JP2010114404A - 面発光レーザ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】面発光レーザの信頼性及び電流注入効率を向上する。
【解決手段】面発光レーザは、半導体基板１０１上に順次に積層された、下部ＤＢＲミラー１０３、ｎ型の下部半導体層、活性層１０５、ｐ型の上部半導体積層、及び、上部ＤＢＲミラー１０９を含む積層構造を有する。上部半導体積層は、１×１０¹⁹cm^-3以上の濃度の炭素をドーパントとして含むIII−Ｖ族半導体からなる炭素ドープ層１１５を活性層１０５の近傍に有する。炭素ドープ層１１５は、ドーパント濃度が隣接するｐ型スペーサ層１０６，１１６のドーパント濃度よりも大きく、水素を内部に含む電流狭窄部と、水素を内部に含まない電流注入部とを有する。積層方向において電流狭窄部に隣接する領域の水素濃度が、電流狭窄部の水素濃度よりも低い。
【選択図】図２

Description

本発明は、垂直共振器型面発光レーザ（以下、単に面発光レーザと呼ぶ）及びその製造方法に関し、更に詳しくは、基板上に、ｐ型半導体積層とｎ型半導体積層とに挟まれ、且つ、これら積層と共に上部反射鏡（上部ＤＢＲミラー）と下部反射鏡（下部ＤＢＲミラー）との間に配置された活性層を有する面発光レーザ及びその製造方法に関する。

面発光レーザは、活性層を挟むｐ型半導体積層とｎ型半導体積層とを介して活性層に電流を注入し、この注入した電流によって活性層から発生した光を、上部反射鏡及び下部反射鏡を含む光共振器によってレーザ発振させている。面発光レーザを製造する際には、円形状に設計された発光領域に電流を集中させる構造、すなわち電流狭窄構造を形成する技術が不可欠である。電流狭窄構造を形成する技術には、メサポスト及び酸化電流狭窄構造を形成する手法、水素イオン注入法や熱拡散による水素イオン拡散法、埋め込みヘテロ（ＢＨ）構造を形成する手法などがある。この中で、水素イオン注入法は、安価に且つ容易に面発光レーザを製作できるため、最も大量生産に向く手法であると注目されている（特許文献１参照）。

水素イオン注入法による電流狭窄構造の形成について説明する。ｐ型半導体積層に水素イオンを注入すると、水素イオンが注入された領域中に結晶欠陥が生じ、その結晶欠陥により注入された領域が高抵抗化する。この技術では、例えばフォトリソグラフィ法を用いてフォトレジストで注入マスクを形成し、半導体積層の所定の領域にのみ水素イオンを注入する。水素イオンが注入された半導体層のうち、水素イオンが注入された領域は高抵抗の電流狭窄領域となり、水素イオンが注入されなかった領域が電流注入領域となることで、電流狭窄構造が形成される。水素イオン注入法を用いると、水素イオンのドーズ量及び加速エネルギーの調整によってそれぞれ、注入濃度及び深さ方向の分布形状が制御できるため、所望の濃度の電流注入領域が所望の位置に形成できる。

電流狭窄構造は、通常は正孔電流の電流経路を限定する。狭窄された正孔は、活性層に向かって移動する際に、すなわち電流として流れる際に、再び横方向に広がる傾向がある。これを防止するためには、電流狭窄層が活性層の近くにあることが望ましい。

ところで、水素イオン注入法を用いて製造された面発光レーザでは、水素の注入に起因して活性層に暗線欠陥（Dark Line Defect: ＤＬＤ）が生じ、信頼性が低下することがある（非特許文献１参照）。暗線欠陥が生じる原因のひとつとして、水素イオンは、数百ｋｅＶに加速して注入されることから、半導体原子によって散乱されて、深さ方向の分布が生じることが挙げられる。この深さ方向の分布により、活性層内に意図しない水素の注入が発生し、活性層にダメージを与え、暗線欠陥を発生させる。従って、水素イオン注入法を用いる場合には、注入深さ方向の分布を考慮し、水素が最も高濃度で分布するため欠陥が集中する深さ位置（飛程）を、活性層からある程度離して配置することが好ましい。

一方、注入された水素は、レーザ動作時のキャリア注入下では、非常に不安定な状態にある。このため、電流経路近傍に存在する水素イオンは、面発光レーザの動作時の電流注入により、素子内を動き回り、やがて活性層に到達し、活性層内で欠陥を形成する。この欠陥は、レーザ素子の長期信頼性を損なう場合がある（非特許文献２参照）。

図１４は、水素イオン注入法を用いて製造した面発光レーザを、その一部を拡大して示す模式的な断面図である。同図に示すように、この面発光レーザ５００は、ｎ型半導体からなる基板５０１上に順次に積層された、ｎ型半導体多層膜からなる下部ＤＢＲミラー５０３と、活性層５０５と、ｐ型半導体多層膜からなる上部ＤＢＲミラー５０９とを有する。上部ＤＢＲミラー５０９上には、円環状のｐ側電極５１１が形成され、基板５０１の裏面には、ｎ側電極５１４が形成されている。円環状の領域Ａ２には、水素が注入されており、高抵抗な電流狭窄領域を形成している。ｐ側電極５１１からは、領域Ａ２に周囲が囲まれ水素が注入されていない非注入領域を電流経路として、正孔電流が活性層５０５に注入される。

領域Ａ２は活性層５０５を含んでいるため、活性層５０５に暗線欠陥が生じている。また、水素イオン注入領域に生じた複合欠陥が電流注入に伴って移動し、活性層５０５に達して暗線欠陥を形成する場合もある。ここで、複合欠陥とは、水素やその他の点欠陥、空孔などが複合的に集合した結晶欠陥を示し、暗線欠陥とは欠陥が集合した結果、その領域が光らなくなるタイプの結晶欠陥であり、発光観察において、欠陥部分のみが線状に暗く観察されることから、そのように呼称される。複合欠陥や暗線欠陥は、ダメージや転位などを起点としており、電子とホールの再結合によりエネルギーを得て拡大するため、ダメージなどを含んだ発光デバイス中の活性層に出現し、発光デバイスの信頼性を著しく悪化させる。

上記面発光レーザの信頼性上の問題を解決するために、例えば非特許文献２に記載されるように、一般に熱アニールが用いられる。例えば、水素イオン注入後に、４００〜５００℃程度の熱アニールを行なうことによって、活性層のダメージをある程度回復させる。また、熱アニールは、不安定な水素イオンを脱離させ、水素イオンが素子内を動き回ることを防止する。

米国特許第５０３１１８７号明細書

W. Jiang，C. Gaw，P. Kiely，B. Lawrence，M. Lebby and P. R. Claisse，"Effect of proton implantation on the degradation of GaAs/AlGaAs vertical cavity surface emitting lasers"，Electron. Lett. Vol.33，ｐ137，1997 Carl Wilmsen，Henryk Temkin，and Larry A.Coldren，"Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers，Design，Fabrication，Characterization and Applications"，Cambridge University Press 1999，pp.200-207

ところで、水素イオン注入による活性層のダメージを避けるためには、前記の通り、電流狭窄層の位置を活性層から離すことが好ましい。しかし、その結果として、電流注入効率の低下が避けられない。上記熱アニールを高温で行なうと、活性層のダメージ回復と不安定な水素の離脱とが実現されるため、電流狭窄層を活性層に近づけることも可能になるように考えられる。しかし、この場合、同時に電流狭窄領域とすべき領域の結晶のダメージも回復してしまうため、一部の結晶欠陥が消失し、水素が拡散してしまう。その結果、高抵抗化した水素イオン注入領域がｐ型に戻ってしまい、電流狭窄の機能が低下し、電流注入効率が低下する。つまり、水素イオン注入法では、素子の信頼性確保と電流注入効率向上との両立が非常に難しいという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、信頼性の確保と電流注入効率の向上とを同時に実現することが出来る面発光レーザ、及び、その製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、半導体基板上に順次に積層された、下部ＤＢＲミラー、ｎ型の下部半導体層、活性層、ｐ型の上部半導体積層、及び、上部ＤＢＲミラーを含む積層構造を有する面発光レーザであって、
前記上部半導体積層は、１×１０¹⁹cm^-3以上の濃度の炭素をドーパントとして含むIII−Ｖ族半導体からなる炭素ドープ層を前記活性層の近傍に有し、該炭素ドープ層のドーパント濃度は、積層方向に該炭素ドープ層に隣接する前記上部半導体積層内の半導体層のドーパント濃度よりも大きく、
前記炭素ドープ層は、水素を内部に含む電流狭窄部と、積層面内で該電流狭窄部に囲まれ水素を内部に含まない電流注入部とを有する電流狭窄構造を有し、
前記積層方向において前記電流狭窄部に隣接する狭窄部隣接領域の水素濃度が、前記電流狭窄部の水素濃度よりも低い、
ことを特徴とする面発光レーザを提供する。

また、本発明は、半導体基板上に、半導体多層膜からなる下部ＤＢＲミラー、ｎ型半導体からなる下部半導体層、及び、活性層を順次に形成する工程と、
前記活性層上に、１×１０¹⁹cm^-3以上の濃度の炭素をドーパントとして含むIII−Ｖ族半導体からなる炭素ドープ層を前記活性層の近傍に有し、前記炭素ドープ層のドーパント濃度が、該炭素ドープ層に積層方向に隣接する半導体層のドーパント濃度よりも大きい上部半導体積層を形成する工程と、
前記炭素ドープ層の周縁部に水素を注入する工程と、
前記水素を注入する工程の後、５００℃以上７００℃以下の温度で前記半導体基板を熱アニールする工程と、
前記上部半導体積層上に上部ＤＢＲミラーを積層する工程と、
前記熱アニールする工程の後、前記上部半導体積層に電気的に接続されたｐ側電極と、前記下部半導体層に電気的に接続されたｎ側電極とを形成する工程と、
を有することを特徴とする面発光レーザの製造方法を提供する。

本発明の面発光レーザ及び本発明方法により製造された面発光レーザでは、レーザの信頼性確保と電流注入効率の向上とが同時に実現できる効果が得られる。

本発明の第１の実施形態に係る面発光レーザの模式的な断面図。 図１に示す面発光レーザの第１の製造方法において、注入マスクを除去した後の積層基板の模式的な断面図。 第１の実施形態における熱アニール前の２次イオン質量分析結果を示すグラフ。 第１の実施形態における熱アニール後の２次イオン質量分析結果を示すグラフ。 図１に示す面発光レーザの第２の製造方法において、第１の半導体積層工程後の積層基板の模式的な断面図。 図１に示す面発光レーザの第２の製造方法において、注入マスクを除去した後の積層基板の模式的な断面図。 図１に示す面発光レーザの第２の製造方法において、第２の半導体積層工程後の積層基板の模式的な断面図。 本発明の第２の実施形態に係る面発光レーザの模式的な断面図。 図８に示す面発光レーザの第２の製造方法において、第１の半導体積層工程後の積層基板の模式的な断面図。 図８に示す面発光レーザの第２の製造方法において、注入マスクを除去した後の積層基板の模式的な断面図。 図８に示す面発光レーザの第２の製造方法において、第２の半導体積層工程後の積層基板の模式的な断面図。 本発明の第３の実施形態に係る面発光レーザの模式的な断面図。 本発明の第４の実施形態に係る面発光レーザの模式的な断面図。 従来の面発光レーザの模式的な断面図。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態に係る面発光レーザ及び面発光レーザの製造方法を詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る面発光レーザを断面図で示す。面発光レーザ１００は、ＧａＡｓ系の半導体からなり、イントラキャビティコンタクト構造を有し、発振波長が１１００ｎｍ帯のものである。

図１に示すように、面発光レーザ１００は、半絶縁性ＧａＡｓからなる基板１０１上に順次に形成された、半導体層１０２と、下部ＤＢＲミラー１０３と、下部クラッド層１０４と、活性層１０５と、ｐ型スペーサ層１０６と、電流狭窄層１０８と、ｐ型スペーサ層１１６と、ｐ側コンタクト層１１０とを含む積層構造を有する。ｐ型スペーサ層１０６は、上部クラッド層としても機能している。なお、下部クラッド層１０４の一部からｐ側コンタクト層１１０までは円柱状のメサポストＭ１に加工されている。ｐ側コンタクト層１１０上には円環状のｐ側電極１１１が形成されている。ｐ側電極１１１の円環内のｐ側コンタクト層１１０上には、上部ＤＢＲミラー１０９が形成されている。

メサポストＭ１の外周側の下部クラッド層１０４上には、平面視半円環状のｎ側電極１１４が形成されている。下部クラッド層１０４は、ｎ側電極１１４に対して、ｎ側コンタクト層としても機能している。ｐ側電極１１１、ｎ側電極１１４の表面以外の部分には、絶縁膜１１２が形成されている。ｐ側電極１１１に接するパッド電極１１３が、メサポストＭ１側壁面及びメサポストＭ１下端部周囲の下部クラッド層１０４上に形成された絶縁膜１１２上に形成されている。また、パッド電極１１７が、絶縁膜１１２に形成された開口を介してｎ側電極１１４に接している。

上記面発光レーザ１００は、ｐ側電極１１１とｎ側電極１１４とが、下部ＤＢＲミラー１０３と上部ＤＢＲミラー１０９とが形成する光共振器の内側に位置するイントラキャビティ・コンタクト構造を有している。半導体層１０２は、アンドープＧａＡｓからなる。下部ＤＢＲミラー１０３は、層厚がそれぞれλ／４ｎ（但し、λはレーザ発振波長、ｎは屈折率）の、アンドープＡｌＡｓ層１０３ａとＧａＡｓ層１０３ｂとが交互に３５．５ペアだけ積層した構造を有する。下部クラッド層１０４は、ｎ型ドーパントとしてシリコンを１×１０¹⁸ｃｍ^-3程度の濃度でドーピングしたＧａＡｓからなる。活性層１０５は、ノンドープＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓからなる３重量子井戸構造を有する。

ｐ型スペーサ層１０６は、炭素を１×１０¹⁸ｃｍ^-3程度の濃度でドーピングしたＧａＡｓからなる。ｐ型スペーサ層１１６は、同様に、炭素を１×１０¹⁸ｃｍ^-3程度の濃度でドーピングしたＧａＡｓからなる。ｐ側コンタクト層１１０は、炭素を１×１０¹⁹ｃｍ^-3程度の高濃度でドーピングしたｐ⁺−ＧａＡｓからなる。なお、ｐ型スペーサ層１０６及び１１６、ｐ側コンタクト層１１０のドーパントは、炭素に限定されるわけではなく、例えば亜鉛などでも構わない。上部ＤＢＲミラー１０９は、誘電体多層膜反射ミラーであって、層厚がそれぞれλ／４ｎのＴｉＯ_２層１０９ａとＳｉＯ_２層１０９ｂとが交互に６ペアだけ積層した構造を有する。なお、これに代えて、上部ＤＢＲミラー１０９は、例えばＳｉＮｘ層とＳｉＯ_２層からなる積層構造であってもよい。ｐ側電極１１１はＴｉ／Ａｕ構造を有する。絶縁膜１１２はＳｉＯ_２からなる。ｎ型及びｐ型パッド電極１１３、１１７はＣｕ／Ａｕ構造を有する。ｎ側電極１１４はＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ構造を有する。

電流狭窄層１０８は、メサポストＭ１の外周側に位置する電流狭窄部１０８ａと、メサポストＭ１の中央側に位置する円板形状の電流注入部１０８ｂとを有し、炭素を１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上、好ましくは１×１０²⁰ｃｍ^-3以上の濃度でドーピングしたＧａＡｓからなる。本実施形態では、炭素の濃度は１×１０²⁰ｃｍ^-3である。上記のように、電流狭窄層１０８のドーパント濃度は、積層方向にこれと隣接するｐ型スペーサ層１０６及びｐ型スペーサ層１１６のドーパント濃度よりも大きい。ここで、炭素の濃度は高ければ良いというわけでなく、高すぎると光に対して損失となる。従って、炭素の濃度は１×１０²¹ｃｍ^-3以下であることが望ましい。

電流狭窄層１０８では、電流注入部１０８ｂはｐ型ドーパントである炭素がドーピングされているため、低抵抗のｐ型領域を構成している。一方、電流狭窄部１０８ａは、炭素がドーピングされているとともに、炭素の濃度と同程度である１×１０^１９ｃｍ^−３以上（本実施形態では１×１０^２０ｃｍ^−３程度）の濃度の水素を含んでいる。このため、炭素アクセプタのほとんど全てを不活性化させることができる。その結果、電流狭窄部１０８ａは高抵抗領域を構成している。なお、電流狭窄部１０８ａの上下の半導体層の領域（狭窄部隣接領域）の水素濃度は、これらの半導体層におけるドーパント（本実施形態では炭素）の濃度と同程度である１×１０¹⁸ｃｍ^-3以下であることが好ましい。

本実施形態の面発光レーザ１００では、電流狭窄層１０８により、電流経路が適切に狭窄され、高い注入効率で活性層１０５に到達する。電流狭窄部１０８ａが炭素を含んでいるため、水素は炭素に強くひきつけられて、電流狭窄部１０８ａに安定して存在している。このため、水素が素子内を動き回ることもないので、長期にわたって信頼性が高く、安定した特性を有する面発光レーザが得られる。また、電流狭窄層１０８は、活性層１０５の近くに形成されているので、電流狭窄層１０８によって経路が狭窄された電流は、ｐ型スペーサ層１０６において横方向に広がることなく活性層１０５に注入される。このため、高い電流注入効率が得られる。

（第１の実施形態に係る面発光レーザの第１の製造方法）
つぎに、本第１の実施形態に係る面発光レーザ１００の第１の製造方法について説明する。まず、基板１０１上に、半導体層１０２と、下部ＤＢＲミラー１０３と、下部クラッド層１０４と、活性層１０５と、ｐ型スペーサ層１０６と、電流狭窄層１０８を形成すべき高濃度炭素含有層（炭素ドープ層）１１５と、ｐ型スペーサ層１１６と、ｐ側コンタクト層１１０とを順次に積層する。高濃度炭素含有層１１５は、炭素を１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上、好ましくは１×１０^２０ｃｍ^−３以上の濃度（本実施形態例では１×１０²⁰ｃｍ^-3）でドーピングしたＧａＡｓからなる。以降、上記半導体層を積層した基板を積層基板と呼ぶ。

次いで、フォトリソグラフィ法を用いて、積層基板上にフォトレジスト膜から成る注入マスクを形成する。更に、この注入マスクをマスクとして、水素イオン注入法を用いて、電流狭窄部を形成すべき領域に、加速電圧１００ｋｅＶ、ドーズ量４×１０¹⁴ｃｍ^-2で水素イオンを注入する。その後、注入マスクを除去する。

図２は、上記注入マスクを除去した後の積層基板の断面を模式的に示す。同図に示すように、水素イオンは、領域Ａ１に注入されている。その結果、領域Ａ１は高抵抗領域を構成する。ここで、領域Ａ１の半導体は、水素イオンの注入によってダメージを受け、複合欠陥が生じている。特に領域Ａ１の深さ方向の水素分布は活性層１０５に到達しているため、活性層１０５にもダメージが含まれている。

次いで、積層基板に対して、５００℃以上７００℃以下の温度、例えば６５０℃付近の温度で熱アニールを１分（３０秒〜２分）行う。図３及び図４はそれぞれ、この熱アニール前、及び、熱アニール後の水素イオン注入領域の２次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）による分析結果を示す。図３、４において、横軸はスパッタリング時間であって深さに対応し、縦軸は較正された濃度である。熱アニールにより、領域Ａ１における半導体のダメージが回復し、複合欠陥が消失するので、領域Ａ１の高濃度炭素含有層１１５以外の領域において水素が離脱する。その結果、活性層１０５におけるダメージも消失する。一方、高濃度炭素含有層１１５の領域Ａ１に含まれる部分では、炭素に引きつけられて水素が残留する。その結果、水素が離脱した領域では半導体がｐ型に戻り、水素が残留した領域は高抵抗領域のままとなる。

熱アニールを、５００℃以上７００℃以下の温度で行うことによって、領域Ａ１において、高濃度炭素含有層１１５の上下の半導体層の水素濃度が、高濃度炭素含有層１１５の水素濃度より低く、高濃度炭素含有層１１５の上下の半導体層の炭素濃度と等しい状態が実現される。ここで熱アニール温度が５００℃より低いと、高濃度炭素含有層１１５以外の領域、例えば活性層などにおける水素の離脱が十分に行えず、ダメージも残ってしまう。一方、熱アニール温度が７００℃より高いと、高濃度炭素含有層１１５の領域Ａ１に含まれる部分における水素まで離脱してしまい、電流狭窄部としての機能が失われてしまう。従って、熱アニールは、５００℃以上７００℃以下の温度で行うことが好ましい。なお、高濃度炭素含有層１１５の領域Ａ１に含まれる部分には電流が流れないために、電子とホールの再結合は起きない。従って、高濃度炭素含有層１１５の領域Ａ１に含まれる部分にダメージが残っていても、ダメージが暗線欠陥に成長することはない。

上記のように、熱アニールによって活性層１０５の暗線欠陥が消失するので、電流狭窄層１０８を活性層１０５の近くに配置することができる。水素イオン注入法を用いることで、安価で容易に電流狭窄層１０８を形成することができる。

次いで、フォトリソグラフィ法を用いて、積層基板のｐ側コンタクト層１１０上に円環状の電極パターンを形成し、Ｔｉ／Ａｕ構造の金属層を真空蒸着し、リフトオフしてｐ側電極１１１を形成する。つぎに、光学長モニタ付き電子ビーム蒸着装置を用いて、積層基板の全面に上部ＤＢＲミラー１０９を形成した後、ｐ側電極１１１の円環内以外の部分をリフトオフにより除去する。

次いで、ｐ側電極１１１の外側を、例えば塩素系ドライエッチングによって、活性層１０５より下方の下部クラッド層１０４内に達する深さまでエッチングを行なう。このエッチングによって、メサポストＭ１を形成するとともに、メサポストＭ１の外周側に下部クラッド層１０４を露出させる。このようなメサポスト構造を形成することによって、面発光レーザの高速変調動作に悪影響を及ぼす寄生容量を減らすことができる。その後、下部クラッド層１０４の露出した表面に、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ構造の金属膜を堆積し、リフトオフによって、平面視で半円環状のｎ側電極１１４を形成する。

次いで、プラズマＣＶＤ法を用いて積層基板の全面に絶縁膜１１２を形成する。更に、フォトリソグラフィ法を用いて、ｐ側電極１１１及びｎ側電極１１４上の絶縁膜１１２をエッチング除去し、Ｃｕ／Ａｕ構造の金属膜を形成し、リフトオフ法を用いてパターニングすることによって、パッド電極１１３、１１７を形成する。その後、基板１０１の裏面を基板厚さが２５０μｍ程度になるように研磨する。更に、素子分離を行い、面発光レーザ１００を完成させる。

（第１の実施形態に係る面発光レーザの第２の製造方法）
つぎに、本第１の実施形態に係る面発光レーザ１００の第２の製造方法について説明する。

通常、ｐ側コンタクト層１１０には、抵抗を下げるために高濃度の炭素がドーピングされることが多い。第１の製造方法では、ｐ側コンタクト層１１０を形成した後、積層基板に水素イオンを注入したが、この場合、ｐ側コンタクト層１１０は水素イオン注入によりダメージを受け、また、注入した水素が炭素に引き付けられて熱アニール後にもｐ側コンタクト層１１０内に水素が残留し高抵抗化してしまう場合がある。そこで、第２の製造方法では、ｐ側コンタクト層１１０を水素イオンの注入工程を行った後に形成することとしている。以下、第２の製造方法について説明する。

はじめに、第１の半導体積層工程として、基板１０１上に、半導体層１０２と、下部ＤＢＲミラー１０３と、下部クラッド層１０４と、活性層１０５と、ｐ型スペーサ層１０６と、電流狭窄層１０８を形成すべき高濃度炭素含有層１１５と、ｐ型スペーサ層１１６とを順次積層する（図５）。なお、この高濃度炭素含有層１１５は、炭素を１×１０²⁰ｃｍ^-3の濃度でドーピングしたＧａＡｓからなる。

つぎに、フォトリソグラフィ法を用いて、フォトレジストで積層基板上に注入マスクを形成する。つぎに、水素イオン注入法を用いて、電流狭窄部を形成すべき領域に、加速電圧１００ｋｅＶ、ドーズ量４×１０¹⁴ｃｍ^-2で水素イオンを注入する。その後、注入マスクを除去する。図６は、注入マスクを除去した後の積層基板の断面を模式的に示す図である。図６に示すように、水素イオンは、領域Ａ１に注入されている。その結果、領域Ａ１は高抵抗になっている。

つぎに、第２の半導体積層工程として、積層基板上に１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上の濃度の炭素をドーパントとして含むｐ側コンタクト層１１０を積層する（図７）。この過程において積層基板は６００℃程度（５００℃〜７００℃）になる。このような高温状態におかれることにより積層基板は熱アニールされ、領域Ａ１における半導体のダメージが回復し、複合欠陥が消失するので、領域Ａ１の高濃度炭素含有層１１５以外の領域において水素が離脱する。一方、高濃度炭素含有層１１５の領域Ａ１に含まれる部分では、ｐ側コンタクト層１１０を成長した後も炭素に引き付けられて水素が残留する。その結果、水素が離脱した領域では半導体がｐ型に戻り、水素が残留した領域は高抵抗のままとなる。このように、第２の半導体積層工程における高温状態によって、領域Ａ１において、高濃度炭素含有層１１５の上下の半導体層の水素濃度が、高濃度炭素含有層１１５の水素濃度より低く、高濃度炭素含有層１１５の上下の半導体層の炭素濃度と等しい状態が実現される。また、水素イオン注入を行った後に炭素をドーパントとして含むｐ側コンタクト層１１０を形成することにより、ｐ側コンタクト層１１０が水素イオン注入時のダメージにさらされることがなく、ｐ側コンタクト層１１０における水素濃度は１×１０¹⁸ｃｍ^-3以下とすることができる。このため、ｐ側コンタクト層１１０が高抵抗化することがない。

その後は第１の製造方法と同様にして、ｐ側電極１１１、メサポスト構造Ｍ１、ｎ側電極１１４、パッド電極１１３、１１７を順次形成し、面発光レーザ素子１００が完成する。

本実施形態に係る面発光レーザ１００は、上部ｐ型積層構造が、１×１０¹⁹cm^-3以上の濃度の炭素をドーパントとして含むIII−Ｖ族半導体からなる炭素ドープ層を前記活性層の近傍に有すること、炭素ドープ層のドーパント濃度が、炭素ドープ層に積層方向に隣接する半導体層のドーパント濃度よりも大きいこと、炭素ドープ層の周縁部が水素を含むことによって中央部よりも高抵抗化されることにより、周縁部が電流狭窄部、中央部が電流注入部である電流狭窄構造を形成すること、及び、炭素ドープ層の周縁部の上下の半導体層の領域（狭窄部隣接領域）の水素濃度が、炭素ドープ層の周縁部の水素の濃度よりも低いことから、高信頼性と高電流注入効率とを同時に実現することが出来る。

（第２の実施形態）
図８は、本発明の第２の実施形態に係る面発光レーザの模式的な断面図である。本実施形態に係る面発光レーザ２００は、ＧａＡｓ系の半導体からなり、レーザ発振波長が８５０ｎｍ帯のものである。

図８に示すように、この面発光レーザ２００は、ｎ型ＧａＡｓからなる基板２０１上に順次に形成された、ｎ型半導体層２０２と、分布ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ）である下部ＤＢＲミラー２０３と、下部クラッド層２０４と、活性層２０５と、上部クラッド層２０６と、ｐ型半導体層２０７と、電流狭窄層２０８と、上部ＤＢＲミラー２０９と、ｐ側コンタクト層２１０とを含む積層構造を有する。下部ＤＢＲミラー２０３の一部から、ｐ側コンタクト層２１０までは円柱状のメサポストＭ２に加工されている。ｐ側コンタクト層２１０上には、円環状のｐ側電極２１１が形成されている。ｐ側電極２１１の表面以外の表面は、絶縁膜２１２に覆われている。ｐ側電極２１１に接するパッド電極２１３が、メサポストＭ２の側面、及び、メサポストＭ２の周囲の下部ＤＢＲミラー２０３上に形成された絶縁膜２１２上に延びている。基板２０１の裏面にはｎ側電極２１４が形成されている。

ｎ型半導体層２０２は、ｎ型のキャリア濃度が１×１０¹⁸ｃｍ^-3程度のＡｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓからなる。下部ＤＢＲミラー２０３は、ｎ型キャリア濃度が１×１０¹⁸ｃｍ^-3程度であって、層厚がそれぞれλ／４ｎ（但し、λはレーザ発振波長、ｎは屈折率）のＡｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層２０３ａとＡｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ層２０３ｂとが交互に３５．５ペアだけ積層された構造を有する。下部クラッド層２０４は、ｎ型のキャリア濃度が１×１０¹⁸ｃｍ^-3程度のＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓからなる。活性層２０５は、ノンドープＡｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ／ＧａＡｓからなる３重量子井戸構造を有する。

上部クラッド層２０６は、ｐ型キャリア濃度が５×１０¹⁷ｃｍ^-3程度のＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓからなる。なお、下部クラッド層２０４の下端から上部クラッド層２０６の上端までの厚さは、光学長に換算してλになるように形成され、いわゆるλ共振器を形成している。なお、光学長とは、層厚に屈折率を掛けたものである。ｐ型半導体層２０７は、ｐ型のキャリア濃度が１×１０¹⁸ｃｍ^-3程度のＡｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓからなる。上部ＤＢＲミラー２０９は、ｐ型キャリア濃度が１×１０¹⁸ｃｍ^-3程度であって、膜厚がそれぞれλ／４ｎのＡｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層２０９ａとＡｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ層２０９ｂとが交互に２４．５ペアだけ積層した構造を有する。ｐ側コンタクト層２１０は、ｐ型キャリア濃度が１×１０¹⁹ｃｍ^-3程度の高濃度であるｐ⁺−ＧａＡｓからなる。

上記したように、活性層２０５は、ｎ型半導体層２０２から下部クラッド層２０４までのｎ型半導体積層と、上部クラッド層２０６からｐ側コンタクト層２１０までのｐ型半導体積層に挟まれ、且つ、これら半導体領域と共に下部ＤＢＲミラー２０３と上部ＤＢＲミラー２０９との間に配置されている。ｐ側電極２１１はＴｉ／Ａｕ構造を有する。絶縁膜２１２はＳｉＯ_２からなる。パッド電極２１３はＣｕ／Ａｕ構造を有する。ｎ側電極２１４はＣｒ／Ａｕ構造を有する。

電流狭窄層２０８は、メサポスト外周側に位置する電流狭窄部２０８ａと、メサポストＭ２の中心に位置する円板形状の電流注入部２０８ｂとを有し、炭素を１×１０¹⁹ｃｍ^-3の濃度でドーピングしたＧａＡｓからなる。このように、電流狭窄層２０８のドーパント濃度は、積層方向に隣接するｐ型半導体層２０７及び上部ＤＢＲミラー２０９のドーパント濃度よりも大きい。

電流狭窄層２０８は、第１の実施形態と同様に、電流注入部２０８ｂが低抵抗のｐ型半導体から成る。一方、電流狭窄部２０８ａは、炭素がドーピングされ、且つ、１×１０¹⁹ｃｍ^-3程度の濃度で安定して存在する水素を含んでおり、高抵抗領域を構成する。この構造により、注入電流の経路が適切に狭窄され、高い注入効率で活性層２０５に到達する。また、水素がデバイス内を動き回ることもないので、長期にわたって信頼性が高く、安定した特性を有する面発光レーザが得られる。

（第２の実施形態に係る面発光レーザの第１の製造方法）
以下、本第２の実施形態に係る面発光レーザ２００の第１の製造方法について説明する。まず、基板２０１上に、ｎ型半導体層２０２と、下部ＤＢＲミラー２０３と、下部クラッド層２０４と、活性層２０５と、上部クラッド層２０６と、ｐ型半導体層２０７と、電流狭窄層を形成すべき高濃度炭素含有層と、上部ＤＢＲミラー２０９と、ｐ側コンタクト層２１０とを順次に積層する。高濃度炭素含有層は、濃度１×１０¹⁹ｃｍ^-3で炭素をドーピングしたＧａＡｓから成る。

次いで、フォトリソグラフィ法を用いて、フォトレジストで積層基板上に注入マスクを形成する。つぎに、水素イオン注入法を用いて、電流狭窄部を形成すべき領域に、加速電圧３５０ｋｅＶ、ドーズ量４×１０¹⁴ｃｍ^-2でプロトン（水素イオン）を注入する。その後、注入マスクを除去する。

次いで、積層基板に、５００℃以上７００℃以下の温度、例えば６５０℃で熱アニールを１分（３０秒から２分）行う。これによって、高濃度炭素含有層は電流狭窄部２０８ａと電流注入部２０８ｂとを有する電流狭窄層２０８になり、且つ、半導体のダメージ回復と不要な水素の離脱とが実現される。

次いで、第１の実施形態の場合と同様にしてｐ側電極２１１を形成する。つぎに、ｐ側電極２１１の外側を、活性層２０５より下方の下部ＤＢＲミラー２０３内に達する深さまで、例えば塩素系ドライエッチングによりエッチングを行ない、メサポストＭ２を形成する。メサポスト構造によって、素子の高速変調動作に悪影響を及ぼす寄生容量を減らすことができる。つぎに、プラズマＣＶＤ法を用いて積層基板の全面に絶縁膜２１２を形成する。その後、リソグラフィ法を用いてｐ側電極２１１上部の絶縁膜２１２をエッチング除去し、更に、Ｃｕ／Ａｕ構造の金属膜を形成し、リフトオフ法を用いてパターニングすることによってパッド電極２１３を形成する。つぎに、基板２０１の裏面を基板厚さが２５０μｍ程度になるように研磨した後、研磨した裏面にＣｒ／Ａｕを蒸着してｎ側電極２１４を形成する。その後素子分離して面発光レーザ２００が完成する。

本実施形態に係る面発光レーザ２００は、第１の実施形態と同様に、高信頼性と高電流注入効率とを同時に実現する。

（第２の実施形態に係る面発光レーザの第２の製造方法）
つぎに、本第２の実施形態に係る面発光レーザ２００の第２の製造方法について説明する。

通常、ｐ側コンタクト層２１０には、抵抗を下げるために高濃度の炭素がドーピングされることが多い。第１の製造方法では、ｐ側コンタクト層２１０を形成した後、積層基板に水素イオンを注入したが、この場合、ｐ側コンタクト層２１０は水素イオン注入によりダメージを受け、また、注入した水素が炭素に引き付けられて熱アニール後にもｐ側コンタクト層２１０内に水素が残留し高抵抗化してしまう場合がある。そこで、第２の製造方法では、ｐ側コンタクト層２１０を水素イオンの注入工程を行った後に形成することとしている。以下、第２の製造方法について説明する。

はじめに、第１の半導体積層工程として、基板２０１上に、ｎ型半導体層２０２と、下部ＤＢＲミラー２０３と、下部クラッド層２０４と、活性層２０５と、上部クラッド層２０６と、ｐ型半導体層２０７と、電流狭窄層を形成すべき高濃度炭素含有層２１５と、上部ＤＢＲミラー２０９の一部とを順次積層する（図９）。高濃度炭素含有層２１５は、炭素を１×１０¹⁹ｃｍ^-3の濃度でドーピングしたＧａＡｓからなる。

つぎに、フォトリソグラフィ法を用いて、フォトレジストで積層基板上に注入マスクを形成する。つぎに、水素イオン注入法を用いて、電流狭窄部を形成すべき領域に、加速電圧１００ｋｅＶ、ドーズ量４×１０¹⁴ｃｍ^-2で水素イオンを注入する。その後、注入マスクを除去する。図１０は、注入マスクを除去した後の積層基板の断面を模式的に示す図である。図１０に示すように、水素イオンは、領域Ａ２に注入されている。その結果、領域Ａ２は高抵抗になっている。

つぎに、第２の半導体積層工程として、積層基板上に上部ＤＢＲミラー２０９の残りと、１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上の濃度の炭素をドーパントとして含むｐ側コンタクト層２１０とを順次に積層する（図１１）。この過程において積層基板は６００℃程度（５００℃〜７００℃）になる。このような高温状態におかれることにより積層基板は熱アニールされ、水素イオン注入領域における半導体のダメージが回復し、複合欠陥が消失するので、水素イオン注入領域の高濃度炭素含有層以外の領域において水素が離脱する。一方、水素イオン注入領域の高濃度炭素含有層では、上部ＤＢＲミラー２０９の残りとｐ側コンタクト層２１０を形成した後も炭素に引き付けられて水素が残留する。その結果、水素が離脱した領域では半導体がｐ型に戻り、水素が残留した領域は高抵抗のままとなる。また水素イオン注入を行った後に、炭素をドーパントとして含むｐ側コンタクト層２１０を形成することにより、ｐ側コンタクト層２１０が水素イオン注入時のダメージにさらされることがなく、ｐ側コンタクト層２１０における水素濃度は１×１０¹⁸ｃｍ^-3以下とすることができる。このため、ｐ側コンタクト層２１０が高抵抗化することがない。

その後は第１の製造方法と同様にして、ｐ側電極２１１、メサポスト構造Ｍ２、パッド電極２１３、ｎ側電極２１４を順次形成し、面発光レーザ素子２００が完成する。

（第３の実施形態）
つぎに、本発明の第３の実施形態に係る面発光レーザについて説明する。図１２は、本発明の第３の実施形態に係る面発光レーザの模式的な断面図である。本実施形態に係る面発光レーザは、ＧａＡｓ系の半導体からなり、レーザ発振波長が８５０ｎｍ帯のものである。本実施形態に係る面発光レーザは、第２の実施形態における上部ＤＢＲミラー内に、フォトニック結晶構造が形成された構造を有しており、且つ、このフォトニック結晶構造を構成する２次元空孔配列の中央部に空孔が存在しない点欠陥３１８ａが形成されている。メサポストＭ３は、下部ＤＢＲミラー３０３の上部から上部ＤＢＲミラー３０９までの積層構造に形成されている。ｐ側電極３１１、絶縁膜３１２、ｐ側パッド電極３１３の構成は第２の実施形態と同様である。ｎ側電極３１４は、ｎ型ＧａＡｓ基板３０１の裏面に形成されている。

上記フォトニック結晶構造では、周期的な２次元空孔配列３１８によって、光が感じる屈折率が僅かに低下し、中央の空孔がない点欠陥領域３１８ａはコア、これを取り囲む領域はクラッドとして機能する。このような弱い屈折率閉じ込めによって、横モード制御を行うことから、広い発光面積であっても基本横モードのみを発振させることができる。この構造の面発光レーザは、フォトニック結晶面発光レーザとも呼ばれている。フォトニック結晶面発光レーザの電流狭窄構造としては、より安定した横モード制御を行うために、屈折率差を伴わない構造が望ましく、従って酸化電流狭窄法よりも水素イオン注入法の方が望ましい。

図１２に示すように、本実施形態の面発光レーザは、上部ＤＢＲミラー３０９内に、２次元空孔配列３１８が形成されている点において、第２の実施形態と異なっている。上部ＤＢＲミラー３０９は、第１の実施形態と同様に、Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層３０９ａ及びＡｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ層３０９ｂから構成される半導体ＤＢＲミラーである。下部ＤＢＲミラー３０３は、第２の実施形態と同様に、Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層３０３ａとＡｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ層３０３ｂとが交互に３５．５ペアだけ積層された構造を有する。なお、各層のドーピングの導電型、濃度については、第２の実施形態例と同様である。

以下、本実施形態に係る面発光レーザ３００の製造方法について説明する。まず、例えば分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法や有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法を用いて、基板３０１上に、ｎ型半導体層３０２と、ｎ型半導体層からなる下部ＤＢＲミラー３０３と、下部クラッド層３０４と、活性層３０５と、上部クラッド層３０６と、ｐ型半導体層３０７と、電流狭窄層３０８を形成すべき高濃度炭素含有層と、ｐ型半導体層からなる上部ＤＢＲミラー３０９と、ｐ側コンタクト層３１０とを順次に積層する。高濃度炭素含有層は、濃度１×１０¹⁹ｃｍ^-3で炭素をドーピングしたＧａＡｓから成る。

次いで、フォトリソグラフィ法を用いて、フォトレジストで積層基板上に注入マスクを形成する。つぎに、水素イオン注入法を用いて、電流狭窄部を形成すべき領域に、加速電圧３５０ｋｅＶ、ドーズ量４×１０¹⁴ｃｍ^-2でプロトン（水素イオン）を注入する。その後、注入マスクを除去する。

つぎに、積層基板に、５００℃以上７００℃以下の温度、例えば６５０℃で熱アニールを１分（３０秒から２分）行う。これによって、高濃度炭素含有層は電流狭窄部３０８ａと電流注入部３０８ｂとを有する電流狭窄層３０８になり、且つ、半導体のダメージ回復と不要な水素の離脱とが実現される。

次に、積層構造の表面に、プラズマＣＶＤ法を用いて新たにＳｉＮｘ膜を成膜する。フォトリソグラフィ法とＲＩＥ（反応性イオンエッチング:Reactive Ion Etching）法により、ＳｉＮｘ膜を、中央部に円孔がない点欠陥を有し、周期３．５〜４．５μｍの三角格子状の２次元円孔配列構造を有するパターンに加工する。このＳｉＮｘ膜からなる円孔配列構造をマスクとし、Ｃｌ_２を用いたＩＣＰ（誘導結合プラズマ:Inductively Coupled Plasma）ドライエッチングにより、積層基板に深さ３．０μｍ程度の円孔配列構造を形成する。さらにＲＩＥ法によりＳｉＮｘ膜を全て除去する。なお、円孔の配列周期、深さなどは、円孔が形成された部分の平均屈折率と円孔がない点欠陥の平均屈折率との差により、基本横モード発振が得られるように、適宜調整される。

その後の製造方法については、第２の実施形態に係る面発光レーザの第１の製造方法とほぼ同様に行うことができる。また、第２の実施形態に係る面発光レーザの第２の製造方法のように、上部ＤＢＲミラー３０９の一部とｐ側コンタクト層３１０の形成を、水素イオン注入後に行ってもよい。

本実施形態に係る面発光レーザ３００は、第１及び第２の実施形態と同様に高信頼性と高電流注入効率とを同時に実現し、かつ、基本横モード発振が容易に実現可能となる。

（第４の実施形態）
つぎに、本発明の第４の実施形態に係る面発光レーザについて説明する。本実施形態に係る面発光レーザは、ＧａＡｓ系の半導体からなり、イントラキャビティコンタクト構造を有し、発振波長が１３００ｎｍ帯のものである。

図１３は、本実施形態に係る面発光レーザの模式的な断面図である。同図に示すように、本実施形態の面発光レーザは、上部ＤＢＲミラー４０９内に、２次元周期的な屈折率の分布が形成されている点、及び、活性層材料としてＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓの量子井戸構造を用いる点において、第１の実施形態と異なっている。メサポストＭ４は、下部クラッド層４０４の上部からｐ側コンタクト層４１０までの積層に形成され、上部ＤＢＲミラーの大部分は、更にそのメサポストＭ４の上部に形成されている。絶縁膜４１２、ｐ側電極４１１、ｐ側パッド電極４１３の構造は第１の実施形態と同様である。ｎ側電極４１４は、下部クラッド層４０４上に形成され、ｎ側パッド電極４１７は、その表面に絶縁膜の開口を介して接している。上部ＤＢＲミラー４０９は、ＴｉＯ_２層４０９ａとＳｉＯ_２層４０９ｂとから構成される。なお、各層のドーピングの導電型、濃度については、第１の実施形態例と同様である。

つぎに、本実施形態に係る面発光レーザ４００の製造方法について説明する。まず、基板４０１上に、半導体層４０２と、下部ＤＢＲミラー４０３と、下部クラッド層４０４と、活性層４０５と、ｐ型スペーサ層４０６と、電流狭窄層４０８を形成すべき高濃度炭素含有層と、ｐ型スペーサ層４１６と、ｐ側コンタクト層４１０とを順次に積層する。高濃度炭素含有層は、炭素を１×１０²⁰ｃｍ^-3の濃度でドーピングしたＧａＡｓからなる。下部ＤＢＲミラー４０３は、ＡｌＡｓ層４０３ａとＧａＡｓ層４０３ｂから成る。

次いで、フォトリソグラフィ法を用いて、フォトレジストで積層基板上に注入マスクを形成する。つぎに、水素イオン注入法を用いて、電流狭窄部を形成すべき領域に、加速電圧１００ｋｅＶ、ドーズ量４×１０¹⁴ｃｍ^-2で水素イオンを注入する。その後、注入マスクを除去する。

次いで、積層基板に、５００℃以上７００℃以下の温度、例えば６５０℃付近の温度で熱アニールを１分（３０秒から２分）行う。これによって、高濃度炭素含有層は電流狭窄部４０８ａと電流注入部４０８ｂとを有する電流狭窄層４０８になり、且つ、半導体のダメージ回復と不要な水素の離脱とが実現される。

次いで、第１の実施形態の場合と同様にしてｐ側電極４１１を形成する。つぎに、光学長モニタ付き電子ビーム蒸着装置を用いて、積層基板の全面に上部ＤＢＲミラー４０９のうち少なくとも１層の誘電体層を形成する。つぎにフォトリソグラフィ法とＲＩＥ法により、形成した上部ＤＢＲミラー４０９の誘電体層をエッチングし、２次元円孔配列４１８を有する円孔形成層を形成する。

次いで、先の電子ビーム蒸着装置を用いて、積層基板の全面に上部ＤＢＲミラー４０９の残りの誘電体層を形成する。この工程により、先に形成した上部ＤＢＲミラー４０９の最下層の誘電体層に形成された２次元円孔配列は、その最下層の誘電体層を起点として、円孔配列の形状を少なくとも部分的に保持しながら、上部の誘電体層に伝達される。このようにして、上部ＤＢＲミラー４０９は、積層された誘電体層の全体に屈折率の２次元配列構造が形成される。つぎに、ｐ側電極４１１の円環内以外の部分をリフトオフにより除去する。

その後の製造方法については、第１の実施形態に係る面発光レーザの第１の製造方法とほぼ同様に行うことができる。また、第１の実施形態に係る面発光レーザの第２の製造方法のように、ｐ側コンタクト層４１０の形成を水素イオン注入後に行ってもよい。

本実施形態に係る面発光レーザ４００は、高信頼性と高電流注入効率とを同時に実現し、かつ基本横モード発振が可能となる。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。

１００、２００、３００、４００：面発光レーザ
１０１、２０１、３０１、４０１：基板
１０２、４０２：半導体層
１０３、２０３，３０３、４０３：下部ＤＢＲミラー
１０３ａ、４０３ａ：ＡｌＡｓ層
１０３ｂ、４０３ｂ：ＧａＡｓ層
１０４、２０４、３０４、４０４：下部クラッド層
１０５、２０５，３０５、４０５：活性層
１０６、１１６、４０６、４１６：ｐ型スペーサ層
１０８、２０８，３０８、４０８：電流狭窄層
１０８ａ、２０８ａ、３０８ａ、４０８ａ：電流狭窄部
１０８ｂ、２０８ｂ、３０８ｂ、４０８ｂ：電流注入部
１０９、２０９、３０９、４０９：上部ＤＢＲミラー
１０９ａ、４０９ａ：ＴｉＯ_２層
１０９ｂ、４０９ｂ：ＳｉＯ_２層
１１０、２１０、３１０、４１０：ｐ側コンタクト層
１１１、２１１、３１１、４１１：ｐ側電極
１１２、２１２、３１２、４１２：絶縁膜
１１３、２１３、３１３、４１３、１１７、４１７：パッド電極
１１４、２１４、３１４、４１４：ｎ側電極
１１５、２１５：高濃度炭素含有層（炭素ドープ層）
２０２、３０２：ｎ型半導体層
２０３ａ、３０３ａ：Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層
２０３ｂ、３０３ｂ：Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ層
２０６、３０６：上部クラッド層
２０７、３０７：ｐ型半導体層
２０９ａ、３０９ａ：Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層
２０９ｂ、３０９ｂ：Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ層
３１８、４１８：２次元円孔配列
３１８ａ：点欠陥領域
Ｍ１〜Ｍ４：メサポスト構造

Claims (14)

1. 半導体基板上に順次に積層された、下部ＤＢＲミラー、ｎ型の下部半導体層、活性層、ｐ型の上部半導体積層、及び、上部ＤＢＲミラーを含む積層構造を有する面発光レーザであって、
   前記上部半導体積層は、１×１０¹⁹cm^-3以上の濃度の炭素をドーパントとして含むIII−Ｖ族半導体からなる炭素ドープ層を前記活性層の近傍に有し、該炭素ドープ層のドーパント濃度は、積層方向に該炭素ドープ層に隣接する前記上部半導体積層内の半導体層のドーパント濃度よりも大きく、
   前記炭素ドープ層は、水素を内部に含む電流狭窄部と、積層面内で該電流狭窄部に囲まれ水素を内部に含まない電流注入部とを有する電流狭窄構造を有し、
   前記積層方向において前記電流狭窄部に隣接する狭窄部隣接領域の水素濃度が、前記電流狭窄部の水素濃度よりも低い、
   ことを特徴とする面発光レーザ。
2. 前記炭素ドープ層の前記電流狭窄部の水素濃度が１×１０¹⁹cm^-3以上であり、前記狭窄部隣接領域の水素濃度が１×１０¹⁸cm^-3以下である、請求項１に記載の面発光レーザ。
3. 前記上部ＤＢＲミラーが誘電体多層膜からなり、ｎ側電極が前記下部半導体層上に形成され、ｐ側電極が前記上部半導体積層上に形成されている、請求項１又は２に記載の面発光レーザ。
4. 前記上部半導体積層上に１×１０¹⁹cm^-3以上の濃度の炭素をドーパントとして含むIII−Ｖ族半導体からなるｐ側コンタクト層を更に有し、前記ｐ側電極が前記ｐ側コンタクト層上に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の面発光レーザ。
5. 前記半導体基板がｎ型半導体基板であり、前記下部ＤＢＲミラーがｎ型半導体多層膜からなり、前記上部ＤＢＲミラーがｐ型半導体多層膜からなり、ｎ側電極が前記半導体基板の下面に形成され、ｐ側電極が前記上部ＤＢＲミラー上に形成されている、請求項１又は２に記載の面発光レーザ。
6. 前記上部ＤＢＲミラー上に１×１０¹⁹cm^-3以上の濃度の炭素をドーパントとして含むIII−Ｖ族半導体からなるｐ側コンタクト層を更に有し、前記ｐ側電極が前記ｐ側コンタクト層上に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の面発光レーザ。
7. 前記ｐ側コンタクト層の水素濃度が１×１０¹⁸cm^-3以下である、請求項４又は６に記載の面発光レーザ。
8. 前記炭素ドープ層の前記電流狭窄部に存在する水素が、前記ｐ側電極及び前記ｎ側電極を介した電流注入の際に前記電流狭窄部内に実質的に留まる、請求項３乃至７の何れか一に記載の面発光レーザ。
9. 前記炭素ドープ層が１×１０²⁰cm^-3以上の濃度の炭素をドーパントとして含む、請求項１乃至８の何れか一に記載の面発光レーザ。
10. 前記炭素ドープ層がＧａＡｓ層である、請求項１乃至９の何れか一に記載の面発光レーザ。
11. 前記上部ＤＢＲミラーの少なくとも一部には、積層面内における所定の領域を除き、前記積層面内において周期的な屈折率の２次元分布が形成されている、請求項１乃至１０の何れか一に記載の面発光レーザ。
12. 半導体基板上に、半導体多層膜からなる下部ＤＢＲミラー、ｎ型半導体からなる下部半導体層、及び、活性層を順次に形成する工程と、
    前記活性層上に、１×１０¹⁹cm^-3以上の濃度の炭素をドーパントとして含むIII−Ｖ族半導体からなる炭素ドープ層を前記活性層の近傍に有し、前記炭素ドープ層のドーパント濃度が、該炭素ドープ層に積層方向に隣接する半導体層のドーパント濃度よりも大きい上部半導体積層を形成する工程と、
    前記炭素ドープ層の周縁部に水素を注入する工程と、
    前記水素を注入する工程の後、５００℃以上７００℃以下の温度で前記半導体基板を熱アニールする工程と、
    前記上部半導体積層上に上部ＤＢＲミラーを積層する工程と、
    前記熱アニールする工程の後、前記上部半導体積層に電気的に接続されたｐ側電極と、
    前記下部半導体層に電気的に接続されたｎ側電極とを形成する工程と、
    を有することを特徴とする面発光レーザの製造方法。
13. 前記熱アニールする工程は、前記上部半導体積層上に１×１０¹⁹cm^-3以上の濃度の炭素をドーパントとして含むIII−Ｖ族半導体からなるｐ側コンタクト層を積層することを含み、
    前記ｐ側電極を前記ｐ側コンタクト層上に形成することを特徴とする請求項１２に記載の面発光レーザの製造方法。
14. 請求項１２又は１３に記載の製造方法によって製造されたことを特徴とする面発光レーザ。

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