WO2020080160A1 - 垂直共振器型発光素子 - Google Patents

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light emitting
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semiconductor layer
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大 倉本
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スタンレー電気株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a vertical cavity type light emitting device such as a vertical cavity surface emitting laser.
  • a vertical cavity surface emitting laser (hereinafter, simply referred to as a surface emitting laser) has a reflecting mirror formed of a multilayer film laminated on a substrate and emits light along a direction perpendicular to the surface of the substrate. It is a semiconductor laser.
  • Patent Document 1 discloses a surface emitting laser using a nitride semiconductor.
  • the light emitting pattern is stable, for example, the far-field pattern is stable.
  • a resonator capable of generating light in a desired transverse mode is preferably formed in the vertical resonator type light emitting element. For example, by generating a laser beam of a fundamental eigenmode, a far-field image of a single-peaked high-power laser beam having a narrow emission angle can be obtained.
  • the present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide a vertical resonator type light emitting device capable of emitting stable transverse mode light.
  • a vertical cavity light emitting device includes a substrate, a first multilayer-film reflective mirror formed on the substrate, a light-emitting structure layer formed on the first multilayer-film reflective mirror and including a light-emitting layer, A second multilayer-film reflective mirror formed on the light-emitting structure layer and forming a resonator between the first multilayer-film reflective mirror and the first multilayer-film reflective mirror.
  • a low resistance region provided in an annular shape between the second multilayer-film reflective mirror and a high resistance region formed inside the low resistance region and having a higher electric resistance than the low resistance region. I am trying.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the surface emitting laser according to Example 1.
  • FIG. 3 is a schematic top view of the surface emitting laser according to Example 1.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing the configuration of a resonator in the surface emitting laser according to Example 1.
  • 3 is a diagram schematically showing a current path in the surface emitting laser according to Example 1.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing light emitted from the surface emitting laser according to Example 1.
  • FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a width of a current injection region and an eigenmode in the surface emitting laser according to Example 1.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a far-field image of light emitted from the surface emitting laser according to Example 1.
  • FIG. 6 is a diagram showing another example of a far-field image of light emitted from the surface-emitting laser according to Example 1.
  • FIG. 8 is a schematic top view of a surface emitting laser according to Modification 1 of Example 1.
  • FIG. 8 is a schematic top view of a surface emitting laser according to Modification 2 of Example 1.
  • FIG. 8 is a schematic top view of a surface emitting laser according to Modification 3 of Example 1.
  • 5 is a cross-sectional view of a surface emitting laser according to Example 2.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a surface emitting laser according to Example 3.
  • FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view of a surface emitting laser according to Example 4.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a surface emitting laser according to Example 5.
  • the present invention will be described in detail below. Further, in the following embodiments, the case where the present invention is implemented as a surface emitting laser (semiconductor laser) will be described. However, the present invention is not limited to surface emitting lasers, and can be applied to various vertical cavity light emitting elements such as vertical cavity light emitting diodes.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting Laser, hereinafter referred to as a surface emitting laser) according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic top view of the surface emitting laser 10.
  • FIG. 1 is a sectional view taken along the line VV of FIG. The configuration of the surface emitting laser 10 will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
  • the surface emitting laser 10 includes a substrate 11 and a first multilayer-film reflective mirror (hereinafter simply referred to as a first reflective mirror) 12 formed on the substrate 11.
  • the first reflecting mirror 12 is formed on the substrate 11 and has a lower refractive index than the first semiconductor film (hereinafter referred to as a high refractive index semiconductor film) H1 and the high refractive index semiconductor film H1.
  • a second semiconductor film (hereinafter, referred to as a low-refractive index semiconductor film) L1 having a structure.
  • the first reflecting mirror 12 is a semiconductor multilayer film reflecting mirror and constitutes a distributed Bragg reflector (DBR) made of a semiconductor material.
  • DBR distributed Bragg reflector
  • the substrate 11 has a GaN composition.
  • the substrate 11 is a growth substrate used for crystal growth of the first reflecting mirror 12.
  • the high refractive index semiconductor layer H1 in the first reflecting mirror 12 has a composition of GaN
  • the low refractive index semiconductor layer L1 has a composition of AlInN.
  • a buffer layer (not shown) having a GaN composition is provided between the substrate 11 and the first reflecting mirror 12.
  • the surface emitting laser 10 has a light emitting structure layer EM including a light emitting layer 14 formed on the first reflecting mirror 12.
  • the light emitting structure layer EM includes a plurality of semiconductor layers made of a nitride semiconductor.
  • the light emitting structure layer EM includes an n-type semiconductor layer (first semiconductor layer) 13 formed on the first reflecting mirror 12, a light emitting layer (active layer) 14 formed on the n-type semiconductor layer 13, And a p-type semiconductor layer (second semiconductor layer) 15 formed on the light emitting layer 14.
  • the n-type semiconductor layer 13 has a composition of GaN and contains Si as an n-type impurity.
  • the light emitting layer 14 has a quantum well structure including a well layer having a composition of InGaN and a barrier layer having a composition of GaN.
  • the p-type semiconductor layer 15 has a GaN-based composition and contains Mg as a p-type impurity.
  • the configuration of the light emitting structure layer EM is not limited to this.
  • the n-type semiconductor layer 13 may include a plurality of n-type semiconductor layers having different compositions.
  • the p-type semiconductor layer 15 may include a plurality of p-type semiconductor layers having different compositions.
  • the p-type semiconductor layer 15 is, for example, an AlGaN layer as an electron block layer (not shown) that prevents electrons injected into the light-emitting layer 14 from overflowing to the p-type semiconductor layer 15 at the interface with the light-emitting layer 14. May have.
  • the p-type semiconductor layer 15 may have a contact layer (not shown) for forming ohmic contact with the electrode.
  • the p-type semiconductor layer 15 may have a GaN layer as a clad layer between the electron block layer and the contact layer.
  • the p-type semiconductor layer 15 has an upper surface 15A and a convex portion 15B protruding from the upper surface 15A.
  • the convex portion 15B is formed in an annular shape when viewed from a direction perpendicular to the upper surface 15A. Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, the convex portion 15B is a surface region of the p-type semiconductor layer 15 protruding in an annular shape from the upper surface 15A.
  • the surface emitting laser 10 has an insulating layer (first insulating layer) 16 formed on the upper surface 15A of the p-type semiconductor layer 15 excluding the convex portions 15B.
  • the insulating layer 16 is in contact with the upper surface 15A of the p-type semiconductor layer 15 and the side surface of the convex portion 15B of the p-type semiconductor layer 15.
  • the insulating layer 16 is made of a material that is transparent to the light emitted from the light emitting layer 14 and has a lower refractive index than the p-type semiconductor layer 15 (recess 15B), for example, an oxide such as SiO 2. Become.
  • the insulating layer 16 also has an inner insulating portion 16A formed on a region of the upper surface 15A of the p-type semiconductor layer 15 surrounded by the convex portion 15B.
  • the surface of the p-type semiconductor layer 15 opposite to the light emitting layer 14 is exposed from the insulating layer 16 at the upper end surface of the convex portion 15B.
  • the surface emitting laser 10 has a transparent electrode layer 17 formed on the insulating layer 16 and connected to the p-type semiconductor layer 15 at the convex portion 15B of the p-type semiconductor layer 15.
  • the translucent electrode layer 17 is a conductive film having translucency with respect to the light emitted from the light emitting layer 14.
  • the transparent electrode layer 17 is in contact with the upper surface of the insulating layer 16 and the upper end surface of the convex portion 15B of the p-type semiconductor layer 15.
  • the transparent electrode layer 17 is made of a metal oxide film such as ITO or IZO.
  • the insulating layer 16 functions as a current confinement layer that constricts the current injected into the light emitting structure layer EM via the transparent electrode layer 17.
  • the convex portion 15B of the p-type semiconductor layer 15 is exposed from the insulating layer 16 and comes into contact with the translucent electrode layer 17 (electrode) to function as the low resistance region LR in the light emitting structure layer EM.
  • the region of the p-type semiconductor layer 15 provided with the convex portion 15B functions as a current injection region in which a current is injected into the light emitting layer 14.
  • regions inside and outside the convex portion 15B (regions of the upper surface 15A) in the p-type semiconductor layer 15 are covered with the insulating layer 16 to function as high resistance regions HR having higher electric resistance than the low resistance regions LR. To do. That is, the region where the upper surface 15A of the p-type semiconductor layer 15 is provided functions as a non-current injection region in which the injection of current into the light emitting layer 14 is suppressed.
  • the light emitting structure layer EM is formed in the low resistance region LR provided between the first and second reflecting mirrors 12 and 19 in an annular shape, and inside and outside the low resistance region LR, and the low resistance region LR is formed. And a high resistance region HR having a higher electric resistance than that.
  • the surface emitting laser 10 has an insulating layer (second insulating layer) 18 formed on the transparent electrode layer 17.
  • the insulating layer 18 is made of a metal oxide such as Ta 2 O 5 , Nb 2 O 5 , ZrO 2 , TiO 2 , and HfO 2 .
  • the insulating layer 18 has a light-transmitting property with respect to the light emitted from the light emitting layer 14.
  • the surface emitting laser 10 has a second multilayer-film reflective mirror (hereinafter simply referred to as a second reflective mirror) 19 formed on the insulating layer 18.
  • the second reflecting mirror 19 is arranged at a position facing the first reflecting film 12 via the light emitting structure layer EM.
  • the second reflecting mirror 19 constitutes, together with the first reflecting mirror 12, a resonator OC having a resonator length direction in a direction perpendicular to the light emitting structure layer EM (direction perpendicular to the substrate 11).
  • the second reflecting mirror 19 has a cylindrical shape. Therefore, in the present embodiment, the surface emitting laser 10 has the cylindrical resonator OC.
  • the second reflecting mirror 19 has a second dielectric film (hereinafter referred to as a high refractive index dielectric film) H2 and a second dielectric film H2 having a lower refractive index than the high refractive index dielectric film H2. And a dielectric film L2 (hereinafter referred to as a low refractive index dielectric film) L2 are alternately laminated.
  • a dielectric film L2 hereinafter referred to as a low refractive index dielectric film
  • the second reflecting mirror 19 is a dielectric multilayer film reflecting mirror and constitutes a distributed Bragg reflector (DBR) made of a dielectric material.
  • DBR distributed Bragg reflector
  • the high refractive index dielectric film H2 is a Ta 2 O 5 layer and the low refractive index dielectric film L2 is an Al 2 O 3 layer.
  • the convex portion 15B of the p-type semiconductor layer 15 in the light emitting structure layer EM is provided in a region between the first reflecting mirror 12 and the second reflecting mirror 19. That is, in this embodiment, the resonator OC includes the annular region R2 extending between the first and second reflecting mirrors 12 and 19 corresponding to the low resistance region LR of the light emitting structure layer EM, and the inside of the annular region R2. In, there is a central region R1 provided corresponding to the high resistance region HR, and an outer region R3 provided outside the annular region R2.
  • the insulating layer 16 has a lower refractive index than the p-type semiconductor layer 15. Therefore, the central region R1 and the outer region R3 in the resonator OC have a lower equivalent refractive index than the annular region R2. That is, the central region R1 and the outer region R3 function as a low refractive index region, and the annular region R2 functions as a high refractive index region. Further, in this embodiment, the central region R1 has a cylindrical shape, and each of the annular region R2 and the outer region R3 has a cylindrical shape.
  • the surface emitting laser 10 has first and second electrodes E1 and E2 for applying a current to the light emitting structure layer EM.
  • the first electrode E1 is formed on the n-type semiconductor layer 13.
  • the second electrode E2 is formed on the translucent electrode layer 17.
  • the first reflecting mirror 12 has a slightly lower reflectance than the second reflecting mirror 19. Therefore, a part of the light resonated between the first and second reflecting mirrors 12 and 19 passes through the first reflecting mirror 12 and the substrate 11, and is extracted to the outside. In this way, the surface emitting laser 10 emits light to the substrate 11 and in the direction perpendicular to the light emitting structure layer EM.
  • the convex portion 15B of the p-type semiconductor layer 15 in the light emitting structure layer EM defines the light emission center in the light emitting layer 14 and defines the central axis CA of the resonator OC.
  • the central axis CA of the resonator CA passes through the center of the convex portion 15B of the p-type semiconductor layer 15 and extends along the direction perpendicular to the p-type semiconductor layer 15 (light emitting structure layer EM).
  • the center of the convex portion 15B of the p-type semiconductor layer 15 is arranged at a position corresponding to the center of the inner insulating portion 16A of the insulating layer 16.
  • the first reflecting mirror 12 is composed of 44 pairs of GaN layer and AlInN layer.
  • the n-type semiconductor layer 13 has a layer thickness of 650 nm.
  • the light emitting layer 14 is composed of an active layer having a multiple quantum well structure in which a 4 nm InGaN layer and a 5 nm GaN layer are stacked three times.
  • the second reflecting mirror 19 is composed of 10 pairs of Ta 2 O 5 layer and Al 2 O 3 layer.
  • the p-type semiconductor layer 15 has a layer thickness T1 of 50 nm in the region of the convex portion 15B.
  • the p-type semiconductor layer 15 has a layer thickness of 30 nm in the region of the upper surface 15A.
  • the convex portion 15B has an inner diameter D1 of 3.3 ⁇ m. Further, the convex portion 15B has an outer diameter of 10 ⁇ m.
  • the convex portion 15B has a width W1 of 3.35 ⁇ m.
  • the insulating layer 16 has a layer thickness of 20 nm.
  • the upper surface of the insulating layer 16 is configured to be flush with the upper end surface of the convex portion 15B of the p-type semiconductor layer 15. Note that these are merely examples.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing the optical characteristics of the resonator OC of the surface emitting laser 10.
  • FIG. 3 is a sectional view similar to FIG. 1, but the hatching is omitted.
  • the insulating layer 16 has a lower refractive index than the p-type semiconductor layer 15 and is formed at the same height as the upper end surface of the convex portion 15B of the p-type semiconductor layer 15. Further, the layer thicknesses of the other layers between the first and second reflecting mirrors 12 and 19 are constant.
  • the equivalent refractive index in the resonator OC (the optical distance between the first and second reflecting mirrors 12 and 19, and the resonator length) is equal to the refractive index between the p-type semiconductor layer 15 and the insulating layer 16.
  • the optical distance between the first and second reflecting mirrors 12 and 19 in the annular region R2 is set to the optical distance OL1, and the first and second regions in the central region R1 and the outer region R3.
  • the optical distance OL2 is smaller than the optical distance OL1. That is, the equivalent resonator length in the central region R1 and the outer region R3 is smaller than the equivalent resonator length in the annular region R2.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing electrical characteristics in the cavity OC (in the light emitting structure layer EM) of the surface emitting laser 10.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing the current CR flowing in the light emitting structure layer EM.
  • FIG. 4 is a sectional view similar to FIG. 1, but the hatching is omitted.
  • the annular region R2 which is the region of the convex portion 15B, functions as the low resistance region LR, and the other regions, the central region R1 and the outer region R3, function as the high resistance region HR.
  • the current CR is injected into the light emitting layer 14 only in the annular region R2, and almost no current is injected into the light emitting layer 14 in the central region R1. That is, while light is generated (gain is generated) in the annular region R2, no light is generated in the central region R1.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing light emitted from the surface emitting laser 10.
  • the standing wave in the surface emitting laser 10 is taken out from the first reflecting mirror 12.
  • the light resonated in the surface emitting laser 10 is extracted to the outside while being converged in the central region R1 as shown in FIG.
  • the beam outer edge of the laser light LB emitted from the surface emitting laser 10 is schematically shown by a broken line.
  • the refractive index of the insulating layer 16 is smaller than the refractive index of the p-type semiconductor layer 15 (projection 15B). Therefore, a difference in equivalent refractive index is provided between the regions R1 to R3 in the resonator OC.
  • the equivalent refractive index of the resonator OC (laser medium) in the outer region R3 is smaller than the equivalent refractive index of the resonator OC in the annular region R2.
  • the optical loss due to the standing wave in the resonator OC diverging (radiating) from the annular region R2 to the outside is suppressed. That is, a large amount of light stays inside the annular region R2, and in that state, the laser light LB is extracted to the outside. Therefore, a large amount of light is concentrated on the annular region R2 of the resonator OC, and the high-power laser light LB can be generated and emitted.
  • the optical confinement structure in the resonator OC is formed by providing the difference in the equivalent refractive index. Therefore, almost all the light becomes the laser light LB without a decrease in intensity. Therefore, it is possible to generate and emit the laser light LB with high efficiency and high output.
  • the low resistance region LR that is, the current injection region for the light emitting layer 14 is limited to the annular region R2. That is, no current is injected into the central region R1, and the current injection region is provided so as to surround this non-current injection region. Thereby, the eigenmode of the laser light LB can be stabilized.
  • the wavelength of the light emitted from the light emitting layer 14 mainly by adjusting the width W1 of the low resistance region LR (see FIG. 2), that is, the current injection width, a stable eigenmode The laser light LB can be emitted. Thereby, a stable and high-intensity far-field image can be obtained.
  • FIG. 6A is a diagram showing a relationship between the current injection width W1 and the eigenmode (also referred to as a super mode) of the laser light LB.
  • the horizontal axis of FIG. 6A represents the width W1 of the low resistance region LR (that is, the convex portion 15B), and the vertical axis represents the number of eigenmodes of the laser light LB. Note that FIG. 6A shows a change in the eigenmode of the laser beam LB with respect to the width W1.
  • FIG. 6A when the current injection width W1 is 2.3 ⁇ m or less, the eighth eigenmode appears. In other words, there are eight beam spots in the annular region R2, and a mode in which the phase is inverted between the adjacent spots appears (becomes an out-of-phase mode). Therefore, in the far-field image, the multimodal laser light LB is observed.
  • FIG. 6B is a diagram showing a far-field pattern of the laser beam LB when the current injection width W1 is less than 2.3 ⁇ m.
  • FIG. 6C is a diagram showing a far-field pattern of the laser beam LB when the current injection width W1 is larger than 2.85 ⁇ m.
  • the inventor of the present application has found that the eigenmode changes between the in-phase mode and the out-of-phase mode depending on the value of the applied current when the current injection width W1 is in the range of 2.3 to 2.85 ⁇ m. I'm confirming.
  • the low resistance regions LR in a ring shape and adjusting the width W1 thereof, it is possible to generate a stable eigenmode laser beam LB and form a stable far-field image.
  • the stable transverse mode laser light LB it is sufficient that the annular low resistance region LR and the high resistance region HR inside thereof are provided in the resonator OC.
  • the current injection width W1 can be adjusted mainly according to the wavelength of the laser light LB (that is, the light emitted from the light emitting layer 14) and the equivalent refractive index of the resonator OC.
  • the width W1 may be set so as to satisfy the relationship of W1 ⁇ 2.85 ⁇ ( ⁇ / 0.445) [ ⁇ m].
  • the eigenmode of the laser light LB can be made more stable.
  • the wavelength of the light emitted from the light emitting layer 14 is set to a wavelength ⁇
  • the equivalent refractive index of the annular region R2 for the wavelength ⁇ is set to a refractive index n ⁇
  • the equivalent refractive index of the annular region R2 to a wavelength of 445 nm is set to a refractive index n 445.
  • the width W1 of the current injection region CJ is W1 ⁇ 2.85 ⁇ ( ⁇ / 0.445) ⁇ (n ⁇ / n 445 ) [ ⁇ m] It may be set so as to satisfy the relationship.
  • the inventor of the present application has confirmed that the current injection width W1 is preferably 5.5 ⁇ m or less in order to obtain a stable single eigenmode laser beam LB. This is because when the width W1 is larger than 5.5 ⁇ m, the multimode laser light LB may be emitted when the width exceeds the laser oscillation threshold. That is, considering that the laser light LB having a single peak is obtained when the wavelength ⁇ is 445 nm, the width W1 may satisfy the relationship of 2.85 ⁇ W1 ⁇ 5.5 [ ⁇ m]. Further, this range may be adjusted according to the emission wavelength ⁇ and the equivalent refractive index of the annular region R2.
  • the inner diameter D1 of the low resistance region LR can be set in a preferable range in consideration of the diffusion length of carriers (electrons or holes) in the light emitting layer 14.
  • the diffusion length of carriers in the light emitting layer 14 corresponds to, for example, a distance in which the carriers move in a direction parallel to the light emitting layer 14 (lateral direction).
  • the low resistance region LR should have an inner diameter D1 that is at least twice the diffusion length of carriers (electrons in this embodiment) in the light emitting layer 14 when viewed from the direction perpendicular to the light emitting layer 14.
  • a region where no current is injected is formed in at least a part of the region of the light emitting layer 14 inside the annular region R2. Therefore, the low resistance region LR preferably has an inner diameter D1 that is at least twice the diffusion length of carriers in the light emitting layer 14 when viewed from the direction perpendicular to the light emitting layer 14. That is, the width of the high resistance region HR inside the low resistance region LR is preferably at least twice the diffusion length of carriers in the light emitting layer 14.
  • the layer thickness T1 of the p-type semiconductor layer 15 (in this embodiment, the distance from the upper end surface of the convex portion 15B to the interface with the light emitting layer 14, see FIG. 1), It can be set in a preferable range in consideration of carrier diffusion length.
  • the layer thickness T1 of the p-type semiconductor layer 15 is preferably not more than twice the diffusion length of carriers in the light emitting layer 14. As a result, the region of the light emitting layer 14 where carriers (electrons) do not reach can be formed inside the annular region R2.
  • the annular region R2 is a low resistance region LR and a high refractive index region. Therefore, not only most of the injected current can be used for generating the laser light LB, but also the loss of the laser light LB in the central region R1 or the outer region R3 due to the refractive index difference is significantly suppressed. Therefore, the stable and high-power transverse mode laser light LB can be generated with a low threshold and high efficiency. Further, since no current is passed through the central region R1, heat generation in the central region R1 can be suppressed and operation at high temperature becomes possible.
  • the annular region R2 is a high refractive index region and the central region R1 and the outer region R3 are low refractive index regions. That is, the case has been described where the boundary between the low resistance region LR and the high resistance region HR is provided at a position that coincides with the boundary between the high refractive index region and the low refractive index region.
  • the configurations of the central region R1, the annular region R2, and the outer region R3 are not limited to this.
  • the annular low resistance region LR and the high resistance region HR inside the low resistance region LR are provided between the first and second reflecting mirrors 12 and 19. If you have.
  • the boundary between the high refractive index region and the low refractive index region may be provided at a position different from the boundary between the central region R1 and the annular region R2.
  • the case where the p-type semiconductor layer 15 has the convex portion 15B and the convex portion 15B comes into contact with the transparent electrode layer 17 to function as the low resistance region LR has been described.
  • the light emitting structure layer EM has the annular low resistance region LR.
  • the n-type semiconductor layer 13 may have a protrusion similar to the protrusion 15B. That is, the low resistance region LR and the high resistance region HR may be provided in the n-type semiconductor layer 13.
  • the low resistance region LR that is, the convex portion 15B of the p-type semiconductor layer 15 is formed in an annular shape.
  • the structure of the low resistance region LR is not limited to this.
  • FIG. 7A is a schematic top view of a surface emitting laser 10A according to a first modification of the present embodiment.
  • the surface-emitting laser 10A has the same structure as the surface-emitting laser 10 except for the structure of the light emitting structure layer EMA.
  • the light emitting structure layer EMA has the same structure as the light emitting structure layer EM except for the structure of the p-type semiconductor layer 15M1.
  • the p-type semiconductor layer 15M1 has an elliptic ring-shaped (track-shaped) convex portion 15B1. That is, in this modification, an elliptical annular region R2 (low resistance region LR and high refractive index region) is formed. Even if the annular region R2 is formed in this way, the eigenmode of the laser light LB is stabilized by adjusting the width of the convex portion 15B1, for example. Therefore, for example, a far-field image of the single-peaked laser beam LB can be obtained. Further, it is possible to obtain the laser beam LB having a low emission angle and high intensity.
  • FIG. 7B is a schematic top view of a surface emitting laser 10B according to Modification 2 of the present embodiment.
  • the surface emitting laser 10B has the same configuration as the surface emitting laser 10 except for the configuration of the light emitting structure layer EMB.
  • the light emitting structure layer EMB has the same structure as the light emitting structure layer EM except for the structure of the p-type semiconductor layer 15M2.
  • the p-type semiconductor layer 15M2 has a rectangular annular convex portion 15B2. That is, in this modification, the rectangular annular region R2 (the low resistance region LR and the high refractive index region) is formed. Even if the annular region R2 is formed in this way, the eigenmode of the laser light LB is stabilized by adjusting the width of the convex portion 15B2, for example. Therefore, for example, it is possible to obtain a far-field image of the laser beam LB which is unimodal and has a low emission angle and high intensity.
  • FIG. 7C is a schematic top view of a surface emitting laser 10C according to Modification 3 of the present embodiment.
  • the surface emitting laser 10C has the same configuration as the surface emitting laser 10 except for the configuration of the light emitting structure layer EMC.
  • the light emitting structure layer EMC has the same structure as the light emitting structure layer EM except for the structure of the p-type semiconductor layer 15M3.
  • the p-type semiconductor layer 15M3 has an annular convex portion 15B3 surrounding a cross. That is, in this modified example, the annular region R2 (the low resistance region LR and the high refractive index region) that surrounds the cross is formed. Even if the annular region R2 is formed in this way, the eigenmode of the laser light LB is stabilized by adjusting the width of the convex portion 15B3, for example. Therefore, for example, it is possible to obtain a far-field image of the laser beam LB which is unimodal and has a low emission angle and high intensity.
  • the eigenmode of the light generated in the annular region R2 is stabilized.
  • a single eigenmode laser beam LB see, for example, FIG. 6C
  • a laser beam LB as an aggregate of a plurality of eigenmode lights see, eg, FIG. 6B
  • the low resistance region LR can have various configurations, for example, as shown in FIGS. 7A to 7C.
  • the low resistance region LR is formed in the light emitting structure layer EM by the p-type semiconductor layer 15 and the insulating layer 16 .
  • the structure of the low resistance region LR is not limited to this.
  • the low resistance region LR may be formed by leaving the annular region and increasing the resistance of other regions.
  • the surface emitting laser 10 includes the substrate 11, the first reflecting mirror 12 formed on the substrate 11, the first reflecting mirror 12 formed on the first reflecting mirror 12, and the light emitting layer 14. And a second reflecting mirror 19 formed on the light emitting structure layer EM and forming a resonator OC with the first reflecting mirror 12. Further, the light emitting structure layer EM is provided inside the low resistance region LR formed in a ring shape between the first and second reflecting mirrors 12 and 19, and has a higher electrical conductivity than the low resistance region LR. And a high resistance region HR having resistance. Therefore, it is possible to provide the surface emitting laser 10 capable of emitting stable transverse mode light.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the surface emitting laser 20 according to the second embodiment.
  • the surface emitting laser 20 has the same configuration as the surface emitting laser 10 except for the configurations of the light emitting structure layer EM1 and the low resistance region LR.
  • the light emitting structure layer EM1 has a p-type semiconductor layer (second semiconductor layer) 21 having an ion-implanted region 21A in which ions are implanted leaving a ring-shaped region.
  • the ion implantation region 21A is a region on the upper surface of the p-type semiconductor layer 21 into which B ions, Al ions, or oxygen ions are implanted.
  • the p-type impurities are inactivated in the ion implantation region 21A. That is, the ion implantation region 21A functions as the high resistance region HR. Further, in the ion implantation region 21A, the refractive index changes due to the implantation of ions.
  • the region 21B of the p-type semiconductor layer 21 other than the ion-implanted region 21A is a non-ion-implanted region in which ion implantation is not performed and is formed in a ring shape. Therefore, in this embodiment, the non-ion-implanted region 21B functions as the low resistance region LR and constitutes the annular region R2.
  • the low resistance region LR can be provided in the light emitting structure layer EM. Therefore, it is possible to provide the surface emitting laser 20 capable of stably emitting light in the transverse mode.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the surface emitting laser 30 according to the third embodiment.
  • the surface emitting laser 30 is formed between the light emitting structure layer EM1 and the second reflecting mirror 19 except that it has an insulating layer (second insulating layer) 31 having a different refractive index between regions. It has the same configuration as the surface emitting laser 20.
  • the insulating layer 31 is formed on the translucent electrode layer 17 and has a high refractive index insulating layer 32 having a convex portion 32A on the non-ion implantation region 21B and a high refractive index insulating layer 32 while exposing the convex portion 32A.
  • a low refractive index insulating layer 33 formed on the refractive index insulating layer 32 and having a refractive index lower than that of the high refractive index insulating layer 32.
  • the high resistance insulating layer 32 is made of, for example, Nb 2 O 5 .
  • the low refractive index insulating layer 33 is made of, for example, SiO 2 .
  • the refractive index difference between the central region R1, the annular region R2 and the outer region R3 is provided by the insulating layer 31 formed outside the light emitting structure layer EM1. Accordingly, for example, the low resistance region LR and the high resistance region HR can be preferentially and reliably defined by the light emitting structure layer EM1, and the low refractive index region and the high refractive index region can be defined and reinforced by the insulating layer 31. Therefore, it is possible to provide the surface emitting laser 30 capable of stably emitting light in the transverse mode.
  • FIG. 10 is a sectional view of the surface emitting laser 40 according to the fourth embodiment.
  • the surface emitting laser 40 has the same configuration as the surface emitting laser 10 except for the configurations of the light emitting structure layer EM2 and the low resistance region LR.
  • the light emitting structure layer EM2 has a p-type semiconductor layer 41 having an etching portion 41A which is dry-etched while leaving an annular region.
  • the surface of the semiconductor containing impurities such as the p-type semiconductor layer 41 is roughened by dry etching. As a result, the p-type impurities in the etched portion 41A are inactivated. That is, the p-type semiconductor layer 41 has the inactivated region 41C in which the p-type impurity is inactivated in the region of the etched portion 41A. Therefore, the passivation region 41C functions as the high resistance region HR.
  • the p-type semiconductor layer 41 is partially removed in the etching section 41A. Therefore, the area other than the etching portion 41A becomes the convex portion 41B protruding from the etching portion 41A. Further, in the etching portion 41A, the contact layer generally provided at the interface with the metal in the semiconductor layer is removed. Therefore, even if the insulating layer 16 is not provided as in the first embodiment, the etching portion 41A has a sufficiently high resistance.
  • the current is injected into the light emitting structure layer EM2 only from the convex portion 41B.
  • the layer thickness of the p-type semiconductor layer 41 is different between the etched portion 41A and the convex portion 41B. Therefore, a difference can be provided in the equivalent refractive index of the resonator OC, that is, the optical distance in the resonator OC.
  • the p-type semiconductor layer 41 selectively has the passivation region 41C. Therefore, the p-type semiconductor layer 41 is not limited to the case where the dry etching is performed on the p-type semiconductor layer 41A.
  • the passivation region 41C may be formed by performing ion implantation, or the passivation region 41C may be formed by performing ashing treatment.
  • the p-type semiconductor layer (second semiconductor layer) 41 of the light emitting structure layer EM2 has the passivation region 41C in which the p-type impurity is inactivated, leaving the annular region.
  • the region 41B in which the impurities of the p-type semiconductor layer 41 are not inactivated functions as the low resistance region LR.
  • the low resistance region LR can be provided in the light emitting structure layer EM. Therefore, it is possible to provide the surface-emitting laser 40 capable of emitting stable transverse mode light.
  • FIG. 11 is a sectional view of a surface emitting laser 50 according to the fifth embodiment.
  • the surface emitting laser 50 has the same configuration as the surface emitting laser 10 except for the configurations of the light emitting structure layer EM3 and the low resistance region LR.
  • the light emitting structure layer EM3 includes the tunnel junction layer 51 provided in an annular shape on the convex portion 15B of the p type semiconductor layer 15 and the n type semiconductor layer (first layer) provided on the tunnel junction layer 51. 2 n-type semiconductor layer or third semiconductor layer) 52.
  • the light emitting structure layer EM3 surrounds the side surfaces of the tunnel junction layer 51 and the n-type semiconductor layer 52, and has an index of refraction lower than that of the tunnel junction layer 51 and the n-type semiconductor layer 52 (third n-type semiconductor layer).
  • Semiconductor layer or fourth semiconductor layer) 53 is provided in an annular shape on the convex portion 15B of the p type semiconductor layer 15 and the n type semiconductor layer (first layer) provided on the tunnel junction layer 51. 2 n-type semiconductor layer or third semiconductor layer) 52.
  • the light emitting structure layer EM3 surrounds the side surfaces of the tunnel junction layer 51 and the n-type semiconductor layer 52, and has an index of refraction lower than that of the tunnel junction layer
  • the tunnel junction layer 51 is formed on the p-type semiconductor layer 15 and has a high-doped p-type semiconductor layer (not shown) having a higher impurity concentration than the p-type semiconductor layer (second semiconductor layer) 15 and the high-doped p-type semiconductor layer.
  • the n-type semiconductor layer 53 contains Ge as an n-type impurity.
  • the n-type semiconductor layer 53 has a refractive index lower than the average refractive index of the n-type semiconductor layer 52, the tunnel junction layer 51, and the convex portion 15B of the p-type semiconductor layer 15.
  • the tunnel junction layer 51 functions as the resistance region LR.
  • the light emitting structure layer EM3 has the tunnel junction layer 51 which is formed in an annular shape on the p-type semiconductor layer 15 (second semiconductor layer) and functions as the low resistance region LR.
  • the n-type semiconductor layer 53 defines the central region R1 and the outer region R3.
  • the low resistance region LR can also be formed in the light emitting structure layer EM3 by performing current confinement by a tunnel junction and providing the region in a ring shape as in the present embodiment. Further, the central region R1, the annular region R2, and the outer region R3 can be defined by lowering the refractive index of the regions other than the low resistance region LR. Therefore, it is possible to provide the surface emitting laser 50 capable of stably emitting light in the transverse mode.
  • the surface emitting laser 10 may have the same insulating layer 31 as the surface emitting laser 30.
  • the surface emitting laser 40 may have the insulating layer 16 on the passivation region 41C.
  • the surface emitting laser 10 has the low resistance region (current injection region CJ) in which the light emitting structure layer EM is annularly provided between the first and second reflecting mirrors 12 and 19.
  • the surface emitting laser 10 vertical cavity type light emitting element

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Abstract

基板と、基板上に形成された第１の多層膜反射鏡と、第１の多層膜反射鏡上に形成され、発光層を含む発光構造層と、発光構造層上に形成され、第１の多層膜反射鏡との間で共振器を構成する第２の多層膜反射鏡と、を有し、発光構造層は、第１の多層膜反射鏡と第２の多層膜反射鏡との間において環状に設けられた低抵抗領域と、低抵抗領域の内側に形成され、低抵抗領域よりも高い電気抵抗を有する高抵抗領域と、を有する。

Description

垂直共振器型発光素子
　本発明は、垂直共振器型面発光レーザなどの垂直共振器型発光素子に関する。
　垂直共振器型面発光レーザ（以下、単に面発光レーザと称する）は、基板上に積層された多層膜からなる反射鏡を有し、当該基板の表面に垂直な方向に沿って光を出射する半導体レーザである。例えば、特許文献１には、窒化物半導体を用いた面発光レーザが開示されている。
特許第5707742号公報
　例えば、面発光レーザなどの垂直共振器型発光素子においては、発光パターンが安定していること、例えば遠視野像が安定していることが好ましい。このためには、例えば、垂直共振器型発光素子内には、所望の横モードの光を生成できる共振器が構成されていることが好ましい。例えば、基本固有モードのレーザ光を生成することで、放射角が狭く、単峰性な高出力のレーザ光の遠視野像を得ることができる。
　本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、安定した横モードの光を出射することが可能な垂直共振器型発光素子を提供することを目的としている。
　本発明による垂直共振器型発光素子は、基板と、基板上に形成された第１の多層膜反射鏡と、第１の多層膜反射鏡上に形成され、発光層を含む発光構造層と、発光構造層上に形成され、第１の多層膜反射鏡との間で共振器を構成する第２の多層膜反射鏡と、を有し、発光構造層は、第１の多層膜反射鏡と第２の多層膜反射鏡との間において環状に設けられた低抵抗領域と、低抵抗領域の内側に形成され、低抵抗領域よりも高い電気抵抗を有する高抵抗領域と、を有することを特徴としている。
実施例１に係る面発光レーザの断面図である。 実施例１に係る面発光レーザの模式的な上面図である。 実施例１に係る面発光レーザ内の共振器の構成を模式的に示す図である。 実施例１に係る面発光レーザ内の電流経路を模式的に示す図である。 実施例１に係る面発光レーザから出射される光を模式的に示す図である。 実施例１に係る面発光レーザにおける電流注入領域の幅と固有モードとの関係を示す図である。 実施例１に係る面発光レーザから出射された光の遠視野像の例を示す図である。 実施例１に係る面発光レーザから出射された光の遠視野像の他の例を示す図である。 実施例１の変形例１に係る面発光レーザの模式的な上面図である。 実施例１の変形例２に係る面発光レーザの模式的な上面図である。 実施例１の変形例３に係る面発光レーザの模式的な上面図である。 実施例２に係る面発光レーザの断面図である。 実施例３に係る面発光レーザの断面図である。 実施例４に係る面発光レーザの断面図である。 実施例５に係る面発光レーザの断面図である。
　以下、本発明の実施例について詳細に説明する。また、以下の実施例においては、本発明が面発光レーザ（半導体レーザ）として実施される場合について説明する。しかし、本発明は、面発光レーザに限定されず、垂直共振器型発光ダイオードなど、種々の垂直共振器型発光素子に適用することができる。
　図１は、実施例１に係る垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser、以下、面発光レーザと称する）の断面図である。また、図２は、面発光レーザ１０の模式的な上面図である。図１は、図２のＶ－Ｖ線に沿った断面図である。図１及び図２を用いて、面発光レーザ１０の構成について説明する。
　面発光レーザ１０は、基板１１と、基板１１上に形成された第１の多層膜反射鏡（以下、単に第１の反射鏡と称する）１２と、を有する。本実施例においては、第１の反射鏡１２は、基板１１上に形成され、第１の半導体膜（以下、高屈折率半導体膜と称する）Ｈ１と高屈折率半導体膜Ｈ１よりも低い屈折率を有する第２の半導体膜（以下、低屈折率半導体膜と称する）Ｌ１とが交互に積層された構造を有する。
　すなわち、本実施例においては、第１の反射鏡１２は、半導体多層膜反射鏡であり、半導体材料からなる分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）を構成する。
　また、本実施例においては、基板１１は、ＧａＮの組成を有する。また、基板１１は、第１の反射鏡１２の結晶成長に用いられる成長用基板である。また、第１の反射鏡１２における高屈折率半導体層Ｈ１はＧａＮの組成を有し、低屈折率半導体層Ｌ１はＡｌＩｎＮの組成を有する。なお、本実施例においては、基板１１と第１の反射鏡１２との間にはＧａＮの組成を有するバッファ層（図示せず）が設けられている。
　面発光レーザ１０は、第１の反射鏡１２上に形成され、発光層１４を含む発光構造層ＥＭを有する。本実施例においては、発光構造層ＥＭは、窒化物系半導体からなる複数の半導体層を含む。発光構造層ＥＭは、第１の反射鏡１２上に形成されたｎ型半導体層（第１の半導体層）１３と、ｎ型半導体層１３上に形成された発光層（活性層）１４と、発光層１４上に形成されたｐ型半導体層（第２の半導体層）１５と、を有する。
　本実施例においては、ｎ型半導体層１３は、ＧａＮの組成を有し、Ｓｉをｎ型不純物として含む。発光層１４は、ＩｎＧａＮの組成を有する井戸層及びＧａＮの組成を有する障壁層を含む量子井戸構造を有する。また、ｐ型半導体層１５は、ＧａＮ系の組成を有し、Ｍｇをｐ型不純物として含む。
　なお、発光構造層ＥＭの構成はこれに限定されない。例えば、ｎ型半導体層１３は、互いに組成が異なる複数のｎ型の半導体層を有していてもよい。また、ｐ型半導体層１５は、互いに組成が異なる複数のｐ型の半導体層を有していてもよい。
　例えば、ｐ型半導体層１５は、発光層１４との界面に、発光層１４に注入された電子のｐ型半導体層１５へのオーバーフローを防止する電子ブロック層（図示せず）として、例えばＡｌＧａＮ層を有していてもよい。また、ｐ型半導体層１５は、電極とのオーミックコンタクトを形成するためのコンタクト層（図示せず）を有していてもよい。この場合、例えば、ｐ型半導体層１５は、当該電子ブロック層及びコンタクト層間に、クラッド層としてのＧａＮ層を有していればよい。
　また、本実施例においては、ｐ型半導体層１５は、上面１５Ａ及び上面１５Ａから突出した凸部１５Ｂを有する。凸部１５Ｂは、上面１５Ａに垂直な方向から見たときに環状に形成されている。また、本実施例においては、図２に示すように、凸部１５Ｂは、上面１５Ａから円環状に突出したｐ型半導体層１５の表面領域である。
　面発光レーザ１０は、ｐ型半導体層１５の凸部１５Ｂを除いた上面１５Ａ上に形成された絶縁層（第１の絶縁層）１６を有する。本実施例においては、絶縁層１６は、ｐ型半導体層１５の上面１５Ａと、ｐ型半導体層１５の凸部１５Ｂの側面と、に接している。絶縁層１６は、発光層１４から放出された光に対して透光性を有し、ｐ型半導体層１５（凹部１５Ｂ）よりも低い屈折率を有する材料、例えば、ＳｉＯ2などの酸化物からなる。
　また、絶縁層１６は、ｐ型半導体層１５の上面１５Ａにおける凸部１５Ｂに囲まれた領域上に形成された内側絶縁部１６Ａを有する。本実施例においては、ｐ型半導体層１５の発光層１４とは反対側の表面は、凸部１５Ｂの上端面において絶縁層１６から露出している。
　面発光レーザ１０は、絶縁層１６上に形成され、ｐ型半導体層１５の凸部１５Ｂにおいてｐ型半導体層１５に接続された透光電極層１７を有する。透光電極層１７は、発光層１４から放出された光に対して透光性を有する導電性の膜である。透光電極層１７は、絶縁層１６の上面及びｐ型半導体層１５の凸部１５Ｂの上端面に接触している。例えば、透光電極層１７は、ＩＴＯ又はＩＺＯなどの金属酸化膜からなる。
　絶縁層１６は、透光電極層１７を介して発光構造層ＥＭに注入される電流を狭窄する電流狭窄層として機能する。まず、ｐ型半導体層１５の凸部１５Ｂは、絶縁層１６から露出し、透光電極層１７（電極）に接触することで、発光構造層ＥＭにおける低抵抗領域ＬＲとして機能する。そして、ｐ型半導体層１５の凸部１５Ｂが設けられた領域は、発光層１４に電流が注入される電流注入領域として機能する。
　また、ｐ型半導体層１５における凸部１５Ｂの内側及び外側の領域（上面１５Ａの領域）は、絶縁層１６に覆われることで低抵抗領域ＬＲよりも高い電気抵抗を有する高抵抗領域ＨＲとして機能する。すなわち、ｐ型半導体層１５の上面１５Ａが設けられた領域は、発光層１４への電流の注入が抑制される非電流注入領域として機能する。
　換言すれば、発光構造層ＥＭは、第１及び第２の反射鏡１２及び１９間において環状に設けられた低抵抗領域ＬＲと、低抵抗領域ＬＲの内側及び外側に形成され、低抵抗領域ＬＲよりも高い電気抵抗を有する高抵抗領域ＨＲと、を有する。
　面発光レーザ１０は、透光電極層１７上に形成された絶縁層（第２の絶縁層）１８を有する。例えば、絶縁層１８は、Ｔａ2Ｏ5、Ｎｂ2Ｏ5、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2、ＨｆＯ2などの金属酸化物からなる。また、絶縁層１８は、発光層１４から放出された光に対して透光性を有する。
　面発光レーザ１０は、絶縁層１８上に形成された第２の多層膜反射鏡（以下、単に第２の反射鏡と称する）１９を有する。第２の反射鏡１９は、発光構造層ＥＭを介して第１の反射膜１２に対向する位置に配置されている。第２の反射鏡１９は、第１の反射鏡１２との間で、発光構造層ＥＭに垂直な方向（基板１１に垂直な方向）を共振器長方向とする共振器ＯＣを構成する。
　また、本実施例においては、図２に示すように、第２の反射鏡１９は、円柱状の形状を有する。従って、本実施例においては、面発光レーザ１０は、円柱状の共振器ＯＣを有する。
　本実施例においては、第２の反射鏡１９は、第１の誘電体膜（以下、高屈折率誘電体膜と称する）Ｈ２と高屈折率誘電体膜Ｈ２よりも低い屈折率を有する第２の誘電体膜（以下、低屈折率誘電体膜と称する）Ｌ２とが交互に積層された構造を有する。
　すなわち、本実施例においては、第２の反射鏡１９は、誘電体多層膜反射鏡であり、誘電体材料からなる分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）を構成する。本実施例においては、高屈折率誘電体膜Ｈ２はＴａ2Ｏ5層からなり、低屈折率誘電体膜Ｌ２はＡｌ2Ｏ3層からなる。
　発光構造層ＥＭにおけるｐ型半導体層１５の凸部１５Ｂ、すなわち低抵抗領域ＬＲは、第１の反射鏡１２と第２の反射鏡１９との間の領域に設けられている。すなわち、本実施例においては、共振器ＯＣは、発光構造層ＥＭの低抵抗領域ＬＲに対応して第１及び第２の反射鏡１２及び１９間に延びる環状領域Ｒ２と、環状領域Ｒ２の内側において高抵抗領域ＨＲに対応して設けられた中央領域Ｒ１と、環状領域Ｒ２の外側に設けられた外側領域Ｒ３とを有する。
　また、本実施例においては、絶縁層１６は、ｐ型半導体層１５よりも低い屈折率を有する。従って、共振器ＯＣ内における中央領域Ｒ１及び外側領域Ｒ３は環状領域Ｒ２よりも低い等価屈折率を有する。すなわち、中央領域Ｒ１及び外側領域Ｒ３は低屈折率領域として機能し、環状領域Ｒ２は高屈折率領域として機能する。また、本実施例においては、中央領域Ｒ１は、円柱状の形状を有し、環状領域Ｒ２及び外側領域Ｒ３の各々は、円筒状の形状を有する。
　面発光レーザ１０は、発光構造層ＥＭに電流を印加する第１及び第２の電極Ｅ１及びＥ２を有する。第１の電極Ｅ１は、ｎ型半導体層１３上に形成されている。また、第２の電極Ｅ２は、透光電極層１７上に形成されている。
　第１及び第２の電極Ｅ１及びＥ２間に電圧が印加されると、発光構造層ＥＭの発光層１４から光が放出される。発光層１４から放出された光は、第１及び第２の反射鏡１２及び１９間において反射を繰り返し、共振状態に至る（レーザ発振を行う）。
　また、本実施例においては、第１の反射鏡１２は、第２の反射鏡１９よりもわずかに低い反射率を有する。従って、第１及び第２の反射鏡１２及び１９間で共振した光は、その一部が第１の反射鏡１２及び基板１１を透過し、外部に取出される。このようにして、面発光レーザ１０は、基板１１に及び発光構造層ＥＭに垂直な方向に光を出射する。
　なお、発光構造層ＥＭにおけるｐ型半導体層１５の凸部１５Ｂは、発光層１４における発光中心を画定し、共振器ＯＣの中心軸ＣＡを画定する。共振器ＣＡの中心軸ＣＡは、ｐ型半導体層１５の凸部１５Ｂの中心を通り、ｐ型半導体層１５（発光構造層ＥＭ）に垂直な方向に沿って延びる。本実施例においては、ｐ型半導体層１５の凸部１５Ｂの中心は、絶縁層１６における内側絶縁部１６Ａの中心に対応する位置に配置されている。
　ここで、面発光レーザ１０における各層の例示的な構成について説明する。本実施例においては、第１の反射鏡１２は、４４ペアのＧａＮ層及びＡｌＩｎＮ層からなる。ｎ型半導体層１３は、６５０ｎｍの層厚を有する。発光層１４は、４ｎｍのＩｎＧａＮ層及び５ｎｍのＧａＮ層が３回積層された多重量子井戸構造の活性層からなる。第２の反射鏡１９は、１０ペアのＴａ2Ｏ5層及びＡｌ2Ｏ3層からなる。
　また、ｐ型半導体層１５は、凸部１５Ｂの領域において５０ｎｍの層厚Ｔ１を有する。ｐ型半導体層１５は、上面１５Ａの領域において３０ｎｍの層厚を有する。凸部１５Ｂは、３．３μｍの内径Ｄ１を有する。また、凸部１５Ｂは、１０μｍの外径を有する。凸部１５Ｂは、３．３５μｍの幅Ｗ１を有する。
　また、絶縁層１６は、２０ｎｍの層厚を有する。絶縁層１６の上面は、ｐ型半導体層１５の凸部１５Ｂの上端面と同一平面をなすように構成されている。なお、これらは一例に過ぎない。
　図３は、面発光レーザ１０の共振器ＯＣの光学的な特性を模式的に示す図である。図３は、図１と同様の断面図であるが、ハッチングを省略している。本実施例においては、絶縁層１６は、ｐ型半導体層１５よりも低い屈折率を有し、ｐ型半導体層１５の凸部１５Ｂの上端面と同一の高さで形成されている。また、第１及び第２の反射鏡１２及び１９間における他の層の層厚は、それぞれ一定である。
　従って、共振器ＯＣ内における等価的な屈折率（第１及び第２の反射鏡１２及び１９間の光学距離であり、共振器長）は、ｐ型半導体層１５及び絶縁層１６間の屈折率の差によって、中央領域Ｒ１、環状領域Ｒ２及び外側領域Ｒ３間で異なる。
　具体的には、図３に示すように、環状領域Ｒ２における第１及び第２の反射鏡１２及び１９間の光学距離を光学距離ＯＬ１とし、中央領域Ｒ１及び外側領域Ｒ３における第１及び第２の反射鏡１２及び１９間の光学距離を光学距離ＯＬ２とした場合、光学距離ＯＬ２は、光学距離ＯＬ１よりも小さい。すなわち、中央領域Ｒ１及び外側領域Ｒ３における等価的な共振器長は、環状領域Ｒ２における等価的な共振器長よりも小さい。
　図４は、面発光レーザ１０の共振器ＯＣ内（発光構造層ＥＭ内）における電気的な特性を模式的に示す図である。図４は、発光構造層ＥＭ内を流れる電流ＣＲを模式的に示す図である。図４は、図１と同様の断面図であるが、ハッチングを省略している。本実施例においては、凸部１５Ｂの領域である環状領域Ｒ２が低抵抗領域ＬＲとして機能し、他の領域である中央領域Ｒ１及び外側領域Ｒ３は高抵抗領域ＨＲとして機能する。
　従って、図４に示すように、環状領域Ｒ２においてのみ発光層１４に電流ＣＲが注入され、中央領域Ｒ１においては発光層１４にほとんど電流が注入されない。すなわち、環状領域Ｒ２において光が生成される（利得が生ずる）一方で、中央領域Ｒ１においては光が生成されない。
　図５は、面発光レーザ１０から出射される光を模式的に示す図である。本実施例においては、面発光レーザ１０内の定在波は、第１の反射鏡１２から外部に取り出される。ここで、当該面発光レーザ１０内で共振した光は、図５に示すように、中央領域Ｒ１に収束しつつ外部に取り出される。なお、図５には、面発光レーザ１０から出射されるレーザ光ＬＢのビーム外縁を破線で模式的に示している。
　具体的には、まず、本実施例においては、絶縁層１６の屈折率は、ｐ型半導体層１５（凸部１５Ｂ）の屈折率よりも小さい。従って、共振器ＯＣ内において領域Ｒ１～Ｒ３間で等価屈折率の差が設けられている。本実施例においては、外側領域Ｒ３における共振器ＯＣ（レーザ媒質）の等価屈折率は、環状領域Ｒ２における共振器ＯＣの等価屈折率よりも小さい。
　これによって、共振器ＯＣ内の定在波が環状領域Ｒ２から外側に発散（放射）することによる光損失が抑制される。すなわち、環状領域Ｒ２の内側に多くの光が留まり、またその状態でレーザ光ＬＢが外部に取り出される。従って、多くの光が共振器ＯＣの環状領域Ｒ２に集中し、高出力なレーザ光ＬＢを生成及び出射することができる。
　また、本実施例においては、等価屈折率の差を設けることで共振器ＯＣ内の光閉じ込め構造が形成されている。従って、強度の低下を伴うことなくほぼ全ての光がレーザ光ＬＢとなる。従って、高効率で高出力なレーザ光ＬＢを生成及び出射することができる。
　次に、本実施例においては、低抵抗領域ＬＲ、すなわち発光層１４に対する電流注入領域を環状領域Ｒ２のみに制限している。すなわち、中央領域Ｒ１には電流が注入されず、この非電流注入領域を囲むように電流注入領域が設けられている。これによって、レーザ光ＬＢの固有モードを安定させることができる。
　具体的には、発光層１４から放出される光の波長を考慮し、主に低抵抗領域ＬＲの幅Ｗ１（図２を参照）、すなわち電流注入幅を調節することで、安定した固有モードのレーザ光ＬＢを出射することができる。これによって、安定した高強度な遠視野像を得ることができる。
　図６Ａは、電流注入幅Ｗ１とレーザ光ＬＢの固有モード（スーパーモードとも称される）との関係を示す図である。図６Ａの横軸は低抵抗領域ＬＲ（すなわち凸部１５Ｂ）の幅Ｗ１を示し、縦軸はレーザ光ＬＢの固有モードの数を示している。なお、図６Ａは、幅Ｗ１に対するレーザ光ＬＢの固有モードの変化を示している。
　図６Ａに示すように、電流注入幅Ｗ１が２．３μｍ以下の場合、８番目の固有モードが発現する。換言すれば、環状領域Ｒ２内において、８つのビームスポットがあり、その隣接するスポット間で位相が反転するモードが発現する（out-of-phaseモードとなる）。従って、遠視野像では、多峰性のレーザ光ＬＢが観測される。図６Ｂは、電流注入幅Ｗ１が２．３μｍ未満の場合のレーザ光ＬＢの遠視野像を示す図である。
　一方、電流注入幅Ｗ１が２．８５μｍ以上場合、基本固有モードとなる。具体的には、環状領域Ｒ２内には８つのビームスポットが存在するが、そのスポットが全て同位相となるモードが発現する（in-phaseモードとなる）。従って、単峰性のレーザ光ＬＢが出射される。図６Ｃは、電流注入幅Ｗ１が２．８５μｍよりも大きい場合のレーザ光ＬＢの遠視野像を示す図である。
　なお、本願の発明者は、電流注入幅Ｗ１が２．３～２．８５μｍの範囲内では、印加する電流値によって固有モードがin-phaseモード及びout-of-phaseモード間で変化することを確認している。
　このように、低抵抗領域ＬＲを環状に配置し、その幅Ｗ１を調節することで、安定した固有モードのレーザ光ＬＢを生成することができ、安定した遠視野像を形成することができる。しかし、安定した横モードのレーザ光ＬＢを生成することを考慮すると、環状の低抵抗領域ＬＲ及びその内側の高抵抗領域ＨＲが共振器ＯＣ内に設けられていればよい。
　なお、電流注入幅Ｗ１は、主に、レーザ光ＬＢ（すなわち発光層１４から放出される光）の波長及び共振器ＯＣの等価屈折率に応じて調節することができる。例えば、当該発光波長のみを考慮して幅Ｗ１を調節する場合、発光層１４から放出される光の波長を波長λとした場合、単峰性のレーザ光ＬＢを得ることを考慮すると、電流注入幅Ｗ１は、Ｗ１≧２．８５×（λ／０．４４５）［μｍ］の関係を満たすように設定されればよい。
　また、当該発光波長及び等価屈折率の両方を考慮して幅Ｗ１を調節することで、レーザ光ＬＢの固有モードをより安定させることができる。例えば、発光層１４から放出される光の波長を波長λとし、当該波長λに対する環状領域Ｒ２の等価屈折率を屈折率ｎλとし、４４５ｎｍの波長に対する環状領域Ｒ２の等価屈折率を屈折率ｎ445とした場合、単峰性のレーザ光ＬＢを得ることを考慮すると、電流注入領域ＣＪの幅Ｗ１は、Ｗ１≧２．８５×（λ／０．４４５）×（ｎλ／ｎ445）［μｍ］の関係を満たすように設定されればよい。
　また、本願の発明者は、電流注入幅Ｗ１は、５．５μｍ以下であることが安定した単一固有モードのレーザ光ＬＢを得る上で好ましいことを確認している。幅Ｗ１が５．５μｍよりも大きい場合、レーザ発振の閾値を超えると多モードのレーザ光ＬＢが出射される場合があったからである。すなわち、波長λが４４５ｎｍの場合に単峰性のレーザ光ＬＢを得ることを考慮すると、幅Ｗ１は、２．８５≦Ｗ１≦５．５［μｍ］の関係を満たせばよい。また、この範囲は、発光波長λ及び環状領域Ｒ２の等価屈折率に応じて調節されればよい。
　また、低抵抗領域ＬＲの内径Ｄ１（図２を参照）は、発光層１４でのキャリア（電子又は正孔）の拡散長を考慮して好ましい範囲に設定されることができる。発光層１４でのキャリアの拡散長とは、例えば、発光層１４内において発光層１４に平行な方向（横方向）にキャリアが移動する距離に対応する。
　例えば、本実施例においては、環状領域Ｒ２の内側に電流が注入されない発光層１４の領域を形成することが好ましい。従って、低抵抗領域ＬＲは、発光層１４に垂直な方向から見たときに、発光層１４でのキャリア（本実施例においては電子）の拡散長の２倍以上の内径Ｄ１を有していれば、環状領域Ｒ２の内側における発光層１４の領域の少なくとも一部に、電流が注入されない領域が形成される。従って、低抵抗領域ＬＲは、発光層１４に垂直な方向から見たときに、発光層１４でのキャリアの拡散長の２倍以上の内径Ｄ１を有することが好ましい。すなわち、低抵抗領域ＬＲの内側の高抵抗領域ＨＲの幅は、発光層１４でのキャリアの拡散長の２倍以上であることが好ましい。
　また、同様に、ｐ型半導体層１５の層厚Ｔ１（本実施例においては凸部１５Ｂの上端面から発光層１４との界面までの距離、図１を参照）についても、発光層１４でのキャリアの拡散長を考慮して好ましい範囲に設定することができる。ｐ型半導体層１５の層厚Ｔ１は、発光層１４でのキャリアの拡散長の２倍以下であることが好ましい。これによって、キャリア（電子）が到達しない発光層１４の領域を環状領域Ｒ２の内側に形成することができる。
　また、本実施例においては、環状領域Ｒ２は、低抵抗領域ＬＲであり、かつ高屈折率領域である。従って、注入される電流のほとんどをレーザ光ＬＢの生成に利用できるのみならず、屈折率差による中央領域Ｒ１又は外側領域Ｒ３でのレーザ光ＬＢの損失が大幅に抑制される。従って、高出力で安定した横モードのレーザ光ＬＢを、低閾値かつ高効率で生成することができる。また、中央領域Ｒ１に電流を流さないことで、中央領域Ｒ１での発熱を抑制することができ、高温での動作が可能となる。
　なお、本実施例においては、環状領域Ｒ２が高屈折率領域であり、中央領域Ｒ１及び外側領域Ｒ３が低屈折率領域である場合について説明した。すなわち、低抵抗領域ＬＲと高抵抗領域ＨＲとの境界は、高屈折率領域と低屈折率領域との境界と一致する位置に設けられる場合について説明した。しかし、中央領域Ｒ１、環状領域Ｒ２及び外側領域Ｒ３の構成はこれに限定されない。
　安定した横モードのレーザ光ＬＢを得ることを考慮すると、第１及び第２の反射鏡１２及び１９間において、環状の低抵抗領域ＬＲ及び低抵抗領域ＬＲの内側の高抵抗領域ＨＲが設けられていればよい。例えば、中央領域Ｒ１と環状領域Ｒ２との境界とは異なる位置に、高屈折率領域と低屈折率領域との境界が設けられるように構成されていてもよい。
　また、本実施例においては、ｐ型半導体層１５が凸部１５Ｂを有し、凸部１５Ｂが透光電極層１７に接触することで低抵抗領域ＬＲとして機能する場合について説明した。しかし、発光構造層ＥＭが環状の低抵抗領域ＬＲを有していればよい。例えば、ｎ型半導体層１３が凸部１５Ｂと同様の凸部を有していてもよい。すなわち、低抵抗領域ＬＲ及び高抵抗領域ＨＲがｎ型半導体層１３に設けられていてもよい。
　また、本実施例においては、低抵抗領域ＬＲ、すなわちｐ型半導体層１５の凸部１５Ｂが円環状に形成されている場合について説明した。しかし、低抵抗領域ＬＲの構成はこれに限定されない。
　図７Ａは、本実施例の変形例１に係る面発光レーザ１０Ａの模式的な上面図である。面発光レーザ１０Ａは、発光構造層ＥＭＡの構成を除いては、面発光レーザ１０と同様の構成を有する。発光構造層ＥＭＡは、ｐ型半導体層１５Ｍ１の構成を除いては、発光構造層ＥＭと同様の構成を有する。
　発光構造層ＥＭＡにおいては、ｐ型半導体層１５Ｍ１が楕円環状（トラック形状）の凸部１５Ｂ１を有する。すなわち、本変形例においては、楕円環状の環状領域Ｒ２（低抵抗領域ＬＲかつ高屈折率領域）が形成される。このように環状領域Ｒ２が形成されていても、例えば凸部１５Ｂ１の幅を調節することで、レーザ光ＬＢの固有モードは安定する。従って、例えば単峰性のレーザ光ＬＢの遠視野像を得ることができる。また、低放射角かつ高強度なレーザ光ＬＢを得ることができる。
　図７Ｂは、本実施例の変形例２に係る面発光レーザ１０Ｂの模式的な上面図である。面発光レーザ１０Ｂは、発光構造層ＥＭＢの構成を除いては、面発光レーザ１０と同様の構成を有する。発光構造層ＥＭＢは、ｐ型半導体層１５Ｍ２の構成を除いては、発光構造層ＥＭと同様の構成を有する。
　発光構造層ＥＭＢにおいては、ｐ型半導体層１５Ｍ２が矩形環状の凸部１５Ｂ２を有する。すなわち、本変形例においては、矩形環状の環状領域Ｒ２（低抵抗領域ＬＲかつ高屈折率領域）が形成される。このように環状領域Ｒ２が形成されていても、例えば凸部１５Ｂ２の幅を調節することで、レーザ光ＬＢの固有モードは安定する。従って、例えば単峰性であり、低放射角かつ高強度なレーザ光ＬＢの遠視野像を得ることができる。
　図７Ｃは、本実施例の変形例３に係る面発光レーザ１０Ｃの模式的な上面図である。面発光レーザ１０Ｃは、発光構造層ＥＭＣの構成を除いては、面発光レーザ１０と同様の構成を有する。発光構造層ＥＭＣは、ｐ型半導体層１５Ｍ３の構成を除いては、発光構造層ＥＭと同様の構成を有する。
　発光構造層ＥＭＣにおいては、ｐ型半導体層１５Ｍ３が十字を囲むような環状の凸部１５Ｂ３を有する。すなわち、本変形例においては、当該十字を囲む環状の環状領域Ｒ２（低抵抗領域ＬＲかつ高屈折率領域）が形成される。このように環状領域Ｒ２が形成されていても、例えば凸部１５Ｂ３の幅を調節することで、レーザ光ＬＢの固有モードは安定する。従って、例えば単峰性であり、低放射角かつ高強度なレーザ光ＬＢの遠視野像を得ることができる。
　このように、本実施例においては、共振器ＯＣ内に環状の低抵抗領域ＬＲを設けることで、環状領域Ｒ２内において発現する光の固有モードを安定させる。これによって、例えば単一の固有モードのレーザ光ＬＢ（例えば図６Ｃを参照）を得たり、複数の固有モードの光の集合体としてのレーザ光ＬＢ（例えば図６Ｂを参照）を得る。従って、低抵抗領域ＬＲは、例えば図７Ａ～図７Ｃのように、種々の構成を有し得る。
　また、本実施例においては、ｐ型半導体層１５及び絶縁層１６によって発光構造層ＥＭに低抵抗領域ＬＲが形成される場合について説明した。しかし、低抵抗領域ＬＲの構成はこれに限定されない。例えば、ｐ型半導体層１５の上面において、環状の領域を残して他の領域が高抵抗化されることで、低抵抗領域ＬＲが形成されてもよい。
　上記したように、本実施例においては、面発光レーザ１０は、基板１１と、基板１１上に形成された第１の反射鏡１２と、第１の反射鏡１２上に形成され、発光層１４を含む発光構造層ＥＭと、発光構造層ＥＭ上に形成され、第１の反射鏡１２との間で共振器ＯＣを構成する第２の反射鏡１９と、を有する。また、発光構造層ＥＭは、第１及び第２の反射鏡１２及び１９間において環状に形成された低抵抗領域ＬＲと、低抵抗領域ＬＲの内側に設けられ、低抵抗領域ＬＲよりも高い電気抵抗を有する高抵抗領域ＨＲと、を有する。従って、安定した横モードの光を出射することが可能な面発光レーザ１０を提供することができる。
　図８は、実施例２に係る面発光レーザ２０の断面図である。面発光レーザ２０は、発光構造層ＥＭ１及び低抵抗領域ＬＲの構成を除いては、面発光レーザ１０と同様の構成を有する。
　発光構造層ＥＭ１は、環状の領域を残してイオンが注入されたイオン注入領域２１Ａを有するｐ型半導体層（第２の半導体層）２１を有する。例えば、イオン注入領域２１Ａは、Ｂイオン、Ａｌイオン、又は酸素イオンが注入されたｐ型半導体層２１の上面の領域である。
　なお、イオン注入領域２１Ａにおいては、ｐ型の不純物が不活性化されている。すなわち、イオン注入領域２１Ａは、高抵抗領域ＨＲとして機能する。また、イオン注入領域２１Ａにおいては、イオンが注入されることで屈折率が変化する。
　また、本実施例においては、イオン注入領域２１Ａ以外のｐ型半導体層２１の領域２１Ｂは、イオン注入が行われていない非イオン注入領域であり、環状に形成されている。従って、本実施例においては、非イオン注入領域２１Ｂは、低抵抗領域ＬＲとして機能し、環状領域Ｒ２を構成する。
　本実施例のように、イオン注入の有無によっても、電気抵抗及び屈折率に差を設けることができる。従って、低抵抗領域ＬＲを発光構造層ＥＭ内に設けることができる。従って、安定した横モードの光を出射することが可能な面発光レーザ２０を提供することができる。
　図９は、実施例３に係る面発光レーザ３０の断面図である。面発光レーザ３０は、発光構造層ＥＭ１と第２の反射鏡１９との間に形成され、領域間で異なる屈折率を有する絶縁層（第２の絶縁層）３１を有する点を除いては、面発光レーザ２０と同様の構成を有する。
　面発光レーザ３０においては、絶縁層３１は、透光電極層１７上に形成され、非イオン注入領域２１Ｂ上に凸部３２Ａを有する高屈折率絶縁層３２と、凸部３２Ａを露出させつつ高屈折率絶縁層３２上に形成され、高屈折率絶縁層３２よりも低い屈折率を有する低屈折率絶縁層３３と、を有する。高抵抗絶縁層３２は、例えば、Ｎｂ2Ｏ5からなる。また、低屈折率絶縁層３３は、例えばＳｉＯ2からなる。
　本実施例においては、発光構造層ＥＭ１内に加え、その外部に形成された絶縁層３１によって、中央領域Ｒ１、環状領域Ｒ２及び外側領域Ｒ３間の屈折率差が設けられている。これによって、例えば、低抵抗領域ＬＲ及び高抵抗領域ＨＲを発光構造層ＥＭ１によって優先的かつ確実に画定し、低屈折率領域及び高屈折率領域を絶縁層３１によって画定及び補強することができる。従って、安定した横モードの光を出射することが可能な面発光レーザ３０を提供することができる。
　図１０は、実施例４に係る面発光レーザ４０の断面図である。面発光レーザ４０は、発光構造層ＥＭ２及び低抵抗領域ＬＲの構成を除いては、面発光レーザ１０と同様の構成を有する。
　面発光レーザ４０においては、発光構造層ＥＭ２は、環状の領域を残してドライエッチングが行われたエッチング部４１Ａを有するｐ型半導体層４１を有する。ｐ型半導体層４１におけるエッチングが行われていない環状の上面領域は、凸部４１Ｂとなる。
　ｐ型半導体層４１などの不純物を含む半導体は、ドライエッチングを行うことによって、その表面が粗面化される。これによって、エッチング部４１Ａにおけるｐ型の不純物が不活性化される。すなわち、ｐ型半導体層４１は、エッチング部４１Ａの領域にｐ型の不純物が不活性化された不活性化領域４１Ｃを有する。従って、不活性化領域４１Ｃは、高抵抗領域ＨＲとして機能する。
　また、本実施例においては、エッチング部４１Ａにおいては、ｐ型半導体層４１が部分的に除去される。従って、エッチング部４１Ａ以外の領域は、エッチング部４１Ａから突出した凸部４１Ｂとなる。また、エッチング部４１Ａにおいては、一般的に半導体層における金属との界面に設けられるコンタクト層が除去されている。従って、例えば実施例１のように絶縁層１６を設けなくても、エッチング部４１Ａは、十分に高抵抗化される。
　従って、まず、電流は凸部４１Ｂのみから発光構造層ＥＭ２に注入される。また、エッチング部４１Ａと凸部４１Ｂとの間でｐ型半導体層４１の層厚が異なる。従って、共振器ＯＣの等価屈折率、すなわち共振器ＯＣ内の光学距離に差を設けることができる。
　なお、低抵抗領域ＬＲを設けることを考慮すると、ｐ型半導体層４１が選択的に不活性化領域４１Ｃを有していればよい。従って、ｐ型半導体層４１は、ドライエッチングが行われたエッチング部４１Ａを有する場合に限定されない。例えば、イオン注入が行われることで不活性化領域４１Ｃが形成されてもよいし、アッシング処理が行われることで不活性化領域４１Ｃが形成されていてもよい。
　本実施例においては、発光構造層ＥＭ２のｐ型半導体層（第２の半導体層）４１は、環状の領域を残してｐ型の不純物が不活性化された不活性化領域４１Ｃを有する。そして、ｐ型半導体層４１の不純物が不活性化されていない領域４１Ｂは、低抵抗領域ＬＲとして機能する。
　このように、例えばエッチングを選択的に行ってｐ型半導体層４１を部分的に不活性化させることによっても、電気抵抗及び屈折率に差を設けることができる。従って、低抵抗領域ＬＲを発光構造層ＥＭ内に設けることができる。従って、安定した横モードの光を出射することが可能な面発光レーザ４０を提供することができる。
　図１１は、実施例５に係る面発光レーザ５０の断面図である。面発光レーザ５０は、発光構造層ＥＭ３及び低抵抗領域ＬＲの構成を除いては、面発光レーザ１０と同様の構成を有する。
　面発光レーザ５０においては、発光構造層ＥＭ３は、ｐ型半導体層１５の凸部１５Ｂ上に環状に設けられたトンネル接合層５１と、トンネル接合層５１上に設けられたｎ型半導体層（第２のｎ型半導体層又は第３の半導体層）５２と、を有する。また、発光構造層ＥＭ３は、トンネル接合層５１及びｎ型半導体層５２の側面を取り囲み、トンネル接合層５１及びｎ型半導体層５２よりも低い屈折率を有するｎ型半導体層（第３のｎ型半導体層又は第４の半導体層）５３と、を有する。
　トンネル接合層５１は、ｐ型半導体層１５上に形成され、ｐ型半導体層（第２の半導体層）１５よりも高い不純物濃度を有するハイドープｐ型半導体層（図示せず）と、当該ハイドープｐ型半導体層上に形成され、ｎ型半導体層（第１のｎ型半導体層又は第１の半導体層）１３よりも高い不純物濃度を有するハイドープｎ型半導体層（図示せず）と、を含む。
　また、本実施例においては、ｎ型半導体層５３は、Ｇｅをｎ型不純物として含む。これによって、ｎ型半導体層５３は、ｎ型半導体層５２、トンネル接合層５１及びｐ型半導体層１５の凸部１５Ｂの平均屈折率よりも低い屈折率を有する。
　従って、本実施例においては、トンネル接合層５１が抵抗領域ＬＲとして機能する。本実施例においては、すなわち、発光構造層ＥＭ３は、ｐ型半導体層１５（第２の半導体層）上において環状に形成され、低抵抗領域ＬＲとして機能するトンネル接合層５１を有する。また、ｎ型半導体層５３が中央領域Ｒ１及び外側領域Ｒ３を画定する。
　本実施例のように、トンネル接合による電流狭窄を行い、またその領域を環状に設けることによっても、発光構造層ＥＭ３内に低抵抗領域ＬＲを形成することができる。また、低抵抗領域ＬＲ以外の領域の屈折率を低くすることで、中央領域Ｒ１、環状領域Ｒ２及び外側領域Ｒ３を画定することができる。従って、安定した横モードの光を出射することが可能な面発光レーザ５０を提供することができる。
　なお、上記に示した実施例は、一例に過ぎない。例えば、上記した種々の実施例は組み合わせることができる。例えば、面発光レーザ１０が面発光レーザ３０と同様の絶縁層３１を有していてもよい。また、例えば、面発光レーザ４０が不活性化領域４１Ｃ上に絶縁層１６を有していてもよい。
　上記したように、例えば、面発光レーザ１０は、発光構造層ＥＭが第１及び第２の反射鏡１２及び１９間において環状に設けられた低抵抗領域（電流注入領域ＣＪ）を有する。これによって、安定した横モードの光を出射することが可能な面発光レーザ１０（垂直共振器型発光素子）を提供することができる。
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、２０、３０、４０、５０　面発光レーザ（垂直共振器型発光素子）
ＥＭ、ＥＭＡ、ＥＭＢ、ＥＭＣ、ＥＭ１、ＥＭ２、ＥＭ３　発光構造層
１４　発光層
ＬＲ　低抵抗領域

Claims (9)

  1. 　基板と、
    　前記基板上に形成された第１の多層膜反射鏡と、
    　前記第１の多層膜反射鏡上に形成され、発光層を含む発光構造層と、
    　前記発光構造層上に形成され、前記第１の多層膜反射鏡との間で共振器を構成する第２の多層膜反射鏡と、を有し、
    　前記発光構造層は、前記第１の多層膜反射鏡と前記第２の多層膜反射鏡との間において環状に設けられた低抵抗領域と、前記低抵抗領域の内側に形成され、前記低抵抗領域よりも高い電気抵抗を有する高抵抗領域と、を有することを特徴とする垂直共振器型発光素子。
  2. 　前記共振器は、前記発光構造層の前記低抵抗領域に対応して前記第１及び第２の多層膜反射鏡間に延びる環状領域と、前記環状領域の内側において前記高抵抗領域に対応して設けられた中央領域と、前記環状領域の外側に設けられた外側領域と、を有し、
    　前記中央領域及び前記外側領域は、前記環状領域よりも低い等価屈折率を有することを特徴とする請求項１に記載の垂直共振器型発光素子。
  3. 　前記発光層から放出される光の波長λとし、前記波長λに対する前記環状領域の等価屈折率を屈折率ｎλとし、４４５ｎｍの波長に対する前記環状領域の等価屈折率を屈折率ｎ445とした場合、前記電流注入領域の幅Ｗ１は、Ｗ１≧２．８５×（λ／０．４４５）×（ｎλ／ｎ445）［μｍ］の関係を満たすことを特徴とする請求項２に記載の垂直共振器型発光素子。
  4. 　前記低抵抗領域の内側の前記高抵抗領域の幅は、前記発光層でのキャリアの拡散長の２倍以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の垂直共振器型発光素子。
  5. 　前記発光構造層は、前記第１の多層膜反射鏡上に形成された第１の半導体層と、前記第１の半導体層上に形成された前記発光層と、前記発光層上に形成され、前記第１の半導体層とは反対の導電型を有する第２の半導体層と、を有し、
    　前記第２の半導体層は、前記上面と、前記上面から環状に突出する凸部とを有し、
    　前記第２の半導体層の前記上面は、絶縁層に覆われることで前記高抵抗領域として機能し、
    　前記第２の半導体層の前記凸部は、電極に接触することで前記低抵抗領域として機能することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の垂直共振器型発光素子。
  6. 　前記発光構造層は、前記第１の多層膜反射鏡上に形成された第１の半導体層と、前記第１の半導体層上に形成された前記発光層と、前記発光層上に形成され、前記第１の半導体層とは反対の導電型を有する第２の半導体層と、を有し、
    　前記第２の半導体層は、環状の領域を残してイオンが注入されたイオン注入領域を有し、
    　前記第２の半導体層の前記イオンが注入されていない領域は、前記低抵抗領域として機能することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の垂直共振器型発光素子。
  7. 　前記発光構造層は、前記第１の多層膜反射鏡上に形成された第１の半導体層と、前記第１の半導体層上に形成された前記発光層と、前記発光層上に形成され、前記第１の半導体層とは反対の導電型を有する第２の半導体層と、を有し、
    　前記第２の半導体層は、環状の領域を残して前記第２の半導体層の不純物が不活性化された不活性化領域を有し、
    　前記第２の半導体層の前記不純物が不活性化されていない領域は、前記低抵抗領域として機能することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の垂直共振器型発光素子。
  8. 　前記発光構造層は、前記第１の多層膜反射鏡上に形成された第１の半導体層と、前記第１の半導体層上に形成された前記発光層と、前記発光層上に形成され、前記第１の半導体層とは反対の導電型を有する第２の半導体層と、前記第２の半導体層上に環状に形成され、前記低抵抗領域として機能するトンネル接合層と、を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の垂直共振器型発光素子。
  9. 　前記第２の半導体層の層厚は、前記発光層でのキャリアの拡散長の２倍以下であることを特徴とする請求項５乃至８のいずれか１つに記載の垂直共振器型発光素子。
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