に優れ、高出力化に適した垂直共振器型面発光レーザ素子及び垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法を提供すること。
【解決手段】本技術に係る垂直共振器型面発光レーザ素子は、第１のＤＢＲと、第２のＢＲと、活性層と、トンネル接合層とを具備する。上記第１のＤＢＲは、特定の波長の光を反射する。上記第２のＤＢＲは、上記波長の光を反射する。上記活性層は、上記第１のＤＢＲと上記第２のＤＢＲの間に配置されている。上記トンネル接合層は、上記第１のＤＢＲと上記活性層の間に配置され、トンネル接合を形成する。上記第1のＤＢＲと上記第２のＤＢＲの間の各層は、層面に垂直な方向から見て内周側の内周領域と、上記内周領域を囲む外周領域を有し、上記トンネル接合層の外周領域はイオンが注入され、上記トンネル接合層の内周領域よりキャリア濃度が低く、電気抵抗が大きい。
【選択図】図１
【解決手段】本技術に係る垂直共振器型面発光レーザ素子は、第１のＤＢＲと、第２のＢＲと、活性層と、トンネル接合層とを具備する。上記第１のＤＢＲは、特定の波長の光を反射する。上記第２のＤＢＲは、上記波長の光を反射する。上記活性層は、上記第１のＤＢＲと上記第２のＤＢＲの間に配置されている。上記トンネル接合層は、上記第１のＤＢＲと上記活性層の間に配置され、トンネル接合を形成する。上記第1のＤＢＲと上記第２のＤＢＲの間の各層は、層面に垂直な方向から見て内周側の内周領域と、上記内周領域を囲む外周領域を有し、上記トンネル接合層の外周領域はイオンが注入され、上記トンネル接合層の内周領域よりキャリア濃度が低く、電気抵抗が大きい。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
特定の波長の光を反射する第１のＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）と、
前記波長の光を反射する第２のＤＢＲと、
前記第１のＤＢＲと前記第２のＤＢＲの間に配置された活性層と、
前記第１のＤＢＲと前記活性層の間に配置され、トンネル接合を形成するトンネル接合層と
を具備し、
前記第1のＤＢＲと前記第２のＤＢＲの間の各層は、層面に垂直な方向から見て内周側の内周領域と、前記内周領域を囲む外周領域を有し、前記トンネル接合層の外周領域はイオンが注入され、前記トンネル接合層の内周領域よりキャリア濃度が低く、電気抵抗が大きい
垂直共振器型面発光レーザ素子。
前記波長の光を反射する第２のＤＢＲと、
前記第１のＤＢＲと前記第２のＤＢＲの間に配置された活性層と、
前記第１のＤＢＲと前記活性層の間に配置され、トンネル接合を形成するトンネル接合層と
を具備し、
前記第1のＤＢＲと前記第２のＤＢＲの間の各層は、層面に垂直な方向から見て内周側の内周領域と、前記内周領域を囲む外周領域を有し、前記トンネル接合層の外周領域はイオンが注入され、前記トンネル接合層の内周領域よりキャリア濃度が低く、電気抵抗が大きい
垂直共振器型面発光レーザ素子。
【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であって、
前記トンネル接合層の外周領域のバンドギャップは、前記トンネル接合層の内周領域のバンドギャップより大きい
垂直共振器型面発光レーザ素子。
前記トンネル接合層の外周領域のバンドギャップは、前記トンネル接合層の内周領域のバンドギャップより大きい
垂直共振器型面発光レーザ素子。
【請求項3】
請求項２に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
前記トンネル接合層の外周領域の屈折率は、前記トンネル接合層の内周領域の屈折率より小さい
垂直共振器型面発光レーザ素子。
前記トンネル接合層の外周領域の屈折率は、前記トンネル接合層の内周領域の屈折率より小さい
垂直共振器型面発光レーザ素子。
【請求項4】
請求項３に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
前記イオンはＯイオンである
垂直共振器型面発光レーザ素子。
前記イオンはＯイオンである
垂直共振器型面発光レーザ素子。
【請求項5】
請求項４に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
前記トンネル接合層は、少なくとも１層以上のＡｌを含む物質からなる
垂直共振器型面発光レーザ素子。
前記トンネル接合層は、少なくとも１層以上のＡｌを含む物質からなる
垂直共振器型面発光レーザ素子。
【請求項6】
請求項５に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
前記トンネル接合層の外周領域は、Ａｌ酸化物を含む
垂直共振器型面発光レーザ素子。
前記トンネル接合層の外周領域は、Ａｌ酸化物を含む
垂直共振器型面発光レーザ素子。
【請求項7】
請求項１に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
前記トンネル接合層と前記活性層の間に配置された第１の中間層と、
前記第２のＤＢＲと前記活性層の間に配置された第２の中間層と
をさらに具備し、
前記イオンはＯイオンであり、
前記活性層、前記第１の中間層及び前記第２の中間層のうち少なくともいずれか１層の外周領域はＡｌ酸化物を含む
垂直共振器型面発光レーザ素子。
前記トンネル接合層と前記活性層の間に配置された第１の中間層と、
前記第２のＤＢＲと前記活性層の間に配置された第２の中間層と
をさらに具備し、
前記イオンはＯイオンであり、
前記活性層、前記第１の中間層及び前記第２の中間層のうち少なくともいずれか１層の外周領域はＡｌ酸化物を含む
垂直共振器型面発光レーザ素子。
【請求項8】
請求項７に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
前記第１の中間層の外周領域はＡｌ酸化物を含み、
前記活性層及び前記第２の中間層の外周領域はＡｌ酸化物を含まない
垂直共振器型面発光レーザ素子。
前記第１の中間層の外周領域はＡｌ酸化物を含み、
前記活性層及び前記第２の中間層の外周領域はＡｌ酸化物を含まない
垂直共振器型面発光レーザ素子。
【請求項9】
請求項７に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
前記第１の中間層、前記活性層及び前記第２の中間層の外周領域はＡｌ酸化物を含む
垂直共振器型面発光レーザ素子。
前記第１の中間層、前記活性層及び前記第２の中間層の外周領域はＡｌ酸化物を含む
垂直共振器型面発光レーザ素子。
【請求項10】
請求項７に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
前記活性層の外周領域はＡｌ酸化物を含み、
前記第１の中間層及び前記第２の中間層の外周領域はＡｌ酸化物を含まない
垂直共振器型面発光レーザ素子。
前記活性層の外周領域はＡｌ酸化物を含み、
前記第１の中間層及び前記第２の中間層の外周領域はＡｌ酸化物を含まない
垂直共振器型面発光レーザ素子。
【請求項11】
請求項１に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
前記トンネル接合層の内周領域はｐ＋－ＡｌＩｎＡｓからなる第１の層と、ｎ＋－ＡｌＩｎＡｓからなる第２の層が積層されて構成され、
前記トンネル接合層の外周領域はＡｌＩｎＡｓ酸化物からなる
垂直共振器型面発光レーザ素子。
前記トンネル接合層の内周領域はｐ＋－ＡｌＩｎＡｓからなる第１の層と、ｎ＋－ＡｌＩｎＡｓからなる第２の層が積層されて構成され、
前記トンネル接合層の外周領域はＡｌＩｎＡｓ酸化物からなる
垂直共振器型面発光レーザ素子。
【請求項12】
請求項１に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
前記トンネル接合層の内周領域はｐ＋－ＡｌＧａＡｓからなる第１の層と、ｎ＋－ＡｌＧａＡｓからなる第２の層が積層されて構成され、
前記トンネル接合層の外周領域はＡｌＧａＡｓ酸化物からなる
垂直共振器型面発光レーザ素子。
前記トンネル接合層の内周領域はｐ＋－ＡｌＧａＡｓからなる第１の層と、ｎ＋－ＡｌＧａＡｓからなる第２の層が積層されて構成され、
前記トンネル接合層の外周領域はＡｌＧａＡｓ酸化物からなる
垂直共振器型面発光レーザ素子。
【請求項13】
特定の波長の光を反射する第１のＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）と、前記波長の光を反射する第２のＤＢＲと、前記第１のＤＢＲと前記第２のＤＢＲの間に配置された活性層と、前記第１のＤＢＲと前記活性層の間に配置され、トンネル接合を形成するトンネル接合層とを備え、前記第１のＤＢＲと前記第２のＤＢＲの間の各層は、層面に垂直な方向から見て内周側の内周領域と、前記内周領域を囲む外周領域を有する積層体を形成し、
前記トンネル接合層の外周領域にイオンを注入し、前記トンネル接合層の外周領域のキャリア濃度を前記トンネル接合層の内周領域のキャリア濃度より小さくし、前記トンネル接合層の外周領域の電気抵抗を前記トンネル接合層の内周領域の電気抵抗より大きくする
垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
前記トンネル接合層の外周領域にイオンを注入し、前記トンネル接合層の外周領域のキャリア濃度を前記トンネル接合層の内周領域のキャリア濃度より小さくし、前記トンネル接合層の外周領域の電気抵抗を前記トンネル接合層の内周領域の電気抵抗より大きくする
垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
【請求項14】
請求項１３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、
前記トンネル接合層はＡｌを含む物質からなり、
前記トンネル接合層の外周領域にイオンを注入する工程では、前記トンネル接合層の外周領域にＯイオンを注入する
垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
前記トンネル接合層はＡｌを含む物質からなり、
前記トンネル接合層の外周領域にイオンを注入する工程では、前記トンネル接合層の外周領域にＯイオンを注入する
垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
【請求項15】
請求項１４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、
前記トンネル接合層の外周領域にイオンを注入する工程では、Ｏイオンの注入により、前記トンネル接合層の外周領域にＡｌ酸化物を生成させる
垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
前記トンネル接合層の外周領域にイオンを注入する工程では、Ｏイオンの注入により、前記トンネル接合層の外周領域にＡｌ酸化物を生成させる
垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
【請求項16】
請求項１４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、
前記積層体は、前記トンネル接合層と前記活性層の間に配置された第１の中間層と、前記第２のＤＢＲと前記活性層の間に配置された第２の中間層とをさらに具備し、
前記トンネル接合層の外周領域にイオンを注入する工程では、前記活性層、前記第１の中間層及び前記第２の中間層のうち少なくともいずれか１層の外周領域にＯイオンを注入する
垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
前記積層体は、前記トンネル接合層と前記活性層の間に配置された第１の中間層と、前記第２のＤＢＲと前記活性層の間に配置された第２の中間層とをさらに具備し、
前記トンネル接合層の外周領域にイオンを注入する工程では、前記活性層、前記第１の中間層及び前記第２の中間層のうち少なくともいずれか１層の外周領域にＯイオンを注入する
垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
【請求項17】
請求項１４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、
前記イオン注入により生じた結晶欠陥を修復し、Ａｌ酸化物の生成を促進させるアニール工程
をさらに含む垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
前記イオン注入により生じた結晶欠陥を修復し、Ａｌ酸化物の生成を促進させるアニール工程
をさらに含む垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本技術は、層面に垂直な方向にレーザを出射する垂直共振器型面発光レーザ素子及び垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser:垂直共振器型面発光レーザ）素子は、活性層を一対の分布ブラッグ反射鏡（Distributed Bragg Reflector：ＤＢＲ）によって挟んだ構造を有する。活性層の近傍には電流狭窄構造が設けられており、電流は電流狭窄構造によって活性層中の一部領域に集中し、自然放出光を生じる。ＤＢＲは低屈折率層と高屈折率層を交互に複数層積層したものであり、自然放出光のうち所定の波長の光を活性層に向けて反射することで、レーザ発振を生じさせる。
【0003】
ここで、ＩｎＰ系材料からなる活性層を有するＩｎＰ系のＶＣＳＥＬ素子では、電流狭窄構造としてイオンインプラントが用いられている（例えば、特許文献１）。特許文献１には、ＡｌＧａＮＡｓ混晶からなるトンネルジャンクション層の外周領域にプロトンをインプラントし、電流狭窄構造を形成した面発光レーザ素子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２００９－２１８２８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献１の構成では、電流狭窄効果は得られるものの、プロトンをインプラントした領域で光吸収によるロスが生じるため、高出力化には不利となり実用化するには不十分であった。また、ＩｎＰ系のＶＣＳＥＬ素子の電流狭窄構造としては埋込トンネルジャンクション構造も知られているが、埋込トンネルジャンクション構造ではトンネルジャンクションの埋め込み成長工程が必要であり、再成長よる製造コストの増加が避けられない。
【0006】
以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、生産性に優れ、高出力化に適した垂直共振器型面発光レーザ素子及び垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するため、本技術の一形態に係る垂直共振器型面発光レーザ素子は、第１のＤＢＲと、第２のＤＢＲと、活性層と、トンネル接合層とを具備する。
上記第１のＤＢＲは、特定の波長の光を反射する。
上記第２のＤＢＲは、上記波長の光を反射する。
上記活性層は、上記第１のＤＢＲと上記第２のＤＢＲの間に配置されている。
上記トンネル接合層は、上記第１のＤＢＲと上記活性層の間に配置され、トンネル接合を形成する。
上記第1のＤＢＲと上記第２のＤＢＲの間の各層は、層面に垂直な方向から見て内周側の内周領域と、上記内周領域を囲む外周領域を有し、上記トンネル接合層の外周領域はイオンが注入され、上記トンネル接合層の内周領域よりキャリア濃度が低く、電気抵抗が大きい。
上記第１のＤＢＲは、特定の波長の光を反射する。
上記第２のＤＢＲは、上記波長の光を反射する。
上記活性層は、上記第１のＤＢＲと上記第２のＤＢＲの間に配置されている。
上記トンネル接合層は、上記第１のＤＢＲと上記活性層の間に配置され、トンネル接合を形成する。
上記第1のＤＢＲと上記第２のＤＢＲの間の各層は、層面に垂直な方向から見て内周側の内周領域と、上記内周領域を囲む外周領域を有し、上記トンネル接合層の外周領域はイオンが注入され、上記トンネル接合層の内周領域よりキャリア濃度が低く、電気抵抗が大きい。
【0008】
この構成によれば、トンネル接合層の外周領域にイオンを注入することにより、外周領域におけるキャリア濃度を低下させ、外周領域でのトンネル接合を消失させることができる。これにより、外周領域は内周領域に比べて電気抵抗が大きくなり、トンネル接合層によって電流狭窄構造が形成される。イオンの注入によって電流狭窄構造を形成することができるため、本ＶＣＳＥＬ素子は生産性に優れる。また、トンネル接合層の外周領域において結晶破壊により絶縁化しているものではないため、外周領域における光吸収は小さく、本ＶＣＳＥＬ素子は高出力化に適している。
【0009】
上記トンネル接合層の外周領域のバンドギャップは、上記トンネル接合層の内周領域のバンドギャップより大きくてもよい。
【0010】
上記トンネル接合層の外周領域の屈折率は、上記トンネル接合層の内周領域の屈折率より小さくてもよい。
【0011】
上記イオンはＯイオンであってもよい。
【0012】
上記トンネル接合層は、少なくとも１層以上のＡｌを含む物質からなるものであってもよい。
【0013】
上記トンネル接合層の外周領域は、Ａｌ酸化物を含むものであってもよい。
【0014】
上記垂直共振器型面発光レーザ素子は、
上記トンネル接合層と上記活性層の間に配置された第１の中間層と、
上記第２のＤＢＲと上記活性層の間に配置された第２の中間層と
をさらに具備し、
上記イオンはＯイオンであり、
上記活性層、上記第１の中間層及び上記第２の中間層のうち少なくともいずれか１層の外周領域はＡｌ酸化物を含んでもよい。
上記トンネル接合層と上記活性層の間に配置された第１の中間層と、
上記第２のＤＢＲと上記活性層の間に配置された第２の中間層と
をさらに具備し、
上記イオンはＯイオンであり、
上記活性層、上記第１の中間層及び上記第２の中間層のうち少なくともいずれか１層の外周領域はＡｌ酸化物を含んでもよい。
【0015】
上記第１の中間層の外周領域はＡｌ酸化物を含み、
上記活性層及び上記第２の中間層の外周領域はＡｌ酸化物を含まないものであってもよい。
上記活性層及び上記第２の中間層の外周領域はＡｌ酸化物を含まないものであってもよい。
【0016】
上記第１の中間層、上記活性層及び上記第２の中間層の外周領域はＡｌ酸化物を含むものであってもよい。
【0017】
上記活性層の外周領域はＡｌ酸化物を含み、
上記第１の中間層及び上記第２の中間層の外周領域はＡｌ酸化物を含まないものであってもよい。
上記第１の中間層及び上記第２の中間層の外周領域はＡｌ酸化物を含まないものであってもよい。
【0018】
上記トンネル接合層の内周領域はｐ＋－ＡｌＩｎＡｓからなる第１の層と、ｎ＋－ＡｌＩｎＡｓからなる第２の層が積層されて構成され、
上記トンネル接合層の外周領域はＡｌＩｎＡｓ酸化物からなるものであってもよい。
上記トンネル接合層の外周領域はＡｌＩｎＡｓ酸化物からなるものであってもよい。
【0019】
上記トンネル接合層の内周領域はｐ＋－ＡｌＧａＡｓからなる第１の層と、ｎ＋－ＡｌＧａＡｓからなる第２の層が積層されて構成され、
上記トンネル接合層の外周領域はＡｌＧａＡｓ酸化物からなるものであってもよい。
上記トンネル接合層の外周領域はＡｌＧａＡｓ酸化物からなるものであってもよい。
【0020】
上記目的を達成するため、本技術の一形態に係る垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法は、特定の波長の光を反射する第１のＤＢＲと、上記波長の光を反射する第２のＤＢＲと、上記第１のＤＢＲと上記第２のＤＢＲの間に配置された活性層と、上記第１のＤＢＲと上記活性層の間に配置され、トンネル接合を形成するトンネル接合層とを備え、上記第１のＤＢＲと上記第２のＤＢＲの間の各層は、層面に垂直な方向から見て内周側の内周領域と、上記内周領域を囲む外周領域を有する積層体を形成し、
上記トンネル接合層の外周領域にイオンを注入し、上記トンネル接合層の外周領域のキャリア濃度を上記トンネル接合層の内周領域のキャリア濃度より小さくし、上記トンネル接合層の外周領域の電気抵抗を上記トンネル接合層の内周領域の電気抵抗より大きくする。
上記トンネル接合層の外周領域にイオンを注入し、上記トンネル接合層の外周領域のキャリア濃度を上記トンネル接合層の内周領域のキャリア濃度より小さくし、上記トンネル接合層の外周領域の電気抵抗を上記トンネル接合層の内周領域の電気抵抗より大きくする。
【0021】
上記トンネル接合層はＡｌを含む物質からなり、
上記トンネル接合層の外周領域にイオンを注入する工程では、上記トンネル接合層の外周領域にＯイオンを注入してもよい。
上記トンネル接合層の外周領域にイオンを注入する工程では、上記トンネル接合層の外周領域にＯイオンを注入してもよい。
【0022】
上記トンネル接合層の外周領域にイオンを注入する工程では、Ｏイオンの注入により、上記トンネル接合層の外周領域にＡｌ酸化物を生成させてもよい。
【0023】
上記積層体は、上記トンネル接合層と上記活性層の間に配置された第１の中間層と、上記第２のＤＢＲと上記活性層の間に配置された第２の中間層とをさらに具備し、
上記トンネル接合層の外周領域にイオンを注入する工程では、上記活性層、上記第１の中間層及び上記第２の中間層のうち少なくともいずれか１層の外周領域にＯイオンを注入してもよい。
上記トンネル接合層の外周領域にイオンを注入する工程では、上記活性層、上記第１の中間層及び上記第２の中間層のうち少なくともいずれか１層の外周領域にＯイオンを注入してもよい。
【0024】
上記垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法は、上記イオン注入により生じた結晶欠陥を修復し、Ａｌ酸化物の生成を促進させるアニール工程をさらに含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【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】上記ＶＣＳＥＬ素子が備える積層体の模式図である。
【図3】上記ＶＣＳＥＬ素子が備える積層体の平面図である。
【図4】上記ＶＣＳＥＬ素子が備える積層体の各層を分離して示す模式図である。
【図5】上記ＶＣＳＥＬ素子が備えるトンネル接合層の断面図である。
【図6】上記ＶＣＳＥＬ素子が備えるトンネル接合層の平面図である。
【図7】上記ＶＣＳＥＬ素子の模式図である。
【図8】上記ＶＣＳＥＬ素子の内周領域のバンド構造を示すバンド図である。
【図9】上記ＶＣＳＥＬ素子の外周領域のバンド構造を示すバンド図である。
【図10】上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。
【図11】上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。
【図12】上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。
【図13】上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。
【図14】上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。
【図15】上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。
【図16】上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。
【図17】上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。
【図18】上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。
【図19】上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。
【図20】上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。
【図21】上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。
【図22】上記ＶＣＳＥＬ素子のイオン注入領域の配置例１を示す模式図である。
【図23】上記ＶＣＳＥＬ素子のイオン注入領域の配置例２を示す模式図である。
【図24】上記ＶＣＳＥＬ素子のイオン注入領域の配置例３を示す模式図である。
【図25】上記ＶＣＳＥＬ素子の配置例１における外周領域のバンド構造を示すバンド図である。
【図26】上記ＶＣＳＥＬ素子の配置例２における外周領域のバンド構造を示すバンド図である。
【図27】上記ＶＣＳＥＬ素子の配置例３における外周領域のバンド構造を示すバンド図である。
【図28】本技術の実施形態に係る、他の構造を有するＶＣＳＥＬ素子の断面図である。
【図29】本技術の実施形態に係る、他の構造を有するＶＣＳＥＬ素子の断面図である。
【図30】本技術の実施形態に係る、他の構造を有するＶＣＳＥＬ素子の断面図である。
【図31】本技術の実施形態に係る、他の構造を有するＶＣＳＥＬ素子の断面図である。
【図32】本技術の実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子アレイの断面図である。
【図33】上記ＶＣＳＥＬ素子アレイが備えるトンネル接合層の平面図である。
【図34】本技術の実施形態に係る集積化モジュールの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0026】
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。
【0027】
[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、下部スペーサー層１０１、下部中間層１０２、活性層１０３、上部中間層１０４、トンネル接合層１０５、上部スペーサー層１０６、コンタクト層１０７、下部ＤＢＲ１０８、上部ＤＢＲ１０９、下部電極１１０及び上部電極１１１を備える。
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、下部スペーサー層１０１、下部中間層１０２、活性層１０３、上部中間層１０４、トンネル接合層１０５、上部スペーサー層１０６、コンタクト層１０７、下部ＤＢＲ１０８、上部ＤＢＲ１０９、下部電極１１０及び上部電極１１１を備える。
【0028】
ＶＣＳＥＬ素子１００の構成のうち、下部ＤＢＲ１０８と上部ＤＢＲ１０９の間の層、即ち下部スペーサー層１０１、下部中間層１０２、活性層１０３、上部中間層１０４、トンネル接合層１０５及び上部スペーサー層１０６の積層体を積層体１２０とする。図２は、積層体１２０の模式図である。同図に示すように積層体１２０の各層の層面方向をＸ－Ｙ方向とし、層面方向に垂直な方向をＺ方向とする。
【0029】
図３は、積層体１２０をＺ方向から見た図である。同図に示すように、積層体１２０はＺ方向から見て内周領域１２０ａ及び外周領域１２０ｂを有する。Ｚ方向に平行な積層体１２０の周面を周面１２０ｃとすると、内周領域１２０ａはＺ方向から見て内周側の領域であり、周面１２０ｃから離間した領域である。外周領域１２０ｂは、内周領域１２０ａと周面１２０ｃの間の領域であり、内周領域１２０ａを囲む領域である。
【0030】
図４は、積層体１２０の各層を離間させて示す模式図である。同図に示すように、下部スペーサー層１０１において内周領域１２０ａに含まれる領域を内周領域１０１ａとし、外周領域１２１ｂに含まれる領域を外周領域１０１ｂとする。以下同様に各層は内周領域と外周領域を有するものとする。
【0031】
即ち、下部中間層１０２は内周領域１０２ａ及び外周領域１０２ｂを有し、活性層１０３は内周領域１０３ａ及び外周領域１０３ｂを有する。上部中間層１０４は内周領域１０４ａ及び外周領域１０４ｂを有し、トンネル接合層１０５は内周領域１０５ａ及び外周領域１０５ｂを有する。上部スペーサー層１０６は内周領域１０６ａと外周領域１０６ｂを有する。
【0032】
以下、図１を参照して、ＶＣＳＥＬ素子１００の各構成について説明する。下部スペーサー層１０１は、下部ＤＢＲ１０８と上部ＤＢＲ１０９の間隔を調整する層である。下部スペーサー層１０１はｎ型半導体材料からなり、例えばｎ－ＩｎＰからなるものとすることができる。
【0033】
下部中間層１０２は、下部スペーサー層１０１上に設けられ、キャリアを活性層１０３に閉じ込める層である。下部中間層１０２はｎ型半導体材料からなり、Ａｌを含む材料、例えばｎ－ＡｌＧａＩｎＡｓからなるものとすることができる。また、下部中間層１０２はＡｌを含まない材料からなるものであってもよく、例えばｎ－ＩｎＰからなるものとすることもできる。
【0034】
活性層１０３は、下部中間層１０２上に設けられ、自然放出光の放出及び増幅を行う。活性層１０３は、バンドギャップが小さい量子井戸層とバンドギャップが大きい障壁層を交互に積層した量子井戸（ＱＷ：quantum well）構造を有する層とすることができる。活性層１０３は、Ａｌを含む材料、例えばＡｌＧａＩｎＡｓからなるものとすることができる。また、活性層１０３はＡｌを含まない材料からなるものであってもよく、例えばＩｎＧａＡｓ又はＩｎＧａＡｓＰからなるものとすることもできる。さらに、活性層１０３は量子井戸構造に限られず、ＩｎＡｓ等からなる量子ドット（ＱＤｓ：quantum dots）構造等を有するものであってもよい。
【0035】
上部中間層１０４は、活性層１０３上に設けられ、キャリアを活性層１０３にとじ込める層である。上部中間層１０４はｐ型半導体材料からなり、Ａｌを含む材料、例えばｐ－ＡｌＧａＩｎＡｓからなるものとすることができる。また、上部中間層１０４はＡｌを含まない材料からなるものであってもよく、例えばｐ－ＩｎＰからなるものとすることもできる。
【0036】
トンネル接合層１０５は、上部中間層１０４上に設けられ、トンネル接合による電流狭窄構造を形成する。図５は、トンネル接合層１０５の断面図であり、図６はトンネル接合層の平面図である。図５に示すように、トンネル接合層１０５は、第１層１２１及び第２層１２２を備える。第１層１２１は、トンネル接合層１０５において上部中間層１０４側の層であり、不純物濃度が高いｐ型半導体材料からなる。第２層１２２は、トンネル接合層１０５において上部スペーサー層１０６側の層であり、不純物濃度が高いｎ型半導体材料からなる。
【0037】
トンネル接合層１０５は、Ａｌを含む物質からなるものとすることができる。Ａｌを含む物質としてＡｌＩｎＡｓ又はＡｌＧａＩｎＡｓが挙げられる。ＡｌＩｎＡｓの場合、第１層１２１はｐ＋－ＡｌＩｎＡｓからなり、第２層１２２はｎ＋－ＡｌＩｎＡｓからなるものとすることができる。また、ＡｌＧａＩｎＡｓの場合、第１層１２１はｐ＋－ＡｌＧａＩｎＡｓからなり、第２層１２２はｎ＋－ＡｌＧａＩｎＡｓからなるものとすることができる。
【0038】
さらにトンネル接合層１０５は、Ａｌを含まない物質からなるものとすることもでき、例えば、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ又はＩｎＧａＡｓからなるものとすることができる。ＩｎＰの場合、第１層１２１はｐ＋－ＩｎＰからなり、第２層１２２はｎ＋－ＩｎＰからなるものとすることができる。ＩｎＧａＡｓＰの場合、第１層１２１はｐ＋－ＩｎＧａＡｓＰからなり、第２層１２２はｎ＋－ＩｎＧａＡｓＰからなるものとすることができる。ＩｎＧａＡｓの場合、第１層１２１はｐ＋－ＩｎＧａＡｓからなり、第２層１２２はｎ＋－ＩｎＧａＡｓからなるものとすることができる。
【0039】
またトンネル接合層１０５は、第１層１２１と第２層１２２の材料が異なり、Ａｌを含む物質とＡｌを含まない物質の両方からなるものとすることもできる。具体的には第１層１２１はＡｌを含むＡｌＩｎＡｓ又はＡｌＧａＩｎＡｓからなり、第２層１２２はＡｌを含まないＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ又はＩｎＧａＡｓからなるものとすることができる。この場合、例えば第１層１２１はｐ＋－ＡｌＩｎＡｓからなり、第２層１２２はｎ＋－ＩｎＰからなるものとすることができる。
【0040】
反対に、第１層１２１はＡｌを含まないＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ又はＩｎＧａＡｓからなり、第２層１２２はＡｌを含むＡｌＩｎＡｓ又はＡｌＧａＩｎＡｓからなるものとすることもできる。この場合、例えば第１層１２１はｐ＋－ＩｎＰからなり、第２層１２２はｎ＋－ＡｌＩｎＡｓからなるものとすることができる。
【0041】
ここで、上述のようにトンネル接合層１０５は、Ｚ方向から見て内周側の内周領域１０５ａと、内周領域１０５ａを囲む外周領域１０５ｂを有する（図４参照）。外周領域１０５ｂにはイオンが注入されており、内周領域１０５ａにはイオンが注入されていない。図１及び以下の図において、ＶＣＳＥＬ素子１００においてイオンが注入された領域をイオン注入領域Ｒとし、ドットを描画した領域によって示す。イオンの注入により外周領域１０５ｂの不純物濃度は内周領域１０５ａの不純物濃度より小さくなり、外周領域１０５ｂのキャリア濃度（電子及び正孔の密度）は内周領域１０５ａのキャリア濃度より小さくなっている。
【0042】
この外周領域１０５ｂのキャリア濃度の低下により、後述するように第１層１２１と第２層１２２によるトンネル接合が消失している。一方、内周領域１０５ａはイオンが注入されず、第１層１２１と第２層１２２によるトンネル接合が維持されている。これにより、外周領域１０５ｂの電気抵抗は内周領域１０５ａの電気抵抗より大きくなっている。
【0043】
外周領域１０５ｂに注入されているイオンのイオン種は、第１層１２１と第２層１２２のバンドギャップが増加するイオン種とすることができ、具体的にはＯイオン又はＮイオンとすることができる。このうち、Ｏイオンは外周領域１０５ｂを酸化することができ、より好適である。
【0044】
上部スペーサー層１０６は、トンネル接合層１０５上に設けられ、下部ＤＢＲ１０８と上部ＤＢＲ１０９の間隔を調整する層である。上部スペーサー層１０６はｎ型半導体材料からなり、例えばｎ－ＩｎＰからなるものとすることができる。
【0045】
コンタクト層１０７は、上部スペーサー層１０６上において上部ＤＢＲ１０９の周囲に設けられ、上部電極１１１と上部スペーサー層１０６の電気的接続を確保する。コンタクト層１０７は、積層体１２０の内周領域１２０ａを囲む環状形状を有するものとすることができる。コンタクト層１０７は、不純物濃度が高いｎ型半導体材料からなり、例えばｎ＋－ＩｎＧａＡｓ、ｎ＋－ＩｎＧａＡｓＰ又はｎ＋－ＩｎＰからなるものとすることができる。
【0046】
下部ＤＢＲ１０８は、下部スペーサー層１０１の内周領域１０１ａ（図４参照）に隣接して設けられ、波長λの光を反射するＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector：分布ブラッグ反射鏡）として機能する。下部ＤＢＲ１０８は、上部ＤＢＲ１０９と共に積層体１２０を挟み、レーザ発振のための共振器を構成する。下部ＤＢＲ１０８は例えば誘電体ＤＢＲであり、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ａ－Ｓｉ又はＡｌ２Ｏ３等からなるものとすることができる。
【0047】
上部ＤＢＲ１０９は、上部スペーサー層１０６の内周領域１０６ａ（図４参照）に隣接して設けられ、波長λの光を反射するＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector：分布ブラッグ反射鏡）として機能する。上部ＤＢＲ１０９は、下部ＤＢＲ１０８と共に積層体１２０を挟み、レーザ発振ための共振器を構成する。上部ＤＢＲ１０９は例えば、誘電体ＤＢＲであり、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ａ－Ｓｉ又はＡｌ２Ｏ３等からなるものとすることができる。
【0048】
下部電極１１０は、下部ＤＢＲ１０８の周囲において下部スペーサー層１０１に隣接して設けられ、ＶＣＳＥＬ素子１００の一方の電極として機能する。下部電極１１０は例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ又はＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ等からなるものとすることができる。また、下部電極１１０はメッキにより形成されたものであってもよい。
【0049】
上部電極１１１は、コンタクト層１０７に隣接して設けられ、ＶＣＳＥＬ素子１００の他方電極として機能する。上部電極１１１は、上部ＤＢＲ１０９を囲む環状形状を有するものとすることができる。上部電極１１１は、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ等からなるものとすることができる。
【0050】
ＶＣＳＥＬ素子１００は、以上のような構成を有する。ＶＣＳＥＬ素子１００の構成はここに示すものに限られず、少なくとも活性層１０３、トンネル接合層１０５、下部ＤＢＲ１０８及び上部ＤＢＲ１０９を備えるものであればよい。
【0051】
［ＶＣＳＥＬ素子のバンド構造］
ＶＣＳＥＬ素子１００のバンド構造について説明する。図７はＶＣＳＥＬ素子１００の模式図である。同図においてＡ－Ａ線はトンネル接合層１０５の内周領域１０５ａを通過する線であり、Ｂ－Ｂ線はトンネル接合層１０５の外周領域１０５ｂを通過する線である。図８は図７におけるＡ－Ａ線でのバンド構造を示すバンド図であり、図９は図７におけるＢ－Ｂ線でのバンド構造を示すバンド図である。
ＶＣＳＥＬ素子１００のバンド構造について説明する。図７はＶＣＳＥＬ素子１００の模式図である。同図においてＡ－Ａ線はトンネル接合層１０５の内周領域１０５ａを通過する線であり、Ｂ－Ｂ線はトンネル接合層１０５の外周領域１０５ｂを通過する線である。図８は図７におけるＡ－Ａ線でのバンド構造を示すバンド図であり、図９は図７におけるＢ－Ｂ線でのバンド構造を示すバンド図である。
【0052】
図８に示すように、トンネル接合層１０５の内周領域１０５ａでは、第１層１２１と第２層１２２の境界において第１層１２１のコンダクションバンドＥｃと、第２層１２２のヴァレンスバンドＥｖが接近しており、第１層１２１と第２層１２２によるトンネル接合が形成されている。これにより、図中矢印で示すように、第２層１２２から第１層１２１へ電流が流れる。
【0053】
一方、図９に示すように、トンネル接合層１０５の外周領域１０５ｂでは、イオンの注入によりキャリア濃度が低下し、第１層１２１と第２層１２２においてコンダクションバンドＥｃとヴァレンスバンドＥｖの間隔（バンドギャップ）が増大している。これにより、外周領域１０５ｂのバンドギャップは内周領域１０５ａのバンドギャップより大きくなっておいる。外周領域１０５ｂでは、このバンドギャップの増大により、第１層１２１と第２層１２２の間のトンネル接合が消失するため、第１層１２１と第２層１２２の間で電流が流れない。
【0054】
このように、トンネル接合層１０５では、内周領域１０５ａにおいてはトンネル接合により電流が流れるが、外周領域１０５ｂにおいてはトンネル接合による電流が流れない。このため、トンネル接合層１０５を流れる電流は内周領域１０５ａに集中し、即ち電流狭窄作用が発生する。
【0055】
なお、外周領域１０５ｂに注入されるイオンのイオン種は、図９に示すように第１層１２１と第２層１２２においてコンダクションバンドＥｃとヴァレンスバンドＥｖのバンドギャップが増大するイオン種であればよく、例えばＯイオン又はＮイオンとすることができる。
【0056】
［ＶＣＳＥＬ素子の動作］
下部電極１１０と上部電極１１１の間に電圧を印加すると、下部電極１１０と上部電極１１１の間で電流が流れる（図１参照）。電流は、トンネル接合層１０５におけるトンネル接合による電流狭窄作用を受け、活性層１０３のうちトンネル接合層１０５の内周領域１０５ａに近接する領域に注入される。これにより、当該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（Ｚ方向）に進行し、下部ＤＢＲ１０８及び上部ＤＢＲ１０９によって反射される。
下部電極１１０と上部電極１１１の間に電圧を印加すると、下部電極１１０と上部電極１１１の間で電流が流れる（図１参照）。電流は、トンネル接合層１０５におけるトンネル接合による電流狭窄作用を受け、活性層１０３のうちトンネル接合層１０５の内周領域１０５ａに近接する領域に注入される。これにより、当該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（Ｚ方向）に進行し、下部ＤＢＲ１０８及び上部ＤＢＲ１０９によって反射される。
【0057】
下部ＤＢＲ１０８及び上部ＤＢＲ１０９は発振波長λを有する光を反射するように構成されているため、自然放出光のうち発振波長λの成分は下部ＤＢＲ１０８及び上部ＤＢＲ１０９の間で定在波を形成し、活性層１０３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、上部ＤＢＲ１０９を透過してレーザ光が出射される。
【0058】
ここで、ＶＣＳＥＬ素子１００では上記のように、トンネル接合層１０５の外周領域１０５ｂにおいてイオンを注入し、外周領域１０５ｂのトンネル接合を解消させることで電流狭窄構造が実現されている。プロトンインプラント（特許文献１参照）のように外周領域１０５ｂの結晶を破壊して高抵抗化しているのではないため、外周領域１０５ｂにおける光吸収は小さく、光吸収によるロスが抑制されている。
【0059】
［イオン注入による酸化について］
上記のように、トンネル接合層１０５の外周領域１０５ｂにはイオンが注入され、電流狭窄構造が実現されている。ここで、トンネル接合層１０５がＡｌを含む物質（ＡｌＩｎＡｓ等）からなり、外周領域１０５ｂがＯイオンである場合、外周領域１０５ｂにおいてＡｌを含む物質にＯが取り込まれ、外周領域１０５ｂが半絶縁体化する。これにより、トンネル接合の消失に加え、半絶縁体化により外周領域１０５ｂが高抵抗化し、より好適である。
上記のように、トンネル接合層１０５の外周領域１０５ｂにはイオンが注入され、電流狭窄構造が実現されている。ここで、トンネル接合層１０５がＡｌを含む物質（ＡｌＩｎＡｓ等）からなり、外周領域１０５ｂがＯイオンである場合、外周領域１０５ｂにおいてＡｌを含む物質にＯが取り込まれ、外周領域１０５ｂが半絶縁体化する。これにより、トンネル接合の消失に加え、半絶縁体化により外周領域１０５ｂが高抵抗化し、より好適である。
【0060】
また、外周領域１０５ｂへのＯイオンの注入量を増加させることにより、外周領域１０５ｂにおいてＡｌ酸化物（ＡｌＯＸ）が形成される。例えば内周領域１０５ａにおいて第１層１２１がｐ＋－ＡｌＩｎＡｓからなり、第２層１２２がｎ＋－ＡｌＩｎＡｓからなる場合、外周領域１０５ｂはＡｌＩｎＡｓ酸化物からなるものとすることができる。
【0061】
Ａｌ酸化物の形成により、外周領域１０５ｂのバンドギャップ（図９参照）がより広がり、外周領域１０５ｂの屈折率が内周領域１０５ａの屈折率より小さくなる。これにより、下部ＤＢＲ１０８と上部ＤＢＲ１０９の間を進行する光は外周領域１０５ｂよりも内周領域１０５ａを進行しやすくなり、層面方向（Ｘ－Ｙ方向）における光閉じ込め作用、即ち光狭窄作用が発生する。このため、ＶＣＳＥＬ素子１００から放出されるレーザ光の量が増加し、ＶＣＳＥＬ素子１００の発光特性が向上する。
【0062】
【0063】
図１０に示すように、基板１３１上に、半導体層１３２、エッチングストップ層１３３、下部スペーサー層１０１、下部中間層１０２、活性層１０３、上部中間層１０４、トンネル接合層１０５、上部スペーサー層１０６及びコンタクト層１０７を順に形成し、積層体１３０を作成する。これらの各層はエピタキシャル成長法によって形成することが可能である。
【0064】
なお、基板１３１はｎ型半導体材料からなる基板であり、例えばｎ－ＩｎＰ基板とすることができる。半導体層１３２はｎ型半導体材料からなり、例えば、ｎ－ＩｎＰからなるものとすることができる。エッチングストップ層１３３はｎ型半導体材料からなり、例えばｎ－ＩｎＧａＡｓＰからなるものとすることができる。下部スペーサー層１０１からコンタクト層１０７までの各層は、上述した材料からなる。
【0065】
次に、図１１に示すように、コンタクト層１０７をパターニングし、上部スペーサー層１０６の内周領域１０６ａを含む領域が露出するように、コンタクト層１０７の一部を除去する。コンタクト層１０７のパターニングはフォトリソグラフィを用いて行うことができ、不要部分の除去はウェットエッチング又は塩素系ドライエッチングとすることができる。なお、ウェットエッチングがより好適であり、硫酸：過酸化水素水：水の混合液やクエン酸：過酸化水素水：水の混合液をエッチング液として選択エッチングを行うことができる。
【0066】
次に、図１２に示すように、前工程により露出した上部スペーサー層１０６上にレジスト１３４を形成し、内周領域１０６ａをレジスト１３４によって被覆する。レジスト１３４は、フォトリソグラフィを用いるパターニングにより形成することができる。
【0067】
続いて、図１３に示すように、コンタクト層１０７及びレジスト１３４上からイオンを注入する。ここで、内周領域１２０ａ（図２参照）に入射したイオンはレジスト１３４によって遮蔽される。一方、外周領域１２０ｂに入射したイオンはトンネル接合層１０５の外周領域１０５ｂに注入され、イオン注入領域Ｒが形成される。これにより、トンネル接合層１０５には、トンネル接合により電流が通過する内周領域１０５ａと、トンネル接合が消失し、電流が通過しない外周領域１０５ｂが形成される。
【0068】
ここで、トンネル接合層１０５がＡｌを含む物質からなり、イオンがＯイオンである場合、Ｏイオンの注入量を増加させることにより、外周領域１０５ｂに存在するＡｌを酸化させ、Ａｌ酸化物（ＡｌＯＸ）を形成させることが可能である。
【0069】
例えば、トンネル接合層１０５がＡｌを含む物質からなる場合、上部中間層１０４の手前の深さまでＯイオンを注入することで、外周領域１０５ｂにＡｌ酸化物を生成させることができる。コンタクト層１０７及び上部スペーサー層１０６はＡｌを含まない物質からなるものとすることにより、注入されたＯイオンにより酸化されない。
【0070】
続いて、図１４に示すように、レジスト１３４を除去する。さらに、アニール処理を行う。コンタクト層１０７と上部スペーサー層１０６には前工程のイオン注入により結晶欠陥が生じ、導電性が低下しているが、アニール処理により結晶欠陥を修復し、導電性低下を解消することができる。また、アニール処理により、上述した外周領域１０５ｂの酸化を促進することができる。
【0071】
続いて、図１５に示すように、コンタクト層１０７上に上部電極１１１を形成する。上部電極１１１はフォトリソグラフィを用いるパターニングにより形成することができる。
【0072】
続いて、図１６に示すように、上部スペーサー層１０６の内周領域１０６ａ上に上部ＤＢＲ１０９を形成する。上部ＤＢＲ１０９はリフトオフやドライエッチングによる開口等によってパターニングし、形成することができる。
【0073】
続いて、図１７に示すように、基板１３１を除去する。基板１３１の除去は積層体１３０を支持基板に貼り合わせ、バックグラインダー等によって研削することによって行うことができる。
【0074】
続いて、図１８に示すように半導体層１３２を除去する。半導体層１３２の除去は、エッチングストップ層１３３との間で選択エッチングを行うため、硝酸：リン酸の混合液等をエッチング液とするウェットエッチングによって行うことができる。
【0075】
続いて、図１９に示すようにエッチングストップ層１３３を除去する。エッチングストップ層１３３の除去は、下部スペーサー層１０１との間で選択エッチングを行うため、硫酸：過酸化水素水：水酸の混合液等をエッチング液とするウェットエッチングによって行うことができる。
【0076】
続いて、図２０に示すように、下部スペーサー層１０１の内周領域１０１ａ上に下部ＤＢＲ１０８を形成する。下部ＤＢＲ１０８はリフトオフやドライエッチングによる開口等によってパターニングし、形成することができる。
【0077】
続いて、図２１に示すように、下部スペーサー層１０１及び下部ＤＢＲ１０８上に下部電極１１０を形成する。下部電極１１０は、メッキにより形成することができる。
【0078】
以上のようにして、ＶＣＳＥＬ素子１００を作製することができる。なお、ＶＣＳＥＬ素子１００の製造方法はここに示すものに限られず、少なくともトンネル接合層１０５の外周領域１０５ｂにイオンを注入する工程を含むものであればよい。
【0079】
［ＶＣＥＬ素子の効果］
ＶＣＳＥＬ素子１００は上述のように、トンネル接合層１０５の外周領域１０５ｂにおいてイオンの注入によりキャリア濃度を低下させ、トンネル接合を消失させることにより電流狭窄作用を発生させることができる。外周領域１０５ｂは結晶の破壊により電流狭窄構造が実現されているものではないため、外周領域１０５ｂにおける光吸収は小さく、光吸収によるロスを抑制することができる。このため、ＶＣＳＥＬ素子１００は高出力化に適している。また、また、ＶＣＳＥＬ素子１００では、電流狭窄構造の形成のために埋込トンネルジャンクション構造のような埋め込み成長工程が不要であり、生産性に優れる。
ＶＣＳＥＬ素子１００は上述のように、トンネル接合層１０５の外周領域１０５ｂにおいてイオンの注入によりキャリア濃度を低下させ、トンネル接合を消失させることにより電流狭窄作用を発生させることができる。外周領域１０５ｂは結晶の破壊により電流狭窄構造が実現されているものではないため、外周領域１０５ｂにおける光吸収は小さく、光吸収によるロスを抑制することができる。このため、ＶＣＳＥＬ素子１００は高出力化に適している。また、また、ＶＣＳＥＬ素子１００では、電流狭窄構造の形成のために埋込トンネルジャンクション構造のような埋め込み成長工程が不要であり、生産性に優れる。
【0080】
さらにＶＣＳＥＬ素子１００ではトンネル接合層１０５がＡｌを含む物質からなり、外周領域１０５ｂに注入されるイオンがＯイオンである場合、Ｏイオンの注入量を増加させることにより、外周領域１０５ｂにおいてＡｌ酸化物（ＡｌＯＸ）を形成させることができる。Ａｌ酸化物の形成により、外周領域１０５ｂの屈折率より小さくなるため、トンネル接合層１０５によって光狭窄作用を発生させることができ、ＶＣＳＥＬ素子１００の発光特性を向上させることが可能である。
【0081】
また、Ｏイオンの注入後にアニール処理を行うことにより、外周領域１０５ｂのキャリア濃度を低下させると共にＡｌ酸化物の形成を促進し、結晶品質の改善と強固な酸化によって、ＶＣＳＥＬ素子１００の信頼性向上を実現することが可能である。
【0082】
［イオン注入領域について］
上記説明において、ＶＣＳＥＬ素子１００は、トンネル接合層１０５の外周領域１０５ｂにイオンが注入されるものとしたが、ＶＣＳＥＬ素子１００の他の層にもイオンが注入されてもよい。図２２乃至図２４は、トンネル接合層１０５以外の層にイオンが注入されたＶＣＳＥＬ素子１００の断面図である。
上記説明において、ＶＣＳＥＬ素子１００は、トンネル接合層１０５の外周領域１０５ｂにイオンが注入されるものとしたが、ＶＣＳＥＬ素子１００の他の層にもイオンが注入されてもよい。図２２乃至図２４は、トンネル接合層１０５以外の層にイオンが注入されたＶＣＳＥＬ素子１００の断面図である。
【0083】
（イオン注入領域１）
図２２に示すように、ＶＣＳＥＬ素子１００は、トンネル接合層１０５に加え、上部中間層１０４にイオンが注入されていてもよい。上部中間層１０４は、外周領域１０４ｂ（図４参照）にイオンが注入され、内周領域１０４ａにはイオンが注入されないものとすることができる。
図２２に示すように、ＶＣＳＥＬ素子１００は、トンネル接合層１０５に加え、上部中間層１０４にイオンが注入されていてもよい。上部中間層１０４は、外周領域１０４ｂ（図４参照）にイオンが注入され、内周領域１０４ａにはイオンが注入されないものとすることができる。
【0084】
【0085】
図２５に示すように、トンネル接合層１０５の外周領域１０５ｂでは、イオンの注入によりキャリア濃度が低下し、バンドギャップの増大によりトンネル接合が消失している。また、上部中間層１０４の外周領域１０４ｂでは、外周領域１０５ｂと同様にバンドギャップが増大している。このため、図２２に示す構成においてもトンネル接合層１０５による電流狭窄構造が実現されている。
【0086】
外周領域１０５ｂ及び外周領域１０４ｂへのイオンの注入は、内周領域１２０ａ上にレジストを設け、その上からイオンを照射することによって行うことができる（図１３参照）。この際、イオンの注入深さを活性層１０３の手前までとすることによって、外周領域１０５ｂ及び外周領域１０４ｂへイオンを注入することができる。
【0087】
なお、トンネル接合層１０５及び上部中間層１０４がＡｌを含む物質からなる場合、外周領域１０５ｂ及び外周領域１０４ｂにＯイオンを注入することにより、外周領域１０５ｂ及び外周領域１０４ｂにＡｌ酸化物を形成することができる。これにより、外周領域１０５ｂの屈折率を内周領域１０５ａの屈折率より小さくし、外周領域１０４ｂの屈折率を内周領域１０４ａの屈折率より小さくすることができるため、トンネル接合層１０５及び上部中間層１０４によって光狭窄が可能である。
【0088】
具体的には、トンネル接合層１０５はｎ＋－ＡｌＩｎＡｓ及びｐ＋－ＡｌＩｎＡｓからなり、上部中間層１０４はｐ－ＡｌＧａＩｎＡｓからなるものとすることができる。また、活性層１０３は、Ａｌを含まない物質からなり、例えばＩｎＧａＡｓからなるものとすることができる。これにより、トンネル接合層１０５及び上部中間層１０４の外周領域にのみＡｌ酸化物を形成することができる。下部中間層１０２はｎ－ＡｌＧａＩｎＡｓのようにＡｌを含む物質からなるものであてもよく、ｎ－ＩｎＰのようにＡｌを含まない物質からなるものであってもよい。
【0089】
（イオン注入領域２）
図２３に示すように、ＶＣＳＥＬ素子１００は、トンネル接合層１０５に加え、上部中間層１０４、活性層１０３及び下部中間層１０２にイオンが注入されていてもよい。上部中間層１０４は外周領域１０４ｂ（図４参照）にイオンが注入され、内周領域１０４ａにはイオンが注入されないものとすることができる。
図２３に示すように、ＶＣＳＥＬ素子１００は、トンネル接合層１０５に加え、上部中間層１０４、活性層１０３及び下部中間層１０２にイオンが注入されていてもよい。上部中間層１０４は外周領域１０４ｂ（図４参照）にイオンが注入され、内周領域１０４ａにはイオンが注入されないものとすることができる。
【0090】
また、活性層１０３は外周領域１０３ｂ（図４参照）にイオンが注入され、内周領域１０３ａにはイオンが注入されないものとすることができる。下部中間層１０２は外周領域１０２ｂ（図４参照）にイオンが注入され、内周領域１０２ａにはイオンが注入されないものとすることができる。
【0091】
【0092】
図２６に示すように、トンネル接合層１０５の外周領域１０５ｂでは、イオンの注入によりキャリア濃度が低下し、バンドギャップの増大によりトンネル接合が消失している。また、上部中間層１０４、活性層１０３及び下部中間層１０２のそれぞれの外周領域では外周領域１０５ｂと同様にバンドギャップが増大している。このため、図２３に示す構成においてもトンネル接合層１０５により電流狭窄構造が実現されている。
【0093】
トンネル接合層１０５、上部中間層１０４、活性層１０３及び下部中間層１０２の外周領域へのイオンの注入は、内周領域１２０ａ上にレジストを設け、その上からイオンを照射することによって行うことができる（図１３参照）。この際、イオンの注入深さを下部スペーサー層１０１の手前までとすることによって、各層の外周領域へイオンを注入することができる。
【0094】
なお、トンネル接合層１０５、上部中間層１０４、活性層１０３及び下部中間層１０２がＡｌを含む物質からなる場合、各層の外周領域にＯイオンを注入することにより、各層の外周領域にＡｌ酸化物を形成することができる。これにより、各層の外周領域の屈折率を各層の内周領域の屈折率より小さくすることができるため、トンネル接合層１０５、上部中間層１０４、活性層１０３及び下部中間層１０２によって光狭窄が可能である。
【0095】
具体的には、トンネル接合層１０５はｎ＋－ＡｌＩｎＡｓ及びｐ＋－ＡｌＩｎＡｓからなり、上部中間層１０４はｐ－ＡｌＧａＩｎＡｓからなるものとすることができる。また、活性層１０３はＡｌＧａＩｎＡｓからなり、下部中間層１０２はｎ－ＡｌＧａＩｎＡｓからなるものとすることができる。これにより、トンネル接合層１０５、上部中間層１０４、活性層１０３及び下部中間層１０２の外周領域にＡｌ酸化物を形成することができる。
【0096】
なお、下部中間層１０２はｎ－ＩｎＰのようにＡｌを含まない物質からなるものであってもよく、この場合、トンネル接合層１０５、上部中間層１０４及び活性層１０３の外周領域にのみＡｌ酸化物を形成することができる。
【0097】
（イオン注入領域３）
図２４に示すように、ＶＣＳＥＬ素子１００は、トンネル接合層１０５に加え、活性層１０３にイオンが注入されていてもよい。活性層１０３は外周領域１０３ｂ（図４参照）にイオンが注入され、内周領域１０３ａにはイオンが注入されないものとすることができる。また、トンネル接合層１０５と活性層１０３の間の上部中間層１０４にはイオンが注入されないものとすることができる。
図２４に示すように、ＶＣＳＥＬ素子１００は、トンネル接合層１０５に加え、活性層１０３にイオンが注入されていてもよい。活性層１０３は外周領域１０３ｂ（図４参照）にイオンが注入され、内周領域１０３ａにはイオンが注入されないものとすることができる。また、トンネル接合層１０５と活性層１０３の間の上部中間層１０４にはイオンが注入されないものとすることができる。
【0098】
【0099】
図２７に示すように、トンネル接合層１０５の外周領域１０５ｂでは、イオンの注入によりキャリア濃度が低下し、バンドギャップの増大によりトンネル接合が消失している。また、活性層１０３の外周領域１０３ｂでは外周領域１０５ｂと同様にバンドギャップが増大している。一方、上部中間層１０４の外周領域１０４ｂはイオンが注入されていないため、バンドギャップが維持されている。
【0100】
トンネル接合層１０５及び活性層１０３の外周領域へのイオンの注入は、内周領域１２０ａ上にレジストを設け、その上からイオンを照射することによって行うことができる（図１３参照）。ここで、トンネル接合層１０５及び活性層１０３をＡｌを含む物質、上部中間層１０４をＡｌを含まない物質からなるものとし、注入するイオンをＯイオンとすることにより、トンネル接合層１０５及び活性層１０３の外周領域にのみイオンを注入することができる。
【0101】
さらに、Ｏイオンの注入量を増加させることにより、トンネル接合層１０５及び活性層１０３の外周領域にＡｌ酸化物を形成することができる。これにより、トンネル接合層１０５及び活性層１０３の外周領域の屈折率を各層の内周領域の屈折率より小さくすることができるため、トンネル接合層１０５及び活性層１０３によって光狭窄が可能である。
【0102】
具体的には、トンネル接合層１０５はｎ＋－ＡｌＩｎＡｓ及びｐ＋－ＡｌＩｎＡｓからなり、活性層１０３はＡｌＧａＩｎＡｓらなるものとすることができる。また、上部中間層１０４はｐ－ＩｎＰからなるものとすることができる。これにより、トンネル接合層１０５及び活性層１０３の外周領域にＡｌ酸化物を形成し、上部中間層１０４にはＡｌ酸化物を形成しないものとすることができる。
【0103】
なお、下部中間層１０２はｎ－ＡｌＧａＩｎＡｓのようにＡｌを含む物質からなるものであてもよく、ｎ－ＩｎＰのようにＡｌを含まない物質からなるものであってもよい。下部中間層１０２がＡｌを含む物質からなる場合、トンネル接合層１０５、活性層１０３及び下部中間層１０２の外周領域にＡｌ酸化物を形成することができる。
【0104】
この他にもＶＣＳＥＬ素子１００では、下部中間層１０２、活性層１０３及び上部中間層１０４のうち少なくともいずれか１層の外周領域にイオンが注入されたものとすることが可能である。また、ＶＣＳＥＬ素子１００では下部中間層１０２、活性層１０３及び上部中間層１０４のうち少なくともいずれか１層の外周領域がＡｌ酸化物を含むものとすることが可能である。
【0105】
［ＶＣＳＥＬ素子の他の構造］
ＶＣＳＥＬ素子１００の他の構造について説明する。図２８乃至図３１は、他の構造を有するＶＣＳＥＬ素子１００の断面図である。なお、以下に示す各ＶＣＳＥＬ素子１００において、イオン注入領域Ｒの配置は、上述したいずれの構成であってもよい。
ＶＣＳＥＬ素子１００の他の構造について説明する。図２８乃至図３１は、他の構造を有するＶＣＳＥＬ素子１００の断面図である。なお、以下に示す各ＶＣＳＥＬ素子１００において、イオン注入領域Ｒの配置は、上述したいずれの構成であってもよい。
【0106】
（下部ＤＢＲ）
図２８に示すようにＶＣＳＥＬ素子１００は、凹状曲面形状の下部ＤＢＲ１０８を備えるものであってもよい。同図に示すようにＶＣＳＥＬ素子１００は、下部スペーサー層１０１上に形成された支持層１１２をさらに備える。支持層１１２は、ＳＩ（semi-insulate)－ＩｎＰ等の半絶縁性材料からなり、凸状曲面形状に形成されている。
図２８に示すようにＶＣＳＥＬ素子１００は、凹状曲面形状の下部ＤＢＲ１０８を備えるものであってもよい。同図に示すようにＶＣＳＥＬ素子１００は、下部スペーサー層１０１上に形成された支持層１１２をさらに備える。支持層１１２は、ＳＩ（semi-insulate)－ＩｎＰ等の半絶縁性材料からなり、凸状曲面形状に形成されている。
【0107】
下部ＤＢＲ１０８は支持層１１２上に形成され、凹状曲面形状に形成されている。下部ＤＢＲ１０８を凹状曲面形状とすることにより、下部ＤＢＲ１０８での反射光を内周領域１２０ａに集光させることができ、下部ＤＢＲ１０８による光狭窄作用を生じさせることができる。なお、下部ＤＢＲ１０８は、球面状の曲面形状であってもよく円筒状の曲面形状やその他の曲面形状であってもよい。
【0108】
（裏面出射型ＶＣＳＥＬ）
図２９に示すようにＶＣＳＥＬ素子１００は、裏面出射側ＶＣＳＥＬであってもよい。この構造では上部電極１１１は上部ＤＢＲ１０９を被覆し、下部電極１１０は下部ＤＢＲ１０８の周囲に設けられている。ＶＣＳＥＬ素子１００において生成されたレーザ光は下部ＤＢＲ１０８を透過して裏面側（下部スペーサー層１０１側）から出射される。なお、上部ＤＢＲ１０９は上述した凹状曲面形状を有するものとすることも可能である。
図２９に示すようにＶＣＳＥＬ素子１００は、裏面出射側ＶＣＳＥＬであってもよい。この構造では上部電極１１１は上部ＤＢＲ１０９を被覆し、下部電極１１０は下部ＤＢＲ１０８の周囲に設けられている。ＶＣＳＥＬ素子１００において生成されたレーザ光は下部ＤＢＲ１０８を透過して裏面側（下部スペーサー層１０１側）から出射される。なお、上部ＤＢＲ１０９は上述した凹状曲面形状を有するものとすることも可能である。
【0109】
（トンネル接合層の配置）
図３０に示すように、ＶＣＳＥＬ素子１００おいてトンネル接合層１０５は、活性層１０３より下部ＤＢＲ１０８側に設けられてもよい。即ち、ＶＣＳＥＬ素子１００は、下部スペーサー層１０１、トンネル接合層１０５、下部中間層１０２、活性層１０３、上部中間層１０４、上部スペーサー層１０６の順で積層されたものとすることもできる。
図３０に示すように、ＶＣＳＥＬ素子１００おいてトンネル接合層１０５は、活性層１０３より下部ＤＢＲ１０８側に設けられてもよい。即ち、ＶＣＳＥＬ素子１００は、下部スペーサー層１０１、トンネル接合層１０５、下部中間層１０２、活性層１０３、上部中間層１０４、上部スペーサー層１０６の順で積層されたものとすることもできる。
【0110】
この構造では、下部中間層１０２はｐ－ＡｌＧａＩｎＡｓ等のｐ型半導体材料からなり、上部中間層１０４はｎ－ＡｌＧａＩｎＡｓ等のｎ型半導体材料からなるものとすることができる。その他の層はこれまでに説明した材料からなるものとすることができる。なお、この構造においてＶＣＳＥＬ素子１００を裏面出射側ＶＣＳＥＬとすることも可能であり、下部ＤＢＲ１０８又は上部ＤＢＲ１０９を凹状曲面形状とすることも可能である。
【0111】
（異種材料基板）
図３１に示すようにＶＣＳＥＬ素子１００は、下部スペーサー層１０１に替えて基板１１３を備えるものであってもよい。基板１１３は、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＧａＮ又はガラス等の、ＶＣＳＥＬ素子１００の他の各層とは異なる材料からなり、下部中間層１０２に貼付されたものとすることができる。基板１１３は熱伝導性が高い材料からなるものが好適である。
図３１に示すようにＶＣＳＥＬ素子１００は、下部スペーサー層１０１に替えて基板１１３を備えるものであってもよい。基板１１３は、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＧａＮ又はガラス等の、ＶＣＳＥＬ素子１００の他の各層とは異なる材料からなり、下部中間層１０２に貼付されたものとすることができる。基板１１３は熱伝導性が高い材料からなるものが好適である。
【0112】
（各層の材料）
上記のようにＶＣＳＥＬ素子１００は、ｎ－ＩｎＰからなる基板１３１（図１０参照）上に結晶成長により各層を積層させたＩｎＰ系ＶＣＳＥＬ素子とすることができる。また、そその他にもＶＣＳＥＬ素子１００は、ｎ－ＧａＡｓからなる基板上に結晶成長により各層を積層させたＧａＡｓ系ＶＣＳＥＬ素子であってもよい。
上記のようにＶＣＳＥＬ素子１００は、ｎ－ＩｎＰからなる基板１３１（図１０参照）上に結晶成長により各層を積層させたＩｎＰ系ＶＣＳＥＬ素子とすることができる。また、そその他にもＶＣＳＥＬ素子１００は、ｎ－ＧａＡｓからなる基板上に結晶成長により各層を積層させたＧａＡｓ系ＶＣＳＥＬ素子であってもよい。
【0113】
この場合、下部スペーサー層１０１及び上部スペーサー層１０６（図１参照）はｎ－ＧａＡｓからなり、下部中間層１０２はｎ－ＡｌＧａＡｓからなるものとすることができる。また、活性層１０３はＩｎＧａＡｓ又はＧａＩｎＮＡｓ等からなり、上部中間層１０４はｐ－ＡｌＧａＡｓからなるものとすることができる。トンネル接合層１０５は内周領域１０５ａにおいて第１層１２１がｐ＋－ＡｌＧａＡｓからなり、第２層１２２がｎ＋－ＡｌＧａＡｓからなり、外周領域１０５ｂはＡｌＧａＡｓ酸化物からなるものとすることができる。コンタクト層１０７はｎ＋－ＧａＡｓからなるものとすることができる。この他にもＶＣＳＥＬ素子１００はＶＣＳＥＬ素子を実現することが可能な各種材料からなるものとすることが可能である。
【0114】
［ＶＣＳＥＬ素子アレイ］
本実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子１００は、ＶＣＳＥＬ素子アレイを構成することも可能である。図３２は、本実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子アレイ２００の断面図である。同図に示すように、ＶＣＳＥＬ素子アレイ２００は、複数のＶＣＳＥＬ素子１００が配列されて構成されている。ＶＣＳＥＬ素子アレイ２００を構成するＶＣＳＥＬ素子１００の数は特に限定されない。
本実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子１００は、ＶＣＳＥＬ素子アレイを構成することも可能である。図３２は、本実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子アレイ２００の断面図である。同図に示すように、ＶＣＳＥＬ素子アレイ２００は、複数のＶＣＳＥＬ素子１００が配列されて構成されている。ＶＣＳＥＬ素子アレイ２００を構成するＶＣＳＥＬ素子１００の数は特に限定されない。
【0115】
図３３は、ＶＣＳＥＬ素子アレイ２００におけるトンネル接合層１０５を示す平面図である。同図に示すようにトンネル接合層１０５は複数の内周領域１０５ａと、内周領域１０５ａの周囲を囲む外周領域１０５ｂを備える。外周領域１０５ｂにはイオン注入領域Ｒが形成され、トンネル接合層１０５によって電流狭窄構造が実現されている。
【0116】
［集積化モジュール］
本実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子１００は、集積化モジュールを構成することも可能である。図３４は、本実施形態に係る集積化モジュール３００の断面図である。同図に示すように、集積化モジュール３００は、ＶＣＳＥＬ素子１００と半導体素子３０１を備える。
本実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子１００は、集積化モジュールを構成することも可能である。図３４は、本実施形態に係る集積化モジュール３００の断面図である。同図に示すように、集積化モジュール３００は、ＶＣＳＥＬ素子１００と半導体素子３０１を備える。
【0117】
ＶＣＳＥＬ素子１００は、上述した基板１１３（図３１参照）を備え、基板１１３はＳｉ回路等の半導体回路を構成することができる。半導体素子３０１は、基板１１３に実装され、基板１１３中の半導体回路を介してＶＣＳＥＬ素子１００と電気的に接続されている。半導体素子３０１は受光素子であり、例えばＳｉＧｅからなるＡＰＤ（avalanche photodiode）とすることができる。これにより集積化モジュール３００はＴＯＦ（Time-of-Flight）モジュールを構成することができる。
【0118】
また、半導体素子３０１は受光素子以外の素子であってもよく、例えば、ＶＣＳＥＬ素子の駆動素子であってもよい。また、上述したＶＣＳＥＬ素子アレイ２００に一つ又は複数の半導体素子３０１を実装し、集積化モジュールとすることも可能である。半導体素子３０１の実装は、シリコンフォトニクス技術により行うことが可能である。集積化モジュール３００は半導体素子３０１を備えないものであってもよく、基板１１３中に形成された半導体回路と一つ又は複数のＶＣＳＥＬ素子１００によって構成されてもよい。
【0119】
［本開示について］
本開示中に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。上記の複数の効果の記載は、それらの効果が必ずしも同時に発揮されるということを意味しているのではない。条件等により、少なくとも上記した効果のいずれかが得られることを意味しており、本開示中に記載されていない効果が発揮される可能性もある。また、本開示中に記載された特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分を組み合わせることも可能である。
本開示中に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。上記の複数の効果の記載は、それらの効果が必ずしも同時に発揮されるということを意味しているのではない。条件等により、少なくとも上記した効果のいずれかが得られることを意味しており、本開示中に記載されていない効果が発揮される可能性もある。また、本開示中に記載された特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分を組み合わせることも可能である。
【0120】
なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
【0121】
（１）
特定の波長の光を反射する第１のＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）と、
上記波長の光を反射する第２のＤＢＲと、
上記第１のＤＢＲと上記第２のＤＢＲの間に配置された活性層と、
上記第１のＤＢＲと上記活性層の間に配置され、トンネル接合を形成するトンネル接合層と
を具備し、
上記第1のＤＢＲと上記第２のＤＢＲの間の各層は、層面に垂直な方向から見て内周側の内周領域と、上記内周領域を囲む外周領域を有し、上記トンネル接合層の外周領域はイオンが注入され、上記トンネル接合層の内周領域よりキャリア濃度が低く、電気抵抗が大きい
垂直共振器型面発光レーザ素子。
（２）
上記（１）に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
上記トンネル接合層の外周領域のバンドギャップは、上記トンネル接合層の内周領域のバンドギャップより大きい
垂直共振器型面発光レーザ素子。
（３）
上記（２）に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
上記トンネル接合層の外周領域の屈折率は、上記トンネル接合層の内周領域の屈折率より小さい
垂直共振器型面発光レーザ素子。
（４）
上記（１）から（３）のうちいずれか１つに記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
上記イオンはＯイオンである
垂直共振器型面発光レーザ素子。
（５）
上記（１）から（４）のうちいずれか１つに記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
上記トンネル接合層は、少なくとも１層以上のＡｌを含む物質からなる
垂直共振器型面発光レーザ素子。
（６）
上記（５）に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
上記トンネル接合層の外周領域は、Ａｌ酸化物を含む
垂直共振器型面発光レーザ素子。
（７）
上記（１）から（６）のうちいずれか１つに記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
上記トンネル接合層と上記活性層の間に配置された第１の中間層と、
上記第２のＤＢＲと上記活性層の間に配置された第２の中間層と
をさらに具備し、
上記イオンはＯイオンであり、
上記活性層、上記第１の中間層及び上記第２の中間層のうち少なくともいずれか１層の外周領域はＡｌ酸化物を含む
垂直共振器型面発光レーザ素子。
（８）
上記（７）に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
上記第１の中間層の外周領域はＡｌ酸化物を含み、
上記活性層及び上記第２の中間層の外周領域はＡｌ酸化物を含まない
垂直共振器型面発光レーザ素子。
（９）
上記（７）に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
上記第１の中間層、上記活性層及び上記第２の中間層の外周領域はＡｌ酸化物を含む
垂直共振器型面発光レーザ素子。
（１０）
上記（７）に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
上記活性層の外周領域はＡｌ酸化物を含み、
上記第１の中間層及び上記第２の中間層の外周領域はＡｌ酸化物を含まない
垂直共振器型面発光レーザ素子。
（１１）
上記（１）から（１０）のうちいずれか１つに記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
上記トンネル接合層の内周領域はｐ＋－ＡｌＩｎＡｓからなる第１の層と、ｎ＋－ＡｌＩｎＡｓからなる第２の層が積層されて構成され、
上記トンネル接合層の外周領域はＡｌＩｎＡｓ酸化物からなる
垂直共振器型面発光レーザ素子。
（１２）
上記（１）から（１０）のうちいずれか１つに記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
上記トンネル接合層の内周領域はｐ＋－ＡｌＧａＡｓからなる第１の層と、ｎ＋－ＡｌＧａＡｓからなる第２の層が積層されて構成され、
上記トンネル接合層の外周領域はＡｌＧａＡｓ酸化物からなる
垂直共振器型面発光レーザ素子。
（１３）
特定の波長の光を反射する第１のＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）と、上記波長の光を反射する第２のＤＢＲと、上記第１のＤＢＲと上記第２のＤＢＲの間に配置された活性層と、上記第１のＤＢＲと上記活性層の間に配置され、トンネル接合を形成するトンネル接合層とを備え、上記第１のＤＢＲと上記第２のＤＢＲの間の各層は、層面に垂直な方向から見て内周側の内周領域と、上記内周領域を囲む外周領域を有する積層体を形成し、
上記トンネル接合層の外周領域にイオンを注入し、上記トンネル接合層の外周領域のキャリア濃度を上記トンネル接合層の内周領域のキャリア濃度より小さくし、上記トンネル接合層の外周領域の電気抵抗を上記トンネル接合層の内周領域の電気抵抗より大きくする
垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
（１４）
上記（１３）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、
上記トンネル接合層はＡｌを含む物質からなり、
上記トンネル接合層の外周領域にイオンを注入する工程では、上記トンネル接合層の外周領域にＯイオンを注入する
垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
（１５）
上記（１４）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、
上記トンネル接合層の外周領域にイオンを注入する工程では、Ｏイオンの注入により、上記トンネル接合層の外周領域にＡｌ酸化物を生成させる
垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
（１６）
上記（１４）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、
上記積層体は、上記トンネル接合層と上記活性層の間に配置された第１の中間層と、上記第２のＤＢＲと上記活性層の間に配置された第２の中間層とをさらに具備し、
上記トンネル接合層の外周領域にイオンを注入する工程では、上記活性層、上記第１の中間層及び上記第２の中間層のうち少なくともいずれか１層の外周領域にＯイオンを注入する
垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
（１７）
上記（１４）から（１６）のうちいずれか１つ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、
上記イオン注入により生じた結晶欠陥を修復し、Ａｌ酸化物の生成を促進させるアニール工程
をさらに含む垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
特定の波長の光を反射する第１のＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）と、
上記波長の光を反射する第２のＤＢＲと、
上記第１のＤＢＲと上記第２のＤＢＲの間に配置された活性層と、
上記第１のＤＢＲと上記活性層の間に配置され、トンネル接合を形成するトンネル接合層と
を具備し、
上記第1のＤＢＲと上記第２のＤＢＲの間の各層は、層面に垂直な方向から見て内周側の内周領域と、上記内周領域を囲む外周領域を有し、上記トンネル接合層の外周領域はイオンが注入され、上記トンネル接合層の内周領域よりキャリア濃度が低く、電気抵抗が大きい
垂直共振器型面発光レーザ素子。
（２）
上記（１）に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
上記トンネル接合層の外周領域のバンドギャップは、上記トンネル接合層の内周領域のバンドギャップより大きい
垂直共振器型面発光レーザ素子。
（３）
上記（２）に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
上記トンネル接合層の外周領域の屈折率は、上記トンネル接合層の内周領域の屈折率より小さい
垂直共振器型面発光レーザ素子。
（４）
上記（１）から（３）のうちいずれか１つに記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
上記イオンはＯイオンである
垂直共振器型面発光レーザ素子。
（５）
上記（１）から（４）のうちいずれか１つに記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
上記トンネル接合層は、少なくとも１層以上のＡｌを含む物質からなる
垂直共振器型面発光レーザ素子。
（６）
上記（５）に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
上記トンネル接合層の外周領域は、Ａｌ酸化物を含む
垂直共振器型面発光レーザ素子。
（７）
上記（１）から（６）のうちいずれか１つに記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
上記トンネル接合層と上記活性層の間に配置された第１の中間層と、
上記第２のＤＢＲと上記活性層の間に配置された第２の中間層と
をさらに具備し、
上記イオンはＯイオンであり、
上記活性層、上記第１の中間層及び上記第２の中間層のうち少なくともいずれか１層の外周領域はＡｌ酸化物を含む
垂直共振器型面発光レーザ素子。
（８）
上記（７）に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
上記第１の中間層の外周領域はＡｌ酸化物を含み、
上記活性層及び上記第２の中間層の外周領域はＡｌ酸化物を含まない
垂直共振器型面発光レーザ素子。
（９）
上記（７）に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
上記第１の中間層、上記活性層及び上記第２の中間層の外周領域はＡｌ酸化物を含む
垂直共振器型面発光レーザ素子。
（１０）
上記（７）に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
上記活性層の外周領域はＡｌ酸化物を含み、
上記第１の中間層及び上記第２の中間層の外周領域はＡｌ酸化物を含まない
垂直共振器型面発光レーザ素子。
（１１）
上記（１）から（１０）のうちいずれか１つに記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
上記トンネル接合層の内周領域はｐ＋－ＡｌＩｎＡｓからなる第１の層と、ｎ＋－ＡｌＩｎＡｓからなる第２の層が積層されて構成され、
上記トンネル接合層の外周領域はＡｌＩｎＡｓ酸化物からなる
垂直共振器型面発光レーザ素子。
（１２）
上記（１）から（１０）のうちいずれか１つに記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
上記トンネル接合層の内周領域はｐ＋－ＡｌＧａＡｓからなる第１の層と、ｎ＋－ＡｌＧａＡｓからなる第２の層が積層されて構成され、
上記トンネル接合層の外周領域はＡｌＧａＡｓ酸化物からなる
垂直共振器型面発光レーザ素子。
（１３）
特定の波長の光を反射する第１のＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）と、上記波長の光を反射する第２のＤＢＲと、上記第１のＤＢＲと上記第２のＤＢＲの間に配置された活性層と、上記第１のＤＢＲと上記活性層の間に配置され、トンネル接合を形成するトンネル接合層とを備え、上記第１のＤＢＲと上記第２のＤＢＲの間の各層は、層面に垂直な方向から見て内周側の内周領域と、上記内周領域を囲む外周領域を有する積層体を形成し、
上記トンネル接合層の外周領域にイオンを注入し、上記トンネル接合層の外周領域のキャリア濃度を上記トンネル接合層の内周領域のキャリア濃度より小さくし、上記トンネル接合層の外周領域の電気抵抗を上記トンネル接合層の内周領域の電気抵抗より大きくする
垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
（１４）
上記（１３）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、
上記トンネル接合層はＡｌを含む物質からなり、
上記トンネル接合層の外周領域にイオンを注入する工程では、上記トンネル接合層の外周領域にＯイオンを注入する
垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
（１５）
上記（１４）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、
上記トンネル接合層の外周領域にイオンを注入する工程では、Ｏイオンの注入により、上記トンネル接合層の外周領域にＡｌ酸化物を生成させる
垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
（１６）
上記（１４）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、
上記積層体は、上記トンネル接合層と上記活性層の間に配置された第１の中間層と、上記第２のＤＢＲと上記活性層の間に配置された第２の中間層とをさらに具備し、
上記トンネル接合層の外周領域にイオンを注入する工程では、上記活性層、上記第１の中間層及び上記第２の中間層のうち少なくともいずれか１層の外周領域にＯイオンを注入する
垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
（１７）
上記（１４）から（１６）のうちいずれか１つ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、
上記イオン注入により生じた結晶欠陥を修復し、Ａｌ酸化物の生成を促進させるアニール工程
をさらに含む垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
【符号の説明】
【0122】
１００…ＶＣＳＥＬ素子
１０１…下部スペーサー層
１０２…下部中間層
１０３…活性層
１０４…上部中間層
１０５…トンネル接合層
１０５ａ…内周領域
１０５ｂ…外周領域
１０６…上部スペーサー層
１０７…コンタクト層
１０８…下部ＤＢＲ
１０９…上部ＤＢＲ
１１０…下部電極
１１１…上部電極
１０１…下部スペーサー層
１０２…下部中間層
１０３…活性層
１０４…上部中間層
１０５…トンネル接合層
１０５ａ…内周領域
１０５ｂ…外周領域
１０６…上部スペーサー層
１０７…コンタクト層
１０８…下部ＤＢＲ
１０９…上部ＤＢＲ
１１０…下部電極
１１１…上部電極
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】