CN110268587B - 面发射激光器和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本公开的实施方式的面发射激光器设置有：电流收缩区域，具有由从第二半导体层侧注入到层叠体内部的杂质形成的开口部；以及第一半导体层侧的第一DBR层和第二半导体层侧的第二DBR层，该第一DBR层和该第二DBR层在反向面对开口部的位置中夹紧层叠体。在开口部中，靠近第一DBR层的开口直径大于靠近第二DBR层的开口直径。

Description

面发射激光器和电子设备
技术领域
本公开涉及面发射激光器和包括面发射激光器的电子设备。
背景技术
在面发射激光器中，已经公开了与电流收缩相关的各种技术。
引用列表
专利文献
PTL 1：日本未经审查的专利申请公开号2011-151364
PTL 2：日本未经审查的专利申请公开号2011-29607
PTL 3：日本未经审查的专利申请公开号2010-192824
PTL 4：日本未经审查的专利申请公开号2010-123921
NPTL 1：H.E.Shin，Electronics Letters，32，1287，1996
NPTL 2：Japanese Journal of Applied Physics 52(2013)08J G04
NPTL 3：Phys.Status Solidi A，1-7(2016)/DOI 10.100 2/pssa.20 1532759
发明内容
顺便提及，期望面发射激光器减少由于电流收缩区域引起的光学损耗。这是因为光学损耗的减少使得可以提高面发射激光器的阈值或发光效率。因此，期望提供一种具有由于电流收缩区域引起的较少光学损耗的面发射激光器以及一种包括该面发射激光器的电子设备。
根据本公开的实施方式的面发射激光器包括层叠体。该层叠体包括有源层以及第一半导体层和第二半导体层，该有源层介于第一半导体层与第二半导体层之间。面发射激光器进一步包括：电流收缩区域，由杂质形成并且具有开口，杂质是从第二半导体层侧注入到层叠体中；以及在第一半导体层一侧的第一DBR(分布式布拉格反射器)层以及在第二半导体层一侧的第二DBR层，层叠体在面对开口的位置处介于第一DBR层与第二DBR层之间。在开口处，靠近第一DBR层的开口直径大于靠近第二DBR层的开口直径。
根据本公开的实施方式的电子设备包括上述面发射激光器作为光源。
在根据本公开的各个实施方式的面发射激光器和电子设备中，在电流收缩区域的开口处，靠近第一DBR层的开口直径大于靠近第二DBR层的开口直径。这使得与电流收缩区域的开口直径均匀的情况或电流收缩区域的开口直径从第二DBR层侧到第一DBR层侧变小的情况相比，电流收缩区域难以吸收泄漏到电流注入区域的外侧的光。
在根据本公开的各实施方式的面发射激光器和电子设备中，使得电流收缩区域难以吸收泄漏到电流注入区域的外侧的光，这使得可以减少由于电流收缩引起的光学损耗。应注意，本公开的效果不限于上述那些，并且可以是本文中描述的任何效果。
附图说明
[图1]是示出根据本公开的第一实施方式的面发射激光器的横截面配置的实例的图。
[图2A]是示意性地示出图1的电流收缩区域的图。
[图2B]是示意性地示出图2A的电流收缩区域的图。
[图2C]是示出图2B的电流收缩区域的顶面配置的实例的图。
[图3]是示出根据本公开的第二实施方式的面发射激光器的横截面配置的实例的图。
[图4]是示出根据本公开的第三实施方式的面发射激光器的横截面配置的实例的图。
[图5]是示出根据本公开的第四实施方式的面发射激光器的横截面配置的实例的图。
[图6A]是示出图1、图3、图4和图5的电流收缩区域的横截面配置的变形例的图。
[图6B]是示意性地示出图6A的电流收缩区域的图。
[图6C]是示出图6B的电流收缩区域的顶面配置的实例的图。
[图7A]是示意性地示出图1、图3、图4和图5的电流收缩区域的横截面配置的变形例的图。
[图7B]是示出图7A的电流收缩区域的顶面配置的实例的图。
[图8]是示出根据本公开的第五实施方式的光学通信设备的横截面配置的实例的图。
[图9]是示出根据本公开的第六实施方式的打印机的示意性配置例的图。
[图10]是示出根据本公开的第七实施方式的信息再现和记录设备的示意性配置例的图。
具体实施方式
在下文中，参考附图详细描述了本公开的一些实施方式。以下描述的实施方式均示出了本公开的具体实例，并且本公开不限于以下实施方式。此外，本公开不限于附图中所示的相应部件的位置、尺寸、尺寸比和其他因素。应注意，按以下顺序给出描述。
1.第一实施方式(面发射激光器)
借助于ELO(外延横向过生长)方法形成具有嵌入其中的第一DBR层的第一半导体层的实例
2.第二实施方式(面发射激光器)
借助于通用MOCVD(金属有机化学气相沉积)方法在第一DBR层上形成第一半导体层的实例
3.第三实施方式(面发射激光器)
借助于CMP(化学机械抛光)除去衬底然后形成第一DBR层的实例
4.第四实施方式(面发射激光器)
形成凹面镜型的第一DBR层的实例
5.各实施方式共同的变形例(面发射激光器)
变形例A：在三个杂质区域中配置电流收缩区域的实例
变形例B：在倒锥形杂质区域中配置电流收缩区域的实例
6.第五实施方式(光学通信设备)
将每个前述实施方式的面发射激光器用于光学通信设备的光源的实例
7.第六实施方式(打印机)
将每个前述实施方式的面发射激光器用于打印机的光源的实例
8.第七实施方式(信息再现和记录设备)
将每个前述实施方式的面发射激光器用于信息再现和记录设备的光源的实例
<1.第一实施方式>
[配置]
给出了对根据本公开的第一实施方式的面发射激光器10的配置的描述。图1示出了面发射激光器10的横截面配置的实例。
面发射激光器10是顶面发射型的半导体激光器，适合用作光学激光器、激光打印机、光学通信等的光源。面发射激光器10包括在衬底11上的垂直谐振腔。垂直谐振腔被配置为通过在衬底11的法线方向上彼此面对的两个DBR以预定的振荡波长λ振荡。垂直谐振腔包括例如层叠体10A和两个DBR层，该层叠体10A在面对电流收缩区域16的开口16H的位置处介于这两个DBR层之间。前述两个DBR层是由在稍后描述的第一半导体层13一侧的第一DBR层12和稍后描述的第二半导体层15一侧的第二DBR层18配置的。第一DBR层12被形成为比第二DBR层18更靠近衬底11。层叠体10A包括例如有源层14和两个半导体层，有源层14介于这两个半导体层之间。上述两个半导体层是由靠近衬底11的第一半导体层13和远离衬底11的第二半导体层15配置的。第一半导体层13被形成为比第二半导体层15更靠近衬底11。
面发射激光器10在衬底11上包括例如从衬底11侧依次的第一DBR层12、第一半导体层13、有源层14、第二半导体层15、第二电极层17A和第二DBR层。面发射激光器10进一步包括例如在第二电极层17A上的第三电极层17B，并且包括在衬底11的背面上的第一电极层19。层叠体10A例如在第二DBR层18一侧的最外表面10B上可以具有接触层，该接触层用于使第二半导体层15和第二电极层17A彼此欧姆接触。接触层可以是通过用高浓度杂质掺杂第二半导体层15的最外表面而形成的层，或者可以是与第二半导体层15分开形成并且与第二半导体层15的最外表面接触的层。
衬底11是用于外延晶体生长第一DBR层12和层叠体10A的晶体生长衬底。也就是说，衬底11是设置在垂直谐振腔外部的衬底。此外，在与垂直谐振腔的位置关系中，衬底11是设置在与面发射激光器10的光发射相反一侧的衬底。面发射激光器10是氮化物半导体激光器。例如，衬底11是GaN衬底。第一DBR层12和层叠体10A是由氮化物半导体构造的。氮化物半导体的实例包括GaN、AlGaN、AlInN、GaInN、AlGaInN等。
例如，第一DBR层12是由半导体多层膜配置的。半导体多层膜具有低折射率层和高折射率层交替堆叠的结构。优选的是，低折射率层的厚度为λ/4n1的奇数倍(n1是低折射率层的折射率)。优选的是，高折射率层的厚度为λ/4n2的奇数倍(n2是高折射率层的折射率)。在构造第一DBR层12的半导体多层膜中，低反射率层和高反射率层的组合包括例如GaN/AlGaN、GaN/AlInN、GaInN/GaN、AlGaN/GaInN等。例如，第一半导体层13是由GaN构造的。第一半导体层13例如借助于诸如ELO(外延横向过生长)方法的横向外延生长的方法、以第一DBR层12作为掩模来形成。第一半导体层13例如是通过在其中嵌入第一DBR层12而形成的半导体层。衬底11、第一DBR层12和第一半导体层13包括硅(Si)等作为n型杂质。也就是说，衬底11、第一DBR层12和第一半导体层13是n型半导体层。例如，第二半导体层15是由GaN构造的。第二半导体层15包括例如镁(Mg)、锌(Zn)等作为p型杂质。也就是说，第二半导体层15是p型半导体层。
例如，有源层14具有量子阱结构。量子阱结构的类型包括例如单量子阱结构(QW(量子阱)结构)或多量子阱结构(MQW(多量子阱)结构)。量子阱结构具有阱层和势垒层交替堆叠的结构。阱层和势垒层的组合包括例如(InyGa(1-y)N，GaN)、(InyGa(1-y)N，InzGa(1-z)N)[假设y>z]、(InyGa(1-y)N，AlGaN)等。
电流收缩区域16形成在层叠体10A中。电流收缩区域16由从第二半导体层15侧注入到层叠体10A中的杂质形成。电流收缩区域16包括氧、硼、氯、碳、氟、硼、铝、镍、铜、镁和铁中的一种或多种作为杂质。电流收缩区域16是由通过离子注入到层叠体10A的表面层中形成的高电阻区域构造的。电流收缩区域16是收缩注入到有源层14中的电流的区域。电流收缩区域16是包括开口16H的环形区域。例如，电流收缩区域16的内周表面具有环形形状。电流收缩区域16的外周表面例如具有环形形状、椭圆环形状或多边环形状。在开口16H处，靠近第一DBR层12的开口直径L1大于靠近第二DBR层18的开口直径L2。开口直径L1是电流收缩区域16的下端附近的开口直径。电流收缩区域16的下端附近是指例如电流收缩区域16和有源层14彼此重叠的部分。开口直径L2是电流收缩区域16的层叠体10A的最外表面10B上的开口直径。开口直径L1的范围例如为1μm至20μm，并且优选为大约10μm。在开口16H中，开口直径L1比开口直径L2大λ/n或更大(λ表示振荡波长，并且n表示层叠体10A的折射率)。在开口16H中，优选的是，开口直径L1比开口直径L2大2μm或更大。电流收缩区域16具有到达有源层14的深度，例如，在开口16H中的最深点处。例如在开口16H中的最深点处，电流收缩区域16具有大约100nm的深度。例如，在靠近层叠体10A的最外表面10B并且靠近开口16H的内表面的点处，电流收缩区域16具有大约3nm的深度。
电流收缩区域16的深度表示从层叠体10A的最外表面10B到电流收缩区域16的下端的深度。电流收缩区域16的下端是电流收缩区域16中的一部分(下文中称为“对应部分”)，该部分的杂质浓度是在电流收缩区域16中分布的杂质浓度最高的部分处的杂质浓度的1/100。电流收缩区域16的下端可通过例如二次离子质谱(SIMS：Secondary Ion MassSpectrometry)、能量色散X射线(EDX：Energy Dispersive X-ray)光谱等测量。应注意，电流收缩区域16中的深度方向上的杂质浓度分布通常是从层叠体10A的最外表面10B单调降低的。单调降低包括例如指数降低、线性降低、阶梯式降低等。单调降低不限于指数降低、线性降低或阶梯式降低。然而，在电流收缩区域16中的深度方向上的杂质浓度分布可以在预定深度处具有峰值。在这种情况下，可以存在两个前述的对应部分。在那种情况下，较深部分是电流收缩区域16的下端。如果在电流收缩区域16中分布有两种或更多种杂质，则针对每种杂质指定电流收缩区域16的深度。
开口16H的开口直径是在以电流收缩区域16的中心轴线作为法线的平面中穿过电流收缩区域16的中心的线段的长度，并且该线段的两端与开口16H的内表面接触。开口16H的内表面是电流收缩区域16中的一部分，该部分的杂质浓度是在电流收缩区域16的最外表面10B中分布的杂质浓度最高的部分处的杂质浓度的1/100。开口16H的内表面可通过例如SIMS或EDX等测量。应注意，电流收缩区域16中的横向方向上的杂质浓度分布通常是均匀的。然而，在从包括杂质的区域到不包括杂质的区域的边界中，杂质浓度分布经常表现出单调降低。如果在电流收缩区域16中分布有两种或更多种杂质，则为每种杂质指定开口16H的内表面。
图2A示出了电流收缩区域16的横截面配置的实例。图2B示意性地示出了图2A的电流收缩区域16。图2C示出了图2B的电流收缩区域16的顶面配置的实例。电流收缩区域16包括例如是同心环形的并且深度和开口直径彼此不同的杂质区域16A和杂质区域16B。替代地，电流收缩区域16是由是同心环形的并且深度和开口直径彼此不同的杂质区域16A和杂质区域16B配置的。此外，形成杂质区域16A的杂质和形成杂质区域16B的杂质彼此不同。杂质区域16A包括例如硼或氯作为杂质。杂质区域16B包括例如氧作为杂质。如果杂质区域16B包含氧作为杂质，则杂质区域16B可借助于例如灰化设备形成。如果杂质区域16B包含氯作为杂质，则杂质区域16B可借助于例如RIE(反应离子蚀刻)设备形成。
杂质区域16A的深度D1深于杂质区域16B的深度D2。此外，杂质区域16A的开口直径L1大于杂质区域16B的开口直径L2。也就是说，具有相对较深深度的杂质区域16A的开口直径L1大于具有相对较浅深度的杂质区域16B的开口直径L2。此时，例如，开口16H的开口直径从第二DBR层18侧朝向第一DBR层12侧断续地增大。
此时，杂质区域16A的深度D1是从层叠体10A的最外表面10B到杂质区域16A的下端的深度。也就是说，杂质区域16A从层叠体10A的最外表面10B分布到杂质区域16A的下端。杂质区域16A的下端是杂质区域16A中的一部分，该部分的杂质浓度是在杂质区域16A中分布的杂质的浓度最高的部分处的杂质浓度的1/100。杂质区域16B的深度D2是从层叠体10A的最外表面10B到杂质区域16B的下端的深度。也就是说，杂质区域16B从层叠体10A的最外表面10B分布到杂质区域16B的下端。杂质区域16B的下端是杂质区域16B中的一部分，该部分的杂质浓度是在杂质区域16B中分布的杂质的浓度最高的部分处的杂质浓度的1/100。
另外，杂质区域16A的开口直径L1是在以电流收缩区域16的中心轴线作为法线的平面中穿过电流收缩区域16的中心的线段的长度，并且该线段的两端与杂质区域16A的内表面接触。杂质区域16A的内表面是电流收缩区域16A中的一部分，该部分的杂质浓度是在电流收缩区域16B的最外表面10B上分布的杂质浓度最高的部分处的杂质浓度的1/100。杂质区域16B的开口直径L2是在以电流收缩区域16的中心轴线作为法线的平面中穿过电流收缩区域16的中心的线段的长度，并且该线段的两端与杂质区域16B的内表面接触。杂质区域16A的内表面是电流收缩区域16B中的一部分，该部分的杂质浓度是在电流收缩区域16的最外表面10B上分布的杂质浓度最高的部分处的杂质浓度的1/100。
例如，如图2B中使用如上所述确定的深度D1和深度D2以及开口直径L1和开口直径L2来呈现电流收缩区域16。此时，可以理解为，如图2B和图2C中所示，例如，电流收缩区域16包括杂质区域16X和杂质区域16Y，这些杂质区域是同心环形的，并且深度和开口直径彼此不同。还可以理解为，如图2B和图2C中所示，例如，电流收缩区域16是由杂质区域16X和杂质区域16Y配置的，这些杂质区域是同心环形的，并且深度和开口直径彼此不同。
杂质区域16X的深度深于杂质区域16Y的深度。此外，杂质区域16X的开口直径L1大于杂质区域16Y的开口直径L2。具有相对较深深度的杂质区域16X的开口直径L1大于具有相对较浅深度的杂质区域16Y的开口直径L2。此时，例如，开口16H的开口直径从第二DBR层18侧朝向第一DBR层12侧断续地增大。
杂质区域16X包括形成杂质区域16A的杂质和形成杂质区域16B的杂质。一方面，杂质区域16Y包括形成杂质区域16B的杂质和形成杂质区域16A的少量杂质。
第二电极层17A与第二DBR层18上的层叠体10A的最外表面10B接触。第二电极层17A与最外表面10B的至少面对第二DBR层18的整个区域接触。也就是说，在最外表面10B与第二DBR层18之间不存在由于SiO2等引起的电流收缩区域。
第二电极层17A是由对振荡波长λ的光具有光学透明性(光学透明性例如具有5％或更低的吸光度)的导电材料配置的。前述导电材料的实例包括铟锡氧化物(包括ITO、氧化铟锡、Sn掺杂的In2O3、晶体ITO和非晶ITO)、铟锌氧化物(IZO、氧化铟锌)、IFO(F掺杂的In2O3)、氧化锡(SnO2)、ATO(Sb掺杂的SnO2)、FTO(F掺杂的SnO2)、氧化锌(ZnO、包括Al掺杂的ZnO和B掺杂的ZnO)、InGaZnO基材料(InGaZnO4等，也可以称为“IGZO”)、以及ITiO(Ti掺杂的ITO)。第二电极层17A可以是具有特定导电类型的半导体层，并且可以是例如掺杂有Si的n型GaN层。
第三电极层17B是由单层膜或多层膜配置的，其包括选自由以下各项组成的组的一种或多种类型的金属(包括合金)：例如，金(Au)、银(Ag)、钯(Pd)、铂(Pt)、镍(Ni)、钛(Ti)、钒(V)、钨(W)、铬(Cr)、铝(Al)、铜(Cu)、锌(Zn)、锡(Sn)和铟(In)。
例如，第二DBR层18是由电介质多层配置的。电介质多层具有交替堆叠的厚度的低折射率层和高折射率层的结构。优选的是，低折射率层的厚度为λ/4n3的奇数倍(n3是低折射率层的折射率)。优选的是，高折射率层的厚度为λ/4n4的奇数倍(n4是高折射率层的折射率)。配置第二DBR层18的电介质多层的材料的实例包括SiO2、SiN、Al2O3、Nb2O5、Ta2O5、TiO2、AlN、MgO和ZrO2。在配置第二DBR层18的电介质多层中，低折射率层和高折射率层的组合包括例如SiO2/SiN、SiO2/Nb2O5、SiO2/ZrO2和SiO2/AlN。配置第二DBR层18的电介质多层是通过诸如溅射、CVD或气相沉积等的膜形成方法来形成的。
第一电极层19具有以下结构(Ti/Pt/Au)，其中，例如，钛(Ti)、铂(Pt)和金(Au)从衬底11侧依次堆叠。第一电极层19还可以具有以下结构(V/Pt/Au)，其中，例如，钒(V)、铂(Pt)和金(Au)从衬底11侧依次堆叠。第一电极层19可以具有结构(Ti/Al/Au)，其中，例如，钛(Ti)、铝(Al)和金(Au)从衬底11侧依次堆叠。
[制造方法]
在下文中，给出了对根据本实施方式的面发射激光器10的制造方法的实例的描述。为了制造面发射激光器10，例如借助于外延晶体生长方法(诸如，MOCVD(金属有机化学气相沉积：有机金属气相生长)或ELO方法)将氮化物半导体共同地形成在衬底11上。在此，对于化合物半导体的原始材料，例如使用三甲基镓((CH3)3Ga)作为Ga的原料气体，例如使用三甲基铝((CH3)3A1)作为Al的原料气体，例如使用三甲基铟((CH3)3In)作为In的原料气体。另外，使用氨(NH3)作为N的原料气体。
首先，在衬底11上形成第一DBR层12。通过借助于例如MOCVD方法在衬底11的整个顶面上形成多层膜反射镜然后选择性地蚀刻来形成第一DBR层12。此时，衬底11的暴露表面形成在第一DBR层12的外围。此后，以第一DBR层12作为掩模，通过使用在横向方向上外延生长的方法(诸如，ELO方法等)，形成其中嵌入第一DBR层12的第一半导体层13。随后，例如，借助于MOCVD方法在第一半导体层13上依次形成有源层14和第二半导体层15。这形成了层叠体10A。
随后，例如，在层叠体10A的最外表面10B的面对第一DBR层12的位置处形成直径等于开口直径L1的圆形图案。此后，以前述图案作为掩模，例如借助于离子注入方法将预定的杂质从层叠体10A的最外表面10B注入至预定深度。这形成了具有开口直径L1的开口的杂质区域16A。此后，在去除前述图案之后，例如，在层叠体10A的最外表面10B的面对杂质区域16A的开口的位置处形成直径等于开口直径L2的圆形图案。此后，以前述图案作为掩模，例如，借助于离子注入方法将预定杂质从层叠体10A的最外表面10B注入至预定深度。这形成了具有开口直径L2的开口的杂质区域16B。以这种方式，形成包括杂质区域16A和杂质区域16B的电流收缩区域16。
随后，例如，将第二电极层17A形成为与层叠体10A的整个最外表面10B接触。此后，通过借助于例如溅射、CVD或气相沉积在第二电极层17A的整个顶面上形成电介质多层膜反射镜然后选择性蚀刻来形成第二DBR层18。此时，第二电极层17A的暴露表面形成在第二DBR层18的外围。然后，在第二电极层17A的暴露表面上形成第三电极层17B。
随后，根据需要通过抛光衬底11的背面使衬底11变薄。对于此时的抛光方法，可以使用例如机械研磨、化学机械抛光或光电化学蚀刻等。此后，在衬底11的背面上形成第一电子层19。以这种方式，制造了根据本实施方式的面发射激光器10。
[操作]
在这种配置的面发射激光器10中，在第三电极层17B与第一电极层19之间施加预定电压的情况下，电流通过开口16H注入到有源层14中。由于电子和空穴的复合，这导致光发射。光被一对第一DBR层12和第二DBR层18反射，并且以预定的振荡波长λ发生激光振荡。然后，振荡波长λ的激光束从第二DBR层18的顶面发射到外部。
[效果]
在下文中，给出了对根据本实施方式的面发射激光器10的效果的描述。
在现有普遍的GaAs基的面发射激光器中，通过横向地氧化在有源层附近形成的AlAs层以在器件中形成非激励区域从而将电流收缩在一个点上来形成电流构造结构。然而，由于材料限制，尚未建立用于氮化物的这种技术，因此探索了构建电流收缩结构的另一种方式。
例如，可以通过在ITO电极和p-GaN之间部分地插入SiO2以形成非激励区域来实现电流收缩结构。然而，该方法在谐振腔中形成长的谐振腔分布，因此可能由于反导波导(即，衍射)而导致强的光学损耗。为了解决这样的问题，可以通过离子注入来形成电流收缩结构。例如，可以通过离子注入硼离子来形成非激励区域。与使用SiO2的情况类似，该方法防止在谐振腔中形成长的谐振腔分布，因此不会由于衍射而导致光学损耗。
然而，采用这种方法，泄漏到电流注入区域外侧的光被注入的离子吸收或进入由离子注入引起的特殊电子状态，从而导致光学损耗并降低器件的阈值或效率。在硼离子注入到有源层下方的情况下，硼离子的分布在空间上广泛地扩散到谐振腔方向，因此导致更大的光学损耗。此外，由于硼离子被注入到有源层中，引入到有源层中的有缺陷的非发射复合产生了无功电流并降低了器件的特性。
顺便提及，在离子注入中，可以通过改变离子照射期间的加速电压来调整进入半导体器件的深度。因此，可以通过浅层注入离子来减少谐振腔内的光学损耗量。然而，在这种情况下，要制成高电阻的区域变得更薄，以最外层中的剩余缺陷作为原点发生离散电流泄漏，因此难以形成高质量的电流收缩结构。
另一方面，在本实施方式中，在电流收缩区域16的开口16H中，靠近第一DBR层12的开口直径L1大于靠近第二DBR层18的开口直径L2。这使得与电流收缩区域16的开口直径均匀的情况或电流收缩区域16的开口直径从第二DBR层18侧朝向第一DBR层12侧变小的情况相比，电流收缩区域16难以吸收泄漏到电流注入区域的外侧的光。作为结果，可以减少由于电流收缩引起的光学损耗。因此，可以提高面发射激光器10的阈值或发光效率。
另外，在本实施方式中，在开口16H中，开口直径L1比开口直径L2大λ/n或更多。这使得电流收缩区域16难以吸收泄漏到电流注入区域的外侧的光。作为结果，可以减少由于电流收缩引起的光学损耗。因此，可以提高面发射激光器10的阈值或发光效率。
另外，在本实施方式中，电流收缩区域16包括杂质区域16A和杂质区域16B，这些杂质区域是同心环形的，并且深度和开口直径彼此不同。替代地，电流收缩区域16包括杂质区域16X和杂质区域16Y，这些杂质区域是同心环形的，并且深度和开口直径彼此不同。此时，杂质区域16A(或杂质区域16X)的深度D1深于杂质区域16B(或杂质区域16Y)的深度D2。此外，杂质区域16A(或杂质区域16X)的开口直径L1大于杂质区域16B(或杂质区域16Y)的开口直径L2。这使得电流收缩区域16难以吸收泄漏到电流注入区域的外侧的光。而且，这使得在电流收缩区域16中难以发生电流泄漏。作为结果，可以减少由于电流收缩引起的电流泄漏和光学损耗。因此，可以提高面发射激光器10的阈值或发光效率。
另外，在本实施方式中，电流收缩区域16是由杂质区域16A和杂质区域16B配置的，这些杂质区域是同心环形的，并且深度和开口直径彼此不同。替代地，电流收缩区域16是由杂质区域16X和杂质区域16Y配置的，这些杂质区域是同心环形的，并且深度和开口直径彼此不同。此时，具有相对较深深度的杂质区域16A(或杂质区域16X)的开口直径L1大于具有相对较浅深度的杂质区域16B(或杂质区域16Y)的开口直径L2。这使得电流收缩区域16难以吸收泄漏到电流注入区域的外侧的光。而且，这使得在电流收缩区域16中难以发生电流泄漏。作为结果，可以同时地减少由于电流收缩引起的电流泄漏和光学损耗。因此，可以提高面发射激光器10的阈值或发光效率。
另外，在本实施方式中，开口16H的开口直径从第二DBR层18侧朝向第一DBR层12侧断续地增大。这使得电流收缩区域16难以吸收泄漏到电流注入区域的外侧的光。作为结果，可以减少由于电流收缩引起的光学损耗。因此，可以提高面发射激光器10的阈值或发光效率。
另外，在本实施方式中，形成杂质区域16A的杂质和形成杂质区域16B的杂质彼此不同。这使得可以选择易于深地可注入层叠体10A中的杂质作为形成杂质区域16A的杂质。此外，这使得可以选择易于浅地可注入层叠体10A中的杂质作为形成杂质区域16B的杂质。作为结果，可以有效地使电流收缩区域16具有高电阻，因此允许减小电流收缩区域16中的电流泄漏。因此，可以提高面发射激光器10的阈值或发光效率。
另外，在本实施方式中，电流收缩区域16形成用于由氮化物半导体配置的层叠体10A。此外，电流收缩区域16包括氧、硼、氯、碳、氟、硼、铝、镍、铜、镁和铁中的一种或多种作为杂质。这使得可以选择易于深地可注入层叠体10A中的杂质作为形成杂质区域16A的杂质。这使得可以选择易于浅地可注入层叠体10A中的杂质作为形成杂质区域16B的杂质。作为结果，可以有效地使电流收缩区域16具有高电阻，因此允许减小电流收缩区域16中的电流泄漏。因此，可以提高面发射激光器10的阈值或发光效率。
另外，在本实施方式中，第二电极层17A与最外表面10B的至少面对第二DBR层18的整个区域接触，并且在最外表面10B与第二DBR层18之间不存在由SiO2等引起的电流收缩结构。这防止在谐振腔中形成较长的谐振腔分布，从而可以消除由于衍射而导致的光学损耗，类似于使用SiO2的情况。因此，可以提高面发射激光器10的阈值或发光效率。
<2.第二实施方式>
在下文中，给出了对根据本公开的第二实施方式的面发射激光器20的描述。图3示出了面发射激光器20的横截面配置的实例。面发射激光器20包括第一DBR层22来代替前述实施方式的面发射激光器10中的第一DBR层12，以及第一半导体层23来代替第一半导体层13。因此，在面发射激光器20中，代替第一半导体层13，提供了包括第一半导体层23来代替第一半导体层13的层叠体20A，此外，提供了最外表面20B来代替最外表面10B。
第一DBR层22具有与第一DBR层12相同的配置，除了第一DBR层22不像第一DBR层12那样成形为岛状。第一半导体层23不是通过ELO方法形成，而是通过普通的MOCVD方法形成。也就是说，第一半导体层23不具有嵌入其中的第一DBR层22，而是堆叠在第一DBR层22上的半导体层。
在本实施方式中，电流收缩区域16具有不足以到达有源层14的深度(例如，大约50nm的深度)。此时，杂质区域16B的深度深于例如第一实施方式中的深度(例如，大约3nm)，并且例如为大约10nm。应注意，在本实施方式中，电流收缩区域16可以具有足以到达有源层14的深度。另外，在本实施方式中，衬底11是具有m75表面[2，0，-2，1]作为主表面的GaN衬底。
如上所述，面发射激光器20包括电流收缩区域16，该电流收缩区域等效于前述第一实施方式的面发射激光器10中的电流收缩区域16。因此，在本实施方式中，可以具有与前述第一实施方式类似的效果。
<3.第三实施方式>
在下文中，给出了对根据本公开的第三实施方式的面发射激光器30的描述。图4示出了面发射激光器30的横截面配置的实例。通过在不形成前述第二实施方式的面发射激光器20中的第一DBR层22的情况下形成第一半导体层23等、然后去除衬底11以暴露第一DBR层22的背面、并且提供与背面接触的第一半导体层23和第一电极层39来获得面发射激光器30。面发射激光器30进一步包括支撑衬底34，该支撑衬底经由焊料层33支撑层叠体20A，该焊料层覆盖前述第二实施方式的面发射激光器20中的第二DBR层18和第三电极层17B。也就是说，面发射激光器30是背面发射型的半导体激光器，其从第一DBR层22侧发射振荡波长为λ的光。
面发射激光器30包括电流收缩区域16，该电流收缩区域等效于前述第二实施方式的面发射激光器20中的电流收缩区域16。因此，在本实施方式中，可以具有与前述第二实施方式类似的效果。
<4.第四实施方式>
在下文中，给出了对根据本公开的第四实施方式的面发射激光器40的描述。图5示出了面发射激光器40的横截面配置的实例。面发射激光器40包括第一半导体层41来代替前述第三实施方式的面发射激光器30中的第一半导体层23、在背面上具有凸形部分41A的第一半导体层41、以及第一DBR层42来代替第一DBR层22。虽然优选的是电流收缩区域16具有足以到达有源层14的深度，但是电流收缩区域16可以具有不足以到达有源层14的深度。可以省略或提供焊料层33和支撑衬底34。
第一半导体层41具有与第一半导体层23相同的配置，除了第一半导体层41在背面上具有凸形部分41A。凸形部分41A设置在面对电流收缩区域16的开口16H的位置处。第一DBR层42是由凸形透镜形电介质多层膜反射镜配置的。通过在凸形部分41A上形成电介质多层膜反射镜，第一DBR层42被形成为与凸形部分41A接触并且是凸形形状的。因此，第一DBR层42用作对于从有源层14发射的光的凹面镜。这允许第一DBR层42补偿从有源层14发射的光的衍射并抑制衍射损耗。
面发射激光器40包括电流收缩区域16，该电流收缩区域等效于前述第三实施方式的面发射激光器30中的电流收缩区域16。因此，在本实施方式中，可以具有与前述第三实施方式类似的效果。
<5.各实施方式共同的变形例>
在下文中，给出了对前述第一至第四实施方式共同的变形例的描述。
[变形例A]
图6示出了图1、图3、图4和图5的电流收缩区域的横截面配置的变形例。图6B示意性地示出了图6A的电流收缩区域16。图6C示出了图6B的电流收缩区域16的顶面配置的实例。
在前述第一至第四实施方式中，电流收缩区域16可以具有多个杂质区域，这些杂质区域是同心环形的，并且深度和开口直径彼此不同。替代地，在前述第一至第四实施方式中，电流收缩区域16可以由多个杂质区域配置，这些杂质区域形状类似于同心环并且彼此具有不同的深度和开口直径。例如，除了杂质区域16A和杂质区域16B之外，电流收缩区16进一步具有杂质区域16C。杂质区域16C的开口直径L3小于开口直径L1并且大于开口直径L2。杂质区域16C的深度D3浅于深度D1，并且深于深度D2。
例如，如图6B中使用深度D1、深度D2和深度D3以及开口直径L1、开口直径L2和开口直径L3来呈现电流收缩区域16。此时，可以解释为，如图6B和图6C中所示，例如，电流收缩区域16包括杂质区域16X、16Y和16Z，这些杂质区域是同心环形的，并且深度和开口直径彼此不同。还可以解释为，如图6B和图6C中所示，例如，电流收缩区域16是由杂质区域16X、16Y和16Z配置的，这些杂质区域是同心环形的，并且深度和开口直径彼此不同。
在该变形例中，电流收缩区域16包括杂质区域16A、16B和16C，这些杂质区域是同心环形的，并且深度和开口直径彼此不同。替代地，电流收缩区域16包括杂质区域16X、16Y和16Z，这些杂质区域是同心环形的，并且深度和开口直径彼此不同。此时，杂质区域16A(或杂质区域16X)的深度D1深于杂质区域16C(或杂质区域16Z)的深度D3，并且杂质区域16C(或杂质区域16Z)的深度D3深于杂质区域16B(或杂质区域16Y)的深度D2。此外，杂质区域16A(或杂质区域16X)的开口直径L1大于杂质区域16C(或杂质区域16Z)的开口直径L3，并且杂质区域16C(或杂质区域16Z)的开口直径L3大于杂质区域16B(或杂质区域16Y)的开口直径L2。这使得电流收缩区域16难以吸收泄漏到电流注入区域的外侧的光。而且，这使得在电流收缩区域16中难以发生电流泄漏。作为结果，可以减少由于电流收缩引起的电流泄漏和光学损耗。
另外，在该变形例中，电流收缩区域16是由杂质区域16A、16B和16C配置的，这些杂质区域是同心环形的，并且深度和开口直径彼此不同。替代地，电流收缩区域16是由杂质区域16X、16Y和16Z配置的，这些杂质区域是同心环形的，并且深度和开口直径彼此不同。此时，具有相对较深深度的杂质区域16A(或杂质区域16X)的开口直径L1大于具有相对较浅深度的杂质区域16C(或杂质区域16Z)的开口直径L3。此外，具有相对较深深度的杂质区域16C(或杂质区域16Z)的开口直径L3大于具有相对较浅深度的杂质区域16B(或杂质区域16Y)的开口直径L2。这使得电流收缩区域16难以吸收泄漏到电流注入区域的外侧的光。而且，这使得在电流收缩区域16中难以发生电流泄漏。作为结果，可以减少由于电流收缩引起的电流泄漏和光学损耗。
[变形例B]
图7A示意性地示出了图1、图3、图4和图5的电流收缩区域16的横截面配置的变形例。图7B示出了图7A的电流收缩区域16的顶面配置的实例。
在该变形例中，电流收缩区域16是由单杂质形成的杂质区域。电流收缩区域16是具有开口16H的环形区域。在开口16H中，靠近第一DBR层12的开口直径L1大于靠近第二DBR层18的开口直径L2。例如，开口16H的开口直径从第二DBR层18侧朝向第一DBR层12侧连续地增大。
该变形例包括电流收缩区域16B，该电流收缩区域具有与前述第一实施方式的面发射激光器10中的电流收缩区域16等效的运作和效果。因此，在该变形例中，可以实现与前述第一实施方式类似的效果。
[变形例C]
在前述各实施方式及其变形例中，面发射激光器10至40可以是GaAs基或InP基的半导体激光器。在这种情况下，形成电流收缩区域16的杂质的实例包括氢、硼、氧、铬、碳、氟、铝、镍、铜、镁、铁等。因此，在该变形例中，可以实现与前述第一实施方式类似的效果。
该变形例包括电流收缩区域16，该电流收缩区域具有与根据前述各实施方式及其变形例的面发射激光器10至40中的电流收缩区域16的运作和效果等效的运作和效果。
<6.第五实施方式>
[配置]
在下文中，给出了对根据本公开的第五实施方式的光学通信设备50的描述。图8示出了光学通信设备50的横截面配置的实例。光学通信设备50具有安装在印刷布线基板51上的两个LSI芯片52和53。发光器件54设置在一个LSI芯片52的表面上。发光器件54是根据前述各实施方式及其变形例的面发射激光器10至40中的任一者。来自LSI芯片52的电信号由发光器件54转换为光学信号，并且光学信号从发光器件54输出。诸如光电二极管的光接收装置55设置在另一个LSI芯片53的表面上。输入到光接收装置55的光学信号由光接收装置55转换成电信号，并且电信号被输入到LSI芯片53。
相应的透镜56设置在发光器件54的发光表面、光接收装置55的发光表面和光波导59的两端上。透镜56例如是准直透镜，其准直发散光并收集平行光。另外，在LSI芯片52和53的顶面上设置有覆盖发光器件54或光接收装置55的圆柱形凸型连接器57。开口57A设置在凸型连接器57的顶面上，并且设置了阻挡开口57A并与凸型连接器57配合的凹型连接器58。凹型连接器58沿光波导59设置，并且还具有支撑光波导59的功能。
在本实施方式中，在凸型连接器57和凹型连接器58彼此耦接之后驱动发光器件54的情况下，从发光器件54发出光，并且光经由透镜56进入光波导59的一端。在进入光波导59的光被引导通过光波导59之后，光从光波导59的另一端输出并经由透镜56进入光接收装置55。在进入光接收装置55的光转换成根据输入光的输出水平的电信号(光电流)之后，电信号被输出到LSI芯片53。
顺便提及，在本实施方式中，根据前述各实施方式及其变形例的面发射激光器10至40中的任一者用于光学通信设备50。这允许发光器件54以高输出或低功耗操作。
在本实施方式中，光学通信设备50可以包括多个发光器件54。另外，在本实施方式中，光学通信设备50可以包括多个光接收设备55。
<7.第六实施方式>
[配置]
在下文中，给出了对根据本公开的第六实施方式的打印机60的描述。图9示出了打印机60的示意性配置的实例。打印机60包括例如光源61、反射来自光源61的光并扫描反射光的多面镜62、将来自多面镜62的光引导到光导鼓64的fθ透镜63、响应于来自fθ透镜63的光而形成静电潜像的光电导鼓64、以及根据静电潜像使调色剂附着到光导鼓64上的调色剂供应器(未示出)。
根据前述各实施方式及其变形例的面发射激光器10至40中的任一者用作打印机60中的光源61。这允许光源61以高输出或低功耗操作。
<8.第七实施方式>
[配置]
在下文中，给出了对根据本公开的第七实施方式的信息再现和记录设备70的描述。图10示出了信息再现和记录设备70的示意性配置的实例。例如，信息再现和记录设备70包括光学设备71和信息处理器72。
信息处理器72从光学设备71获取记录在记录介质100中的信息或将输入的信息发送到光学设备71。另一方面，光学装置71用作例如借助于DVD等进行高密度记录和再现的光学拾取设备，并且包括作为光源的半导体激光器LD以及设置在放置诸如DVD等的记录介质100的区域与半导体激光器LD之间的光学系统。半导体激光器LD是由根据前述各实施方式及其变形例的面发射激光器10至40中的任一者配置的。例如，在记录介质100的表面上形成尺寸为几μm的多个凹坑(突起)。光学系统设置在从半导体激光器LD到记录介质100的光路中，并且包括光栅(GRT)82、偏振分束器(PBS)83、准直透镜(CL)84、四分之一波长板(λ/4板)85和物镜(OL)86。光学系统还包括在由偏振分束器(PBS)83分离的光路上的诸如柱面透镜(CyL)87、光电二极管等的光接收装置(PD)88。
在光学设备71中，来自光源(半导体激光器LD)的光通过GRT 82、PBS 83、CL 84、λ/4板85和OL 86，聚焦在记录介质100上，并且由记录介质100的表面上的凹坑反射。反射的光通过OL 86、λ/4板85、CL 84、PBS 83和CL 87并进入PD 88，并读取凹坑信号、跟踪信号和聚焦信号。
以这种方式，在本实施方式的光学设备71中，根据前述各实施方式及其变形例的面发射激光器10至40中的任一者被用作半导体激光器LD，其因此允许半导体激光器LD以高输出或低功耗操作。
尽管已经参考实施方式给出了本公开的描述，但是本公开不限于前述各实施方式，并且可以对其进行各种修改。应注意，本文中描述的效果仅是说明性的。本公开的效果不限于本文中描述的那些。本公开可以包括除了本文中描述的那些之外的其他效果。
此外，例如，本公开可以具有以下配置。
(1)
一种面发射激光器，包括：
层叠体，具有有源层以及第一半导体层和第二半导体层，有源层介于第一半导体层与第二半导体层之间；
电流收缩区域，由杂质形成并且具有开口，杂质是从第二半导体层侧注入到层叠体中；以及
在第一半导体层一侧的第一DBR层以及在第二半导体层一侧的第二DBR层，层叠体在面对开口的位置处介于第一DBR层与第二DBR层之间，其中，
在开口处，靠近第一DBR层的开口直径大于靠近第二DBR层的开口直径。
(2)
根据(1)所述的面发射激光器，其中，在开口处，靠近第一DBR层的开口直径比靠近第二DBR层的开口直径大λ/n或更多。
(3)
根据(1)或(2)所述的面发射激光器，其中，
电流收缩区域包括第一杂质区域和第二杂质区域，第一杂质区域和第二杂质区域是同心环形的，并且深度和开口直径彼此不同，
第一杂质区域的深度深于第二杂质区域的深度，并且
第一杂质区域的开口直径大于第二杂质区域的开口直径。
(4)
根据(1)或(2)所述的面发射激光器，其中，
电流收缩区域是由多个杂质区域配置的，多个杂质区域是同心环形的，并且深度和开口直径彼此不同，并且
具有相对较深深度的杂质区域的开口直径大于具有相对较浅深度的杂质区域的开口直径。
(5)
根据(1)至(4)中任一项所述的面发射激光器，其中，开口的开口直径从第二DBR层侧朝向第一DBR层侧连续地或断续地增大。
(6)
根据(3)所述的面发射激光器，其中，形成第一杂质区域的杂质和形成第二杂质区域的杂质彼此不同。
(7)
根据(1)至(6)中任一项所述的面发射激光器，其中，
层叠体是由氮化物半导体配置的，并且
电流收缩区域包括氧、硼、氯、碳、氟、硼、铝、镍、铜、镁和铁中的一种或多种作为杂质。
(8)
根据(1)至(7)中任一项所述的面发射激光器，进一步包括：
光学透明电极，与层叠体的第二DBR层一侧的最外表面接触，其中，
光学透明电极与最外表面的至少面对第二DBR层的整个区域接触。
(9)
一种电子设备，包括：
作为光源的面发射激光器，
面发射激光器包括
层叠体，具有有源层以及第一半导体层和第二半导体层，有源层介于第一半导体层与第二半导体层之间，
电流收缩区域，由杂质形成并且具有开口，杂质是从第二半导体层侧注入到层叠体中，以及
在第一半导体层一侧的第一DBR层以及在第二半导体层一侧的第二DBR层，层叠体在面对开口的位置处介于第一DBR层与第二DBR层之间，其中，
在开口处，靠近第一DBR层的开口直径大于靠近第二DBR层的开口直径。
本申请要求于2016年7月20日提交的日本在先专利申请第2016-142154号以及于2018年8月8日提交的日本在先专利申请第2016-155728号的权益，这些申请的全部内容通过引证结合于此。
应当理解，取决于设计需求和其他因素，本领域技术人员可以想到各种修改、组合、子组合以及更改，只要它们在所附权利要求或者其等效物的范围内即可。

Claims (8)

1.一种面发射激光器，包括：
层叠体，具有有源层、第一半导体层、第二半导体层，所述有源层介于所述第一半导体层与所述第二半导体层之间；
电流收缩区域，由杂质形成并且具有开口，所述杂质是从所述第二半导体层侧注入到所述层叠体中；以及
在所述第一半导体层这一侧的第一DBR层以及在所述第二半导体层这一侧的第二DBR层，所述层叠体在面对所述开口的位置处介于所述第一DBR层与所述第二DBR层之间，其中，
在所述开口处，靠近所述第一DBR层的开口直径大于靠近所述第二DBR层的开口直径，
所述电流收缩区域包括第一杂质区域和第二杂质区域，其中，形成所述第一杂质区域的杂质和形成所述第二杂质区域的杂质彼此不同，易于深地注入所述层叠体中的杂质作为形成第一杂质区域的杂质，易于浅地注入所述层叠体中的杂质作为形成所述第二杂质区域的杂质。
2.根据权利要求1所述的面发射激光器，其中，在所述开口处，靠近所述第一DBR层的开口直径比靠近所述第二DBR层的开口直径大λ/n或更多，其中，λ表示振荡波长，并且n表示所述层叠体的折射率。
3.根据权利要求1所述的面发射激光器，其中，
所述第一杂质区域和所述第二杂质区域是同心环形的，并且所述第一杂质区域和所述第二杂质区域的深度和开口直径彼此不同，
所述第一杂质区域的深度深于所述第二杂质区域的深度，并且
所述第一杂质区域的开口直径大于所述第二杂质区域的开口直径。
4.根据权利要求1所述的面发射激光器，其中，
所述电流收缩区域是由多个杂质区域构造的，所述多个杂质区域是同心环形的，并且所述多个杂质区域的深度和开口直径彼此不同，并且
具有相对深的深度的所述杂质区域的开口直径大于具有相对浅的深度的所述杂质区域的开口直径。
5.根据权利要求1所述的面发射激光器，其中，所述开口的所述开口直径从所述第二DBR层这一侧朝向所述第一DBR层这一侧连续地或断续地增大。
6.根据权利要求1所述的面发射激光器，其中，
所述层叠体是由氮化物半导体构造的，并且
所述电流收缩区域包括以下各项中的一项或多项作为所述杂质：氧、硼、氯、碳、氟、硼、铝、镍、铜、镁、铁。
7.根据权利要求1所述的面发射激光器，进一步包括：
光学透明电极，与所述层叠体的所述第二DBR层这一侧的最外表面接触，其中，
所述光学透明电极与所述最外表面的至少面对所述第二DBR层的整个区域接触。
8.一种电子设备，包括：
作为光源的面发射激光器，
所述面发射激光器包括
层叠体，具有有源层、第一半导体层、第二半导体层，所述有源层介于所述第一半导体层与所述第二半导体层之间；
电流收缩区域，由杂质形成并且具有开口，所述杂质是从所述第二半导体层侧注入到所述层叠体中；以及
在所述第一半导体层这一侧的第一DBR层以及在所述第二半导体层这一侧的第二DBR层，所述层叠体在面对所述开口的位置处介于所述第一DBR层与所述第二DBR层之间，其中，
在所述开口处，靠近所述第一DBR层的开口直径大于靠近所述第二DBR层的开口直径，
所述电流收缩区域包括第一杂质区域和第二杂质区域，其中，形成所述第一杂质区域的杂质和形成所述第二杂质区域的杂质彼此不同，易于深地注入所述层叠体中的杂质作为形成第一杂质区域的杂质，易于浅地注入所述层叠体中的杂质作为形成所述第二杂质区域的杂质。
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