JP2020053674A - Vertical cavity surface emitting laser - Google Patents

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Abstract

To provide a vertical cavity surface emitting laser having a structure in which a change in differential resistance is less sensitive to variations in the size of a current aperture.SOLUTION: A vertical cavity surface emitting laser includes a first semiconductor layer having a first Al composition, a first stack including a second semiconductor layer having a second Al composition larger than the first Al composition, a current confinement structure including a current aperture and a current blocker, a first compound semiconductor layer adjacent to the current confinement structure, and a second compound semiconductor layer adjacent to the first stack and the first compound semiconductor layer. The first compound semiconductor layer has a first aluminum profile that monotonically changes from the first Al lower limit composition to the first Al upper limit composition within a range larger than the first Al composition and smaller than the second Al composition, from the first stack to the current confinement structure. The second compound semiconductor layer has an Al composition that is greater than the first Al composition and equal to or less than the first Al upper limit composition.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、垂直共振型面発光レーザに関する。   The present invention relates to a vertical cavity surface emitting laser.

非特許文献1は、面発光レーザを開示する。   Non-Patent Document 1 discloses a surface emitting laser.

Kimiyoshi Fukatsu et al., IEEE Photonics Technology Letters, vol.20, no.11, pp.909-911, 2008.Kimiyoshi Fukatsu et al., IEEE Photonics Technology Letters, vol.20, no.11, pp.909-911, 2008.

垂直共振型面発光レーザのあるものは、電流閉じ込めのために酸化物狭窄構造を用いる。酸化物狭窄構造は、以下のように作製される:高いAl組成の半導体層を含む半導体ポストを形成する;半導体ポストを酸化雰囲気中で酸化して、電流アパーチャを有する酸化物狭窄構造を得る。酸化物狭窄構造は、半導体ポスト内に最も高いAl組成の半導体層から形成される。酸化雰囲気中で半導体層を酸化することは、製造工程のうちで製造ばらつきの一要因になる。垂直共振型面発光レーザは、その特性面から半導体ポストに様々なサイズ及び形状を求め、また電流アパーチャにも様々なサイズを求める。   Some vertical cavity surface emitting lasers use an oxide confinement structure for confining current. The oxide confinement structure is fabricated as follows: forming a semiconductor post including a semiconductor layer with a high Al composition; oxidizing the semiconductor post in an oxidizing atmosphere to obtain an oxide confinement structure having a current aperture. The oxide confinement structure is formed from a semiconductor layer having the highest Al composition in a semiconductor post. Oxidation of the semiconductor layer in an oxidizing atmosphere is a factor in manufacturing variations during the manufacturing process. In the vertical cavity surface emitting laser, various sizes and shapes are required for the semiconductor posts from the characteristic surface, and various sizes are required for the current aperture.

本発明の一側面は、電流アパーチャのサイズの変動に対して微分抵抗の変化があまり敏感でない構造を有する垂直共振型面発光レーザを提供することを目的とする。   An object of one aspect of the present invention is to provide a vertical cavity surface emitting laser having a structure in which a change in differential resistance is not so sensitive to a change in the size of a current aperture.

本発明の一側面に係る垂直共振型面発光レーザは、半導体ポスト内に設けられた活性層と、前記半導体ポスト内に設けられ分布ブラッグ反射のための第1積層と、電流アパ−チャーと前記電流アパ−チャーを囲む電流ブロッカーとを備え前記半導体ポスト内に設けられた電流狭窄構造と、前記半導体ポスト内に設けられ、前記第1積層と前記電流狭窄構造との間において前記電流狭窄構造に隣接する第1化合物半導体層と、前記半導体ポスト内に設けられ、前記第1積層と前記第1化合物半導体層との間において前記第1積層及び前記第1化合物半導体層に隣接する第2化合物半導体層と、を備え、前記電流アパ−チャーは、III族構成元素としてアルミニウム元素を含むIII−V化合物半導体を含み、前記電流ブロッカーはIII族酸化物を含み、前記第1積層は、交互に配列された第1半導体層及び第2半導体層を含み、前記第1半導体層は、第1Al組成の第1III−V半導体を有し、前記第2半導体層は、前記第1Al組成より大きい第2Al組成の第2III−V半導体を有し、前記第1化合物半導体層及び前記第2化合物半導体層の各々は、III族構成元素としてアルミニウム元素を含み、前記第1化合物半導体層は、前記第1Al組成より大きく前記第2Al組成より小さい範囲内の第1Al下限組成から、該第1Al下限組成より大きな第1Al上限組成に、前記第1積層から前記電流狭窄構造への向きに単調に変化する第1アルミニウムプロファイルを有し、前記第2化合物半導体層は、前記第1Al組成より大きく前記第1Al上限組成より小さいAl組成を有し、前記電流アパ−チャーの前記III−V化合物半導体は、前記第2Al組成より大きなAl組成を有する。   A vertical cavity surface emitting laser according to one aspect of the present invention includes: an active layer provided in a semiconductor post; a first stack provided in the semiconductor post for distributed Bragg reflection; a current aperture; A current blocker surrounding the current aperture; a current confinement structure provided in the semiconductor post; and a current confinement structure provided in the semiconductor post, wherein the current confinement structure is provided between the first stack and the current confinement structure. An adjacent first compound semiconductor layer, and a second compound semiconductor provided in the semiconductor post and adjacent to the first stack and the first compound semiconductor layer between the first stack and the first compound semiconductor layer. Wherein the current aperture comprises a III-V compound semiconductor containing aluminum as a group III constituent element, and the current blocker comprises a group III acid. The first stack includes first semiconductor layers and second semiconductor layers alternately arranged, the first semiconductor layer includes a first III-V semiconductor having a first Al composition, and the second The semiconductor layer has a second III-V semiconductor having a second Al composition larger than the first Al composition, and each of the first compound semiconductor layer and the second compound semiconductor layer includes an aluminum element as a group III constituent element; The current constriction from the first stack is changed from a first Al lower limit composition within a range larger than the first Al composition and smaller than the second Al composition to a first Al upper limit composition larger than the first Al lower composition. The second compound semiconductor layer has a first aluminum profile that changes monotonically in the direction of the structure, and the second compound semiconductor layer has a first aluminum profile that is larger than the first Al composition and smaller than the first Al upper composition. Has a composition, said current APA - said III-V compound semiconductor char has a larger Al composition than the first 2Al composition.

本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。   The above and other objects, features, and advantages of the present invention will become more readily apparent from the following detailed description of preferred embodiments of the invention, which proceeds with reference to the accompanying drawings.

以上説明したように、本発明の一側面によれば、電流アパーチャのサイズの変動に対して微分抵抗の変化があまり敏感でない構造を有する垂直共振型面発光レーザが提供される。   As described above, according to one aspect of the present invention, there is provided a vertical cavity surface emitting laser having a structure in which a change in differential resistance is not so sensitive to a change in the size of a current aperture.

図1は、本実施形態に係る垂直共振型面発光レーザを示す図面である。FIG. 1 is a drawing showing a vertical cavity surface emitting laser according to the present embodiment. 図2は、実験例に係る垂直共振型面発光レーザの構造を示す図面である。FIG. 2 is a drawing showing a structure of a vertical cavity surface emitting laser according to an experimental example. 図3は、実施例1に係る垂直共振型面発光レーザの構造を示す図面である。FIG. 3 is a drawing illustrating the structure of the vertical cavity surface emitting laser according to the first embodiment. 図4は、実施例2に係る垂直共振型面発光レーザの構造を示す図面である。FIG. 4 is a drawing illustrating the structure of the vertical cavity surface emitting laser according to the second embodiment. 図5は、実施例3に係る垂直共振型面発光レーザの構造を示す図面である。FIG. 5 is a drawing illustrating the structure of the vertical cavity surface emitting laser according to the third embodiment. 図6は、実施例4に係る垂直共振型面発光レーザの構造を示す図面である。FIG. 6 is a drawing showing the structure of the vertical cavity surface emitting laser according to the fourth embodiment. 図7は、実施例5に係る垂直共振型面発光レーザの構造を示す図面である。FIG. 7 is a drawing showing the structure of the vertical cavity surface emitting laser according to the fifth embodiment. 図8は、実施例6に係る垂直共振型面発光レーザの構造を示す図面である。FIG. 8 is a drawing showing the structure of a vertical cavity surface emitting laser according to Example 6. 図9は、実施例7に係る垂直共振型面発光レーザの構造を示す図面である。FIG. 9 is a drawing showing the structure of the vertical cavity surface emitting laser according to the seventh embodiment. 図10は、実施例8に係る垂直共振型面発光レーザの構造を示す図面である。FIG. 10 is a drawing showing the structure of the vertical cavity surface emitting laser according to Example 8. 図11は、実験例及び実施例1〜4に係る垂直共振型面発光レーザの特性を示す図面である。FIG. 11 is a drawing showing characteristics of the vertical cavity surface emitting lasers according to the experimental example and Examples 1 to 4. 図12は、実験例及び実施例1〜4における垂直共振型面発光レーザの信頼性試験の結果を示す図面である。FIG. 12 is a drawing showing the results of reliability tests of the vertical cavity surface emitting lasers in the experimental example and Examples 1 to 4. 図13は、実施例5〜8における垂直共振型面発光レーザの信頼性試験の結果を示す図面である。FIG. 13 is a drawing showing the results of a reliability test of the vertical cavity surface emitting lasers in Examples 5 to 8. 図14は、本実施形態に係る垂直共振型面発光レーザを作製する方法における主要な工程を示す図面である。FIG. 14 is a view showing main steps in a method of manufacturing the vertical cavity surface emitting laser according to the present embodiment. 図15は、図3〜図6及び図7〜図11に示された第1部分及び第2部分における電流狭窄構造を模式的に示す図面である。FIG. 15 is a drawing schematically showing a current confinement structure in the first portion and the second portion shown in FIGS. 3 to 6 and 7 to 11. 図16は、実施例9に係る垂直共振型面発光レーザの構造を示す図面である。FIG. 16 is a drawing showing the structure of the vertical cavity surface emitting laser according to the ninth embodiment. 図17は、実施例9に係る垂直共振型面発光レーザの特性を示す図面である。FIG. 17 is a diagram illustrating characteristics of the vertical cavity surface emitting laser according to the ninth embodiment. 図18は、実施例10に係る垂直共振型面発光レーザの構造を示す図面である。FIG. 18 is a drawing showing the structure of the vertical cavity surface emitting laser according to Example 10. 図19は、実施例10に係る垂直共振型面発光レーザの特性を示す図面である。FIG. 19 is a drawing illustrating characteristics of the vertical cavity surface emitting laser according to the tenth embodiment. 図20は、実施例9及び10に係る垂直共振型面発光レーザの特性を示す図面である。FIG. 20 is a diagram illustrating characteristics of the vertical cavity surface emitting lasers according to the ninth and tenth embodiments.

いくつかの具体例を説明する。   Some specific examples will be described.

具体例に係る垂直共振型面発光レーザは、(a)半導体ポスト内に設けられた活性層と、(b)前記半導体ポスト内に設けられ分布ブラッグ反射のための第1積層と、(c)電流アパ−チャーと前記電流アパ−チャーを囲む電流ブロッカーとを備え前記半導体ポスト内に設けられた電流狭窄構造と、(d)前記半導体ポスト内に設けられ、前記第1積層と前記電流狭窄構造との間において前記電流狭窄構造に隣接する第1化合物半導体層と、(e)前記半導体ポスト内に設けられ、前記第1積層と前記第1化合物半導体層との間において前記第1積層及び前記第1化合物半導体層に隣接する第2化合物半導体層と、を備え、前記電流アパ−チャーは、III族構成元素としてアルミニウム元素を含むIII−V化合物半導体を含み、前記電流ブロッカーはIII族酸化物を含み、前記第1積層は、交互に配列された第1半導体層及び第2半導体層を含み、前記第1半導体層は、第1Al組成の第1III−V半導体を有し、前記第2半導体層は、前記第1Al組成より大きい第2Al組成の第2III−V半導体を有し、前記第1化合物半導体層及び前記第2化合物半導体層の各々は、III族構成元素としてアルミニウム元素を含み、前記第1化合物半導体層は、前記第1Al組成より大きく前記第2Al組成より小さい範囲内の第1Al下限組成から、該第1Al下限組成より大きな第1Al上限組成に、前記第1積層から前記電流狭窄構造への向きに単調に変化する第1アルミニウムプロファイルを有し、前記第2化合物半導体層は、前記第1Al組成より大きく前記第1Al上限組成以下のAl組成を有し、前記電流アパ−チャーの前記III−V化合物半導体は、前記第2Al組成より大きなAl組成を有する。   A vertical cavity surface emitting laser according to a specific example includes: (a) an active layer provided in a semiconductor post; (b) a first lamination provided in the semiconductor post for distributed Bragg reflection; A current confinement structure provided in the semiconductor post, comprising a current aperture and a current blocker surrounding the current aperture; and (d) the first stack and the current confinement structure provided in the semiconductor post. A first compound semiconductor layer adjacent to the current constriction structure between the first stack and the first stack, and (e) provided in the semiconductor post, between the first stack and the first compound semiconductor layer. A second compound semiconductor layer adjacent to the first compound semiconductor layer, wherein the current aperture includes a III-V compound semiconductor containing aluminum as a group III constituent element. The locker includes a group III oxide, the first stack includes first and second semiconductor layers alternately arranged, and the first semiconductor layer includes a first III-V semiconductor having a first Al composition. The second semiconductor layer has a second III-V semiconductor having a second Al composition larger than the first Al composition, and each of the first compound semiconductor layer and the second compound semiconductor layer is a group III constituent element. The first compound semiconductor layer including an aluminum element, the first compound semiconductor layer has a first Al lower limit composition within a range larger than the first Al composition and smaller than the second Al composition, and a first Al upper limit composition larger than the first Al lower composition, The second compound semiconductor layer has a first aluminum profile that monotonically changes from the stack to the current confinement structure, and the second compound semiconductor layer is larger than the first Al composition. Having Al composition than the upper limit composition, said current APA - said III-V compound semiconductor char has a larger Al composition than the first 2Al composition.

垂直共振型面発光レーザによれば、電流狭窄構造に隣接する第1化合物半導体層に、第1積層の第1Al組成より大きい第1Al下限組成を与える。この第1Al下限組成から、第1アルミニウムプロファイルは、第1積層から電流狭窄構造への方向に単調に変化する。第1積層及び第1化合物半導体層に隣接する第2化合物半導体層には、第1Al組成より大きく第1Al上限組成より小さいAl組成を与える。第1化合物半導体層及び第2化合物半導体層は、当該垂直共振型面発光レーザにおける微分抵抗が電流アパ−チャーサイズのばらつきに強く依存することを回避することを可能にする。   According to the vertical cavity surface emitting laser, the first compound semiconductor layer adjacent to the current confinement structure has a first Al lower limit composition larger than the first Al composition of the first stack. From this first Al lower limit composition, the first aluminum profile monotonously changes in the direction from the first stack to the current confinement structure. An Al composition larger than the first Al composition and smaller than the first Al upper limit composition is given to the first stacked layer and the second compound semiconductor layer adjacent to the first compound semiconductor layer. The first compound semiconductor layer and the second compound semiconductor layer make it possible to avoid that the differential resistance in the vertical cavity surface emitting laser strongly depends on the variation of the current aperture size.

また、III族構成元素のアルミニウムを含むIII−V化合物半導体は、Al組成の増加に伴ってバンドギャップが増加する。しかしながら、第1Al組成より大きいAl組成の第2化合物半導体層は、微分抵抗の低減に有効である。   In addition, the band gap of a III-V compound semiconductor containing aluminum as a group III constituent element increases with an increase in the Al composition. However, the second compound semiconductor layer having an Al composition larger than the first Al composition is effective for reducing the differential resistance.

第2化合物半導体層には、第1Al組成より大きく第1Al下限組成に等しい又はより小さいAl組成を与えることができる。   The second compound semiconductor layer can be provided with an Al composition that is greater than the first Al composition and equal to or less than the first Al lower limit composition.

具体例に係る垂直共振型面発光レーザでは、前記第1Al下限組成は、前記第2Al組成と前記第1Al組成との差分の半分より大きい。   In the vertical cavity surface emitting laser according to the specific example, the first Al lower limit composition is larger than half the difference between the second Al composition and the first Al composition.

垂直共振型面発光レーザによれば、第1化合物半導体層のAl組成傾斜における小さい組成範囲、及び大きなAl組成の第2化合物半導体層が、微分抵抗の低減に有効である。   According to the vertical cavity surface emitting laser, the second compound semiconductor layer having a small composition range in the Al composition gradient of the first compound semiconductor layer and a large Al composition is effective in reducing the differential resistance.

具体例に係る垂直共振型面発光レーザでは、前記第1Al下限組成は、0.25以上の範囲にあり、前記第2化合物半導体層の前記Al組成は、前記第1化合物半導体層の前記第1Al下限組成であり、前記第1アルミニウムプロファイルは、前記電流アパ−チャーと前記第1化合物半導体層との界面において、前記電流アパ−チャーの前記Al組成を有する。   In the vertical cavity surface emitting laser according to the specific example, the first Al lower limit composition is in a range of 0.25 or more, and the Al composition of the second compound semiconductor layer is the first Al of the first compound semiconductor layer. A lower limit composition, wherein the first aluminum profile has the Al composition of the current aperture at an interface between the current aperture and the first compound semiconductor layer.

垂直共振型面発光レーザによれば、電流アパ−チャー、第1化合物半導体層及び第2化合物半導体層の配列には、連続したアルミニウムプロファイルを提供できる。また、0.25より小さい第1Al下限組成は、電流アパ−チャーのサイズに対する微分抵抗のばらつきを大きくする。また、0.75より大きい第1Al下限組成は、ブラッグ反射における反射率を低下させる。   According to the vertical cavity surface emitting laser, a continuous aluminum profile can be provided for the current aperture and the arrangement of the first compound semiconductor layer and the second compound semiconductor layer. Also, the first Al lower limit composition smaller than 0.25 increases the variation of the differential resistance with respect to the size of the current aperture. Moreover, the first Al lower limit composition larger than 0.75 lowers the reflectance in Bragg reflection.

電流狭窄構造の電流アパーチャと第2化合物半導体層との間におけるAl組成の差は、第1積層における第1半導体層と第2半導体層との間のAl組成の差より小さい。   The difference in Al composition between the current aperture of the current confinement structure and the second compound semiconductor layer is smaller than the difference in Al composition between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer in the first stack.

具体例に係る垂直共振型面発光レーザでは、前記第1化合物半導体層は、前記電流狭窄構造から前記第1積層への方向に順に配列された第1部分及び第2部分を含み、前記第1アルミニウムプロファイルは、前記第1部分及び前記第2部分内のそれぞれの点において第1変化率及び第2変化率を有し、前記第1変化率は、前記第1化合物半導体層の厚さに対する前記第1Al上限組成と前記第1Al下限組成との差の線形変化率の絶対値より小さい絶対値を有し、前記第1変化率の前記絶対値は、前記第2変化率の絶対値より小さい。   In a vertical cavity surface emitting laser according to a specific example, the first compound semiconductor layer includes a first portion and a second portion that are sequentially arranged in a direction from the current confinement structure to the first stack. The aluminum profile has a first rate of change and a second rate of change at each point within the first portion and the second portion, wherein the first rate of change is a percentage of the thickness of the first compound semiconductor layer. It has an absolute value smaller than the absolute value of the linear change rate of the difference between the first Al upper limit composition and the first Al lower limit composition, and the absolute value of the first change rate is smaller than the absolute value of the second change rate.

垂直共振型面発光レーザによれば、第1化合物半導体層は、電流狭窄構造の近傍において緩やかに変化するアルミニウムプロファイルを有することができる。電流狭窄構造の近傍にAl組成の緩やかに変化率を与えると、長期動作特性の変化が小さくなる。   According to the vertical cavity surface emitting laser, the first compound semiconductor layer can have an aluminum profile that gradually changes near the current confinement structure. When a gradual change rate of the Al composition is given in the vicinity of the current confinement structure, the change in long-term operation characteristics becomes small.

具体的には、第1変化率は、第1化合物半導体層の厚さに対する第1Al上限組成と第1Al下限組成との差の線形変化率の絶対値より小さい絶対値を有し、第1変化率の絶対値は第2変化率の絶対値より小さい。   Specifically, the first change rate has an absolute value smaller than the absolute value of the linear change rate of the difference between the first Al upper limit composition and the first Al lower limit composition with respect to the thickness of the first compound semiconductor layer. The absolute value of the rate is smaller than the absolute value of the second rate of change.

具体例に係る垂直共振型面発光レーザは、前記半導体ポスト内に設けられ前記分布ブラッグ反射のための第2積層と、前記半導体ポスト内に設けられ、前記第2積層と前記電流狭窄構造との間において前記電流狭窄構造に隣接する第3化合物半導体層と、前記半導体ポスト内に設けられ、前記第2積層と前記第3化合物半導体層との間において前記第2積層及び前記第3化合物半導体層に隣接する第4化合物半導体層と、を備え、前記第2積層は、交互に配列された第1半導体層及び第2半導体層を含み、前記第1半導体層は、第3Al組成の第3III−V半導体を有し、前記第2半導体層は、前記第3Al組成より大きい第4Al組成の第4III−V半導体を有し、前記第3化合物半導体層及び前記第4化合物半導体層は、III族構成元素としてアルミニウム元素を含み、前記第3化合物半導体層は、前記第3Al組成より大きく前記第4Al組成より小さい範囲内の第2Al下限組成から、該第2Al下限組成より大きい第2Al上限組成に、前記第2積層から前記電流狭窄構造への方向に単調に変化する第2アルミニウムプロファイルを有し、前記第4化合物半導体層は、前記第3Al組成より大きく前記第2Al下限組成に等しい又はより小さいAl組成を有する。   A vertical cavity surface emitting laser according to a specific example includes a second stack provided in the semiconductor post for the distributed Bragg reflection, and a second stack provided in the semiconductor post and the second stack and the current confinement structure. A third compound semiconductor layer adjacent to the current confinement structure between the second stack and the third compound semiconductor layer, provided in the semiconductor post, between the second stack and the third compound semiconductor layer; And a fourth compound semiconductor layer adjacent to the third compound semiconductor layer, wherein the second stack includes first semiconductor layers and second semiconductor layers alternately arranged, and the first semiconductor layer has a third Al-type third semiconductor layer. V semiconductor, the second semiconductor layer includes a fourth III-V semiconductor having a fourth Al composition larger than the third Al composition, and the third compound semiconductor layer and the fourth compound semiconductor layer are group III structures. The third compound semiconductor layer includes an aluminum element as an element, and the third compound semiconductor layer has a second Al upper limit composition larger than the second Al lower limit composition, the second Al upper limit composition being larger than the third Al composition and smaller than the fourth Al composition. A second aluminum profile monotonously changing in a direction from the second stack to the current confinement structure, wherein the fourth compound semiconductor layer has an Al composition larger than the third Al composition and equal to or smaller than the second Al lower limit composition; Having.

垂直共振型面発光レーザによれば、第2積層及び電流狭窄構造に隣接する第3化合物半導体層に、第2積層の第3Al組成より大きい第2Al下限組成を与える。この第2Al下限組成から、第3化合物半導体層において第2アルミニウムプロファイルは、第2積層から電流狭窄構造への方向に単調に変化する。第2積層及び第3化合物半導体層に隣接する第4化合物半導体層に、第3Al組成より大きく第2Al下限組成以下のAl組成を与える。第3化合物半導体層及び第4化合物半導体層は、当該垂直共振型面発光レーザにおける微分抵抗が電流アパ−チャーサイズのばらつきに強く依存することを回避できる。   According to the vertical cavity surface emitting laser, the second compound and the third compound semiconductor layer adjacent to the current confinement structure have a second Al lower limit composition larger than the third Al composition of the second stack. From the second Al lower limit composition, the second aluminum profile in the third compound semiconductor layer monotonously changes in the direction from the second stack to the current confinement structure. An Al composition that is larger than the third Al composition and equal to or less than the second Al lower limit composition is given to the second compound semiconductor layer and the fourth compound semiconductor layer adjacent to the third compound semiconductor layer. The third compound semiconductor layer and the fourth compound semiconductor layer can avoid that the differential resistance of the vertical cavity surface emitting laser strongly depends on the variation of the current aperture size.

また、III族構成元素のアルミニウムを含むIII−V化合物半導体は、Al組成の増加に伴って増加するバンドギャップを有する。しかしながら、第3Al組成より大きいAl組成の第4化合物半導体層は、微分抵抗の低減に有効である。   A III-V compound semiconductor containing aluminum as a group III constituent element has a band gap that increases with an increase in the Al composition. However, the fourth compound semiconductor layer having an Al composition larger than the third Al composition is effective for reducing the differential resistance.

具体例に係る垂直共振型面発光レーザでは、前記第2Al下限組成は、0.25以上にあり、前記第4化合物半導体層の前記Al組成は、前記第3化合物半導体層の前記第2Al下限組成であり、前記第2アルミニウムプロファイルは、前記電流アパ−チャーと前記第3化合物半導体層との界面において、前記電流アパ−チャーの前記Al組成を有する。   In the vertical cavity surface emitting laser according to the specific example, the second Al lower limit composition is 0.25 or more, and the Al composition of the fourth compound semiconductor layer is the second Al lower limit composition of the third compound semiconductor layer. Wherein the second aluminum profile has the Al composition of the current aperture at an interface between the current aperture and the third compound semiconductor layer.

垂直共振型面発光レーザによれば、電流アパ−チャー、第1化合物半導体層及び第2化合物半導体層の配列には、連続したアルミニウムプロファイルを提供できる。また、微分抵抗は、0.25より小さい第1Al下限組成において、電流アパ−チャーのサイズに対するばらつきを大きくする。0.75より大きい第2Al下限組成は、ブラッグ反射における反射率を低下させる。   According to the vertical cavity surface emitting laser, a continuous aluminum profile can be provided for the current aperture and the arrangement of the first compound semiconductor layer and the second compound semiconductor layer. Also, the differential resistance increases the variation with respect to the size of the current aperture in the first Al lower limit composition smaller than 0.25. The second Al lower limit composition larger than 0.75 lowers the reflectance in Bragg reflection.

電流狭窄構造の電流アパーチャと第4化合物半導体層との間におけるAl組成の差は、第2積層における第1半導体層と第2半導体層との間のAl組成の差より小さい。   The difference in Al composition between the current aperture of the current confinement structure and the fourth compound semiconductor layer is smaller than the difference in Al composition between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer in the second stack.

具体例に係る垂直共振型面発光レーザでは、前記第3化合物半導体層は、前記電流狭窄構造から前記第2積層への方向に順に配列された第1部分及び第2部分を含み、前記第2アルミニウムプロファイルは、前記第1部分及び前記第2部分内のそれぞれの点において第3変化率及び第4変化率を有し、前記第3変化率は、前記第3化合物半導体層の厚さに対する前記第2Al上限組成と前記第2Al下限組成との差の線形変化率の絶対値より小さい絶対値を有し、前記第3変化率の絶対値は、前記第4変化率の絶対値より小さい。   In a vertical cavity surface emitting laser according to a specific example, the third compound semiconductor layer includes a first portion and a second portion sequentially arranged in a direction from the current confinement structure to the second lamination. The aluminum profile has a third rate of change and a fourth rate of change at respective points within the first portion and the second portion, wherein the third rate of change is a percentage of the thickness of the third compound semiconductor layer. It has an absolute value smaller than the absolute value of the linear change rate of the difference between the second Al upper limit composition and the second Al lower limit composition, and the absolute value of the third change rate is smaller than the absolute value of the fourth change rate.

垂直共振型面発光レーザによれば、第3化合物半導体層は、電流狭窄構造の近傍において緩やかに変化するアルミニウムプロファイルを有することができる。電流狭窄構造の近傍にAl組成の小さい変化率を与えると、長期動作特性の変化が小さくなる。   According to the vertical cavity surface emitting laser, the third compound semiconductor layer can have an aluminum profile that gradually changes near the current confinement structure. When a small change rate of the Al composition is given in the vicinity of the current confinement structure, the change in long-term operation characteristics becomes small.

具体例に係る垂直共振型面発光レーザは、前記半導体ポスト内に設けられ分布ブラッグ反射のための第2積層と、前記半導体ポスト内に設けられ、前記第2積層と前記電流狭窄構造との間において前記電流狭窄構造に隣接する第3化合物半導体層と、を備え、前記第2積層は、交互に配列された第1半導体層及び第2半導体層を含み、前記第1半導体層は、第3Al組成の第3III−V半導体を有し、前記第2半導体層は、前記第3Al組成より大きい第4Al組成の第4III−V半導体を有し、前記第3化合物半導体層は、III族構成元素としてアルミニウム元素を含み、前記第3化合物半導体層は、0.25未満の第2Al下限組成から、該第2Al下限組成より大きい第2Al上限組成に、前記第2積層から前記電流狭窄構造への方向に単調に変化する第2アルミニウムプロファイルを有する。   A vertical cavity surface emitting laser according to a specific example is provided in the semiconductor post, a second stack for distributed Bragg reflection, and provided in the semiconductor post, between the second stack and the current confinement structure. And a third compound semiconductor layer adjacent to the current confinement structure, wherein the second stack includes first and second semiconductor layers alternately arranged, and the first semiconductor layer includes a third Al layer. A third III-V semiconductor having a composition, wherein the second semiconductor layer has a fourth III-V semiconductor having a fourth Al composition larger than the third Al composition, and the third compound semiconductor layer is a group III constituent element The third compound semiconductor layer including an aluminum element, wherein the third compound semiconductor layer moves from the second Al lower limit composition of less than 0.25 to a second Al upper limit composition larger than the second Al lower limit composition, from the second stack to the current confinement structure. A second aluminum profile that varies monotonically in the direction.

垂直共振型面発光レーザによれば、第2Al下限組成以下のAl組成の第4化合物半導体層は、第4化合物半導体層と第2積層との界面における屈折率変化を大きくできる。   According to the vertical cavity surface emitting laser, the fourth compound semiconductor layer having an Al composition equal to or less than the second Al lower limit composition can increase the change in the refractive index at the interface between the fourth compound semiconductor layer and the second stack.

本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、垂直共振型面発光レーザに係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。   The findings of the present invention can be easily understood by considering the following detailed description with reference to the accompanying drawings shown as examples. Subsequently, an embodiment of a vertical cavity surface emitting laser will be described with reference to the accompanying drawings. Where possible, identical parts are given the same reference numerals.

図1は、本実施形態に係る垂直共振型面発光レーザを示す一部破断図である。垂直共振型面発光レーザ11は、活性層31、第1積層33、電流狭窄構造35、第1化合物半導体層37、及び第2化合物半導体層39を備える。活性層31、第1積層33、電流狭窄構造35、第1化合物半導体層37、及び第2化合物半導体層39は、ポスト17内に設けられる。電流狭窄構造35、第1化合物半導体層37、第2化合物半導体層39及び第1積層33は、第1軸Ax1の方向に配列される。引き続き説明される垂直共振型面発光レーザでは、電流狭窄構造35、第1化合物半導体層37及び第2化合物半導体層39は、第1積層33と活性層31との間に配置される。   FIG. 1 is a partially cutaway view showing a vertical cavity surface emitting laser according to the present embodiment. The vertical cavity surface emitting laser 11 includes an active layer 31, a first stack 33, a current confinement structure 35, a first compound semiconductor layer 37, and a second compound semiconductor layer 39. The active layer 31, the first stack 33, the current confinement structure 35, the first compound semiconductor layer 37, and the second compound semiconductor layer 39 are provided in the post 17. The current confinement structure 35, the first compound semiconductor layer 37, the second compound semiconductor layer 39, and the first stack 33 are arranged in the direction of the first axis Ax1. In the vertical cavity surface emitting laser to be described subsequently, the current confinement structure 35, the first compound semiconductor layer 37, and the second compound semiconductor layer 39 are disposed between the first stack 33 and the active layer 31.

第1積層33は、分布ブラッグ反射のために交互に配列された第1半導体層41及び第2半導体層43を含む。第1半導体層41の各々は、第1Al組成C41ALの第1III−V半導体を有し、第2半導体層43の各々は、第1Al組成C41ALより大きい第2Al組成C43ALの第2III−V半導体を有する。   The first stack 33 includes first and second semiconductor layers 41 and 43 alternately arranged for distributed Bragg reflection. Each of the first semiconductor layers 41 has a first III-V semiconductor having a first Al composition C41AL, and each of the second semiconductor layers 43 has a second III-V semiconductor having a second Al composition C43AL larger than the first Al composition C41AL. .

電流狭窄構造35は、電流アパーチャー35aと、電流アパーチャー35aを囲む電流ブロッカー35bとを備える。電流アパーチャー35aは、III族構成元素としてアルミニウム元素を備えるIII−V化合物半導体を含む。電流ブロッカー35bは、III族酸化物を含み、電流アパーチャー35aを囲む。電流アパーチャー35aは、10〜50nmの範囲内の厚さを有する。   The current confinement structure 35 includes a current aperture 35a and a current blocker 35b surrounding the current aperture 35a. The current aperture 35a includes a III-V compound semiconductor including an aluminum element as a group III constituent element. The current blocker 35b includes a group III oxide and surrounds the current aperture 35a. The current aperture 35a has a thickness in the range of 10 to 50 nm.

第1化合物半導体層37は、第1積層33と電流狭窄構造35との間において電流狭窄構造35に接する。第2化合物半導体層39は、第1積層33と第1化合物半導体層37との間において第1積層33及び第1化合物半導体層37に接する。第1化合物半導体層37及び第2化合物半導体層39の各々は、III族構成元素としてアルミニウム元素を含む。   The first compound semiconductor layer 37 is in contact with the current confinement structure 35 between the first stack 33 and the current confinement structure 35. The second compound semiconductor layer 39 is in contact with the first stack 33 and the first compound semiconductor layer 37 between the first stack 33 and the first compound semiconductor layer 37. Each of the first compound semiconductor layer 37 and the second compound semiconductor layer 39 contains an aluminum element as a group III constituent element.

第1化合物半導体層37は、第1軸Ax1上に規定される第1アルミニウムプロファイル(PF1)上においてAl組成C37ALを有し、Al組成C37ALは、第1積層33から電流狭窄構造35への向きに、第1Al下限組成C1MN37から第1Al上限組成C1MX37に単調に変化する。第1Al下限組成C1MN37は、第1Al組成C41ALより大きく第2Al組成C43ALより小さい範囲内にあり、第1Al上限組成C1MX37は、第1Al下限組成C1MN37より大きい。   The first compound semiconductor layer 37 has an Al composition C37AL on a first aluminum profile (PF1) defined on a first axis Ax1, and the Al composition C37AL is directed from the first stack 33 to the current confinement structure 35. Then, the first Al lower limit composition C1MN37 monotonously changes to the first Al upper limit composition C1MX37. The first Al lower limit composition C1MN37 is in a range larger than the first Al composition C41AL and smaller than the second Al composition C43AL, and the first Al upper limit composition C1MX37 is larger than the first Al lower limit composition C1MN37.

第2化合物半導体層39は、第1Al組成C41ALより大きく第1Al上限組成C1MX37以下の範囲内のAl組成C39ALを有し、またAl組成C39ALは、第1Al下限組成C1MN37以下であることができる。本実施例では、Al組成C39ALは、実質的に一定であることができる。電流アパーチャー35aのIII−V化合物半導体は、第2Al組成C43ALより大きなAl組成CAPALを有する。   The second compound semiconductor layer 39 has an Al composition C39AL that is larger than the first Al composition C41AL and is equal to or less than a first Al upper composition C1MX37, and the Al composition C39AL can be equal to or less than the first Al lower composition C1MN37. In this embodiment, the Al composition C39AL can be substantially constant. The III-V compound semiconductor of the current aperture 35a has an Al composition CAPAL larger than the second Al composition C43AL.

垂直共振型面発光レーザ11によれば、電流狭窄構造35に隣接する第1化合物半導体層37に、第1積層33の第1Al組成C41ALより大きい第1Al下限組成C1MN37を与える。この第1Al下限組成C1MN37から、第1アルミニウムプロファイルPF1は、第1化合物半導体層37において、第1積層33から電流狭窄構造35への方向に単調に変化する。第1積層33及び第1化合物半導体層37の両方に隣接する第2化合物半導体層39に、第1Al組成C41ALより大きく第1Al下限組成C1MN37以下のAl組成C39ALを与える。第1化合物半導体層37及び第2化合物半導体層39は、垂直共振型面発光レーザ11における微分抵抗が電流アパ−チャーサイズのばらつきに強く依存することを回避できる。   According to the vertical cavity surface emitting laser 11, a first Al lower limit composition C1MN37 that is larger than the first Al composition C41AL of the first stack 33 is given to the first compound semiconductor layer 37 adjacent to the current confinement structure. From the first Al lower limit composition C1MN37, the first aluminum profile PF1 monotonously changes in the first compound semiconductor layer 37 in the direction from the first stack 33 to the current confinement structure 35. An Al composition C39AL that is greater than the first Al composition C41AL and equal to or less than the first Al lower composition C1MN37 is given to the second compound semiconductor layer 39 adjacent to both the first stack 33 and the first compound semiconductor layer 37. The first compound semiconductor layer 37 and the second compound semiconductor layer 39 can avoid that the differential resistance in the vertical cavity surface emitting laser 11 strongly depends on the variation of the current aperture size.

第1アルミニウムプロファイルPF1は、電流アパーチャー35aと第1化合物半導体層37との界面において第1Al上限組成C1MX37を有する。第1Al上限組成C1MX37は、第2化合物半導体層39のAl組成C39ALより大きい。   The first aluminum profile PF1 has a first Al upper limit composition C1MX37 at the interface between the current aperture 35a and the first compound semiconductor layer 37. The first Al upper limit composition C1MX37 is larger than the Al composition C39AL of the second compound semiconductor layer 39.

また、III族構成元素のアルミニウムを含むIII−V化合物半導体は、Al組成の増加に伴って増加するバンドギャップを有し、大きなバンドギャップは大きな比抵抗を生成する。しかしながら、第2化合物半導体層39に、第1Al組成C41ALより大きいAl組成C39ALを与えると、垂直共振型面発光レーザ11において微分抵抗の低減に有効である。具体的には、0.25以上のAl組成C39ALの第2化合物半導体層39は、垂直共振型面発光レーザ11に、低い微分抵抗を与える。また、第2化合物半導体層39のAl組成C39ALは、0.3以上であることができる。   In addition, a III-V compound semiconductor containing aluminum as a group III constituent element has a band gap that increases with an increase in the Al composition, and a large band gap generates a large specific resistance. However, providing the second compound semiconductor layer 39 with an Al composition C39AL larger than the first Al composition C41AL is effective in reducing the differential resistance in the vertical cavity surface emitting laser 11. Specifically, the second compound semiconductor layer 39 having an Al composition C39AL of 0.25 or more gives the vertical cavity surface emitting laser 11 a low differential resistance. Further, the Al composition C39AL of the second compound semiconductor layer 39 can be 0.3 or more.

第2化合物半導体層39のAl組成C39ALは、第2Al組成C43ALと第1Al組成C41ALとの差分の半分「(C43AL−C41AL)/2」より大きいことがよい。   The Al composition C39AL of the second compound semiconductor layer 39 is preferably larger than half ((C43AL-C41AL) / 2) of the difference between the second Al composition C43AL and the first Al composition C41AL.

第1化合物半導体層37に、0.25以上の第1Al下限組成C1MN37を与えることがよい。III族構成元素としてアルミニウムを含むIII−V化合物半導体は、Al組成の増加に伴ってバンドギャップが増加して、バンドギャップの増加は比抵抗の増加になる。しかし、0.25以上の第1Al下限組成C1MN37の第1化合物半導体層37は、垂直共振型面発光レーザ11に、低い微分抵抗を与える。また、第1化合物半導体層37の第1Al下限組成C1MN37に、0.3以上を与えることがよい。   The first compound semiconductor layer 37 is preferably provided with a first Al lower limit composition C1MN37 of 0.25 or more. In a III-V compound semiconductor containing aluminum as a group III constituent element, the band gap increases as the Al composition increases, and the increase in the band gap increases the specific resistance. However, the first compound semiconductor layer 37 having the first Al lower limit composition C1MN37 of 0.25 or more gives the vertical cavity surface emitting laser 11 a low differential resistance. Further, it is preferable to give 0.3 or more to the first Al lower limit composition C1MN37 of the first compound semiconductor layer 37.

第1化合物半導体層37に、0.75以下の第1Al下限組成C1MN37を与えることがよい。0.75以下の第1Al下限組成C1MN37によれば、第1積層33、電流狭窄構造35、第1化合物半導体層37、及び第2化合物半導体層39を含む上部分布ブラッグ反射器における反射率の顕著な低下を避けることができる。また、第1化合物半導体層37の第1Al下限組成C1MN37に、0.70以下を与えることがよい。   The first compound semiconductor layer 37 is preferably provided with a first Al lower limit composition C1MN37 of 0.75 or less. According to the first Al lower limit composition C1MN37 of 0.75 or less, the reflectivity of the upper distributed Bragg reflector including the first stack 33, the current confinement structure 35, the first compound semiconductor layer 37, and the second compound semiconductor layer 39 is remarkable. Significant degradation can be avoided. Further, 0.70 or less is preferably given to the first Al lower limit composition C1MN37 of the first compound semiconductor layer 37.

第1化合物半導体層37の第1Al下限組成C1MN37は、第2Al組成C43ALと第1Al組成C41ALとの差分の半分「(C43AL−C41AL)/2」より大きいことがよい。垂直共振型面発光レーザ11によれば、小さいAl傾斜組成の範囲の第1化合物半導体層37及び大きなAl組成の第2化合物半導体層が、微分抵抗の低減に有効である。   The first Al lower limit composition C1MN37 of the first compound semiconductor layer 37 is preferably larger than half ((C43AL-C41AL) / 2) of the difference between the second Al composition C43AL and the first Al composition C41AL. According to the vertical cavity surface emitting laser 11, the first compound semiconductor layer 37 having the small Al gradient composition and the second compound semiconductor layer having the large Al composition are effective in reducing the differential resistance.

図1を参照すると、第1アルミニウムプロファイルPF1は、電流狭窄構造35、第1化合物半導体層37及び第2化合物半導体層39において、第1軸Ax1上の座標に関して連続的である。具体的には、第2化合物半導体層39のAl組成C39ALは、第1化合物半導体層37の第1Al下限組成C1MN37に等しいようにしてもよい。電流アパーチャー35aのAl組成CAPALは、第1化合物半導体層37の第1Al上限組成C1MX37に等しいようにしてもよい。第1アルミニウムプロファイルPF1は、第1化合物半導体層37において単調に変化している。具体的には、第1アルミニウムプロファイルPF1の微分係数は、第1化合物半導体層37においてゼロ以上であり、また第1化合物半導体層37の少なくとも一部分においてゼロより大きい(又は、第1アルミニウムプロファイルPF1の微分係数は、第1化合物半導体層37においてゼロ以下であり、また第1化合物半導体層37の少なくとも一部分においてゼロより小さい)。   Referring to FIG. 1, the first aluminum profile PF1 is continuous in the current confinement structure 35, the first compound semiconductor layer 37, and the second compound semiconductor layer 39 with respect to coordinates on the first axis Ax1. Specifically, the Al composition C39AL of the second compound semiconductor layer 39 may be equal to the first Al lower limit composition C1MN37 of the first compound semiconductor layer 37. The Al composition CAPAL of the current aperture 35a may be equal to the first Al upper limit composition C1MX37 of the first compound semiconductor layer 37. The first aluminum profile PF <b> 1 monotonously changes in the first compound semiconductor layer 37. Specifically, the differential coefficient of the first aluminum profile PF1 is equal to or greater than zero in the first compound semiconductor layer 37, and is greater than zero in at least a portion of the first compound semiconductor layer 37 (or the first aluminum profile PF1 has a differentiating coefficient). The differential coefficient is equal to or smaller than zero in the first compound semiconductor layer 37 and smaller than zero in at least a part of the first compound semiconductor layer 37).

垂直共振型面発光レーザ11によれば、電流アパーチャー35a、第1化合物半導体層37及び第2化合物半導体層39の配列に、連続したアルミニウムプロファイルを提供できる。   According to the vertical cavity surface emitting laser 11, a continuous aluminum profile can be provided to the arrangement of the current aperture 35a, the first compound semiconductor layer 37, and the second compound semiconductor layer 39.

また、第1Al下限組成C1MN37及び0.25より大きいAl組成C39ALによれば、微分抵抗は、電流アパ−チャーのサイズのばらつきに対して鈍感になる。   Further, according to the first Al lower limit composition C1MN37 and the Al composition C39AL larger than 0.25, the differential resistance becomes insensitive to the variation in the size of the current aperture.

本実施例では、電流狭窄構造35の電流アパーチャー35aと第2化合物半導体層39との間におけるAl組成の差(CAPAL−C39AL)の絶対値は、第1積層33における第2半導体層43と第1半導体層41との間のAl組成の差(C43AL−C41AL)の絶対値より小さい。   In the present embodiment, the absolute value of the Al composition difference (CAPAL-C39AL) between the current aperture 35a of the current constriction structure 35 and the second compound semiconductor layer 39 is equal to the absolute value of the second semiconductor layer 43 in the first stack 33. It is smaller than the absolute value of the difference (C43AL-C41AL) in the Al composition between the first semiconductor layer 41 and the semiconductor layer 41.

本実施例では、第1積層33は、第1半導体層41と第2半導体層43との界面においてAl組成の急峻な変化を有する。   In this embodiment, the first stack 33 has a sharp change in the Al composition at the interface between the first semiconductor layer 41 and the second semiconductor layer 43.

垂直共振型面発光レーザ11によれば、電流アパチャーサイズの変化に対する微分抵抗の変動は、第1積層33及び電流狭窄構造35に隣接する第2化合物半導体層39の大きなAl組成及び第1化合物半導体層37の緩い組成傾斜により低減される。   According to the vertical cavity surface emitting laser 11, the change in the differential resistance with respect to the change in the current aperture size is caused by the large Al composition of the first compound semiconductor layer 39 and the second compound semiconductor layer 39 adjacent to the current constriction structure 35. It is reduced by the gentle composition gradient of the layer 37.

図1を参照すると、垂直共振型面発光レーザ11は、第2積層45、第3化合物半導体層57、及び第4化合物半導体層59を更に備える。第2積層45、第3化合物半導体層57、及び第4化合物半導体層59は、ポスト17内に設けられる。第2積層45、第4化合物半導体層59、第3化合物半導体層57、電流狭窄構造35、第1化合物半導体層37、第2化合物半導体層39、及び第1積層33は、第1軸Ax1の方向に配列される。   Referring to FIG. 1, the vertical cavity surface emitting laser 11 further includes a second stack 45, a third compound semiconductor layer 57, and a fourth compound semiconductor layer 59. The second stack 45, the third compound semiconductor layer 57, and the fourth compound semiconductor layer 59 are provided in the post 17. The second stack 45, the fourth compound semiconductor layer 59, the third compound semiconductor layer 57, the current confinement structure 35, the first compound semiconductor layer 37, the second compound semiconductor layer 39, and the first stack 33 have a first axis Ax1. Arranged in a direction.

第2積層45は、分布ブラッグ反射のために交互に配列された第1半導体層51及び第2半導体層53を含む。第1半導体層51の各々は、第3Al組成C51ALの第3III−V半導体を有し、第2半導体層53の各々は、第3Al組成C51ALより大きい第4Al組成C53ALの第4III−V半導体を有する。   The second stack 45 includes first semiconductor layers 51 and second semiconductor layers 53 alternately arranged for distributed Bragg reflection. Each of the first semiconductor layers 51 has a third III-V semiconductor having a third Al composition C51AL, and each of the second semiconductor layers 53 has a fourth III-V semiconductor having a fourth Al composition C53AL larger than the third Al composition C51AL. .

第3化合物半導体層57は、第2積層45と電流狭窄構造35との間において電流狭窄構造35に接する。第4化合物半導体層59は、第2積層45と第3化合物半導体層57との間において第2積層45及び第3化合物半導体層57に接する。第3化合物半導体層57及び第4化合物半導体層59の各々は、III族構成元素としてアルミニウム元素を含む。   The third compound semiconductor layer 57 is in contact with the current confinement structure 35 between the second stack 45 and the current confinement structure 35. The fourth compound semiconductor layer 59 is in contact with the second stack 45 and the third compound semiconductor layer 57 between the second stack 45 and the third compound semiconductor layer 57. Each of the third compound semiconductor layer 57 and the fourth compound semiconductor layer 59 contains an aluminum element as a group III constituent element.

第3化合物半導体層57は、第1軸Ax1上において規定されるAl組成C57ALを有する。Al組成C57ALは、第2積層45から電流狭窄構造35への向きに、第2Al下限組成C2MN57から第2Al上限組成C2MX57に単調に変化する。第2Al上限組成C2MX57は、第2Al下限組成C2MN57より大きい。   Third compound semiconductor layer 57 has Al composition C57AL defined on first axis Ax1. The Al composition C57AL monotonically changes from the second Al lower limit composition C2MN57 to the second Al upper limit composition C2MX57 in the direction from the second stack 45 to the current confinement structure 35. The second Al upper limit composition C2MX57 is larger than the second Al lower limit composition C2MN57.

第2アルミニウムプロファイルPF2は、電流アパーチャー35aと第3化合物半導体層57との界面において第2Al上限組成C2MX57を有し、本実施例では、電流アパーチャー35aのAl組成CAPALに等しい。第2Al上限組成C2MX57は、第4化合物半導体層59のAl組成C59ALより大きい。   The second aluminum profile PF2 has a second Al upper limit composition C2MX57 at the interface between the current aperture 35a and the third compound semiconductor layer 57, and is equal to the Al composition CAPAL of the current aperture 35a in this embodiment. The second Al upper limit composition C2MX57 is larger than the Al composition C59AL of the fourth compound semiconductor layer 59.

可能な場合には、第3化合物半導体層57の第2Al下限組成C2MN57が0.25以上であると共に、第3化合物半導体層57の第2Al下限組成C2MN57は、0.75以下であることができる。   If possible, the second Al lower limit composition C2MN57 of the third compound semiconductor layer 57 may be 0.25 or more, and the second Al lower limit composition C2MN57 of the third compound semiconductor layer 57 may be 0.75 or less. .

また、第3化合物半導体層57が第2積層45に接触を成すことができる。   Further, the third compound semiconductor layer 57 can make contact with the second stack 45.

さらに、第2Al下限組成C2MN57を、第3化合物半導体層57と第2積層45との界面において第3Al組成C51ALに等しくすることができる。電流アパチャー53a及び第3化合物半導体層57において、第2アルミニウムプロファイルPF2が連続する。   Furthermore, the second Al lower limit composition C2MN57 can be made equal to the third Al composition C51AL at the interface between the third compound semiconductor layer 57 and the second stack 45. In the current aperture 53a and the third compound semiconductor layer 57, the second aluminum profile PF2 is continuous.

必要な場合には、第2Al下限組成C2MN57は、第3Al組成C51ALより大きく第4Al組成C53ALより小さい範囲内にあることができる。   If necessary, the second Al lower limit composition C2MN57 can be in a range larger than the third Al composition C51AL and smaller than the fourth Al composition C53AL.

第4化合物半導体層59は、第3Al組成C51ALより大きく第2Al下限組成C2MN57に等しい又はより小さいAl組成C59ALを有する。第4Al組成C53ALは、電流アパーチャー35aのIII−V化合物半導体のAl組成CAPALより小さい。   The fourth compound semiconductor layer 59 has an Al composition C59AL larger than the third Al composition C51AL and equal to or smaller than the second Al lower limit composition C2MN57. The fourth Al composition C53AL is smaller than the Al composition CAPAL of the III-V compound semiconductor of the current aperture 35a.

垂直共振型面発光レーザ11によれば、電流狭窄構造35に隣接する第3化合物半導体層57に、第2積層45の第3Al組成C51ALより大きい第2Al下限組成C2MN57を与える。この第2Al下限組成C2MN57から、第2アルミニウムプロファイルPF2は、第2積層45から電流狭窄構造35への方向に単調に変化する。第2積層45及び第3化合物半導体層57に隣接する第4化合物半導体層59に、第3Al組成C51ALより大きく第2Al下限組成C2MN57以下のAl組成C59ALを与える。本実施例では、Al組成C59ALは、実質的に一定であることができる。第3化合物半導体層57及び第4化合物半導体層59は、垂直共振型面発光レーザ11における微分抵抗が電流アパ−チャーサイズのばらつきに強く依存することを回避できる。   According to the vertical cavity surface emitting laser 11, the third compound semiconductor layer 57 adjacent to the current confinement structure 35 is provided with the second lower limit composition C2MN57 larger than the third Al composition C51AL of the second stack 45. From the second Al lower limit composition C2MN57, the second aluminum profile PF2 monotonously changes in the direction from the second stack 45 to the current confinement structure 35. An Al composition C59AL that is larger than the third Al composition C51AL and equal to or less than the second Al lower limit composition C2MN57 is given to the second stacked body 45 and the fourth compound semiconductor layer 59 adjacent to the third compound semiconductor layer 57. In this embodiment, the Al composition C59AL can be substantially constant. The third compound semiconductor layer 57 and the fourth compound semiconductor layer 59 can avoid that the differential resistance in the vertical cavity surface emitting laser 11 strongly depends on the variation of the current aperture size.

また、III族構成元素のアルミニウムを含むIII−V化合物半導体は、Al組成の増加に伴って増加するバンドギャップを有し、大きなバンドギャップは大きな比抵抗を生成する。しかしながら、第4化合物半導体層59に、第3Al組成C51ALより大きいAl組成C59ALを与えると、垂直共振型面発光レーザ11において微分抵抗の低減に有効である。具体的には、0.25以上のAl組成C59ALの第4化合物半導体層59は、垂直共振型面発光レーザ11に、低い微分抵抗を与える。また、第4化合物半導体層59のAl組成C59ALは、0.3以上であることができる。   In addition, a III-V compound semiconductor containing aluminum as a group III constituent element has a band gap that increases with an increase in the Al composition, and a large band gap generates a large specific resistance. However, providing the fourth compound semiconductor layer 59 with an Al composition C59AL larger than the third Al composition C51AL is effective in reducing the differential resistance in the vertical cavity surface emitting laser 11. Specifically, the fourth compound semiconductor layer 59 having an Al composition C59AL of 0.25 or more gives the vertical cavity surface emitting laser 11 a low differential resistance. The Al composition C59AL of the fourth compound semiconductor layer 59 can be 0.3 or more.

第4化合物半導体層59のAl組成C59ALは、第3Al組成C51ALと第4Al組成C53ALとの差分の半分「(C53AL−C51AL)/2」より大きいことがよい。   The Al composition C59AL of the fourth compound semiconductor layer 59 may be larger than half ((C53AL-C51AL) / 2) of the difference between the third Al composition C51AL and the fourth Al composition C53AL.

本実施例では、第2積層45は、第1半導体層51と第2半導体層53との界面においてAl組成の急峻な変化を有する。   In the present embodiment, the second stack 45 has a sharp change in the Al composition at the interface between the first semiconductor layer 51 and the second semiconductor layer 53.

第3化合物半導体層57に、0.25以上の第2Al下限組成C2MN57を与えることがよい。III族構成元素のアルミニウムを含むIII−V化合物半導体は、Al組成の増加に伴ってバンドギャップが増加して、バンドギャップの増加は比抵抗の増加になる。しかし、0.25以上の第2Al下限組成C2MN57の第3化合物半導体層57は、垂直共振型面発光レーザ11に、低い微分抵抗を与える。   The third compound semiconductor layer 57 may be given a second Al lower limit composition C2MN57 of 0.25 or more. In a III-V compound semiconductor containing aluminum as a group III constituent element, the band gap increases as the Al composition increases, and the increase in the band gap increases the specific resistance. However, the third compound semiconductor layer 57 having the second Al lower limit composition C2MN57 of 0.25 or more gives the vertical cavity surface emitting laser 11 a low differential resistance.

第3化合物半導体層57に、0.75以下の第2Al下限組成C2MN57を与えることがよい。0.75以下の第2Al下限組成C2MN57によれば、第1積層33、第2化合物半導体層39、第1化合物半導体層37、電流狭窄構造35、第4化合物半導体層59、第3化合物半導体層57、及び第2積層45を含む上部分布ブラッグ反射器DBRUにおける反射率の顕著な低下を避けることができる。   The third compound semiconductor layer 57 may be provided with a second Al lower limit composition C2MN57 of 0.75 or less. According to the second Al lower limit composition C2MN57 of 0.75 or less, the first stack 33, the second compound semiconductor layer 39, the first compound semiconductor layer 37, the current confinement structure 35, the fourth compound semiconductor layer 59, and the third compound semiconductor layer It is possible to avoid a significant decrease in reflectivity of the upper distributed Bragg reflector DBRU including the second stack 45 and the second stack 45.

第3化合物半導体層57の第2Al下限組成C2MN57は、第4Al組成C53ALと第3Al組成C51ALとの差分の半分「(C53AL−C51AL)/2」より大きいことがよい。垂直共振型面発光レーザ11によれば、第3化合物半導体層57のAl組成傾斜における小さい組成範囲及び大きなAl組成の第4化合物半導体層59が、微分抵抗の低減に有効である。   The second Al lower limit composition C2MN57 of the third compound semiconductor layer 57 is preferably larger than half ((C53AL-C51AL) / 2) of the difference between the fourth Al composition C53AL and the third Al composition C51AL. According to the vertical cavity surface emitting laser 11, the fourth compound semiconductor layer 59 having a small composition range in the Al composition gradient of the third compound semiconductor layer 57 and a large Al composition is effective in reducing the differential resistance.

図1を参照すると、第2アルミニウムプロファイルPF2は、電流狭窄構造35、第3化合物半導体層57及び第4化合物半導体層59において、第1軸Ax1上の座標上において連続的である。具体的には、第4化合物半導体層59のAl組成C59ALは、第3化合物半導体層57の第2Al下限組成C2MN57に等しい。電流アパーチャー35aのAl組成CAPALは、第3化合物半導体層57の第2Al上限組成C2MX57に等しい。第2アルミニウムプロファイルPF2は、電流アパーチャー35aから第2積層45への方向に第3化合物半導体層57において減少している。第2アルミニウムプロファイルPF2の微分係数は、第3化合物半導体層57においてゼロ以下であり、また第3化合物半導体層57の少なくとも一部分においてゼロより小さい(又は、第2アルミニウムプロファイルPF2の微分係数は、第3化合物半導体層57においてゼロ以上であり、また第3化合物半導体層57の少なくとも一部分においてゼロより大きい)。   Referring to FIG. 1, the second aluminum profile PF2 is continuous in the current confinement structure 35, the third compound semiconductor layer 57, and the fourth compound semiconductor layer 59 on coordinates on the first axis Ax1. Specifically, the Al composition C59AL of the fourth compound semiconductor layer 59 is equal to the second Al lower limit composition C2MN57 of the third compound semiconductor layer 57. The Al composition CAPAL of the current aperture 35a is equal to the second Al upper limit composition C2MX57 of the third compound semiconductor layer 57. The second aluminum profile PF2 decreases in the third compound semiconductor layer 57 in the direction from the current aperture 35a to the second stack 45. The differential coefficient of the second aluminum profile PF2 is equal to or less than zero in the third compound semiconductor layer 57, and smaller than zero in at least a part of the third compound semiconductor layer 57 (or the differential coefficient of the second aluminum profile PF2 is It is greater than or equal to zero in the three compound semiconductor layers 57 and greater than zero in at least a portion of the third compound semiconductor layer 57).

垂直共振型面発光レーザ11によれば、電流アパーチャー35a、第3化合物半導体層57及び第4化合物半導体層59の配列に、連続したアルミニウムプロファイルを提供できる。   According to the vertical cavity surface emitting laser 11, a continuous aluminum profile can be provided to the arrangement of the current aperture 35a, the third compound semiconductor layer 57, and the fourth compound semiconductor layer 59.

また、微分抵抗は、0.25より大きい第2Al下限組成C2MN57及び大きなAl組成C59ALにより、電流アパーチャー35aのサイズのばらつきに対して鈍感になる。   Further, the differential resistance becomes insensitive to the variation in the size of the current aperture 35a due to the second Al lower limit composition C2MN57 larger than 0.25 and the large Al composition C59AL.

本実施例では、電流狭窄構造35の電流アパーチャー35aと第4化合物半導体層59との間におけるAl組成の差(CAPAL−C59AL)の絶対値は、第2積層45における第2半導体層53と第1半導体層51との間のAl組成の差(C53AL−C51AL)の絶対値より小さい。   In the present embodiment, the absolute value of the Al composition difference (CAPAL-C59AL) between the current aperture 35a of the current constriction structure 35 and the fourth compound semiconductor layer 59 is equal to the absolute value of the second semiconductor layer 53 in the second stack 45. It is smaller than the absolute value of the difference (C53AL-C51AL) in the Al composition between the first semiconductor layer 51 and the semiconductor layer 51.

垂直共振型面発光レーザ11によれば、電流アパチャーサイズの変化に対する微分抵抗の変動は、第2積層45及び電流狭窄構造35に隣接する第4化合物半導体層59の大きなAl組成及び第3化合物半導体層57の緩い組成傾斜により低減される。   According to the vertical cavity surface emitting laser 11, the change in the differential resistance with respect to the change in the current aperture size is caused by the large Al composition and the third compound semiconductor in the fourth compound semiconductor layer 59 adjacent to the second stack 45 and the current confinement structure 35. It is reduced by the gentle composition gradient of the layer 57.

図1を参照すると、垂直共振型面発光レーザ11は、ポスト17の最上層のコンタクト層61を更に含むことができる。コンタクト層61は、III−V化合物半導体を備え、第1電極21が接触を成す。   Referring to FIG. 1, the vertical cavity surface emitting laser 11 may further include a top contact layer 61 of the post 17. The contact layer 61 includes a III-V compound semiconductor, and the first electrode 21 makes contact.

コンタクト層61、第1積層33、第2化合物半導体層39、第1化合物半導体層37、電流狭窄構造35、第3化合物半導体層57、第4化合物半導体層59、及び第2積層45は、p型ドーパントを含む。   The contact layer 61, the first stack 33, the second compound semiconductor layer 39, the first compound semiconductor layer 37, the current confinement structure 35, the third compound semiconductor layer 57, the fourth compound semiconductor layer 59, and the second stack 45 Including a type dopant.

垂直共振型面発光レーザ11によれば、コンタクト層61、第1積層33、第2化合物半導体層39、第1化合物半導体層37、電流狭窄構造35、第3化合物半導体層57、第4化合物半導体層59、及び第2積層45は、ホール流の経路上に位置する。   According to the vertical cavity surface emitting laser 11, the contact layer 61, the first stack 33, the second compound semiconductor layer 39, the first compound semiconductor layer 37, the current confinement structure 35, the third compound semiconductor layer 57, the fourth compound semiconductor The layer 59 and the second stack 45 are located on the path of the hole flow.

垂直共振型面発光レーザ11は、第3積層63を更に含むことができ、活性層31は、第2積層45と第3積層63との間に設けられる。第3積層63は、分布ブラッグ反射のために交互に配列された第1半導体層71及び第2半導体層73を含む。第1半導体層71の各々は、第1Al組成C71ALの第5III−V半導体を有し、第2半導体層73の各々は、第1Al組成C71ALより大きい第2Al組成C73ALの第6III−V半導体を有する。第3積層63は、下部分布ブラッグ反射器DBRLを構成する。   The vertical cavity surface emitting laser 11 may further include a third stack 63, and the active layer 31 is provided between the second stack 45 and the third stack 63. The third stack 63 includes first and second semiconductor layers 71 and 73 alternately arranged for distributed Bragg reflection. Each of the first semiconductor layers 71 has a fifth III-V semiconductor having a first Al composition C71AL, and each of the second semiconductor layers 73 has a sixth III-V semiconductor having a second Al composition C73AL larger than the first Al composition C71AL. . The third stack 63 constitutes a lower distributed Bragg reflector DBRL.

本実施例では、第3積層63は、第1半導体層71と第2半導体層73との界面においてAl組成の急峻な変化を有する。   In the present embodiment, the third stack 63 has a sharp change in the Al composition at the interface between the first semiconductor layer 71 and the second semiconductor layer 73.

第3積層63は、n型ドーパントを含むことができる。垂直共振型面発光レーザ11によれば、第3積層63は、電子流の経路上に位置する。第3積層63、活性層31、第2積層45、第4化合物半導体層59、第3化合物半導体層57、電流狭窄構造35、第1化合物半導体層37、第2化合物半導体層39、第1積層33及びコンタクト層61は、第1軸Ax1の方向に配列される。   The third stack 63 can include an n-type dopant. According to the vertical cavity surface emitting laser 11, the third stack 63 is located on the path of the electron flow. Third stack 63, active layer 31, second stack 45, fourth compound semiconductor layer 59, third compound semiconductor layer 57, current confinement structure 35, first compound semiconductor layer 37, second compound semiconductor layer 39, first stack 33 and the contact layer 61 are arranged in the direction of the first axis Ax1.

活性層31は、量子井戸構造MQWを含むことができ、量子井戸構造MQWは、一又は複数の井戸層31aと、一又は複数の障壁層31bとを含むことができる。必要な場合には、活性層31は、量子井戸構造MQWの全ての井戸層31aの外側に第1スペーサ層31c及び第2スペーサ層31dを含むことができる。第1スペーサ層31cは、量子井戸構造MQWと第2積層45との間に設けられ、また第2スペーサ層31dは、量子井戸構造MQWと第3積層63との間に設けられる。   The active layer 31 may include a quantum well structure MQW, and the quantum well structure MQW may include one or more well layers 31a and one or more barrier layers 31b. If necessary, the active layer 31 can include a first spacer layer 31c and a second spacer layer 31d outside all the well layers 31a of the quantum well structure MQW. The first spacer layer 31c is provided between the quantum well structure MQW and the second stack 45, and the second spacer layer 31d is provided between the quantum well structure MQW and the third stack 63.

ポスト17は、第1部分17c及び第2部分17dを含み、第1部分17c及び第2部分17dは、支持体13の主面13aに交差する方向(例えば、第1軸Ax1の方向)に延在する。ポスト17の第1部分17cは電流アパーチャー35aを含み、ポスト17の第2部分17dは絶縁性の電流ブロッカー35bを含む。本実施例では、ポスト17の第1部分17cは半導体で形成されており、ポスト17の第2部分17dは、半導体及び該半導体の構成元素の酸化物で形成されている。第2部分17dの酸化物の領域は、第1部分17c及び第2部分17dの半導体の領域を囲む。   The post 17 includes a first portion 17c and a second portion 17d, and the first portion 17c and the second portion 17d extend in a direction crossing the main surface 13a of the support 13 (for example, in the direction of the first axis Ax1). Exist. The first portion 17c of the post 17 includes a current aperture 35a, and the second portion 17d of the post 17 includes an insulating current blocker 35b. In this embodiment, the first portion 17c of the post 17 is formed of a semiconductor, and the second portion 17d of the post 17 is formed of a semiconductor and an oxide of a constituent element of the semiconductor. The oxide region of the second portion 17d surrounds the semiconductor region of the first portion 17c and the second portion 17d.

垂直共振型面発光レーザ11は、支持体13、半導体積層15、ポスト17、第1電極21、第2電極23、及び被覆膜25を備える。支持体13は、半導体積層15を搭載しており、半導体積層15は、ポスト17を搭載する。ポスト17は、上面17a及び側面17bを有する。被覆膜25は、ポスト17の上面17a及び側面17b並びに半導体積層15を覆う。第1電極21は、被覆膜25の第1開口を介してポスト17に接触を成す。第2電極23は、支持体13又は半導体積層15に接触を成す。活性層31は、上部分布ブラッグ反射器DBRUと下部分布ブラッグ反射器DBRL及び支持体13との間に設けられる。   The vertical cavity surface emitting laser 11 includes a support 13, a semiconductor stack 15, a post 17, a first electrode 21, a second electrode 23, and a coating film 25. The support 13 has a semiconductor stack 15 mounted thereon, and the semiconductor stack 15 has a post 17 mounted thereon. The post 17 has an upper surface 17a and a side surface 17b. The coating film 25 covers the upper surface 17 a and the side surface 17 b of the post 17 and the semiconductor stack 15. The first electrode 21 makes contact with the post 17 through the first opening of the coating film 25. The second electrode 23 makes contact with the support 13 or the semiconductor stack 15. The active layer 31 is provided between the upper distributed Bragg reflector DBRU and the lower distributed Bragg reflector DBRL and the support 13.

垂直共振型面発光レーザ11の例示。
支持体13:n型GaAS。
第3積層63(第1半導体層71/第2半導体層73):SiドープAlGaAs(Al組成:0.12)/SiドープAlGaAs(Al組成:0.90)、Al組成の急峻な接合。
活性層31発振波長:850〜910nm。
井戸層31a:アンドープGaAs。
障壁層31b:アンドープAlGaAs。
第1スペーサ層31c及び第2スペーサ層31d:AlGaAs。
第2積層45(第1半導体層51/第2半導体層53):炭素(C)ドープAlGaAs(Al組成:0.12)/炭素(C)ドープAlGaAs(Al組成:0.90)、Al組成の急峻な接合。
第3化合物半導体層57:炭素ドープのAl組成傾斜AlGaAs(Al組成傾斜:0.25〜0.98)
第4化合物半導体層59:炭素ドープAlGaAs(Al組成:0.25〜75の範囲のAl組成)
電流狭窄構造35(電流アパーチャー35a/電流ブロッカー35b):炭素ドープAlGaAs(Al組成:0.98)/III族酸化物。
第1化合物半導体層37:炭素ドープのAl組成傾斜AlGaAs(Al組成傾斜:0.25〜0.75の範囲の下限、及びCAPALに等しい上限(例えば0.98)。
第2化合物半導体層39:炭素ドープAlGaAs(Al組成:0.25〜75)の範囲のAl組成。
第1積層33(第1半導体層41/第2半導体層43):炭素ドープAlGaAs(Al組成:0.12)/炭素ドープAlGaAs(Al組成:0.90)、Al組成の急峻な接合。
コンタクト層61:炭素ドープのGaAs又はAlGaAs。
電流狭窄構造35の電流アパーチャー35aは、例えば第1軸Ax1の垂直な平面において円形である。
2 illustrates a vertical cavity surface emitting laser 11.
Support 13: n-type GaAs.
Third laminate 63 (first semiconductor layer 71 / second semiconductor layer 73): Si-doped AlGaAs (Al composition: 0.12) / Si-doped AlGaAs (Al composition: 0.90), steep junction of Al composition.
Active layer 31 oscillation wavelength: 850-910 nm.
Well layer 31a: undoped GaAs.
Barrier layer 31b: undoped AlGaAs.
First spacer layer 31c and second spacer layer 31d: AlGaAs.
Second stack 45 (first semiconductor layer 51 / second semiconductor layer 53): carbon (C) -doped AlGaAs (Al composition: 0.12) / carbon (C) -doped AlGaAs (Al composition: 0.90), Al composition Steep junction.
Third compound semiconductor layer 57: carbon-doped Al composition gradient AlGaAs (Al composition gradient: 0.25 to 0.98)
Fourth compound semiconductor layer 59: carbon-doped AlGaAs (Al composition: Al composition in the range of 0.25 to 75)
Current constriction structure 35 (current aperture 35a / current blocker 35b): carbon-doped AlGaAs (Al composition: 0.98) / group III oxide.
First compound semiconductor layer 37: Al-doped AlGaAs with carbon doping gradient (Al composition gradient: lower limit in the range of 0.25 to 0.75, and upper limit equal to CAPAL (e.g. 0.98)).
Second compound semiconductor layer 39: Al composition in the range of carbon-doped AlGaAs (Al composition: 0.25 to 75).
First laminate 33 (first semiconductor layer 41 / second semiconductor layer 43): carbon-doped AlGaAs (Al composition: 0.12) / carbon-doped AlGaAs (Al composition: 0.90), steep junction of Al composition.
Contact layer 61: carbon-doped GaAs or AlGaAs.
The current aperture 35a of the current confinement structure 35 is, for example, circular in a plane perpendicular to the first axis Ax1.

図2〜図6を参照しながら、実施形態に係る実施例1〜4、及び実験例を説明する。実施例1〜4では、第1化合物半導体層37及び第3化合物半導体層57の少なくとも一方は、線形に変化するアルミニウムプロファイルを有し、第2化合物半導体層39及び第4化合物半導体層59の少なくとも一方は、0.25〜0.75の範囲のあるAl組成を有する。アルミニウムプロファイルは、第2化合物半導体層39、第1化合物半導体層37、電流アパーチャー35a、第3化合物半導体層57及び第4化合物半導体層59にわたって連続的である。   Examples 1 to 4 and experimental examples according to the embodiment will be described with reference to FIGS. In Examples 1 to 4, at least one of the first compound semiconductor layer 37 and the third compound semiconductor layer 57 has an aluminum profile that changes linearly, and at least one of the second compound semiconductor layer 39 and the fourth compound semiconductor layer 59 One has an Al composition in the range of 0.25 to 0.75. The aluminum profile is continuous over the second compound semiconductor layer 39, the first compound semiconductor layer 37, the current aperture 35a, the third compound semiconductor layer 57, and the fourth compound semiconductor layer 59.

(実験例)
図2は、実験例に係る垂直共振型面発光レーザEXの構造を示す。
電流狭窄構造35の電流アパーチャー35a:CドープAlGaAs(Al組成CAPAL:0.98。
第1化合物半導体層37c:CドープのAl組成傾斜AlGaAs(Al組成傾斜:0.12〜0.98)、厚さ:18nm。
第3化合物半導体層57c:CドープのAl組成傾斜AlGaAs(組成傾斜:0.12〜0.98)、厚さ:18nm。
第1積層33(第1半導体層41/第2半導体層43):CドープAlGaAs(Al組成:0.12)/CドープAlGaAs(Al組成:0.90)。
第2積層45(第1半導体層51/第2半導体層53):CドープAlGaAs(Al組成:0.12)/CドープAlGaAs(Al組成:0.90)。
第1化合物半導体層37cは、第1積層33の第1半導体層41に隣接しており、第3化合物半導体層57cは、第2積層45の第1半導体層51に隣接する。
実験例では、第1積層33及び第2積層45が、それぞれ、第1化合物半導体層37c及び第3化合物半導体層57cに接触を成す。
(Experimental example)
FIG. 2 shows a structure of a vertical cavity surface emitting laser EX according to an experimental example.
The current aperture 35a of the current confinement structure 35: C-doped AlGaAs (Al composition CAPAL: 0.98.
First compound semiconductor layer 37c: C-doped Al composition gradient AlGaAs (Al composition gradient: 0.12 to 0.98), thickness: 18 nm.
Third compound semiconductor layer 57c: C-doped Al composition gradient AlGaAs (composition gradient: 0.12 to 0.98), thickness: 18 nm.
First stack 33 (first semiconductor layer 41 / second semiconductor layer 43): C-doped AlGaAs (Al composition: 0.12) / C-doped AlGaAs (Al composition: 0.90).
Second stack 45 (first semiconductor layer 51 / second semiconductor layer 53): C-doped AlGaAs (Al composition: 0.12) / C-doped AlGaAs (Al composition: 0.90).
The first compound semiconductor layer 37c is adjacent to the first semiconductor layer 41 of the first stack 33, and the third compound semiconductor layer 57c is adjacent to the first semiconductor layer 51 of the second stack 45.
In the experimental example, the first stack 33 and the second stack 45 make contact with the first compound semiconductor layer 37c and the third compound semiconductor layer 57c, respectively.

(実施例1)
図3は、実施例1に係る垂直共振型面発光レーザEM1の構造を示す。
電流狭窄構造35の電流アパーチャー35a:炭素ドープAlGaAs(Al組成CAPAL:0.98)。
第1化合物半導体層37:炭素ドープのAl組成傾斜AlGaAs(組成傾斜:0.30〜0.98)、厚さ:15〜20nm。
第2化合物半導体層39:炭素ドープAlGaAs(Al組成:0.30)、厚さ:15〜20nm。
第3化合物半導体層57:炭素ドープのAl組成傾斜AlGaAs(組成傾斜:0.12〜0.98)、厚さ:15〜20nm。
第1半導体層51:炭素ドープAlGaAs(Al組成:0.12)、厚さ:15〜20nm。
(Example 1)
FIG. 3 illustrates a structure of the vertical cavity surface emitting laser EM1 according to the first embodiment.
The current aperture 35a of the current confinement structure 35: carbon-doped AlGaAs (Al composition CAPAL: 0.98).
First compound semiconductor layer 37: carbon-doped Al composition gradient AlGaAs (composition gradient: 0.30 to 0.98), thickness: 15 to 20 nm.
Second compound semiconductor layer 39: carbon-doped AlGaAs (Al composition: 0.30), thickness: 15 to 20 nm.
Third compound semiconductor layer 57: carbon-doped Al composition gradient AlGaAs (composition gradient: 0.12 to 0.98), thickness: 15 to 20 nm.
First semiconductor layer 51: carbon-doped AlGaAs (Al composition: 0.12), thickness: 15 to 20 nm.

(実施例2)
図4は、実施例2に係る垂直共振型面発光レーザEM2の構造を示す。
電流狭窄構造35の電流アパーチャー35a:炭素ドープAlGaAs(Al組成CAPAL:0.98)。
第1化合物半導体層37:炭素ドープのAl組成傾斜AlGaAs(組成傾斜:0.30〜0.98)、厚さ:15〜20nm。
第2化合物半導体層39:炭素ドープAlGaAs(Al組成:0.30)、厚さ:15〜20nm。
第3化合物半導体層57:炭素ドープのAl組成傾斜AlGaAs(組成傾斜:0.30〜0.98)、厚さ:15〜20nm。
第4化合物半導体層59:炭素ドープAlGaAs(Al組成:0.30)、厚さ:15〜20nm。
(Example 2)
FIG. 4 illustrates a structure of a vertical cavity surface emitting laser EM2 according to the second embodiment.
The current aperture 35a of the current confinement structure 35: carbon-doped AlGaAs (Al composition CAPAL: 0.98).
First compound semiconductor layer 37: carbon-doped Al composition gradient AlGaAs (composition gradient: 0.30 to 0.98), thickness: 15 to 20 nm.
Second compound semiconductor layer 39: carbon-doped AlGaAs (Al composition: 0.30), thickness: 15 to 20 nm.
Third compound semiconductor layer 57: carbon-doped Al composition gradient AlGaAs (composition gradient: 0.30 to 0.98), thickness: 15 to 20 nm.
Fourth compound semiconductor layer 59: carbon-doped AlGaAs (Al composition: 0.30), thickness: 15 to 20 nm.

(実施例3)
図5は、実施例3に係る垂直共振型面発光レーザEM3の構造を示す。
電流狭窄構造35の電流アパーチャー35a:炭素ドープAlGaAs(Al組成CAPAL:0.98)。
第1化合物半導体層37:炭素ドープのAl組成傾斜AlGaAs(組成傾斜:0.70〜0.98)、厚さ:15〜20nm。
第2化合物半導体層39:炭素ドープAlGaAs(Al組成:0.70)、厚さ:15〜20nm。
第3化合物半導体層57:炭素ドープのAl組成傾斜AlGaAs(組成傾斜:0.12〜0.98)、厚さ:15〜20nm。
第1半導体層51:炭素ドープAlGaAs(Al組成:0.12)、厚さ:15〜20nm。
(Example 3)
FIG. 5 shows a structure of a vertical cavity surface emitting laser EM3 according to the third embodiment.
The current aperture 35a of the current confinement structure 35: carbon-doped AlGaAs (Al composition CAPAL: 0.98).
First compound semiconductor layer 37: carbon-doped Al composition gradient AlGaAs (composition gradient: 0.70 to 0.98), thickness: 15 to 20 nm.
Second compound semiconductor layer 39: carbon-doped AlGaAs (Al composition: 0.70), thickness: 15 to 20 nm.
Third compound semiconductor layer 57: carbon-doped Al composition gradient AlGaAs (composition gradient: 0.12 to 0.98), thickness: 15 to 20 nm.
First semiconductor layer 51: carbon-doped AlGaAs (Al composition: 0.12), thickness: 15 to 20 nm.

(実施例4)
図6は、実施例4に係る垂直共振型面発光レーザEM4の構造を示す。
電流狭窄構造35の電流アパーチャー35a:炭素ドープAlGaAs(Al組成CAPAL:0.98)。
第1化合物半導体層37:炭素ドープのAl組成傾斜AlGaAs(組成傾斜:0.70〜0.98)、厚さ:15〜20nm。
第2化合物半導体層39:炭素ドープAlGaAs(Al組成:0.70)、厚さ:15〜20nm。
第3化合物半導体層57:炭素ドープのAl組成傾斜AlGaAs(組成傾斜:0.70〜0.98)、厚さ:15〜20nm。
第4化合物半導体層59:炭素ドープAlGaAs(Al組成:0.70)、厚さ:15〜20nm。
(Example 4)
FIG. 6 illustrates a structure of a vertical cavity surface emitting laser EM4 according to the fourth embodiment.
The current aperture 35a of the current confinement structure 35: carbon-doped AlGaAs (Al composition CAPAL: 0.98).
First compound semiconductor layer 37: carbon-doped Al composition gradient AlGaAs (composition gradient: 0.70 to 0.98), thickness: 15 to 20 nm.
Second compound semiconductor layer 39: carbon-doped AlGaAs (Al composition: 0.70), thickness: 15 to 20 nm.
Third compound semiconductor layer 57: carbon-doped Al composition gradient AlGaAs (composition gradient: 0.70 to 0.98), thickness: 15 to 20 nm.
Fourth compound semiconductor layer 59: carbon-doped AlGaAs (Al composition: 0.70), thickness: 15 to 20 nm.

図7〜図10を参照しながら、実施例5〜8を説明する。実施例5〜8では、第1化合物半導体層37及び第3化合物半導体層57の少なくとも一方は、二次曲線に従って変化するアルミニウムプロファイルを有し、第2化合物半導体層39及び第4化合物半導体層59の少なくとも一方は、0.25〜0.75の範囲のあるAl組成を有する。アルミニウムプロファイルは、第2化合物半導体層39、第1化合物半導体層37、電流アパーチャー35a、第3化合物半導体層57及び第4化合物半導体層59にわたって連続的である。アルミニウムプロファイルは、第1化合物半導体層37及び電流アパーチャー35a、電流アパーチャー35a及び第3化合物半導体層57、並びに第1化合物半導体層37、電流アパーチャー35a及び第3化合物半導体層57にわたって、上に凸の形状を有する。   Examples 5 to 8 will be described with reference to FIGS. In Examples 5 to 8, at least one of the first compound semiconductor layer 37 and the third compound semiconductor layer 57 has an aluminum profile that changes according to a quadratic curve, and the second compound semiconductor layer 39 and the fourth compound semiconductor layer 59 Has an Al composition in the range of 0.25 to 0.75. The aluminum profile is continuous over the second compound semiconductor layer 39, the first compound semiconductor layer 37, the current aperture 35a, the third compound semiconductor layer 57, and the fourth compound semiconductor layer 59. The aluminum profile has an upwardly convex shape over the first compound semiconductor layer 37 and the current aperture 35a, the current aperture 35a and the third compound semiconductor layer 57, and the first compound semiconductor layer 37, the current aperture 35a and the third compound semiconductor layer 57. It has a shape.

また、例えば第1化合物半導体層37におけるアルミニウムプロファイルを示す二次曲線の頂点が、第1化合物半導体層37と電流アパーチャー35aとの界面に位置することがよく、第3化合物半導体層57におけるアルミニウムプロファイルを示す二次曲線の頂点が、第3化合物半導体層57と電流アパーチャー35aとの界面に位置することがよい。   Further, for example, the vertex of the quadratic curve indicating the aluminum profile in the first compound semiconductor layer 37 is preferably located at the interface between the first compound semiconductor layer 37 and the current aperture 35a, and the aluminum profile in the third compound semiconductor layer 57 is preferably set. Is preferably located at the interface between the third compound semiconductor layer 57 and the current aperture 35a.

(実施例5)
図7は、実施例5に係る垂直共振型面発光レーザEM5の構造を示す。
電流狭窄構造35の電流アパーチャー35a:炭素ドープAlGaAs(Al組成CAPAL:0.98)。
第1化合物半導体層37:炭素ドープのAl組成傾斜AlGaAs(二次曲線に従う組成傾斜:0.30〜0.98)、厚さ:15〜20nm。
第2化合物半導体層39:炭素ドープAlGaAs(Al組成:0.30)、厚さ:15〜20nm。
第3化合物半導体層57:炭素ドープのAl組成傾斜AlGaAs(二次曲線に従う組成傾斜:0.12〜0.98)、厚さ:15〜20nm。
第1半導体層51:炭素ドープAlGaAs(Al組成:0.12)、厚さ:15〜20nm。
(Example 5)
FIG. 7 shows the structure of the vertical cavity surface emitting laser EM5 according to the fifth embodiment.
The current aperture 35a of the current confinement structure 35: carbon-doped AlGaAs (Al composition CAPAL: 0.98).
First compound semiconductor layer 37: carbon-doped Al composition gradient AlGaAs (composition gradient according to quadratic curve: 0.30 to 0.98), thickness: 15 to 20 nm.
Second compound semiconductor layer 39: carbon-doped AlGaAs (Al composition: 0.30), thickness: 15 to 20 nm.
Third compound semiconductor layer 57: Al composition gradient AlGaAs doped with carbon (composition gradient according to quadratic curve: 0.12 to 0.98), thickness: 15 to 20 nm.
First semiconductor layer 51: carbon-doped AlGaAs (Al composition: 0.12), thickness: 15 to 20 nm.

(実施例6)
図8は、実施例6に係る垂直共振型面発光レーザEM6の構造を示す。
電流狭窄構造35の電流アパーチャー35a:炭素ドープAlGaAs(Al組成CAPAL:0.98)。
第1化合物半導体層37:炭素ドープのAl組成傾斜AlGaAs(二次曲線に従う組成傾斜:0.30〜0.98)、厚さ:15〜20nm。
第2化合物半導体層39:炭素ドープAlGaAs(Al組成:0.30)、厚さ:15〜20nm。
第3化合物半導体層57:炭素ドープのAl組成傾斜AlGaAs(二次曲線に従う組成傾斜:0.30〜0.98)、厚さ:15〜20nm。
第4化合物半導体層59:炭素ドープAlGaAs(Al組成:0.30)、厚さ:15〜20nm。
(Example 6)
FIG. 8 shows the structure of the vertical cavity surface emitting laser EM6 according to the sixth embodiment.
The current aperture 35a of the current confinement structure 35: carbon-doped AlGaAs (Al composition CAPAL: 0.98).
First compound semiconductor layer 37: carbon-doped Al composition gradient AlGaAs (composition gradient according to quadratic curve: 0.30 to 0.98), thickness: 15 to 20 nm.
Second compound semiconductor layer 39: carbon-doped AlGaAs (Al composition: 0.30), thickness: 15 to 20 nm.
Third compound semiconductor layer 57: carbon-doped Al composition gradient AlGaAs (composition gradient according to quadratic curve: 0.30 to 0.98), thickness: 15 to 20 nm.
Fourth compound semiconductor layer 59: carbon-doped AlGaAs (Al composition: 0.30), thickness: 15 to 20 nm.

(実施例7)
図9は、実施例7に係る垂直共振型面発光レーザEM7の構造を示す。
電流狭窄構造35の電流アパーチャー35a:炭素ドープAlGaAs(Al組成CAPAL:0.98)。
第1化合物半導体層37:炭素ドープのAl組成傾斜AlGaAs(組成傾斜:0.70〜0.98)、厚さ:15〜20nm。
第2化合物半導体層39:炭素ドープAlGaAs(Al組成:0.70)、厚さ:15〜20nm。
第3化合物半導体層57:炭素ドープのAl組成傾斜AlGaAs(二次曲線に従う組成傾斜:0.12〜0.98)、厚さ:15〜20nm。
第1半導体層51:炭素ドープAlGaAs(Al組成:0.12)、厚さ:15〜20nm。
(Example 7)
FIG. 9 shows a structure of a vertical cavity surface emitting laser EM7 according to the seventh embodiment.
The current aperture 35a of the current confinement structure 35: carbon-doped AlGaAs (Al composition CAPAL: 0.98).
First compound semiconductor layer 37: carbon-doped Al composition gradient AlGaAs (composition gradient: 0.70 to 0.98), thickness: 15 to 20 nm.
Second compound semiconductor layer 39: carbon-doped AlGaAs (Al composition: 0.70), thickness: 15 to 20 nm.
Third compound semiconductor layer 57: Al composition gradient AlGaAs doped with carbon (composition gradient according to quadratic curve: 0.12 to 0.98), thickness: 15 to 20 nm.
First semiconductor layer 51: carbon-doped AlGaAs (Al composition: 0.12), thickness: 15 to 20 nm.

(実施例8)
図10は、実施例8に係る垂直共振型面発光レーザEM8の構造を示す。
電流狭窄構造35の電流アパーチャー35a:炭素ドープAlGaAs(Al組成CAPAL:0.98)。
第1化合物半導体層37:炭素ドープのAl組成傾斜AlGaAs(二次曲線に従う組成傾斜:0.70〜0.98)、厚さ:15〜20nm。
第2化合物半導体層39:炭素ドープAlGaAs(Al組成:0.70)、厚さ:15〜20nm。
第3化合物半導体層57:炭素ドープのAl組成傾斜AlGaAs(二次曲線に従う組成傾斜:0.70〜0.98)、厚さ:15〜20nm。
第4化合物半導体層59:炭素(C)ドープAlGaAs(Al組成:0.70)、厚さ:15〜20nm。
(Example 8)
FIG. 10 shows the structure of the vertical cavity surface emitting laser EM8 according to the eighth embodiment.
The current aperture 35a of the current confinement structure 35: carbon-doped AlGaAs (Al composition CAPAL: 0.98).
First compound semiconductor layer 37: carbon-doped Al composition gradient AlGaAs (composition gradient according to quadratic curve: 0.70 to 0.98), thickness: 15 to 20 nm.
Second compound semiconductor layer 39: carbon-doped AlGaAs (Al composition: 0.70), thickness: 15 to 20 nm.
Third compound semiconductor layer 57: carbon-doped Al composition gradient AlGaAs (composition gradient according to quadratic curve: 0.70 to 0.98), thickness: 15 to 20 nm.
Fourth compound semiconductor layer 59: carbon (C) -doped AlGaAs (Al composition: 0.70), thickness: 15 to 20 nm.

アルミニウムプロファイルは、線形及び放物線に従う変化に限定されない。具体的には、再び図7〜図10を参照すると、第1化合物半導体層37は、電流狭窄構造35から第1積層33への方向に順に配列された第1部分37a及び第2部分37bを含むことができる。第1アルミニウムプロファイルPF1は、第1化合物半導体層37の第1部分37a及び第2部分37b内のそれぞれの任意の点において第1変化率RT1及び第2変化率RT2を有する。第1変化率RT1及び第2変化率RT2の各々は、該当する点において第1アルミニウムプロファイルPF1に接する接線に傾きとして規定される。   Aluminum profiles are not limited to linear and parabolic variations. Specifically, referring again to FIGS. 7 to 10, the first compound semiconductor layer 37 includes a first portion 37 a and a second portion 37 b sequentially arranged in the direction from the current confinement structure 35 to the first stack 33. Can be included. The first aluminum profile PF1 has a first rate of change RT1 and a second rate of change RT2 at respective arbitrary points in the first portion 37a and the second portion 37b of the first compound semiconductor layer 37. Each of the first rate of change RT1 and the second rate of change RT2 is defined as a slope at a tangent to the first aluminum profile PF1 at a corresponding point.

第1部分37a及び第2部分37bは、それぞれ、第1アルミニウムプロファイルPF1の第1変化率RT1及び第2変化率RT2を有する。第2変化率RT2の絶対値は、第1変化率RT1の絶対値に等しい又はより大きい。第1変化率RT1は、第1化合物半導体層37の厚さ(T37)に対する第1Al上限組成C1MX37と第1Al下限組成C1MN37との差の線形変化率(C1MX37−C1MN37)/T37を有する第1基準線R1REF(図7〜図10に示される一点鎖線)の傾きの絶対値より小さい。この線形変化率の絶対値は、第1変化率RT1の絶対値と第2変化率RT2の絶対値との間にあり、また第2変化率の絶対値より小さい。第1変化率RT1の絶対値は、第2変化率RT2の絶対値より小さい。   The first portion 37a and the second portion 37b have a first rate of change RT1 and a second rate of change RT2 of the first aluminum profile PF1, respectively. The absolute value of the second rate of change RT2 is equal to or greater than the absolute value of the first rate of change RT1. The first change rate RT1 is a first reference having a linear change rate (C1MX37−C1MN37) / T37 of a difference between the first Al upper limit composition C1MX37 and the first Al lower limit composition C1MN37 with respect to the thickness (T37) of the first compound semiconductor layer 37. It is smaller than the absolute value of the slope of the line R1REF (the one-dot chain line shown in FIGS. 7 to 10). The absolute value of the linear change rate is between the absolute value of the first change rate RT1 and the absolute value of the second change rate RT2, and is smaller than the absolute value of the second change rate. The absolute value of the first rate of change RT1 is smaller than the absolute value of the second rate of change RT2.

第1基準線R1REFは、線形変化の傾斜組成を表す。第1基準線R1REFは、第1アルミニウムプロファイルPF1に接するように平行移動されて、第2基準線R2REFが定義される。第2基準線R2REFは、第1アルミニウムプロファイルPF1上の点Mにおいて第1アルミニウムプロファイルPF1に接する。点Mは、第1化合物半導体層37を第1部分37a及び第2部分37bに分ける。   The first reference line R1REF represents a gradient composition of a linear change. The first reference line R1REF is translated so as to be in contact with the first aluminum profile PF1, and a second reference line R2REF is defined. The second reference line R2REF contacts the first aluminum profile PF1 at a point M on the first aluminum profile PF1. The point M divides the first compound semiconductor layer 37 into a first portion 37a and a second portion 37b.

第1化合物半導体層37と同様に、第3化合物半導体層57は、線形変化の傾斜組成を表す第3基準線R3REF、及び平行移動の第4基準線R4REF(点Mおける接点)に関連付けられる。第3化合物半導体層57は、電流狭窄構造35から第2積層45への方向に順に配列された第1部分57a及び第2部分57bを含むことができる。第2アルミニウムプロファイルPF2は、第3化合物半導体層57の第1部分57a及び第2部分57b内のそれぞれの任意の点において第3変化率RT3及び第4変化率RT4を有する。第3変化率RT3及び第4変化率RT4の各々は、該当する点において第2アルミニウムプロファイルPF2に接する接線に傾きとして規定される。   Similarly to the first compound semiconductor layer 37, the third compound semiconductor layer 57 is associated with a third reference line R3REF representing the gradient composition of the linear change and a fourth reference line R4REF (the contact point at the point M) of the translation. The third compound semiconductor layer 57 may include a first portion 57a and a second portion 57b sequentially arranged in a direction from the current confinement structure 35 to the second stack 45. The second aluminum profile PF2 has a third change rate RT3 and a fourth change rate RT4 at respective arbitrary points in the first portion 57a and the second portion 57b of the third compound semiconductor layer 57. Each of the third rate of change RT3 and the fourth rate of change RT4 is defined as an inclination to a tangent to the second aluminum profile PF2 at a corresponding point.

第3変化率RT3は、第3化合物半導体層57の厚さ(T57)に対する第2Al上限組成C2MX57と第2Al下限組成C2MN57との差の線形変化率(C2MX57−C2MN57)/T57を有する第3基準線R3REF(図7〜図10に示される一点鎖線)の絶対値より小さい。この線形変化率の絶対値は、第3変化率RT3の絶対値と第4変化率RT4の絶対値との間にあり、第4変化率RT4の絶対値より小さい。第3変化率RT3の絶対値は、第4変化率RT4の絶対値より小さい。   The third change rate RT3 is a third reference having a linear change rate (C2MX57−C2MN57) / T57 of a difference between the second Al upper limit composition C2MX57 and the second Al lower limit composition C2MN57 with respect to the thickness (T57) of the third compound semiconductor layer 57. It is smaller than the absolute value of the line R3REF (the one-dot chain line shown in FIGS. 7 to 10). The absolute value of the linear change rate is between the absolute value of the third change rate RT3 and the absolute value of the fourth change rate RT4, and is smaller than the absolute value of the fourth change rate RT4. The absolute value of the third rate of change RT3 is smaller than the absolute value of the fourth rate of change RT4.

図11は、実験例及び実施例1〜4に係る垂直共振型面発光レーザEX及び垂直共振型面発光レーザEM1から垂直共振型面発光レーザEM4の特性を示す。横軸は、電流アパ−チャーの寸法を示し、縦軸は、微分抵抗を示す。   FIG. 11 shows the characteristics of the vertical cavity surface emitting laser EX and the vertical cavity surface emitting lasers EM1 to EM4 according to the experimental example and the first to fourth embodiments. The horizontal axis indicates the size of the current aperture, and the vertical axis indicates the differential resistance.

これらの例示的な垂直共振型面発光レーザEX及び垂直共振型面発光レーザEM1から垂直共振型面発光レーザEM4は、8.5マイクロメートル以下の寸法(開口の直径)において、実験例と実施例1〜実施例4との間における微分抵抗の差が顕著になる。   The exemplary vertical cavity surface emitting laser EX and the vertical cavity surface emitting laser EM1 to the vertical cavity surface emitting laser EM4 have a dimension (opening diameter) of 8.5 μm or less (experimental examples and examples). The difference in the differential resistance between the first embodiment and the fourth embodiment becomes remarkable.

実験例に係る半導体レーザの微分抵抗は、電流アパ−チャーの寸法の減少に伴って大きな傾きで増加する。これは、電流アパ−チャーの寸法のばらつきに敏感であることを示す。一方、実施例1〜実施例4の微分抵抗は、電流アパ−チャーの寸法の10マイクメートルから5マイクメートルの範囲において、実験例に係る半導体レーザの微分抵抗に比べて緩やかに増加する。   The differential resistance of the semiconductor laser according to the experimental example increases with a large slope as the size of the current aperture decreases. This indicates that it is sensitive to variations in the size of the current aperture. On the other hand, the differential resistances of the first to fourth embodiments gradually increase in comparison with the differential resistance of the semiconductor laser according to the experimental example in the range of the size of the current aperture from 10 μm to 5 μm.

実施例1及び実施例2に係る半導体レーザの微分抵抗は、電流アパ−チャーの寸法の10マイクメートルから5マイクメートルの範囲において、実験例に係る半導体レーザの微分抵抗より小さい。また、実施例3及び実施例4に係る半導体レーザの微分抵抗は、電流アパ−チャーの寸法の10マイクメートルから5マイクメートルの範囲において、実施例1及び実施例2に係る半導体レーザの微分抵抗より小さい。   The differential resistance of the semiconductor lasers according to the first and second embodiments is smaller than the differential resistance of the semiconductor laser according to the experimental example in the range of the current aperture from 10 to 5 micrometers. The differential resistances of the semiconductor lasers according to the third and fourth embodiments are set within the range of 10 μm to 5 μm of the current aperture. Less than.

実施例2に係る半導体レーザの微分抵抗は、電流アパ−チャーの寸法の10マイクメートルから5マイクメートルの範囲において、実施例1に係る半導体レーザの微分抵抗より小さい。また、実施例4に係る半導体レーザの微分抵抗は、電流アパ−チャーの寸法の10マイクメートルから5マイクメートルの範囲において、実施例3に係る半導体レーザの微分抵抗より小さい。   The differential resistance of the semiconductor laser according to the second embodiment is smaller than the differential resistance of the semiconductor laser according to the first embodiment in a range of 10 μm to 5 μm of the current aperture. Further, the differential resistance of the semiconductor laser according to the fourth embodiment is smaller than the differential resistance of the semiconductor laser according to the third embodiment in the range of the current aperture of 10 μm to 5 μm.

電流アパーチャー35aは、図1に示された基準面REFにおいて38.5平方マイクロメートル以下の断面積を有することがよい。或いは、電流アパーチャー35aは、基準面REFにおいて22.0マイクロメートル以下の周囲長を有することがよい。電流アパーチャー35a及び電流ブロッカー35bは、第1軸Ax1に交差する基準面REFに沿って配列される。この基準面REFは、電流アパーチャー35aの断面積を規定するために利用される。   The current aperture 35a may have a cross-sectional area of 38.5 square micrometers or less at the reference plane REF shown in FIG. Alternatively, the current aperture 35a may have a peripheral length of 22.0 micrometers or less at the reference plane REF. The current aperture 35a and the current blocker 35b are arranged along a reference plane REF crossing the first axis Ax1. This reference plane REF is used for defining the cross-sectional area of the current aperture 35a.

電流アパ−チャー径(10マイクロメートル)における微分抵抗。
実施例1、実施例2、実施例3、実施例4、実験例。
85.1、84.1、79.4、79.1、86.7。
Differential resistance at current aperture diameter (10 micrometers).
Example 1, Example 2, Example 3, Example 4, Experimental Example.
85.1, 84.1, 79.4, 79.1, 86.7.

電流アパ−チャー径(9.0マイクロメートル)における微分抵抗。
実施例1、実施例2、実施例3、実施例4、実験例。
87.3、86.4、80.5、79.8、89.5。
Differential resistance at current aperture diameter (9.0 micrometers).
Example 1, Example 2, Example 3, Example 4, Experimental Example.
87.3, 86.4, 80.5, 79.8, 89.5.

電流アパ−チャー径(8.5マイクロメートル)における微分抵抗。
実施例1、実施例2、実施例3、実施例4、実験例。
90.6、88.7、81.1、80.1、94.5。
Differential resistance at current aperture diameter (8.5 micrometers).
Example 1, Example 2, Example 3, Example 4, Experimental Example.
90.6, 88.7, 81.1, 80.1, 94.5.

電流アパ−チャー径(8.0マイクロメートル)における微分抵抗。
実施例1、実施例2、実施例3、実施例4、実験例。
92.1、92.1、82.3、81.9、104.1。
Differential resistance at current aperture diameter (8.0 micrometers).
Example 1, Example 2, Example 3, Example 4, Experimental Example.
92.1, 92.1, 82.3, 81.9, 104.1.

電流アパ−チャー径(7.5マイクロメートル)における微分抵抗。
実施例1、実施例2、実施例3、実施例4、実験例。
94.7、93.1、83.2、82.2、108.9。
Differential resistance at current aperture diameter (7.5 micrometers).
Example 1, Example 2, Example 3, Example 4, Experimental Example.
94.7, 93.1, 83.2, 82.2, 108.9.

電流アパ−チャー径(7.0マイクロメートル)における微分抵抗。
実施例1、実施例2、実施例3、実施例4、実験例。
96.8、95.7、84.7、83.9、112.3。
Differential resistance at current aperture diameter (7.0 micrometers).
Example 1, Example 2, Example 3, Example 4, Experimental Example.
96.8, 95.7, 84.7, 83.9, 112.3.

電流アパ−チャー径(6.0マイクロメートル)における微分抵抗。
実施例1、実施例2、実施例3、実施例4、実験例。
99.5、98.1、85.8、84.2、119.5。
Differential resistance at current aperture diameter (6.0 micrometers).
Example 1, Example 2, Example 3, Example 4, Experimental Example.
99.5, 98.1, 85.8, 84.2, 119.5.

電流アパ−チャー径(5.0マイクロメートル)における微分抵抗。
実施例1、実施例2、実施例3、実施例4、実験例。
102.4、101.2、86.9、85.8、123.7。
Differential resistance at current aperture diameter (5.0 micrometers).
Example 1, Example 2, Example 3, Example 4, Experimental Example.
102.4, 101.2, 86.9, 85.8, 123.7.

図12及び図13は、実験例及び実施例1〜8における垂直共振型面発光レーザの信頼性試験の結果を示す。この信頼性試験は、実験例EX及び実施例1〜8における垂直共振型面発光レーザに12ミリアンペアの定電流を摂氏130度の雰囲気(大気と同じ組成)において、これらの垂直共振型面発光レーザの光出力パワーを測定する。図12及び図13における横軸は、高温における通電時間の累積を示し、縦軸は、出力パワーの変化を示す。   12 and 13 show the results of reliability tests of the vertical cavity surface emitting lasers in the experimental example and Examples 1 to 8. In this reliability test, the vertical cavity surface emitting lasers in the experimental examples EX and Examples 1 to 8 were subjected to a constant current of 12 mA in an atmosphere at 130 degrees Celsius (the same composition as the atmosphere). Measure the optical output power of The horizontal axis in FIGS. 12 and 13 indicates the accumulation of the energization time at high temperature, and the vertical axis indicates the change in the output power.

垂直共振型面発光レーザの寿命は、変化−15パーセントのレベルにおいて、実験例、実施例1、実施例3、実施例2、実施例4、実施例5、実施例7、実施例6、実施例8の順に長い。   The life of the vertical cavity surface emitting laser changes at the level of -15%, and the experimental example, the example 1, the example 3, the example 2, the example 4, the example 5, the example 7, the example 6, and the example Example 8 is longer in order.

第2化合物半導体層39又は第4化合物半導体層59のいずれか一方に高いAl組成を与えると、垂直共振型面発光レーザが長時間の使用に耐えるようになる。   When a high Al composition is given to one of the second compound semiconductor layer 39 and the fourth compound semiconductor layer 59, the vertical cavity surface emitting laser can withstand use for a long time.

第2化合物半導体層39及び第4化合物半導体層59の両側に高いAl組成を与えると、垂直共振型面発光レーザが更に長時間の使用に耐えるようになる。   When a high Al composition is applied to both sides of the second compound semiconductor layer 39 and the fourth compound semiconductor layer 59, the vertical cavity surface emitting laser can withstand use for a longer time.

電流アパーチャー35aから離れた位置における値に比べて電流アパーチャー35aの近傍の第1化合物半導体層37又は第3化合物半導体層57において小さい割合でAl組成を変化させると、垂直共振型面発光レーザが更に長時間の使用に耐えるようになる。   When the Al composition is changed at a small rate in the first compound semiconductor layer 37 or the third compound semiconductor layer 57 near the current aperture 35a as compared with the value at a position away from the current aperture 35a, the vertical cavity surface emitting laser further increases Will withstand long-term use.

図14は、本実施形態に係る垂直共振型面発光レーザを作製する方法における主要な工程を示す。工程フロー100を参照しながら、垂直共振型面発光レーザを作製する方法を記述する。   FIG. 14 shows main steps in a method for manufacturing the vertical cavity surface emitting laser according to the present embodiment. A method for manufacturing a vertical cavity surface emitting laser will be described with reference to the process flow 100.

製造方法の工程S101では、垂直共振型面発光レーザのための半導体層を含む半導体積層をn型GaAsウエハ上に有機金属気相成長法により成長して、エピタキシャル基板を形成する。半導体積層は、垂直共振型面発光レーザ11の例示に従って、以下の半導体層のための半導体膜を含む:第3積層63(第1半導体層71/第2半導体層73);活性層31(第1スペーサ層31c、井戸層31a/障壁層31b、第2スペーサ層31d);第2積層45(第1半導体層51/第2半導体層53);第4化合物半導体層59;Al組成傾斜の第3化合物半導体層57;電流狭窄構造35の電流アパーチャー35aの半導体;Al組成傾斜の第1化合物半導体層37;第2化合物半導体層39;第1積層33(第1半導体層41/第2半導体層43);及びコンタクト層61。   In step S101 of the manufacturing method, a semiconductor stack including a semiconductor layer for a vertical cavity surface emitting laser is grown on an n-type GaAs wafer by metal organic chemical vapor deposition to form an epitaxial substrate. The semiconductor stack includes, according to the example of the vertical cavity surface emitting laser 11, semiconductor films for the following semiconductor layers: a third stack 63 (first semiconductor layer 71 / second semiconductor layer 73); an active layer 31 (first semiconductor layer 71). 1st spacer layer 31c, well layer 31a / barrier layer 31b, second spacer layer 31d); second stack 45 (first semiconductor layer 51 / second semiconductor layer 53); fourth compound semiconductor layer 59; Tri-compound semiconductor layer 57; semiconductor of current aperture 35a of current confinement structure 35; first compound semiconductor layer 37 having Al composition gradient; second compound semiconductor layer 39; first stack 33 (first semiconductor layer 41 / second semiconductor layer) 43); and contact layer 61.

Al組成傾斜層の成長に際して、結晶成長炉における原料ラインの流量コントローラを連続的に変化してIII族構成元素のための、例えばAl原料ガスを変更することによって組成変化のアルミニウムプロファイルを提供できる。アルミニウムプロファイルが、実施例1〜実施例4の図3〜図6においては単一線形関数で表される連続的な組成傾斜を有し、実施例5〜実施例8の図7〜図10においては二次関数で表される連続的な組成傾斜を有する。アルミニウムプロファイルは、実質的に上に凸になる様々な関数を用いた他の組成傾斜を含むことができる。   When growing the Al composition gradient layer, the flow rate controller of the raw material line in the crystal growth furnace is continuously changed to provide an aluminum profile having a changed composition by changing, for example, the Al raw material gas for the group III constituent element. The aluminum profile has a continuous compositional gradient represented by a single linear function in FIGS. 3 to 6 of Examples 1 to 4, and in FIGS. 7 to 10 of Examples 5 to 8, Has a continuous composition gradient represented by a quadratic function. The aluminum profile can include other compositional gradients with various functions that are substantially upwardly convex.

製造方法の工程S102では、フォトリソグラフィ及びエッチングをエピタキシャル基板に適用して、エピタキシャル基板の半導体積層から半導体ポストを形成する。具体的には、半導体ポストを規定するマスクをエピタキシャル基板上に形成すると共に、このマスクを用いて半導体積層をエッチングにより加工する。本実施例では、半導体ポストは、第3積層63の下部分における一連の半導体膜を含む。   In step S102 of the manufacturing method, photolithography and etching are applied to the epitaxial substrate to form semiconductor posts from the semiconductor stack on the epitaxial substrate. Specifically, a mask defining the semiconductor post is formed on the epitaxial substrate, and the semiconductor stack is processed by etching using the mask. In the present embodiment, the semiconductor post includes a series of semiconductor films in a lower portion of the third stack 63.

製造方法の工程S103では、酸化雰囲気(例えば、高温のスチーム)中に半導体ポストを置いて、電流狭窄構造35の電流アパーチャー35aのための高いAl組成の半導体膜を酸化する。この酸化は、半導体ポストからポスト17を形成する。半導体膜の酸化物は、電流ブロッカー35bになり、残された半導体は、電流アパーチャー35aになる。半導体ポスト内のAl含有の半導体膜は、そのAl組成に応じた酸化速度で酸化される。   In step S103 of the manufacturing method, the semiconductor post having a high Al composition for the current aperture 35a of the current confinement structure 35 is oxidized by placing the semiconductor post in an oxidizing atmosphere (for example, high-temperature steam). This oxidation forms posts 17 from the semiconductor posts. The oxide of the semiconductor film becomes the current blocker 35b, and the remaining semiconductor becomes the current aperture 35a. The Al-containing semiconductor film in the semiconductor post is oxidized at an oxidation rate according to the Al composition.

製造方法の工程S104では、気相成長法により、ポスト17を覆うように、被覆膜25のための無機絶縁膜をウエハ上に堆積する。   In step S104 of the manufacturing method, an inorganic insulating film for the coating film 25 is deposited on the wafer so as to cover the posts 17 by a vapor phase growth method.

製造方法の工程S105では、絶縁膜をウエハ上に成長した後に、電極の形成に先立って、フォトリソグラフィ及びエッチングにより無機絶縁膜を加工して、コンタクト開口を無機絶縁膜に形成する。フォトリソグラフィ及び金属堆積を用いて、アノード電極及びカソード電極をそれぞれのコンタクト開口上に形成する。これらの工程により、基板生産物が完成される。   In step S105 of the manufacturing method, after growing the insulating film on the wafer, the contact opening is formed in the inorganic insulating film by processing the inorganic insulating film by photolithography and etching before forming the electrode. Using photolithography and metal deposition, an anode electrode and a cathode electrode are formed over the respective contact openings. Through these steps, a substrate product is completed.

製造方法の工程S106では、ダイシング又はへき開を基板生産物に適用して、垂直共振型面発光レーザのための半導体チップを作製する。   In step S106 of the manufacturing method, dicing or cleavage is applied to a substrate product to manufacture a semiconductor chip for a vertical cavity surface emitting laser.

図15は、図3〜図6及び図7〜図10に示された第1部分17c及び第2部分17dにおける電流狭窄構造の厚さの変化(ポスト17の中心軸から側面への動径方向における厚さの変化)を模式的に示す図面である。   FIG. 15 shows a change in the thickness of the current constriction structure in the first portion 17c and the second portion 17d shown in FIGS. 3 to 6 and FIGS. (A change in thickness).

絶縁体の電流ブロッカー35bは、ポスト17の第2部分17dにおいて第1軸Ax1上の点からポスト17の側面への方向に徐々に厚くなるアルミニウム酸化物層を含むことができる。第2部分17dの絶縁体は、電流アパーチャー35aの半導体の構成元素アルミニウムを含むAl酸化物である。この面発光半導体レーザによれば、エピタキシャル成長された際の半導体層の高いAl組成の半導体が、ポスト17の側面からの酸化により部分的に酸化される。電流ブロッカー35bに接する第1化合物半導体層及び第2化合物半導体層の緩やかな傾斜のAl組成の変化によって、アルミニウム酸化物層の厚さは、動径方向に変化する。第2部分17dの絶縁体の厚さの変化は、メサの寄生容量を低減できると共に、電流ブロッカー35b付近の応力を抑制できる。   The insulator current blocker 35b may include an aluminum oxide layer that gradually increases in thickness from the point on the first axis Ax1 to the side of the post 17 at the second portion 17d of the post 17. The insulator of the second portion 17d is an Al oxide containing aluminum, a constituent element of the semiconductor of the current aperture 35a. According to the surface emitting semiconductor laser, the semiconductor having a high Al composition in the semiconductor layer when epitaxially grown is partially oxidized by oxidation from the side surface of the post 17. The thickness of the aluminum oxide layer changes in the radial direction due to a gentle change in the Al composition of the first compound semiconductor layer and the second compound semiconductor layer in contact with the current blocker 35b. The change in the thickness of the insulator of the second portion 17d can reduce the parasitic capacitance of the mesa and can suppress the stress near the current blocker 35b.

Al組成傾斜の第1化合物半導体層37及びAl組成傾斜の第3化合物半導体層57は、これらのAl組成に応じて、第2部分17dにおいて、第1部分17c内の第1軸Ax1上の点からポスト17の側面への方向に徐々に薄くなる。第1化合物半導体層37及び第3化合物半導体層57は、製造工程における酸化雰囲気による酸化によって、エピタキシャル成長された際の個々の半導体層に比べて、動径方向に変化する厚さを有する。第2化合物半導体層39及び第4化合物半導体層59は、それらのAl組成に応じて製造工程における酸化雰囲気による酸化によって形成されると共に、第2部分17dにおけるそれぞれの酸化物領域によって囲まれる。これらの酸化物領域は、電流ブロッカー35bに連続する。第2化合物半導体層39及び第4化合物半導体層59は、それぞれ、第2部分17dにおいて、第1積層33及び第2積層45の低Al組成の第1半導体層41、51に比べて厚い酸化物に囲まれ、これらの酸化物領域は電流ブロッカー35bに繋がる。   The first compound semiconductor layer 37 having a gradient of Al composition and the third compound semiconductor layer 57 having a gradient of Al composition have a point on the first axis Ax1 in the first portion 17c in the second portion 17d in accordance with the Al composition. From the side of the post 17. The first compound semiconductor layer 37 and the third compound semiconductor layer 57 have a thickness that changes in the radial direction compared to the individual semiconductor layers when epitaxially grown due to oxidation in an oxidizing atmosphere in the manufacturing process. The second compound semiconductor layer 39 and the fourth compound semiconductor layer 59 are formed by oxidation in an oxidizing atmosphere in a manufacturing process according to their Al compositions, and are surrounded by the respective oxide regions in the second portion 17d. These oxide regions are continuous with the current blocker 35b. In the second portion 17d, the second compound semiconductor layer 39 and the fourth compound semiconductor layer 59 are each formed of a thicker oxide than the low Al composition first semiconductor layers 41 and 51 of the first stack 33 and the second stack 45, respectively. , These oxide regions lead to a current blocker 35b.

図16〜図20を参照しながら、実施例9及び10を説明する。実施例9及び10では、第2積層45が、単一の第1半導体層51及び単一の第2半導体層53を含む。第1半導体層51は、第4化合物半導体層59と第2半導体層53との間に配置される。第2半導体層53は、第1半導体層51と活性層31との間に配置される。第2積層45は、半導体層81,83,85を含む。半導体層81は、第4化合物半導体層59と第1半導体層51との間に配置される。半導体層81は、第1軸Ax1上において規定されるAl組成C81ALを有する。Al組成C81ALは、第2積層45から電流狭窄構造35への向きに、単調に増加する。半導体層83は、第1半導体層51と第2半導体層53との間に配置される。半導体層83は、第1軸Ax1上において規定されるAl組成C83ALを有する。Al組成C83ALは、第2積層45から電流狭窄構造35への向きに、単調に減少する。半導体層85は、第2半導体層53と活性層31との間に配置される。半導体層85は、第1軸Ax1上において規定されるAl組成C85ALを有する。Al組成C85ALは、第2積層45から電流狭窄構造35への向きに、単調に増加する。本実施形態において、半導体層85、第2半導体層53、半導体層83、第1半導体層51及び半導体層81は、第1軸Ax1上において第2積層45から電流狭窄構造35への向きに、順に配列される。   Embodiments 9 and 10 will be described with reference to FIGS. In Examples 9 and 10, the second stack 45 includes a single first semiconductor layer 51 and a single second semiconductor layer 53. The first semiconductor layer 51 is disposed between the fourth compound semiconductor layer 59 and the second semiconductor layer 53. The second semiconductor layer 53 is disposed between the first semiconductor layer 51 and the active layer 31. The second stack 45 includes semiconductor layers 81, 83, 85. The semiconductor layer 81 is disposed between the fourth compound semiconductor layer 59 and the first semiconductor layer 51. The semiconductor layer 81 has an Al composition C81AL defined on the first axis Ax1. The Al composition C81AL monotonically increases in the direction from the second stack 45 to the current confinement structure 35. The semiconductor layer 83 is disposed between the first semiconductor layer 51 and the second semiconductor layer 53. The semiconductor layer 83 has an Al composition C83AL defined on the first axis Ax1. The Al composition C83AL monotonously decreases in the direction from the second stack 45 to the current confinement structure 35. The semiconductor layer 85 is disposed between the second semiconductor layer 53 and the active layer 31. The semiconductor layer 85 has an Al composition C85AL defined on the first axis Ax1. The Al composition C85AL monotonically increases in the direction from the second stack 45 to the current confinement structure 35. In the present embodiment, the semiconductor layer 85, the second semiconductor layer 53, the semiconductor layer 83, the first semiconductor layer 51, and the semiconductor layer 81 are arranged on the first axis Ax1 in the direction from the second stack 45 to the current confinement structure 35, They are arranged in order.

第2積層45が単一の第1半導体層51及び単一の第2半導体層53を含む場合、第2積層45が複数の第1半導体層51及び複数の第2半導体層53を含む場合に比べて、第2積層45の厚さを薄くできる。これにより、電流狭窄構造35と活性層31との間の距離を小さくできる。その結果、電流狭窄構造35において狭窄された電流が活性層31に到達する前に広がることを抑制できる。よって、垂直共振型面発光レーザの閾値電流密度を低減できる。一方、電流狭窄構造35には、酸化プロセスにより生じる結晶欠陥が存在し得る。結晶欠陥の欠陥準位による光吸収によって、結晶欠陥の周囲では電流及び光強度が強くなるので、垂直共振型面発光レーザの劣化が加速されるおそれがある。そのような劣化を抑制するためには、電流狭窄構造35と活性層31との間の距離を近づけ過ぎないことが好ましい。第2積層45が単一の第1半導体層51及び単一の第2半導体層53を含む場合、電流狭窄構造35と活性層31との間の距離を確保できるので、垂直共振型面発光レーザの劣化を抑制することができる。   When the second stack 45 includes a single first semiconductor layer 51 and a single second semiconductor layer 53, and when the second stack 45 includes a plurality of first semiconductor layers 51 and a plurality of second semiconductor layers 53, In comparison, the thickness of the second stack 45 can be reduced. Thereby, the distance between the current confinement structure 35 and the active layer 31 can be reduced. As a result, the current confined in the current confinement structure 35 can be suppressed from spreading before reaching the active layer 31. Therefore, the threshold current density of the vertical cavity surface emitting laser can be reduced. On the other hand, the current confinement structure 35 may have crystal defects caused by the oxidation process. The current and light intensity around the crystal defect are increased by the light absorption by the defect level of the crystal defect, so that the deterioration of the vertical cavity surface emitting laser may be accelerated. In order to suppress such deterioration, it is preferable that the distance between the current confinement structure 35 and the active layer 31 is not too close. When the second stack 45 includes the single first semiconductor layer 51 and the single second semiconductor layer 53, the distance between the current confinement structure 35 and the active layer 31 can be ensured. Degradation can be suppressed.

(実施例9)
図16は、実施例9に係る垂直共振型面発光レーザEM9の構造を示す。
電流狭窄構造35の電流アパーチャー35a:炭素ドープAlGaAs(Al組成CAPAL:0.98)。
第1化合物半導体層37:炭素ドープのAl組成傾斜AlGaAs(組成傾斜:0.16〜0.98)、厚さ:15〜20nm。
第2化合物半導体層39:炭素ドープAlGaAs(Al組成:0.16)、厚さ:20〜30nm。
第3化合物半導体層57:炭素ドープのAl組成傾斜AlGaAs(二次曲線に従う組成傾斜:0.60〜0.98)、厚さ:15〜20nm。
第4化合物半導体層59:炭素ドープAlGaAs(Al組成:0.60)、厚さ:30〜40nm。
第1半導体層51:炭素ドープAlGaAs(Al組成:0.16)、厚さ:30〜50nm。
第2半導体層53:炭素ドープAlGaAs(Al組成:0.88)、厚さ:10〜15nm。
半導体層81:炭素ドープのAl組成傾斜AlGaAs(組成傾斜:0.60〜0.16)、厚さ:10〜15nm。
半導体層83:炭素ドープのAl組成傾斜AlGaAs(組成傾斜:0.16〜0.88)、厚さ:20〜30nm。
半導体層85:炭素ドープのAl組成傾斜AlGaAs(組成傾斜:0.88〜0.30)、厚さ:10〜30nm。
活性層31:厚さ40〜60nm。
(Example 9)
FIG. 16 shows the structure of the vertical cavity surface emitting laser EM9 according to the ninth embodiment.
The current aperture 35a of the current confinement structure 35: carbon-doped AlGaAs (Al composition CAPAL: 0.98).
First compound semiconductor layer 37: Al-doped AlGaAs with a carbon doping gradient (composition gradient: 0.16 to 0.98), thickness: 15 to 20 nm.
Second compound semiconductor layer 39: carbon-doped AlGaAs (Al composition: 0.16), thickness: 20 to 30 nm.
Third compound semiconductor layer 57: carbon-doped Al composition gradient AlGaAs (composition gradient according to quadratic curve: 0.60 to 0.98), thickness: 15 to 20 nm.
Fourth compound semiconductor layer 59: carbon-doped AlGaAs (Al composition: 0.60), thickness: 30 to 40 nm.
First semiconductor layer 51: carbon-doped AlGaAs (Al composition: 0.16), thickness: 30 to 50 nm.
Second semiconductor layer 53: carbon-doped AlGaAs (Al composition: 0.88), thickness: 10 to 15 nm.
Semiconductor layer 81: carbon-doped Al composition gradient AlGaAs (composition gradient: 0.60 to 0.16), thickness: 10 to 15 nm.
Semiconductor layer 83: carbon-doped Al composition gradient AlGaAs (composition gradient: 0.16 to 0.88), thickness: 20 to 30 nm.
Semiconductor layer 85: carbon-doped Al composition gradient AlGaAs (composition gradient: 0.88 to 0.30), thickness: 10 to 30 nm.
Active layer 31: thickness of 40 to 60 nm.

図17は、実施例9に係る垂直共振型面発光レーザEM9の屈折率分布と、該屈折率分布から算出される定在波の電界強度分布とを示す図面である。図17に示されるように、定在波の電界強度は電流アパーチャー35aを備える電流狭窄構造35においてゼロになっている。すなわち、定在波の光の節が電流狭窄構造35に位置している。これにより、電流狭窄構造35における散乱損失及び結晶欠陥の欠陥準位における光吸収を低減できる。垂直共振型面発光レーザの発振波長をλとすると、第1軸Ax1上において活性層31の中心から電流狭窄構造35の中心までの光路長が3λ/2±20nmであることが好ましい。例えば、以下の式(1)が満たされることが好ましい。
31/2+T85+T53+T83+T51+T81+T59+T57+T35a/2=3λ/2(±20nm) ・・・ (1)
31は活性層31の光路長、T85は半導体層85の光路長、T53は第2半導体層53の光路長、T83は半導体層83の光路長、T51は第1半導体層51の光路長、T81は半導体層81の光路長、T59は第4化合物半導体層59の光路長、T57は第3化合物半導体層57の光路長、T35aは電流アパーチャー35aの光路長を表す。
FIG. 17 is a diagram illustrating a refractive index distribution of the vertical cavity surface emitting laser EM9 according to the ninth embodiment and an electric field intensity distribution of a standing wave calculated from the refractive index distribution. As shown in FIG. 17, the electric field strength of the standing wave is zero in the current confinement structure 35 including the current aperture 35a. That is, a node of the standing wave light is located in the current confinement structure 35. As a result, scattering loss in the current confinement structure 35 and light absorption at a defect level of a crystal defect can be reduced. Assuming that the oscillation wavelength of the vertical cavity surface emitting laser is λ, the optical path length from the center of the active layer 31 to the center of the current confinement structure 35 on the first axis Ax1 is preferably 3λ / 2 ± 20 nm. For example, it is preferable that the following expression (1) is satisfied.
T 31/2 + T 85 + T 53 + T 83 + T 51 + T 81 + T 59 + T 57 + T 35a / 2 = 3λ / 2 (± 20nm) ··· (1)
T 31 is the optical path length of the active layer 31, T 85 is the optical path length of the semiconductor layer 85, T 53 is the optical path length of the second semiconductor layer 53, T 83 is the optical path length of the semiconductor layer 83, T 51 is the first semiconductor layer 51 T 81 is the optical path length of the semiconductor layer 81, T 59 is the optical path length of the fourth compound semiconductor layer 59, T 57 is the optical path length of the third compound semiconductor layer 57, and T 35a is the optical path length of the current aperture 35a. Represent.

(実施例10)
図18は、実施例10に係る垂直共振型面発光レーザEM10の構造を示す。垂直共振型面発光レーザEM10は、第1化合物半導体層37及び第2化合物半導体層39が以下の構成を有すること以外は垂直共振型面発光レーザEM9と同じ構成を有する。
第1化合物半導体層37:炭素ドープのAl組成傾斜AlGaAs(二次曲線に従う組成傾斜:0.60〜0.98)、厚さ:15〜20nm。
第2化合物半導体層39:炭素ドープAlGaAs(Al組成:0.60)、厚さ:30〜40nm。
(Example 10)
FIG. 18 illustrates the structure of the vertical cavity surface emitting laser EM10 according to the tenth embodiment. The vertical cavity surface emitting laser EM10 has the same configuration as the vertical cavity surface emitting laser EM9 except that the first compound semiconductor layer 37 and the second compound semiconductor layer 39 have the following configurations.
First compound semiconductor layer 37: Al composition gradient AlGaAs doped with carbon (composition gradient according to quadratic curve: 0.60 to 0.98), thickness: 15 to 20 nm.
Second compound semiconductor layer 39: carbon-doped AlGaAs (Al composition: 0.60), thickness: 30 to 40 nm.

図19は、実施例10に係る垂直共振型面発光レーザEM10の屈折率分布と、該屈折率分布から算出される定在波の電界強度分布とを示す図面である。実施例9と同様に、図19に示されるように、定在波の光の節は電流狭窄構造35に位置している。   FIG. 19 is a diagram illustrating a refractive index distribution of the vertical cavity surface emitting laser EM10 according to the tenth embodiment and an electric field intensity distribution of a standing wave calculated from the refractive index distribution. As in the case of the ninth embodiment, as shown in FIG.

図20の(a)は、実施例9に係る垂直共振型面発光レーザの第1軸Ax1に沿った断面における電流密度分布の計算結果を示す。図20の(b)は、実施例10に係る垂直共振型面発光レーザの第1軸Ax1に沿った断面における電流密度分布の計算結果を示す。図20には、第1軸Ax1に沿ったポスト17の中心軸から側面への動径方向R及び電流ブロッカー35bが示されている。図20において、白色に近い程電流密度は高く、黒色に近い程電流密度は低い。図20の(a)では、電流アパーチャー35aと電流ブロッカー35bとの界面近傍において、電流ブロッカー35bの上方領域(すなわち第1化合物半導体層37及び第2化合物半導体層39)に電流が集中している。一方、図20の(b)では、(a)に比べて、電流ブロッカー35bの上方領域(すなわち第1化合物半導体層37及び第2化合物半導体層39)への電流の集中が緩和されている。これは、実施例10における第1化合物半導体層37及び第2化合物半導体層39のAl組成が、実施例9における第1化合物半導体層37及び第2化合物半導体層39のAl組成よりも大きいからである。   FIG. 20A shows the calculation result of the current density distribution in the cross section along the first axis Ax1 of the vertical cavity surface emitting laser according to the ninth embodiment. FIG. 20B illustrates a calculation result of a current density distribution in a cross section along the first axis Ax1 of the vertical cavity surface emitting laser according to the tenth embodiment. FIG. 20 shows the radial direction R from the center axis of the post 17 to the side surface along the first axis Ax1, and the current blocker 35b. In FIG. 20, the current density is higher as the color is closer to white, and is lower as the color is closer to black. In FIG. 20A, the current is concentrated in the region above the current blocker 35b (that is, the first compound semiconductor layer 37 and the second compound semiconductor layer 39) near the interface between the current aperture 35a and the current blocker 35b. . On the other hand, in FIG. 20B, the concentration of the current in the region above the current blocker 35b (that is, the first compound semiconductor layer 37 and the second compound semiconductor layer 39) is reduced as compared with FIG. This is because the Al composition of the first compound semiconductor layer 37 and the second compound semiconductor layer 39 in Example 10 is larger than the Al composition of the first compound semiconductor layer 37 and the second compound semiconductor layer 39 in Example 9. is there.

好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。   While the principles of the invention have been illustrated and described in preferred embodiments, those skilled in the art will recognize that the invention can be modified in arrangement and detail without departing from such principles. The present invention is not limited to the specific configuration disclosed in the present embodiment. We therefore claim all modifications and changes coming from the scope of the claims and their spirit.

本実施形態に係る一側面によれば、電流アパーチャのサイズの変動に対して微分抵抗の変化があまり敏感でない構造を有する垂直共振型面発光レーザが提供される。また、本実施形態に係る別の側面によれば、微分抵抗を低減できる構造を有する垂直共振型面発光レーザが提供される。さらに、本実施形態に係る更なる別の側面は、高い信頼性を有する垂直共振型面発光レーザが提供される。   According to one aspect of the present embodiment, there is provided a vertical cavity surface emitting laser having a structure in which a change in differential resistance is not so sensitive to a change in the size of a current aperture. According to another aspect of the present embodiment, there is provided a vertical cavity surface emitting laser having a structure capable of reducing differential resistance. Still another aspect according to the present invention provides a vertical cavity surface emitting laser having high reliability.

11…垂直共振型面発光レーザ、13…支持体、15…半導体積層、17…ポスト、21…第1電極、23…第2電極、25…被覆膜、31…活性層、33…第1積層、35…電流狭窄構造、37…第1化合物半導体層、39…第2化合物半導体層。

11 vertical cavity surface emitting laser, 13 support, 15 semiconductor stack, 17 post, 21 first electrode, 23 second electrode, 25 coating film, 31 active layer, 33 first Stack, 35: current confinement structure, 37: first compound semiconductor layer, 39: second compound semiconductor layer.

Claims (8)

垂直共振型面発光レーザであって、
半導体ポスト内に設けられた活性層と、
前記半導体ポスト内に設けられ分布ブラッグ反射のための第1積層と、
電流アパ−チャーと前記電流アパ−チャーを囲む電流ブロッカーとを備え前記半導体ポスト内に設けられた電流狭窄構造と、
前記半導体ポスト内に設けられ、前記第1積層と前記電流狭窄構造との間において前記電流狭窄構造に隣接する第1化合物半導体層と、
前記半導体ポスト内に設けられ、前記第1積層と前記第1化合物半導体層との間において前記第1積層及び前記第1化合物半導体層に隣接する第2化合物半導体層と、
を備え、
前記電流アパ−チャーは、III族構成元素としてアルミニウム元素を含むIII−V化合物半導体を含み、前記電流ブロッカーはIII族酸化物を含み、
前記第1積層は、交互に配列された第1半導体層及び第2半導体層を含み、前記第1半導体層は、第1Al組成の第1III−V半導体を有し、前記第2半導体層は、前記第1Al組成より大きい第2Al組成の第2III−V半導体を有し、
前記第1化合物半導体層及び前記第2化合物半導体層の各々は、III族構成元素としてアルミニウム元素を含み、
前記第1化合物半導体層は、前記第1Al組成より大きく前記第2Al組成より小さい範囲内の第1Al下限組成から、該第1Al下限組成より大きな第1Al上限組成に、前記第1積層から前記電流狭窄構造への向きに単調に変化する第1アルミニウムプロファイルを有し、
前記第2化合物半導体層は、前記第1Al組成より大きく前記第1Al上限組成より小さいAl組成を有し、
前記電流アパ−チャーの前記III−V化合物半導体は、前記第2Al組成より大きなAl組成を有する、垂直共振型面発光レーザ。
A vertical cavity surface emitting laser,
An active layer provided in the semiconductor post;
A first stack for distributed Bragg reflection provided in the semiconductor post;
A current constriction structure provided in the semiconductor post, comprising a current aperture and a current blocker surrounding the current aperture;
A first compound semiconductor layer provided in the semiconductor post and adjacent to the current confinement structure between the first stack and the current confinement structure;
A second compound semiconductor layer provided in the semiconductor post and adjacent to the first stack and the first compound semiconductor layer between the first stack and the first compound semiconductor layer;
With
The current aperture includes a III-V compound semiconductor including an aluminum element as a group III constituent element, the current blocker includes a group III oxide,
The first stack includes first semiconductor layers and second semiconductor layers that are alternately arranged, the first semiconductor layer includes a first III-V semiconductor having a first Al composition, and the second semiconductor layer includes: A second III-V semiconductor having a second Al composition larger than the first Al composition,
Each of the first compound semiconductor layer and the second compound semiconductor layer includes an aluminum element as a group III constituent element,
The current constriction from the first stack is changed from a first Al lower limit composition in a range larger than the first Al composition and smaller than the second Al composition to a first Al upper limit composition larger than the first Al lower composition. A first aluminum profile that varies monotonically with the orientation of the structure;
The second compound semiconductor layer has an Al composition larger than the first Al composition and smaller than the first Al upper limit composition;
The vertical cavity surface emitting laser, wherein the III-V compound semiconductor of the current aperture has an Al composition larger than the second Al composition.
前記第1Al下限組成は、前記第2Al組成と前記第1Al組成との差分の半分より大きい、請求項1に記載された垂直共振型面発光レーザ。   The vertical cavity surface emitting laser according to claim 1, wherein the first Al lower limit composition is larger than a half of a difference between the second Al composition and the first Al composition. 前記第1Al下限組成は、0.25以上の範囲にあり、
前記第2化合物半導体層の前記Al組成は、前記第1化合物半導体層の前記第1Al下限組成であり、
前記第1アルミニウムプロファイルは、前記電流アパ−チャーと前記第1化合物半導体層との界面において、前記電流アパ−チャーの前記Al組成を有する、請求項1又は請求項2に記載された垂直共振型面発光レーザ。
The first Al lower limit composition is in a range of 0.25 or more,
The Al composition of the second compound semiconductor layer is the first Al lower limit composition of the first compound semiconductor layer,
3. The vertical resonance type according to claim 1, wherein the first aluminum profile has the Al composition of the current aperture at an interface between the current aperture and the first compound semiconductor layer. 4. Surface emitting laser.
前記第1化合物半導体層は、前記電流狭窄構造から前記第1積層への方向に順に配列された第1部分及び第2部分を含み、
前記第1アルミニウムプロファイルは、前記第1部分及び前記第2部分内のそれぞれの点において第1変化率及び第2変化率を有し、
前記第1変化率は、前記第1化合物半導体層の厚さに対する前記第1Al上限組成と前記第1Al下限組成との差の線形変化率の絶対値より小さい絶対値を有し、前記第1変化率の前記絶対値は、前記第2変化率の絶対値より小さい、請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載された垂直共振型面発光レーザ。
The first compound semiconductor layer includes a first portion and a second portion sequentially arranged in a direction from the current confinement structure to the first stack,
The first aluminum profile has a first rate of change and a second rate of change at respective points within the first portion and the second portion;
The first change rate has an absolute value smaller than an absolute value of a linear change rate of a difference between the first Al upper limit composition and the first Al lower limit composition with respect to a thickness of the first compound semiconductor layer. 4. The vertical cavity surface emitting laser according to claim 1, wherein the absolute value of the rate is smaller than the absolute value of the second rate of change. 5.
前記半導体ポスト内に設けられ前記分布ブラッグ反射のための第2積層と、
前記半導体ポスト内に設けられ、前記第2積層と前記電流狭窄構造との間において前記電流狭窄構造に隣接する第3化合物半導体層と、
前記半導体ポスト内に設けられ、前記第2積層と前記第3化合物半導体層との間において前記第2積層及び前記第3化合物半導体層に隣接する第4化合物半導体層と、
を備え、
前記第2積層は、交互に配列された第1半導体層及び第2半導体層を含み、前記第1半導体層は、第3Al組成の第3III−V半導体を有し、前記第2半導体層は、前記第3Al組成より大きい第4Al組成の第4III−V半導体を有し、
前記第3化合物半導体層及び前記第4化合物半導体層は、III族構成元素としてアルミニウム元素を含み、
前記第3化合物半導体層は、前記第3Al組成より大きく前記第4Al組成より小さい範囲内の第2Al下限組成から、該第2Al下限組成より大きい第2Al上限組成に、前記第2積層から前記電流狭窄構造への方向に単調に変化する第2アルミニウムプロファイルを有し、
前記第4化合物半導体層は、前記第3Al組成より大きく前記第2Al上限組成より小さいAl組成を有する、請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載された垂直共振型面発光レーザ。
A second lamination provided in the semiconductor post for the distributed Bragg reflection;
A third compound semiconductor layer provided in the semiconductor post and adjacent to the current confinement structure between the second stack and the current confinement structure;
A fourth compound semiconductor layer provided in the semiconductor post and adjacent to the second stack and the third compound semiconductor layer between the second stack and the third compound semiconductor layer;
With
The second stack includes first semiconductor layers and second semiconductor layers that are alternately arranged, the first semiconductor layer includes a third III-V semiconductor having a third Al composition, and the second semiconductor layer includes: A fourth III-V semiconductor having a fourth Al composition larger than the third Al composition,
The third compound semiconductor layer and the fourth compound semiconductor layer include an aluminum element as a group III constituent element,
The third compound semiconductor layer is configured such that the current confinement from the second stack is changed from a second Al lower limit composition within a range larger than the third Al composition and smaller than the fourth Al composition to a second Al upper limit composition larger than the second Al lower composition. A second aluminum profile that varies monotonically in the direction to the structure;
5. The vertical cavity surface emitting laser according to claim 1, wherein the fourth compound semiconductor layer has an Al composition larger than the third Al composition and smaller than the second Al upper limit composition. 6.
前記第2Al下限組成は、0.25以上であり、
前記第4化合物半導体層の前記Al組成は、前記第3化合物半導体層の前記第2Al下限組成であり、
前記第2アルミニウムプロファイルは、前記電流アパ−チャーと前記第3化合物半導体層との界面において、前記電流アパ−チャーの前記Al組成を有する、請求項5に記載された垂直共振型面発光レーザ。
The second Al lower limit composition is 0.25 or more;
The Al composition of the fourth compound semiconductor layer is the second Al lower limit composition of the third compound semiconductor layer,
The vertical cavity surface emitting laser according to claim 5, wherein the second aluminum profile has the Al composition of the current aperture at an interface between the current aperture and the third compound semiconductor layer.
前記第3化合物半導体層は、前記電流狭窄構造から前記第2積層への方向に順に配列された第1部分及び第2部分を含み、
前記第2アルミニウムプロファイルは、前記第1部分及び前記第2部分内のそれぞれの点において第3変化率及び第4変化率を有し、
前記第3変化率は、前記第3化合物半導体層の厚さに対する前記第2Al上限組成と前記第2Al下限組成との差の線形変化率の絶対値より小さい絶対値を有し、前記第3変化率の絶対値は、前記第4変化率の絶対値より小さい、請求項5又は請求項6に記載された垂直共振型面発光レーザ。
The third compound semiconductor layer includes a first portion and a second portion sequentially arranged in a direction from the current confinement structure to the second stack.
The second aluminum profile has a third rate of change and a fourth rate of change at respective points within the first portion and the second portion;
The third change rate has an absolute value smaller than an absolute value of a linear change rate of a difference between the second Al upper limit composition and the second Al lower limit composition with respect to the thickness of the third compound semiconductor layer, and 7. The vertical cavity surface emitting laser according to claim 5, wherein an absolute value of the rate is smaller than an absolute value of the fourth rate of change.
前記半導体ポスト内に設けられ分布ブラッグ反射のための第2積層と、
前記半導体ポスト内に設けられ、前記第2積層と前記電流狭窄構造との間において前記電流狭窄構造に隣接する第3化合物半導体層と、
を備え、
前記第2積層は、交互に配列された第1半導体層及び第2半導体層を含み、前記第1半導体層は、第3Al組成の第3III−V半導体を有し、前記第2半導体層は、前記第3Al組成より大きい第4Al組成の第4III−V半導体を有し、
前記第3化合物半導体層は、III族構成元素としてアルミニウム元素を含み、
前記第3化合物半導体層は、0.25未満の第2Al下限組成から、該第2Al下限組成より大きい第2Al上限組成に、前記第2積層から前記電流狭窄構造への方向に単調に変化する第2アルミニウムプロファイルを有する、請求項4に記載された垂直共振型面発光レーザ。

A second stack for distributed Bragg reflection provided in the semiconductor post;
A third compound semiconductor layer provided in the semiconductor post and adjacent to the current confinement structure between the second stack and the current confinement structure;
With
The second stack includes first semiconductor layers and second semiconductor layers that are alternately arranged, the first semiconductor layer includes a third III-V semiconductor having a third Al composition, and the second semiconductor layer includes: A fourth III-V semiconductor having a fourth Al composition larger than the third Al composition,
The third compound semiconductor layer includes an aluminum element as a group III constituent element,
The third compound semiconductor layer monotonically changes from the second Al lower limit composition of less than 0.25 to the second Al upper limit composition larger than the second Al lower limit composition in the direction from the second stack to the current confinement structure. 5. The vertical cavity surface emitting laser according to claim 4, having a two aluminum profile.

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