JPWO2018096850A1 - 面発光レーザおよび電子機器 - Google Patents
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Abstract
本開示の一実施形態に係る面発光レーザは、第２半導体層側から積層体内に注入された不純物によって形成された、開口部を有する電流狭窄領域と、開口部と対向する位置において積層体を挟み込む、第１半導体層側の第１ＤＢＲ層および第２半導体層側の第２ＤＢＲ層とを備えている。開口部において、第１ＤＢＲ層寄りの開口径が、第２ＤＢＲ層寄りの開口径よりも大きくなっている。
Description
本開示は、面発光レーザおよびそれを備えた電子機器に関する。
従来から、面発光レーザでは、電流狭窄に関する様々な技術が開示されている。
H.E.Shin, Electronics Letters,32,1287,1996
Japanese Journal of Applied Physics 52(2013) 08J G04
Phys. Status Solidi A,1-7(2016)/DOI 10.100 2/ pssa.201532759
ところで、面発光レーザでは、電流狭窄領域による光学ロスを少なくすることが望まれている。光学ロスを少なくすることにより、面発光レーザの閾値や発光効率を改善することができるからである。従って、電流狭窄領域による光学ロスの少ない面発光レーザおよびそれを備えた電子機器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は、積層体を備えている。積層体は、活性層と、活性層を挟み込む第１半導体層および第２半導体層とを含んでいる。この面発光レーザは、さらに、第２半導体層側から積層体内に注入された不純物によって形成された、開口部を有する電流狭窄領域と、開口部と対向する位置において積層体を挟み込む、第１半導体層側の第１ＤＢＲ（distributed Bragg reflector）層および第２半導体層側の第２ＤＢＲ層とを備えている。開口部において、第１ＤＢＲ層寄りの開口径が、第２ＤＢＲ層寄りの開口径よりも大きくなっている。
本開示の一実施形態に係る電子機器は、上記の面発光レーザを光源として備えている。
本開示の一実施形態に係る面発光レーザおよび電子機器では、電流狭窄領域の開口部において、第１ＤＢＲ層寄りの開口径が、第２ＤＢＲ層寄りの開口径よりも大きくなっている。これにより、電流狭窄領域の開口径が均一となっている場合や、第２ＤＢＲ層側から第１ＤＢＲ層側に向かうにつれて小さくなっている場合と比べて、電流注入領域よりも外側にしみ出した光が、電流狭窄領域に吸入され難くなる。
本開示の一実施形態に係る面発光レーザおよび電子機器によれば、電流注入領域よりも外側にしみ出した光が、電流狭窄領域に吸入され難くなるようにしたので、電流狭窄による光学ロスを少なくすることができる。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。
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（面発光レーザ）
ＥＬＯ(Epitaxial Lateral Overgrowth)法により、
第１ＤＢＲ層を埋め込む第１半導体層を形成した例
２．第２の実施の形態（面発光レーザ）
一般的なＭＯＣＶＤ(Metal Organic Chemical Vapor
Deposition)法により、第１ＤＢＲ層上に第１半導体層を形成した例
３．第３の実施の形態（面発光レーザ）
ＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)により、
基板を除去した上で第１ＤＢＲ層を形成した例
４．第４の実施の形態（面発光レーザ）
凹面鏡型の第１ＤＢＲ層を形成した例
５．各実施の形態に共通の変形例（面発光レーザ）
変形例Ａ：電流狭窄領域を３つの不純物領域で構成した例
変形例Ｂ：電流狭窄領域を逆テーパー状の不純物領域で構成した例
６．第５の実施の形態（光通信装置）
光通信装置の光源に上記各実施の形態の面発光レーザを用いた例
７．第６の実施の形態（印刷装置）
印刷装置の光源に上記各実施の形態の面発光レーザを用いた例
８．第７の実施の形態（情報再生記録装置）
情報再生記録装置の光源に上記各実施の形態の面発光レーザを
用いた例
１．第１の実施の形態（面発光レーザ）
ＥＬＯ(Epitaxial Lateral Overgrowth)法により、
第１ＤＢＲ層を埋め込む第１半導体層を形成した例
２．第２の実施の形態（面発光レーザ）
一般的なＭＯＣＶＤ(Metal Organic Chemical Vapor
Deposition)法により、第１ＤＢＲ層上に第１半導体層を形成した例
３．第３の実施の形態（面発光レーザ）
ＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)により、
基板を除去した上で第１ＤＢＲ層を形成した例
４．第４の実施の形態（面発光レーザ）
凹面鏡型の第１ＤＢＲ層を形成した例
５．各実施の形態に共通の変形例（面発光レーザ）
変形例Ａ：電流狭窄領域を３つの不純物領域で構成した例
変形例Ｂ：電流狭窄領域を逆テーパー状の不純物領域で構成した例
６．第５の実施の形態（光通信装置）
光通信装置の光源に上記各実施の形態の面発光レーザを用いた例
７．第６の実施の形態（印刷装置）
印刷装置の光源に上記各実施の形態の面発光レーザを用いた例
８．第７の実施の形態（情報再生記録装置）
情報再生記録装置の光源に上記各実施の形態の面発光レーザを
用いた例
＜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１０の構成について説明する。図１は、面発光レーザ１０の断面構成例を表したものである。
[構成]
本開示の第１の実施の形態に係る面発光レーザ１０の構成について説明する。図１は、面発光レーザ１０の断面構成例を表したものである。
面発光レーザ１０は、光ディスク、レーザプリンタ、光通信などの光源として好適に適用可能な上面出射型の半導体レーザである。面発光レーザ１０は、基板１１上に垂直共振器を備えている。垂直共振器は、基板１１の法線方向において互いに対向する２つのＤＢＲによって所定の発振波長λで発振するように構成されている。垂直共振器は、例えば、積層体１０Ａと、電流狭窄領域１６の開口部１６Ｈと対向する位置において積層体１０Ａを挟み込む２つのＤＢＲ層とを含んで構成されている。上記２つのＤＢＲ層は、後述の第１半導体層１３側の第１ＤＢＲ層１２と、後述の第２半導体層１５側の第２ＤＢＲ層１８とにより構成されている。第１ＤＢＲ層１２は、第２ＤＢＲ層１８よりも基板１１寄りに形成されている。積層体１０Ａは、例えば、活性層１４と、活性層１４を挟み込む２つの半導体層とを含んで構成されている。上記２つの半導体層は、基板１１寄りの第１半導体層１３と、基板１１から離れた第２半導体層１５とにより構成されている。第１半導体層１３は、第２半導体層１５よりも基板１１寄りに形成されている。
面発光レーザ１０は、例えば、基板１１上に、第１ＤＢＲ層１２、第１半導体層１３、活性層１４、第２半導体層１５、第２電極層１７Ａおよび第２ＤＢＲ層１８を、基板１１側からこの順に備えている。面発光レーザ１０は、例えば、さらに、第２電極層１７Ａ上に、第３電極層１７Ｂを備えており、基板１１の裏面に第１電極層１９を備えている。積層体１０Ａは、例えば、第２ＤＢＲ層１８側の最表面１０Ｂに、第２半導体層１５と第２電極層１７Ａとを互いにオーミック接触させるためのコンタクト層を有していてもよい。コンタクト層は、第２半導体層１５の最表面に対して高濃度の不純物をドープすることにより形成された層であってもよいし、第２半導体層１５とは別に形成された、第２半導体層１５の最表面に接する層であってもよい。
基板１１は、第１ＤＢＲ層１２および積層体１０Ａ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。つまり、基板１１は、垂直共振器の外側に設けられた基板であり、さらに、垂直共振器との位置関係で、面発光レーザ１０の光出射とは反対側に設けられた基板である。面発光レーザ１０は、窒化物半導体レーザである。基板１１は、例えば、ＧａＮ基板である。第１ＤＢＲ層１２および積層体１０Ａは、窒化物半導体によって構成されている。この窒化物半導体としては、例えば、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮなどが挙げられる。
第１ＤＢＲ層１２は、例えば、半導体多層膜によって構成されている。半導体多層膜は、低屈折率層と高屈折率層とを交互に積層させた構造となっている。低屈折率層の厚さは、λ／４ｎ1（ｎ1は低屈折率層の屈折率）の奇数倍となっていることが好ましい。高屈折率層の厚さは、λ／４ｎ2（ｎ2は高屈折率層の屈折率）の奇数倍となっていることが好ましい。第１ＤＢＲ層１２を構成する半導体多層膜において、低屈折率層および高屈折率層の組み合わせとしては、例えば、ＧａＮ／ＡｌＧａＮ、ＧａＮ／ＡｌＩｎＮ、ＧａＩｎＮ／ＧａＮ、ＡｌＧａＮ／ＧａＩｎＮなどが挙げられる。第１半導体層１３は、例えば、ＧａＮによって構成されている。第１半導体層１３は、例えば、第１ＤＢＲ層１２をマスクとして、ＥＬＯ（Epitaxial Lateral Overgrowth）法等の、横方向にエピタキシャル成長させる方法を用いて形成されている。第１半導体層１３は、例えば、第１ＤＢＲ層１２を埋め込むことにより形成された半導体層である。基板１１、第１ＤＢＲ層１２および第１半導体層１３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。つまり、基板１１、第１ＤＢＲ層１２および第１半導体層１３は、ｎ型半導体層である。第２半導体層１５は、例えば、ＧａＮによって構成されている。第２半導体層１５には、ｐ型不純物として、例えば、マグネシウム（Ｍｇ）や亜鉛（Ｚｎ）などが含まれている。つまり、第２半導体層１５は、ｐ型半導体層である。
活性層１４は、例えば、量子井戸構造を有している。量子井戸構造の種類としては、例えば、単一量子井戸構造（ＱＷ（Quantum Well）構造）、または、多重量子井戸構造（ＭＱＷ（Multi-Quantum Well）構造）が挙げられる。量子井戸構造は、井戸層および障壁層を交互に積層させた構造となっている。井戸層および障壁層の組合せとしては、例えば、（ＩｎyＧａ(1-y)Ｎ，ＧａＮ）、（ＩｎyＧａ(1-y)Ｎ，ＩｎzＧａ(1-z)Ｎ）［但し、ｙ＞ｚ］、（ＩｎyＧａ(1-y)Ｎ，ＡｌＧａＮ）などが挙げられる。
積層体１０Ａには、電流狭窄領域１６が形成されている。電流狭窄領域１６は、第２半導体層１５側から積層体１０Ａ内に注入された不純物によって形成されている。電流狭窄領域１６は、不純物として、酸素、ホウ素、塩素、炭素、フッ素、ボロン、アルミニウム、ニッケル、銅、マグネシウムおよび鉄のうち、少なくとも１つを含んでいる。電流狭窄領域１６は、積層体１０Ａの表層へのイオン注入によって形成された高抵抗領域によって構成されている。電流狭窄領域１６は、活性層１４に注入する電流を狭窄するための領域である。電流狭窄領域１６は、開口部１６Ｈを有する環形状の領域である。電流狭窄領域１６の内周面は、例えば、円環形状となっている。電流狭窄領域１６の外周面は、例えば、円環形状、楕円環形状、または、多角環形状となっている。開口部１６Ｈにおいて、第１ＤＢＲ層１２寄りの開口径Ｌ１が、第２ＤＢＲ層１８寄りの開口径Ｌ２よりも大きくなっている。開口径Ｌ１は、電流狭窄領域１６の下端付近における開口径である。電流狭窄領域１６の下端付近とは、例えば、電流狭窄領域１６と活性層１４とが互いに重なり合っている箇所を指している。開口径Ｌ２は、電流狭窄領域１６のうち、積層体１０Ａの最表面１０Ｂにおける開口径である。開口径Ｌ１は、例えば、１μｍ以上２０μｍ以下となっており、１０μｍ程度となっていることが好ましい。開口部１６Ｈにおいて、開口径Ｌ１が、開口径Ｌ２よりも、λ／ｎ（λは発振波長、ｎは積層体１０Ａの屈折率）以上大きくなっている。開口部１６Ｈにおいて、開口径Ｌ１が、開口径Ｌ２よりも、２μｍ以上大きくなっていることが好ましい。電流狭窄領域１６の深さは、開口部１６Ｈの一番深いところで、例えば、活性層１４に到達する深さとなっている。電流狭窄領域１６の深さは、開口部１６Ｈの一番深いところで、例えば、１００ｎｍ程度となっている。電流狭窄領域１６の深さは、積層体１０Ａの最表面１０Ｂに近いところであって、かつ開口部１６Ｈの内面に近いところで、例えば、３ｎｍ程度となっている。
電流狭窄領域１６の深さは、積層体１０Ａの最表面１０Ｂから、電流狭窄領域１６の下端までの深さである。電流狭窄領域１６の下端とは、電流狭窄領域１６において、電流狭窄領域１６内に分布する不純物の濃度が最も高くなる箇所での不純物濃度の１／１００の不純物濃度となる箇所（以下、「該当箇所」と称する。）である。電流狭窄領域１６の下端は、例えば、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ：Secondary Ion Mass Spectrometry）やエネルギー分散型Ｘ線（ＥＤＸ：Energy Dispersive X-ray）分光などによって測定可能である。なお、電流狭窄領域１６内の、深さ方向の不純物濃度分布は、積層体１０Ａの最表面１０Ｂから単調減少であることが多い。単調減少には、例えば、指数関数的減少、線形減少、階段状の減少などが含まれる。単調減少は、指数関数的減少、線形減少、階段状の減少に限られない。ただし、電流狭窄領域１６内の、深さ方向の不純物濃度分布が所定の深さでピークを持つこともある。この場合には、上述の該当箇所が２か所ある可能性がある。その場合には、より深い方の箇所が電流狭窄領域１６の下端となる。電流狭窄領域１６内に分布する不純物が２種類以上ある場合には、電流狭窄領域１６の深さは、不純物ごとに規定される。
開口部１６Ｈの開口径は、電流狭窄領域１６の中心軸を法線とする面内において電流狭窄領域１６の中心を通る線分であって、かつ両端が開口部１６Ｈの内面と接する線分の長さである。開口部１６Ｈの内面とは、電流狭窄領域１６において、電流狭窄領域１６の最表面１０Ｂ内に分布する不純物の濃度が最も高くなる箇所での不純物濃度の１／１００の不純物濃度となる箇所である。開口部１６Ｈの内面は、例えば、ＳＩＭＳやＥＤＸなどによって測定可能である。なお、電流狭窄領域１６内の、横方向の不純物濃度分布は、概ね一様である。ただし、不純物を含む領域から、不純物を含まない領域にかけての境界では、不純物濃度分布が単調減少であることが多い。電流狭窄領域１６内に分布する不純物が２種類以上ある場合には、開口部１６Ｈの内面は、不純物ごとに規定される。
図２Ａは、電流狭窄領域１６の断面構成例を表したものである。図２Ｂは、図２Ａの電流狭窄領域１６を模式的に表したものである。図２Ｃは、図２Ｂの電流狭窄領域１６の上面構成例を表したものである。電流狭窄領域１６が、例えば、深さおよび開口径が互いに異なる同心円環状の不純物領域１６Ａおよび不純物領域１６Ｂを含んでいるとする。または、電流狭窄領域１６が、例えば、深さおよび開口径が互いに異なる同心円環状の不純物領域１６Ａおよび不純物領域１６Ｂからなる。さらに、不純物領域１６Ａを形成する不純物と、不純物領域１６Ｂを形成する不純物とが、互いに異なっているものとする。不純物領域１６Ａは、不純物として、例えば、ボロンまたは塩素を含んでいる。不純物領域１６Ｂは、不純物として、例えば、酸素を含んでいる。不純物領域１６Ｂが不純物として酸素を含んでいる場合には、不純物領域１６Ｂは、例えば、アッシング装置を利用して形成可能である。不純物領域１６Ｂが不純物として塩素を含んでいる場合には、不純物領域１６Ｂは、例えば、ＲＩＥ（reactive ion etching）装置を利用して形成可能である。
不純物領域１６Ａの深さＤ１は、不純物領域１６Ｂの深さＤ２よりも深くなっている。さらに、不純物領域１６Ａの開口径Ｌ１は、不純物領域１６Ｂの開口径Ｌ２よりも大きくなっている。つまり、相対的に深さの深い不純物領域１６Ａの開口径Ｌ１が、相対的に深さの浅い不純物領域１６Ｂの開口径Ｌ２よりも大きくなっている。このとき、開口部１６Ｈの開口径は、例えば、第２ＤＢＲ層１８側から第１ＤＢＲ層１２側に向かって、断続的に大きくなっている。
このとき、不純物領域１６Ａの深さＤ１は、積層体１０Ａの最表面１０Ｂから、不純物領域１６Ａの下端までの深さである。つまり、不純物領域１６Ａは、積層体１０Ａの最表面１０Ｂから、不純物領域１６Ａの下端まで分布している。不純物領域１６Ａの下端とは、不純物領域１６Ａにおいて、不純物領域１６Ａ内に分布する不純物の濃度が最も高くなる箇所での不純物濃度の１／１００の不純物濃度となる箇所である。不純物領域１６Ｂの深さＤ２は、積層体１０Ａの最表面１０Ｂから、不純物領域１６Ｂの下端までの深さである。つまり、不純物領域１６Ｂは、積層体１０Ａの最表面１０Ｂから、不純物領域１６Ｂの下端まで分布している。不純物領域１６Ｂの下端とは、不純物領域１６Ｂにおいて、不純物領域１６Ｂ内に分布する不純物の濃度が最も高くなる箇所での不純物濃度の１／１００の不純物濃度となる箇所である。
また、不純物領域１６Ａの開口径Ｌ１は、電流狭窄領域１６の中心軸を法線とする面内において電流狭窄領域１６の中心を通る線分であって、かつ両端が不純物領域１６Ａの内面と接する線分の長さである。不純物領域１６Ａの内面とは、不純物領域１６Ａにおいて、電流狭窄領域１６の最表面１０Ｂ内に分布する不純物の濃度が最も高くなる箇所での不純物濃度の１／１００の不純物濃度となる箇所である。不純物領域１６Ｂの開口径Ｌ２は、電流狭窄領域１６の中心軸を法線とする面内において電流狭窄領域１６の中心を通る線分であって、かつ両端が不純物領域１６Ｂの内面と接する線分の長さである。不純物領域１６Ｂの内面とは、不純物領域１６Ｂにおいて、電流狭窄領域１６の最表面１０Ｂ内に分布する不純物の濃度が最も高くなる箇所での不純物濃度の１／１００の不純物濃度となる箇所である。
電流狭窄領域１６は、上述のようにして求めた深さＤ１，Ｄ２および開口径Ｌ１，Ｌ２を用いて、例えば、図２Ｂのように表現される。このとき、電流狭窄領域１６は、例えば、図２Ｂ、図２Ｃに示したように、深さおよび開口径が互いに異なる同心円環状の不純物領域１６Ｘおよび不純物領域１６Ｙを含んでいると解釈され得る。また、電流狭窄領域１６は、例えば、図２Ｂ、図２Ｃに示したように、深さおよび開口径が互いに異なる同心円環状の不純物領域１６Ｘおよび不純物領域１６Ｙからなると解釈され得る。
不純物領域１６Ｘの深さは、不純物領域１６Ｙの深さよりも深くなっている。さらに、不純物領域１６Ｘの開口径Ｌ１は、不純物領域１６Ｙの開口径Ｌ２よりも大きくなっている。相対的に深さの深い不純物領域１６Ｘの開口径Ｌ１が、相対的に深さの浅い不純物領域１６Ｙの開口径Ｌ２よりも大きくなっている。このとき、開口部１６Ｈの開口径は、例えば、第２ＤＢＲ層１８側から第１ＤＢＲ層１２側に向かって、断続的に大きくなっている。
不純物領域１６Ｘには、不純物領域１６Ａを形成する不純物と、不純物領域１６Ｂを形成する不純物とが含まれている。一方、不純物領域１６Ｙには、不純物領域１６Ｂを形成する不純物が含まれており、不純物領域１６Ａを形成する不純物がほとんど含まれていない。
第２電極層１７Ａは、積層体１０Ａのうち、第２ＤＢＲ層１８側の最表面１０Ｂに接している。第２電極層１７Ａは、最表面１０Ｂのうち、少なくとも第２ＤＢＲ層１８と対向する領域全体に接している。つまり、最表面１０Ｂと、第２ＤＢＲ層１８との間には、ＳｉＯ2等による電流狭窄構造が存在しない。
第２電極層１７Ａは、発振波長λの光に対して光透過性（例えば吸収率５％以下）を有する導電性材料によって構成されている。上記の導電性材料としては、例えば、インジウム−錫酸化物（ＩＴＯ，Indium Tin Oxide，ＳｎドープのＩｎ2Ｏ3、結晶性ＩＴＯおよびアモルファスＩＴＯを含む）、インジウム−亜鉛酸化物（ＩＺＯ，Indium Zinc Oxide）、ＩＦＯ（ＦドープのＩｎ2Ｏ3）、酸化錫（ＳｎＯ2）、ＡＴＯ（ＳｂドープのＳｎＯ2）、ＦＴＯ（ＦドープのＳｎＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ、ＡｌドープのＺｎＯやＢドープのＺｎＯを含む）、ＩｎＧａＺｎＯ系材料（ＩｎＧａＺｎＯ4等、以下「ＩＧＺＯ」ともいう）、ＩＴｉＯ（ＴｉドープのＩＴＯ）が挙げられる。第２電極層１７Ａは、例えば、特定の導電型を持った半導体層などであってもよく、例えば、Ｓｉをドープしたｎ型のＧａＮ層などであってもよい。
第３電極層１７Ｂは、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、Ｔｉ（チタン）、バナジウム（Ｖ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃｕ（銅）、Ｚｎ（亜鉛）、錫（Ｓｎ）及びインジウム（Ｉｎ）から成る群から選択された少なくとも１種類の金属（合金を含む）を含む、単層膜または多層膜によって構成されている。
第２ＤＢＲ層１８は、例えば、誘電体多層膜によって構成されている。誘電体多層膜は、低屈折率層と、厚さの高屈折率層とを交互に積層させた構造となっている。低屈折率層の厚さは、λ／４ｎ3（ｎ3は低屈折率層の屈折率）の奇数倍となっていることが好ましい。高屈折率層の厚さは、λ／４ｎ4（ｎ4は高屈折率層の屈折率）の奇数倍となっていることが好ましい。第２ＤＢＲ層１８を構成する誘電体多層膜の材料としては、例えば、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、Ａｌ2Ｏ3、Ｎｂ2Ｏ5、Ｔａ2Ｏ5、ＴｉＯ2、ＡｌＮ、ＭｇＯ、ＺｒＯ2が挙げられる。第２ＤＢＲ層１８を構成する誘電体多層膜において、低屈折率層および高屈折率層の組み合わせとしては、例えば、ＳｉＯ2／ＳｉＮ、ＳｉＯ2／Ｎｂ2Ｏ5、ＳｉＯ2／ＺｒＯ2、ＳｉＯ2／ＡｌＮが挙げられる。第２ＤＢＲ層１８を構成する誘電体多層膜は、例えば、スパッタ、ＣＶＤまたは蒸着などの成膜法によって形成されている。
第１電極層１９は、例えば、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）を基板１１側からこの順に積層した構造（Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ）となっている。第１電極層１９は、例えば、バナジウム（Ｖ）、白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）を基板１１側からこの順に積層した構造（Ｖ／Ｐｔ／Ａｕ）となっていてもよい。第１電極層１９は、例えば、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）および金（Ａｕ）を基板１１側からこの順に積層した構造（Ｔｉ／Ａｌ／Ａｕ）となっていてもよい。
[製造方法]
次に、本実施の形態に係る面発光レーザ１０の製造方法の一例について説明する。面発光レーザ１０を製造するためには、例えば基板１１上に、窒化物半導体を、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ：有機金属気相成長）法やＥＬＯ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、Ｇａの原料ガスとしては例えばトリメチルガリウム（（ＣＨ3）3Ｇａ）を用い、Ａｌの原料ガスとしては例えばトリメチルアルミニウム（（ＣＨ3）3Ａｌ）を用い、Ｉｎの原料ガスとしては例えばトリメチルインジウム（（ＣＨ3）3Ｉｎ）を用いる。また、Ｎの原料ガスとしてはアンモニア（ＮＨ3）を用いる。
次に、本実施の形態に係る面発光レーザ１０の製造方法の一例について説明する。面発光レーザ１０を製造するためには、例えば基板１１上に、窒化物半導体を、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ：有機金属気相成長）法やＥＬＯ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、Ｇａの原料ガスとしては例えばトリメチルガリウム（（ＣＨ3）3Ｇａ）を用い、Ａｌの原料ガスとしては例えばトリメチルアルミニウム（（ＣＨ3）3Ａｌ）を用い、Ｉｎの原料ガスとしては例えばトリメチルインジウム（（ＣＨ3）3Ｉｎ）を用いる。また、Ｎの原料ガスとしてはアンモニア（ＮＨ3）を用いる。
まず、基板１１上に第１ＤＢＲ層１２を形成する。例えば、ＭＯＣＶＤ法を用いて、基板１１の上面全体に多層膜反射鏡を形成したのち、選択的にエッチングすることにより、第１ＤＢＲ層１２を形成する。このとき、第１ＤＢＲ層１２の周囲に基板１１の露出面を形成する。次に、第１ＤＢＲ層１２をマスクとして、ＥＬＯ法等の、横方向にエピタキシャル成長させる方法を用いて、第１ＤＢＲ層１２を埋め込む第１半導体層１３を形成する。続いて、第１半導体層１３上に、例えば、ＭＯＣＶＤ法を用いて、活性層１４、第２半導体層１５をこの順に形成する。これにより、積層体１０Ａが形成される。
次に、例えば、開口径Ｌ１と等しい直径の円形状のパターンを、積層体１０Ａの最表面１０Ｂのうち、第１ＤＢＲ層１２と対向する位置に形成する。続いて、例えば、イオン注入法を用いて、上記パターンをマスクとして、所定の不純物を積層体１０Ａの最表面１０Ｂから、所定の深さまで注入する。これにより、開口径Ｌ１の開口部を有する不純物領域１６Ａが形成される。次に、上記パターンを除去した後、例えば、開口径Ｌ２と等しい直径の円形状のパターンを、積層体１０Ａの最表面１０Ｂのうち、不純物領域１６Ａの開口部と対向する位置に形成する。続いて、例えば、イオン注入法を用いて、上記パターンをマスクとして、所定の不純物を積層体１０Ａの最表面１０Ｂから、所定の深さまで注入する。これにより、開口径Ｌ２の開口部を有する不純物領域１６Ｂが形成される。このようにして、不純物領域１６Ａおよび不純物領域１６Ｂからなる電流狭窄領域１６が形成される。
次に、例えば、積層体１０Ａの最表面１０Ｂ全体に接するように、第２電極層１７Ａを形成する。続いて、スパッタ、ＣＶＤまたは蒸着などを用いて、第２電極層１７Ａの上面全体に誘電体多層膜反射鏡を形成したのち、選択的にエッチングすることにより、第２ＤＢＲ層１８を形成する。このとき、第２ＤＢＲ層１８の周囲に第２電極層１７Ａの露出面を形成する。次に、第２電極層１７Ａの露出面に、第３電極層１７Ｂを形成する。
次に、必要に応じて、基板１１の裏面を研磨することにより、基板１１を薄くする。このときの研磨方法には、例えば、機械研削、化学機械研磨、または、光電気化学エッチングなどを用いることができる。次に、基板１１の裏面に、第１電極層１９を形成する。このようにして、本実施の形態に係る面発光レーザ１０が製造される。
[動作]
このような構成の面発光レーザ１０では、第３電極層１７Ｂと第１電極層１９との間に所定の電圧が印加されると、開口部１６Ｈを通して活性層１４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。この光は、一対の第１ＤＢＲ層１２および第２ＤＢＲ層１８により反射され、所定の発振波長λでレーザ発振が生じる。そして、第２ＤＢＲ層１８の上面から発振波長λのレーザ光が外部に出射される。
このような構成の面発光レーザ１０では、第３電極層１７Ｂと第１電極層１９との間に所定の電圧が印加されると、開口部１６Ｈを通して活性層１４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。この光は、一対の第１ＤＢＲ層１２および第２ＤＢＲ層１８により反射され、所定の発振波長λでレーザ発振が生じる。そして、第２ＤＢＲ層１８の上面から発振波長λのレーザ光が外部に出射される。
[効果]
次に、本実施の形態に係る面発光レーザ１０の効果について説明する。
次に、本実施の形態に係る面発光レーザ１０の効果について説明する。
従来から広く普及しているＧａＡｓ系の面発光レーザでは、活性層近傍に形成したＡｌＡｓ層を横方向から酸化することで、素子内に不通電領域を形成し、電流を一ヵ所に集中させる電流狭窄構造が形成されていた。しかし、窒化物においては、材料上の制約からこのような技術は確立されていないので、別の方法で電流狭窄構造を作ることが模索されてきた。
例えば、ＳｉＯ2をＩＴＯ電極と、ｐ−ＧａＮとの間に一部挿入し、不通電領域を形成することで、電流狭窄構造を実現することができる。ただし、この方法では、共振器内に共振器長分布を形成するので、アンチガイド導波すなわち回折による強い光学的ロスが生じ得る。このような問題を解決するために、イオン注入により電流狭窄構造を形成することが考えられる。例えば、ボロンイオンをイオン注入することで、不通電領域を形成することが考えられる。この手法によれば、共振器内部に共振器長分布は形成されないので、ＳｉＯ2を用いたときのような回折による光学的ロスが生じることはない。
ただし、この手法によると、電流注入領域より外側にしみ出した光が注入したイオンや、イオンを打ち込むことによって生じた特殊な電子状態に吸収され、光学的ロスが発生し、素子の閾値や効率を悪化させてしまう。特に、ボロンイオンを活性層下まで注入した場合には、ボロンイオンの分布が共振器方向へと空間的に大きな広がりを持っているので、より大きな光学ロスを生んでしまう。さらに、活性層にボロンイオンが注入された結果、活性層に導入された欠陥による非発光再結合が無効電流を生み、素子の特性を悪化させてしまう。
ところで、イオン注入では、イオンを照射する際の加速電圧を変更することで、半導体素子への侵入深さを調整することができる。よって、イオンを浅く注入することで共振器内部での光学的ロスの量を減らすことが可能である。しかし、その場合には、高抵抗化される領域がより薄くなるので、最表層にある残留欠陥などを起点とした離散的な電流のリークが発生してしまい、電流狭窄構造を高品質に形成することが難しい。
一方、本実施の形態では、電流狭窄領域１６の開口部１６Ｈにおいて、第１ＤＢＲ層１２寄りの開口径Ｌ１が、第２ＤＢＲ層１８寄りの開口径Ｌ２よりも大きくなっている。これにより、電流狭窄領域１６の開口径が均一となっている場合や、第２ＤＢＲ層１８側から第１ＤＢＲ層１２側に向かうにつれて小さくなっている場合と比べて、電流注入領域よりも外側にしみ出した光が、電流狭窄領域１６に吸入され難くなる。その結果、電流狭窄による光学ロスを少なくすることができる。従って、面発光レーザ１０の閾値や発光効率を向上させることができる。
また、本実施の形態では、開口部１６Ｈにおいて、開口径Ｌ１が、開口径Ｌ２よりも、λ／ｎ以上大きくなっている。これにより、電流注入領域よりも外側にしみ出した光が、電流狭窄領域１６に吸入され難くなる。その結果、電流狭窄による光学ロスを少なくすることができる。従って、面発光レーザ１０の閾値や発光効率を向上させることができる。
また、本実施の形態では、電流狭窄領域１６が、深さおよび開口径が互いに異なる同心円環状の不純物領域１６Ａおよび不純物領域１６Ｂを含んでいる。または、電流狭窄領域１６が深さおよび開口径が互いに異なる同心円環状の不純物領域１６Ｘおよび不純物領域１６Ｙを含んでいる。このとき、不純物領域１６Ａ（または不純物領域１６Ｘ）の深さＤ１は、不純物領域１６Ｂ（または不純物領域１６Ｙ）の深さＤ２よりも深くなっている。さらに、不純物領域１６Ａ（または不純物領域１６Ｘ）の開口径Ｌ１は、不純物領域１６Ｂ（または不純物領域１６Ｙ）の開口径Ｌ２よりも大きくなっている。これにより、電流注入領域よりも外側にしみ出した光が、電流狭窄領域１６に吸入され難くなる。さらに、電流狭窄領域１６での電流リークが生じ難くなる。その結果、電流狭窄による電流リークおよび光学ロスを少なくすることができる。従って、面発光レーザ１０の閾値や発光効率を向上させることができる。
また、本実施の形態では、電流狭窄領域１６が、深さおよび開口径が互いに異なる同心円環状の不純物領域１６Ａおよび不純物領域１６Ｂからなる。または、電流狭窄領域１６が深さおよび開口径が互いに異なる同心円環状の不純物領域１６Ｘおよび不純物領域１６Ｙからなる。このとき、相対的に深さの深い不純物領域１６Ａ（または不純物領域１６Ｘ）の開口径Ｌ１が、相対的に深さの浅い不純物領域１６Ｂ（または不純物領域１６Ｙ）の開口径Ｌ２よりも大きくなっている。これにより、電流注入領域よりも外側にしみ出した光が、電流狭窄領域１６に吸入され難くなる。さらに、電流狭窄領域１６での電流リークが生じ難くなる。その結果、電流狭窄による電流リークおよび光学ロスを同時に少なくすることができる。従って、面発光レーザ１０の閾値や発光効率を向上させることができる。
また、本実施の形態では、開口部１６Ｈの開口径が、第２ＤＢＲ層１８側から第１ＤＢＲ層１２側に向かって、断続的に大きくなっている。これにより、電流注入領域よりも外側にしみ出した光が、電流狭窄領域１６に吸入され難くなる。その結果、電流狭窄による光学ロスを少なくすることができる。従って、面発光レーザ１０の閾値や発光効率を向上させることができる。
また、本実施の形態では、不純物領域１６Ａを形成する不純物と、不純物領域１６Ｂを形成する不純物とが、互いに異なっている。これにより、積層体１０Ａの深くにまで注入しやすい不純物を、不純物領域１６Ａを形成する不純物として選択することができ、さらに、積層体１０Ａに浅く注入しやすい不純物を、不純物領域１６Ｂを形成する不純物として選択することができる。その結果、積層体１０Ａにおいて電流狭窄領域１６を効果的に高抵抗化することができるので、電流狭窄領域１６での電流リークを小さくすることができる。従って、面発光レーザ１０の閾値や発光効率を向上させることができる。
また、本実施の形態では、窒化物半導体によって構成された積層体１０Ａに対して電流狭窄領域１６が形成されている。さらに、電流狭窄領域１６には、不純物として、酸素、ホウ素、塩素、炭素、フッ素、ボロン、アルミニウム、ニッケル、銅、マグネシウムおよび鉄のうち、少なくとも１つが含まれている。これにより、積層体１０Ａの深くにまで注入しやすい不純物を、不純物領域１６Ａを形成する不純物として選択することができ、さらに、積層体１０Ａに浅く注入しやすい不純物を、不純物領域１６Ｂを形成する不純物として選択することができる。その結果、積層体１０Ａにおいて電流狭窄領域１６を効果的に高抵抗化することができるので、電流狭窄領域１６での電流リークを小さくすることができる。従って、面発光レーザ１０の閾値や発光効率を向上させることができる。
また、本実施の形態では、第２電極層１７Ａは、最表面１０Ｂのうち、少なくとも第２ＤＢＲ層１８と対向する領域全体に接しており、最表面１０Ｂと、第２ＤＢＲ層１８との間には、ＳｉＯ2等による電流狭窄構造が存在しない。これにより、共振器内部に共振器長分布は形成されないので、ＳｉＯ2を用いたときのような回折による光学的ロスをなくすことができる。従って、面発光レーザ１０の閾値や発光効率を向上させることができる。
＜２．第２の実施の形態＞
次に、本開示の第２の実施の形態に係る面発光レーザ２０について説明する。図３は、面発光レーザ２０の断面構成例を表したものである。面発光レーザ２０は、上記実施の形態の面発光レーザ１０において、第１ＤＢＲ層１２の代わりに第１ＤＢＲ層２２を備え、第１半導体層１３の代わりに第１半導体層２３を備えたものである。従って、面発光レーザ２０では、第１半導体層１３の代わりに第１半導体層２３を含む積層体２０Ａが設けられており、さらに、最表面１０Ｂの代わりに最表面２０Ｂが設けられている。
次に、本開示の第２の実施の形態に係る面発光レーザ２０について説明する。図３は、面発光レーザ２０の断面構成例を表したものである。面発光レーザ２０は、上記実施の形態の面発光レーザ１０において、第１ＤＢＲ層１２の代わりに第１ＤＢＲ層２２を備え、第１半導体層１３の代わりに第１半導体層２３を備えたものである。従って、面発光レーザ２０では、第１半導体層１３の代わりに第１半導体層２３を含む積層体２０Ａが設けられており、さらに、最表面１０Ｂの代わりに最表面２０Ｂが設けられている。
第１ＤＢＲ層２２は、第１ＤＢＲ層１２のような島状の形状にはなっていない点以外については、第１ＤＢＲ層１２と同一の構成となっている。第１半導体層２３は、ＥＬＯ法ではなく、一般的なＭＯＣＶＤ法によって形成されている。つまり、第１半導体層２３は、第１ＤＢＲ層２２を埋め込んでおらず、第１ＤＢＲ層２２上に積層された半導体層となっている。
本実施の形態において、電流狭窄領域１６は、例えば、活性層１４に到達しない程度の深さ（例えば５０ｎｍ程度の深さ）となっている。このとき、不純物領域１６Ｂの深さは、例えば、第１の実施の形態のときの深さ（例えば３ｎｍ程度）よりも深くなっており、例えば、１０ｎｍ程度となっている。なお、本実施の形態において、電流狭窄領域１６は、活性層１４に到達する程度の深さとなっていてもよい。また、本実施の形態において、基板１１は、例えば、ｍ７５面[２，０，−２，１]を主面とするＧａＮ基板となっている。
以上より、面発光レーザ２０は、上記第１の実施の形態の面発光レーザ１０における電流狭窄領域１６と同等の電流狭窄領域１６を備えている。従って、本実施の形態では、上記第１の実施の形態と同様の効果が得られる。
＜３．第３の実施の形態＞
次に、本開示の第３の実施の形態に係る面発光レーザ３０について説明する。図４は、面発光レーザ３０の断面構成例を表したものである。面発光レーザ３０は、上記第２の実施の形態の面発光レーザ２０において、第１ＤＢＲ層２２を形成せずに第１半導体層２３等を形成した後に基板１１を除去して第１ＤＢＲ層２２の裏面を露出させ、その裏面に接する第１半導体層２３および第１電極層３９を設けたものである。面発光レーザ３０は、さらに、上記第２の実施の形態の面発光レーザ２０において、第２ＤＢＲ層１８および第３電極層１７Ｂを覆う半田層３３を介して積層体２０Ａを支持する支持基板３４を備えたものである。つまり、面発光レーザ３０は、発振波長λの光を第１ＤＢＲ層２２側から出射する裏面出射型の半導体レーザである。
次に、本開示の第３の実施の形態に係る面発光レーザ３０について説明する。図４は、面発光レーザ３０の断面構成例を表したものである。面発光レーザ３０は、上記第２の実施の形態の面発光レーザ２０において、第１ＤＢＲ層２２を形成せずに第１半導体層２３等を形成した後に基板１１を除去して第１ＤＢＲ層２２の裏面を露出させ、その裏面に接する第１半導体層２３および第１電極層３９を設けたものである。面発光レーザ３０は、さらに、上記第２の実施の形態の面発光レーザ２０において、第２ＤＢＲ層１８および第３電極層１７Ｂを覆う半田層３３を介して積層体２０Ａを支持する支持基板３４を備えたものである。つまり、面発光レーザ３０は、発振波長λの光を第１ＤＢＲ層２２側から出射する裏面出射型の半導体レーザである。
面発光レーザ３０は、上記第２の実施の形態の面発光レーザ２０における電流狭窄領域１６と同等の電流狭窄領域１６を備えている。従って、本実施の形態では、上記第２の実施の形態と同様の効果が得られる。
＜４．第４の実施の形態＞
次に、本開示の第４の実施の形態に係る面発光レーザ４０について説明する。図５は、面発光レーザ４０の断面構成例を表したものである。面発光レーザ４０は、上記第３の実施の形態の面発光レーザ３０において、第１半導体層２３の代わりに、裏面に凸部４１Ａを有する第１半導体層４１を備え、さらに、第１ＤＢＲ層２２の代わりに第１ＤＢＲ層４２を備えたものである。電流狭窄領域１６は、活性層１４に到達する程度の深さとなっていることが好ましいが、活性層１４に到達しない程度の深さとなっていてもよい。半田層３３および支持基板３４は、省略されていてもよいし、設けられていてもよい。
次に、本開示の第４の実施の形態に係る面発光レーザ４０について説明する。図５は、面発光レーザ４０の断面構成例を表したものである。面発光レーザ４０は、上記第３の実施の形態の面発光レーザ３０において、第１半導体層２３の代わりに、裏面に凸部４１Ａを有する第１半導体層４１を備え、さらに、第１ＤＢＲ層２２の代わりに第１ＤＢＲ層４２を備えたものである。電流狭窄領域１６は、活性層１４に到達する程度の深さとなっていることが好ましいが、活性層１４に到達しない程度の深さとなっていてもよい。半田層３３および支持基板３４は、省略されていてもよいし、設けられていてもよい。
第１半導体層４１は、裏面に凸部４１Ａを有している点以外については、第１半導体層２３と同一の構成となっている。凸部４１Ａは、電流狭窄領域１６の開口部１６Ｈと対向する位置に配置されている。第１ＤＢＲ層４２は、凸レンズ形状の誘電体多層膜反射鏡によって構成されている。第１ＤＢＲ層４２は、凸部４１Ａに接して形成されており、凸部４１Ａ上に誘電体多層膜反射鏡を成膜することによって凸形状となっている。従って、第１ＤＢＲ層４２は、活性層１４から発せられた光に対して凹面鏡として作用する。これにより、第１ＤＢＲ層４２は、活性層１４から発せられた光の回折を補償し、回折損失を抑制することができる。
面発光レーザ４０は、上記第３の実施の形態の面発光レーザ３０における電流狭窄領域１６と同等の電流狭窄領域１６を備えている。従って、本実施の形態では、上記第３の実施の形態と同様の効果が得られる。
＜５．各実施の形態に共通の変形例＞
次に、上記第１〜第４の実施の形態に共通の変形例について説明する。
次に、上記第１〜第４の実施の形態に共通の変形例について説明する。
[変形例Ａ]
図６Ａは、図１、図３、図４、図５の電流狭窄領域１６の断面構成の一変形例を表したものである。図６Ｂは、図６Ａの電流狭窄領域１６を模式的に表したものである。図６Ｃは、図６Ｂの電流狭窄領域１６の上面構成例を表したものである。
図６Ａは、図１、図３、図４、図５の電流狭窄領域１６の断面構成の一変形例を表したものである。図６Ｂは、図６Ａの電流狭窄領域１６を模式的に表したものである。図６Ｃは、図６Ｂの電流狭窄領域１６の上面構成例を表したものである。
上記第１〜第４の実施の形態において、電流狭窄領域１６は、深さおよび開口径が互いに異なる同心円環状の複数の不純物領域を有していてもよい。または、上記第１〜第４の実施の形態において、電流狭窄領域１６は、深さおよび開口径が互いに異なる同心円環状の複数の不純物領域からなっていてもよい。電流狭窄領域１６は、例えば、不純物領域１６Ａ，１６Ｂの他に、さらに、不純物領域１６Ｃを有している。不純物領域１６Ｃの開口径Ｌ３は、開口径Ｌ１よりも小さく、開口径Ｌ２よりも大きくなっている。不純物領域１６Ｃの深さＤ３は、深さＤ１よりも浅く、深さＤ２よりも深くなっている。
電流狭窄領域１６は、深さＤ１，Ｄ２，Ｄ３および開口径Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を用いて、例えば、図６Ｂのように表現される。このとき、電流狭窄領域１６は、例えば、図６Ｂ、図６Ｃに示したように、深さおよび開口径が互いに異なる同心円環状の不純物領域１６Ｘ，１６Ｙ，１６Ｚを含んでいると解釈され得る。また、電流狭窄領域１６は、例えば、図６Ｂ、図６Ｃに示したように、深さおよび開口径が互いに異なる同心円環状の不純物領域１６Ｘ，１６Ｙ，１６Ｚからなると解釈され得る。
本変形例では、電流狭窄領域１６が、深さおよび開口径が互いに異なる同心円環状の不純物領域１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃを含んでいる。または、電流狭窄領域１６が深さおよび開口径が互いに異なる同心円環状の不純物領域１６Ｘ，１６Ｙ，１６Ｚを含んでいる。このとき、不純物領域１６Ａ（または不純物領域１６Ｘ）の深さＤ１は、不純物領域１６Ｃ（または不純物領域１６Ｚ）の深さＤ３よりも深くなっており、不純物領域１６Ｃ（または不純物領域１６Ｚ）の深さＤ３は、不純物領域１６Ｂ（または不純物領域１６Ｙ）の深さＤ２よりも深くなっている。さらに、不純物領域１６Ａ（または不純物領域１６Ｘ）の開口径Ｌ１は、不純物領域１６Ｃ（または不純物領域１６Ｚ）の開口径Ｌ３よりも大きくなっており、不純物領域１６Ｃ（または不純物領域１６Ｚ）の開口径Ｌ３は、不純物領域１６Ｂ（または不純物領域１６Ｙ）の開口径Ｌ２よりも大きくなっている。これにより、電流注入領域よりも外側にしみ出した光が、電流狭窄領域１６に吸入され難くなる。さらに、電流狭窄領域１６での電流リークが生じ難くなる。その結果、電流狭窄による電流リークおよび光学ロスを少なくすることができる。
また、本変形例では、電流狭窄領域１６が、深さおよび開口径が互いに異なる同心円環状の不純物領域１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃからなる。または、電流狭窄領域１６が深さおよび開口径が互いに異なる同心円環状の不純物領域１６Ｘ，１６Ｙ，１６Ｚからなる。このとき、相対的に深さの深い不純物領域１６Ａ（または不純物領域１６Ｘ）の開口径Ｌ１が、相対的に深さの浅い不純物領域１６Ｃ（または不純物領域１６Ｚ）の開口径Ｌ３よりも大きくなっている。さらに、相対的に深さの深い不純物領域１６Ｃ（または不純物領域１６Ｚ）の開口径Ｌ３が、相対的に深さの浅い不純物領域１６Ｂ（または不純物領域１６Ｙ）の開口径Ｌ２よりも大きくなっている。これにより、電流注入領域よりも外側にしみ出した光が、電流狭窄領域１６に吸入され難くなる。さらに、電流狭窄領域１６での電流リークが生じ難くなる。その結果、電流狭窄による電流リークおよび光学ロスを少なくすることができる。
[変形例Ｂ]
図７Ａは、図１、図３、図４、図５の電流狭窄領域１６の断面構成の一変形例を模式的に表したものである。図７Ｂは、図７Ａの電流狭窄領域１６の上面構成例を表したものである。
図７Ａは、図１、図３、図４、図５の電流狭窄領域１６の断面構成の一変形例を模式的に表したものである。図７Ｂは、図７Ａの電流狭窄領域１６の上面構成例を表したものである。
本変形例では、電流狭窄領域１６は、単一の不純物によって形成された不純物領域である。電流狭窄領域１６は、開口部１６Ｈを有する環形状の領域である。開口部１６Ｈにおいて、第１ＤＢＲ層１２寄りの開口径Ｌ１が、第２ＤＢＲ層１８寄りの開口径Ｌ２よりも大きくなっている。開口部１６Ｈの開口径は、例えば、第２ＤＢＲ層１８側から第１ＤＢＲ層１２側に向かって、連続的に大きくなっている。
本変形例では、上記第１の実施の形態の面発光レーザ１０における電流狭窄領域１６と同等の作用効果を有する電流狭窄領域１６を備えている。従って、本変形例では、上記第１の実施の形態と同様の効果が得られる。
[変形例Ｃ]
上記各実施の形態およびそれらの変形例において、面発光レーザ１０〜４０は、ＧａＡs系もしくはＩｎＰ系の半導体レーザであってもよい。この場合、電流狭窄領域１６を形成する不純物としては、例えば、水素、ホウ素、酸素、クロム、炭素、フッ素、アルミニウム、ニッケル、銅、マグネシウム、鉄などが挙げられる。
上記各実施の形態およびそれらの変形例において、面発光レーザ１０〜４０は、ＧａＡs系もしくはＩｎＰ系の半導体レーザであってもよい。この場合、電流狭窄領域１６を形成する不純物としては、例えば、水素、ホウ素、酸素、クロム、炭素、フッ素、アルミニウム、ニッケル、銅、マグネシウム、鉄などが挙げられる。
本変形例では、上記各実施の形態およびそれらの変形例に係る面発光レーザ１０〜４０における電流狭窄領域１６と同等の作用効果を有する電流狭窄領域１６を備えている。従って、本変形例では、上記各実施の形態およびそれらの変形例と同様の効果が得られる。
＜６．第５の実施の形態＞
[構成]
次に、本開示の第５の実施の形態に係る光通信装置５０について説明する。図８は、光通信装置５０の断面構成の一例を表したものである。光通信装置５０は、プリント配線基板５１上に、２つのＬＳＩチップ５２，５３が実装されたものである。一方のＬＳＩチップ５２の表面上には、発光素子５４が配置されている。発光素子５４は、上記各実施の形態およびそれらの変形例に係る面発光レーザ１０〜４０のいずれかである。ＬＳＩチップ５２からの電気信号が発光素子５４によって光信号に変換され、光信号が発光素子５４から出力される。他方のＬＳＩチップ５３の表面上には、フォトダイオードなどの受光素子５５が配置されている。受光素子５５に入力された光信号が受光素子５５で電気信号に変換され、電気信号がＬＳＩチップ５３に入力される。
[構成]
次に、本開示の第５の実施の形態に係る光通信装置５０について説明する。図８は、光通信装置５０の断面構成の一例を表したものである。光通信装置５０は、プリント配線基板５１上に、２つのＬＳＩチップ５２，５３が実装されたものである。一方のＬＳＩチップ５２の表面上には、発光素子５４が配置されている。発光素子５４は、上記各実施の形態およびそれらの変形例に係る面発光レーザ１０〜４０のいずれかである。ＬＳＩチップ５２からの電気信号が発光素子５４によって光信号に変換され、光信号が発光素子５４から出力される。他方のＬＳＩチップ５３の表面上には、フォトダイオードなどの受光素子５５が配置されている。受光素子５５に入力された光信号が受光素子５５で電気信号に変換され、電気信号がＬＳＩチップ５３に入力される。
発光素子５４の光出射面と、受光素子５５の光出射面と、光導波路５９の両端には、レンズ５６が設けられている。このレンズ５６は、例えば、発散光を平行光化したり、平行光を集光したりするコリメートレンズである。また、ＬＳＩチップ５２，５３の上面には、発光素子５４や受光素子５５を覆う筒状のオス型コネクタ５７が設けられている。このオス型コネクタ５７の上面には、開口５７Ａが設けられており、この開口５７Ａを塞ぐと共にオス型コネクタ５７と嵌合するメス型コネクタ５８が設けられている。このメス型コネクタ５８は、光導波路５９に沿って設けられており、光導波路５９を支持する機能も有している。
本実施の形態では、オス型コネクタ５７とメス型コネクタ５８とが互いに接続されたのち、発光素子５４が駆動されると、発光素子５４から光が出射され、その光がレンズ５６を介して光導波路５９の一端に入射する。光導波路５９に入射した光は、光導波路５９を導波したのち、光導波路５９の他端から出力され、レンズ５６を介して受光素子５５に入射する。受光素子５５に入射した光は、入射した光の出力レベルに応じた電気信号（フォトカレント）に変換されたのち、電気信号はＬＳＩチップ５３に出力される。
ところで、本実施の形態では、上記各実施の形態およびそれらの変形例に係る面発光レーザ１０〜４０のいずれかが光通信装置５０に用いられている。これにより、発光素子５４を高出力もしくは低消費電力で動作させることができる。
本実施の形態において、光通信装置５０は、複数の発光素子５４を備えていてもよい、また、本実施の形態において、光通信装置５０は、複数の受光素子５５を備えていてもよい。
＜７．第６の実施の形態＞
[構成]
次に、本開示の第６の実施の形態に係る印刷装置６０について説明する。図９は、印刷装置６０の概略構成の一例を表したものである。印刷装置６０は、例えば、光源６１と、光源６１からの光を反射させると共に反射光を走査させるポリゴンミラー６２と、ポリゴンミラー６２からの光を感光ドラム６４に導くｆθレンズ６３と、ｆθレンズ６３からの光を受けて静電潜像を形成する感光ドラム６４と、感光ドラム６４に静電潜像に応じたトナーを付着させるトナー供給器（図示せず）とを備えている。
[構成]
次に、本開示の第６の実施の形態に係る印刷装置６０について説明する。図９は、印刷装置６０の概略構成の一例を表したものである。印刷装置６０は、例えば、光源６１と、光源６１からの光を反射させると共に反射光を走査させるポリゴンミラー６２と、ポリゴンミラー６２からの光を感光ドラム６４に導くｆθレンズ６３と、ｆθレンズ６３からの光を受けて静電潜像を形成する感光ドラム６４と、感光ドラム６４に静電潜像に応じたトナーを付着させるトナー供給器（図示せず）とを備えている。
印刷装置６０における光源６１として、上記各実施の形態およびそれらの変形例に係る面発光レーザ１０〜４０のいずれかが用いられている。これにより、光源６１を高出力もしくは低消費電力で動作させることができる。
＜８．第７の実施の形態＞
[構成]
次に、本開示の第７の実施の形態に係る情報再生記録装置７０について説明する。図１０は、情報再生記録装置７０の概略構成の一例を表したものである。情報再生記録装置７０は、例えば、光装置７１と、情報処理部７２とを備えている。
[構成]
次に、本開示の第７の実施の形態に係る情報再生記録装置７０について説明する。図１０は、情報再生記録装置７０の概略構成の一例を表したものである。情報再生記録装置７０は、例えば、光装置７１と、情報処理部７２とを備えている。
情報処理部７２は、記録媒体１００に記録された情報を光装置７１から取得したり、入力された情報を光装置７１に送信する。他方、光装置７１は、例えばＤＶＤ等による高密度記録再生用の光ピックアップ装置として用いられるものであり、光源としての半導体レーザＬＤと、ＤＶＤ等の記録媒体１００の載置される領域と半導体レーザＬＤとの間に設けられた光学系とを備えている。半導体レーザＬＤは、上記各実施の形態およびそれらの変形例に係る面発光レーザ１０〜４０のいずれかによって構成されている。記録媒体１００の表面には、例えば数μｍの大きさの多数のピット（突起）が形成されている。光学系は、半導体レーザＬＤから記録媒体１００への光路中に配設され、例えば、グレーティング（ＧＲＴ）８２、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）８３、平行化レンズ（ＣＬ）８４、４分の１波長板（λ／４板）８５、対物レンズ（ＯＬ）８６を有している。また、この光学系は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）８３で分離された光路上に、円柱レンズ（ＣｙＬ）８７、フォトダイオードなどの受光素子（ＰＤ）８８を有している。
この光装置７１では、光源（半導体レーザＬＤ）からの光は、ＧＲＴ８２、ＰＢＳ８３、ＣＬ８４、λ／４板８５およびＯＬ８６を通って記録媒体１００に焦点を結び、記録媒体１００の表面のピットで反射される。反射された光は、ＯＬ８６，λ／４板８５，ＣＬ８４，ＰＢＳ８３，ＣｙＬ８７を通ってＰＤ８８に入り、ピット信号、トラッキング信号およびフォーカス信号の読み取りが行われる。
このように本実施の形態の光装置７１では、半導体レーザＬＤとして、上記各実施の形態およびそれらの変形例に係る面発光レーザ１０〜４０のいずれかを用いるようにしたので、半導体レーザＬＤを高出力もしくは低消費電力で動作させることができる。
以上、複数の実施の形態を挙げて本開示を説明したが、本開示は上記各実施の形態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）
活性層と、前記活性層を挟み込む第１半導体層および第２半導体層とを含む積層体と、
前記第２半導体層側から前記積層体内に注入された不純物によって形成された、開口部を有する電流狭窄領域と、
前記開口部と対向する位置において前記積層体を挟み込む、前記第１半導体層側の第１ＤＢＲ層および前記第２半導体層側の第２ＤＢＲ層と
を備え、
前記開口部において、前記第１ＤＢＲ層寄りの開口径が、前記第２ＤＢＲ層寄りの開口径よりも大きくなっている
面発光レーザ。
（２）
前記開口部において、前記第１ＤＢＲ層寄りの開口径が、前記第２ＤＢＲ層寄りの開口径よりも、λ／ｎ以上大きくなっている
（１）に記載の面発光レーザ。
（３）
前記電流狭窄領域は、深さおよび開口径が互いに異なる同心円環状の第１不純物領域および第２不純物領域を含み、
前記第１不純物領域の深さは、前記第２不純物領域の深さよりも深くなっており、
前記第１不純物領域の開口径は、前記第２不純物領域の開口径よりも大きくなっている
（１）または（２）に記載の面発光レーザ。
（４）
前記電流狭窄領域は、深さおよび開口径が互いに異なる同心円環状の複数の不純物領域からなり、
相対的に深さの深い前記不純物領域の開口径が、相対的に深さの浅い前記不純物領域の開口径よりも大きくなっている
（１）または（２）に記載の面発光レーザ。
（５）
前記開口部の開口径は、前記第２ＤＢＲ層側から前記第１ＤＢＲ層側に向かって、連続的に、または、断続的に、大きくなっている
（１）ないし（４）のいずれか１つに記載の面発光レーザ。
（６）
前記第１不純物領域を形成する不純物と、前記第２不純物領域を形成する不純物とは、互いに異なっている
（３）に記載の面発光レーザ。
（７）
前記積層体は、窒化物半導体によって構成されており、
前記電流狭窄領域は、前記不純物として、酸素、ホウ素、塩素、炭素、フッ素、ボロン、アルミニウム、ニッケル、銅、マグネシウムおよび鉄のうち、少なくとも１つを含む
（１）ないし（６）のいずれか１つに記載の面発光レーザ。
（８）
前記積層体のうち、前記第２ＤＢＲ層側の最表面に接する光透過性電極をさらに備え、
前記光透過性電極は、前記最表面のうち、少なくとも前記第２ＤＢＲ層と対向する領域全体に接している
（１）ないし（７）のいずれか１つに記載の面発光レーザ。
（９）
面発光レーザを光源として備え、
前記面発光レーザは、
活性層と、前記活性層を挟み込む第１半導体層および第２半導体層とを含む積層体と、
前記第２半導体層側から前記積層体内に注入された不純物によって形成された、開口部を有する電流狭窄領域と、
前記開口部と対向する位置において前記積層体を挟み込む、前記第１半導体層側の第１ＤＢＲ層および前記第２半導体層側の第２ＤＢＲ層と
を有し、
前記開口部において、前記第１ＤＢＲ層寄りの開口径が、前記第２ＤＢＲ層寄りの開口径よりも大きくなっている
電子機器。
（１）
活性層と、前記活性層を挟み込む第１半導体層および第２半導体層とを含む積層体と、
前記第２半導体層側から前記積層体内に注入された不純物によって形成された、開口部を有する電流狭窄領域と、
前記開口部と対向する位置において前記積層体を挟み込む、前記第１半導体層側の第１ＤＢＲ層および前記第２半導体層側の第２ＤＢＲ層と
を備え、
前記開口部において、前記第１ＤＢＲ層寄りの開口径が、前記第２ＤＢＲ層寄りの開口径よりも大きくなっている
面発光レーザ。
（２）
前記開口部において、前記第１ＤＢＲ層寄りの開口径が、前記第２ＤＢＲ層寄りの開口径よりも、λ／ｎ以上大きくなっている
（１）に記載の面発光レーザ。
（３）
前記電流狭窄領域は、深さおよび開口径が互いに異なる同心円環状の第１不純物領域および第２不純物領域を含み、
前記第１不純物領域の深さは、前記第２不純物領域の深さよりも深くなっており、
前記第１不純物領域の開口径は、前記第２不純物領域の開口径よりも大きくなっている
（１）または（２）に記載の面発光レーザ。
（４）
前記電流狭窄領域は、深さおよび開口径が互いに異なる同心円環状の複数の不純物領域からなり、
相対的に深さの深い前記不純物領域の開口径が、相対的に深さの浅い前記不純物領域の開口径よりも大きくなっている
（１）または（２）に記載の面発光レーザ。
（５）
前記開口部の開口径は、前記第２ＤＢＲ層側から前記第１ＤＢＲ層側に向かって、連続的に、または、断続的に、大きくなっている
（１）ないし（４）のいずれか１つに記載の面発光レーザ。
（６）
前記第１不純物領域を形成する不純物と、前記第２不純物領域を形成する不純物とは、互いに異なっている
（３）に記載の面発光レーザ。
（７）
前記積層体は、窒化物半導体によって構成されており、
前記電流狭窄領域は、前記不純物として、酸素、ホウ素、塩素、炭素、フッ素、ボロン、アルミニウム、ニッケル、銅、マグネシウムおよび鉄のうち、少なくとも１つを含む
（１）ないし（６）のいずれか１つに記載の面発光レーザ。
（８）
前記積層体のうち、前記第２ＤＢＲ層側の最表面に接する光透過性電極をさらに備え、
前記光透過性電極は、前記最表面のうち、少なくとも前記第２ＤＢＲ層と対向する領域全体に接している
（１）ないし（７）のいずれか１つに記載の面発光レーザ。
（９）
面発光レーザを光源として備え、
前記面発光レーザは、
活性層と、前記活性層を挟み込む第１半導体層および第２半導体層とを含む積層体と、
前記第２半導体層側から前記積層体内に注入された不純物によって形成された、開口部を有する電流狭窄領域と、
前記開口部と対向する位置において前記積層体を挟み込む、前記第１半導体層側の第１ＤＢＲ層および前記第２半導体層側の第２ＤＢＲ層と
を有し、
前記開口部において、前記第１ＤＢＲ層寄りの開口径が、前記第２ＤＢＲ層寄りの開口径よりも大きくなっている
電子機器。
本出願は、日本国特許庁において２０１６年１１月２４日に出願された日本特許出願番号第２０１６−２２７９７７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 (9)
- 活性層と、前記活性層を挟み込む第１半導体層および第２半導体層とを含む積層体と、
前記第２半導体層側から前記積層体内に注入された不純物によって形成された、開口部を有する電流狭窄領域と、
前記開口部と対向する位置において前記積層体を挟み込む、前記第１半導体層側の第１ＤＢＲ（distributed Bragg reflector）層および前記第２半導体層側の第２ＤＢＲ層と
を備え、
前記開口部において、前記第１ＤＢＲ層寄りの開口径が、前記第２ＤＢＲ層寄りの開口径よりも大きくなっている
面発光レーザ。 - 前記開口部において、前記第１ＤＢＲ層寄りの開口径が、前記第２ＤＢＲ層寄りの開口径よりも、λ／ｎ（λは発振波長、ｎは前記積層体の屈折率）以上大きくなっている
請求項１に記載の面発光レーザ。 - 前記電流狭窄領域は、深さおよび開口径が互いに異なる同心円環状の第１不純物領域および第２不純物領域を含み、
前記第１不純物領域の深さは、前記第２不純物領域の深さよりも深くなっており、
前記第１不純物領域の開口径は、前記第２不純物領域の開口径よりも大きくなっている
請求項１に記載の面発光レーザ。 - 前記電流狭窄領域は、深さおよび開口径が互いに異なる同心円環状の複数の不純物領域からなり、
相対的に深さの深い前記不純物領域の開口径が、相対的に深さの浅い前記不純物領域の開口径よりも大きくなっている
請求項１に記載の面発光レーザ。 - 前記開口部の開口径は、前記第２ＤＢＲ層側から前記第１ＤＢＲ層側に向かって、連続的に、または、断続的に、大きくなっている
請求項１に記載の面発光レーザ。 - 前記第１不純物領域を形成する不純物と、前記第２不純物領域を形成する不純物とは、互いに異なっている
請求項３に記載の面発光レーザ。 - 前記積層体は、窒化物半導体によって構成されており、
前記電流狭窄領域は、前記不純物として、酸素、ホウ素、塩素、炭素、フッ素、ボロン、アルミニウム、ニッケル、銅、マグネシウムおよび鉄のうち、少なくとも１つを含む
請求項１に記載の面発光レーザ。 - 前記積層体のうち、前記第２ＤＢＲ層側の最表面に接する光透過性電極をさらに備え、
前記光透過性電極は、前記最表面のうち、少なくとも前記第２ＤＢＲ層と対向する領域全体に接している
請求項１に記載の面発光レーザ。 - 面発光レーザを光源として備え、
前記面発光レーザは、
活性層と、前記活性層を挟み込む第１半導体層および第２半導体層とを含む積層体と、
前記第２半導体層側から前記積層体内に注入された不純物によって形成された、開口部を有する電流狭窄領域と、
前記開口部と対向する位置において前記積層体を挟み込む、前記第１半導体層側の第１ＤＢＲ（distributed Bragg reflector）層および前記第２半導体層側の第２ＤＢＲ層と
を有し、
前記開口部において、前記第１ＤＢＲ層寄りの開口径が、前記第２ＤＢＲ層寄りの開口径よりも大きくなっている
電子機器。
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