CN116802949A - 垂直腔面发射激光器件 - Google Patents

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仲山英次
林贤太郎
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Abstract

本发明解决了提供具有凹面镜型结构并展现出优异的偏振可控性的垂直腔面发射激光元件的问题。根据本技术的垂直腔面发射激光元件设置有第一光反射层、第二光反射层以及层叠体。该层叠体包括第一半导体层、第二半导体层和有源层，并且布置在第一光反射层和第二光反射层之间。所述层叠体具有用于限制电流并且形成电流集中的电流注入区域的电流限制结构。第一光反射层具有凹面镜，凹面镜在层叠体一侧上具有凹面并且在背对层叠体的一侧上具有凸面。当将从发射光的光轴方向观察到的电流注入区域的平面图形定义为第一图形并且将从光轴方向观察到的表示凹面镜离有源层的高度的等高线的平面图形定义为第二图形时，第一图形与第二图形不相似。

Description

垂直腔面发射激光器件
技术领域
本技术涉及在垂直于层表面的方向上发射激光的垂直腔面发射激光器件。
背景技术
垂直腔面发射激光(VCSEL)器件具有发光层夹在一对反射镜之间的结构。电流限制结构被设置在发光层附近，并且电流通过电流限制结构而集中在发光层中的部分区域(在下文中，电流注入区域)中以产生自发发射光。一对反射镜形成谐振器并且将自发发射光中预定波长的光朝向发光层反射，从而引起激光振荡。
近年来，已经报道了其中反射镜之一是凹面镜的VCSEL器件(见非专利文献1)。在这种结构中，在电流注入区域中形成被限制在横向方向(层表面方向)上的光场，并且可以通过谐振器的长度和凹面镜的曲率半径来控制光场的大小(见非专利文献2和3)。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：T.Hamaguchi et al.,Sci.Rep.,vol.8,no.1,pp.1-10,2018.
非专利文献2：T.Hamaguchi et al 2019Appl.Phys.Express 12044004
非专利文献3：T.Hamaguchi et al 2019Japanese Journal of Applied Physics58,SC0806(2019)
非专利文献4：T.Hamaguchi et al,Applied Physics Express 13,041002(2020)
非专利文献5：C.L.Chua et al,"Anisotropic apertures for polarization-stable laterally oxidized vertical-cavity lasers"Appl.Phys.Lett.73,1631(1998)
非专利文献6：M.Ortsiefer et al,"Submilliamp long-wavelength InP-basedvertical-cavity surface-emitting laser with stable linear polarisation"ELECTRONICS LETTERS22nd June 2000Vol.36No.13
发明内容
技术问题
此处，通常通过提供外部光学系统并且成形和调整发射的光来使用半导体激光器件(诸如，VCSEL器件)。此时，要使用的许多外部光学部件中在特定偏振方向上展现出效果。因此，期望半导体激光器件具有特定的偏振方向。
可以设想用于控制VCSEL器件的偏振方向的几种方法，但是提供一些不对称性是必要的。例如，可以设想将各向异性给予各种参数，诸如，(在一对反射镜之间的)空腔的结构(折射率分布)、增益以及损耗(包括反射率)。然而，每种方法在偏振选择性方面都具有优点和缺点，并且通常经常采用通过组合多种偏振控制方法来实现更强的偏振控制的方法。
偏振控制方法之一是形成VCSEL器件的晶体的平面取向。当从发光方向观看时，如果在晶体中存在不对称性，则在增益中产生空间不对称性，并且因此，也在发射的光中产生不对称性，在这种情况下就是特定偏振。例如，在氮化物VCSEL(GaN-VCSEL)器件的情况下，使用m面或者20-21面趋于使光在特定方向上偏振(见非专利文献4)。
然而，通常用于制作VCSEL器件的C平面缺乏不对称性，并且发射的光不能实现特定偏振并且根据VCSEL器件是随机的。偏振也可以通过使用接近C平面的平面(从C平面稍微倾斜几度的平面)来控制。然而，在与使用半极性平面的情况相比仅C平面偏移的情况下，偏振选择性弱并且偏移角的增加具有诸如在晶体生长期间在衬底表面上引起被称为聚束的波动的特定问题。这一点是使用C平面时的问题。对于使用C平面控制GaN-VCSEL器件中特定方向上的偏振，几乎没有报道。
另一种偏振控制方法的示例包括应力。向VCSEL器件施加应力使晶体变形并分裂带，使得可以实现特定方向上的偏振。作为又一种偏振控制方法，存在当从光轴方向观看时使空腔结构不对称以控制在对应于非对称性的特定方向上的偏振的方法。具体地，存在通过使限制结构在横向方向上不对称来执行偏振控制的示例。例如，在使用GaAs的情况下，通过在横向方向上氧化包含高浓度Al的层来实现横向方向上的限制结构，并且已知通过使其平面图形具有除正圆(perfect circle)之外的结构来控制偏振的尝试(见非专利文献5和6)。
上述现有方法利用单个组件实现了电流和光场的横向限制，并且通过使单个组件不对称来建立。同时，在近年来已经研究的凹面镜结构中，存在电流和光场由分开的结构控制的独特情况。因此，与过去不同，通过设计单个组件来使光和电流两者的横向限制不对称的方法不一定成立，并且需要通过更复杂的方法来提供光和电流的横向不对称。
鉴于上述情况，本技术的目的是提供具有凹面镜结构和优异的偏振可控性的垂直腔面发射激光器件。
问题的解决方案
为了实现上述目的，根据本技术的垂直腔面发射激光器件包括：第一光反射层；第二光反射层；以及层叠体。
第一光反射层反射特定波长的光。
第二光反射层反射该波长的光。
层叠体包括第一半导体层、第二半导体层和有源层，并且设置在第一光反射层和第二光反射层之间，第一半导体层由具有第一导电类型的半导体材料形成，第二半导体层由具有第二导电类型的半导体材料形成，有源层设置在第一半导体层和第二半导体层之间并且通过载流子复合而发光。
层叠体具有用于限制电流并且形成电流集中的电流注入区域的电流限制结构。
所述第一光反射层包括凹面镜，所述凹面镜在所述层叠体一侧具有凹面并且在与所述层叠体相对的一侧具有凸面。
第一图形和第二图形并不相似，第一图形是从发射光的光轴方向观看时电流注入区域的平面图形，第二图形是从光轴方向观看时等高线的平面图，等高线表示凹面镜距离有源层的高度。
为了实现上述目的，根据本技术的垂直腔面发射激光器件包括：第一光反射层；第二光反射层；以及层叠体。
第一光反射层反射特定波长的光。
第二光反射层反射该波长的光。
层叠体包括第一半导体层、第二半导体层和有源层，并且设置在第一光反射层和第二光反射层之间，第一半导体层由具有第一导电类型的半导体材料形成，第二半导体层由具有第二导电类型的半导体材料形成，有源层设置在第一半导体层和第二半导体层之间并且通过载流子复合而发光。
层叠体具有用于限制电流并且形成电流集中的电流注入区域的电流限制结构。
所述第一光反射层包括凹面镜，所述凹面镜在所述层叠体一侧具有凹面并且在与所述层叠体相对的一侧具有凸面。
第一图形的重心与第二图形的重心不一致，第一图形是从发射光的光轴方向观看时电流注入区域的平面图形，第二图形是从光轴方向观看时等高线的平面图形，等高线表示凹面镜距离有源层的高度。
为了实现上述目的，根据本技术的垂直腔面发射激光器件包括：第一光反射层；第二光反射层；以及层叠体。
第一光反射层反射特定波长的光。
第二光反射层反射该波长的光。
层叠体包括第一半导体层、第二半导体层和有源层，并且设置在第一光反射层和第二光反射层之间，第一半导体层由具有第一导电类型的半导体材料形成，第二半导体层由具有第二导电类型的半导体材料形成，有源层设置在第一半导体层和第二半导体层之间并且通过载流子复合而发光。
层叠体具有用于限制电流并且形成电流集中的电流注入区域的电流限制结构。
所述第一光反射层包括凹面镜，所述凹面镜在所述层叠体一侧具有凹面并且在与所述层叠体相对的一侧具有凸面。
第一图形和第二图形均不是正圆但是相似，第一图形为从发射光的光轴方向观看时电流注入区域的平面图形，第二图形是从光轴方向观看时表示凹面镜距有源层的高度的等高线的平面图形。
所述第一图形可以是包含圆、椭圆、矩形或它们中的至少两者的组合的闭合图形，并且
所述第二图形可以是包含圆、椭圆、矩形或它们中的至少两者的组合的闭合图形，并且是与所述第一图形不相似的图形。
在垂直于光轴方向的平面内，第一图形的重心与第二图形的重心之间的距离可以是0.03μm以上。
所述第一图形可以是包含圆、椭圆、矩形或它们中的至少两者的组合的闭合图形，并且
第二图形可以是包含圆、椭圆、矩形或它们中的至少两者的组合的闭合图，并且是与第一图形相似的图。
第一图形的重心和第二图形的重心可以一致。
电流限制结构可以具有非离子注入区域和离子注入区域，在非离子注入区域中离子未注入到层叠体中，离子注入区域被设置在非离子注入区域周围，在离子注入区域中离子被注入到层叠体中，电流注入区域是非离子注入区域。
第一半导体层和第二半导体层可由GaN形成。
第一半导体层可以包括C平面GaN衬底。
离子可以是硼离子。
电流限制结构可以具有其中隧道结形成在层叠体中的隧道结区域和设置在隧道结区域周围的非隧道结区域，在非隧道结区域中未形成隧道结，以及
电流注入区域可以是隧道结区域。
隧道结区域可以由埋入隧道结形成。
所述隧道结区域可由未注入离子的隧道结层形成，并且
所述非隧道结区域可以由注入了离子的隧道结层形成。
第一半导体层和第二半导体层可由InP形成。
电流限制结构可具有其中半导体材料在层叠体中未被氧化的非氧化区域以及设置在非氧化区域周围的氧化区域，在氧化区域中半导体材料被氧化，
电流注入区域可以是非氧化区域。
第一半导体层和第二半导体层可由GaAs形成。
第一半导体层可具有在有源层一侧的第一表面以及在与有源层相对的一侧的第二表面，形成凸曲面的基部设置在第二表面上，并且
第一光反射层可以是设置在第二表面上的多层光反射膜，作为多层光反射膜的第一光反射层中的形成并设置在形成凹面镜的基部上的部分形成凹面镜。
垂直腔面发射激光器件可进一步包括：衬底，具有在有源层一侧的第一表面和在与有源层相对的一侧的第二表面，形成凸曲面的基部设置在第二表面上；
所述第一光反射层为设置于所述第二表面上的多层光反射膜，作为多层光反射膜的所述第一光反射层中的设置于所述基部上的部分形成所述凹面镜。
凹面镜可以在有源层一侧具有凹面，并且凹面具有1000μm或更小的曲率半径。
附图说明
图1是根据本技术的第一实施方式的VCSEL器件的截面视图。
图2是VCSEL器件的部分配置的分解截面视图。
图3是示出VCSEL器件的电流注入区域和绝缘区域的示意图。
图4是示出VCSEL器件的电流注入区域与凹面镜之间的位置关系的示意图。
图5是示出VCSEL器件的操作的示意图。
图6是示出包括在VCSEL器件中的凹面镜的等高线的示意图。
图7是示出包括在VCSEL器件中的凹面镜的等高线的平面图形的示意图。
图8是示出VCSEL器件的电流注入区域的平面图形的示意图。
图9是示出包括在VCSEL器件中的凹面镜的等高线的平面图形与电流注入区域的平面图形之间的关系的示意图。
图10是示出包括在VCSEL器件中的凹面镜的等高线的平面图形与电流注入区域的平面图形之间的关系的示意图。
图11是示出包括在VCSEL器件中的凹面镜的等高线的平面图形与电流注入区域的平面图形之间的关系的示意图。
图12是示出包括在VCSEL器件中的凹面镜的等高线的平面图形与电流注入区域的平面图形之间的关系的示意图。
图13是示出包括在VCSEL器件中的凹面镜的等高线的平面图形与电流注入区域的平面图形之间的关系的示意图。
图14是示出包括在VCSEL器件中的凹面镜的等高线的平面图形与电流注入区域的平面图形之间的关系的示意图。
图15是示出包括在VCSEL器件中的凹面镜的等高线的平面图形与电流注入区域的平面图形之间的关系的示意图。
图16是示出包括在VCSEL器件中的凹面镜的等高线的平面图形与电流注入区域的平面图形之间的关系的示意图。
图17是示出包括在VCSEL器件中的凹面镜的等高线的平面图形与电流注入区域的平面图形之间的关系的示意图。
图18是示出包括在VCSEL器件中的凹面镜的等高线的平面图形与电流注入区域的平面图形之间的关系的示意图。
图19是示出包括在VCSEL器件中的凹面镜的等高线的平面图形与电流注入区域的平面图形之间的关系的示意图。
图20是示出包括在VCSEL器件中的凹面镜的等高线的平面图形与电流注入区域的平面图形之间的关系的示意图。
图21是示出包括在VCSEL器件中的凹面镜的等高线的平面图形与电流注入区域的平面图形之间的关系的示意图。
图22是示出包括在VCSEL器件中的凹面镜的等高线的平面图形与电流注入区域的平面图形之间的关系的示意图。
图23是示出包括在VCSEL器件中的凹面镜的等高线的平面图形与电流注入区域的平面图形之间的关系的示意图。
图24是示出VCSEL器件的制作方法的示意图。
图25是示出VCSEL器件的制作方法的示意图。
图26是示出VCSEL器件的制作方法的示意图。
图27是根据本技术的第二实施方式的VCSEL器件的截面视图。
图28是示出VCSEL器件的电流注入区域和绝缘区域的示意图。
图29是示出VCSEL器件的电流注入区域与凹面镜之间的位置关系的示意图。
图30是示出包括在VCSEL器件中的凹面镜的等高线的示意图。
图31是根据本技术的第二实施方式的具有另一种配置的VCSEL器件的截面图。
图32是示出VCSEL器件的电流注入区域与凹面镜之间的位置关系的示意图。
图33是根据本技术的第三实施方式的VCSEL器件的截面视图。
图34是示出VCSEL器件的电流注入区域和绝缘区域的示意图。
图35是示出VCSEL器件的电流注入区域与凹面镜之间的位置关系的示意图。
图36是示出包括在VCSEL器件中的凹面镜的等高线的示意图。
具体实施方式
(第一实施方式)
将描述根据本技术的第一实施方式的VCSEL(垂直腔面发射激光)器件。在本公开的附图中，从VCSEL器件发射的光的光轴方向被限定为Z方向，与Z方向正交的方向被限定为X方向，并且与Z方向和X方向正交的方向被限定为Y方向。
[VCSEL器件的结构]
图1是根据该实施方式的VCSEL器件100的截面视图，并且图2是示出VCSEL器件100的分解部分配置的示意图。如这些图所示，VCSEL器件100包括第一半导体层101、第二半导体层102、有源层103、第一光反射层104、第二光反射层105、第一电极106和第二电极107。其中，第一半导体层101、第二半导体层102和有源层103统称为层叠体150。
这些层中的每一层都具有沿X-Y平面的层表面方向，并且第一电极106、第一光反射层104、第一半导体层101、有源层103、第二半导体层102、第二电极107和第二光反射层105按此顺序层叠。因此，层叠体150布置在第一光反射层104和第二光反射层105之间。
第一半导体层101是由具有第一导电类型的半导体形成并将载流子输送到有源层103的层。第一导电类型可以是n型，并且第一半导体层101可以包括例如C平面n-GaNa衬底。图2是示出第一半导体层101和第一光反射层104彼此分开的图。如图所示，第一半导体层101具有位于有源层103一侧的第一表面101a和位于有源层103相对一侧的第二表面101b。
基部101c设置在第一半导体层101的第二表面101b侧。基部101c是第二表面101b中的以凸曲面形状突出的部分，例如具有球面透镜形状。此外，基部101c的形状不限于球面透镜形状，只要第二表面101b是凸曲面即可。
第二半导体层102是由具有第二导电类型的半导体形成并且将载流子输送到有源层103的层。第二导电类型可以是P型，并且第二半导体层102可以由例如p-GaN形成。
有源层103是设置在第一半导体层101和第二半导体层102之间并且通过载流子复合而发光的层。有源层103具有多量子阱结构，在多量子阱结构中量子阱层和势垒层交替层叠以获得多个层，量子阱层可以由例如In0.16Ga0.84N形成，并且势垒层可以由例如In0.04Ga0.96N形成。此外，有源层103仅需要是通过载流子复合而发光的层而不需要是多量子阱结构。
第一光反射层104反射特定波长的光(在下文中，波长λ)并且使除该波长以外的波长的光透射通过。波长λ例如为445nm。如图1所示，第一光反射层104可以是包括多层光反射膜的DBR(分布式布拉格反射器)，在该多层光反射膜中，光学膜厚度为λ/4的高折射率层104a和光学膜厚度为λ/4的低折射率层104b交替层叠以获得多个层。第一光反射层104可以是由半导体材料形成的半导体DBR，或者可以是由电介质材料形成的电介质DBR。
第一光反射层104包括凹面镜104c。第一光反射层104层叠在第一半导体层101的第二表面101b上，以具有一定的厚度。如图2所示，层叠体150侧的第一光反射层104的表面根据设置在第二表面101b上的基部101c的形状而形成凹面104d，并且与层叠体150相对的表面形成凸面104e。结果，第一光反射层104形成凹面镜104c。凹面镜104c的直径D(见图2)适合为2000μm或更小，凹面104d的曲率半径(ROC)适合为1000μm或更小，并且表面精度(RMS：均方根)适合为1.0nm或更小。凹面104d的曲率半径更适合为100μm或更小。
第二光反射层105反射波长为λ的光，并且使该波长以外的波长的光透射通过。如图1所示，第二光反射层105可以是包括多层光反射膜的DBR(分布式布拉格反射器)，在该多层光反射膜中，光学膜厚度为λ/4的高折射率层105a和低折射率层105b交替层叠以获得多个层。第二光反射层105可以是由半导体材料形成的半导体DBR，或者可以是由电介质材料形成的电介质DBR。
第一电极106被设置在第一光反射层104上的凹面镜104c周围并且用作VCSEL器件100的一个电极。第一电极106可以包括例如由Au、Ni、Ti等形成的单层金属膜，或者由Ti/Au、Ag/Pd、Ni/Au/Pt等形成的多层金属膜。
第二电极107被布置在第二半导体层102与第二光反射层105之间，并且用作VCSEL器件100的另一个电极。第二电极107可以由诸如ITO(氧化铟锡)、IZO(氧化铟锌)和AlMgZnO的透明导电材料形成。
在VCSEL器件100中，电流限制结构形成在层叠体150中。图3是示出电流限制结构的示意图。如图所示，电流限制结构具有电流注入区域121和绝缘区域122(虚线区域)。电流注入区域121是未注入离子的区域(非离子注入区域)，并且是具有导电性的区域。绝缘区域122是在层表面方向(X-Y方向)上围绕电流注入区域121的区域，并且是通过将离子注入到形成层叠体150的半导体材料中而绝缘的区域(离子注入区域)。待注入绝缘区域122的离子可以是B(硼)离子。此外，代替B离子，可以使用能够使半导体材料绝缘的离子，诸如O(氧)离子和H(氢)离子。
流过VCSEL器件100的电流不能通过绝缘区域122并且集中在电流注入区域121中。即，由电流注入区域121和绝缘区域122形成电流限制结构。注意，绝缘区域122不需要设置在所有的第一半导体层101、有源层103和第二半导体层102中，而是仅需要设置在这些层中的至少一层中。
图4是示出电流注入区域121与凹面镜104c之间的位置关系的示意图。图4的部分(a)是从VCSEL器件100发射的激光的光轴方向(Z方向)观看时电流注入区域121和凹面镜104c的示图，并且图4的部分(b)是VCSEL器件100的示意性截面图。如图4的部分(a)中所示，当从Z方向观看时，凹面镜104c形成为包括电流注入区域121。此外，凹面镜104c形成为凹面形状，用于在电流注入区域121中收集从有源层103一侧进入的光。
要注意的是，在从图4的部分(a)中所示的激光的光轴方向(Z方向)观看时，电流注入区域121的平面图形是电流注入区域121在层表面方向(X-Y方向)上具有最小直径的一部分的平面图形，如图4的部分(b)中所示。由于电流注入区域121的直径随着远离第二半导体层102与第二电极107之间的界面而增大，因此电流注入区域121的平面形状为同一界面处的电流注入区域121的形状。
[VCSEL器件的操作]
将描述VCSEL器件100的操作。图5是示出VCSEL器件100的操作的示意图。当在第一电极106和第二电极107之间施加电压时，电流在第一电极106和第二电极107之间流动。电流由电流限制结构限制并且被注入到电流注入区域121，如图5中的箭头C所示。
该注入的电流在有源层103的电流注入区域121附近引起自发发射光F。自发发射光F在VCSEL器件100的层叠方向(Z方向)上行进并且被第一光反射层104和第二光反射层105反射。
由于第一光反射层104和第二光反射层105被配置为反射具有振荡波长为λ的光，所以具有振荡波长λ的自发发射光的分量在第一光反射层104与第二光反射层105之间形成驻波并且被有源层103放大。当注入的电流超过阈值时，形成驻波的光引起激光振荡。由此产生的激光L透射通过第二光反射层105，并且以Z方向作为光轴方向从VCSEL器件100发射。
在此，在VCSEL器件100中，凹面镜104c设置在第一光反射层104中。因此，已经进入第一光反射层104的光在根据凹面镜104c的形状的方向上被反射并且被收集在电流注入区域121中。因此，激光L的光场由凹面镜104c控制。进一步，流过VCSEL器件100的电流由如上所述的电流注入区域121来控制。即，在VCSEL器件100中，光场和电流由分开的结构控制。
[关于凹面镜的等高线和电流注入区域的平面图形]
将描述凹面镜104c的等高线和电流注入区域121的平面图形。应注意，在以下描述中，“平面图形”是指当从激光L的光轴方向(Z方向)观看时的等高线的形状和电流注入区域121的形状。
<关于凹面镜的等高线>
图6是示出凹面镜104c的等高线的示意图。图6的部分(a)是示出凹面镜104c的等高线T的平面图形的平面图，并且图6的部分(b)是VCSEL器件100的部分示意性截面图。如图6的部分(b)中所示，第一半导体层101与有源层103之间的界面被定义为基准面S。等高线T用线表示凹面104d距基准表面S的高度H。
<关于凹面镜的等高线的平面图形>
图7是示出VCSEL器件100的等高线T的平面图形示例的示意图。图7的部分(a)是示出等高线T的平面图形的平面图，并且图7的部分(b)是VCSEL器件100的示意性截面图。
如图所示，在等高线T的平面图形是椭圆的情况下，凹面镜104c的实质曲率在偏振方向是椭圆的纵向(X方向)的偏振(在下文中，纵向偏振)和偏振方向是椭圆的横向(Y方向)的偏振(在下文中，横向偏振)之间不同。这是因为偏振对被定向成与偏振方向一致的凹面镜104c的曲率敏感。为此，对应偏振的有效谐振器长度(第一光反射层104和第二光反射层105之间的距离)不同，并且纵向偏振和横向偏振之间的谐振波长不同。
因此，纵向偏振与横向偏振之间的波长重叠变弱，并且纵向偏振和横向偏振变得稳定。这是因为当纵向偏振和横向偏振的波长相同时，在它们之间容易交换能量，而当它们的波长彼此不同时难以交换能量。结果，在等高线T的平面图形为椭圆的情况下，与平面图形为正圆的情况相比，偏振的可控性得到提高。
需要注意的是，等高线T的平面图形不限于椭圆，并且也可以是包含圆、椭圆、矩形或其中的至少两者的组合的闭合图形，如后所述。其中，当等高线T的平面图形为正圆以外的形状时，可以根据上述原理提高偏振的可控性。
<关于电流注入区域的平面图形>
图8是示出VCSEL器件100的电流注入区域121的平面图形的另一示例的示意图。图8的部分(a)是示出电流注入区域121的平面图形的平面图，并且图8的部分(b)是VCSEL器件100的示意性截面图。
如图所示，在电流注入区域121的平面图形是椭圆的情况下，从第二电极107注入到电流注入区域121的中心部分的电流增大。由于第二电极107具有一定的薄膜电阻，所以电流趋于流入电流注入区域121的外围部分。这是因为在电流注入区域121的平面图形是椭圆的情况下，与平面图形是正圆的情况相比，电流注入区域121在横向方向(X方向)上的外围边缘接近中心部分。
当要注入到电流注入区域121的中心部分的电流增加时，基本横模容易稳定。基本横模是在激光L的光束分布(照射光斑形状)中，光量在中心部分最大、并且光量沿着外围部分逐渐减小的分布。注意，电流注入区域121的平面图形不限于椭圆，并且可以是包含圆、椭圆、矩形或它们中的至少两者的组合的闭合图形，如下所述。其中，在电流注入区域121的平面图形是除了正圆之外的形状的情况下，根据上述原理可以容易地稳定基本横模。
[关于凹面镜与电流注入区域之间的关系]
在VCSEL器件100中，电流注入区域121的平面图形(第一图形)和凹面反射镜104c的等高线T的平面图形(第二图形)具有以下关系中的一种。图9至图23分别是示出电流注入区域121的平面图形和等高线T的平面图形的示例的示意图。在每个图中，部分(a)是示出等高线T和电流注入区域121的平面图形的平面图，并且部分(b)是VCSEL器件100的示意性截面图。
<1.不相似>
电流注入区域121的平面图形和等高线T的平面图形可以是不相似的。具体地，电流注入区域121的平面图形可以是包含圆、椭圆、矩形或它们中的至少两者的组合的闭合图形。等高线T的平面图形可以是包括圆、椭圆、矩形或它们中的至少两个的组合的闭合图形，并且是与电流注入区域121的平面图形不相似的图形。电流注入区域121的平面图形或等高线T的平面图形中的任一个可以是正圆。此外，电流注入区域121的平面图形的重心与等高线T的平面图形的重心可以一致。下面将描述在电流注入区域121的平面图形和等高线T的平面图形不相似的情况下电流注入区域121的平面图形和等高线T的平面图形的具体示例。
如图9所示，电流注入区域121的平面图形可以是正圆，并且等高线T的平面图形可以是以X方向为纵向方向的椭圆。电流注入区域121的平面图形的重心与等高线T的平面图形的重心一致。电流注入区域121的平面图形可以是例如直径为5μm的正圆，并且等高线T的平面图形可以是例如纵向直径与横向直径之比为5：2的椭圆。
此外，如图10所示，电流注入区域121的平面图形可以是以X方向为纵向方向的具有圆角的矩形，并且等高线T的平面图形可以是以X方向为纵向方向的椭圆。电流注入区域121的平面图形的重心与等高线T的平面图形的重心一致。电流注入区域121的平面图形可以是例如长边为5μm和短边为3μm的具有圆角的矩形，等高线T的平面图形可以是例如纵向直径与横向直径之比为5：2的椭圆。
此外，如图11所示，电流注入区域121的平面图形可以是以X方向为纵向方向的具有半圆形端部的矩形，并且等高线T的平面图形可以是以X方向为纵向方向的椭圆。电流注入区域121的平面图形的重心与等高线T的平面图形的重心一致。电流注入区域121的平面图形可以是例如纵向宽度为5μm和横向宽度为2μm的形状，并且等高线T的平面图形可以是例如纵向直径与横向直径之比为5：2的椭圆。
此外，如图12所示，电流注入区域121的平面图形可以是以X方向与Y方向之间的方向为纵向方向的具有半圆形端部的矩形，并且等高线T的平面图形可以是以X方向为纵向方向的椭圆。电流注入区域121的平面图形的重心与等高线T的平面图形的重心一致。电流注入区域121的平面图形可以是例如纵向宽度为5μm和横向宽度为2μm的形状，并且等高线T的平面图形可以是例如纵向直径与横向直径之比为5：2的椭圆。
此外，如图13所示，电流注入区域121的平面图形可以是具有圆角的三角形，并且等高线T的平面图形可以是以X方向为纵向方向的椭圆。电流注入区域121的平面图形的重心与等高线T的平面图形的重心一致。电流注入区域121的平面图形可以是例如边长为5μm的具有圆角的三角形，并且等高线T的平面图形可以是例如纵向直径与横向直径之比为5：2的椭圆。
此外，如图14所示，电流注入区域121的平面图形可以是通过组合具有圆角的矩形和椭圆而获得的形状，并且等高线T的平面图形可以是以X方向为纵向方向的椭圆。电流注入区域121的平面图形的重心与等高线T的平面图形的重心一致。电流注入区域121的平面图形例如可以是长边为5μm和短边为3μm的形状，并且等高线T的平面图形例如可以是纵向直径与横向直径之比为5：2的椭圆。
此外，如图15所示，电流注入区域121的平面图形可以是通过组合具有圆角的两个矩形而获得的形状，并且等高线T的平面图形可以是以X方向为纵向方向的椭圆。电流注入区域121的平面图形的重心与等高线T的平面图形的重心一致。电流注入区域121的平面图形例如可以是长边为5μm和短边为3μm的形状，并且等高线T的平面图形例如可以是纵向直径与横向直径之比为5：2的椭圆。
此外，如图16所示，电流注入区域121的平面图形可以是以Y方向为纵向方向的椭圆，并且等高线T的平面图形可以是正圆。电流注入区域121的平面图形的重心与等高线T的平面图形的重心一致。电流注入区域121的平面图形可以是例如纵向宽度为5μm和横向宽度为3μm的椭圆。
如图9至图16所示，电流注入区域121的平面图形和等高线T的平面图形可以不相似。电流注入区域121的平面图形和等高线T的平面图形均不限于上述的平面图形，并且仅需要是包括圆、椭圆、矩形或它们中的至少两者的组合的闭合图形且不相似即可。
在电流注入区域121的平面图形和等高线T的平面图形不相似的情况下，具有特定偏振方向的偏振增益得到提高。这是因为凹面镜104c的实质曲率根据偏振方向而不同，并且电流注入区域121中注入电流大的区域的通过程度不同，使得从注入电流接收的增益根据偏振方向而不同。这稳定了以特定方向作为偏振方向的偏振，并且因此，可以提高VCSEL器件100的偏振的可控性。
<2.相似且非正圆>
电流注入区域121的平面图形和等高线T的平面图形可以是相似的并且是非正圆。具体地，电流注入区域121的平面图形可以是包含圆、椭圆、矩形或它们中的至少两者的组合的闭合图形，并且可以是非正圆。等高线T的平面图形可以是包括圆、椭圆、矩形或它们中的至少两个的组合的闭合图形，是非正圆、并且是与电流注入区域121的平面图形相似的图形。此外，电流注入区域121的平面图形的重心与等高线T的平面图形的重心可以一致。将描述在电流注入区域121的平面图形和等高线T的平面图形相似且为非正圆的情况下电流注入区域121的平面图形和等高线T的平面图形的具体示例。
如图17所示，电流注入区域121的平面图形可以是以X方向为纵向方向的椭圆，并且等高线T的平面图形可以是与电流注入区域121的平面图形相似的椭圆。电流注入区域121的平面图形的重心与等高线T的平面图形的重心一致。电流注入区域121的平面图形可以是例如纵向直径为5μm和横向直径为2μm的椭圆，并且等高线T的平面图形可以是例如纵向直径与横向直径之比为5：2的椭圆。
此外，如图18所示，电流注入区域121的平面图可以是以X方向为纵向方向的具有半圆形端部的矩形，并且等高线T的平面图形可以是与电流注入区域121的平面图形相似、具有半圆形端部的矩形。电流注入区域121的平面图形的重心与等高线T的平面图形的重心一致。电流注入区域121的平面图形可以是例如纵向宽度为5μm和横向宽度为2μm的形状，并且等高线T的平面图形可以是例如纵向宽度与横向宽度之比为5：2的形状。
此外，如图19所示，电流注入区域121的平面图形可以是具有圆角的三角形，并且等高线T的平面图形可以是与电流注入区域121的平面图形相似的具有圆角的三角形。电流注入区域121的平面图形的重心与等高线T的平面图形的重心一致。例如，电流注入区域121的平面图形可以是边长为5μm的具有圆角的三角形。
如图17至图19所示，电流注入区域121的平面图形和等高线T的平面图形可以是相似的并且是非正圆。电流注入区域121的平面图形和等高线T的平面图形均不限于上述的平面图形，并且仅需要是包含圆、椭圆、矩形或它们中的至少两者的组合的闭合图形、是非正圆且相似即可。
在等高线T的平面图形是非正圆的情况下，因为凹面镜104c的实质曲率根据偏振方向而不同，所以对于在各个偏振方向上偏振的有效谐振器长度不同，并且在各个偏振之间的谐振波长不同。因此，各个偏振之间的波长重叠变弱，并且各个偏振变得稳定。
此外，在电流注入区域121的平面图形为非正圆的情况下，由于电流注入区域121的外围边缘接近中心部分，所以待从第二电极107注入到电流注入区域121的中心部分的电流增加，并且基本横模变得更容易稳定。这里，在等高线T的平面图形和电流注入区域121的平面图形相似的情况下，由于上述提高偏振稳定性的效果和提高基本横模的稳定性的效果叠加，因此可以提高VCSEL器件100的偏振可控性。
<3.重心不同>
电流注入区域121的平面图形的重心和等高线T的平面图形的重心可彼此不同。具体地，电流注入区域121的平面图形可以是包含圆、椭圆、矩形或它们中的至少两者的组合的闭合图形。等高线T的平面图形可以是包含圆、椭圆、矩形或它们中的至少两者的组合的闭合图形，并且其重心可以不同于电流注入区域121的平面图形的重心。在垂直于光轴方向(Z方向)的平面(X-Y平面)中，电流注入区域121的平面图形的重心与等高线T的平面图形的重心之间的距离适合为0.03μm以上。电流注入区域121的平面图形和等高线T的平面图形可以相似，但不必需要相似。下面将描述在电流注入区域121的平面图形的重心与等高线T的平面图形的重心彼此不同的情况下电流注入区域121的平面图形和等高线T的平面图形的具体示例。
如图20所示，电流注入区域121的平面图形可以是正圆，并且等高线T的平面图形也可以是正圆。电流注入区域121的平面图形的重心P1和等高线T的平面图形的重心P2在Y方向上彼此不同。电流注入区域121的平面图形可以是例如直径为4μm的正圆。重心P1与重心P2之间的距离(在Y方向上)可以是例如0.5μm。
此外，如图21所示，电流注入区域121的平面图形可以是以X方向为纵向方向的椭圆，并且等高线T的平面图形可以是以X方向为纵向方向的椭圆。电流注入区域121的平面图形的重心P1和等高线T的平面图形的重心P2在其纵向方向(X方向)上彼此不同。电流注入区域121的平面图形可以是例如纵向直径为8μm且横向直径为4μm的椭圆，并且等高线T的平面图形可以是例如纵向直径与横向直径之比为5：2的椭圆。重心P1与重心P2(在X方向上)之间的距离可以是例如0.5μm。
此外，如图22所示，电流注入区域121的平面图形可以是以X方向为纵向方向的椭圆，并且等高线T的平面图形可以是以X方向为纵向方向的椭圆。电流注入区域121的平面图形的重心P1和等高线T的平面图形的重心P2在它们的横向方向(Y方向)上彼此不同。电流注入区域121的平面图形可以是例如纵向直径为8μm且横向直径为4μm的椭圆，并且等高线T的平面图形可以是例如纵向直径与横向直径之比为5：2的椭圆。重心P1与重心P2之间的距离(在Y方向上)可以是例如0.5μm。
此外，如图23所示，电流注入区域121的平面图形可以是以X方向为纵向方向的椭圆，并且等高线T的平面图形可以是正圆。电流注入区域121的平面图形的重心P1和等高线T的平面图形的重心P2在电流注入区域121的纵向方向(X方向)和横向方向(Y方向)上彼此不同。电流注入区域121的平面图形可以是例如直径为4μm的正圆，并且等高线T的平面图形可以是例如纵向直径与横向直径之比为5：2的椭圆。重心P1与重心P2(X-Y方向)之间的距离可以是例如0.5μm。
如图20至图23所示，电流注入区域121的平面图形的重心与等高线T的平面图形的重心可以彼此不同。电流注入区域121的平面图形和等高线T的平面图形不限于上述的平面图形，并且仅需要是包含圆、椭圆、矩形或它们中的至少两者的组合的闭合图形即可。
在电流注入区域121的平面图形和等高线T的平面图形的重心彼此不同的情况下，具有特定偏振方向的偏振增益得到提高。这是因为，当平面图形的重心不同时，电流注入区域121中注入电流大的区域的通过程度根据偏振方向而不同，使得从注入电流接收的增益根据偏振方向而不同。这稳定了以特定方向作为偏振方向的偏振，并且因此，可以提高VCSEL器件100的偏振的可控性。
[VCSEL器件的效果]
如上所述，在VCSEL器件100中，当电流注入区域121的平面图形和等高线T的平面图形具有上述关系中的一种关系时，相对于光和电流提供了横向方向(X-Y方向)上的不对称性，并且可以提高VCSEL器件100的偏振的可控性。因为VCSEL器件100不使用晶体的不对称性进行偏振控制，所以也可以使用其中晶体不具有不对称性的衬底(C平面衬底等)来制备VCSEL器件100。
[VCSEL器件的制作方法]
将描述制作VCSEL器件100的方法。图24至图26各自是示出VCSEL器件100的制作方法的示意图。首先，如图24所示，制备层叠体150。层叠体150可以通过将有源层103和第二半导体层102层叠在第一半导体层101(衬底)上来制备。可以通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法等来层叠有源层103和第二半导体层102。
随后，如图25所示，形成绝缘区域122。可以通过从第二半导体层102一侧将离子注入到层叠体150中来形成绝缘区域122。此时，通过用掩模覆盖第二半导体层102的部分区域，可以形成作为未注入离子的区域的电流注入区域121。
随后，如图26所示，在第一半导体层101的第二表面101b上形成基部101c。具体地，在对第二表面101b进行抛光之后，在第二表面101b上形成图案化的抗蚀剂层，并且对抗蚀剂层进行加热和回流以获得抗蚀剂图案。抗蚀剂图案具有与基部101c相同的形状(或相似形状)。随后，对抗蚀剂图案和第二表面101b进行蚀刻，从而能够形成基部101c。该蚀刻可以是例如反应离子蚀刻(RIE)。
随后，形成第一光反射层104、第二光反射层105、第一电极106和第二电极107，并且因此可以制备图1中所示的VCSEL器件100。这些层中的每一层都可以通过溅射方法、真空沉积方法等形成。当层叠第一半导体层101的第一光反射层104时，由于基部101c设置在第二表面101b上，因此形成凹面镜104c。
VCSEL器件100可以用这种方式制作。注意，VCSEL器件100的制作方法不限于这里示出的方法，并且VCSEL器件100可以通过另一制作方法制作。
[VCSEL器件的另一种配置]
虽然在以上描述中，第一半导体层101与有源层103之间的界面被定义为基准面S，并且凹面镜104c的等高线T是表示凹面104d距离基准面S的高度的线(见图6)，但是表示凸面104e距离基准面S的高度的线也可以用作等高线T。此外，基准面S可以是第二电极107与第二光反射层105之间的界面，而不是第一半导体层101与有源层103之间的界面。
此外，尽管凹面镜104c已经层叠在设置于第一半导体层101上的基部101c上以具有凹面镜形状，但是本技术不限于此。具有类似于基部101c的形状且由介电材料、合成树脂等形成的结构可以设置在第一半导体层101的第二表面101b(见图2)上，并且凹面镜104c可通过该结构形成在第一光反射层104上。
此外，虽然第一半导体层101由n型半导体材料形成并且第二半导体层102由p型半导体材料形成，但是第一半导体层101可以由p型半导体材料形成并且第二半导体层102可以由n型半导体材料形成。进一步，VCSEL器件100可以具有能够实现上述VCSEL器件100的操作的另一配置，而不是上述配置。
(第二实施方式)
将描述根据本技术的第二实施方式的VCSEL(垂直腔面发射激光)器件。根据本实施方式的VCSEL器件与根据第一实施方式的VCSEL器件的不同之处主要在于电流限制结构。
[VCSEL器件的结构]
图27是根据这个实施方式的VCSEL器件200的截面视图。如图所示，VCSEL器件200包括衬底201、第一半导体层202、第二半导体层203、第三半导体层204、有源层205、隧道结层206、第一光反射层207、第二光反射层208、第一电极209、第二电极210和绝缘膜211。其中，将第一半导体层202、第二半导体层203、第三半导体层204、有源层205和隧道结层206统称为层叠体250。
这些层中的每一层都具有沿X-Y平面的层表面方向，并且第一光反射层207、衬底201、第一半导体层202、有源层205、第二半导体层203、第三半导体层204和第二光反射层208按此顺序层叠。因此，层叠体250设置在第一光反射层207和第二光反射层208之间。
衬底201支撑VCSEL器件200的每个层。衬底201可以是例如(101)-面半绝缘InP衬底。如图27所示，衬底201具有位于有源层205一侧的第一表面201a和位于有源层205相对侧的第二表面201b。基部201c设置在衬底201的第二表面101b一侧。基部201c是第二表面201b的以凸曲面形状突出的部分，并且具有例如球面透镜形状。此外，只要第二表面201b是凸曲面，基部201c的形状就不限于球面透镜形状。
第一半导体层202是由具有第一导电类型的半导体形成并且将载流子输送到有源层205的层。第一导电类型可以是n型，并且第一半导体层202可以是由例如n-InP形成的层。第二半导体层203是由具有第二导电类型的半导体形成并将载流子输送到有源层205的层。第二导电类型可以是P型，并且第二半导体层203可以是由例如p-InP形成的层。第三半导体层204是由具有第一导电类型的半导体形成并且将载流子输送到隧道结层206的层。第三半导体层204可以是由例如n-InP形成的层。
有源层205是布置在第一半导体层202和第二半导体层203之间并且通过载流子复合而发光的层。有源层205具有多量子阱结构，在该结构中量子阱层和势垒层交替层叠以获得多个层，量子阱层可以由例如InGaAsP形成，并且势垒层可以由例如具有与量子阱层的组成不同的组成的InGaAsP形成。此外，有源层205仅需要是通过载流子复合而发光的层，而不需要是多量子阱结构。
隧道结层206形成埋入隧道结。隧道结层206布置在第二半导体层203的中心部分与第三半导体层204的中心部分之间。隧道结层206包括在第二半导体层203一侧的第一层206a和在第三半导体层204一侧的第二层206b。第一层206a是具有高杂质浓度的第二导电类型的层，并且可以是例如由p+-AlInGaAs形成的层。第二层206b是具有高杂质浓度的第一导电类型的层，并且可以是例如n+-InP。
如图27所示，去除有源层205、第二半导体层203和第三半导体层204的外围部分，以形成台面(平台结构)M。隧道结层206被布置为当从Z方向观察时位于台面M的中心部分中。
第一光反射层207反射特定波长(在下文中，波长λ)的光，并且使该波长以外的波长的光透射通过。波长λ例如是在1300nm至1600nm内的特定波长。如图27所示，第一光反射层207可以是DBR(分布式布拉格反射器)，其包括多层光反射膜，其中光学膜厚度为λ/4的高折射率层207a和光学膜厚度为λ/4的低折射率层207b交替层叠以获得多个层。第二光反射层207可以是由半导体材料形成的半导体DBR，或者可以是由电介质材料形成的电介质DBR。
第一光反射层207包括凹面镜207c。第一光反射层207层叠于衬底201的第二表面201b上以具有一定的厚度，第一光反射层在层叠体250一侧的表面根据设置在第二表面201b上的基部201c的形状而形成凹面207d，并且在与层叠体250相对侧的表面形成凸面207e。结果，在第一光反射层207中形成凹面镜207c。在凹面镜207c中，凹面207d的曲率半径(ROC)为1000μm以下并且表面精度(RMS：均方根)为1nm以下是合适的。例如，在衬底201的厚度为100μm的情况下，凹面207d的曲率半径可以是400μm。
第二光反射层208反射波长为λ的光并且使该波长以外的光透射通过。如图27所示，第二光反射层208可以是包括多层光反射膜的DBR(分布式布拉格反射器)，在多层光反射膜中，光学膜厚度为λ/4的高折射率层208a和低折射率层208b交替层叠以获得多个层。第二光反射层208可以是由半导体材料形成的半导体DBR，或者可以是由电介质材料形成的电介质DBR。
第一电极209被设置在第一半导体层202上的台面M周围并且用作VCSEL器件200的一个电极。第一电极209可包括例如由Au、Ni、Ti等形成的单层金属膜，或由Ti/Au、Ag/Pd、Ni/Au/Pt等形成的多层金属膜。
第二电极210在第三半导体层204上被设置在第二光反射层208周围并且用作VCSEL器件200的另一个电极。第二电极210可包括例如由Au、Ni、Ti等形成的单层金属膜或由Ti/Au、Ag/Pd、Ni/Au/Pt等形成的多层金属膜。绝缘膜211设置在台面M的侧表面和台面M的上表面上的第二电极210周围，以使台面M的外周绝缘。绝缘膜211由任意的绝缘材料形成。
在VCSEL器件200中，电流限制结构通过隧道结层206形成在层叠体250中。图28是示出了电流限制结构的示意图。如图所示，电流限制结构具有电流注入区域221和绝缘区域222。电流注入区域221是由隧道结层206形成隧道结的区域(隧道结区域)，并且通过隧道结使电流穿过该区域。绝缘区域222是在层表面方向(X-Y方向)上围绕电流注入区域221的区域，并且由于没有形成隧道结而不使电流通过(非隧道结区域)。由于流过VCSEL器件200的电流不能通过绝缘区域222，因此电流集中在电流注入区域221中。即，电流限制结构由电流注入区域221和绝缘区域222形成。
图29是示出电流注入区域221和凹面镜207c之间的位置关系的示意图。图29的部分(a)是当从VCSEL器件200发射的激光的光轴方向(Z方向)观看时电流注入区域221和凹面镜207c的示图，并且图29的部分(b)是VCSEL器件200的示意性截面图。如图29的部分(a)中所示，凹面镜207c形成为当从Z方向观看时包含电流注入区域221。此外，凹面镜207c形成为凹面形状，用于在电流注入区域221中聚集已经从有源层205一侧进入的光。
[VCSEL器件的操作]
VCSEL器件200与根据第一实施方式的VCSEL器件100类似地操作。即，当在第一电极209和第二电极210之间施加电压时，电流在第一电极209和第二电极210之间流动。电流由电流限制结构限制并且被注入到电流注入区域221。由该注入电流引起的自发发射光被第一光反射层207和第二光反射层208反射以引起激光振荡。由此生成的激光透射通过第二光反射层208并且以Z方向作为光轴方向从VCSEL器件200发射。
这里，在VCSEL器件200中，凹面镜207c被设置在第一光反射层207中。为此，已经进入第二光反射层207的光在根据凹面镜207c的形状的方向上反射并且被收集在电流注入区域221中。因此，激光的光场由凹面镜207c控制。此外，如上所述，流经VCSEL器件200的电流被电流注入区域221控制。即，在VCSEL器件200中，光场和电流由分开的结构控制。
[关于凹面镜的等高线和电流注入区域的平面图形]
将描述凹面镜207c的等高线和电流注入区域221的平面图形。应注意，在以下描述中，“平面图形”是指当从激光的光轴方向(Z方向)观看时的等高线的形状和电流注入区域221的形状。
<关于凹面镜的等高线>
图30是示出凹面镜207c的等高线的示意图。图30的部分(a)是示出凹面镜207c的等高线T的平面图形的平面图，并且图30的部分(b)是VCSEL器件200的部分示意性截面视图。如图30的部分(b)中所示，第一半导体层202与有源层205之间的界面被定义为基准面S。等高线T使用线表示凹面207d距离基准表面S的高度H。
<关于凹面镜的等高线和电流注入区域的平面图形>
在VCSEL器件200中，电流注入区域221的平面图形(第一图形)与等高线T的平面图形(第二图形)之间的关系类似于第一实施方式中的关系。即，电流注入区域221的平面图形和等高线T的平面图形可以是不相似的(见图9至图16)。此外，电流注入区域221的平面图形和等高线T的平面图形可以相似并且是非正圆(见图17至图19)。此外，电流注入区域221的平面图形的重心和等高线T的平面图形的重心可以彼此不同(见图20至图23)。如在第一实施方式中所描述的，利用这种配置，可以改善VCSEL器件200的偏振的可控性。
[VCSEL器件的效果]
同样，在VCSEL器件200中，当电流注入区域221的平面图形和等高线T的平面图形具有上述关系中的一种关系时，相对于光和电流提供了横向方向(X-Y方向)上的不对称性，并且可以提高VCSEL器件200的偏振的可控性。
[VCSEL器件的制作方法]
在制作VCSEL器件200的方法中，在通过金属有机化学气相沉积法等在衬底201上层叠各个层直到第二层206b之后，通过光刻和蚀刻去除第一层206a和第二层206b的不必要部分以形成隧道结层206。隧道结层206的形状可以通过光刻法自由地控制。
随后，在隧道结层206上层叠第三半导体层204，并且通过光刻和蚀刻形成台面M。结果，在衬底201上形成层叠体250。此外，基部201c通过与第一实施方式中的方法相似的方法设置在衬底201上，并且层叠第一光反射层207、第二光反射层208等，从而使得可以制作VCSEL器件200。此外，VCSEL器件200可以通过另一种制作方法制作。
[关于通过离子注入的电流限制结构]
尽管如上所述，在VCSEL器件200中通过隧道结层206的埋入隧道结提供电流限制结构，但如下所述，也可以通过向隧道结层206中注入离子来提供电流限制结构。
图31是具有通过离子注入形成的绝缘区域223的VCSEL器件200的截面视图。在该配置中，隧道结层206完全布置在第二半导体层203与第三半导体层204之间，并且绝缘区域223(虚线区域)设置在隧道结层206的外围区域中。
图32是示出该配置中的电流限制结构的示意图。如图所示，电流限制结构具有电流注入区域221和绝缘区域223。电流注入区域221由未注入离子的隧道结层206形成。同时，绝缘区域223是在层表面方向(X-Y方向)上围绕电流注入区域221的区域，并且通过将离子注入到隧道结层206中而绝缘。注入到离子注入区域的离子可以为B(硼)离子。此外，可以使用能够使半导体材料绝缘的离子，诸如O(氧)离子和H(氢)离子来代替B离子。
同样在这种配置中，由于流过VCSEL器件200的电流不能通过绝缘区域223，所以电流集中在电流注入区域221中。即，电流注入区域221和绝缘区域223形成电流限制结构。
[VCSEL器件的另一种配置]
虽然在上面的描述中层叠体250层叠在衬底201上以制备VCSEL器件200，但是层叠体250可以层叠在另一个支撑衬底上，并且支撑衬底可以被去除以将层叠体250接合到衬底201。在这种情况下，衬底201可以是例如半绝缘Si衬底。在该制作方法中，当将层叠体250和衬底201彼此接合时，可以通过偏移衬底201的基部201c和隧道结层206在从Z方向观看时的位置，使凹面镜207c的等高线T的平面图形的重心与电流注入区域221的平面图形的重心彼此不同。
此外，虽然在以上描述中，第一半导体层202与有源层205之间的界面被定义为基准面S，并且凹面镜207c的等高线T是表示凹面207d距离基准面S的高度的线，但是也可以使用表示凸面207e距离基准面S的高度的线作为等高线T。此外，基准面S可以是第三半导体层204与第二光反射层208之间的界面，而不是第一半导体层202与有源层205之间的界面。
此外，尽管凹面镜207c已经层叠在设置于衬底201上的基部201c上以具有凹面镜形状，但是本技术不限于此。可以在衬底201的第二表面201b(见图27)上设置具有类似于基部201c的形状且由介电材料、合成树脂等形成的结构，并且凹面镜207c可通过该结构形成在第一光反射层207上。
此外，虽然第一半导体层202和第三半导体层204已由n型半导体材料形成并且第二半导体层203已由p型半导体材料形成，但是第一半导体层202和第三半导体层204可以由p型半导体材料形成并且第二半导体层203可以由n型半导体材料形成。在这种情况下，隧道结层206的第一层206a可以是具有高杂质浓度的n型层，并且第二层206b可以是具有高杂质浓度的p型层。此外，VCSEL器件200可以具有能够实现上述VCSEL器件200的操作的另一配置，而不是上述配置。
(第三实施方式)
将描述根据本技术的第三实施方式的VCSEL(垂直腔面发射激光)器件。根据本实施方式的VCSEL器件与根据第一实施方式的VCSEL器件的不同之处主要在于电流限制结构。
[VCSEL器件的结构]
图33是根据这个实施方式的VCSEL器件300的截面图。如图所示，VCSEL器件300包括衬底301、第一半导体层302、第二半导体层303、有源层304、氧化限制层305、第一光反射层306、第二光反射层307、第一电极308、第二电极309和绝缘膜310。其中，第一半导体层302、第二半导体层303、有源层304和氧化限制层305被统称为层叠体350。
这些层中的每一层都具有沿着X-Y平面的层表面方向，并且第一光反射层306、衬底301、第一半导体层302、有源层304、第二半导体层303、氧化限制层305、以及第二光反射层307按此顺序层叠。因此，层叠体350设置在第一光反射层306和第二光反射层307之间。
衬底301支撑VCSEL器件300的每一层。衬底301可以是例如(101)面半绝缘GaAs衬底。如图33所示，衬底301具有位于有源层304一侧的第一表面301a和位于有源层304相对一侧的第二表面301b。基部301c设置在衬底301的第二表面301b一侧。基部301c是第二表面301b的以凸曲面形状突出的部分并且具有例如球面透镜形状。此外，基部301c的形状不限于球面透镜形状，只要第二表面301b是凸曲面即可。
第一半导体层302是由具有第一导电类型的半导体形成并且将载流子输送到有源层304的层。第一导电类型可以是n型，并且第一半导体层302可以是由例如n-GaAs形成的层。第二半导体层303是由具有第二导电类型的半导体形成并且将载流子输送到有源层304的层。第二导电类型可以是P型，并且第二半导体层303可以是由例如P-GaAs形成的层。
有源层304是布置在第一半导体层302和第二半导体层303之间并且通过载流子复合而发光的层。有源层304具有多量子阱结构，在该结构中量子阱层和势垒层交替层叠以获得多个层，量子阱层可以由例如GaAs形成，并且势垒层可由例如AlGaAs形成。此外，有源层304仅需要是通过载流子复合而发光的层，而不需要是多量子阱结构。
氧化限制层305形成电流限制结构。氧化限制层305具有其中半导体材料未被氧化的非氧化区域305a和其中半导体材料被氧化的氧化区域305b。非氧化区域305a由具有高杂质浓度的第二导电类型的材料形成，并且可以是例如P+-AlAs。氧化区域305b由通过氧化非氧化区域305a的组成材料而获得的材料形成，并且可以是例如AlAs氧化物。
第一光反射层306反射特定波长(在下文中，波长λ)的光并且使该波长之外的光透射通过。波长λ例如是在850nm至1400nm内的特定波长。如图33所示，第一光反射层306可以是包括多层光反射膜的DBR(分布式布拉格反射器)，在多层光反射膜中，光学膜厚度为λ/4的高折射率层306a和光学膜厚度为λ/4的低折射率层306b交替层叠以获得多个层。第一光反射层306可以是由半导体材料形成的半导体DBR，或者可以是由介电材料形成的介电DBR。
第一光反射层306包括凹面镜306c。第一光反射层306层叠在衬底301的第二表面301b上以具有一定厚度，第一光反射层在层叠体350一侧的表面根据设置在第二表面301b上的基部301c的形状而形成凹面306d，并且在层叠体350相对一侧的表面形成凸面306e。结果，在第一光反射层306中形成凹面镜306c。在凹面镜306c中，凹面306d的曲率半径(ROC)为1000μm以下并且表面精度(RMS：均方根)为1nm以下是合适的。例如，在衬底301的厚度为100μm的情况下，凹面306d的曲率半径可以是400μm。
第二光反射层307反射波长为λ的光并且使该波长以外的光透射通过。如图33所示，第二光反射层307可以是包括多层光反射膜的DBR(分布式布拉格反射器)，在多层光反射膜中，光学膜厚度为λ/4的高折射率层307a和光学膜厚度为λ/4的低折射率层307b交替层叠以获得多个层。第二光反射层307可以是由半导体材料形成的半导体DBR。
如图33所示，去除有源层304、第二半导体层303、氧化限制层305、以及第二光反射层307的外围部分，以形成台面(平台结构)M。
第一电极308设置在第一半导体层302上位于台面M周围并且用作VCSEL器件300的一个电极。第一电极308可包括例如由Au、Ni、Ti等形成的单层金属膜，或由Ti/Au、Ag/Pd、Ni/Au/Pt等形成的多层金属膜。
第二电极309设置在第二光反射层307上并且用作VCSEL器件300的另一个电极。第二电极309可包括例如由Au、Ni、Ti等形成的单层金属膜，或由Ti/Au、Ag/Pd、Ni/Au/Pt等形成的多层金属膜。绝缘膜310设置在台面M的侧表面和台面M的上表面上位于第二电极309周围，以使台面M的外周绝缘。绝缘膜310由任意的绝缘材料形成。
在VCSEL器件300中，电流限制结构通过氧化限制层305形成在层叠体350中。图34是示出电流限制结构的示意图。如图所示，电流限制结构具有电流注入区域321和绝缘区域322。电流注入区域321是通过非氧化区域305a而具有导电性的区域。绝缘区域322是在层表面方向(X-Y方向)上围绕电流注入区域221并且是通过氧化而绝缘的氧化区域305b而不具有导电性的区域。由于流过VCSEL器件300的电流不能通过绝缘区域322，因此电流集中在电流注入区域321中。即，在VCSEL器件300中，电流限制结构由氧化限制层305形成。
图35是示出电流注入区域321与凹面镜306c之间的位置关系的示意图。图35的部分(a)是当从VCSEL器件300发射的激光的光轴方向(Z方向)观看时电流注入区域321和凹面镜306c的示图，图35的部分(b)是VCSEL器件300的示意性截面视图。如图35的部分(a)所示，凹面镜306c形成为当从Z方向观察时包括电流注入区域321。此外，凹面镜306c形成为凹面形状，用于在电流注入区域321中收集从有源层304一侧进入的光。
[VCSEL器件的操作]
VCSEL器件300与根据第一实施方式的VCSEL器件300类似地操作。即，当在第一电极308和第二电极309之间施加电压时，电流在第一电极308和第二电极309之间流动。电流被电流限制结构限制并且被注入到电流注入区域321中。通过该注入电流产生的自发发射光被第一光反射层306和第二光反射层307反射以引起激光振荡。由此生成的激光透射通过第二光反射层307并且以Z方向作为光轴方向从VCSEL器件300发射。
这里，在VCSEL器件300中，凹面镜306c设置在第一光反射层306中。为此，已经进入第二光反射层306的光在根据凹面镜306c的形状的方向上反射并且被收集在电流注入区域321中。因此，激光的光场由凹面镜306c控制。此外，如上所述，流过VCSEL器件300的电流由电流注入区域321控制。即，在VCSEL器件300中，光场和电流由分开的结构控制。
[关于凹面镜的等高线和电流注入区域的平面图形]
将描述凹面镜306c和电流注入区域321的等高线的平面图。应注意，在以下描述中，“平面图形”是指当从激光的光轴方向(Z方向)观看时的等高线的形状和电流注入区域321的形状。
<关于凹面镜的等高线>
图36是示出了凹面镜306c的等高线的示意图。图36的部分(a)是示出凹面镜306c的等高线T的平面图形的平面图，并且图36的部分(b)是VCSEL器件300的部分示意性截面图。如图36的部分(b)中所示，第一半导体层302与有源层304之间的界面被定义为基准面S。等高线T使用线表示凹面306d距基准面S的高度H。
<关于凹面镜的等高线和电流注入区域的平面图形>
在VCSEL器件300中，电流注入区域321的平面图形(第一图形)与等高线T的平面图形(第二图形)之间的关系类似于第一实施方式中的关系。即，电流注入区域321的平面图形和等高线T的平面图形可以是不相似的(见图9至图16)。此外，电流注入区域321的平面图形和等高线T的平面图形可以是相似的并且是非正圆(见图17至图19)。此外，电流注入区域321的平面图形的重心和等高线T的平面图形的重心可以彼此不同(见图20至图23)。如在第一实施方式中所描述的，利用这种配置可以提高VCSEL器件300的偏振的可控性。
[VCSEL器件的效果]
同样，在VCSEL器件300中，当电流注入区域321的平面图形和等高线T的平面图形具有上述关系中的一个关系时，相对于光和电流提供横向方向(X-Y方向)上的不对称性，并且可以提高VCSEL器件300的偏振的可控性。
[VCSEL器件的制作方法]
在制作VCSEL器件300的方法中，在通过金属有机化学气相沉积法等在衬底301上层叠各个层直到第二光反射层307之后，通过光刻和蚀刻形成台面M。随后，通过诸如在水蒸气环境下加热层叠体350的方法从外周侧来氧化氧化限制层305的材料，形成氧化区域305b。此时，非氧化区域305a在从Z方向观察时的形状可通过台面M在从Z方向观察时的形状来控制。
此外，通过与第一实施方式相似的方法在衬底301上设置基部301c，并且层叠第一光反射层306、第二光反射层307等，从而使得可以制作VCSEL器件300。此外，VCSEL器件300可以通过另一种制作方法制作。
[VCSEL器件的另一种配置]
虽然在上面的描述中层叠体350层叠在衬底301上以制备VCSEL器件300，但是层叠体350可以层叠在另一支撑衬底上，并且支撑衬底可以被去除以将层叠体350接合到衬底301。在这种情况下，衬底301可以是例如半绝缘Si衬底。在该制作方法中，当将层叠体350和衬底301彼此接合时，可以通过偏移衬底301的基部301c和非氧化区域305a在从Z方向观察时的位置，使凹面镜306c的等高线T的平面图形的重心与电流注入区域321的平面图形的重心彼此不同。
此外，虽然在以上描述中，第一半导体层302和有源层304之间的界面被定义为基准面S，并且凹面镜306c的等高线T是表示凹面306d距离基准面S的高度的线，但是可以使用表示凸面306e距离基准面S的高度的线作为等高线T。此外，基准面S可以是第二半导体层303和第二光反射层307之间的界面，而不是第一半导体层302和有源层304之间的界面。
此外，尽管凹面镜306c已经层叠在设置在衬底301上的基部301c上以具有凹面镜形状，但是本技术不限于此。可以在衬底301的第二表面301b(见图33)上设置具有与基部301c的形状相似的形状并且由介电材料、合成树脂等形成的结构，并且凹面镜306c可通过该结构形成在第一光反射层306上。
此外，虽然第一半导体层302已由n型半导体材料形成并且第二半导体层303已由p型半导体材料形成，但是第一半导体层302可由p型半导体材料形成并且第二半导体层303可由n型半导体材料形成。在这种情况下，氧化限制层305的非氧化区域305a可以由具有高杂质浓度的n型材料形成。进一步，VCSEL器件300可以具有能够实现上述VCSEL器件300的操作的另一配置，而不是上述配置。
(关于本公开)
在本公开中描述的效果仅是示例并且不受限制，并且可以发挥另外的效果。上述多个效果的描述并不一定意味着这些效果同时展现。这意味着可以根据条件等实现上述效果中的至少一个，并且存在发挥本公开中未描述的效果的可能性。此外，本公开中所描述的特征部分中的至少两个特征部分可以彼此任意组合。
应注意，本技术还可采取以下配置。
(1)一种垂直腔面发射激光器件，包括：
第一光反射层，反射特定波长的光；
第二光反射层，反射所述波长的光；以及
层叠体，包括第一半导体层、第二半导体层和有源层，并且布置在所述第一光反射层和所述第二光反射层之间，所述第一半导体层由具有第一导电类型的半导体材料形成，所述第二半导体层由具有第二导电类型的半导体材料形成，所述有源层布置在所述第一半导体层和所述第二半导体层之间并且通过载流子复合而发光，
所述层叠体具有用于限制电流并且形成电流集中的电流注入区域的电流限制结构，
所述第一光反射层包括凹面镜，所述凹面镜在所述层叠体一侧具有凹面并且在与所述层叠体相对的一侧具有凸面，
第一图形和第二图形不相似，第一图形是当从发射光的光轴方向观看时电流注入区域的平面图形，第二图形是当从光轴方向观看时表示凹面镜离有源层的高度的等高线的平面图形。
(2)一种垂直腔面发射激光器件，包括：
第一光反射层，反射特定波长的光；
第二光反射层，反射所述波长的光；以及
层叠体，包括第一半导体层、第二半导体层和有源层，并且布置在所述第一光反射层和所述第二光反射层之间，所述第一半导体层由具有第一导电类型的半导体材料形成，所述第二半导体层由具有第二导电类型的半导体材料形成，所述有源层布置在所述第一半导体层和所述第二半导体层之间并且通过载流子复合而发光，
所述层叠体具有用于限制电流并且形成电流集中的电流注入区域的电流限制结构，
所述第一光反射层包括凹面镜，所述凹面镜在所述层叠体一侧具有凹面并且在与所述层叠体相对的一侧具有凸面，
第一图形的重心与第二图形的重心不一致，所述第一图形为从发射光的光轴方向观看时所述电流注入区域的平面图形，所述第二图形为从所述光轴方向观看时表示所述凹面镜距所述有源层的高度的等高线的平面图形。
(3)一种垂直腔面发射激光器件，包括：
第一光反射层，反射特定波长的光；
第二光反射层，反射所述波长的光；以及
层叠体，包括第一半导体层、第二半导体层和有源层，并且布置在所述第一光反射层和所述第二光反射层之间，所述第一半导体层由具有第一导电类型的半导体材料形成，所述第二半导体层由具有第二导电类型的半导体材料形成，所述有源层布置在所述第一半导体层和所述第二半导体层之间并且通过载流子复合而发光，
所述层叠体具有用于限制电流并且形成电流集中的电流注入区域的电流限制结构，
所述第一光反射层包括凹面镜，所述凹面镜在所述层叠体一侧具有凹面并且在与所述层叠体相对的一侧具有凸面，
第一图形和第二图形均不是正圆但相似，第一图形为从发射光的光轴方向观看时电流注入区域的平面图形，第二图形为当从光轴方向观看时表示凹面镜距有源层的高度的等高线的平面图形。
(4)根据以上(1)所述的垂直腔面发射激光器件，其中，
所述第一图形是包含圆、椭圆、矩形或它们中的至少两者的组合的闭合图形，并且
所述第二图形是包含圆、椭圆、矩形或它们中的至少两者的组合的闭合图形并且是与所述第一图形不相似的图形。
(5)根据以上(2)所述的垂直腔面发射激光器件，其中，
在与所述光轴方向垂直的平面中，所述第一图形的重心与所述第二图形的重心之间的距离为0.03μm以上。
(6)根据以上(3)所述的垂直腔面发射激光器件，其中，
所述第一图形是包含圆、椭圆、矩形或它们中的至少两者的组合的闭合图形，并且
所述第二图形是包含圆、椭圆、矩形或它们中的至少两者的组合的闭合图形，并且是与所述第一图形相似的图形。
(7)根据以上(1)或(3)所述的垂直腔面发射激光器件，其中，
所述第一图形的重心与所述第二图形的重心一致。
(8)根据以上(1)至(7)中任一项所述的垂直腔面发射激光器件，其中，
所述电流限制结构具有非离子注入区域和离子注入区域，在所述非离子注入区域中离子未注入所述层叠体中，所述离子注入区域设置在所述非离子注入区域周围，在所述离子注入区域中离子被注入所述层叠体中，所述电流注入区域为所述非离子注入区域。
(9)根据以上(8)所述的垂直腔面发射激光器件，其中，
所述第一半导体层和所述第二半导体层由GaN形成。
(10)根据以上(9)所述的垂直腔面发射激光器件，其中，
所述第一半导体层包括C平面GaN衬底。
(11)根据以上(8)至(10)中任一项所述的垂直腔面发射激光器件，其中，
离子是硼离子。
(12)根据以上(1)至(7)中任一项所述的垂直腔面发射激光器件，其中，
所述电流限制结构具有隧道结区域和非隧道结区域，在所述隧道结区域中，隧道结形成在所述层叠体中，所述非隧道结区域设置在所述隧道结区域周围，在所述非隧道结区域中未形成隧道结，以及
所述电流注入区域为所述隧道结区域。
(13)根据以上(12)所述的垂直腔面发射激光器件，其中，
所述隧道结区域由埋入隧道结形成。
(14)根据以上(12)所述的垂直腔面发射激光器件，其中，
所述隧道结区域由未注入离子的隧道结层形成，以及
所述非隧道结区域由注入了离子的隧道结层形成。
(15)根据以上(12)至(14)中任一项所述的垂直腔面发射激光器件，其中，
所述第一半导体层和所述第二半导体层由InP形成。
(16)根据以上(1)至(7)中任一项所述的垂直腔面发射激光器件，其中，
所述电流限制结构具有非氧化区域和氧化区域，在所述非氧化区域中，在所述层叠体中半导体材料未被氧化，所述氧化区域被设置在所述非氧化区域周围，在所述氧化区域中半导体材料被氧化，
所述电流注入区域是所述非氧化区域。
(17)根据以上(16)所述的垂直腔面发射激光器件，其中，
所述第一半导体层和所述第二半导体层由GaAs形成。
(18)根据以上(1)至(17)中任一项所述的垂直腔面发射激光器件，其中，
所述第一半导体层具有位于所述有源层一侧的第一表面和位于与所述有源层相对的一侧的第二表面，在所述第二表面上设置有形成凸曲面的基部，以及
所述第一光反射层是设置在所述第二表面上的多层光反射膜，作为多层光反射膜的所述第一光反射层中的形成并设置在所述基部上的部分形成所述凹面镜。
(19)根据以上(1)至(17)中任一项所述的垂直腔面发射激光器件，还包括：
衬底，在所述有源层一侧具有第一表面并且在与所述有源层相对的一侧具有第二表面，在所述第二表面上设置有形成凸曲面的基部，
所述第一光反射层为设置于所述第二表面上的多层光反射膜，作为多层光反射膜的所述第一光反射层中的设置于所述基部上的部分形成所述凹面镜。
(20)根据以上(1)至(19)中任一项所述的垂直腔面发射激光器件，其中，
所述凹面镜在所述有源层一侧具有凹面，并且所述凹面具有1000μm或更小的曲率半径。
参考标号列表
100、200、300VCSEL器件
201、301衬底
101、202、302第一半导体层
102、203、303第二半导体层
204第三半导体层
103、205、304有源层
206 隧道结层
305 氧化限制层
104、207、306第一光反射层
104c、207c、306c凹面镜
105、208、307第二光反射层
106、209、308第一电极
107、210、309第二电极
121、221、321电流注入区域
122、222、322绝缘区域
150、250、350层叠体。

Claims (20)

1.一种垂直腔面发射激光器件，包括：
第一光反射层，反射特定的波长的光；
第二光反射层，反射所述波长的光；以及
层叠体，包括第一半导体层、第二半导体层和有源层，并且布置在所述第一光反射层和所述第二光反射层之间，所述第一半导体层由具有第一导电类型的半导体材料形成，所述第二半导体层由具有第二导电类型的半导体材料形成，所述有源层布置在所述第一半导体层和所述第二半导体层之间并且通过载流子复合而发光，
所述层叠体具有电流限制结构，所述电流限制结构用于限制电流并且形成电流集中的电流注入区域，
所述第一光反射层包括凹面镜，所述凹面镜在所述层叠体一侧具有凹面并且在与所述层叠体相对的一侧具有凸面，
第一图形和第二图形不相似，所述第一图形是从发射光的光轴方向观看时电流注入区域的平面图形，所述第二图形是从所述光轴方向观看时表示所述凹面镜距所述有源层的高度的等高线的平面图形。
2.一种垂直腔面发射激光器件，包括：
第一光反射层，反射特定的波长的光；
第二光反射层，反射所述波长的光；以及
层叠体，包括第一半导体层、第二半导体层和有源层，并且布置在所述第一光反射层和所述第二光反射层之间，所述第一半导体层由具有第一导电类型的半导体材料形成，所述第二半导体层由具有第二导电类型的半导体材料形成，所述有源层布置在所述第一半导体层和所述第二半导体层之间并且通过载流子复合而发光，
所述层叠体具有电流限制结构，所述电流限制结构用于限制电流并且形成电流集中的电流注入区域，
所述第一光反射层包括凹面镜，所述凹面镜在所述层叠体一侧具有凹面并且在与所述层叠体相对的一侧具有凸面，
第一图形的重心与第二图形的重心不一致，所述第一图形是从发射光的光轴方向观看时所述电流注入区域的平面图形，所述第二图形是从所述光轴方向观看时表示所述凹面镜距所述有源层的高度的等高线的平面图形。
3.一种垂直腔面发射激光器件，包括：
第一光反射层，反射特定的波长的光；
第二光反射层，反射所述波长的光；以及
层叠体，包括第一半导体层、第二半导体层和有源层，并且布置在所述第一光反射层和所述第二光反射层之间，所述第一半导体层由具有第一导电类型的半导体材料形成，所述第二半导体层由具有第二导电类型的半导体材料形成，所述有源层布置在所述第一半导体层和所述第二半导体层之间并且通过载流子复合而发光，
所述层叠体具有电流限制结构，所述电流限制结构用于限制电流并且形成电流集中的电流注入区域，
所述第一光反射层包括凹面镜，所述凹面镜在所述层叠体一侧具有凹面并且在与所述层叠体相对的一侧具有凸面，
第一图形和第二图形均不是正圆、但所述第一图形与所述第二图形相似，所述第一图形是从发射光的光轴方向观看时所述电流注入区域的平面图形，所述第二图形是从所述光轴方向观看时表示凹面镜距有源层的高度的等高线的平面图形。
4.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器件，其中，
所述第一图形是由圆、椭圆、矩形或它们中的至少两者的组合构成的闭合图形，并且
所述第二图形是由圆、椭圆、矩形或它们中的至少两者的组合构成的闭合图形，并且是与所述第一图形不相似的图形。
5.根据权利要求2所述的垂直腔面发射激光器件，其中，
在与所述光轴方向垂直的平面中，所述第一图形的重心与所述第二图形的重心之间的距离为0.03μm以上。
6.根据权利要求3所述的垂直腔面发射激光器件，其中，
所述第一图形是由圆、椭圆、矩形或它们中的至少两者的组合构成的闭合图形，并且
所述第二图形是由圆、椭圆、矩形或它们中的至少两者的组合构成的闭合图形，并且是与所述第一图形相似的图形。
7.根据权利要求1或3所述的垂直腔面发射激光器件，其中，
所述第一图形的重心与所述第二图形的重心一致。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的垂直腔面发射激光器件，其中，所述电流限制结构具有非离子注入区域和离子注入区域，在所述非离子注入区域中离子未注入所述层叠体中，所述离子注入区域设置在所述非离子注入区域周围，在所述离子注入区域中离子被注入所述层叠体中，所述电流注入区域为所述非离子注入区域。
9.根据权利要求8所述的垂直腔面发射激光器件，其中，
所述第一半导体层和所述第二半导体层由GaN形成。
10.根据权利要求9所述的垂直腔面发射激光器件，其中，
所述第一半导体层包括C平面GaN衬底。
11.根据权利要求8所述的垂直腔面发射激光器件，其中，
所述离子是硼离子。
12.根据权利要求1至3中任一项所述的垂直腔面发射激光器件，其中，所述电流限制结构具有隧道结区域和非隧道结区域，在所述隧道结区域中，隧道结形成在所述层叠体中，所述非隧道结区域设置在所述隧道结区域周围，在所述非隧道结区域中未形成隧道结，以及
所述电流注入区域为所述隧道结区域。
13.根据权利要求12所述的垂直腔面发射激光器件，其中，
所述隧道结区域由埋入隧道结形成。
14.根据权利要求12所述的垂直腔面发射激光器件，其中，
所述隧道结区域由未注入离子的隧道结层形成，以及
所述非隧道结区域由注入了离子的隧道结层形成。
15.根据权利要求12所述的垂直腔面发射激光器件，其中，
所述第一半导体层和所述第二半导体层由InP形成。
16.根据权利要求1至3中任一项所述的垂直腔面发射激光器件，其中，
所述电流限制结构具有非氧化区域和氧化区域，在所述非氧化区域中，在所述层叠体中半导体材料未被氧化，所述氧化区域设置在所述非氧化区域周围，在所述氧化区域中半导体材料被氧化，
所述电流注入区域是所述非氧化区域。
17.根据权利要求16所述的垂直腔面发射激光器件，其中，
所述第一半导体层和所述第二半导体层由GaAs形成。
18.根据权利要求1至3中任一项所述的垂直腔面发射激光器件，其中，
所述第一半导体层具有位于所述有源层一侧的第一表面和位于与所述有源层相对的一侧的第二表面，在所述第二表面上设置有形成凸曲面的基部，并且
所述第一光反射层是设置在所述第二表面上的多层光反射膜，作为所述多层光反射膜的所述第一光反射层中的形成并设置在所述基部上的部分形成所述凹面镜。
19.根据权利要求1至3中任一项所述的垂直腔面发射激光器件，还包括：
衬底，在所述有源层一侧具有第一表面并且在与所述有源层相对的一侧具有第二表面，在所述第二表面上设置有形成凸曲面的基部，
所述第一光反射层是设置在所述第二表面上的多层光反射膜，作为所述多层光反射膜的所述第一光反射层中的设置在所述基部上的部分形成所述凹面镜。
20.根据权利要求1至3中任一项所述的垂直腔面发射激光器件，其中，
所述凹面镜在所述有源层一侧具有凹面，并且所述凹面具有1000μm以下的曲率半径。
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