WO2018096850A1 - 面発光レーザおよび電子機器 - Google Patents

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達史 濱口
御友 重吾
中島 博
仁道 伊藤
佐藤 進
統之 風田川
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    • H01S5/343Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/34333Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer based on Ga(In)N or Ga(In)P, e.g. blue laser

Definitions

  • the present disclosure relates to a surface emitting laser and an electronic apparatus including the same.
  • a surface emitting laser it is desired to reduce optical loss due to a current confinement region. This is because by reducing the optical loss, the threshold value and light emission efficiency of the surface emitting laser can be improved. Accordingly, it is desirable to provide a surface emitting laser with little optical loss due to a current confinement region and an electronic device including the same.
  • the surface emitting laser includes a stacked body.
  • the stacked body includes an active layer and a first semiconductor layer and a second semiconductor layer that sandwich the active layer.
  • the surface emitting laser further includes a current confinement region having an opening formed by an impurity implanted into the stacked body from the second semiconductor layer side and a first semiconductor sandwiching the stacked body at a position facing the opening.
  • a first DBR distributed Bragg reflector
  • the opening diameter near the first DBR layer is larger than the opening diameter near the second DBR layer.
  • An electronic apparatus includes the surface emitting laser as a light source.
  • the opening diameter near the first DBR layer is larger than the opening diameter near the second DBR layer in the opening portion of the current confinement region.
  • the light that has oozed out of the current injection region is hardly sucked into the current confinement region. Can be reduced.
  • the effect of this indication is not necessarily limited to the effect described here, Any effect described in this specification may be sufficient.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a modification of the cross-sectional configuration of the current confinement region in FIGS. 1, 3, 4, and 5.
  • FIG. 6B is a diagram schematically illustrating the current confinement region in FIG. 6A. It is a figure showing the upper surface structural example of the current confinement area
  • FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a modification of the cross-sectional configuration of the current confinement region in FIGS. 1, 3, 4, and 5. It is a figure showing the upper surface structural example of the current confinement area
  • FIG. 1 illustrates a cross-sectional configuration example of the surface emitting laser 10.
  • the surface emitting laser 10 is a top emission type semiconductor laser that can be suitably applied as a light source for optical discs, laser printers, optical communications, and the like.
  • the surface emitting laser 10 includes a vertical resonator on a substrate 11.
  • the vertical resonator is configured to oscillate at a predetermined oscillation wavelength ⁇ by two DBRs facing each other in the normal direction of the substrate 11.
  • the vertical resonator includes, for example, a stacked body 10A and two DBR layers that sandwich the stacked body 10A at a position facing the opening 16H of the current confinement region 16.
  • the two DBR layers are composed of a first DBR layer 12 on the first semiconductor layer 13 side described later and a second DBR layer 18 on the second semiconductor layer 15 side described later.
  • the first DBR layer 12 is formed closer to the substrate 11 than the second DBR layer 18.
  • the stacked body 10A includes, for example, an active layer 14 and two semiconductor layers that sandwich the active layer 14.
  • the two semiconductor layers are constituted by a first semiconductor layer 13 near the substrate 11 and a second semiconductor layer 15 separated from the substrate 11.
  • the first semiconductor layer 13 is formed closer to the substrate 11 than the second semiconductor layer 15.
  • the surface emitting laser 10 includes, for example, a first DBR layer 12, a first semiconductor layer 13, an active layer 14, a second semiconductor layer 15, a second electrode layer 17A, and a second DBR layer 18 on a substrate 11 from the substrate 11 side. In this order.
  • the surface emitting laser 10 further includes, for example, a third electrode layer 17B on the second electrode layer 17A, and a first electrode layer 19 on the back surface of the substrate 11.
  • the stacked body 10A may have, for example, a contact layer for making the second semiconductor layer 15 and the second electrode layer 17A in ohmic contact with each other on the outermost surface 10B on the second DBR layer 18 side.
  • the contact layer may be a layer formed by doping a high-concentration impurity with respect to the outermost surface of the second semiconductor layer 15, or a second semiconductor formed separately from the second semiconductor layer 15. It may be a layer in contact with the outermost surface of the layer 15.
  • the substrate 11 is a crystal growth substrate used when epitaxially growing the first DBR layer 12 and the stacked body 10A. That is, the substrate 11 is a substrate provided outside the vertical resonator, and is a substrate provided on the side opposite to the light emission of the surface emitting laser 10 in a positional relationship with the vertical resonator.
  • the surface emitting laser 10 is a nitride semiconductor laser.
  • the substrate 11 is, for example, a GaN substrate.
  • the first DBR layer 12 and the stacked body 10A are made of a nitride semiconductor. Examples of the nitride semiconductor include GaN, AlGaN, AlInN, GaInN, and AlGaInN.
  • the first DBR layer 12 is constituted by, for example, a semiconductor multilayer film.
  • the semiconductor multilayer film has a structure in which low refractive index layers and high refractive index layers are alternately stacked.
  • the thickness of the low refractive index layer is preferably an odd multiple of ⁇ / 4n 1 (n 1 is the refractive index of the low refractive index layer).
  • the thickness of the high refractive index layer is preferably an odd multiple of ⁇ / 4n 2 (n 2 is the refractive index of the high refractive index layer).
  • examples of the combination of the low refractive index layer and the high refractive index layer include GaN / AlGaN, GaN / AlInN, GaInN / GaN, and AlGaN / GaInN.
  • the first semiconductor layer 13 is made of, for example, GaN.
  • the first semiconductor layer 13 is formed using a method of epitaxial growth in the lateral direction such as an ELO (Epitaxial Lateral Overgrowth) method using the first DBR layer 12 as a mask.
  • the first semiconductor layer 13 is a semiconductor layer formed by embedding the first DBR layer 12, for example.
  • the substrate 11, the first DBR layer 12, and the first semiconductor layer 13 contain, for example, silicon (Si) as an n-type impurity. That is, the substrate 11, the first DBR layer 12, and the first semiconductor layer 13 are n-type semiconductor layers.
  • the second semiconductor layer 15 is made of, for example, GaN.
  • the second semiconductor layer 15 contains, for example, magnesium (Mg), zinc (Zn), or the like as a p-type impurity. That is, the second semiconductor layer 15 is a p-type semiconductor layer.
  • the active layer 14 has, for example, a quantum well structure.
  • the quantum well structure include a single quantum well structure (QW (Quantum Well) structure) or a multiple quantum well structure (MQW (Multi-Quantum Well) structure).
  • the quantum well structure has a structure in which well layers and barrier layers are alternately stacked.
  • As a combination of the well layer and the barrier layer for example, (In y Ga (1-y) N, GaN), (In y Ga (1-y) N, In z Ga (1-z) N) [where, y> z], (In y Ga (1-y) N, AlGaN), and the like.
  • a current confinement region 16 is formed in the laminate 10A.
  • the current confinement region 16 is formed by impurities implanted into the stacked body 10A from the second semiconductor layer 15 side.
  • the current confinement region 16 contains at least one of oxygen, boron, chlorine, carbon, fluorine, boron, aluminum, nickel, copper, magnesium and iron as an impurity.
  • the current confinement region 16 is configured by a high resistance region formed by ion implantation into the surface layer of the stacked body 10A.
  • the current confinement region 16 is a region for constricting a current injected into the active layer 14.
  • the current confinement region 16 is a ring-shaped region having an opening 16H.
  • the inner peripheral surface of the current confinement region 16 has, for example, an annular shape.
  • the outer peripheral surface of the current confinement region 16 has, for example, an annular shape, an elliptical ring shape, or a polygonal ring shape.
  • the opening diameter L1 near the first DBR layer 12 is larger than the opening diameter L2 near the second DBR layer 18.
  • the opening diameter L1 is an opening diameter in the vicinity of the lower end of the current confinement region 16.
  • the vicinity of the lower end of the current confinement region 16 indicates, for example, a location where the current confinement region 16 and the active layer 14 overlap each other.
  • the opening diameter L2 is an opening diameter in the outermost surface 10B of the stacked body 10A in the current confinement region 16.
  • the opening diameter L1 is, for example, 1 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less, and is preferably about 10 ⁇ m.
  • the opening diameter L1 is larger than the opening diameter L2 by ⁇ / n (where ⁇ is the oscillation wavelength and n is the refractive index of the stacked body 10A).
  • the opening diameter L1 is preferably 2 ⁇ m or more larger than the opening diameter L2.
  • the depth of the current confinement region 16 is, for example, the depth reaching the active layer 14 at the deepest portion of the opening 16H.
  • the depth of the current confinement region 16 is, for example, about 100 nm at the deepest portion of the opening 16H.
  • the depth of the current confinement region 16 is, for example, about 3 nm near the outermost surface 10B of the stacked body 10A and near the inner surface of the opening 16H.
  • the depth of the current confinement region 16 is a depth from the outermost surface 10B of the stacked body 10A to the lower end of the current confinement region 16.
  • the lower end of the current confinement region 16 is a portion in the current confinement region 16 where the impurity concentration in the current confinement region 16 is 1/100 of the impurity concentration at the highest concentration (hereinafter referred to as “corresponding” It is referred to as “location”.).
  • the lower end of the current confinement region 16 can be measured by, for example, secondary ion mass spectrometry (SIMS) or energy dispersive X-ray (EDX) spectroscopy.
  • SIMS secondary ion mass spectrometry
  • EDX energy dispersive X-ray
  • the impurity concentration distribution in the depth direction in the current confinement region 16 monotonously decreases from the outermost surface 10B of the stacked body 10A.
  • the monotonic decrease includes, for example, an exponential decrease, a linear decrease, and a step-like decrease.
  • the monotonic decrease is not limited to exponential decrease, linear decrease, and stepped decrease.
  • the impurity concentration distribution in the depth direction in the current confinement region 16 may have a peak at a predetermined depth. In this case, there may be two corresponding locations described above. In that case, the deeper portion becomes the lower end of the current confinement region 16.
  • the depth of the current confinement region 16 is defined for each impurity.
  • the opening diameter of the opening portion 16H is a line segment passing through the center of the current confinement region 16 in a plane having a normal line to the central axis of the current confinement region 16, and a line segment whose both ends are in contact with the inner surface of the opening portion 16H. Length.
  • the inner surface of the opening 16H is a portion in the current confinement region 16 that has an impurity concentration that is 1/100 of the impurity concentration at the highest concentration of impurities distributed in the outermost surface 10B of the current confinement region 16. .
  • the inner surface of the opening 16H can be measured by SIMS or EDX, for example. Note that the lateral impurity concentration distribution in the current confinement region 16 is substantially uniform.
  • the impurity concentration distribution often monotonously decreases at the boundary from the region containing impurities to the region containing no impurities.
  • the inner surface of the opening 16H is defined for each impurity.
  • FIG. 2A shows a cross-sectional configuration example of the current confinement region 16.
  • FIG. 2B schematically shows the current confinement region 16 of FIG. 2A.
  • FIG. 2C shows a configuration example of the upper surface of the current confinement region 16 of FIG. 2B.
  • the current confinement region 16 includes, for example, concentric annular impurity regions 16A and 16B having different depths and opening diameters.
  • the current confinement region 16 includes, for example, concentric annular impurity regions 16A and 16B having different depths and opening diameters.
  • the impurity forming the impurity region 16A and the impurity forming the impurity region 16B are different from each other.
  • the impurity region 16A contains, for example, boron or chlorine as an impurity.
  • the impurity region 16B contains, for example, oxygen as an impurity.
  • the impurity region 16B can be formed using, for example, an ashing device.
  • the impurity region 16B contains chlorine as an impurity
  • the impurity region 16B can be formed using, for example, an RIE (reactive ion etching) apparatus.
  • the depth D1 of the impurity region 16A is deeper than the depth D2 of the impurity region 16B. Furthermore, the opening diameter L1 of the impurity region 16A is larger than the opening diameter L2 of the impurity region 16B. That is, the opening diameter L1 of the relatively deep impurity region 16A is larger than the opening diameter L2 of the relatively shallow impurity region 16B. At this time, for example, the opening diameter of the opening 16H increases intermittently from the second DBR layer 18 side toward the first DBR layer 12 side.
  • the depth D1 of the impurity region 16A is a depth from the outermost surface 10B of the stacked body 10A to the lower end of the impurity region 16A. That is, the impurity region 16A is distributed from the outermost surface 10B of the stacked body 10A to the lower end of the impurity region 16A.
  • the lower end of the impurity region 16A is a portion where the impurity concentration in the impurity region 16A is 1/100 of the impurity concentration at the highest concentration of the impurity distributed in the impurity region 16A.
  • the depth D2 of the impurity region 16B is a depth from the outermost surface 10B of the stacked body 10A to the lower end of the impurity region 16B.
  • the impurity region 16B is distributed from the outermost surface 10B of the stacked body 10A to the lower end of the impurity region 16B.
  • the lower end of the impurity region 16B is a portion where the impurity concentration in the impurity region 16B is 1/100 of the impurity concentration at the highest concentration of the impurity distributed in the impurity region 16B.
  • the opening diameter L1 of the impurity region 16A is a line segment passing through the center of the current confinement region 16 in a plane whose normal is the central axis of the current confinement region 16, and both ends thereof are in contact with the inner surface of the impurity region 16A.
  • the inner surface of the impurity region 16A is a portion where the impurity concentration in the impurity region 16A is 1/100 of the impurity concentration at the highest concentration of impurities distributed in the outermost surface 10B of the current confinement region 16.
  • the opening diameter L2 of the impurity region 16B is a line segment passing through the center of the current confinement region 16 in a plane having a normal line to the central axis of the current confinement region 16, and both ends of which are in contact with the inner surface of the impurity region 16B. Is the length of The inner surface of the impurity region 16B is a portion where the impurity concentration in the impurity region 16B is 1/100 of the impurity concentration at the highest concentration of the impurity distributed in the outermost surface 10B of the current confinement region 16.
  • the current confinement region 16 is expressed as shown in FIG. 2B, for example, using the depths D1 and D2 and the opening diameters L1 and L2 obtained as described above.
  • the current confinement region 16 can be interpreted as including concentric annular impurity regions 16X and 16Y having different depths and opening diameters as shown in FIGS. 2B and 2C, for example.
  • the current confinement region 16 can be interpreted as including, for example, concentric annular impurity regions 16X and 16Y having different depths and opening diameters as shown in FIGS. 2B and 2C.
  • the depth of the impurity region 16X is deeper than the depth of the impurity region 16Y. Furthermore, the opening diameter L1 of the impurity region 16X is larger than the opening diameter L2 of the impurity region 16Y. The opening diameter L1 of the relatively deep impurity region 16X is larger than the opening diameter L2 of the relatively shallow impurity region 16Y. At this time, for example, the opening diameter of the opening 16H increases intermittently from the second DBR layer 18 side toward the first DBR layer 12 side.
  • the impurity region 16X includes an impurity that forms the impurity region 16A and an impurity that forms the impurity region 16B.
  • the impurity region 16Y contains an impurity that forms the impurity region 16B, and hardly contains an impurity that forms the impurity region 16A.
  • the second electrode layer 17A is in contact with the outermost surface 10B on the second DBR layer 18 side in the stacked body 10A.
  • the second electrode layer 17A is in contact with at least the entire region facing the second DBR layer 18 in the outermost surface 10B. That is, there is no current confinement structure made of SiO 2 or the like between the outermost surface 10B and the second DBR layer 18.
  • the second electrode layer 17A is made of a conductive material having optical transparency (for example, an absorption rate of 5% or less) with respect to light having an oscillation wavelength ⁇ .
  • the conductive material include indium-tin oxide (including ITO, Indium Tin Oxide, Sn-doped In 2 O 3 , crystalline ITO and amorphous ITO), and indium-zinc oxide (IZO, Indium Zinc).
  • the second electrode layer 17A may be, for example, a semiconductor layer having a specific conductivity type, and may be, for example, an n-type GaN layer doped with Si.
  • the third electrode layer 17B includes, for example, gold (Au), silver (Ag), palladium (Pd), platinum (Pt), nickel (Ni), Ti (titanium), vanadium (V), tungsten (W), and chromium.
  • a single layer comprising at least one metal (including alloys) selected from the group consisting of (Cr), Al (aluminum), Cu (copper), Zn (zinc), tin (Sn) and indium (In) It is comprised by the film
  • the second DBR layer 18 is constituted by a dielectric multilayer film, for example.
  • the dielectric multilayer film has a structure in which low refractive index layers and thick high refractive index layers are alternately stacked.
  • the thickness of the low refractive index layer is preferably an odd multiple of ⁇ / 4n 3 (n 3 is the refractive index of the low refractive index layer).
  • the thickness of the high refractive index layer is preferably an odd multiple of ⁇ / 4n 4 (n 4 is the refractive index of the high refractive index layer).
  • Examples of the material of the dielectric multilayer film constituting the second DBR layer 18 include SiO 2 , SiN, Al 2 O 3 , Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 , TiO 2 , AlN, MgO, and ZrO 2. .
  • examples of combinations of the low refractive index layer and the high refractive index layer include SiO 2 / SiN, SiO 2 / Nb 2 O 5 , SiO 2 / ZrO 2 , SiO 2. / AlN.
  • the dielectric multilayer film constituting the second DBR layer 18 is formed by a film forming method such as sputtering, CVD, or vapor deposition.
  • the first electrode layer 19 has, for example, a structure (Ti / Pt / Au) in which titanium (Ti), platinum (Pt), and gold (Au) are stacked in this order from the substrate 11 side.
  • the first electrode layer 19 may have, for example, a structure (V / Pt / Au) in which vanadium (V), platinum (Pt), and gold (Au) are stacked in this order from the substrate 11 side.
  • the first electrode layer 19 may have, for example, a structure (Ti / Al / Au) in which titanium (Ti), aluminum (Al), and gold (Au) are stacked in this order from the substrate 11 side.
  • nitride semiconductors are collectively formed on the substrate 11 by an epitaxial crystal growth method such as a MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method or an ELO method.
  • an epitaxial crystal growth method such as a MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method or an ELO method.
  • the raw material as a gas such as trimethyl gallium Ga ((CH 3) 3 Ga ) used as a raw material gas of Al such as trimethyl aluminum ((CH 3) 3 Al)
  • the In source gas As the N source gas, ammonia (NH 3 ) is used.
  • the first DBR layer 12 is formed on the substrate 11.
  • the first DBR layer 12 is formed by forming a multilayer mirror on the entire top surface of the substrate 11 using MOCVD, and then selectively etching. At this time, the exposed surface of the substrate 11 is formed around the first DBR layer 12.
  • the first semiconductor layer 13 that embeds the first DBR layer 12 is formed using a method of epitaxial growth in the lateral direction such as the ELO method.
  • the active layer 14 and the second semiconductor layer 15 are formed in this order on the first semiconductor layer 13 by using, for example, the MOCVD method. Thereby, the stacked body 10A is formed.
  • a circular pattern having a diameter equal to the opening diameter L1 is formed at a position facing the first DBR layer 12 in the outermost surface 10B of the stacked body 10A.
  • a predetermined impurity is implanted from the outermost surface 10B of the stacked body 10A to a predetermined depth using the pattern as a mask.
  • an impurity region 16A having an opening having an opening diameter L1 is formed.
  • a circular pattern having a diameter equal to the opening diameter L2 is formed on the outermost surface 10B of the stacked body 10A at a position facing the opening of the impurity region 16A.
  • a predetermined impurity is implanted from the outermost surface 10B of the stacked body 10A to a predetermined depth using the pattern as a mask.
  • an impurity region 16B having an opening having an opening diameter L2 is formed.
  • the current confinement region 16 including the impurity region 16A and the impurity region 16B is formed.
  • the second electrode layer 17A is formed so as to be in contact with the entire outermost surface 10B of the stacked body 10A.
  • a dielectric multilayer film reflecting mirror is formed on the entire upper surface of the second electrode layer 17A using sputtering, CVD, vapor deposition, or the like, and then selectively etched to form the second DBR layer 18.
  • the exposed surface of the second electrode layer 17 ⁇ / b> A is formed around the second DBR layer 18.
  • the third electrode layer 17B is formed on the exposed surface of the second electrode layer 17A.
  • the substrate 11 is thinned by polishing the back surface of the substrate 11 as necessary.
  • a polishing method at this time for example, mechanical grinding, chemical mechanical polishing, photoelectrochemical etching, or the like can be used.
  • the first electrode layer 19 is formed on the back surface of the substrate 11.
  • the surface emitting laser 10 according to the present embodiment is manufactured.
  • a current confinement structure can be realized by partially inserting SiO 2 between the ITO electrode and p-GaN to form a non-conduction region.
  • a resonator length distribution is formed in the resonator, a strong optical loss due to anti-guided waveguide, that is, diffraction may occur.
  • the resonator length distribution is not formed inside the resonator, there is no optical loss due to diffraction as in the case of using SiO 2 .
  • the penetration depth into the semiconductor element can be adjusted by changing the acceleration voltage at the time of ion irradiation. Therefore, it is possible to reduce the amount of optical loss inside the resonator by implanting ions shallowly. However, in that case, the region to be increased in resistance becomes thinner, so that discrete current leakage occurs starting from residual defects on the outermost layer, and the current confinement structure is formed with high quality. Difficult to do.
  • the opening diameter L1 near the first DBR layer 12 is larger than the opening diameter L2 near the second DBR layer 18.
  • the current confinement region 16 is blotted outside the current injection region. The emitted light is not easily sucked into the current confinement region 16. As a result, optical loss due to current confinement can be reduced. Therefore, the threshold value and light emission efficiency of the surface emitting laser 10 can be improved.
  • the opening diameter L1 is larger than the opening diameter L2 by ⁇ / n or more in the opening portion 16H. This makes it difficult for light that has oozed out of the current injection region to be sucked into the current confinement region 16. As a result, optical loss due to current confinement can be reduced. Therefore, the threshold value and light emission efficiency of the surface emitting laser 10 can be improved.
  • the current confinement region 16 includes concentric annular impurity regions 16A and 16B having different depths and opening diameters.
  • the current confinement region 16 includes concentric annular impurity regions 16X and 16Y having different depths and opening diameters.
  • the depth D1 of the impurity region 16A (or impurity region 16X) is deeper than the depth D2 of the impurity region 16B (or impurity region 16Y).
  • the opening diameter L1 of the impurity region 16A (or impurity region 16X) is larger than the opening diameter L2 of the impurity region 16B (or impurity region 16Y).
  • the current confinement region 16 includes concentric annular impurity regions 16A and 16B having different depths and opening diameters.
  • the current confinement region 16 includes concentric annular impurity regions 16X and 16Y having different depths and opening diameters.
  • the opening diameter L1 of the relatively deep impurity region 16A (or impurity region 16X) is larger than the opening diameter L2 of the relatively shallow impurity region 16B (or impurity region 16Y). Yes.
  • This makes it difficult for light that has oozed out of the current injection region to be sucked into the current confinement region 16.
  • current leakage in the current confinement region 16 is less likely to occur. As a result, current leakage and optical loss due to current confinement can be reduced at the same time. Therefore, the threshold value and light emission efficiency of the surface emitting laser 10 can be improved.
  • the opening diameter of the opening 16H is intermittently increased from the second DBR layer 18 side toward the first DBR layer 12 side. This makes it difficult for light that has oozed out of the current injection region to be sucked into the current confinement region 16. As a result, optical loss due to current confinement can be reduced. Therefore, the threshold value and light emission efficiency of the surface emitting laser 10 can be improved.
  • the impurity forming the impurity region 16A and the impurity forming the impurity region 16B are different from each other.
  • an impurity that can be easily implanted deep into the stacked body 10A can be selected as an impurity for forming the impurity region 16A
  • an impurity that can be easily implanted shallowly into the stacked body 10A can be selected as an impurity for forming the impurity region 16B.
  • the current confinement region 16 can be effectively increased in resistance in the stacked body 10A, so that current leakage in the current confinement region 16 can be reduced. Therefore, the threshold value and light emission efficiency of the surface emitting laser 10 can be improved.
  • the current confinement region 16 is formed in the stacked body 10A made of a nitride semiconductor. Further, the current confinement region 16 contains at least one of oxygen, boron, chlorine, carbon, fluorine, boron, aluminum, nickel, copper, magnesium and iron as impurities. Thereby, an impurity that can be easily implanted deep into the stacked body 10A can be selected as an impurity for forming the impurity region 16A, and an impurity that can be easily implanted shallowly into the stacked body 10A can be selected as an impurity for forming the impurity region 16B. Can be selected. As a result, the current confinement region 16 can be effectively increased in resistance in the stacked body 10A, so that current leakage in the current confinement region 16 can be reduced. Therefore, the threshold value and light emission efficiency of the surface emitting laser 10 can be improved.
  • the second electrode layer 17A is in contact with at least the entire region facing the second DBR layer 18 in the outermost surface 10B, and between the outermost surface 10B and the second DBR layer 18 There is no current confinement structure due to SiO 2 or the like. As a result, the resonator length distribution is not formed inside the resonator, so that the optical loss due to diffraction as in the case of using SiO2 can be eliminated. Therefore, the threshold value and light emission efficiency of the surface emitting laser 10 can be improved.
  • FIG. 3 illustrates a cross-sectional configuration example of the surface emitting laser 20.
  • the surface emitting laser 20 includes the first DBR layer 22 instead of the first DBR layer 12 and the first semiconductor layer 23 instead of the first semiconductor layer 13 in the surface emitting laser 10 of the above embodiment. . Therefore, in the surface emitting laser 20, the stacked body 20A including the first semiconductor layer 23 is provided instead of the first semiconductor layer 13, and the outermost surface 20B is provided instead of the outermost surface 10B.
  • the first DBR layer 22 has the same configuration as the first DBR layer 12 except that the first DBR layer 22 is not in the shape of an island like the first DBR layer 12.
  • the first semiconductor layer 23 is formed not by the ELO method but by a general MOCVD method. In other words, the first semiconductor layer 23 is a semiconductor layer that is not embedded in the first DBR layer 22 and is stacked on the first DBR layer 22.
  • the current confinement region 16 has a depth that does not reach the active layer 14 (for example, a depth of about 50 nm). At this time, the depth of the impurity region 16B is deeper than the depth (for example, about 3 nm) in the first embodiment, for example, about 10 nm. In the present embodiment, the current confinement region 16 may be deep enough to reach the active layer 14.
  • the substrate 11 is, for example, a GaN substrate having an m75 plane [2, 0, ⁇ 2, 1] as a main surface.
  • the surface emitting laser 20 includes the current confinement region 16 equivalent to the current confinement region 16 in the surface emitting laser 10 of the first embodiment. Therefore, in the present embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
  • FIG. 4 illustrates a cross-sectional configuration example of the surface emitting laser 30.
  • the surface emitting laser 30 is the same as the surface emitting laser 20 of the second embodiment, except that the first semiconductor layer 23 and the like are formed without forming the first DBR layer 22 and then the substrate 11 is removed to remove the first DBR layer 22. The back surface is exposed, and the first semiconductor layer 23 and the first electrode layer 39 that are in contact with the back surface are provided.
  • the surface-emitting laser 30 further includes a support substrate 34 that supports the stacked body 20A via the solder layer 33 covering the second DBR layer 18 and the third electrode layer 17B in the surface-emitting laser 20 of the second embodiment. It is provided. That is, the surface emitting laser 30 is a back-emitting semiconductor laser that emits light having an oscillation wavelength ⁇ from the first DBR layer 22 side.
  • the surface emitting laser 30 includes a current confinement region 16 equivalent to the current confinement region 16 in the surface emitting laser 20 of the second embodiment. Therefore, in this embodiment, the same effect as in the second embodiment can be obtained.
  • FIG. 5 illustrates a cross-sectional configuration example of the surface emitting laser 40.
  • the surface emitting laser 40 includes a first semiconductor layer 41 having a convex portion 41A on the back surface in place of the first semiconductor layer 23 in the surface emitting laser 30 of the third embodiment, and further includes a first DBR layer 22. Instead, the first DBR layer 42 is provided.
  • the current confinement region 16 is preferably deep enough to reach the active layer 14, but may be deep enough not to reach the active layer 14.
  • the solder layer 33 and the support substrate 34 may be omitted or provided.
  • the first semiconductor layer 41 has the same configuration as the first semiconductor layer 23 except that it has a convex portion 41A on the back surface.
  • the convex portion 41 ⁇ / b> A is disposed at a position facing the opening 16 ⁇ / b> H of the current confinement region 16.
  • the first DBR layer 42 is composed of a convex multilayer dielectric multilayer mirror.
  • the first DBR layer 42 is formed in contact with the convex portion 41A, and has a convex shape by forming a dielectric multilayer film reflecting mirror on the convex portion 41A. Therefore, the first DBR layer 42 acts as a concave mirror for the light emitted from the active layer 14. Thereby, the first DBR layer 42 can compensate for the diffraction of the light emitted from the active layer 14 and suppress the diffraction loss.
  • the surface emitting laser 40 includes a current confinement region 16 equivalent to the current confinement region 16 in the surface emitting laser 30 of the third embodiment. Therefore, in this embodiment, the same effect as in the third embodiment can be obtained.
  • FIG. 6A shows a modification of the cross-sectional configuration of the current confinement region 16 of FIGS. 1, 3, 4, and 5.
  • FIG. 6B schematically shows the current confinement region 16 of FIG. 6A.
  • FIG. 6C shows an example of the top surface configuration of the current confinement region 16 of FIG. 6B.
  • the current confinement region 16 may have a plurality of concentric annular impurity regions having different depths and opening diameters.
  • the current confinement region 16 may be composed of a plurality of concentric annular impurity regions having different depths and opening diameters.
  • the current confinement region 16 includes, for example, an impurity region 16C in addition to the impurity regions 16A and 16B.
  • the opening diameter L3 of the impurity region 16C is smaller than the opening diameter L1 and larger than the opening diameter L2.
  • the depth D3 of the impurity region 16C is shallower than the depth D1 and deeper than the depth D2.
  • the current confinement region 16 is expressed as shown in FIG. 6B, for example, using depths D1, D2, and D3 and opening diameters L1, L2, and L3.
  • the current confinement region 16 can be interpreted as including concentric annular impurity regions 16X, 16Y, and 16Z having different depths and opening diameters, for example, as shown in FIGS. 6B and 6C.
  • the current confinement region 16 can be interpreted as being formed of concentric annular impurity regions 16X, 16Y, and 16Z having different depths and opening diameters as shown in FIGS. 6B and 6C, for example.
  • the current confinement region 16 includes concentric annular impurity regions 16A, 16B, and 16C having different depths and opening diameters.
  • the current confinement region 16 includes concentric annular impurity regions 16X, 16Y, and 16Z having different depths and opening diameters.
  • the depth D1 of the impurity region 16A (or impurity region 16X) is deeper than the depth D3 of the impurity region 16C (or impurity region 16Z), and the depth of the impurity region 16C (or impurity region 16Z).
  • D3 is deeper than the depth D2 of the impurity region 16B (or impurity region 16Y).
  • the opening diameter L1 of the impurity region 16A (or impurity region 16X) is larger than the opening diameter L3 of the impurity region 16C (or impurity region 16Z), and the opening diameter L3 of the impurity region 16C (or impurity region 16Z). Is larger than the opening diameter L2 of the impurity region 16B (or the impurity region 16Y). This makes it difficult for light that has oozed out of the current injection region to be sucked into the current confinement region 16. Further, current leakage in the current confinement region 16 is less likely to occur. As a result, current leakage and optical loss due to current confinement can be reduced.
  • the current confinement region 16 includes concentric annular impurity regions 16A, 16B, and 16C having different depths and opening diameters.
  • the current confinement region 16 includes concentric annular impurity regions 16X, 16Y, and 16Z having different depths and opening diameters.
  • the opening diameter L1 of the relatively deep impurity region 16A (or impurity region 16X) is larger than the opening diameter L3 of the relatively shallow impurity region 16C (or impurity region 16Z).
  • the opening diameter L3 of the relatively deep impurity region 16C (or impurity region 16Z) is larger than the opening diameter L2 of the relatively shallow impurity region 16B (or impurity region 16Y).
  • FIG. 7A schematically shows a modification of the cross-sectional configuration of the current confinement region 16 shown in FIGS. 1, 3, 4, and 5.
  • FIG. 7B shows an example of a top surface configuration of the current confinement region 16 of FIG. 7A.
  • the current confinement region 16 is an impurity region formed by a single impurity.
  • the current confinement region 16 is a ring-shaped region having an opening 16H.
  • the opening diameter L1 near the first DBR layer 12 is larger than the opening diameter L2 near the second DBR layer 18.
  • the opening diameter of the opening 16H is continuously increased from the second DBR layer 18 side toward the first DBR layer 12 side.
  • the current confinement region 16 having the same effect as that of the current confinement region 16 in the surface emitting laser 10 of the first embodiment is provided. Therefore, in the present modification, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
  • the surface emitting lasers 10 to 40 may be GaAs-based or InP-based semiconductor lasers.
  • examples of the impurity forming the current confinement region 16 include hydrogen, boron, oxygen, chromium, carbon, fluorine, aluminum, nickel, copper, magnesium, and iron.
  • the present modification includes a current confinement region 16 having the same effect as that of the current confinement region 16 in the surface emitting lasers 10 to 40 according to the above-described embodiments and modifications. Therefore, in this modification, the same effects as those in the above embodiments and those modifications can be obtained.
  • FIG. 8 illustrates an example of a cross-sectional configuration of the optical communication device 50.
  • the optical communication device 50 is obtained by mounting two LSI chips 52 and 53 on a printed wiring board 51.
  • a light emitting element 54 is disposed on the surface of one LSI chip 52.
  • the light emitting element 54 is any one of the surface emitting lasers 10 to 40 according to the above-described embodiments and modifications thereof.
  • An electric signal from the LSI chip 52 is converted into an optical signal by the light emitting element 54, and the optical signal is output from the light emitting element 54.
  • a light receiving element 55 such as a photodiode is arranged on the surface of the other LSI chip 53.
  • the optical signal input to the light receiving element 55 is converted into an electric signal by the light receiving element 55, and the electric signal is input to the LSI chip 53.
  • Lenses 56 are provided on the light emitting surface of the light emitting element 54, the light emitting surface of the light receiving element 55, and both ends of the optical waveguide 59.
  • the lens 56 is, for example, a collimating lens that converts divergent light into parallel light or collects parallel light.
  • a cylindrical male connector 57 that covers the light emitting element 54 and the light receiving element 55 is provided on the upper surfaces of the LSI chips 52 and 53.
  • An opening 57A is provided on the upper surface of the male connector 57, and a female connector 58 that closes the opening 57A and fits with the male connector 57 is provided.
  • the female connector 58 is provided along the optical waveguide 59 and has a function of supporting the optical waveguide 59.
  • the male connector 57 and the female connector 58 are connected to each other and then the light emitting element 54 is driven, light is emitted from the light emitting element 54, and the light is guided through the lens 56.
  • the light enters one end of the waveguide 59.
  • the light incident on the optical waveguide 59 is guided through the optical waveguide 59, then output from the other end of the optical waveguide 59, and enters the light receiving element 55 through the lens 56.
  • the light incident on the light receiving element 55 is converted into an electrical signal (photocurrent) corresponding to the output level of the incident light, and then the electrical signal is output to the LSI chip 53.
  • any of the surface emitting lasers 10 to 40 according to the above-described embodiments and their modifications is used for the optical communication device 50.
  • the light emitting element 54 can be operated with high output or low power consumption.
  • the optical communication device 50 may include a plurality of light emitting elements 54. In the present embodiment, the optical communication device 50 may include a plurality of light receiving elements 55.
  • FIG. 9 illustrates an example of a schematic configuration of the printing apparatus 60.
  • the printing apparatus 60 includes, for example, a light source 61, a polygon mirror 62 that reflects light from the light source 61 and scans the reflected light, an f ⁇ lens 63 that guides the light from the polygon mirror 62 to the photosensitive drum 64, and an f ⁇ lens 63.
  • a photosensitive drum 64 that forms an electrostatic latent image by receiving light from the toner, and a toner supplier (not shown) that attaches toner corresponding to the electrostatic latent image to the photosensitive drum 64.
  • any of the surface emitting lasers 10 to 40 according to the above-described embodiments and their modifications is used. Thereby, the light source 61 can be operated with high output or low power consumption.
  • FIG. 10 shows an example of a schematic configuration of the information reproducing / recording apparatus 70.
  • the information reproducing / recording device 70 includes, for example, an optical device 71 and an information processing unit 72.
  • the information processing unit 72 acquires information recorded on the recording medium 100 from the optical device 71 and transmits the input information to the optical device 71.
  • the optical device 71 is used as, for example, an optical pickup device for high-density recording / reproduction using a DVD or the like.
  • the semiconductor laser LD is configured by any of the surface emitting lasers 10 to 40 according to the above-described embodiments and modifications thereof. A large number of pits (projections) having a size of, for example, several ⁇ m are formed on the surface of the recording medium 100.
  • the optical system is disposed in the optical path from the semiconductor laser LD to the recording medium 100, and includes, for example, a grating (GRT) 82, a polarizing beam splitter (PBS) 83, a collimating lens (CL) 84, and a quarter wavelength plate. ( ⁇ / 4 plate) 85 and objective lens (OL) 86 are provided.
  • this optical system has a cylindrical lens (CyL) 87 and a light receiving element (PD) 88 such as a photodiode on the optical path separated by the polarization beam splitter (PBS) 83.
  • light from the light source is focused on the recording medium 100 through the GRT 82, PBS 83, CL 84, ⁇ / 4 plate 85 and OL 86, and reflected by the pits on the surface of the recording medium 100. Is done.
  • the reflected light enters the PD 88 through the OL 86, the ⁇ / 4 plate 85, the CL 84, the PBS 83, and the CyL 87, and the pit signal, tracking signal, and focus signal are read.
  • any one of the surface emitting lasers 10 to 40 according to the above-described embodiments and their modifications is used as the semiconductor laser LD. It can be operated with high output or low power consumption.
  • this indication can take the following composition.
  • a stacked body including an active layer, and a first semiconductor layer and a second semiconductor layer sandwiching the active layer; A current confinement region having an opening formed by impurities implanted into the stacked body from the second semiconductor layer side; A first DBR layer on the first semiconductor layer side and a second DBR layer on the second semiconductor layer side that sandwich the stacked body at a position facing the opening, and The surface emitting laser in which the opening diameter near the first DBR layer is larger than the opening diameter near the second DBR layer in the opening.
  • the current confinement region includes concentric annular first impurity regions and second impurity regions having different depths and opening diameters; A depth of the first impurity region is deeper than a depth of the second impurity region; The surface emitting laser according to (1) or (2), wherein an opening diameter of the first impurity region is larger than an opening diameter of the second impurity region.
  • the current confinement region is composed of a plurality of concentric annular impurity regions having different depths and opening diameters, The surface emitting laser according to (1) or (2), wherein an opening diameter of the relatively deep impurity region is larger than an opening diameter of the relatively shallow impurity region.
  • the opening diameter of the opening increases continuously or intermittently from the second DBR layer side to the first DBR layer side.
  • the surface emitting laser described (1) to (4) The surface emitting laser described.
  • the laminate is composed of a nitride semiconductor,
  • the current confinement region includes at least one of oxygen, boron, chlorine, carbon, fluorine, boron, aluminum, nickel, copper, magnesium, and iron as the impurity (1) to (6)
  • a light transmissive electrode in contact with the outermost surface on the second DBR layer side of the laminate; The surface-emitting laser according to any one of (1) to (7), wherein the light transmissive electrode is in contact with at least an entire region of the outermost surface facing the second DBR layer.
  • a surface emitting laser as a light source is A stacked body including an active layer, and a first semiconductor layer and a second semiconductor layer sandwiching the active layer; A current confinement region having an opening formed by impurities implanted into the stacked body from the second semiconductor layer side; A first DBR layer on the first semiconductor layer side and a second DBR layer on the second semiconductor layer side that sandwich the stacked body at a position facing the opening, and The electronic device in which the opening diameter near the first DBR layer is larger than the opening diameter near the second DBR layer in the opening.

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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

面発光レーザおよび電子機器
 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。
特開2011-151364号公報 特開2011-29607号公報 特開2010-192824号公報 特開2010-123921号公報
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。
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の電流狭窄領域を模式的に表す図である。 図2Aの電流狭窄領域を模式的に表す図である。 図2Bの電流狭窄領域の上面構成例を表す図である。 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。 本開示の第3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。 本開示の第4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、図3、図4、図5の電流狭窄領域の断面構成の一変形例を表す図である。 図6Aの電流狭窄領域を模式的に表す図である。 図6Bの電流狭窄領域の上面構成例を表す図である。 図1、図3、図4、図5の電流狭窄領域の断面構成の一変形例を模式的に表す図である。 図7Aの電流狭窄領域の上面構成例を表す図である。 本開示の第5の実施の形態に係る光通信装置の断面構成例を表す図である。 本開示の第6の実施の形態に係る印刷装置の概略構成例を表す図である。 本開示の第7の実施の形態に係る情報再生記録装置の概略構成例を表す図である。
 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(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。
 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In23、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In23)、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、Al23、Nb25、Ta25、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/Nb25、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((CH33Ga)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((CH33Al)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((CH33In)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。
[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。
 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。
 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。
 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。
 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。
[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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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)

  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(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。
  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(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。
  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
     請求項1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
     請求項1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
     請求項1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
     請求項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
     請求項1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
     請求項1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(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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