JP2023181565A - 垂直共振器型面発光レーザ素子及び垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】生産性に優れ、製造コストを抑制することが可能な高垂直共振器型面発光レーザ素子及び垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法を提供すること。【解決手段】本技術に係る垂直共振器型面発光レーザ素子は、第１の反射鏡と、第２の反射鏡と、第１の半導体層と、第２の半導体層と、トンネル接合層と、発光層とを具備し、内周領域を通過して発光層に流入する電流が集中する電流注入領域を含むメサ構造が形成されている。トンネル接合層は、第１の反射鏡と第２の反射鏡の間に配置され、第１の伝導型のハイドープ層と第２の伝導型のハイドープ層が接合されたトンネル接合層であって、層面に垂直な方向から見て内周側の内周領域と、内周領域を囲む外周領域を有し、内周領域はＡｌを含む材料からなり、外周領域はＡｌ酸化物を含む材料からなる。発光層は、第１の反射鏡と第２の反射鏡の間に配置され、キャリア再結合による発光を生じる。【選択図】図１

Description

本技術は、層面に垂直な方向にレーザを出射する垂直共振器型面発光レーザ素子及び垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法に関する。
ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser:垂直共振器型面発光レーザ）素子は、発光層を一対の反射鏡によって挟んだ構造を有する。発光層の近傍には電流狭窄構造が設けられており、電流は電流狭窄構造によって発光層中の一部領域に集中し、自然放出光を生じる。一対の反射鏡は自然放出光のうち所定の波長の光を発光層に向けて反射することで、レーザ発振を生じさせる。
近年、顔認証等の三次元センシングシステムの光源として、９４０ｎｍ帯の赤外発光ＶＣＳＥＬが用いられている。認証精度を上げるには、光源の光出力を高くすることが有効であるが、レーザ光は眼に対する損傷を防止するため、光出力を定められた値以下とすることが求められている。
この値は損傷閾値と呼ばれ、レーザの波長が長くなるほど高くなる。損傷閾値は、波長１．４μｍ以上から大幅に上がることから、１．４μｍ以上の波長帯はアイセーフ帯と呼ばれる。また、１．４μｍの波長帯は太陽光によるノイズが小さく、屋外での利用に適している。このため、次世代のセンシングの光源として、１．４μｍの波長帯のレーザ光源が望まれている。また、センシングに用いるレーザの構造としては、従来の端面出射型レーザよりも安価でアレイ化が容易なＶＣＳＥＬが好ましい。
１．４μｍの波長で発振するレーザに適した基板としてはＩｎＰ基板がある。しかしながら、ＩｎＰ基板では電流狭窄構造の形成が容易ではない。ＩｎＰ基板では格子整合の問題から、ＧａＡｓ基板で利用可能なＡｌＡｓ酸化層のような優れた酸化狭窄層が利用できないためである。このため、電流狭窄構造には一般に、埋め込みトンネル接合が用いられる。
また、電流狭窄構造の形成には、ＩｎＰ基板と格子整合可能なＡｌＩｎＡｓ層を利用する方法もある。しかしながら、ＡｌＩｎＡｓの酸化レートはＡｌ組成に比例し、Ａｌ組成が低いほど遅くなる。ＩｎＰ基板に格子整合可能なＡｌＩｎＡｓのＡｌ組成は低いため、現実的な酸化レートを得るためには高温で酸化をする必要があり、結晶の劣化が避けられない。この問題に対し、特許文献１には、ＩｎＡｓとＡｌＡｓの超格子で構成されたＡｌＩｎＡｓ酸化層からなる電流狭窄構造が開示されている。
特開２００６－２９４８１１号公報
しかしながら、上述のような埋め込みトンネル接合を用いた電流狭窄構造は、埋め込みトンネル接合の形成のために結晶再成長が必要であり、製造コストが問題となる。また、特許文献１に記載のような、ＡｌＩｎＡｓ酸化層を用いた電流狭窄構造では、分子線エピタキシー法等を利用してＩｎＡｓとＡｌＡｓの超格子を形成する必要があり、生産性に問題がある。
以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、生産性に優れ、製造コストを抑制することが可能な垂直共振器型面発光レーザ素子及び垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するため、本技術の一形態に係る垂直共振器型面発光レーザ素子は、第１の反射鏡と、第２の反射鏡と、第１の半導体層と、第２の半導体層と、トンネル接合層と、発光層とを具備し、下記内周領域を通過して上記発光層に流入する電流が集中する電流注入領域を含むメサ構造が形成されている。
上記第１の反射鏡は、特定の波長の光を反射する。
上記第２の反射鏡は、上記波長の光を反射する。
上記第１の半導体層は、上記第１の反射鏡と上記第２の反射鏡の間に配置され、第１の伝導型を有する半導体材料からなる。
上記第２の半導体層は、上記第１の反射鏡と上記第２の反射鏡の間に配置され、第２の伝導型を有する半導体材料からなる。
上記トンネル接合層は、上記第１の反射鏡と上記第２の反射鏡の間に配置され、上記第１の伝導型のハイドープ層と上記第２の伝導型のハイドープ層が接合されたトンネル接合層であって、層面に垂直な方向から見て内周側の内周領域と、上記内周領域を囲む外周領域を有し、上記内周領域はＡｌを含む材料からなり、上記外周領域はＡｌ酸化物を含む材料からなる。
上記発光層は、上記第１の反射鏡と上記第２の反射鏡の間に配置され、キャリア再結合による発光を生じる。
この構成によれば、トンネル接合層の外周領域は絶縁性であるため、電流は内周領域を通過し、即ちトンネル接合層によって電流狭窄構造が実現可能である。
上記トンネル接合層は、上記外周領域の上記方向に沿った外周面である端面を有し、
上記メサ構造は、上記方向に沿った外周面である側面を有し、
上記端面は、上記側面より上記内周領域側に位置し、上記側面から離間していてもよい。
上記端面と上記側面の間は空隙であってもよい。
上記端面と上記側面の間には絶縁体が充填されていてもよい。
上記内周領域は、ＡｌＩｎＡｓからなり、
上記外周領域は、ＡｌＩｎＡｓの酸化物からなるものであってもよい。
上記発光層は、ＡｌＧａＩｎＡｓからなる多重量子井戸構造を有するものであってもよい。
上記トンネル接合層は、上記外周領域の上記方向に沿った外周面である端面を有し、
上記メサ構造は、上記方向に沿った外周面である側面を有し、
上記端面は上記側面と同一面上に位置してもよい。
上記内周領域は、ＡｌＡｓからなり、
上記外周領域は、ＡｌＡｓ酸化物からなるものであってもよい。
上記発光層は、ＡｌＧａＡｓ及びＧａＩｎＡｓからなる多重量子井戸構造を有するものであってもよい。
上記第１の反射鏡と上記第２の反射鏡の少なくとも一方は誘電体からなるものであってもよい。
上記第１の反射鏡と上記第２の反射鏡の両方は誘電体からなるものであってもよい。
上記第１の反射鏡と上記第２の反射鏡の少なくとも一方は、光を上記電流注入領域に集光するレンズ形状を有するものであってもよい。
上記目的を達成するため、本技術の一形態に係る垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法は、第１の伝導型を有する半導体材料からなる第１の半導体層と、第２の伝導型を有する半導体材料からなる第２の半導体層と、上記第１の伝導型のハイドープ層と上記第２の伝導型のハイドープ層が接合されたＡｌを含む材料からなるトンネル接合層と、キャリア再結合による発光を生じる発光層とを備える積層体を作成する。
上記発光層に流入する電流が集中する電流注入領域を含むメサ構造を形成する。
上記メサ構造の外周側から上記トンネル接合層を選択的に酸化させ、上記トンネル接合層に、Ａｌを含む材料からなる内周側の内周領域と、Ａｌ酸化物を含む材料からなり、上記内周領域を囲む外周領域を形成する。
上記垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法は、上記メサ構造を形成する工程の後、上記トンネル接合層を酸化する工程の前に、上記トンネル接合層の外周側から上記トンネル接合層の一部を除去し、上記トンネル接合層の端面を上記メサ構造の側面から離間させる工程を含んでもよい。
上記トンネル接合層の一部を除去する工程は、上記トンネル接合層を選択的にエッチングするエッチング液を用いるウェットエッチング工程であってもよい。
本技術の第１の実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子の断面図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子が備えるトンネル接合層の断面図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子が備えるトンネル接合層の平面図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の一部の断面図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子のメサ構造の平面図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の動作を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。 本技術の第２の実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子の断面図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。 本技術の第３の実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子の断面図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。 本技術の第４の実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子の断面図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子が備えるトンネル接合層の断面図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子が備えるトンネル接合層の断面図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の一部の断面図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子のメサ構造の平面図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。
（第１の実施形態）
本技術の第１の実施形態に係るＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser：垂直共振器型面発光レーザ）素子について説明する。
[ＶＣＳＥＬ素子の構造]
図１は本実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子１００の断面図である。同図に示すように、ＶＣＳＥＬ素子１００は、基板１０１、バッファー層１０２、第１反射鏡１０３、第１中間層１０４、発光層１０５、第２中間層１０６、トンネル接合層１０７、第３中間層１０８、第２反射鏡１０９、第１電極１１０、第２電極１１１及び絶縁層１１２を備える。なお、以下の各図において、ＶＣＳＥＬ素子１００を構成する各層の層面方向をＸ－Ｙ方向とし、層面方向に垂直な方向をＺ方向とする。
基板１０１は、ＶＣＳＥＬ素子１００の各層を支持する。基板１０１は半導体材料からなり、例えばｎ－ＩｎＰからなるものとすることができる。バッファー層１０２は、基板１０１上に形成され、基板１０１と第１反射鏡１０３の格子定数を緩衝する。バッファー層１０２はｎ型半導体材料からなり、例えばｎ－ＩｎＰからなるものとすることができる。
第１反射鏡１０３は、バッファー層１０２上に設けられ、波長λの光を反射し、それ以外の波長の光を透過する。第１反射鏡１０３は、光学膜厚λ／４の低屈折率層と高屈折率層を交互に複数層積層したＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector：分布ブラッグ反射鏡）であり、ｎ型半導体材料からなる半導体ＤＢＲとすることができる。低屈折率層は例えばｎ－ＩｎＰ、高屈折率層は例えばｎ－ＡｌＧａＩｎＡｓからなり、積層数は例えば４０ペアとすることができる。ドーパントは例えばＳｉとすることができる。
第１中間層１０４は第１反射鏡１０３上に設けられ、キャリアを発光層１０５に輸送する層である。第１中間層１０４はｎ型半導体材料からなり、例えばｎ－IｎＰからなるものとすることができる。
発光層１０５は第１中間層１０４上に設けられ、キャリア再結合による自然放出光の放出及び増幅を行う。発光層１０５は、バンドギャップが小さい量子井戸層とバンドギャップが大きい障壁層を交互に積層した多重量子井戸（ＭＱＷ：multi quantum well）構造を有する層とすることができる。量子井戸層と障壁層は例えば組成が異なるＡｌＧａＩｎＡｓからなり、発光波長１４５０ｎｍ、井戸数４とすることができる。
第２中間層１０６は第１反射鏡１０３上に設けられ、キャリアを発光層１０５に輸送する層である。第１中間層１０４はｐ型半導体材料からなり、例えばｐ－IｎＰからなるものとすることができる。
トンネル接合層１０７は、第２中間層１０６上に設けられ、トンネル接合を形成する。図２は、トンネル接合層１０７の断面図である。図３はトンネル接合層１０７の平面図であり、トンネル接合層１０７をＺ方向から見た図である。
図２に示すように、トンネル接合層１０７は、第１ハイドープ層１２１及び第２ハイドープ層１２２を備える。第１ハイドープ層１２１は第２中間層１０６側の層であり、第２ハイドープ層１２２は第３中間層１０８側の層である。また、図３に示すように、トンネル接合層１０７は内周領域１０７ａと外周領域１０７ｂを有する。内周領域１０７ａはトンネル接合層１０７の内周側に位置する領域であり、外周領域１０７ｂは内周領域１０７ａを囲む環状の領域である。
第１ハイドープ層１２１の内周領域１０７ａは、Ａｌを含み、ハイドープされたｐ型半導体材料からなり、例えば、ｐ＋－ＡｌＩｎＡｓからなるものとすることができる。第２ハイドープ層１２２の内周領域１０７ａは、Ａｌを含み、ハイドープされたｎ型半導体材料からなり、例えば、ｎ＋－ＡｌＩｎＡｓからなるものとすることができる。
なお、第１ハイドープ層１２１及び第２ハイドープ層１２２の材料は基板１０１の材料と格子整合する材料とする。例えば、基板１０１がＩｎＰからなるからなる場合、第１ハイドープ層１２１及び第２ハイドープ層１２２はＡｌ０．４３Ｉｎ０．５３Ａｓにｐ型又はｎ型のドーパントをハイドープしたものとすることができる。
第１ハイドープ層１２１及び第２ハイドープ層１２２の外周領域１０７ｂは、内周領域０７ｂの材料を酸化した材料からなり、絶縁性を有する。即ち、第１ハイドープ層１２１及び第２ハイドープ層１２２の外周領域１０７ｂはＡｌ酸化物を含み、例えばＡｌＩｎＡｓ酸化物からなるものとすることができる。第１ハイドープ層１２１と第２ハイドープ層１２２の厚みはそれぞれ２０ｎｍとすることができる。また、トンネル接合層１０７と発光層１０５の距離はλ／４が好適である。
第３中間層１０８は、トンネル接合層１０７上に設けられ、第２電極１１１からトンネル接合層１０７へキャリアを輸送する。第３中間層１０８は、第２電極１１１に対するコンタクト層も兼ねる。また、コンタクト層としてハイドープ層を第３中間層１０８と第２電極１１１の間に別途設けてもよい。第３中間層１０８はｎ型半導体材料からなり、例えばｎ－ＩｎＰからなるものとすることができる。第３中間層１０８及びトンネル接合層１０７は後述するメサ構造を形成する。
第２反射鏡１０９は第３中間層１０８上に設けられ、波長λの光を反射し、それ以外の波長の光を透過する。第２反射鏡１０９は、光学膜厚λ／４の低屈折率層と高屈折率層を交互に複数層積層したＤＢＲであり、誘電体からなる誘電体ＤＢＲとすることができる。低屈折率層は例えばＳｉＯ２、高屈折率層は例えばＴａ２Ｏ５からなり、積層数は８ペアとすることができる。
第１電極１１０は基板１０１の裏面上に設けられ、ＶＣＳＥＬ素子１００の一方の電極として機能する。第１電極１１０は例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるものとすることができる。第２電極１１１は第３中間層１０８上に設けられ、ＶＣＳＥＬ素子１００の他方電極として機能する。第２電極１１１は、第２反射鏡１０９を囲む環状形状を有するものとすることができ、例えば内径１０μｍ、外径１００μｍとすることができる。第２電極１１１は例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるものとすることができる。
絶縁層１１２は、第２中間層１０６及びメサ構造の側面上に設けられ、第２中間層１０６及びメサ構造の側面を絶縁する。絶縁層１１２はＳｉＮ等の絶縁性材料からなるものとすることができる。
ＶＣＳＥＬ素子１００は以上のような構造を有する。上記のように、バッファー層１０２、第１中間層１０４、第３中間層１０８及び第２ハイドープ層１２２は第１の伝導型としてｎ型の半導体材料からなり、ドーパントはＳｉとすることができる。第２中間層１０６及び第１ハイドープ層１２１は第２の伝導型としてｐ型の半導体材料からなり、第２中間層１０６のドーパントはＭｇとすることができる。また、第１ハイドープ層１２１のドーパントは拡散しにくいＣが好適である。
ドーピング濃度は、例えば、第１ハイドープ層１２１及び第２ハイドープ層１２２は５×１０１９［ｃｍ－３］、それ以外の層は５×１０１７～１×１０１８［ｃｍ－３］程度とすることができる。なお、ＶＣＳＥＬ素子１００における第１の伝導型と第２の伝導型は逆であってもよく、即ち第１の伝導型がｐ型、第２の伝導型がｎ型であってもよい。
［メサ構造について］
ＶＣＳＥＬ素子１００はメサ構造を有する。図４はメサ構造を含む、ＶＣＳＥＬ素子１００の一部構成を示す断面図である。図５はメサ構造の平面図であり、メサ構造をＺ方向から見た図である。
これらの図に示すように、トンネル接合層１０７及び第３中間層１０８はメサ（台地）状形状に形成され、メサ構造Ｍを形成する。メサ構造Ｍは図５に示すように、Ｚ方向から見ると円形形状とすることができる。メサ構造Ｍは、トンネル接合層１０７の内周領域１０７ａがメサ構造Ｍの中央に位置するように形成され、後述する電流注入領域を含むように構成されている。
図４及び図５に示すように、メサ構造Ｍの側面を側面Ｓとする。側面Ｓは、Ｚ方向に沿ったメサ構造Ｍの外周面であり、円筒形状の面とすることができる。また、トンネル接合層１０７の端面を端面Ｐとする。端面ＰはＺ方向に沿った外周領域１０７ｂの外周面であり、円筒形状の面とすることができる。図４に示すように、外周領域１０７ｂは端面ＰからＸ－Ｙ方向において一定の深さまで形成されており、内周領域１０７ａは外周領域１０７ｂによって端面Ｐから隔てられている。
図５に示すように、トンネル接合層１０７の外径Ｄ１はメサ構造Ｍの外径Ｄ２より小さくなるように形成されている。これにより、図４に示すように端面Ｐは側面Ｓより内周領域１０７ａ側に位置し、側面Ｓから離間している。端面Ｐと側面Ｓの間には環状の空間Ｅが形成されている。この空間Ｅは空隙とすることができる。また、空間Ｅには絶縁体が充填されてもよい。なお、外径Ｄ１は例えば２０μｍ、外径Ｄ２は例えば１００μｍとすることができる。また、内周領域１０７ａの外径Ｄ３は例えば８μｍとすることができる。
メサ構造Ｍは以上のように形成されている。なお、メサ構造Ｍはトンネル接合層１０７及び第３中間層１０８のみからなるものに限られず、例えば、第２中間層１０６も含むものであってもよい。この場合、第３中間層１０８及び第２中間層１０６の端面は側面Ｓと同一面上に位置する。さらに、メサ構造Ｍは発光層１０５を含むものであってもよく、発光層１０５及び第１中間層１０４を含むものであってもよい。いずれの場合も端面Ｐは側面Ｓから離間し、トンネル接合層１０７以外の層の端面は側面Ｓと同一面上に位置するものとすることができる。
［ＶＣＳＥＬ素子の動作］
ＶＣＳＥＬ素子１００の動作について説明する。図６は、ＶＣＳＥＬ素子１００の動作を示す模式図である。第１電極１１０（図１参照）と第２電極１１１の間に電圧を印加すると、第１電極１１０と第２電極１１１の間で電流が流れる。ここで、トンネル接合層１０７には絶縁性の外周領域１０７ｂが設けられているため、図６に示すように電流（図中、矢印）は内周領域１０７ａのみを通過する。このため電流は内周領域１０７ａの近傍に集中し、発光層１０５に流入する電流が集中する電流注入領域Ｒが形成される。
これにより、電流注入領域Ｒにおいてキャリア再結合による自然放出光が生じる。自然放出光はＶＣＳＥＬ素子１００の積層方向（Ｚ方向）に進行し、第１反射鏡１０３及び第２反射鏡１０９によって反射される。第１反射鏡１０３及び第２反射鏡１０９は発振波長λを有する光を反射するように構成されているため、自然放出光のうち発振波長λの成分は第１反射鏡１０３及び第２反射鏡１０９の間で定在波を形成し、発光層１０５によって増幅される。注入電流が閾値を超えると定在波を形成する光がレーザ発振し、第２反射鏡１０９を透過してレーザ光が出射される。
このように、ＶＣＳＥＬ素子１００では、トンネル接合層１０７の外周側に絶縁性の外周領域１０７ｂを設けることにより、トンネル接合層１０７による電流狭窄構造を実現することができる。
［ＶＣＳＥＬ素子の製造方法］
ＶＣＳＥＬ素子１００の製造方法について説明する。図７乃至図１２は、ＶＣＳＥＬ素子１００の製造方法を示す模式図である。
まず、図７に示すように、基板１０１上にバッファー層１０２、第１反射鏡１０３、第１中間層１０４、発光層１０５、第２中間層１０６、トンネル接合層１０７、第３中間層１０８を順に積層し、積層体を形成する。これらの層はＭＯＣＶＤ（metal organic chemical vapor deposition）法によって積層することができ、積層と同時にドーパントのドープを行うことができる。
次に、図８に示すように、第３中間層１０８上に第２電極１１１を形成する。第２電極１１１は内径１０μｍ、外径１００μｍの円環状形状とすることができる。さらに、図９に示すように、第２電極１１１の外径に合わせて第３中間層１０８の一部を除去する。第３中間層１０８の除去はウェットエッチングにより行うことが可能であり、エッチング液は第３中間層１０８を溶解させ、トンネル接合層１０７を溶解させないものが好適である。具体的には第３中間層１０８がｎ－ＩｎＰからなり、トンネル接合層１０７がｐ＋－ＡｌＩｎＡｓ及びｎ＋－ＡｌＩｎＡｓからなる場合、臭化水素と過酸化水素を含む混合溶液をエッチング液として用いることができる。
次に、図１０に示すように、トンネル接合層１０７の一部を除去する。トンネル接合層１０７の除去はウェットエッチングにより行うことが可能であり、エッチング液はトンネル接合層１０７を溶解させ、第３中間層１０８及び第２中間層１０６を溶解させないものが好適である。具体的にはトンネル接合層１０７がｐ＋－ＡｌＩｎＡｓ及びｎ＋－ＡｌＩｎＡｓからなり、第３中間層１０８がｎ－ＩｎＰ、第２中間層１０６がｐ－ＩｎＰからなる場合、硫酸と過酸化水素を含む混合水溶液をエッチング液として用いることができる。
第３中間層１０８とトンネル接合層１０７の除去により、メサ構造Ｍが形成される。ここで、トンネル接合層１０７を除去する際、メサ構造Ｍの外部に位置するトンネル接合層１０７だけではなく、メサ構造Ｍの内部に位置するトンネル接合層１０７も外周側から内周側に向かってエッチング（サイドエッチング）される。
これにより、トンネル接合層１０７の端面Ｐはメサ構造Ｍの側面Ｓから離間する（図４参照）。このサイドエッチングのエッチング量はエッチング時間により調整することが可能であり、例えば、側面Ｓから４０μｍとすることができる。この場合、第２電極１１１及びメサ構造Ｍの外径Ｄ２（図５参照）が１００μｍとすると、トンネル接合層１０７の外径Ｄ１は２０μｍとなる。
続いて、図１１に示すように、トンネル接合層１０７を外周側から選択的に酸化させる。これにより、外周領域１０７ｂにおいてトンネル接合層１０７の構成材料が酸化され、外周領域１０７ｂにおいてＡｌ酸化物が生成する。内周領域１０７ａは端面Ｐから離間しているために酸化されず、Ａｌを含む材料のまま維持される。この酸化は、積層体を酸化炉へ収容し、水蒸気雰囲気下で４００℃～４５０℃に加熱することにより行うことができる。
酸化は、Ａｌ組成が高い層で選択的に進行するため、トンネル接合層１０７のＡｌ組成を高くしておくことにより、トンネル接合層１０７のみを酸化させることができる。ここで、トンネル接合層１０７は上記のようにサイドエッチングされ、外径Ｄ１が外径Ｄ２より小さくなっている（図５参照）。このため、酸化を短時間で完了させることができる。
具体的には、図１１に示すように、第２電極１１１の開口部１１１ａよりも１μｍ内側までトンネル接合層１０７を酸化させ、外周領域１０７ｂを形成させることができ、外周領域１０７ｂのＸ－Ｙ方向における幅は６μｍとすることができる。開口部１１１ａの直径が１０μｍの場合、内周領域１０７ａの外径Ｄ３（図５参照）は８μｍとなる。
続いて、図１２に示すように、第２中間層１０６上及びメサ構造Ｍの側面Ｓ上に絶縁層１１２を形成する。さらに、図１３に示すように、開口部１１１ａ上に第２反射鏡１０９を形成する。第２反射鏡１０９は、低屈折率層と高屈折率層を一様に複数層積層した後、開口部１１１ａの近傍を除いて除去することにより形成することができる。
続いて、基板１０１上に第１電極１１０（図１参照）を形成し、素子毎に個片化してＶＣＳＥＬ素子１００を製造することができる。ＶＣＳＥＬ素子１００はヒートシンク等に実装し、ワイヤーボンディング等で電気的接続を行うことで動作させることができる。
ＶＣＳＥＬ素子１００は以上のようにして製造することができる。上記のように、トンネル接合層１０７は酸化前にサイドエッチングされ、外径Ｄ１が外径Ｄ２より小さくなっている。一般に、ＡｌＩｎＡｓの酸化レートは、酸化狭窄層として用いられるＡｌＡｓに比べて遅いため、現実的な酸化レートでＡｌＩｎＡｓを酸化させるには５００℃程度の高温で酸化をさせる必要がある。
しかしながら、この高温ではＰやＡｓが離脱し、結晶が劣化するという問題がある。ここで、本実施形態に係る製造方法では、サイドエッチングにより外径Ｄ１を小さくしておくことにより、トンネル接合層１０７がＡｌＩｎＡｓからなる場合であっても、短時間で酸化を完了させることができる。これにより、ＰやＡｓの離脱が顕著ではない４００℃～４５０℃で酸化を完了させることができ、生産可能な方法で電流狭窄構造ＶＣＳＥＬ素子１００を製造することが可能である。
（第２の実施形態）
本技術の第２の実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子について説明する。
[ＶＣＳＥＬ素子の構造]
図１４は本実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子２００の断面図である。なお、本実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子２００の構成において第１の実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子１００と同一の構成についてはＶＣＳＥＬ素子１００と同一の符号を付し、説明を省略する。
図１４に示すように、ＶＣＳＥＬ素子２００は、基板２０１、接合層２０２、第１反射鏡２０３、第１中間層１０４、発光層１０５、第２中間層１０６、トンネル接合層１０７、第３中間層１０８、第２反射鏡１０９、第１電極２１０、第２電極１１１及び絶縁層１１２を備える。
基板２０１は、ＶＣＳＥＬ素子１００の各層を支持する。基板２０１は例えばＳｉからなるものとすることができる。接合層２０２は、基板２０１と第１中間層１０４とを接合する。接合層２０２は例えば半田からなるものとすることができる。
第１反射鏡２０３は、第１中間層１０４の裏面上に設けられ、波長λの光を反射し、それ以外の波長の光を透過する。第１反射鏡２０３は、光学膜厚λ／４の低屈折率層と高屈折率層を交互に複数層積層したＤＢＲであり、誘電体からなる誘電体ＤＢＲとすることができる。低屈折率層は例えばＳｉＯ２、高屈折率層は例えばＴａ２Ｏ５からなり、積層数は１０ペアとすることができる。第１反射鏡２０３は、Ｚ方向において、他の層を介して電流注入領域と対向する位置に設けられている。
第１中間層１０４、発光層１０５、第２中間層１０６、トンネル接合層１０７、第３中間層１０８、第２反射鏡１０９、第２電極１１１及び絶縁層１１２は第１の実施形態と同様の構成を有する。なお、第２反射鏡１０９は誘電体ＤＢＲではなく、半導体ＤＢＲであってもよい。
第１電極２１０は、第２中間層１０６上に設けられ、ＶＣＳＥＬ素子２００の一方の電極として機能する。第１電極２１０はメサ構造Ｍを囲む環状形状を有するものとすることができ、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるものとすることができる。
ＶＣＳＥＬ素子２００は以上のような構成を有する。なお、第１中間層１０４の厚みは光学膜厚で５λが好適である。また、ＶＣＳＥＬ素子２００における第１の伝導型と第２の伝導型は逆であってもよく、即ち第１の伝導型がｐ型、第２の伝導型がｎ型であってもよい。
ＶＣＳＥＬ素子２００のメサ構造ＭはＶＣＳＥＬ素子１００と同一の構成を有し、トンネル接合層１０７の端面Ｐがメサ構造Ｍの側面Ｓから離間する（図４参照）ように構成されている。
ＶＣＳＥＬ素子２００の動作もＶＣＳＥＬ素子１００と同様であり、第１電極２１０と第２電極１１１の間に電圧を印加すると、トンネル接合層１０７の電流狭窄構造によって電流注入領域Ｒ（図６参照）が形成される。自然放出光は第１反射鏡２０３と第２反射鏡１０９によってレーザ発振を生じ、第２反射鏡１０９を透過してレーザ光が出射される。
［ＶＣＳＥＬ素子の製造方法］
ＶＣＳＥＬ素子２００の製造方法について説明する。図１５乃至図１８は、ＶＣＳＥＬ素子１００の製造方法を示す模式図である。
まず、図１５に示すように、基板２２１上にバッファー層２２２、エッチングストップ層２２３、第１中間層１０４、発光層１０５、第２中間層１０６、トンネル接合層１０７及び第３中間層１０８を順に積層し、積層体を形成する。これらの層はＭＯＣＶＤ法によって積層することができ、積層と同時にドーパントのドープを行うことができる。基板２２１は例えばｎ－ＩｎＰ基板であり、バッファー層２２２は例えばｎ－ＩｎＰ、エッチングストップ層２２３は例えばｎ－ＩｎＧａＡｓからなる層とすることができる。
次に、図１６に示すように、第３中間層１０８上に第２電極１１１を形成した後、第３中間層１０８及びトンネル接合層１０７の一部を除去する。この工程は第１の実施形態と同様に行うことができる。これによりメサ構造Ｍが形成され、トンネル接合層１０７はサイドエッチングされる。さらに、第２中間層１０６上に第１電極２１０を形成する。
続いて、図１７に示すように、第１の実施形態と同様にトンネル接合層１０７を外周側から酸化して外周領域１０７ｂにＡｌ酸化物を生成させ、第２中間層１０６上及びメサ構造Ｍの側面上に絶縁層１１２を形成する。さらに、開口部１１１ａ上に第２反射鏡１０９を形成する。
続いて、図１８に示すように、基板２２１、バッファー層２２２及びエッチングストップ層層２２３を除去する。これらの除去は、積層体を支持基板にワックス等により貼付した後、エッチングすることによって行うことができる。さらに、第１中間層１０４の裏面上に第１反射鏡２０３（図１４参照）を形成する。第２反射鏡２０３は、低屈折率層と高屈折率層を一様に複数層積層した後、電流注入領域の近傍を除いて除去することにより形成することができる。
その後、第１中間層１０４の裏面上に接合層２０２を設け、基板２０１を貼付した後に支持基板を除去し、素子毎に個片化してＶＣＳＥＬ素子２００を製造することができる。ＶＣＳＥＬ素子２００はヒートシンク等に実装し、ワイヤーボンディング等で電気的接続を行うことで動作させることができる。
ＶＣＳＥＬ素子２００においても第１の実施形態と同様に、トンネル接合層１０７がサイドエッチングされているため、トンネル接合層１０７がＡｌＩｎＡｓからなる場合であっても短時間で酸化を完了させることができる。したがって、生産可能な方法で電流狭窄構造を有するＶＣＳＥＬ素子２００を製造することが可能である。
（第３の実施形態）
本技術の第３の実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子について説明する。
[ＶＣＳＥＬ素子の構造]
図１９は本実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子３００の断面図である。なお、本実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子３００の構成において第１の実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子１００と同一の構成についてはＶＣＳＥＬ素子１００と同一の符号を付し、説明を省略する。
図１９に示すように、ＶＣＳＥＬ素子３００は、基板３０１、バッファー層１０２、第１反射鏡３０３、第１中間層１０４、発光層１０５、第２中間層１０６、トンネル接合層１０７、第３中間層１０８、第２反射鏡１０９、第１電極３１０、第２電極１１１、絶縁層１１２及び金属層３１３を備える。
基板３０１は、ＶＣＳＥＬ素子３００の各層を支持する。基板３０１は半絶縁体材料からなり、例えば半絶縁型ＩｎＰからなるものとすることができる。基板３０１には第１反射鏡３０３をレンズ形状とするための凸部３０１ａが設けられている。
第１反射鏡３０３は、基板３０１の裏面上に設けられ、波長λの光を反射し、それ以外の波長の光を透過する。第１反射鏡３０３は、凸部３０１ａ上に形成され、光を電流注入領域に集光する凹面状のレンズ形状に形成されている。第１反射鏡３０３のレンズ形状は球面レンズ状であってもよく、シリンドリカルレンズ状やその他のレンズ形状であってもよい。
第１反射鏡３０３は、光学膜厚λ／４の低屈折率層と高屈折率層を交互に複数層積層したＤＢＲであり、誘電体からなる誘電体ＤＢＲとすることができる。低屈折率層は例えばＳｉＯ２、高屈折率層は例えばＴａ２Ｏ５からなり、積層数は１０ペアとすることができる。第１反射鏡３０３は、Ｚ方向において、他の層を介して電流注入領域と対向する位置に設けられている。
バッファー層１０２、第１中間層１０４、発光層１０５、第２中間層１０６、トンネル接合層１０７、第３中間層１０８、第２反射鏡１０９、第２電極１１１及び絶縁層１１２は第１の実施形態と同様の構成を有する。なお、第２反射鏡１０９は、第１反射鏡３０３と同様に、光を電流注入領域に集光する凹面状のレンズ形状に形成されていてもよい。また、第２反射鏡１０９のみがレンズ形状を有し、第１反射鏡３０３はレンズ形状を有しないものであってもよい。
第１電極３１０は、第２中間層１０６上に設けられ、ＶＣＳＥＬ素子３００の一方の電極として機能する。第１電極３１０はメサ構造Ｍを囲む環状形状を有するものとすることができ、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるものとすることができる。
金属層３１３は、金属からなり、基板３０１の裏面上に設けられ、第１反射鏡３０３を被覆する。金属層３１３は第１反射鏡３０３の形状に応じてレンズ形状の曲面を有する。
ＶＣＳＥＬ素子３００は以上のような構成を有する。なお、第１中間層１０４の厚みは光学膜厚で５λが好適である。また、ＶＣＳＥＬ素子３００における第１の伝導型と第２の伝導型は逆であってもよく、即ち第１の伝導型がｐ型、第２の伝導型がｎ型であってもよい。
ＶＣＳＥＬ素子３００のメサ構造ＭはＶＣＳＥＬ素子１００と同一の構成を有し、トンネル接合層１０７の端面Ｐがメサ構造Ｍの側面Ｓから離間する（図４参照）ように構成されている。
ＶＣＳＥＬ素子３００の動作もＶＣＳＥＬ素子１００と同様であり、第１電極３１０と第２電極１１１の間に電圧を印加すると、トンネル接合層１０７の電流狭窄構造によって電流注入領域Ｒ（図６参照）が形成される。自然放出光は第１反射鏡３０３と第２反射鏡１０９によってレーザ発振を生じ、第２反射鏡１０９を透過してレーザ光が出射される。
この構成では、第１基板３０１の厚みが厚膜化されているため、より放熱性が向上する。また、第１反射鏡３０３及び金属層３１３においてレンズ構造が形成されているため、発光層１０５から放出された光はこのレンズ構造によって発光層１０５のうち電流注入領域Ｒに集光され、光狭窄作用が得られる。これにより、第１基板３０１を厚膜化しても発光効率の低下を抑制することが可能である。
［ＶＣＳＥＬ素子の製造方法］
ＶＣＳＥＬ素子３００の製造方法について説明する。図２０乃至図２３は、ＶＣＳＥＬ素子１００の製造方法を示す模式図である。
まず、図２０に示すように、基板３０１上にバッファー層１０２、第１中間層１０４、発光層１０５、第２中間層１０６、トンネル接合層１０７及び第３中間層１０８を順に積層し、積層体を形成する。これらの層はＭＯＣＶＤ法によって積層することができ、積層と同時にドーパントのドープを行うことができる。
次に、図２１に示すように、第３中間層１０８上に第２電極１１１を形成した後、第３中間層１０８及びトンネル接合層１０７の一部を除去する。この工程は第１の実施形態と同様に行うことができる。これによりメサ構造Ｍが形成され、トンネル接合層１０７はサイドエッチングされる。さらに、第２中間層１０６上に第１電極３１０を形成する。
続いて、図２２に示すように、第１の実施形態と同様にトンネル接合層１０７を外周側から酸化して外周領域１０７ｂにＡｌ酸化物を生成させ、第２中間層１０６上及びメサ構造Ｍの側面Ｓ上に絶縁層１１２を形成する。さらに、開口部１１１ａ上に第２反射鏡１０９を形成する。
続いて、図２３に示すように、基板３０１の厚みを薄くし、凸部３０１ａを形成する。基板３０１は、積層体の表面をワックス等により支持基板に貼付した後、エッチングすることによって厚みを薄くすることができる。基板３０１の厚みは例えば１００μｍとすることができる。
凸部３０１ａは、基板３０１の裏面に円柱状のレジストをフォトリソグラフィにより形成し、加熱してボールアップさせてからドライエッチングでエッチングすることにより、レジストの凹面形状を基板３０１に転写させ、形成させることができる。凸部３０１ａの曲率半径は例えば１００μｍ程度とすることができる。
さらに、基板３０１の裏面上に第１反射鏡３０３（図１９参照）を形成する。第１反射鏡３０３は、低屈折率層と高屈折率層を一様に複数層積層した後、電流注入領域の近傍を除いて除去することにより形成することができる。続いて、基板３０１の裏面上に金属層３１３（図１９参照）を形成する。
その後、支持基板を除去し、素子毎に個片化してＶＣＳＥＬ素子３００を製造することができる。ＶＣＳＥＬ素子３００はヒートシンク等に実装し、ワイヤーボンディング等で電気的接続を行うことで動作させることができる。
ＶＣＳＥＬ素子３００においても第１の実施形態と同様に、トンネル接合層１０７がサイドエッチングされているため、トンネル接合層１０７がＡｌＩｎＡｓからなる場合であっても短時間で酸化を完了させることができる。したがって、生産可能な方法で電流狭窄構造を有するＶＣＳＥＬ素子３００を製造することが可能である。
（第４の実施形態）
本技術の第４の実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子について説明する。
[ＶＣＳＥＬ素子の構造]
図２４は本実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子４００の断面図である。なお、本実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子４００の構成において第１の実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子１００と同一の構成についてはＶＣＳＥＬ素子１００と同一の符号を付し、説明を省略する。
図２４に示すように、ＶＣＳＥＬ素子４００は、基板１０１、バッファー層１０２、第１反射鏡１０３、第１中間層１０４、発光層１０５、第２中間層１０６、トンネル接合層４０７、第３中間層１０８、第２反射鏡１０９、第１電極１１０、第２電極１１１及び絶縁層１１２を備える。
基板１０１、バッファー層１０２、第１反射鏡１０３、第１中間層１０４、発光層１０５、第２中間層１０６、トンネル接合層１０７、第３中間層１０８、第２反射鏡１０９、第１電極１１０、第２電極１１１及び絶縁層１１２は第１の実施形態と同様の構成を有する。
ここで、各層の材料は第１の実施形態と異なるものとすることができ、基板１０１は例えばｎ型ＧａＡｓからなるものとすることができる。他の各層は基板１０１に格子整合可能な材料からなり、バッファー層１０２は例えばｎ－ＧａＡｓ、第１中間層１０４は例えばｎ－ＧａＡｓ、第２中間層１０６は例えばｐ－ＧａＡｓ、第３中間層１０８は例えばｎ－ＧａＡｓからなるものとすることができる。
さらに、第１反射鏡１０３は、ｎ型半導体材料からなる半導体ＤＢＲとすることができ、低屈折率層は例えばｎ－ＡｌＡｓからなり、高屈折率層は例えばｎ－ＧａＡｓからなるものとすることができる。積層数は例えば４０ペアとすることができる。第２反射鏡１０９は、ｎ型半導体材料からなる半導体ＤＢＲとすることができ、低屈折率層は例えばｎ－ＡｌＡｓからなり、高屈折率層は例えばｎ－ＧａＡｓからなるものとすることができる。積層数は例えば３０ペアとすることができる。なお、第１反射鏡１０３及び第２反射鏡１０９の一方又は両方は誘電体ＤＢＲでであってもよい。
発光層１０５は量子井戸層と障壁層を交互に積層した多重量子井戸構造を有する層とすることができ、量子井戸層は例えばＧａＩｎＡｓ、障壁層は例えばＡｌＧａＡｓからなるものとすることができる。発光層１０５の発光波長は９４０ｎｍ、井戸数４とすることができる。
トンネル接合層４０７は、第２中間層１０６上に設けられ、トンネル接合を形成する。図２５は、トンネル接合層４０７の断面図である。図２６はトンネル接合層４０７の平面図であり、トンネル接合層４０７をＺ方向から見た図である。
図２５に示すように、トンネル接合層４０７は、第１ハイドープ層４２１及び第２ハイドープ層４２２を備える。第１ハイドープ層４２１は第２中間層１０６側の層であり、第２ハイドープ層４２２は第３中間層１０８側の層である。
図２６に示すように、トンネル接合層４０７は内周領域４０７ａと外周領域４０７ｂを有する。内周領域４０７ａはトンネル接合層４０７の内周側に位置する領域であり、外周領域４０７ｂは内周領域４０７ａを囲む環状の領域である。
第１ハイドープ層４２１の内周領域４０７ａは、Ａｌを含み、ハイドープされたｐ型半導体材料からなり、例えば、ｐ＋－ＡｌＡｓからなるものとすることができる。第２ハイドープ層４２２の内周領域４０７ａは、Ａｌを含み、ハイドープされたｎ型半導体材料からなり、例えば、ｎ＋－ＡｌＡｓからなるものとすることができる。
第１ハイドープ層４２１及び第２ハイドープ層４２２の外周領域４０７ｂは、内周領域４０７ａの材料を酸化した材料からなり、絶縁性を有する。即ち、第１ハイドープ層４２１及び第２ハイドープ層４２２の外周領域４０７ｂは、Ａｌ酸化物を含み、例えばＡｌＡｓ酸化物からなるものとすることができる。第１ハイドープ層４２１と第２ハイドープ層４２２の厚みはそれぞれ２０ｎｍとすることができる。また、トンネル接合層４０７と発光層１０５の距離はλ／４が好適である。
ＶＣＳＥＬ素子４００は以上のような構造を有する。上記のように、基板１０１、バッファー層１０２、第１反射鏡１０３、第１中間層１０４、第３中間層１０８及び第２ハイドープ層４２２は第１の伝導型としてｎ型の半導体材料からなり、ドーパントはＳｉとすることができる。第２中間層１０６及び第１ハイドープ層４２１は第２の伝導型としてｐ型の半導体材料からなり、第２中間層１０６のドーパントはＭｇとすることができる。また、第１ハイドープ層４２１のドーパントは拡散しにくいＣが好適である。
ドーピング濃度は、例えば、第１ハイドープ層４２１及び第２ハイドープ層４２２は５×１０１９［ｃｍ－３］、それ以外の層は５×１０１７～１×１０１８［ｃｍ－３］程度とすることができる。なお、ＶＣＳＥＬ素子４００における第１の伝導型と第２の伝導型は逆であってもよく、即ち第１の伝導型がｐ型、第２の伝導型がｎ型であってもよい。
［メサ構造について］
ＶＣＳＥＬ素子４００はメサ構造を有する。図２７はメサ構造を含む、ＶＣＳＥＬ素子４００の一部構成を示す断面図である。図２８はメサ構造の平面図であり、メサ構造をＺ方向から見た図である。
これらの図に示すように、トンネル接合層４０７及び第３中間層１０８はメサ状形状に形成され、メサ構造Ｍを形成する。メサ構造Ｍは図２８に示すように、Ｚ方向から見ると円形形状とすることができる。メサ構造Ｍは、トンネル接合層４０７の内周領域４０７ａがメサ構造Ｍの中央に位置するように形成され、電流注入領域を含むように構成されている。
図２７及び図２８に示すように、メサ構造Ｍの側面を側面Ｓとする。側面Ｓは、Ｚ方向に沿ったメサ構造Ｍの外周面であり、円筒形状の面とすることができる。また、トンネル接合層４０７の端面を端面Ｐとする。端面ＰはＺ方向に沿った外周領域４０７ｂの外周面であり、円筒形状の面とすることができる。図２７に示すように、外周領域４０７ｂは端面ＰからＸ－Ｙ方向において一定の深さまで形成されており、内周領域４０７ａは外周領域４０７ｂによって端面Ｐから隔てられている。
本実施形態においては、トンネル接合層４０７の外径は第３中間層１０８の外径に一致する。このため、端面Ｐは側面Ｓと同一面上に位置する。メサ構造Ｍの外径Ｄ４は例えば１００μｍとすることができる。また、内周領域４０７ａの外径Ｄ５は例えば８μｍとすることができる。
メサ構造Ｍは以上のように形成されている。なお、メサ構造Ｍはトンネル接合層４０７及び第３中間層１０８のみからなるものに限られず、例えば、第２中間層１０６も含むものであってもよい。この場合、第３中間層１０８及び第２中間層１０６の端面は側面Ｓと同一面上に位置する。さらに、メサ構造Ｍは発光層１０５を含むものであってもよく、発光層１０５及び第１中間層１０４を含むものであってもよい。いずれの場合も端面Ｐは側面Ｓと同一面上に位置するものとすることができる。
ＶＣＳＥＬ素子４００の動作もＶＣＳＥＬ素子１００と同様であり、第１電極１１０と第２電極１１１の間に電圧を印加すると、トンネル接合層４０７の電流狭窄構造によって電流注入領域Ｒ（図６参照）が形成される。自然放出光は第１反射鏡１０３と第２反射鏡１０９によってレーザ発振を生じ、第２反射鏡１０９を透過してレーザ光が出射される。
［ＶＣＳＥＬ素子の製造方法］
ＶＣＳＥＬ素子４００の製造方法について説明する。図２９乃至図３２は、ＶＣＳＥＬ素子１００の製造方法を示す模式図である。
まず、図２９に示すように、基板１０１上にバッファー層１０２、第１反射鏡１０３、第１中間層１０４、発光層１０５、第２中間層１０６、トンネル接合層４０７及び第３中間層１０８を順に積層し、積層体を形成する。これらの層はＭＯＣＶＤ法によって積層することができ、積層と同時にドーパントのドープを行うことができる。
次に、図３０に示すように、第３中間層１０８上に第２電極１１１を形成する。第２電極１１１は内径１０μｍ、外径１００μｍの円環状形状とすることができる。その後、第２電極１１１の外径に合わせて第３中間層１０８及びトンネル接合層４０７の一部を除去する。第３中間層１０８及びトンネル接合層４０７の除去はドライエッチングにより行うことが可能である。
第３中間層１０８とトンネル接合層４０７の除去により、メサ構造Ｍが形成される。本実施形態では、トンネル接合層４０７のサイドエッチングは生じず、トンネル接合層４０７の端面Ｐはメサ構造Ｍの側面Ｓと同一面上に位置する。
続いて、図３１に示すように、トンネル接合層４０７を外周側から選択的に酸化させる。これにより、外周領域４０７ｂにおいてトンネル接合層４０７の構成材料が酸化され、外周領域４０７ｂにＡｌ酸化物が生成する。内周領域４０７ａは端面Ｐから離間しているために酸化されず、Ａｌを含む材料のまま維持される。この酸化は、積層体を酸化炉へ収容し、水蒸気雰囲気下で４００℃～４５０℃に加熱することにより行うことができる。
酸化はＡｌ組成が高い層で選択的に進行するため、トンネル接合層４０７のＡｌ組成を高くしておくことにより、トンネル接合層４０７のみを酸化させることができる。また、トンネル接合層４０７がＡｌＡｓからなる場合、ＡｌＡｓは酸化レートが速いため、酸化を短時間で完了させることができる。
具体的には、図３１に示すように、第２電極１１１の開口部１１１ａよりも１μｍ内側まで、トンネル接合層４０７を酸化させ、外周領域４０７ｂを形成させることができる。開口部１１１ａの直径が１０μｍの場合、内周領域４０７ａの外径Ｄ５（図２８参照）は８μｍとなる。
続いて、図３２に示すように、第２中間層１０６上及びメサ構造Ｍの側面Ｓ上に絶縁層１１２を形成し、開口部１１１ａ上に第２反射鏡１０９を形成する。第２反射鏡１０９は、低屈折率層と高屈折率層を一様に複数層積層した後、開口部１１１ａの近傍を除いて除去することにより形成することができる。
続いて、基板１０１上に第１電極１１０（図２４参照）を形成し、素子毎に個片化してＶＣＳＥＬ素子４００を製造することができる。ＶＣＳＥＬ素子４００はヒートシンク等に実装し、ワイヤーボンディング等で電気的接続を行うことで動作させることができる。
ＶＣＳＥＬ素子４００は以上のようにして製造することが可能である。本実施形態では、トンネル接合層４０７がサイドエッチングされていないが、トンネル接合層４０７を酸化レートが高いＡｌＡｓからなるものとすることによって短時間で酸化を完了させることができる。したがって、生産可能な方法で電流狭窄構造を有するＶＣＳＥＬ素子４００を製造することが可能である。
（本開示について）
本開示中に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。上記の複数の効果の記載は、それらの効果が必ずしも同時に発揮されるということを意味しているのではない。条件等により、少なくとも上記した効果のいずれかが得られることを意味しており、本開示中に記載されていない効果が発揮される可能性もある。また、本開示中に記載された特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分を組み合わせることも可能である。
なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）
特定の波長の光を反射する第１の反射鏡と、
上記波長の光を反射する第２の反射鏡と、
上記第１の反射鏡と上記第２の反射鏡の間に配置され、第１の伝導型を有する半導体材料からなる第１の半導体層と、
上記第１の反射鏡と上記第２の反射鏡の間に配置され、第２の伝導型を有する半導体材料からなる第２の半導体層と、
上記第１の反射鏡と上記第２の反射鏡の間に配置され、上記第１の伝導型のハイドープ層と上記第２の伝導型のハイドープ層が接合されたトンネル接合層であって、層面に垂直な方向から見て内周側の内周領域と、上記内周領域を囲む外周領域を有し、上記内周領域はＡｌを含む材料からなり、上記外周領域はＡｌ酸化物を含む材料からなるトンネル接合層と、
上記第１の反射鏡と上記第２の反射鏡の間に配置され、キャリア再結合による発光を生じる発光層と、
を具備し、上記内周領域を通過して上記発光層に流入する電流が集中する電流注入領域を含むメサ構造が形成されている
垂直共振器型面発光レーザ素子。
（２）
上記（１）に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
上記トンネル接合層は、上記外周領域の上記方向に沿った外周面である端面を有し、
上記メサ構造は、上記方向に沿った外周面である側面を有し、
上記端面は、上記側面より上記内周領域側に位置し、上記側面から離間している
垂直共振器型面発光レーザ素子。
（３）
上記（２）に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
上記端面と上記側面の間は空隙である
垂直共振器型面発光レーザ素子。
（４）
上記（２）に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
上記端面と上記側面の間には絶縁体が充填されている
垂直共振器型面発光レーザ素子。
（５）
上記（３）又は（４）に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
上記内周領域は、ＡｌＩｎＡｓからなり、
上記外周領域は、ＡｌＩｎＡｓの酸化物からなる
垂直共振器型面発光レーザ素子。
（６）
上記（５）に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
上記発光層は、ＡｌＧａＩｎＡｓからなる多重量子井戸構造を有する
垂直共振器型面発光レーザ素子。
（７）
上記（１）に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
上記トンネル接合層は、上記外周領域の上記方向に沿った外周面である端面を有し、
上記メサ構造は、上記方向に沿った外周面である側面を有し、
上記端面は上記側面と同一面上に位置する
垂直共振器型面発光レーザ素子。
（８）
上記（７）に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
上記内周領域は、ＡｌＡｓからなり、
上記外周領域は、ＡｌＡｓ酸化物からなる
垂直共振器型面発光レーザ素子。
（９）
上記（８）に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
上記発光層は、ＡｌＧａＡｓ及びＧａＩｎＡｓからなる多重量子井戸構造を有する
垂直共振器型面発光レーザ素子。
（１０）
上記（１）から（９）のうちいずれか１つに記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
請求項１に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
上記第１の反射鏡と上記第２の反射鏡の少なくとも一方は誘電体からなる
垂直共振器型面発光レーザ素子。
（１１）
上記（１０）に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
上記第１の反射鏡と上記第２の反射鏡の両方は誘電体からなる
垂直共振器型面発光レーザ素子。
（１２）
上記（１）から（１１）のうちいずれか１つに記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
上記第１の反射鏡と上記第２の反射鏡の少なくとも一方は、光を上記電流注入領域に集光するレンズ形状を有する
垂直共振器型面発光レーザ素子。
（１３）
第１の伝導型を有する半導体材料からなる第１の半導体層と、第２の伝導型を有する半導体材料からなる第２の半導体層と、上記第１の伝導型のハイドープ層と上記第２の伝導型のハイドープ層が接合されたＡｌを含む材料からなるトンネル接合層と、キャリア再結合による発光を生じる発光層とを備える積層体を作成し、
上記発光層に流入する電流が集中する電流注入領域を含むメサ構造を形成し、
上記メサ構造の外周側から上記トンネル接合層を選択的に酸化させ、上記トンネル接合層に、Ａｌを含む材料からなる内周側の内周領域と、Ａｌ酸化物を含む材料からなり、上記内周領域を囲む外周領域を形成する
垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
（１４）
上記（１３）に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法であって、
上記メサ構造を形成する工程の後、上記トンネル接合層を酸化する工程の前に、上記トンネル接合層の外周側から上記トンネル接合層の一部を除去し、上記トンネル接合層の端面を上記メサ構造の側面から離間させる工程
を含む垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
（１５）
上記（１４）に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法であって、
上記トンネル接合層の一部を除去する工程は、上記トンネル接合層を選択的にエッチングするエッチング液を用いるウェットエッチング工程である
垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
１００、２００、３００、４００…ＶＣＳＥＬ素子
１０１、２０１、３０１…基板
１０２…バッファー層
１０３、２０３、３０３…第１反射鏡
１０４…第１中間層
１０５…発光層
１０６…第２中間層
１０７、４０７…トンネル接合層
１０７ａ、４０７ａ…内周領域
１０７ｂ、４０７ｂ…外周領域
１０８…第３中間層
１０９…第２反射鏡
１１０、２１０、３１０…第１電極
１１１…第２電極
１１２…絶縁層
１２１、４１２…第１ハイドープ層
１２２、４２２…第２ハイドープ層
３１３…金属層

Claims (15)

  1. 特定の波長の光を反射する第１の反射鏡と、
    前記波長の光を反射する第２の反射鏡と、
    前記第１の反射鏡と前記第２の反射鏡の間に配置され、第１の伝導型を有する半導体材料からなる第１の半導体層と、
    前記第１の反射鏡と前記第２の反射鏡の間に配置され、第２の伝導型を有する半導体材料からなる第２の半導体層と、
    前記第１の反射鏡と前記第２の反射鏡の間に配置され、前記第１の伝導型のハイドープ層と前記第２の伝導型のハイドープ層が接合されたトンネル接合層であって、層面に垂直な方向から見て内周側の内周領域と、前記内周領域を囲む外周領域を有し、前記内周領域はＡｌを含む材料からなり、前記外周領域はＡｌ酸化物を含む材料からなるトンネル接合層と、
    前記第１の反射鏡と前記第２の反射鏡の間に配置され、キャリア再結合による発光を生じる発光層と、
    を具備し、前記内周領域を通過して前記発光層に流入する電流が集中する電流注入領域を含むメサ構造が形成されている
    垂直共振器型面発光レーザ素子。
  2. 請求項１に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
    前記トンネル接合層は、前記外周領域の前記方向に沿った外周面である端面を有し、
    前記メサ構造は、前記方向に沿った外周面である側面を有し、
    前記端面は、前記側面より前記内周領域側に位置し、前記側面から離間している
    垂直共振器型面発光レーザ素子。
  3. 請求項２に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
    前記端面と前記側面の間は空隙である
    垂直共振器型面発光レーザ素子。
  4. 請求項２に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
    前記端面と前記側面の間には絶縁体が充填されている
    垂直共振器型面発光レーザ素子。
  5. 請求項３に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
    前記内周領域は、ＡｌＩｎＡｓからなり、
    前記外周領域は、ＡｌＩｎＡｓの酸化物からなる
    垂直共振器型面発光レーザ素子。
  6. 請求項５に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
    前記発光層は、ＡｌＧａＩｎＡｓからなる多重量子井戸構造を有する
    垂直共振器型面発光レーザ素子。
  7. 請求項１に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
    前記トンネル接合層は、前記外周領域の前記方向に沿った外周面である端面を有し、
    前記メサ構造は、前記方向に沿った外周面である側面を有し、
    前記端面は前記側面と同一面上に位置する
    垂直共振器型面発光レーザ素子。
  8. 請求項７に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
    前記内周領域は、ＡｌＡｓからなり、
    前記外周領域は、ＡｌＡｓ酸化物からなる
    垂直共振器型面発光レーザ素子。
  9. 請求項８に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
    前記発光層は、ＡｌＧａＡｓ及びＧａＩｎＡｓからなる多重量子井戸構造を有する
    垂直共振器型面発光レーザ素子。
  10. 請求項１に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
    前記第１の反射鏡と前記第２の反射鏡の少なくとも一方は誘電体からなる
    垂直共振器型面発光レーザ素子。
  11. 請求項１０に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
    前記第１の反射鏡と前記第２の反射鏡の両方は誘電体からなる
    垂直共振器型面発光レーザ素子。
  12. 請求項１に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
    前記第１の反射鏡と前記第２の反射鏡の少なくとも一方は、光を前記電流注入領域に集光するレンズ形状を有する
    垂直共振器型面発光レーザ素子。
  13. 第１の伝導型を有する半導体材料からなる第１の半導体層と、第２の伝導型を有する半導体材料からなる第２の半導体層と、前記第１の伝導型のハイドープ層と前記第２の伝導型のハイドープ層が接合されたＡｌを含む材料からなるトンネル接合層と、キャリア再結合による発光を生じる発光層とを備える積層体を作成し、
    前記発光層に流入する電流が集中する電流注入領域を含むメサ構造を形成し、
    前記メサ構造の外周側から前記トンネル接合層を選択的に酸化させ、前記トンネル接合層に、Ａｌを含む材料からなる内周側の内周領域と、Ａｌ酸化物を含む材料からなり、前記内周領域を囲む外周領域を形成する
    垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
  14. 請求項１３に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法であって、
    前記メサ構造を形成する工程の後、前記トンネル接合層を酸化する工程の前に、前記トンネル接合層の外周側から前記トンネル接合層の一部を除去し、前記トンネル接合層の端面を前記メサ構造の側面から離間させる工程
    を含む垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
  15. 請求項１４に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法であって、
    前記トンネル接合層の一部を除去する工程は、前記トンネル接合層を選択的にエッチングするエッチング液を用いるウェットエッチング工程である
    垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
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