特許 7563186 垂直共振型面発光レーザ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-30

(45)【発行日】2024-10-08

(54)【発明の名称】垂直共振型面発光レーザ

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/183 20060101AFI20241001BHJP

   H01S 5/323 20060101ALI20241001BHJP

   H01S 5/343 20060101ALI20241001BHJP

【ＦＩ】

H01S5/183

H01S5/323

H01S5/343

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021002687

(22)【出願日】2021-01-12

(65)【公開番号】P2022107959

(43)【公開日】2022-07-25

【審査請求日】2023-10-23

(73)【特許権者】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100136722

【弁理士】

【氏名又は名称】▲高▼木 邦夫

(74)【代理人】

【識別番号】100174399

【弁理士】

【氏名又は名称】寺澤 正太郎

(74)【代理人】

【識別番号】100140453

【弁理士】

【氏名又は名称】戸津 洋介

(72)【発明者】

【氏名】青木 健志

【審査官】高椋 健司

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０４０９５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０６０３２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０１７５７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１９１３４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０１５３８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１９０８６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０６０４４１００（ＵＳ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２００７－００５９８５４（ＫＲ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／２６１６８７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ５／００－５／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

垂直共振型面発光レーザであって、
第１エリアと、前記第１エリアを取り囲む第２エリアとを含む主面を有する基板と、
前記第１エリア及び前記第２エリア上に設けられ、前記主面の縁まで延在する第１下部分布ブラッグ反射器と、
前記第１下部分布ブラッグ反射器上に設けられたＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層と、
ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層上に設けられた第２下部分布ブラッグ反射器と、
前記第２下部分布ブラッグ反射器上に設けられた活性層と、
前記活性層上に設けられた上部分布ブラッグ反射器と、
を備え、
前記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層は、前記第１エリア及び前記第２エリア上に設けられ、
前記第２下部分布ブラッグ反射器は、前記第１エリア上に設けられ、
前記第１下部分布ブラッグ反射器は、交互に配列された第１層及び第２層を備え、
前記第１層は、前記第２層の屈折率よりも低い屈折率を有し、
前記第１層は、アルミニウムを含むＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体を含み、
前記上部分布ブラッグ反射器は、交互に配列された第３層及び第４層を備え、
前記第３層は、前記第４層の屈折率よりも低い屈折率を有し、
前記第３層は、アルミニウムを含むＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体を含み、
前記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層は、アルミニウムを含まないか、又は、前記第３層のアルミニウム組成よりも小さいアルミニウム組成を有し、
前記第１層は、前記第３層のアルミニウム組成よりも大きいアルミニウム組成を有し、
前記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層は、前記第２層の厚さよりも大きい厚さを有し、
Ｔが前記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層の厚さ、Ｎが前記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層の屈折率、λが前記垂直共振型面発光レーザの発振波長、ｍが１以上の整数である場合に、Ｔ＝（ｍ×λ／２＋λ／４）／Ｎが満たされる、垂直共振型面発光レーザ。

【請求項2】

第１エリアと、前記第１エリアを取り囲む第２エリアとを含む主面を有する基板と、
前記第１エリア及び前記第２エリア上に設けられ、前記主面の縁まで延在する第１下部分布ブラッグ反射器と、
前記第１下部分布ブラッグ反射器上に設けられたＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層と、
ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層上に設けられた第２下部分布ブラッグ反射器と、
前記第２下部分布ブラッグ反射器上に設けられた活性層と、
前記活性層上に設けられた上部分布ブラッグ反射器と、
前記活性層と前記第２下部分布ブラッグ反射器との間に設けられた第３下部分布ブラッグ反射器と、
前記第２下部分布ブラッグ反射器と前記第３下部分布ブラッグ反射器との間に設けられたコンタクト層と、
を備え、
前記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層は、前記第１エリア及び前記第２エリア上に設けられ、
前記第２下部分布ブラッグ反射器は、前記第１エリア上に設けられ、
前記第１下部分布ブラッグ反射器は、交互に配列された第１層及び第２層を備え、
前記第１層は、前記第２層の屈折率よりも低い屈折率を有し、
前記第１層は、アルミニウムを含むＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体を含み、
前記上部分布ブラッグ反射器は、交互に配列された第３層及び第４層を備え、
前記第３層は、前記第４層の屈折率よりも低い屈折率を有し、
前記第３層は、アルミニウムを含むＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体を含み、
前記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層は、アルミニウムを含まないか、又は、前記第３層のアルミニウム組成よりも小さいアルミニウム組成を有し、
前記第１層は、前記第３層のアルミニウム組成よりも大きいアルミニウム組成を有し、
前記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層は、前記第２層の厚さよりも大きい厚さを有する、垂直共振型面発光レーザ。

【請求項3】

Ｔが前記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層の厚さ、Ｎが前記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層の屈折率、λが前記垂直共振型面発光レーザの発振波長、ｍが１以上の整数である場合に、Ｔ＝（ｍ×λ／２＋λ／４）／Ｎが満たされる、請求項２に記載の垂直共振型面発光レーザ。

【請求項4】

前記上部分布ブラッグ反射器は、電流狭窄構造を含み、
前記電流狭窄構造は、アルミニウムを含むＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体を含む電流アパーチャー部分と、絶縁体部分とを備え、
前記絶縁体部分は、前記電流アパーチャー部分を取り囲み、
前記第１層は、前記電流アパーチャー部分のアルミニウム組成以上のアルミニウム組成を有する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の垂直共振型面発光レーザ。

【請求項5】

前記第２層は、アルミニウムを含まないか、又は、前記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層のアルミニウム組成よりも小さいアルミニウム組成を有する、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の垂直共振型面発光レーザ。

【請求項6】

前記第１層がＡｌＡｓを含み、前記第２層がＧａＡｓを含む、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の垂直共振型面発光レーザ。

【請求項7】

前記第２下部分布ブラッグ反射器は、交互に配列された第５層及び第６層を備え、
前記第５層は、前記第６層の屈折率よりも低い屈折率を有し、
前記第５層及び前記第６層から構成されるペアの数が８以上２５以下である、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の垂直共振型面発光レーザ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、垂直共振型面発光レーザに関する。

【背景技術】

【0002】

非特許文献１は、ＧａＡｓ基板上に設けられ、交互に配列されたＡｌＡｓ層及びＧａＡｓ層を含む下部分布ブラッグ反射器を備える垂直共振型面発光レーザを開示する。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【文献】M. Gbski, P.-S. Wong, M. Riaziat, and J. A. Lott, “30 GHz bandwidthtemperature stable 980 nm vertical-cavity surface-emitting lasers withAlAs/GaAs bottom distributed Bragg reflectors for optical data communication,”J. Phys. Photonics, vol. 2, no. 3, p. 035008, Jul. 2020, doi:10.1088/2515-7647/ab9420.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ＡｌＡｓ層は、大きいアルミニウム組成に起因して酸化され易い。上記垂直共振型面発光レーザでは、製造中にＡｌＡｓ層の端面が露出するので、ＡｌＡｓ層が端面付近において自然酸化されることがある。

【0005】

本開示は、比較的大きいアルミニウム組成を有する層が酸化され難い垂直共振型面発光レーザを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一側面に係る垂直共振型面発光レーザは、第１エリアと、前記第１エリアを取り囲む第２エリアとを含む主面を有する基板と、前記第１エリア及び前記第２エリア上に設けられ、前記主面の縁まで延在する第１下部分布ブラッグ反射器と、前記第１下部分布ブラッグ反射器上に設けられたＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層と、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層上に設けられた第２下部分布ブラッグ反射器と、前記第２下部分布ブラッグ反射器上に設けられた活性層と、前記活性層上に設けられた上部分布ブラッグ反射器と、を備え、前記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層は、前記第１エリア及び前記第２エリア上に設けられ、前記第２下部分布ブラッグ反射器は、前記第１エリア上に設けられ、前記第１下部分布ブラッグ反射器は、交互に配列された第１層及び第２層を備え、前記第１層は、前記第２層の屈折率よりも低い屈折率を有し、前記第１層は、アルミニウムを含むＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体を含み、前記上部分布ブラッグ反射器は、交互に配列された第３層及び第４層を備え、前記第３層は、前記第４層の屈折率よりも低い屈折率を有し、前記第３層は、アルミニウムを含むＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体を含み、前記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層は、アルミニウムを含まないか、又は、前記第３層のアルミニウム組成よりも小さいアルミニウム組成を有し、前記第１層は、前記第３層のアルミニウム組成よりも大きいアルミニウム組成を有し、前記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層は、前記第２層の厚さよりも大きい厚さを有する。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、比較的大きいアルミニウム組成を有する層が酸化され難い垂直共振型面発光レーザが提供される。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、一実施形態に係る垂直共振型面発光レーザを模式的に示す平面図である。

【図2】図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図である。

【図3】図３は、一実施形態に係る垂直共振型面発光レーザの製造方法の各工程を模式的に示す断面図である。

【図4】図４は、一実施形態に係る垂直共振型面発光レーザの製造方法の各工程を模式的に示す断面図である。

【図5】図５は、第１実験例の垂直共振型面発光レーザを構成する各部材の材料及びドーパント濃度を示す図である。

【図6】図６は、第１実験例及び第２実験例の垂直共振型面発光レーザの特性のシミュレーション結果を示すグラフである。

【図7】図７は、垂直共振型面発光レーザの一例を模式的に示す平面図である。

【図8】図８は、図７に示される垂直共振型面発光レーザの製造方法の各工程を模式的に示す断面図である。

【図9】図９は、図７に示される垂直共振型面発光レーザの製造方法の各工程を模式的に示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

［本開示の実施形態の説明］
一実施形態に係る垂直共振型面発光レーザは、第１エリアと、前記第１エリアを取り囲む第２エリアとを含む主面を有する基板と、前記第１エリア及び前記第２エリア上に設けられ、前記主面の縁まで延在する第１下部分布ブラッグ反射器と、前記第１下部分布ブラッグ反射器上に設けられたＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層と、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層上に設けられた第２下部分布ブラッグ反射器と、前記第２下部分布ブラッグ反射器上に設けられた活性層と、前記活性層上に設けられた上部分布ブラッグ反射器と、を備え、前記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層は、前記第１エリア及び前記第２エリア上に設けられ、前記第２下部分布ブラッグ反射器は、前記第１エリア上に設けられ、前記第１下部分布ブラッグ反射器は、交互に配列された第１層及び第２層を備え、前記第１層は、前記第２層の屈折率よりも低い屈折率を有し、前記第１層は、アルミニウムを含むＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体を含み、前記上部分布ブラッグ反射器は、交互に配列された第３層及び第４層を備え、前記第３層は、前記第４層の屈折率よりも低い屈折率を有し、前記第３層は、アルミニウムを含むＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体を含み、前記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層は、アルミニウムを含まないか、又は、前記第３層のアルミニウム組成よりも小さいアルミニウム組成を有し、前記第１層は、前記第３層のアルミニウム組成よりも大きいアルミニウム組成を有し、前記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層は、前記第２層の厚さよりも大きい厚さを有する。

【0010】

上記垂直共振型面発光レーザによれば、第１下部分布ブラッグ反射器が基板の主面の縁まで延在しており、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層が第１下部分布ブラッグ反射器上に設けられている。そのため、第１下部分布ブラッグ反射器に比較的大きいアルミニウム組成を有する第１層が含まれていても、第１層が酸化され難い。

【0011】

前記上部分布ブラッグ反射器は、電流狭窄構造を含み、前記電流狭窄構造は、アルミニウムを含むＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体を含む電流アパーチャー部分と、絶縁体部分とを備え、前記絶縁体部分は、前記電流アパーチャー部分を取り囲み、前記第１層は、前記電流アパーチャー部分のアルミニウム組成以上のアルミニウム組成を有してもよい。この場合、第１層のアルミニウム組成が大きくなる。そのような場合であっても、上記垂直共振型面発光レーザによれば、第１層が酸化され難い。

【0012】

前記第２層は、アルミニウムを含まないか、又は、前記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層のアルミニウム組成よりも小さいアルミニウム組成を有してもよい。この場合、第２層のアルミニウム組成が小さくなる。

【0013】

前記第１層がＡｌＡｓを含み、前記第２層がＧａＡｓを含んでもよい。この場合、第１層及び第２層のそれぞれが３元系ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体を含む場合に比べて、垂直共振型面発光レーザの熱抵抗を低減できる。

【0014】

Ｔが前記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層の厚さ、Ｎが前記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層の屈折率、λが前記垂直共振型面発光レーザの発振波長、ｍが１以上の整数である場合に、Ｔ＝（ｍ×λ／２＋λ／４）／Ｎが満たされてもよい。この場合、第１下部分布ブラッグ反射器及び第２下部分布ブラッグ反射器における周期性の低下を抑制できる。また、上記式中のλ／４により、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層内への光の閉じ込めを抑制できる。

【0015】

前記第２下部分布ブラッグ反射器は、交互に配列された第５層及び第６層を備え、前記第５層は、前記第６層の屈折率よりも低い屈折率を有し、前記第５層及び前記第６層から構成されるペアの数が８以上２５以下であってもよい。この場合、第１下部分布ブラッグ反射器を活性層から適切な距離だけ離すことができる。

【0016】

上記垂直共振型面発光レーザは、前記活性層と前記第２下部分布ブラッグ反射器との間に設けられた第３下部分布ブラッグ反射器と、前記第２下部分布ブラッグ反射器と前記第３下部分布ブラッグ反射器との間に設けられたコンタクト層とを更に備えてもよい。この場合、コンタクト層及び第３下部分布ブラッグ反射器を通じて活性層に電流を注入できる。

【0017】

［本開示の実施形態の詳細］
以下、添付図面を参照しながら本開示の実施形態が詳細に説明される。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号が用いられ、重複する説明は省略される。

【0018】

図１は、一実施形態に係る垂直共振型面発光レーザを模式的に示す平面図である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図である。図１及び図２に示される垂直共振型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）１０は、例えば通信用レーザである。垂直共振型面発光レーザ１０は、軸Ａｘに沿ってレーザ光Ｌを出射する。レーザ光Ｌの発振波長は例えば８４０ｎｍ以上８６０ｎｍ以下である。図２に示されるように、垂直共振型面発光レーザ１０は、基板１２と、第１下部ＤＢＲ（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）部１４（第１下部分布ブラッグ反射器）と、キャップ層１６（ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層）と、第２下部ＤＢＲ部１８（第２下部分布ブラッグ反射器）と、活性層２０と、上部ＤＢＲ部２２（上部分布ブラッグ反射器）とを備える。垂直共振型面発光レーザ１０は、第３下部ＤＢＲ部２４（第３下部分布ブラッグ反射器）と、コンタクト層２８と、コンタクト層２９とを更に備えてもよい。

【0019】

基板１２は、半絶縁性基板であってもよい。基板１２は、軸Ａｘに交差する主面１２ａを有する。主面１２ａは、第１エリア１２ａ１と、第１エリア１２ａ１を取り囲む第２エリア１２ａ２とを含む。第２エリア１２ａ２は、主面１２ａの縁１２ａｅに位置する。第２エリア１２ａ２は、主面１２ａの縁１２ａｅに沿って延在する環状エリアであってもよい。基板１２のキャリア濃度は例えば１×１０^１５ｃｍ^－３以下である。基板１２は、例えばＧａＡｓ等のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体基板であってもよい。

【0020】

第１下部ＤＢＲ部１４は、第１エリア１２ａ１及び第２エリア１２ａ２上に設けられる。第１下部ＤＢＲ部１４は、基板１２の主面１２ａの縁１２ａｅまで延在する。第１下部ＤＢＲ部１４は、基板１２の主面１２ａの全体を覆ってもよい。第１下部ＤＢＲ部１４は、軸Ａｘに沿って交互に配列された第１層１４ａ及び第２層１４ｂを備える。第１層１４ａ及び第２層１４ｂから構成されるペアの数は２０以上４０以下であってもよい。第１層１４ａは、第２層１４ｂの屈折率よりも低い屈折率を有する。第１層１４ａは、アルミニウムを含むＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体を含む。第１層１４ａは、アルミニウム組成ｘを有する。第１層１４ａはＡｌＡｓ又はＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＡｓを含んでもよい。ｘは、０．９よりも大きくてもよいし、０．９８以上であってもよいし、１であってもよい。アルミニウム組成が大きくなるに連れて屈折率が小さくなる。一実施例において、第１層１４ａはＡｌＡｓ層である。第２層１４ｂは、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体を含む。第２層１４ｂは、アルミニウムを含まないか、又は、小さいアルミニウム組成を有してもよい。第２層１４ｂはＧａＡｓ又はＡｌ_ｘ１Ｇａ_１－ｘ１Ａｓを含んでもよい。ｘ１は、ｘより小さくてもよいし、０．３以下であってもよいし、０であってもよい。一実施例において、第２層１４ｂはＧａＡｓ層である。第１下部ＤＢＲ部１４は、アンドープ又は第１導電型（例えばｐ型）であってもよい。ｐ型ドーパントの例は炭素を含む。アンドープの第１下部ＤＢＲ部１４は、意図的ではなくドープされた第１下部ＤＢＲ部１４を含む。第１層１４ａの厚さは５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であってもよい。第２層１４ｂの厚さＴ１は５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であってもよい。

【0021】

キャップ層１６は、第１下部ＤＢＲ部１４上に設けられる。キャップ層１６は、第１エリア１２ａ１及び第２エリア１２ａ２上に設けられる。キャップ層１６は、基板１２の主面１２ａの縁１２ａｅまで延在してもよい。キャップ層１６は、第１下部ＤＢＲ部１４の上面の全体を覆ってもよい。キャップ層１６は、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体を含む。キャップ層１６は、アルミニウムを含まないか、又は、小さいアルミニウム組成ｙを有する。キャップ層１６は、Ａｌ_ｙＧａ_１－ｙＡｓ又はＧａＡｓを含んでもよい。ｙは、０．３以下であってもよいし、０．２以下であってもよいし、０であってもよい。一実施例において、キャップ層１６はＡｌ_ｙＧａ_１－ｙＡｓ（ｙ＝０．１２）層である。キャップ層１６は、アンドープ又は第２導電型（例えばｎ型）であってもよい。ｎ型ドーパントの例はシリコンを含む。アンドープのキャップ層１６は、意図的ではなくドープされたキャップ層１６を含む。

【0022】

キャップ層１６の厚さＴは、第２層１４ｂの厚さＴ１より大きい厚さＴを有する。キャップ層１６は、第１層１４ａの厚さより大きくてもよい。厚さＴは、１００ｎｍ以上であってもよいし、２００ｎｍ以上であってもよい。厚さＴは、４００ｎｍ以下であってもよい。一実施例において、厚さＴは２４０ｎｍである。Ｔがキャップ層１６の厚さ、Ｎがキャップ層１６の屈折率、λが垂直共振型面発光レーザ１０の発振波長、ｍが１以上の整数である場合に、下記式（１）が満たされてもよい。
Ｔ＝（ｍ×λ／２＋λ／４）／Ｎ … （１）

【0023】

一例として、λが８５３．７ｎｍである場合、ＧａＡｓの屈折率は３．６６３であり、Ａｌ_ｙＧａ_１－ｙＡｓ（ｙ＝０．１２）の屈折率は３．５２２であり、Ａｌ_ｙＧａ_１－ｙＡｓ（ｙ＝０．２）の屈折率は３．４５２である。アルミニウム組成ｙが増加するに連れてＡｌ_ｙＧａ_１－ｙＡｓの屈折率は単調減少する。

【0024】

第２下部ＤＢＲ部１８は、キャップ層１６上に設けられる。第２下部ＤＢＲ部１８は、第１エリア１２ａ１上に設けられ、第２エリア１２ａ２上に設けられない。第２下部ＤＢＲ部１８は、軸Ａｘに沿って交互に配列された第５層１８ａ及び第６層１８ｂを備える。第５層１８ａ及び第６層１８ｂから構成されるペアの数は８以上２５以下であってもよい。第２下部ＤＢＲ部１８の厚さは０．５μｍ以上であってもよい。第５層１８ａは、第６層１８ｂの屈折率よりも低い屈折率を有する。第５層１８ａ及び第６層１８ｂのそれぞれは、アルミニウムを含むＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体を含む。第５層１８ａは、第６層１８ｂのアルミニウム組成よりも大きいアルミニウム組成を有する。第５層１８ａ及び第６層１８ｂのそれぞれは、ＡｌＧａＡｓを含んでもよい。第２下部ＤＢＲ部１８は、第２導電型（例えばｎ型）であってもよい。

【0025】

活性層２０は、第２下部ＤＢＲ部１８上に設けられる。活性層２０は、量子井戸構造２０ａと、上部スペーサ２０ｂと、下部スペーサ２０ｃとを備える。下部スペーサ２０ｃは第２下部ＤＢＲ部１８上に設けられる。量子井戸構造２０ａは下部スペーサ２０ｃ上に設けられる。上部スペーサ２０ｂは、量子井戸構造２０ａ上に設けられる。量子井戸構造２０ａは、軸Ａｘに沿って交互に配列されたＩｎＧａＡｓ層及びＡｌＧａＡｓ層を含んでもよい。上部スペーサ２０ｂ及び下部スペーサ２０ｃのそれぞれは、ＡｌＧａＡｓ層であってもよい。

【0026】

上部ＤＢＲ部２２は、活性層２０上に設けられる。上部ＤＢＲ部２２は、軸Ａｘに沿って交互に配列された第３層２２ａ及び第４層２２ｂを備える。第３層２２ａ及び第４層２２ｂから構成されるペアの数は２０以上３０以下であってもよい。第３層２２ａは、第４層２２ｂの屈折率よりも低い屈折率を有する。第３層２２ａ及び第４層２２ｂのそれぞれは、アルミニウムを含むＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体を含む。第３層２２ａは、第４層２２ｂのアルミニウム組成よりも大きいアルミニウム組成ｚを有する。第３層２２ａは、Ａｌ_ｚＧａ_１－ｚＡｓを含んでもよい。ｚは、０．７以上であってもよいし、０．９以上だってもよい。一実施例において、ｚは０．９である。第１下部ＤＢＲ部１４の第１層１４ａのアルミニウム組成ｘは、第３層２２ａのアルミニウム組成ｚよりも大きい。キャップ層１６のアルミニウム組成ｙは、第３層２２ａのアルミニウム組成ｚよりも小さい。第４層２２ｂは、Ａｌ_ｚ１Ｇａ_１－ｚ１Ａｓを含んでもよい。ｚ１は、０．３以下であってもよい。上部ＤＢＲ部２２は、第１導電型（例えばｐ型）であってもよい。

【0027】

上部ＤＢＲ部２２は、電流狭窄構造２６を含んでもよい。電流狭窄構造２６は、アルミニウムを含むＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体を含む電流アパーチャー部分２６ａと、絶縁体部分２６ｂとを備える。絶縁体部分２６ｂは、電流アパーチャー部分２６ａを取り囲む。軸Ａｘは電流アパーチャー部分２６ａを通る。電流アパーチャー部分２６ａは例えば円柱状である。電流アパーチャー部分２６ａは、アルミニウム組成ｓを有する。電流アパーチャー部分２６ａは、Ａｌ_ｓＧａ_１－ｓＡｓを含んでもよい。ｓは、０．９５以上であってもよいし、０．９８以上であってもよい。一実施例において、ｓは０．９８である。第１下部ＤＢＲ部１４の第１層１４ａのアルミニウム組成ｘは、電流アパーチャー部分２６ａのアルミニウム組成ｓ以上であってもよい。電流アパーチャー部分２６ａは、第１導電型（例えばｐ型）であってもよい。絶縁体部分２６ｂは、アルミニウム酸化物を含んでもよい。

【0028】

第３下部ＤＢＲ部２４は、活性層２０と第２下部ＤＢＲ部１８との間に設けられる。第３下部ＤＢＲ部２４は、軸Ａｘに沿って交互に配列された第７層２４ａ及び第８層２４ｂを備える。第７層２４ａ及び第８層２４ｂから構成されるペアの数は８以上２５以下であってもよい。第７層２４ａは、第８層２４ｂの屈折率よりも低い屈折率を有する。第７層２４ａ及び第８層２４ｂのそれぞれは、アルミニウムを含むＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体を含む。第７層２４ａは、第８層２４ｂのアルミニウム組成よりも大きいアルミニウム組成を有する。第７層２４ａ及び第８層２４ｂのそれぞれは、ＡｌＧａＡｓを含んでもよい。第３下部ＤＢＲ部２４は、第２導電型（例えばｎ型）であってもよい。

【0029】

コンタクト層２８は、第２下部ＤＢＲ部１８と第３下部ＤＢＲ部２４との間に設けられる。コンタクト層２８は、第２導電型（例えばｎ型）であってもよい。コンタクト層２８は、例えばＡｌＧａＡｓ等のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体を含む。コンタクト層２８のドーパント濃度は、第２下部ＤＢＲ部１８のドーパント濃度よりも高い。第２下部ＤＢＲ部１８のドーパント濃度は、キャップ層１６のドーパント濃度よりも高い。

【0030】

コンタクト層２９は、上部ＤＢＲ部２２上に設けられる。コンタクト層２９は、第１導電型（例えばｐ型）であってもよい。コンタクト層２９は、例えばＡｌＧａＡｓ等のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体を含む。コンタクト層２９のドーパント濃度は、上部ＤＢＲ部２２のドーパント濃度よりも高い。

【0031】

基板１２の主面１２ａの第１エリア１２ａ１は、第１領域１２ａ１１と、第１領域１２ａ１１を取り囲む環状の第２領域１２ａ１２と、第２領域１２ａ１２を取り囲む第３領域１２ａ１３とを含んでもよい。軸Ａｘは第１領域１２ａ１１を通る。第１領域１２ａ１１は、例えば軸Ａｘを中心とする円形を有する。第１領域１２ａ１１上には、第３下部ＤＢＲ部２４、活性層２０、上部ＤＢＲ部２２及びコンタクト層２９を含むポストＰＳが設けられる。第２領域１２ａ１２上には、ポストＰＳを取り囲むトレンチＴＲが設けられる。トレンチＴＲの底はコンタクト層２８まで到達している。第３領域１２ａ１３上には、ポストＰＳと同じ層構造を有するメサＭＳが設けられる。主面１２ａの第２エリア１２ａ２上には、凹部ＲＳが設けられる。凹部ＲＳは切り欠き部である。凹部ＲＳの底はキャップ層１６まで到達している。

【0032】

ポストＰＳ、トレンチＴＲ、メサＭＳ及び凹部ＲＳ上には、絶縁層５０が設けられる。絶縁層５０は保護膜として用いられる。絶縁層５０は、ポストＰＳの上面に設けられた第１開口５０ａと、トレンチＴＲの底に設けられた第２開口５０ｂとを有する。第１開口５０ａ内には、コンタクト層２９に接続される第１電極３０が設けられる。第１電極３０は、軸Ａｘを取り囲む環状電極であってもよい。第１電極３０は、例えばアノード電極である。第１電極３０は、配線導体３２によりパッド電極３４に接続される。第２開口５０ｂ内には、コンタクト層２８に接続される第２電極４０が設けられる。第２電極４０は、例えばカソード電極である。第２電極４０は、配線導体４２によりパッド電極４４に接続される。

【0033】

本実施形態の垂直共振型面発光レーザ１０によれば、第１下部ＤＢＲ部１４が基板１２の主面１２ａの縁１２ａｅまで延在しており、キャップ層１６が第１下部ＤＢＲ部１４上に設けられている。そのため、第１下部ＤＢＲ部１４に比較的大きいアルミニウム組成を有する第１層１４ａが含まれていても、第１層１４ａが酸化され難い。また、絶縁層５０のバリア性が低い場合であっても、第１下部ＤＢＲ部１４がキャップ層１６によって覆われているので、第１層１４ａは酸化され難い。よって、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体を含む部分と酸化物を含む部分との間の密度差又は熱膨張係数差に起因する歪みを抑制できる。したがって、垂直共振型面発光レーザ１０は、長期間使用後においても高い信頼性を有する。

【0034】

第１層１４ａが電流アパーチャー部分２６ａのアルミニウム組成ｓ以上のアルミニウム組成ｘを有する場合、第１層１４ａのアルミニウム組成ｘは大きくなる。そのような場合であっても、垂直共振型面発光レーザ１０によれば、第１層１４ａが酸化され難い。

【0035】

第１層１４ａがＡｌＡｓを含み、第２層１４ｂがＧａＡｓを含む場合、第１層１４ａ及び第２層１４ｂのそれぞれが３元系ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体を含む場合に比べて、垂直共振型面発光レーザ１０の熱抵抗を低減できる。これにより、垂直共振型面発光レーザ１０に注入される電流を増加させても自己発熱の上昇を抑制できる。よって、垂直共振型面発光レーザ１０の所望の光出力を維持しながら、垂直共振型面発光レーザ１０の変調帯域を広げることができる。

【0036】

上記式（１）が満たされる場合、第１下部ＤＢＲ部１４及び第２下部ＤＢＲ部１８における周期性の低下を抑制できる。また、上記式（１）中のλ／４により、寄生キャビティが形成され難くなるので、キャップ層１６内への光の閉じ込めを抑制できる。

【0037】

第５層１８ａ及び第６層１８ｂから構成されるペアの数が８以上２５以下である場合、第１下部ＤＢＲ部１４を活性層２０から適切な距離だけ離すことができる。よって、第１下部ＤＢＲ部１４による光吸収を抑制できる。

【0038】

図３及び図４のそれぞれは、一実施形態に係る垂直共振型面発光レーザの製造方法の各工程を模式的に示す断面図である。上述の垂直共振型面発光レーザ１０は、以下のように製造されてもよい。

【0039】

（半導体積層体の形成）
まず、図３（ａ）に示されるように、基板１２の主面１２ａ上に半導体積層体ＳＬを形成する。具体的には、第１下部ＤＢＲ部１４、キャップ層１６、第２下部ＤＢＲ部１８、コンタクト層２８、第３下部ＤＢＲ部２４となるべき半導体積層体１２４、活性層２０、上部ＤＢＲ部２２となるべき半導体積層体１２２、及びコンタクト層２９を順に主面１２ａ上に形成する。半導体積層体１２２は、第３層２２ａ及び第４層２２ｂにそれぞれなるべき半導体層１２２ａ及び半導体層１２２ｂと、電流狭窄構造２６になるべき半導体層１２６と、を含む。半導体積層体１２４は、第７層２４ａ及び第８層２４ｂにそれぞれなるべき半導体層１２４ａ及び半導体層１２４ｂを含む。半導体積層体ＳＬを構成する各層は、例えば有機金属気相成長又は分子線エピタキシーにより形成される。

【0040】

（トレンチの形成）
次に、図３（ｂ）に示されるように、主面１２ａの第１エリア１２ａ１における第２領域１２ａ１２上において、半導体積層体ＳＬにトレンチＴＲを形成する。これにより、トレンチＴＲによって取り囲まれたポストＰＳが形成される。トレンチＴＲは、例えばドライエッチングにより形成される。

【0041】

（酸化）
次に、図３（ｃ）に示されるように、例えば水蒸気等の酸素含有ガスにポストＰＳを晒すことによって、ポストＰＳの周囲を酸化する。これにより、上部ＤＢＲ部２２及び第３下部ＤＢＲ部２４が形成される。

【0042】

（凹部の形成）
次に、図４（ａ）に示されるように、主面１２ａの第２エリア１２ａ２上に凹部ＲＳを形成する。これにより、凹部ＲＳとトレンチＴＲとの間にメサＭＳが形成される。凹部ＲＳは、例えばドライエッチングにより形成される。凹部ＲＳは、隣り合う素子同士を電気的に分離するために形成される。凹部ＲＳは、主面１２ａに沿って延在する格子状の溝部であってもよい。凹部ＲＳが形成された後、第２下部ＤＢＲ部１８の第５層１８ａにおいて、凹部ＲＳの側壁に露出した部分は自然酸化され得る。一方、第１下部ＤＢＲ部１４の第１層１４ａは、キャップ層１６によって覆われているので、自然酸化されない。

【0043】

（絶縁層の形成）
次に、図４（ｂ）に示されるように、ポストＰＳ、トレンチＴＲ、メサＭＳ及び凹部ＲＳ上に絶縁層５０を形成する。

【0044】

（電極の形成）
次に、図４（ｃ）に示されるように、絶縁層５０に第１開口５０ａ及び第２開口５０ｂを形成する。次に、第１開口５０ａ内に第１電極３０を形成し、第２開口５０ｂ内に第２電極４０を形成する。

【0045】

（切断）
次に、凹部ＲＳの底において基板１２、第１下部ＤＢＲ部１４及びキャップ層１６を切断する。切断は、例えばへき開又はダイシングにより行われる。これにより、図１及び図２に示される垂直共振型面発光レーザ１０が製造される。

【0046】

図５は、第１実験例の垂直共振型面発光レーザを構成する各部材の材料及びドーパント濃度を示す図である。第１実験例の垂直共振型面発光レーザは、図２の垂直共振型面発光レーザ１０の一例である。第１実験例の垂直共振型面発光レーザの発振波長は８５０ｎｍである。

【0047】

実験例２の垂直共振型面発光レーザは、第１下部ＤＢＲ部１４を２５ペアのＡｌ_０．１２Ｇａ_０．８８Ａｓ／Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓに置き換えたこと以外は第１実験例の垂直共振型面発光レーザと同じ構成を備える。

【0048】

実験例１及び実験例２の垂直共振型面発光レーザの特性についてシミュレーションを行った。シミュレーション結果を以下に示す。実験例１の垂直共振型面発光レーザの閾値電流Ｉ_ｔｈは０．７００９ｍＡであった。実験例２の垂直共振型面発光レーザの閾値電流Ｉ_ｔｈは０．７０６２ｍＡであった。実験例１の垂直共振型面発光レーザのスロープ効率は０．７２１５Ｗ／Ａであった。実験例２の垂直共振型面発光レーザのスロープ効率は０．７２５６Ｗ／Ａであった。実験例１の垂直共振型面発光レーザの熱抵抗Ｒ_ｔｈは２．０８Ｋ／ｍＷであった。実験例２の垂直共振型面発光レーザの熱抵抗Ｒ_ｔｈは２．３８Ｋ／ｍＷであった。実験例１の垂直共振型面発光レーザは、実験例２の垂直共振型面発光レーザと同等の閾値電流Ｉ_ｔｈ及びスロープ効率を有し、実験例２の垂直共振型面発光レーザよりも２割程度小さい熱抵抗Ｒ_ｔｈを有していた。

【0049】

図６は、第１実験例及び第２実験例の垂直共振型面発光レーザの特性のシミュレーション結果を示すグラフである。横軸は、各垂直共振型面発光レーザに注入される電流Ｉ（ｍＡ）から閾値電流Ｉ_ｔｈ（ｍＡ）を引いた値の平方根を示す。縦軸は、緩和振動周波数ｆ_ｒ（ＧＨｚ）を示す。緩和振動周波数ｆ_ｒは、光応答の変調帯域の性能の指標である。

【0050】

図６から、電流Ｉが比較的大きい場合に、実験例１の垂直共振型面発光レーザが、実験例２の垂直共振型面発光レーザに比べて例えば１ＧＨｚ程度大きい緩和振動周波数ｆ_ｒを有することが分かる。実験例１の垂直共振型面発光レーザでは、実験例２の垂直共振型面発光レーザに比べて熱抵抗が低減されるので、変調帯域を拡大できる。

【0051】

図７は、垂直共振型面発光レーザの一例を模式的に示す平面図である。図７に示される垂直共振型面発光レーザ２１０は、第１下部ＤＢＲ部１４、キャップ層１６及び第２下部ＤＢＲ部１８に代えて、下部ＤＢＲ部２１４を備えること以外は垂直共振型面発光レーザ１０と同じ構成を有する。下部ＤＢＲ部２１４は、軸Ａｘに沿って交互に配列された第９層２１４ａ及び第１０層２１４ｂを備える。第９層２１４ａ及び第１０層２１４ｂから構成されるペアの数は例えば３３である。第９層２１４ａは、半導体部分２１４ａ１と、半導体部分２１４ａ１を取り囲む絶縁体部分２１４ａ２とを備える。半導体部分２１４ａ１は、例えばＡｌＡｓ層である。絶縁体部分２１４ａ２はアルミニウム酸化物を含む。第１０層２１４ｂは、例えばＧａＡｓ層である。

【0052】

基板１２の主面１２ａの第２エリア１２ａ２上には、凹部ＲＳに代えて凹部ＲＳ１が設けられる。凹部ＲＳ１の底は基板１２の主面１２ａまで到達している。

【0053】

図８及び図９のそれぞれは、図７に示される垂直共振型面発光レーザの製造方法の各工程を模式的に示す断面図である。図７の垂直共振型面発光レーザ２１０は、以下のように製造されてもよい。

【0054】

（半導体積層体の形成）
まず、図８（ａ）に示されるように、基板１２の主面１２ａ上に半導体積層体ＳＬ１を形成する。具体的には、下部ＤＢＲ部２１４となるべき半導体積層体３１４、コンタクト層２８、第３下部ＤＢＲ部２４となるべき半導体積層体１２４、活性層２０、上部ＤＢＲ部２２となるべき半導体積層体１２２及びコンタクト層２９を順に主面１２ａ上に形成する。半導体積層体３１４は、第９層２１４ａ及び第１０層２１４ｂにそれぞれなるべき半導体層３１４ａ及び半導体層３１４ｂを含む。

【0055】

（トレンチの形成）
次に、図８（ｂ）に示されるように、主面１２ａの第１エリア１２ａ１における第２領域１２ａ１２上において、半導体積層体ＳＬ１にトレンチＴＲを形成する。これにより、トレンチＴＲによって取り囲まれたポストＰＳが形成される。

【0056】

（酸化）
次に、図８（ｃ）に示されるように、例えば水蒸気等の酸素含有ガスにポストＰＳを晒すことによって、ポストＰＳの周囲を酸化する。これにより、上部ＤＢＲ部２２及び第３下部ＤＢＲ部２４が形成される。

【0057】

（凹部の形成）
次に、図９（ａ）に示されるように、主面１２ａの第２エリア１２ａ２上に凹部ＲＳ１を形成する。これにより、凹部ＲＳ１とトレンチＴＲとの間にメサＭＳが形成される。凹部ＲＳ１は、隣り合う素子同士を電気的に分離するために形成される。凹部ＲＳ１が形成された後、半導体層３１４ａの端面は、凹部ＲＳ１の側壁に露出するので自然酸化される。その結果、第９層２１４ａが形成される。また、半導体層３１４ｂから第１０層２１４ｂが形成される。

【0058】

（絶縁層の形成）
次に、図９（ｂ）に示されるように、ポストＰＳ、トレンチＴＲ、メサＭＳ及び凹部ＲＳ１上に絶縁層５０を形成する。

【0059】

（電極の形成）
次に、図９（ｃ）に示されるように、絶縁層５０に第１開口５０ａ及び第２開口５０ｂを形成する。その後、第１開口５０ａ内に第１電極３０を形成し、第２開口５０ｂ内に第２電極４０を形成する。

【0060】

（切断）
次に、凹部ＲＳ１の底において基板１２を切断する。このようにして、垂直共振型面発光レーザ２１０が製造される。

【0061】

以上、本開示の好適な実施形態について詳細に説明されたが、本開示は上記実施形態に限定されない。

【0062】

例えば、垂直共振型面発光レーザ１０は、コンタクト層２８を備えなくてもよい。この場合、第２電極４０が第２下部ＤＢＲ部１８に接触する。

【0063】

例えば、ＤＢＲ部に含まれる第１層から第８層のそれぞれは、隣接する層に向かってＡｌ組成が変化する組成傾斜層を有していてもよい。組成傾斜層の厚さは例えば１０から３０ｎｍである。組成傾斜層においては、隣接する層のＡｌ組成に近づくようにＡｌ組成が線形に変化する。

【0064】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0065】

１０…垂直共振型面発光レーザ
１２…基板
１２ａ…主面
１２ａ１…第１エリア
１２ａ２…第２エリア
１２ａ１１…第１領域
１２ａ１２…第２領域
１２ａ１３…第３領域
１２ａｅ…縁
１４…第１下部ＤＢＲ部
１４ａ…第１層
１４ｂ…第２層
１６…キャップ層
１８…第２下部ＤＢＲ部
１８ａ…第５層
１８ｂ…第６層
２０…活性層
２０ａ…量子井戸構造
２０ｂ…上部スペーサ
２０ｃ…下部スペーサ
２２…上部ＤＢＲ部
２２ａ…第３層
２２ｂ…第４層
２４…第３下部ＤＢＲ部
２４ａ…第７層
２４ｂ…第８層
２６…電流狭窄構造
２６ａ…電流アパーチャー部分
２６ｂ…絶縁体部分
２８…コンタクト層
２９…コンタクト層
３０…第１電極
３２…配線導体
３４…パッド電極
４０…第２電極
４２…配線導体
４４…パッド電極
５０…絶縁層
５０ａ…第１開口
５０ｂ…第２開口
１２２…半導体積層体
１２２ａ…半導体層
１２２ｂ…半導体層
１２４…半導体積層体
１２４ａ…半導体層
１２４ｂ…半導体層
１２６…半導体層
２１０…垂直共振型面発光レーザ
２１４…下部ＤＢＲ部
２１４ａ…第９層
２１４ａ１…半導体部分
２１４ａ２…絶縁体部分
２１４ｂ…第１０層
３１４…半導体積層体
３１４ａ…半導体層
３１４ｂ…半導体層
Ａｘ…軸
Ｌ…レーザ光
ＭＳ…メサ
ＰＳ…ポスト
ＲＳ…凹部
ＲＳ１…凹部
ＳＬ…半導体積層体
ＳＬ１…半導体積層体
ＴＲ…トレンチ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】