JP7317825B2 - 面発光レーザおよびその製造方法 - Google Patents

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Description

本開示は、面発光レーザおよびその製造方法に関する。
一般に、面発光レーザでは、リッジ側面からの酸化狭窄によって電流狭窄層が形成されている。
特開２０１４－０７５４９２号公報
しかし、電流狭窄層を酸化狭窄によって形成した場合には、大きな屈折率差によって高次モードが発生しやすい。狭窄径を小さくすることで、高次モードの発生を抑制することは可能であるが、狭窄径を小さくすることは、高出力化には不利な条件となる。また、電流狭窄層を酸化狭窄によって形成した場合には、狭窄端での電流集中によって、欠陥増殖が加速しやすく、信頼性の点で改善の余地がある。高次モードの抑制と高出力化を両立させつつ、信頼性を向上させることの可能な面発光レーザおよびその製造方法を提供することが望ましい。
本開示の一実施形態に係る面発光レーザの製造方法は、以下の２つの工程を含む。
（１）基板上に、活性層と、活性層を挟み込む第１導電型の第１ＤＢＲ（distributed Bragg reflector）層および第１導電型とは異なる第２導電型の第２ＤＢＲ層とを含む半導体積層構造を形成する工程
（２）半導体積層構造における第２ＤＢＲ層側の箇所に、第２ＤＢＲ層を含むとともに活性層を含まないメサ部を形成した後、メサ部の側面からの不純物拡散によって、メサ部の外縁に、第１導電型の環状の拡散領域を形成する工程
本開示の一実施形態に係る面発光レーザの製造方法では、メサ部の側面からの不純物拡散によって、メサ部の外縁に、第２ＤＢＲ層の導電型とは異なる導電型の環状の拡散領域が形成される。ここで、不純物拡散では、酸化狭窄のような高い屈折率差は生じない。そのため、狭窄径を大きくした場合であっても高次モードは生じ難い。また、不純物拡散によって形成された拡散領域では、酸化狭窄のような狭窄端での電流集中は生じない。そのため、欠陥増殖の加速が抑えられる。
本開示の一実施形態に係る面発光レーザは、活性層と、活性層を挟み込む第１導電型の第１ＤＢＲ（distributed Bragg reflector）層および第１導電型とは異なる第２導電型の第２ＤＢＲ層とを含む半導体積層構造を備えている。半導体積層構造は、第２ＤＢＲ層側に、第２ＤＢＲ層を含むとともに活性層を含まないメサ部を有し、さらに、メサ部の外縁に第１導電型の環状の拡散領域を有する。
本開示の一実施形態に係る面発光レーザでは、メサ部の外縁に、第２ＤＢＲ層の導電型とは異なる導電型の環状の拡散領域が形成されている。ここで、拡散領域では、酸化狭窄のような高い屈折率差は生じない。そのため、狭窄径を大きくした場合であっても高次モードは生じ難い。また、拡散領域では、酸化狭窄のような狭窄端での電流集中は生じない。そのため、欠陥増殖の加速が抑えられる。
本開示の第１の実施の形態に係る面発光レーザの断面構成例を表す図である。 図１の面発光レーザのメサ部の拡大図である。 図１の面発光レーザの製造過程の一例を表す図である。 図３に続く製造過程の一例を表す図である。 図４に続く製造過程の一例を表す図である。 図５に続く製造過程の一例を表す図である。 図６に続く製造過程の一例を表す図である。 図７のメサ部の拡大図である。 図７に続く製造過程の一例を表す図である。 図９のメサ部の拡大図である。 図９のメサ部の積層面内方向での断面構成例を表す図である。 図９に続く製造過程の一例を表す図である。 実施例に係る面発光レーザのＦＦＰ、Ｉ－Ｌ特性の一例を表す図である。 比較例に係る面発光レーザのＦＦＰ、Ｉ－Ｌ特性の一例を表す図である。 実施例、比較例に係る面発光レーザの電流分布の一例を表す図である。 気相拡散を用いて拡散領域を形成したときと、イオンインプランテーションを用いて、拡散領域に対応するものを形成したときの不純物濃度分布の一例を表す図である。 本開示の第２の実施の形態に係る面発光レーザの断面構成例を表す図である。 図１７の面発光レーザのメサ部の拡大図である。 図１７の面発光レーザの製造過程の一例を表す図である。 図１９に続く製造過程の一例を表す図である。
以下、本開示を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明は本開示の一具体例であって、本開示は以下の態様に限定されるものではない。また、本開示は、各図に示す各構成要素の配置や寸法、寸法比などについても、それらに限定されるものではない。なお、説明は、以下の順序で行う。

１．第１の実施の形態
裏面出射型の面発光レーザのｎ型ＤＢＲ層内に
ｐ型拡散領域を設けた例
２．第２の実施の形態
上面出射型の面発光レーザのｎ型ＤＢＲ層内に
ｐ型拡散領域を設けた例
＜１．第１の実施の形態＞
[構成]
本開示の第１の実施の形態に係る面発光レーザ１について説明する。図１は、面発光レーザ１の断面構成例を表したものである。
面発光レーザ１は、高出力かつ安定した光強度分布が求められるセンサ用の光源などに好適に適用可能な裏面出射型のレーザである。センサ用の光源は、例えば、物体検知、物体認識、暗視（人に感知されずに撮像すること）、測距などに使用される。センサ用の光源の応用範囲は、例えば、自動車衝突防止センサ、スマートフォンの顔認証、監視、セキュリティ、軍事など、多岐に渡っている。
面発光レーザ１は、基板１０上に垂直共振器を備えている。垂直共振器は、基板１０の法線方向において互いに対向する２つのＤＢＲ（distributed Bragg reflector）層１１，１５によって発振波長λ0で発振するように構成されている。ＤＢＲ層１１は、本開示の「第１ＤＢＲ層」の一具体例に相当する。ＤＢＲ層１５は、本開示の「第２ＤＢＲ層」の一具体例に相当する。ＤＢＲ層１１は、例えば、基板１０の上面に接して形成されている。ＤＢＲ層１５は、例えば、ＤＢＲ層１１と比べて基板１０から相対的に離れた位置（つまり、後述の光出射面１Ｓから離れた位置）に形成されている。面発光レーザ１は、ＤＢＲ層１１側からレーザ光Ｌが出射されるように構成されている。従って、面発光レーザ１は、裏面に光出射面１Ｓを有する裏面出射型のレーザである。
面発光レーザ１は、基板１０上に、ＤＢＲ層１１、スペーサ層１２、活性層１３、スペーサ層１４およびＤＢＲ層１５を基板１０側からこの順に含む半導体積層構造を備えている。つまり、活性層１３とＤＢＲ層１５との間にスペーサ層１４が形成されている。スペーサ層１４は、本開示の「第３半導体層」の一具体例に相当する。半導体積層構造は、ＤＢＲ層１５側に、ＤＢＲ層１５を含むとともに活性層１３を含まない柱状のメサ部２０ａを有し、さらに、メサ部２０ａの外縁に環状の拡散領域１６を有している。半導体積層構造は、さらに、基板１０側に、メサ部２０ａの径よりも大きな径を有し、かつ、活性層１３を含む柱状のメサ部２０ｂを有している。メサ部２０ａは、メサ部２０ｂの上面に接して形成されている。メサ部２０ｂは、基板１０とメサ部２０ａとの間に設けられており、基板１０の上面とメサ部２０ａの下面とに接して形成されている。
面発光レーザ１は、さらに、半導体積層構造に電流を注入するための電極層１７，１８を有している。電極層１７は、例えば、基板１０の、メサ部２０ａ，２０ｂ側の表面に接して形成されている。電極層１８は、例えば、メサ部２０ａ（例えばＤＢＲ層１５）の上面に接して形成されている。面発光レーザ１は、例えば、さらに、必要に応じて、基板１０の裏面に接して設けられたＡＲ（anti-reflection）層１９を備えている。面発光レーザ１は、さらに、メサ部２０ａ，２０ｂを覆う絶縁層２１を備えている。電極層１７，１８は、絶縁層２１に被覆されておらず、外部に露出している。
基板１０は、半導体積層構造をエピタキシャル結晶成長させる際に用いられた結晶成長基板である。基板１０および半導体積層構造は、例えば、ＧａＡｓ系半導体によって構成されている。
基板１０は、活性層１３から発せられる光に対して光透過性を有する基板であり、例えば、ｐ型ＧａＡｓ基板である。ｐ型は、本開示の「第１導電型」の一具体例に相当する。ｐ型ＧａＡｓ基板には、ｐ型不純物として、例えば、亜鉛（Ｚｎ）、炭素（Ｃ）、マグネシウム（Ｍｇ）、またはベリリウム（Ｂｅ）などが含まれている。ＤＢＲ層１１は、ｐ型のＤＢＲ層である。ＤＢＲ層１１は、例えば、低屈折率層および高屈折率層を交互に積層して構成された多層膜反射鏡である。低屈折率層は、例えば、光学厚さがλ0／４（λ0は発振波長）のｐ型Ａｌa1Ｇａ1-a1Ａｓ（０＜ａ１＜１）からなる。発振波長λ0は、例えば、９４０ｎｍとなっている。高屈折率層は、例えば、光学厚さがλ0／４のｐ型Ａｌa2Ｇａ1-a2Ａｓ（０≦ａ２＜ａ１）からなる。低屈折率層は、高屈折率層よりもＡｌ（アルミニウム）組成比の高い材料により構成されている。ＤＢＲ層１１には、ｐ型不純物として、例えば、亜鉛（Ｚｎ）、炭素（Ｃ）、マグネシウム（Ｍｇ）、またはベリリウム（Ｂｅ）などが含まれている。ＤＢＲ層１１では、例えば、ａ１が０．９となっており，ａ２が０．１となっており、低屈折率層および高屈折率層のペア数が２０ペアとなっている。
活性層１３は、発振波長λ0や用途に合わせて設計される。活性層１３は、例えば、井戸層およびバリア層が交互に積層された積層体を有している。井戸層は、例えば、厚さ５ｎｍのＩｎ0.05Ｇａ0.95Ａｓからなる。バリア層は、例えば、厚さ５ｎｍのＡｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓからなる。スペーサ層１２は、例えば、ｐ型ＧａＡｓからなる。スペーサ層１２には、ｐ型不純物として、例えば、亜鉛（Ｚｎ）、炭素（Ｃ）、マグネシウム（Ｍｇ）、またはベリリウム（Ｂｅ）などが含まれている。スペーサ層１４は、活性層１３とＤＢＲ層１５との間に形成されており、より具体的には、拡散領域１６と活性層１３との間に形成されている。スペーサ層１４は、Ａｌ組成比が後述の低屈折率層１５Ａよりも小さい半導体層からなり、例えば、ｎ型ＧａＡｓからなる。スペーサ層１４には、ｎ型不純物として、例えば、シリコン（Ｓｉ）などが含まれている。スペーサ層１２、活性層１３およびスペーサ層１４の合計の光学厚さは、例えば、発振波長λ0と等しい厚さなっている。活性層１３のうち、拡散領域１６の開口部と対向する領域が、面発光レーザ１に電流が注入されたときに発光領域となる。
ＤＢＲ層１５は、ｎ型のＤＢＲ層である。ｎ型は、本開示の「第２導電型」の一具体例に相当する。ＤＢＲ層１５は、例えば、図２に示したように、低屈折率層１５Ａおよび高屈折率層１５Ｂを交互に積層して構成された多層膜反射鏡である。低屈折率層１５Ａは、本開示の「第１半導体層」の一具体例に相当する。高屈折率層１５Ｂは、本開示の「第２半導体層」の一具体例に相当する。低屈折率層１５Ａは、高屈折率層１５ＢよりもＡｌ組成比が相対的に高い半導体層である。低屈折率層１５Ａは、例えば、光学厚さがλ0／４
のｎ型Ａｌa3Ｇａ1-a3Ａｓ（０＜ａ３＜１）からなる。高屈折率層１５Ｂは、低屈折率層１５ＡよりもＡｌ組成比が相対的に低い半導体層である。高屈折率層１５Ｂは、例えば、光学厚さがλ0／４のｎ型Ａｌa4Ｇａ1-a4Ａｓ（０≦ａ４＜ａ３）からなる。低屈折率層１５Ａは、高屈折率層１５ＢよりもＡｌ（アルミニウム）組成比の高い材料により構成されている。低屈折率層１５ＡにおけるＡｌa3Ｇａ1-a3ＡｓのＡｌ組成比が、高屈折率層１５ＢにおけるＡｌa4Ｇａ1-a4ＡｓのＡｌ組成比よりも大きい。ＤＢＲ層１５には、ｎ型不純物として、例えば、シリコン（Ｓｉ）などが含まれている。ＤＢＲ層１５では、例えば、ａ３が０．９となっており，ａ４が０．１となっており、低屈折率層１５Ａおよび高屈折率層１５Ｂのペア数がＤＢＲ層１１におけるペア数よりも多い２２ペアとなっている。
拡散領域１６は、活性層１３に注入する電流を狭窄する。拡散領域１６は、ＤＢＲ層１５の導電型（ｎ型）とは異なる導電型（ｐ型）の不純物拡散領域である。拡散領域１６は、活性層１３に注入する電流を狭窄するための開口部を有している。拡散領域１６の開口部の径ｄ１は、例えば、６．６μｍ、８．８μｍ、または、１４．４μｍとなっている。拡散領域１６は、例えば、円環状となっている。拡散領域１６は、例えば、図２に示したように、複数の層状の拡散部１６Ａを含んで構成されている。拡散部１６Ａは、低屈折率層１５Ａの端部に形成されており、例えば、円環状となっている。拡散領域１６は、ＤＢＲ層１５内の全ての低屈折率層１５Ａに設けられており、櫛歯状となっている。拡散領域１６は、ＤＢＲ層１５に対する不純物拡散によって、ＤＢＲ層１５内の全ての低屈折率層１５Ａに形成されている。拡散領域１６と活性層１３との間には、ＤＢＲ層１５内で活性層１３寄りの１または複数の高屈折率層１５Ｂが形成されている。
電極層１７，１８は、面発光レーザ１の外部端子としての役割を有している。電極層１７は、基板１０と電気的に接続されている。電極層１７は、例えば、基板１０の上面であって、かつメサ部２０ｂのすそ野に相当する箇所に接して形成されている。電極層１７は、例えば、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）を基板１０側からこの順に積層して構成されている。電極層１８は、少なくとも拡散領域１６の開口部と対向する箇所に設けられており、メサ部２０ａの上面に接して形成されている。電極層１８は、例えば、円形状となっている。電極層１８は、例えば、例えば、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金，ニッケル（Ｎｉ）および金（Ａｕ）をＤＢＲ層１５の上面側から順に積層した構造を有しており、ＤＢＲ層１５と電気的に接続されている。絶縁層２１は、絶縁材料によって形成されており、例えば、ＳｉＮ、またはＡｌ2Ｏ3によって形成されている。
[製造方法]
次に、本実施の形態に係る面発光レーザ１の製造方法について説明する。図３～図１２は、面発光レーザ１の製造手順の一例を表したものである。
面発光レーザ１を製造するためには、例えばｐ型ＧａＡｓからなる基板１０上に、化合物半導体を、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ：有機金属気相成長）法などのエピタキシャル結晶成長法により一括に形成する。この際、化合物半導体の原料としては、例えば、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）などのメチル系有機金属ガスと、アルシン(ＡｓＨ3)ガスを用い、ドナー不純物の原料としては、例えばジシラン（Ｓｉ2Ｈ6
）を用い、アクセプタ不純物の原料としては、例えばＣＢｒ４を用いる。
まず、基板１０の表面上に、例えばＭＯＣＶＤ法などのエピタキシャル結晶成長法により、ＤＢＲ層１１、スペーサ層１２、活性層１３、スペーサ層１４およびＤＢＲ層１５を含む半導体積層構造を形成する（図３）。つまり、活性層１３とＤＢＲ層１５との間に、スペーサ層１４を形成する。次に、例えば、円形状のレジスト層（図示せず）を形成したのち、このレジスト層をマスクとして、ＤＢＲ層１５を選択的にエッチングするとともに、活性層１３に達しない深さまで半導体積層構造をエッチングする。このとき、例えばＣｌ系ガスによるＲＩＥ（Reactive Ion Etching）を用いることが好ましい。このようにして、例えば、図４に示したように、半導体積層構造におけるＤＢＲ層１５側の箇所に、ＤＢＲ層１５を含むとともに活性層１３を含まないメサ部２０ａを形成する。このとき、スペーサ層１４を含まないようにメサ部２０ａを形成する。続いて、メサ部２０ａの表面を含む表面に、円形状のレジスト層（図示せず）を形成したのち、このレジスト層をマスクとして、ＤＢＲ層１１、スペーサ層１２、活性層１３およびスペーサ層１４を選択的にエッチングする。このとき、例えばＣｌ系ガスによるＲＩＥを用いることが好ましい。このようにして、例えば、図４に示したように、活性層１３を含むメサ部２０ｂを形成する。
次に、メサ部２０ａ（例えばＤＢＲ層１５）の上面に接する電極層１８と、基板１０の上面であって、かつメサ部２０ｂのすそ野に相当する箇所に接する電極層１７とを形成する（図５）。その後、メサ部２０ａ，２０ｂおよび電極層１７，１８を覆う絶縁層２１ａを形成する（図６）。続いて、ウエットエッチングなどの等方性エッチングにより、絶縁層２１ａに対して開口２１Ｈを形成する（図７、図８）。具体的には、絶縁層２１ａのうち、膜厚の相対的に薄い箇所である、メサ部２０ａの側面に開口２１Ｈを形成する。このとき、ＤＢＲ層１５内で活性層１３寄りの１または複数の高屈折率層１５Ｂの端面が開口２１Ｈ内に露出しないように開口２１Ｈを形成してもよい（図８）。
このようにして、メサ部２０ａの側面に開口２１Ｈを有する絶縁層２１ａを形成した後、メサ部２０ａの側面からの不純物拡散によって、メサ部２０ａの外縁に、ＤＢＲ層１５の導電型（ｎ型）とは異なる導電型（ｐ型）の環状の拡散領域１６を形成する（図９、図１０、図１１）。具体的には、気相拡散により、開口２１Ｈを介した不純物拡散によって拡散領域１６を形成する。このとき、ＤＢＲ層１５の導電型（ｎ型）とは異なる導電型（ｐ型）の不純物として、例えばＺｎを拡散させることにより、拡散領域１６を形成する。
ここで、低屈折率層１５Ａは、高屈折率層１５ＢよりもＡｌ組成比が相対的に高い半導体層である。そのため、開口２１Ｈ内に露出する低屈折率層１５Ａおよび高屈折率層１５Ｂのうち、Ａｌ組成比が相対的に高い低屈折率層１５Ａの方が、高屈折率層１５Ｂよりも拡散速度が相対的に早い。その結果、低屈折率層１５Ａに対して優先的にｐ型の不純物が拡散され、拡散領域１６を櫛歯状に形成する（図１０）。
このとき、スペーサ層１４は、高屈折率層１５Ｂと同様、低屈折率層１５ＡよりもＡｌ組成比が相対的に低い半導体層である。そのため、スペーサ層１４が、気相拡散のストップ層として作用する。また、ＤＢＲ層１５に含まれる複数の高屈折率層１５Ｂのうち、最も活性層１３に近い層も、気相拡散のストップ層として作用する。従って、気相拡散が活性層１３にまで到達することがない。
次に、開口２１Ｈを埋めるようにして絶縁層を形成することにより、絶縁層２１を形成する（図１２）。続いて、絶縁層２１のうち、電極層１７，１８と対向する箇所に開口を設け、さらに、必要に応じて、ＡＲ層１９を形成する（図１）。このようにして、面発光レーザ１が製造される。
[動作]
このような構成の面発光レーザ１では、ＤＢＲ層１１と電気的に接続された電極層１７と、ＤＢＲ層１５と電気的に接続された電極層１８との間に所定の電圧が印加されると、拡散領域１６で狭窄された電流が活性層１３に注入され、これにより電子と正孔の再結合による発光が生じる。その結果、垂直共振器により、発振波長λ0でレーザ発振が生じる。そして、ＤＢＲ層１１から漏れ出た光がビーム状のレーザ光Ｌとなって光出射面１Ｓから外部に出力される。
[効果]
次に、本実施の形態に係る面発光レーザ１の効果について、比較例と参考にしつつ説明する。
図１３は、実施例に係る面発光レーザ１のＦＦＰ、Ｉ－Ｌ特性の一例を表したものである。図１３の上段には、拡散領域１６の開口部の径ｄ１が１４．４μｍのときのシミュレーション結果が示されており、図１３の下段には、拡散領域１６の開口部の径ｄ１が８．８μｍのときのシミュレーション結果が示されている。図１３の右側には、Ｉ－Ｌ特性が示されており、図１３の左側には、ＦＦＰが示されている。
図１４は、比較例に係る面発光レーザのＦＦＰ、Ｉ－Ｌ特性の一例を表したものである。比較例では、酸化狭窄層によって電流が狭窄される。図１４の上段には、酸化狭窄径が９μｍのときの結果が示されており、図１４の下段には、酸化狭窄径が６．０μｍのときの結果が示されている。図１４の右側には、Ｉ－Ｌ特性が示されており、図１４の左側には、ＦＦＰが示されている。
図１３から、実施例に係る面発光レーザ１では、拡散領域１６の開口部の径ｄ１が８．８μｍのとき、高次モードが抑制され、基本モード動作となっていることがわかる。また、拡散領域１６の開口部の径ｄ１が１４．４μｍと大きくなった場合であっても、低電流時には、高次モードが抑制され、基本モード動作となっていることがわかる。
一方、図１４から、比較例に係る面発光レーザでは、酸化狭窄径が６．０μｍのときには、高次モードが抑制され、基本モード動作となっていることがわかる。しかし、酸化狭窄径が８．８μｍと大きくなった場合には、高次モードが支配的となっていることがわかる。
結果に、このような相違が生じたのは、メサ内の径方向の屈折率分布に原因がある。比較例に係る面発光レーザでは、酸化部分と未酸化部分との屈折率差が大きいので、酸化狭窄径を大きくすると、高次モードが支配的になってしまう。つまり、比較例に係る面発光レーザでは、高次モードを抑制するためには、酸化狭窄径を小さくする必要がある。しかし、そのようにした場合には、酸化狭窄径の小ささが、高出力化の妨げとなる。一方、実施例に係る面発光レーザ１では、拡散領域１６と拡散領域１６の開口部との屈折率差は、比較例のときの屈折率差と比べて非常に小さい。そのため、実施例に係る面発光レーザ１では、電流狭窄径（拡散領域１６の開口部の径ｄ１）を大きくした場合であっても、高次モードが抑制され、基本モード動作が支配的となるので、比較例に係る面発光レーザと比べて高出力化が可能である。
図１５は、実施例、比較例に係る面発光レーザの電流分布の一例を表したものである。図１５には、活性層位置での電流密度のミュレーション結果が示されている。図１５から、実施例では、比較例のような狭窄端での電流集中が生じていないことがわかる。従って、実施例では、比較例と比べて、電流集中に起因する欠陥増殖の加速が抑えられる。
図１６は、気相拡散を用いて拡散領域１６を形成したときと、イオンインプランテーションを用いて、拡散領域１６に対応するものを形成したときの不純物濃度分布の一例を表したものである。なお、イオンインプランテーションでは、メサ形成前に、メサ内部およびメサ外部に相当する部分にイオンインプランテーションを行う必要がある。そのため、図１６には、メサ内部およびメサ外部の双方の不純物濃度が示されている。また、図１６には、深さ３μｍ、幅約３μｍの領域にイオンインプランテーションを行ったときの結果が例示されている。また、図１６には、気相拡散を１分、２分、５分および１０分、行ったときの結果が例示されている。図１６では、イオンインプランテーションおよび気相拡散ともに不純物濃度のピーク値が１×１０19ｃｍ-3となっている。
図１６から、気相拡散の方が、イオンインプランテーションと比べて、不純物濃度勾配が急峻となっていることがわかる。また、図１６から、気相拡散の時間を制御することにより、精密に不純物濃度分布を制御することができることもわかる。このことから、気相拡散の方が、イオンインプランテーションよりも、電流狭窄径の制御をし易いことがわかる。
本実施の形態に係る面発光レーザ１では、メサ部２０ａの外縁に、ＤＢＲ層１５の導電型（ｎ型）とは異なる導電型（ｐ型）の環状の拡散領域１６が形成されている。ここで、拡散領域１６では、酸化狭窄のような高い屈折率差は生じない。そのため、電流狭窄径を大きくした場合であっても高次モードは生じ難い。また、拡散領域１６では、酸化狭窄のような狭窄端での電流集中は生じない。そのため、欠陥増殖の加速が抑えられる。従って、高次モードの抑制と高出力化を両立させつつ、信頼性を向上させることができる。
本実施の形態に係る面発光レーザ１では、拡散領域１６は、ＤＢＲ層１５内の全ての低屈折率層１５Ａに設けられており、櫛歯状となっている。これにより、電流狭窄がＤＢＲ層１５内で厚さ方向において局所的にならないので、信頼性を向上させることができる。
本実施の形態に係る面発光レーザ１では、拡散領域１６と活性層１３との間に、ＤＢＲ層１５内で活性層１３寄りの高屈折率層１５Ｂが形成されている。これにより、その高屈折率層１５Ｂが気相拡散のストップ層として作用する。その結果、気相拡散が活性層１３にまで到達することがないので、拡散領域１６と活性層１３との電気的な短絡を防止することができる。
本実施の形態に係る面発光レーザ１では、拡散領域１６と活性層１３との間に、スペーサ層１４が形成されている。これにより、スペーサ層１４が気相拡散のストップ層として作用する。その結果、気相拡散が活性層１３にまで到達することがないので、拡散領域１６と活性層１３との電気的な短絡を防止することができる。
本実施の形態に係る面発光レーザ１では、低屈折率層１５ＡにおけるＡｌa3Ｇａ1-a3ＡｓのＡｌ組成比ａ３が、高屈折率層１５ＢにおけるＡｌa4Ｇａ1-a4ＡｓのＡｌ組成比ａ４よりも大きくなっている。これにより、気相拡散時に、開口２１Ｈ内に露出する低屈折率層１５Ａおよび高屈折率層１５Ｂのうち、Ａｌ組成比が相対的に高い低屈折率層１５Ａの方が、高屈折率層１５Ｂよりも拡散速度が相対的に早くなる。その結果、低屈折率層１５Ａに対して優先的にｐ型の不純物が拡散され、拡散領域１６が櫛歯状となる。このとき、拡散領域１６の積層方向の厚さは、開口２１Ｈ内に露出する低屈折率層１５Ａの数で制御することが可能である。従って、拡散領域１６の、活性層１３からの距離を精度よく制御することができる。
本実施の形態に係る面発光レーザ１では、ＤＢＲ層１５がｎ型導電型となっており、拡散領域１６がｐ型導電型となっている。ｎ型導電型の半導体層に対してｐ型導電型の不純物を拡散させることは、非常に容易である。従って、ＤＢＲ層１５内に拡散領域１６を容易に形成することができる。
本実施の形態に係る面発光レーザ１の製造方法では、半導体積層構造におけるＤＢＲ層１５側の箇所に、ＤＢＲ層１５を含むとともに活性層１３を含まないメサ部２０ａが形成された後、メサ部２０ａの側面からの不純物拡散によって、メサ部２０ａの外縁に、ｐ型の環状の拡散領域１６が形成される。ここで、拡散領域１６では、酸化狭窄のような高い屈折率差は生じない。そのため、電流狭窄径を大きくした場合であっても高次モードは生じ難い。また、拡散領域１６では、酸化狭窄のような狭窄端での電流集中は生じない。そのため、欠陥増殖の加速が抑えられる。従って、高次モードの抑制と高出力化を両立させつつ、信頼性を向上させることができる。
本実施の形態に係る面発光レーザ１の製造方法では、メサ部２０ａの側面に開口２１Ｈを有する絶縁層２１ａが形成された後、開口２１Ｈを介した不純物拡散によって拡散領域１６が形成される。これにより、ＤＢＲ層１５のうち、開口２１Ｈ内に露出している箇所に選択的に気相拡散を行うことができる。従って、拡散領域１６の、活性層１３からの距離を精度よく制御することができる。
本実施の形態に係る面発光レーザ１の製造方法では、等方性エッチングにより、絶縁層２１ａに対して開口２１Ｈが形成される。このように、簡易な方法で、絶縁層２１ａのうち、ＤＢＲ層１５の側面と対向する箇所に開口２１Ｈを形成することができるので、簡易な方法で、拡散領域１６を形成することができる。
本実施の形態に係る面発光レーザ１の製造方法では、絶縁層２１ａを形成した後、開口２１Ｈ内に露出した各低屈折率層１５Ａへの不純物拡散によって、拡散領域１６が櫛歯状に形成される。このとき、拡散領域１６の積層方向の厚さは、開口２１Ｈ内に露出する低屈折率層１５Ａの数で制御することが可能である。従って、拡散領域１６の、活性層１３からの距離を精度よく制御することができる。
本実施の形態に係る面発光レーザ１の製造方法では、ＤＢＲ層１５内で活性層１３寄りの１または複数の高屈折率層１５Ｂの端面が開口２１Ｈ内に露出しないように開口２１Ｈが形成された後、不純物拡散によって拡散領域１６が形成される。これにより、その高屈折率層１５Ｂが気相拡散のストップ層として作用する。その結果、気相拡散が活性層１３にまで到達することがないので、拡散領域１６と活性層１３との電気的な短絡を防止することができる。
本実施の形態に係る面発光レーザ１の製造方法では、拡散領域１６と活性層１３との間にスペーサ層１４が形成され、スペーサ層１４を含まないようにメサ部２０ａが形成される。これにより、スペーサ層１４が気相拡散のストップ層として作用する。その結果、気相拡散が活性層１３にまで到達することがないので、拡散領域１６と活性層１３との電気的な短絡を防止することができる。
本実施の形態に係る面発光レーザ１の製造方法では、低屈折率層１５ＡにおけるＡｌa3Ｇａ1-a3ＡｓのＡｌ組成比ａ３が、高屈折率層１５ＢにおけるＡｌa4Ｇａ1-a4ＡｓのＡｌ組成比ａ４よりも大きくなっている。これにより、気相拡散時に、開口２１Ｈ内に露出する低屈折率層１５Ａおよび高屈折率層１５Ｂのうち、Ａｌ組成比が相対的に高い低屈折率層１５Ａの方が、高屈折率層１５Ｂよりも拡散速度が相対的に早くなる。その結果、低屈折率層１５Ａに対して優先的にｐ型の不純物が拡散され、拡散領域１６が櫛歯状となる。このとき、拡散領域１６の積層方向の厚さは、開口２１Ｈ内に露出する低屈折率層１５Ａの数で制御することが可能である。従って、拡散領域１６の、活性層１３からの距離を精度よく制御することができる。
本実施の形態に係る面発光レーザ１の製造方法では、ＤＢＲ層１５がｎ型導電型となっており、拡散領域１６がｐ型導電型となっている。ｎ型導電型の半導体層に対してｐ型導電型の不純物を拡散させることは、非常に容易である。従って、ＤＢＲ層１５内に拡散領域１６を容易に形成することができる。
＜２．第２の実施の形態＞
[構成]
次に、本開示の第２の実施の形態に係る面発光レーザ２について説明する。図１７は、面発光レーザ２の断面構成例を表したものである。
面発光レーザ２は、高出力かつ安定した光強度分布が求められるセンサ用の光源などに好適に適用可能な裏面出射型のレーザである。センサ用の光源は、例えば、物体検知、物体認識、暗視（人に感知されるに撮像すること）、測距などに使用される。センサ用の光源の応用範囲は、例えば、自動車衝突防止センサ、スマートフォンの顔認証、監視、セキュリティ、軍事など、多岐に渡っている。
面発光レーザ２は、基板３０上に垂直共振器を備えている。垂直共振器は、基板３０の法線方向において互いに対向する２つのＤＢＲ層３１，３５によって発振波長λ0で発振するように構成されている。ＤＢＲ層３１は、本開示の「第１ＤＢＲ層」の一具体例に相当する。ＤＢＲ層３５は、本開示の「第２ＤＢＲ層」の一具体例に相当する。ＤＢＲ層３１は、例えば、基板３０の上面に接して形成されている。ＤＢＲ層３５は、例えば、ＤＢＲ層３１と比べて基板３０から相対的に離れた位置（つまり、後述の光出射面２Ｓ寄りの位置）に形成されている。面発光レーザ２は、ＤＢＲ層３５側からレーザ光Ｌが出射されるように構成されている。従って、面発光レーザ２は、上面に光出射面２Ｓを有する上面出射型のレーザである。
面発光レーザ２は、基板３０上に、ＤＢＲ層３１、スペーサ層３２、活性層３３、スペーサ層３４、ＤＢＲ層３５およびコンタクト層４１を基板３０側からこの順に含む半導体積層構造を備えている。スペーサ層３４は、本開示の「第３半導体層」の一具体例に相当する。半導体積層構造は、ＤＢＲ層３５側に、ＤＢＲ層３５を含むとともに活性層３３を含まない柱状のメサ部３０ａを有し、さらに、メサ部３０ａの外縁に環状の拡散領域３６を有している。
面発光レーザ２は、さらに、半導体積層構造に電流を注入するための電極層３７，３８を有している。電極層３７は、例えば、基板３０の裏面に接して形成されており、基板３０の裏面のうち、拡散領域３６の開口部と対向する箇所に接して形成されている。電極層３８は、例えば、メサ部３０ａ（例えばＤＢＲ層３５）の上面に接して形成されている。電極層３８は、メサ部３０ａ（例えばＤＢＲ層３５）の上面のうち、拡散領域３６の開口部と対向する箇所内に開口を有している。電極層３８により遮光の影響を考慮すると、電極層３８の開口径ｄ１は、拡散領域３６の開口径ｄ２と等しいか、または、それよりも大きくなっていることが好ましい。メサ部３０ａ（例えばＤＢＲ層３５）の上面のうち、電極層３８の開口と対向する箇所が光出射面２Ｓとなっている。面発光レーザ２は、さらに、メサ部３０ａを覆う絶縁層３９を備えている。電極層３７，３８は、絶縁層３９に被覆されておらず、外部に露出している。
基板３０は、半導体積層構造をエピタキシャル結晶成長させる際に用いられた結晶成長基板である。基板３０および半導体積層構造は、例えば、ＧａＡｓ系半導体によって構成されている。
基板３０は、活性層３３から発せられる光に対して光透過性を有する基板であり、例えば、ｐ型ＧａＡｓ基板である。ｐ型ＧａＡｓ基板には、ｐ型不純物として、例えば、亜鉛（Ｚｎ）、炭素（Ｃ）、マグネシウム（Ｍｇ）、またはベリリウム（Ｂｅ）などが含まれている。ＤＢＲ層３１は、ｐ型のＤＢＲ層である。ＤＢＲ層３１は、例えば、低屈折率層および高屈折率層を交互に積層して構成された多層膜反射鏡である。低屈折率層は、例えば、光学厚さがλ0／４のｐ型Ａｌa1Ｇａ1-a1Ａｓ（０＜ａ１＜１）からなる。発振波長
λ0は、例えば、９４０ｎｍとなっている。高屈折率層は、例えば、光学厚さがλ0／４のｐ型Ａｌa2Ｇａ1-a2Ａｓ（０≦ａ２＜ａ１）からなる。低屈折率層は、高屈折率層よりもＡｌ（アルミニウム）組成比の高い材料により構成されている。ＤＢＲ層３１には、ｐ型不純物として、例えば、亜鉛（Ｚｎ）、炭素（Ｃ）、マグネシウム（Ｍｇ）、またはベリリウム（Ｂｅ）などが含まれている。ＤＢＲ層３１では、例えば、ａ１が０．９となっており，ａ２が０．１となっており、低屈折率層および高屈折率層のペア数が２２ペアとなっている。
活性層３３は、発振波長λ0や用途に合わせて設計される。活性層３３は、例えば、井戸層およびバリア層が交互に積層された積層体を有している。井戸層は、例えば、厚さ５ｎｍのＩｎ0.05Ｇａ0.95Ａｓからなる。バリア層は、例えば、厚さ５ｎｍのＡｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓからなる。スペーサ層３２は、例えば、ｐ型ＧａＡｓからなる。スペーサ層３２には、ｐ型不純物として、例えば、亜鉛（Ｚｎ）、炭素（Ｃ）、マグネシウム（Ｍｇ）、またはベリリウム（Ｂｅ）などが含まれている。スペーサ層３４は、活性層３３とＤＢＲ層３５との間に形成されており、より具体的には、拡散領域３６と活性層３３との間に形成されている。スペーサ層３４は、Ａｌ組成比が後述の低屈折率層３５Ａよりも小さい半導体層からなり、例えば、ｎ型ＧａＡｓからなる。スペーサ層３４には、ｎ型不純物として、例えば、シリコン（Ｓｉ）などが含まれている。スペーサ層３２、活性層３３およびスペーサ層３４の合計の光学厚さは、例えば、発振波長λ0と等しい厚さなっている。活性層３３のうち、拡散領域３６の開口部と対向する領域が、面発光レーザ２に電流が注入されたときに発光領域となる。
ＤＢＲ層３５は、ｎ型のＤＢＲ層である。ＤＢＲ層３５は、例えば、図１８に示したように、低屈折率層３５Ａおよび高屈折率層３５Ｂを交互に積層して構成された多層膜反射鏡である。低屈折率層３５Ａは、本開示の「第１半導体層」の一具体例に相当する。高屈折率層３５Ｂは、本開示の「第２半導体層」の一具体例に相当する。低屈折率層３５Ａは、高屈折率層３５ＢよりもＡｌ組成比が相対的に高い半導体層である。低屈折率層３５Ａは、例えば、光学厚さがλ0／４のｎ型Ａｌa3Ｇａ1-a3Ａｓ（０＜ａ３＜１）からなる。
高屈折率層３５Ｂは、低屈折率層３５ＡよりもＡｌ組成比が相対的に低い半導体層である。高屈折率層３５Ｂは、例えば、光学厚さがλ0／４のｎ型Ａｌa4Ｇａ1-a4Ａｓ（０≦ａ４＜ａ３）からなる。低屈折率層３５Ａは、高屈折率層３５ＢよりもＡｌ（アルミニウム）組成比の高い材料により構成されている。低屈折率層３５ＡにおけるＡｌa3Ｇａ1-a3ＡｓのＡｌ組成比が、高屈折率層３５ＢにおけるＡｌa4Ｇａ1-a4ＡｓのＡｌ組成比よりも大きい。ＤＢＲ層３５には、ｎ型不純物として、例えば、シリコン（Ｓｉ）などが含まれている。ＤＢＲ層３５では、例えば、ａ３が０．９となっており，ａ４が０．１となっており、低屈折率層３５Ａおよび高屈折率層３５Ｂのペア数がＤＢＲ層３１におけるペア数よりも少ない２０ペアとなっている。
拡散領域３６は、活性層３３に注入する電流を狭窄する。拡散領域３６は、ＤＢＲ層３５の導電型（ｎ型）とは異なる導電型（ｐ型）の不純物拡散領域である。拡散領域３６は、活性層３３に注入する電流を狭窄するための開口部を有している。拡散領域３６の開口部の径ｄ２は、例えば、６．６μｍ、８．８μｍ、または、１４．４μｍとなっている。拡散領域３６は、例えば、円環状となっている。拡散領域３６は、例えば、図１８に示したように、複数の層状の拡散部３６Ａを含んで構成されている。拡散部３６Ａは、低屈折率層３５Ａの端部に形成されており、例えば、円環状となっている。拡散領域３６は、ＤＢＲ層３５内の全ての低屈折率層３５Ａに設けられており、櫛歯状となっている。拡散領域３６は、ＤＢＲ層３５に対する不純物拡散によって、ＤＢＲ層３５内の全ての低屈折率層３５Ａに形成されている。拡散領域３６と活性層３３との間には、ＤＢＲ層３５内で活性層３３寄りの１または複数の高屈折率層３５Ｂが形成されている。
コンタクト層４１は、ＤＢＲ層３５と、電極層３８とを互いに電気的に接続するとともに、メサ部３０ａ内における電流経路を確保するためのものである。コンタクト層４１は、ＤＢＲ層３５（拡散領域３６）と、電極層３８との間に設けられている。コンタクト層４１は、例えば、高屈折率層３５Ｂと同様、低屈折率層３５ＡよりもＡｌ組成比が相対的に低い半導体層である。コンタクト層４１は、例えば、厚さが０．３μｍのｎ型Ａｌa5Ｇａ1-a5Ａｓ（０≦ａ５＜ａ３）からなる。
電極層３７，３８は、面発光レーザ２の外部端子としての役割を有している。電極層３７は、基板３０と電気的に接続されている。電極層３７は、少なくとも拡散領域３６の開口部と対向する箇所に設けられており、基板３０の裏面に接して形成されている。電極層３７は、例えば、円形状となっている。電極層３７は、例えば、チタン（Ｔｉ），白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）を基板３０側からこの順に積層して構成されている。電極層３８は、メサ部３０ａの上面に接して形成されている。電極層３８は、少なくとも拡散領域３６の開口部と対向する箇所に開口部を有する環形状となっている。電極層３８は、例えば、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金，ニッケル（Ｎｉ）および金（Ａｕ）をＤＢＲ層３５の上面側から順に積層した構造を有しており、ＤＢＲ層３５と電気的に接続されている。絶縁層３９は、絶縁材料によって形成されており、例えば、ＳｉＮ、またはＡｌ2Ｏ3によって形成されている。
[製造方法]
次に、本実施の形態に係る面発光レーザ２の製造方法について説明する。
面発光レーザ２を製造するためには、例えばｐ型ＧａＡｓからなる基板３０上に、化合物半導体を、例えばＭＯＣＶＤ法などのエピタキシャル結晶成長法により一括に形成する。
まず、基板３０の表面上に、例えばＭＯＣＶＤ法などのエピタキシャル結晶成長法により、ＤＢＲ層３１、スペーサ層３２、活性層３３、スペーサ層３４、ＤＢＲ層３５およびコンタクト層４１を含む半導体積層構造を形成する。次に、例えば、円形状のレジスト層を形成したのち、このレジスト層をマスクとして、コンタクト層４１およびＤＢＲ層３５を選択的にエッチングするとともに、活性層３３に達しない深さまで半導体積層構造をエッチングする。このとき、例えばＣｌ系ガスによるＲＩＥを用いることが好ましい。このようにして、コンタクト層４１およびＤＢＲ層３５を含むとともに活性層３３を含まないメサ部３０ａを形成する。このとき、スペーサ層３４を含まないようにメサ部３０ａを形成する。
次に、メサ部３０ａ（例えばコンタクト層４１）の上面に接する電極層３８と、基板３０の裏面に接する電極層３７とを形成する。その後、メサ部３０ａおよび電極層３８を覆う絶縁層３９ａを形成し、続いて、ウエットエッチングなどの等方性エッチングにより、絶縁層３９ａに対して開口３９Ｈを形成する（図１９）。具体的には、絶縁層３９ａのうち、膜厚の相対的に薄い箇所である、メサ部３０ａの側面に開口３９Ｈを形成する。このとき、ＤＢＲ層３５内で活性層３３寄りの１または複数の高屈折率層３５Ｂの端面が開口３９Ｈ内に露出しないように開口３９Ｈを形成してもよい（図１９）。
このようにして、メサ部３０ａの側面に開口３９Ｈを有する絶縁層３９ａを形成した後、メサ部３０ａの側面からの不純物拡散によって、メサ部３０ａの外縁に、ＤＢＲ層３５の導電型（ｎ型）とは異なる導電型（ｐ型）の環状の拡散領域３６を形成する（図２０）。具体的には、気相拡散により、開口３９Ｈを介した不純物拡散によって拡散領域３６を形成する。このとき、ＤＢＲ層１５の導電型（ｎ型）とは異なる導電型（ｐ型）の不純物として、例えばＺｎを拡散させることにより、拡散領域３６を形成する。
ここで、低屈折率層３５Ａは、高屈折率層３５ＢよりもＡｌ組成比が相対的に高い半導体層である。そのため、開口３９Ｈ内に露出する低屈折率層３５Ａおよび高屈折率層３５Ｂのうち、Ａｌ組成比が相対的に高い低屈折率層３５Ａの方が、高屈折率層３５Ｂよりも拡散速度が相対的に早い。その結果、低屈折率層３５Ａに対して優先的にｐ型の不純物が拡散され、拡散領域３６を櫛歯状に形成する（図２０）。
このとき、スペーサ層３４は、高屈折率層３５Ｂと同様、低屈折率層３５ＡよりもＡｌ組成比が相対的に低い半導体層である。そのため、スペーサ層３４が、気相拡散のストップ層として作用する。また、ＤＢＲ層３５に含まれる複数の高屈折率層３５Ｂのうち、最も活性層３３に近い層も、気相拡散のストップ層として作用する。従って、気相拡散が活性層３３にまで到達することがない。
次に、開口３９Ｈを埋めるようにして絶縁層を形成することにより、絶縁層３９を形成する。続いて、絶縁層３９のうち、電極層３８と対向する箇所に開口を設け、さらに、基板３０の裏面に電極層３７を形成する。このようにして、面発光レーザ２が製造される。
[動作]
このような構成の面発光レーザ２では、ＤＢＲ層３１と電気的に接続された電極層３７と、ＤＢＲ層３５と電気的に接続された電極層３８との間に所定の電圧が印加されると、拡散領域３６の開口部を通して活性層３３に電流が注入され、これにより電子と正孔の再結合による発光が生じる。その結果、垂直共振器により、発振波長λ0でレーザ発振が生じる。そして、ＤＢＲ層３５から漏れ出た光がビーム状のレーザ光Ｌとなって光出射面２Ｓから外部に出力される。
[効果]
次に、本実施の形態に係る面発光レーザ２の効果について説明する。
本実施の形態に係る面発光レーザ２では、メサ部３０ａの外縁に、ＤＢＲ層３５の導電型（ｎ型）とは異なる導電型（ｐ型）の環状の拡散領域３６が形成されている。ここで、拡散領域３６では、酸化狭窄のような高い屈折率差は生じない。そのため、電流狭窄径を大きくした場合であっても高次モードは生じ難い。また、拡散領域３６では、酸化狭窄のような狭窄端での電流集中は生じない。そのため、欠陥増殖の加速が抑えられる。従って、高次モードの抑制と高出力化を両立させつつ、信頼性を向上させることができる。
本実施の形態に係る面発光レーザ２では、拡散領域３６は、ＤＢＲ層３５内の全ての低屈折率層３５Ａに設けられており、櫛歯状となっている。これにより、電流狭窄がＤＢＲ層３５内で厚さ方向において局所的にならないので、信頼性を向上させることができる。
本実施の形態に係る面発光レーザ２では、拡散領域３６と活性層３３との間に、ＤＢＲ層３５内で活性層３３寄りの高屈折率層３５Ｂが形成されている。これにより、その高屈折率層３５Ｂが気相拡散のストップ層として作用する。その結果、気相拡散が活性層３３にまで到達することがないので、拡散領域３６と活性層３３との電気的な短絡を防止することができる。
本実施の形態に係る面発光レーザ２では、拡散領域３６と活性層３３との間に、スペーサ層３４が形成されている。これにより、スペーサ層３４が気相拡散のストップ層として作用する。その結果、気相拡散が活性層３３にまで到達することがないので、拡散領域３６と活性層３３との電気的な短絡を防止することができる。
本実施の形態に係る面発光レーザ２では、低屈折率層３５ＡにおけるＡｌa3Ｇａ1-a3ＡｓのＡｌ組成比ａ３が、高屈折率層３５ＢにおけるＡｌa4Ｇａ1-a4ＡｓのＡｌ組成比ａ４よりも大きくなっている。これにより、気相拡散時に、絶縁層の開口内に露出する低屈折率層３５Ａおよび高屈折率層３５Ｂのうち、Ａｌ組成比が相対的に高い低屈折率層３５Ａの方が、高屈折率層３５Ｂよりも拡散速度が相対的に早くなる。その結果、低屈折率層３５Ａに対して優先的にｐ型の不純物が拡散され、拡散領域３６が櫛歯状となる。このとき、拡散領域３６の積層方向の厚さは、絶縁層の開口内に露出する低屈折率層３５Ａの数で制御することが可能である。従って、拡散領域３６の、活性層３３からの距離を精度よく制御することができる。
本実施の形態に係る面発光レーザ２では、ＤＢＲ層３５がｎ型導電型となっており、拡散領域３６がｐ型導電型となっている。ｎ型導電型の半導体層に対してｐ型導電型の不純物を拡散させることは、非常に容易である。従って、ＤＢＲ層３５内に拡散領域３６を容易に形成することができる。
本実施の形態に係る面発光レーザ２の製造方法では、半導体積層構造におけるＤＢＲ層３５側の箇所に、ＤＢＲ層３５を含むとともに活性層３３を含まないメサ部３０ａが形成された後、メサ部３０ａの側面からの不純物拡散によって、メサ部３０ａの外縁に、ｐ型の環状の拡散領域３６が形成される。ここで、拡散領域３６では、酸化狭窄のような高い屈折率差は生じない。そのため、電流狭窄径を大きくした場合であっても高次モードは生じ難い。また、拡散領域３６では、酸化狭窄のような狭窄端での電流集中は生じない。そのため、欠陥増殖の加速が抑えられる。従って、高次モードの抑制と高出力化を両立させつつ、信頼性を向上させることができる。
本実施の形態に係る面発光レーザ２の製造方法では、メサ部３０ａの側面に開口３９Ｈを有する絶縁層３９ａが形成された後、開口３９Ｈを介した不純物拡散によって拡散領域３６が形成される。これにより、ＤＢＲ層３５のうち、開口３９Ｈ内に露出している箇所に選択的に気相拡散を行うことができる。従って、拡散領域３６の、活性層３３からの距離を精度よく制御することができる。
本実施の形態に係る面発光レーザ２の製造方法では、等方性エッチングにより、絶縁層３９ａに対して開口３９Ｈが形成される。このように、簡易な方法で、絶縁層３９ａのうち、ＤＢＲ層３５の側面と対向する箇所に開口３９Ｈを形成することができるので、簡易な方法で、拡散領域３６を形成することができる。
本実施の形態に係る面発光レーザ２の製造方法では、絶縁層３９ａを形成した後、開口３９Ｈ内に露出した各低屈折率層３５Ａへの不純物拡散によって、拡散領域３６が櫛歯状に形成される。このとき、拡散領域３６の積層方向の厚さは、開口３９Ｈ内に露出する低屈折率層３５Ａの数で制御することが可能である。従って、拡散領域３６の、活性層３３からの距離を精度よく制御することができる。
本実施の形態に係る面発光レーザ２の製造方法では、ＤＢＲ層３５内で活性層３３寄りの１または複数の高屈折率層３５Ｂの端面が開口３９Ｈ内に露出しないように開口３９Ｈが形成された後、不純物拡散によって拡散領域３６が形成される。これにより、その高屈折率層３５Ｂが気相拡散のストップ層として作用する。その結果、気相拡散が活性層３３にまで到達することがないので、拡散領域３６と活性層３３との短絡を防止することができる。
本実施の形態に係る面発光レーザ２の製造方法では、拡散領域３６と活性層３３との間にスペーサ層３４が形成され、スペーサ層３４を含まないようにメサ部３０ａが形成される。これにより、スペーサ層３４が気相拡散のストップ層として作用する。その結果、気相拡散が活性層３３にまで到達することがないので、拡散領域３６と活性層３３との短絡を防止することができる。
本実施の形態に係る面発光レーザ２の製造方法では、低屈折率層３５ＡにおけるＡｌa3Ｇａ1-a3ＡｓのＡｌ組成比ａ３が、高屈折率層３５ＢにおけるＡｌa4Ｇａ1-a4ＡｓのＡｌ組成比ａ４よりも大きくなっている。これにより、気相拡散時に、絶縁層３９ａ内の開口３９Ｈに露出する低屈折率層３５Ａおよび高屈折率層３５Ｂのうち、Ａｌ組成比が相対的に高い低屈折率層３５Ａの方が、高屈折率層３５Ｂよりも拡散速度が相対的に早くなる。その結果、低屈折率層３５Ａに対して優先的にｐ型の不純物が拡散され、拡散領域３６が櫛歯状となる。このとき、拡散領域３６の積層方向の厚さは、開口３９Ｈ内に露出する低屈折率層３５Ａの数で制御することが可能である。従って、拡散領域３６の、活性層３３からの距離を精度よく制御することができる。
本実施の形態に係る面発光レーザ２の製造方法では、ＤＢＲ層３５がｎ型導電型となっており、拡散領域３６がｐ型導電型となっている。ｎ型導電型の半導体層に対してｐ型導電型の不純物を拡散させることは、非常に容易である。従って、ＤＢＲ層３５内に拡散領域３６を容易に形成することができる。
以上、実施の形態およびその変形例を挙げて本開示を説明したが、本開示は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形が可能である。なお、本明細書中に記載された効果は、あくまで例示である。本開示の効果は、本明細書中に記載された効果に限定されるものではない。本開示が、本明細書中に記載された効果以外の効果を持っていてもよい。
また、例えば、本開示は以下のような構成を取ることができる。
（１）
基板上に、活性層と、前記活性層を挟み込む第１導電型の第１ＤＢＲ（distributed Bragg reflector）層および前記第１導電型とは異なる第２導電型の第２ＤＢＲ層とを含む半導体積層構造を形成する第１工程と、
前記半導体積層構造における前記第２ＤＢＲ層側の箇所に、前記第２ＤＢＲ層を含むとともに前記活性層を含まないメサ部を形成した後、前記メサ部の側面からの不純物拡散によって、前記メサ部の外縁に、前記第１導電型の環状の拡散領域を形成する第２工程と
を含む
面発光レーザの製造方法。
（２）
前記第２工程において、前記メサ部の側面に開口を有する絶縁層を形成した後、前記開口を介した前記不純物拡散によって前記拡散領域を形成する
（１）に記載の面発光レーザの製造方法。
（３）
前記第２工程において、等方性エッチングにより、前記絶縁層に対して前記開口を形成する
（２）に記載の面発光レーザの製造方法。
（４）
前記第２ＤＢＲ層は、Ａｌ組成比が相対的に大きい複数の第１半導体層と、Ａｌ組成比が相対的に小さい複数の第２半導体層とが交互に積層された多層膜反射鏡であり、
前記第２工程において、前記絶縁層を形成した後、前記開口内に露出した各前記第１半導体層への前記不純物拡散によって、前記拡散領域を櫛歯状に形成する
（２）または（３）に記載の面発光レーザの製造方法。
（５）
前記第２工程において、前記第２ＤＢＲ層内で前記活性層寄りの１または複数の前記第２半導体層の端面が前記開口内に露出しないように前記開口を形成した後、前記不純物拡散によって前記拡散領域を形成する
（４）に記載の面発光レーザの製造方法。
（６）
前記半導体積層構造は、前記活性層と前記第２ＤＢＲ層との間に、Ａｌ組成比が前記第１半導体層よりも小さい第３半導体層を有し、
前記第２工程において、前記第３半導体層を含まないように前記メサ部を形成する
（４）または（５）に記載の面発光レーザの製造方法。
（７）
前記第２ＤＢＲ層は、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ≦１）で構成され、
前記第１半導体層におけるＡｌxＧａ1-xＡｓのＡｌ組成比が、前記第２半導体層におけるＡｌxＧａ1-xＡｓのＡｌ組成比よりも大きい
（４）ないし（６）のいずれか１つに記載の面発光レーザの製造方法。
（８）
前記第１導電型がｐ型であり、前記第２導電型がｎ型である
（１）ないし（７）のいずれか１つに記載の面発光レーザの製造方法。
（９）
活性層と、前記活性層を挟み込む第１導電型の第１ＤＢＲ（distributed Bragg reflector）層および前記第１導電型とは異なる第２導電型の第２ＤＢＲ層とを含む半導体積層構造を備え、
前記半導体積層構造は、前記第２ＤＢＲ層側に、前記第２ＤＢＲ層を含むとともに前記活性層を含まないメサ部を有し、さらに、前記メサ部の外縁に前記第１導電型の環状の拡散領域を有する
面発光レーザ。
（１０）
前記第２ＤＢＲ層は、Ａｌ組成比が相対的に高い複数の第１半導体層と、Ａｌ組成比が相対的に低い複数の第２半導体層とが交互に積層された多層膜反射鏡であり、
前記拡散領域は、前記複数の第１半導体層のうちの全体もしくは一部の層に設けられており、櫛歯状となっている
（９）に記載の面発光レーザ。
（１１）
前記拡散領域と前記活性層との間に、前記第２ＤＢＲ層内で前記活性層寄りの１または複数の前記第２半導体層が形成されている
（１０）に記載の面発光レーザ。
（１２）
前記半導体積層構造は、前記活性層と前記第２ＤＢＲ層との間に、Ａｌ組成比が前記第１半導体層よりも小さい第３半導体層を有し、
前記拡散領域と前記活性層との間に、前記第３半導体層が形成されている
（１０）または（１１）に記載の面発光レーザ。
（１３）
前記第２ＤＢＲ層は、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ≦１）からなり、
前記第１半導体層におけるＡｌxＧａ1-xＡｓのＡｌ組成比が、前記第２半導体層におけるＡｌxＧａ1-xＡｓのＡｌ組成比よりも大きい
（１０）ないし（１２）のいずれか１つに記載の面発光レーザ。
（１４）
前記第１導電型がｐ型であり、前記第２導電型がｎ型である
（９）ないし（１３）のいずれか１つに記載の面発光レーザ。
本開示の一実施形態に係る面発光レーザの製造方法によれば、メサ部の側面からの不純物拡散によって、メサ部の外縁に、第２ＤＢＲ層の導電型とは異なる導電型の環状の拡散領域を形成するようにしたので、高次モードの抑制と高出力化を両立させつつ、信頼性を向上させることができる。
本開示の一実施形態に係る面発光レーザによれば、メサ部の外縁に、第２ＤＢＲ層の導電型とは異なる導電型の環状の拡散領域を形成するようにしたので、高次モードの抑制と高出力化を両立させつつ、信頼性を向上させることができる。
なお、本開示の効果は、ここに記載された効果に必ずしも限定されず、本明細書中に記載されたいずれの効果であってもよい。
本出願は、日本国特許庁において２０１８年７月２０日に出願された日本特許出願番号第２０１８－１３６３８８号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願のすべての内容を参照によって本出願に援用する。
当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。

Claims (14)

  1. 基板上に、活性層と、前記活性層を挟み込む第１導電型の第１ＤＢＲ（distributed Bragg reflector）層および前記第１導電型とは異なる第２導電型の第２ＤＢＲ層とを含む半導体積層構造を形成する第１工程と、
    前記半導体積層構造における前記第２ＤＢＲ層側の箇所に、前記第２ＤＢＲ層を含むとともに前記活性層を含まないメサ部を形成した後、前記メサ部の側面からの不純物拡散によって、前記メサ部の外縁に、前記第１導電型の環状の拡散領域を形成する第２工程と
    を含む
    面発光レーザの製造方法。
  2. 前記第２工程において、前記メサ部の側面に開口を有する絶縁層を形成した後、前記開口を介した前記不純物拡散によって前記拡散領域を形成する
    請求項１に記載の面発光レーザの製造方法。
  3. 前記第２工程において、等方性エッチングにより、前記絶縁層に対して前記開口を形成する
    請求項２に記載の面発光レーザの製造方法。
  4. 前記第２ＤＢＲ層は、Ａｌ組成比が相対的に大きい複数の第１半導体層と、Ａｌ組成比が相対的に小さい複数の第２半導体層とが交互に積層された多層膜反射鏡であり、
    前記第２工程において、前記絶縁層を形成した後、前記開口内に露出した各前記第１半導体層への前記不純物拡散によって、前記拡散領域を櫛歯状に形成する
    請求項２に記載の面発光レーザの製造方法。
  5. 前記第２工程において、前記第２ＤＢＲ層内で前記活性層寄りの１または複数の前記第２半導体層の端面が前記開口内に露出しないように前記開口を形成した後、前記不純物拡散によって前記拡散領域を形成する
    請求項４に記載の面発光レーザの製造方法。
  6. 前記半導体積層構造は、前記活性層と前記第２ＤＢＲ層との間に、Ａｌ組成比が前記第１半導体層よりも小さい第３半導体層を有し、
    前記第２工程において、前記第３半導体層を含まないように前記メサ部を形成する
    請求項４に記載の面発光レーザの製造方法。
  7. 前記第２ＤＢＲ層は、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ≦１）で構成され、
    前記第１半導体層におけるＡｌxＧａ1-xＡｓのＡｌ組成比が、前記第２半導体層におけるＡｌxＧａ1-xＡｓのＡｌ組成比よりも大きい
    請求項４に記載の面発光レーザの製造方法。
  8. 前記第１導電型がｐ型であり、前記第２導電型がｎ型である
    請求項１に記載の面発光レーザの製造方法。
  9. 活性層と、前記活性層を挟み込む第１導電型の第１ＤＢＲ（distributed Bragg reflector）層および前記第１導電型とは異なる第２導電型の第２ＤＢＲ層とを含む半導体積層構造を備え、
    前記半導体積層構造は、前記第２ＤＢＲ層側に、前記第２ＤＢＲ層を含むとともに前記活性層を含まないメサ部を有し、さらに、前記メサ部の外縁に前記第１導電型の環状の拡散領域を有する
    面発光レーザ。
  10. 前記第２ＤＢＲ層は、Ａｌ組成比が相対的に高い複数の第１半導体層と、Ａｌ組成比が相対的に低い複数の第２半導体層とが交互に積層された多層膜反射鏡であり、
    前記拡散領域は、前記複数の第１半導体層のうちの全体もしくは一部の層に設けられており、櫛歯状となっている
    請求項９に記載の面発光レーザ。
  11. 前記拡散領域と前記活性層との間に、前記第２ＤＢＲ層内で前記活性層寄りの１または複数の前記第２半導体層が形成されている
    請求項１０に記載の面発光レーザ。
  12. 前記半導体積層構造は、前記活性層と前記第２ＤＢＲ層との間に、Ａｌ組成比が前記第１半導体層よりも小さい第３半導体層を有し、
    前記拡散領域と前記活性層との間に、前記第３半導体層が形成されている
    請求項１０に記載の面発光レーザ。
  13. 前記第２ＤＢＲ層は、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ≦１）からなり、
    前記第１半導体層におけるＡｌxＧａ1-xＡｓのＡｌ組成比が、前記第２半導体層におけるＡｌxＧａ1-xＡｓのＡｌ組成比よりも大きい
    請求項１０に記載の面発光レーザ。
  14. 前記第１導電型がｐ型であり、前記第２導電型がｎ型である
    請求項９に記載の面発光レーザ。
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