WO2020170818A1 - 垂直共振器型発光素子 - Google Patents

垂直共振器型発光素子 Download PDF

Info

Publication number
WO2020170818A1
WO2020170818A1 PCT/JP2020/004314 JP2020004314W WO2020170818A1 WO 2020170818 A1 WO2020170818 A1 WO 2020170818A1 JP 2020004314 W JP2020004314 W JP 2020004314W WO 2020170818 A1 WO2020170818 A1 WO 2020170818A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
region
light emitting
layer
semiconductor layer
resistance region
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/004314
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
大 倉本
静一郎 小林
Original Assignee
スタンレー電気株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by スタンレー電気株式会社 filed Critical スタンレー電気株式会社
Priority to EP20760005.7A priority Critical patent/EP3930122A4/en
Priority to US17/432,470 priority patent/US20220140570A1/en
Priority to CN202080015430.4A priority patent/CN113454860A/zh
Publication of WO2020170818A1 publication Critical patent/WO2020170818A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18361—Structure of the reflectors, e.g. hybrid mirrors
    • H01S5/18377—Structure of the reflectors, e.g. hybrid mirrors comprising layers of different kind of materials, e.g. combinations of semiconducting with dielectric or metallic layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0425—Electrodes, e.g. characterised by the structure
    • H01S5/04252—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the material
    • H01S5/04253—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the material having specific optical properties, e.g. transparent electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18308—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18308—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement
    • H01S5/18322—Position of the structure
    • H01S5/1833—Position of the structure with more than one structure
    • H01S5/18333—Position of the structure with more than one structure only above the active layer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18308—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement
    • H01S5/18338—Non-circular shape of the structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18361—Structure of the reflectors, e.g. hybrid mirrors
    • H01S5/18369—Structure of the reflectors, e.g. hybrid mirrors based on dielectric materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/2054—Methods of obtaining the confinement
    • H01S5/2059—Methods of obtaining the confinement by means of particular conductivity zones, e.g. obtained by particle bombardment or diffusion
    • H01S5/2063—Methods of obtaining the confinement by means of particular conductivity zones, e.g. obtained by particle bombardment or diffusion obtained by particle bombardment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/305—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure
    • H01S5/3054—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure p-doping
    • H01S5/3063—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure p-doping using Mg
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure 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
    • H01S5/3415—Structure 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 containing details related to carrier capture times into wells or barriers
    • H01S5/3416—Structure 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 containing details related to carrier capture times into wells or barriers tunneling through barriers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure 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
    • H01S5/343—Structure 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
    • H01S5/34333—Structure 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure 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
    • H01S5/343—Structure 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
    • H01S5/34346—Structure 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 characterised by the materials of the barrier layers
    • H01S5/34386—Structure 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 characterised by the materials of the barrier layers explicitly Al-free
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S2301/00—Functional characteristics
    • H01S2301/16—Semiconductor lasers with special structural design to influence the modes, e.g. specific multimode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S2301/00—Functional characteristics
    • H01S2301/18—Semiconductor lasers with special structural design for influencing the near- or far-field
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S2301/00—Functional characteristics
    • H01S2301/20—Lasers with a special output beam profile or cross-section, e.g. non-Gaussian
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18341—Intra-cavity contacts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18344—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] characterized by the mesa, e.g. dimensions or shape of the mesa
    • H01S5/18347—Mesa comprising active layer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/2004—Confining in the direction perpendicular to the layer structure
    • H01S5/2009—Confining in the direction perpendicular to the layer structure by using electron barrier layers

Definitions

  • the present invention relates to a vertical cavity surface emitting laser 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 made 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 emission pattern is stable, for example, the far-field pattern is stable.
  • a resonator capable of generating light of 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 with 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, wherein the light-emitting structural layer has a high resistance region and the high resistance region. It has a low resistance region having a lower electric resistance, and the low resistance region is characterized by having a plurality of partial regions arranged in a ring shape while being partitioned by the high resistance region in the plane of the light emitting structure layer.
  • FIG. 3 is a schematic top view of the surface emitting laser according to Example 1.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the surface emitting laser according to Example 1.
  • FIG. 3 is a top view of a high resistance region and a low resistance region in the surface emitting laser according to Example 1.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing optical characteristics of the surface emitting laser according to Example 1.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing electrical characteristics of the surface emitting laser according to Example 1.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing an aspect of light emitted from the surface emitting laser according to Example 1.
  • FIG. 3 is a diagram showing a near-field image of the surface emitting laser according to Example 1.
  • FIG. 3 is a diagram showing a far-field image of the surface emitting laser according to Example 1.
  • FIG. 5 is a diagram showing wavelength characteristics of the surface emitting laser according to Example 1.
  • FIG. 9 is a top view of a high resistance region and a low resistance region in a surface emitting laser according to a modification 1 of Example 1.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a surface emitting laser according to Modification 1 of Example 1.
  • 7 is a top view of a high resistance region and a low resistance region in a surface emitting laser according to a modification 2 of Example 1.
  • FIG. 9 is a top view of a high resistance region and a low resistance region in a surface emitting laser according to Modification 3 of Example 1.
  • FIG. 5 is a top view of a high resistance region and a low resistance region of the 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. 11 is a cross-sectional view of a surface emitting laser according to a modified example of Example 3.
  • 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 is implemented as a surface emitting laser (semiconductor laser)
  • semiconductor laser semiconductor laser
  • the present invention is not limited to the surface emitting laser, and can be applied to various vertical cavity light emitting elements such as vertical cavity light emitting diodes.
  • FIG. 1 is a schematic top 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.
  • VCSEL Vertical Cavity Surface Emitting Laser
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the surface emitting laser 10.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line 2-2 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 has 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.
  • the first reflecting mirror 12 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 film H1 in the first reflecting mirror 12 has a composition of GaN
  • the low refractive index semiconductor film 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 EM1 formed on the first reflecting mirror 12 and including a light emitting layer 14.
  • the light emitting structure layer EM1 includes a plurality of semiconductor layers made of a nitride semiconductor.
  • the light emitting structure layer EM1 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 EM1 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 have 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 the 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 has a substantially annular shape having a side surface including radial protrusions when viewed from a direction perpendicular to 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 refractive index lower than that of the p-type semiconductor layer 15 (recess 15B), for example, an oxide such as SiO 2. Become.
  • 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 that is translucent 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 translucent 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 EM1 via the transparent electrode layer 17.
  • the region outside the convex portion 15B (region of the upper surface 15A) in the p-type semiconductor layer 15 is covered with the insulating layer 16 and thus functions as a high resistance region A1 having high electric resistance.
  • 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 have an electric resistance lower than that of the high resistance region A1 in the light emitting structure layer EM1. It functions as the low resistance region A2.
  • the region of the upper surface 15A of the p-type semiconductor layer 15 functions as a non-current injection region in which the injection of current into the light emitting layer 14 is suppressed.
  • the region of the p-type semiconductor layer 15 provided with the convex portion 15 ⁇ /b>B functions as a current injection region in which the constricted current is injected into the light emitting layer 14.
  • 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 an insulating metal oxide such as Ta 2 O 5 , Nb 2 O 5 , ZrO 2 , TiO 2 , and HfO 2 . Further, 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 mirror 12 with the light emitting structure layer EM1 interposed therebetween.
  • the second reflecting mirror 19 constitutes, together with the first reflecting mirror 12, a resonator OC1 having a resonator length direction in a direction perpendicular to the light emitting structure layer EM1 (direction perpendicular to the substrate 11).
  • 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 constitutes a distributed Bragg reflector (DBR) made of a dielectric material.
  • DBR distributed Bragg reflector
  • the high refractive index dielectric film H2 is made of a Ta 2 O 5 layer and the low refractive index dielectric film L 2 is made of an Al 2 O 3 layer.
  • the second reflecting mirror 19 has a cylindrical shape. Therefore, in this embodiment, the surface emitting laser 10 has the cylindrical resonator OC1.
  • the surface emitting laser 10 has first and second electrodes E1 and E2 for applying a current to the light emitting structure layer EM1.
  • the first electrode E1 is formed on the n-type semiconductor layer 13.
  • the second electrode E2 is formed on the transparent 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 EM1.
  • the convex portion 15B of the p-type semiconductor layer 15 in the light emitting structure layer EM1 defines the light emitting center that is the center of the light emitting region in the light emitting layer 14, and defines the central axis (light emitting central axis) CA of the resonator OC1.
  • the central axis CA of the resonator OC1 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 EM1).
  • the light emitting region of the light emitting layer 14 is, for example, a region having a predetermined width in the light emitting layer 14 in which light having a predetermined intensity or higher is emitted, and the center thereof is the light emission center. Further, for example, the light emitting region of the light emitting layer 14 is a region in the light emitting layer 14 into which a current having a predetermined density or more is injected, and the center thereof is the light emitting center.
  • a straight line that passes through the emission center and is perpendicular to the substrate 11 is the central axis CA.
  • the emission center axis CA is a straight line extending along the resonator length direction of the resonator OC1 constituted by the first and second reflecting mirrors 12 and 19.
  • the center axis CA corresponds to the optical axis of the laser light emitted from the surface emitting laser 10.
  • 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 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 outer diameter of 10 ⁇ m.
  • the insulating layer 16 has a layer thickness of 20 nm.
  • the upper surface of the insulating layer 16 is arranged at the same height as 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 showing a detailed configuration of the high resistance region A1 and the low resistance region A2 in the semiconductor structure layer EM1.
  • FIG. 3 is an enlarged schematic view of a region near the resonator OC1 in FIG. The details of the configuration of the light emitting structure layer EM1 will be described with reference to FIG.
  • the high resistance region A1 is provided in an annular shape (in the plane of the light emitting structure layer EM1) when viewed from the direction perpendicular to the light emitting structure layer EM1 and is provided in the light emitting structure layer EM1 and the resonator OC1.
  • An outer peripheral area (high resistance outer peripheral area) A10 that constitutes an outer peripheral portion, a plurality of partial areas (high resistance partial areas) A11 that are provided inside the outer peripheral area A10 and are annularly provided apart from each other, and the partial area A11.
  • an inner region (high resistance inner region) A12 provided in a columnar shape apart from the partial region A11.
  • the outer peripheral area A10 of the high resistance area A1 is provided in an annular shape. Further, each of the partial areas A11 is a high resistance portion extending from the inner side surface of the outer peripheral area A10 toward the inner side of the outer peripheral area A10.
  • the inner region A12 is a columnar high resistance portion provided in the center of the resonator OC1 including the emission center axis CA.
  • each of the partial regions A11 extends toward the center of the outer peripheral region A10 by the same length, and is arranged rotationally symmetrically with respect to the center of the outer peripheral region A10.
  • each of the partial areas A11 is provided so as to extend from the outer peripheral area A10 in a comb shape and in a cone shape.
  • the low resistance area A2 is provided inside the outer peripheral area A10 of the high resistance area A1.
  • the low resistance region A2 is provided between an inner region (low resistance inner region) A20 provided in a ring shape inside the outer peripheral region A10 and a partial region A11 of the high resistance region A1 provided in a ring form outside the inner region A20. And a plurality of partial regions (low-resistance partial regions) A21 provided in.
  • An inner region A12 of the high resistance region A1 is provided inside the inner region A20 of the low resistance region A2.
  • the inner region A20 of the low resistance region A2 has an annular shape and is formed so that its center is located at the center of the outer peripheral region A10 of the high resistance region A1.
  • each of the partial regions A21 is a low resistance portion that extends from the outer surface of the inner region A20 toward the outside of the inner region A20 and between the partial regions A11 of the high resistance region A1.
  • each of the partial regions A21 extends radially from the inner region A20 in the same length and has rotational symmetry in the plane of the light emitting structure layer EM1 with the center of the inner region A20 as a reference. It is arranged.
  • each of the partial regions A21 is provided so as to extend from the inner region A20 in a comb shape and in a columnar shape.
  • each of the partial regions A21 of the low resistance region A2 extends from the inner region A20 with a width of about 2 to 3 ⁇ m in the circumferential direction around the emission center axis CA.
  • the convex portion 15B of the p-type semiconductor layer 15 which is the low resistance region A2 of the light emitting structure layer EM1 is provided in the region between the first reflecting mirror 12 and the second reflecting mirror 19. Therefore, in this embodiment, the resonator OC1 is provided between the first and second reflecting mirrors 12 and 19 and has four regions coaxial with the emission center axis CA.
  • the resonator OC1 extends in a tubular shape (cylindrical shape in the present embodiment) between the first and second reflecting mirrors and includes only the high resistance area A1, and constitutes the outer peripheral area of the resonator OC1.
  • a first region R1 and a high resistance region A1 and a low resistance region A2 that are provided inside the first region R1 in a tubular shape (cylindrical shape in this embodiment) and that are alternately arranged in the circumferential direction.
  • a second region R2 including.
  • the resonator OC1 includes a third region R3, which is provided inside the second region R2 in a tubular shape (a cylindrical shape in this embodiment) and includes only the low resistance region A2, and a third region R3.
  • a fourth region R4 provided in a columnar shape (a cylindrical shape in the present embodiment) and including only the high resistance region A1 is provided inside.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing optical characteristics in the cavity OC1 of the surface emitting laser 10.
  • FIG. 4 is a sectional view similar to FIG.
  • 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 (optical distance between the first and second reflecting mirrors 12 and 19 and corresponding to the resonance wavelength) in the resonator OC1 is between the p-type semiconductor layer 15 and the insulating layer 16.
  • the high resistance region A1 and the low resistance region A2 differ due to the difference in refractive index.
  • the refractive index N1 is smaller than the refractive index N1. That is, the equivalent resonance wavelength in the low resistance region A2 is smaller than the equivalent resonance wavelength in the high resistance region A1.
  • the resonator OC1 has a low refractive index region (first region R1, second region R1) extending between the first and second reflecting mirrors 12 and 19 corresponding to the high resistance region A1 of the light emitting structure layer EM1. Part of the region R2 and the fourth region R4) and the first and second reflecting mirrors 12 and 19 corresponding to the low resistance region A2 are extended and have an equivalent refractive index larger than that of the low refractive index region.
  • a high refractive index region (a part of the second region R2 and the third region R3).
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing electrical characteristics in the cavity OC1 (in the light emitting structure layer EM1) of the surface emitting laser 10.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing the current CR flowing in the light emitting structure layer EM1.
  • FIG. 5 is a sectional view similar to FIG.
  • the high resistance region A1 is covered with the insulating layer 16 to have a high resistance. Therefore, the current CR is injected into the light emitting structure layer EM1 only through the low resistance region A2. Further, since the current confinement structure by the insulating layer 16 is provided in the vicinity of the light emitting layer 14, the current CR is unlikely to spread in the in-plane direction of the light emitting layer 14.
  • the current CR is applied only to the light emitting layer 14 in the second and third regions R2 and R3 corresponding to the inner region A20 and the partial region A21 of the low resistance region A2 and the region in the vicinity thereof. Flowing. Also, almost no current is injected into the regions of the light emitting layer 14 in the first and fourth regions R1 and R4. Therefore, light is generated (gain is generated) in the second and third regions R2 and R3, while no light is generated in the first and fourth regions R1 and R4.
  • FIG. 6 is a diagram schematically showing the laser light LB 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. Further, as shown in FIG. 6, the laser light LB is extracted to the outside while being converged on the first region R1.
  • the outer edge of the shape of the laser beam 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 first to fourth regions R1 to R4 in the resonator OC1.
  • the equivalent refractive index N2 of the resonator OC1 (laser medium) in the first region R1 is smaller than the equivalent refractive index N1 of the resonator OC1 in the second and third regions R2 and R3. .
  • the high resistance area A1 has an outer peripheral area A10 surrounding the low resistance area A2. Therefore, the resonator OC1 has a low refractive index region (first region R1) extending between the first and second reflecting mirrors 12 and 19 corresponding to the outer peripheral region A10 of the high resistance region A1 of the light emitting structure layer EM1.
  • a high refractive index region (second and third regions R2 and R3) provided inside the low refractive index region corresponding to the low resistance region A2 and having an equivalent refractive index larger than that of the low refractive index region.
  • the optical loss due to the standing wave in the resonator OC1 diverging (radiating) from the second and third regions R2 and R3 to the outside is suppressed. That is, a large amount of light stays inside the second 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 emission center axis CA of the resonator OC1, and the high-power laser light LB can be generated and emitted.
  • an optical guide structure optical confinement structure
  • optical confinement structure optical confinement structure
  • FIG. 7A is a diagram showing a near-field image of the laser light LB.
  • FIG. 7B is a diagram showing a far-field image of the laser beam LB.
  • FIG. 7C is a diagram showing wavelength characteristics of the laser light LB.
  • the light emitting structure layer EM1 is provided with the regions in which the partial regions A11 of the high resistance region A1 and the partial regions A21 of the low resistance region A2 are arranged annularly and alternately. There is. That is, in the resonator OC1, as the second region R2, a region in which the region into which the current is injected into the light emitting layer 14 is annularly scattered is provided. As a result, the eigenmode of the laser light LB is extremely stable.
  • the standing waves scattered and expressed in the second region R2 can ideally be interfered (as designed). Then, the standing waves that interfere with each other are emitted as the laser light LB of the eigenmode as designed.
  • a light emission pattern having an intensity peak is formed at a position corresponding to the partial area A21 of the low resistance area A2. This is because the standing wave in the resonator OC1 is confined in the partial region A21, and the position of the standing wave in the circumferential direction of the emission center axis CA is fixed. In other words, by providing the partial region A21, the emission pattern of the surface emitting laser 10 can be controlled also in the circumferential direction of the optical axis.
  • a monomodal beam pattern having an intensity peak at one point on the emission center axis CA is formed.
  • a light interference phenomenon occurs as designed, and a far-field image as designed is produced. That is, a very stable eigenmode laser beam LB is emitted.
  • the range of applied current capable of generating a stable far-field image is greatly expanded. For example, even when a large current is applied to obtain a large amount of laser light LB, such as when a high-power light is required as in a vehicle lamp, the mode that appears is less likely to become unstable. Therefore, for example, it is a light source suitable for applications in which stable, high-power laser light LB is required.
  • the position of the standing wave around the emission center axis CA that is, the position of the emission pattern in the circumferential direction of the emission center axis CA is not specified.
  • the applied current is increased, it may not be possible to obtain a stable single-peaked laser beam LB, or the laser beam LB may become multimode.
  • an unstable far-field image is that a beam pattern having a plurality of intensity peaks in a ring shape is generated.
  • the position of the standing wave is fixed because the low resistance area A2 has the annular partial area A21. Therefore, even when the intensity of the light (standing wave) in the resonator OC1 is increased by changing the applied current, the spatial magnitude relation of the intensity is stabilized. Therefore, the light interference condition is stable, and the laser light LB having a stable pattern can be obtained.
  • the standing wave interference condition that is, the beam pattern of the laser light LB can be adjusted.
  • the size (width) in the circumferential direction of the partial area A21 corresponds to the slit width.
  • the interval between the adjacent partial areas A21 corresponds to the slit interval.
  • FIG. 7C is a diagram showing wavelength characteristics of the laser light LB.
  • the laser light LB is light having a substantially single wavelength.
  • the wavelength of the laser light LB corresponds to the resonance wavelength (that is, the optical distance) of the third region R3 in the resonator OC1.
  • the laser light LB has a single wavelength (longitudinal mode) and a monomodal intensity distribution.
  • the surface-emitting laser 10 is a high-performance and high-output light emitting element capable of stably emitting such laser light LB.
  • FIG. 8 is a schematic top view of the resonator OC11 in the surface emitting laser 10A according to the first modification of the present embodiment.
  • FIG. 9 is a sectional view of the surface emitting laser 10A.
  • the surface emitting laser 10A has the same structure as the surface emitting laser 10 except for the structures of the high resistance region A1 and the low resistance region A2.
  • the resonator OC11 has the same configuration as the resonator OC1 except that the resonator OC11 does not have the fourth region R4.
  • the p-type semiconductor layer 15 has a substantially columnar convex portion 15D while having a radiation portion, instead of the convex portion 15B.
  • the p-type semiconductor layer 15 has an upper surface 15C and a convex portion 15D protruding from the upper surface 15C in a substantially cylindrical shape.
  • the insulating layer 16 is provided on the upper surface 15C of the p-type semiconductor layer 15. The p-type semiconductor layer 15 is exposed from the insulating layer 16 in the convex portion 15D. Further, the translucent electrode layer 17 is in contact with the p-type semiconductor layer 15 at the convex portion 15D.
  • the high resistance region A1 is not provided at the center of the resonator OC11. That is, the high resistance region A1 is composed only of the outer peripheral region A10 and the partial region A11. Further, the low resistance region A2 has a cylindrical inner region A20 and a plurality of partial regions A21 extending outside the inner region A20 in a comb shape.
  • the configuration inside the resonator is not limited to the above.
  • the high resistance region A1 may not be provided on the emission central axis CA.
  • the mode of the laser beam LB is stabilized by the plurality of partial regions A21 in which the low resistance region A2 is annular, and for example, the laser beam LB having a stable beam pattern can be emitted even when the applied current is increased.
  • FIG. 10 is a schematic top view of the resonator OC12 of the surface emitting laser 10B according to the second modification of the present embodiment.
  • the surface-emitting laser 10B has the same structure as the surface-emitting laser 10 except for the structure of the p-type semiconductor layer 15 and the structure of the resonator OC12.
  • the resonator OC12 has the same configuration as the resonator OC1 except that a region in which the high resistance region A1 and the low resistance region A2 are mixed is provided in the third region R3.
  • the p-type semiconductor layer 15 has, instead of the convex portion 15B, a substantially annular convex portion 15F having a radiation portion inside.
  • the p-type semiconductor layer 15 has an upper surface 15E and a convex portion 15F that has a side surface that protrudes from the upper surface 15E in an annular shape and that has a plurality of radiating portions toward the center inside thereof.
  • the configurations of the insulating layer 16 and the transparent electrode layer 17 are the same as above.
  • the low resistance area A2 is in contact with the inner side of the outer peripheral area A10 of the high resistance area A1 and has an annular shape, and an inner area A20 having an annular shape inside the inner area A20 and separated from each other. And a partial area A21.
  • each of the partial areas A21 is a low resistance portion that extends in a cone shape from the inner surface of the inner area A20 toward the center of the inner area A20.
  • the high resistance region A1 is provided in a plurality of annular shapes so as to be in contact with the outer peripheral region A10 and the inner region A12 and to enter between the partial regions A21 of the low resistance region A2. And a partial area A11.
  • the low resistance area A2 has a partial area A21 inside the inner area A20. Therefore, the resonator OC12 has a region in which the high resistance regions A1 and the low resistance regions A2 are alternately arranged in the third region R3 instead of the second region R2.
  • the partial area A21 of the low resistance area A2 can be provided at various positions. Even in this case, the mode of the laser light LB is stabilized by the partial region A21, and for example, the single-peaked laser light LB can be stably emitted.
  • FIG. 11 is a schematic top view of a resonator OC13 of a surface emitting laser 10C according to Modification 3 of the present embodiment.
  • the surface-emitting laser 10C has the same structure as the surface-emitting laser 10 except for the structure of the p-type semiconductor layer 15 and the structure of the resonator OC13.
  • the resonator OC13 has the same configuration as the resonator OC1 except that the resonator OC13 has rectangular second to fourth regions R2 to R4.
  • the p-type semiconductor layer 15 has an upper surface 15G and a convex portion 15H having the same configuration as the convex portion 15B except that it protrudes from the upper surface 15G in a substantially rectangular shape.
  • the high resistance region A1 has a plurality of partial regions A11 arranged in a rectangular ring shape inside the outer peripheral region A10 and a rectangular inner region A12.
  • the low resistance region A2 has a rectangular annular inner region A20 and a plurality of rectangular partial regions A21 provided outside the inner region A20.
  • the second region R2 may have a rectangular shape as long as it is provided in a ring shape. Even in this case, the mode of the laser beam LB is stabilized by the partial region A21, and for example, the single-peaked laser beam LB can be stably emitted.
  • the low resistance area A2 may not have the inner area A20. That is, the low resistance region A2 may have a plurality of annular partial regions A21. Further, the high resistance region A1 may have at least a plurality of partial regions A11 provided between the partial regions A21 of the low resistance region A2.
  • the entire low resistance region A2 may be scattered in the light emitting structure layer EM1.
  • the light emitting structure layer EM1 is provided between the first and second reflecting mirrors 12 and 19, and each of the high resistance regions A1 is provided in the plane of the light emitting structure layer EM1.
  • a low resistance region A2 having an electric resistance lower than that of the high resistance region A1.
  • the low resistance region A2 has a plurality of partial regions A21 arranged in a ring shape while being partitioned by the high resistance region A1 in the surface direction of the light emitting structure layer EM1. Therefore, it is possible to provide the surface emitting laser 10 (vertical cavity type light emitting element) capable of emitting stable transverse mode light.
  • FIG. 12 is a schematic top view of the resonator OC2 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 configuration of the light emitting structure layer EM2 and the configuration of the resonator OC2.
  • the resonator OC2 has the same configuration as the resonator OC1 except that the resonator OC2 has a fifth region R5 corresponding to the low resistance region inside the fourth region R4.
  • the light emitting structure layer EM2 has a p-type semiconductor layer 21 instead of the p-type semiconductor layer 15.
  • the p-type semiconductor layer 21 has an upper surface 21A, and a convex portion 21B having an annular portion that protrudes from the upper surface 21A in a substantially annular shape and a columnar portion that protrudes in a columnar shape inside the annular portion.
  • the n-type semiconductor layer 13, the light emitting layer 14, and the p-type semiconductor layer 21 are collectively referred to as a light emitting structure layer EM2.
  • the insulating layer 16 and the transparent electrode layer 17 have the same configuration as the surface emitting laser 10.
  • the inner area A12 of the high resistance area A1 is provided in an annular shape (annular shape in the present embodiment).
  • the low resistance region A2 has a central region A22 provided inside the inner region A12 of the high resistance region A1.
  • the central region A22 of the low resistance region A2 has a columnar shape.
  • the low resistance area A2 has a central area A22 surrounded by the high resistance area A1 in the area on the emission center axis CA.
  • the standing wave in addition to expressing the standing wave in the partial area A21, the standing wave can be stably expressed in the central area A22. This makes it possible to stabilize the standing wave interference condition over the entire light emitting region and perform stable transverse mode control over the entire light emitting region.
  • the size of the central area A22 and the positional relationship with the partial area A21 it is possible to generate a laser beam LB (that is, a far-field image) having a beam pattern that hardly causes side lobes. Further, similarly to the first embodiment, the beam pattern becomes stable regardless of the magnitude of the applied current. Therefore, it is possible to provide the surface emitting laser 20 having high output and high stability.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of the surface emitting laser 30 according to the third embodiment.
  • the surface emitting laser 30 has the same structure as the surface emitting laser 10A except for the structure of the light emitting structure layer EM3.
  • the light emitting structure layer EM3 has the same structure as the light emitting structure layer EM11 except for the structures of the high resistance region A1 and the low resistance region A2.
  • the light emitting structure layer EM3 has a p-type semiconductor layer (second semiconductor layer) 31 corresponding to the high resistance region A1 and having an ion-implanted region 31A in which ions are implanted.
  • the ion implantation region 31A is a region on the upper surface of the p-type semiconductor layer 31 in which B ions, Al ions, or oxygen ions are implanted.
  • the ion implantation region 31A In the ion implantation region 31A, p-type impurities are inactivated. That is, the ion implantation region 31A functions as the high resistance region A1. In the ion implantation region 31A, the refractive index changes due to the ion implantation.
  • the region 31B of the p-type semiconductor layer 31 other than the ion-implanted region 31A is a non-ion-implanted region where ion implantation is not performed. Therefore, in this embodiment, the non-ion implantation region 31B functions as the low resistance region A2.
  • the ion-implanted region 31A has a top surface shape similar to the top surface 15A of the p-type semiconductor layer 15.
  • the non-ion-implanted region 31B has a top surface shape similar to that of the protrusion 15B in the p-type semiconductor layer 15.
  • the low resistance region A2 (for example, the inner region A20 and the partial region A21) can be provided in the light emitting structure layer EM3. Therefore, it is possible to provide the surface emitting laser 30 that can stably emit light in the transverse mode.
  • FIG. 14 is a sectional view of a surface emitting laser 30A according to a modification of the third embodiment.
  • the surface emitting laser 30A is formed between the light emitting structure layer EM3 and the second reflecting mirror 19 and has an insulating layer (second insulating layer) 32 having a different refractive index between regions, It has the same configuration as the surface emitting laser 30.
  • the insulating layer 32 is formed on the transparent electrode layer 17 and has a high refractive index insulating layer 33 having a convex portion 33A on the non-ion implantation region 31B and a high refractive index insulating layer 33 while exposing the convex portion 33A.
  • a low refractive index insulating layer 34 formed on the refractive index insulating layer 33 and having a refractive index lower than that of the high refractive index insulating layer 33.
  • the high refractive index insulating layer 33 is made of Nb 2 O 5 , for example.
  • the low refractive index insulating layer 34 is made of, for example, SiO 2 .
  • the high resistance region A1 (first region R1) and the low resistance region A2 (second and third regions R3) are formed by the insulating layer 32 formed outside the light emitting structure layer EM3.
  • the refractive index difference between the two is provided.
  • the p-type semiconductor layer 31 can preferentially and reliably define the difference in electric resistance between the high resistance region A1 and the low resistance region A2, and the insulating layer 32 can reinforce the difference in refractive index between the two. Therefore, it is possible to provide the surface emitting laser 30A capable of emitting stable transverse mode light.
  • FIG. 15 is a cross-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 10A except for the configuration of the light emitting structure layer EM4.
  • the light emitting structure layer EM4 has the same structure as the light emitting structure layer EM11 except for the structures of the high resistance region A1 and the low resistance region A2.
  • the light emitting structure layer EM4 has a p-type semiconductor layer 41 corresponding to the high resistance region A1 and having an etched portion 41A that has been dry-etched.
  • the upper surface region of the p-type semiconductor layer 41 where the etching is not performed becomes the convex portion 41B.
  • the surface of a semiconductor containing impurities such as the p-type semiconductor layer 41 is damaged by dry etching.
  • 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 A1. Further, the convex portion 41B which is not etched functions as the low resistance region A2.
  • 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 etched 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 EM4 only from the convex portion 41B.
  • the layer thickness of the p-type semiconductor layer 41 is different between the etching portion 41A and the convex portion 41B. Therefore, a difference in equivalent refractive index can be provided in the resonator OC11 depending on the presence or absence of etching.
  • 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 EM4 corresponds to the high resistance region A1 and has a passivation region 41C in which p-type impurities are passivated. .. Then, the region 41B in which the impurities of the p-type semiconductor layer 41 are not inactivated functions as the low resistance region A2.
  • the low resistance region A2 (for example, the inner region A20 and the partial region A21) can be provided in the light emitting structure layer EM4. Therefore, it is possible to provide the surface emitting laser 40 capable of stably emitting light in the transverse mode.
  • FIG. 16 is a sectional view of the surface emitting laser 50 according to the fifth embodiment.
  • the surface emitting laser 50 has the same structure as the surface emitting laser 10A except for the structure of the light emitting structure layer EM5.
  • the light emitting structure layer EM5 has the same structure as the light emitting structure layer EM11 except for the structures of the high resistance region A1 and the low resistance region A2.
  • the light emitting structure layer EM5 corresponds to the low resistance region A2, and is provided on the tunnel junction layer 51 provided on the convex portion 15B of the p-type semiconductor layer 15 and the tunnel junction layer 51. and an n-type semiconductor layer (second n-type semiconductor layer or third semiconductor layer) 52.
  • the light emitting structure layer EM5 corresponds to the high resistance region A1, surrounds the side surfaces of the tunnel junction layer 51 and the n-type semiconductor layer 52, and has the lower refractive index than the tunnel junction layer 51 and the n-type semiconductor layer 52.
  • the tunnel junction layer 51 is formed on the p-type semiconductor layer 15 and has a higher impurity concentration than that of the p-type semiconductor layer (second semiconductor layer) 15 and a high-doped p-type semiconductor layer 51A and a high-doped p-type semiconductor layer 51A.
  • the n-type semiconductor layer 53 contains Ge as an n-type impurity. Thereby, 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 low resistance region A2 (for example, the inner region A20 and the partial region A21) is formed in the light emitting structure layer EM5 by adjusting the constriction shape. You can Further, by lowering the refractive index of the region other than the low resistance region A2, for example, the first to third regions R1 to R3 can be defined. Therefore, it is possible to provide the surface emitting laser 50 capable of emitting stable transverse mode light.
  • 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 light emitting structure layer EM1 has a low resistance region (current injection region) having a plurality of partial regions A21 in which the light emitting structure layer EM1 is annularly arranged between the first and second reflecting mirrors 12 and 19. ) Having A2.
  • the surface emitting laser 10 vertical cavity type light emitting element

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

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、高抵抗領域及び前記高抵抗領域よりも低い電気抵抗を有する低抵抗領域を有し、低抵抗領域は、発光構造層の面内において高抵抗領域によって区切られつつ環状に配列された複数の部分領域を有する。

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、高抵抗領域及び前記高抵抗領域よりも低い電気抵抗を有する低抵抗領域を有し、低抵抗領域は、発光構造層の面内において高抵抗領域によって区切られつつ環状に配列された複数の部分領域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模式的な上面図である。 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における高抵抗領域及び低抵抗領域の上面図である。 実施例１に係る面発光レーザの光学的特性を模式的に示す図である。 実施例１に係る面発光レーザの電気的特性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の態様を模式的に示す図である。 実施例１に係る面発光レーザの近視野像を示す図である。 実施例１に係る面発光レーザの遠視野像を示す図である。 実施例１に係る面発光レーザの波長特性を示す図である。 実施例１の変形例１に係る面発光レーザにおける高抵抗領域及び低抵抗領域の上面図である。 実施例１の変形例１に係る面発光レーザの断面図である。 実施例１の変形例２に係る面発光レーザにおける高抵抗領域及び低抵抗領域の上面図である。 実施例１の変形例３に係る面発光レーザにおける高抵抗領域及び低抵抗領域の上面図である。 実施例２に係る面発光レーザにおける高抵抗領域及び低抵抗領域の上面図である。 実施例３に係る面発光レーザの断面図である。 実施例３の変形例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）の模式的な上面図である。また、図２は、面発光レーザ１０の断面図である。図２は、図１の２－２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。本実施例においては、第１の反射鏡１２は、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。
　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膜Ｈ１はＧａＮの組成を有し、低屈折率半導体膜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ＥＭ１を有する。本実施例においては、発光構造層ＥＭ１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ＥＭ１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ＥＭ１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。本実施例においては、凸部１５Ｂは、上面１５Ａに垂直な方向から見たときに放射状の突起を含む側面を有するような略円環形状を有する。
　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。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ＥＭ１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における凸部１５Ｂの外側の領域（上面１５Ａの領域）は、絶縁層１６に覆われることで、高い電気抵抗を有する高抵抗領域Ａ１として機能する。また、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ＥＭ１における高抵抗領域Ａ１よりも低い電気抵抗を有する低抵抗領域Ａ２として機能する。
　ｐ型半導体層１５の上面１５Ａの領域は、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。そして、ｐ型半導体層１５の凸部１５Ｂが設けられた領域は、狭窄された電流が発光層１４に注入される電流注入領域として機能する。
　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などの絶縁性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ＥＭ１を挟んで第１の反射鏡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ＥＭ１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ＯＣ１を構成する。
　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、誘電体材料からなる分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）を構成する。例えば、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。
　また、本実施例においては、図１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ＯＣ１を有する。
　面発光レーザ１０は、発光構造層ＥＭ１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ＥＭ１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、外部に取り出される。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ＥＭ１に垂直な方向に光を出射する。
　なお、発光構造層ＥＭ１におけるｐ型半導体層１５の凸部１５Ｂは、発光層１４における発光領域の中心である発光中心を画定し、共振器ＯＣ１の中心軸（発光中心軸）ＣＡを画定する。共振器ＯＣ１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ＥＭ１）に垂直な方向に沿って延びる。
　なお、発光層１４の発光領域とは、例えば、発光層１４内における所定の強度以上の光が放出される所定の幅の領域であり、その中心が発光中心である。また、例えば、発光層１４の発光領域とは、発光層１４内において所定の密度以上の電流が注入される領域であり、その中心が発光中心である。また、当該発光中心を通る基板１１に垂直な直線が中心軸ＣＡである。発光中心軸ＣＡは、第１及び第２の反射鏡１２及び１９によって構成される共振器ＯＣ１の共振器長方向に沿って延びる直線である。また、中心軸ＣＡは、面発光レーザ１０から出射されるレーザ光の光軸に対応する。
　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、１０μｍの外径を有する。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の上端面と同一の高さ位置に配置される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、半導体構造層ＥＭ１内における高抵抗領域Ａ１及び低抵抗領域Ａ２の詳細な構成を示す図である。図３は、図１における共振器ＯＣ１の近傍の領域を拡大して模式的に示す図である。図３を用いて、発光構造層ＥＭ１の構成の詳細について説明する。
　発光構造層ＥＭ１においては、高抵抗領域Ａ１は、発光構造層ＥＭ１に垂直な方向から見たときに（発光構造層ＥＭ１の面内において）環状に設けられて発光構造層ＥＭ１及び共振器ＯＣ１の外周部を構成する外周領域（高抵抗外周領域）Ａ１０と、外周領域Ａ１０の内側に設けられて互いに離間して環状に設けられた複数の部分領域（高抵抗部分領域）Ａ１１と、部分領域Ａ１１の内側に部分領域Ａ１１から離間して柱状に設けられた内側領域（高抵抗内側領域）Ａ１２と、を有する。
　本実施例においては、高抵抗領域Ａ１の外周領域Ａ１０は、円環状に設けられている。また、部分領域Ａ１１の各々は、外周領域Ａ１０の内側面から外周領域Ａ１０の内側に向かって伸張する高抵抗部分である。また、内側領域Ａ１２は、発光中心軸ＣＡを含む共振器ＯＣ１の中心に設けられた円柱状の高抵抗部分である。
　また、本実施例においては、部分領域Ａ１１の各々は、外周領域Ａ１０の中心に向かって互いに同一の長さで伸張し、かつ外周領域Ａ１０の中心を基準として回転対称に配置されている。例えば、本実施例においては、部分領域Ａ１１の各々は、外周領域Ａ１０から櫛歯状にかつ錐状に伸張するように設けられている。
　低抵抗領域Ａ２は、高抵抗領域Ａ１の外周領域Ａ１０の内側に設けられている。低抵抗領域Ａ２は、外周領域Ａ１０の内側に環状に設けられた内側領域（低抵抗内側領域）Ａ２０と、各々が内側領域Ａ２０の外側に環状に設けられかつ高抵抗領域Ａ１の部分領域Ａ１１間に設けられた複数の部分領域（低抵抗部分領域）Ａ２１と、を有する。なお、低抵抗領域Ａ２における内側領域Ａ２０の内側には、高抵抗領域Ａ１の内側領域Ａ１２が設けられている。
　本実施例においては、低抵抗領域Ａ２の内側領域Ａ２０は、円環形状を有し、その中心が高抵抗領域Ａ１の外周領域Ａ１０の中心に配置されるように形成されている。また、部分領域Ａ２１の各々は、内側領域Ａ２０の外側面から内側領域Ａ２０の外側に向かってかつ高抵抗領域Ａ１の部分領域Ａ１１の各々の間に入り込むように伸張する低抵抗部分である。
　また、本実施例においては、部分領域Ａ２１の各々は、内側領域Ａ２０から互いに同一の長さで放射状に伸張し、かつ内側領域Ａ２０の中心を基準として発光構造層ＥＭ１の面内において回転対称に配置されている。例えば、本実施例においては、部分領域Ａ２１の各々は、内側領域Ａ２０から櫛歯状にかつ柱状に伸張するように設けられている。例えば、低抵抗領域Ａ２の部分領域Ａ２１の各々は、発光中心軸ＣＡを中心とした周方向において、約２～３μｍの幅で、内側領域Ａ２０から伸張している。
　また、発光構造層ＥＭ１の低抵抗領域Ａ２であるｐ型半導体層１５の凸部１５Ｂ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。従って、本実施例においては、共振器ＯＣ１は、第１及び第２の反射鏡１２及び１９間に設けられ、発光中心軸ＣＡに同軸の４つの領域を有する。
　具体的には、共振器ＯＣ１は、第１及び第２の反射鏡間に筒状（本実施例においては円筒状）に延びかつ高抵抗領域Ａ１のみを含み、共振器ＯＣ１の外周領域を構成する第１の領域Ｒ１と、第１の領域Ｒ１の内側に筒状（本実施例においては円筒状）に設けられかつその周方向において交互に配置された高抵抗領域Ａ１及び低抵抗領域Ａ２を含む第２の領域Ｒ２と、を有する。
　また、共振器ＯＣ１は、第２の領域Ｒ２の内側に筒状（本実施例においては円筒状）に設けられかつ低抵抗領域Ａ２のみを含む第３の領域Ｒ３と、第３の領域Ｒ３の内側に柱状（本実施例においては円柱状）に設けられかつ高抵抗領域Ａ１のみを含む第４の領域Ｒ４と、を有する。
　図４は、面発光レーザ１０の共振器ＯＣ１内の光学的な特性を模式的に示す図である。図４は、図２と同様の断面図である。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ＯＣ１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、共振波長に対応する）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、高抵抗領域Ａ１及び低抵抗領域Ａ２間で異なる。
　具体的には、図４に示すように、例えば、第２及び第３の領域Ｒ２及びＲ３の低抵抗領域Ａ２に対応する領域の第１及び第２の反射鏡１２及び１９間の等価屈折率を屈折率Ｎ１とし、第１、第２及び第４の領域Ｒ１、Ｒ２及びＲ４の高抵抗領域Ａ１に対応する領域における第１及び第２の反射鏡１２及び１９間の等価屈折率を屈折率Ｎ２とする。この場合、屈折率Ｎ２は、屈折率Ｎ１よりも小さい。すなわち、低抵抗領域Ａ２における等価的な共振波長は、高抵抗領域Ａ１における等価的な共振波長よりも小さい。
　換言すれば、共振器ＯＣ１は、発光構造層ＥＭ１の高抵抗領域Ａ１に対応して第１及び第２の反射鏡１２及び１９間に延びる低屈折率領域（第１の領域Ｒ１、第２の領域Ｒ２の一部及び第４の領域Ｒ４）と、低抵抗領域Ａ２に対応して第１及び第２の反射鏡１２及び１９間に延びかつ当該低屈折率領域よりも大きな等価屈折率を有する高屈折率領域（第２の領域Ｒ２の一部及び第３の領域Ｒ３）と、を有する。
　図５は、面発光レーザ１０の共振器ＯＣ１内（発光構造層ＥＭ１内）における電気的な特性を模式的に示す図である。図５は、発光構造層ＥＭ１内を流れる電流ＣＲを模式的に示す図である。図５は、図２と同様の断面図である。
　本実施例においては、高抵抗領域Ａ１は、絶縁層１６に覆われることで、高抵抗化されている。従って、電流ＣＲは、低抵抗領域Ａ２を介してのみ発光構造層ＥＭ１内に注入される。また、絶縁層１６による電流狭窄構造が発光層１４のごく近傍に設けられているため、電流ＣＲは、発光層１４の面内方向には広がりにくい。
　従って、図５に示すように、電流ＣＲは、低抵抗領域Ａ２の内側領域Ａ２０及び部分領域Ａ２１に対応する第２及び第３の領域Ｒ２及びＲ３内の発光層１４とその近傍の領域のみに流れる。また、第１及び第４の領域Ｒ１及びＲ４内の発光層１４の領域にはほとんど電流が注入されない。従って、第２及び第３の領域Ｒ２及びＲ３において光が生成される（利得が生ずる）一方で、第１及び第４の領域Ｒ１及びＲ４においては光が生成されない。
　図６は、面発光レーザ１０から出射されるレーザ光ＬＢ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。また、レーザ光ＬＢは、図６に示すように、第１の領域Ｒ１に収束しつつ外部に取り出される。なお、図６には、面発光レーザ１０から出射されるレーザ光ＬＢの形状の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、上記したように、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ＯＣ１内において第１～第４の領域Ｒ１～Ｒ４間で等価屈折率の差が設けられている。また、本実施例においては、第１の領域Ｒ１における共振器ＯＣ１（レーザ媒質）の等価屈折率Ｎ２は、第２及び第３の領域Ｒ２及びＲ３における共振器ＯＣ１の等価屈折率Ｎ１よりも小さい。
　また、本実施例においては、高抵抗領域Ａ１は、低抵抗領域Ａ２を取り囲む外周領域Ａ１０を有する。従って、共振器ＯＣ１は、発光構造層ＥＭ１の高抵抗領域Ａ１の外周領域Ａ１０に対応して第１及び第２の反射鏡１２及び１９間に延びる低屈折率領域（第１の領域Ｒ１）と、低抵抗領域Ａ２に対応して当該低屈折率領域の内側に設けられかつ当該低屈折率領域よりも大きな等価屈折率を有する高屈折率領域（第２及び第３の領域Ｒ２及びＲ３）と、を有する。
　これによって、共振器ＯＣ１内の定在波が第２及び第３の領域Ｒ２及びＲ３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、第２の領域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ＯＣ１の発光中心軸ＣＡ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、屈折率の差を設けることによる光ガイド構造（光閉じ込め構造）が共振器ＯＣ１内に形成されている。従って、ほぼ全ての光が損失されずに共振器ＯＣ１内でレーザ光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、図７Ａ、図７Ｂ及び図７Ｃを用いて、レーザ光ＬＢの発振モードについて説明する。図７Ａは、レーザ光ＬＢの近視野像を示す図である。図７Ｂは、レーザ光ＬＢの遠視野像を示す図である。また、図７Ｃは、レーザ光ＬＢの波長特性を示す図である。
　上記したように、本実施例においては、発光構造層ＥＭ１内には、高抵抗領域Ａ１の部分領域Ａ１１及び低抵抗領域Ａ２の部分領域Ａ２１が環状にかつ互い違いに配列された領域が設けられている。すなわち、共振器ＯＣ１内には、第２の領域Ｒ２として、発光層１４に電流が注入される領域が環状に点在するような領域が設けられている。これによって、レーザ光ＬＢの固有モードが非常に安定する。
　具体的には、第２の領域Ｒ２においては、低抵抗領域Ａ２の部分領域Ａ２１にレーザ光ＬＢを構成する定在波の発現位置を固定することができる。従って、この第２の領域Ｒ２において点在して発現する定在波を理想的に（設計通りに）干渉させることができる。そして、当該干渉し合った定在波は、設計通りの固有モードのレーザ光ＬＢとして出射される。
　例えば、図７Ａに示すように、近視野像においては、低抵抗領域Ａ２の部分領域Ａ２１に対応する位置に強度ピークを有する発光パターンが形成される。これは、共振器ＯＣ１内の定在波が部分領域Ａ２１内に閉じ込められ、発光中心軸ＣＡの周方向における定在波の位置が固定されることに起因する。換言すれば、部分領域Ａ２１を設けることで、面発光レーザ１０の発光パターンをその光軸の周方向においても制御することができる。
　また、図７Ｂに示すように、遠視野像においては、発光中心軸ＣＡ上の１点に強度ピークを有する単峰性のビームパターンが形成される。このように、設計通りの発光パターンの近視野像を生成することで、設計通りに光の干渉現象が生じ、設計通りの遠視野像が生成される。すなわち、非常に安定した固有モードのレーザ光ＬＢが出射される。
　また、部分領域Ａ２１を設けることによって、安定した遠視野像を生成できる印加電流の範囲が大幅に拡大される。例えば、車両用灯具のように高出力な光が求められる場合など、大光量のレーザ光ＬＢを得るために大電流を印加した場合でも、発現するモードが不安定になりにくい。従って、例えば、安定した高出力のレーザ光ＬＢが要求される用途に好適な光源となる。
　なお、部分領域Ａ２１を設けない場合、発光中心軸ＣＡの周囲における定在波の位置、すなわち発光パターンの発光中心軸ＣＡの周方向の位置が特定されない。この場合、印加電流を大きくするにつれて、安定した単峰性のレーザ光ＬＢを得ることができなくなる場合や、レーザ光ＬＢがマルチモード化する場合がある。
　これは、発光中心軸ＣＡの周囲の定在波の位置が不安定になることに起因している。そして、例えば、共振器ＯＣ１内の定在波が不安定な干渉を起こし、レーザ光のモードが不安定になる。不安定な遠視野像の例としては、環状に複数の強度ピークを有するビームパターンが生成されることが挙げられる。
　これに対し、本実施例においては、低抵抗領域Ａ２が環状の部分領域Ａ２１を有することで、定在波の位置が固定される。従って、印加電流を変化させることで共振器ＯＣ１内の光（定在波）の強度を上げた場合でも、その強度の空間的な大小関係が安定する。従って、光の干渉条件が安定し、安定したパターンのレーザ光ＬＢを得ることができる。
　なお、例えば、低抵抗領域Ａ２の部分領域Ａ２１の位置、個数、形状及びサイズなどを調節することによって、定在波の干渉条件、すなわちレーザ光ＬＢのビームパターンを調節することができる。
　これは、例えば、光学スリットによる光の干渉縞の生成条件に対応する。例えば、部分領域Ａ２１の周方向におけるサイズ（幅）は、スリット幅に対応する。また、隣接する部分領域Ａ２１間の間隔は、スリット間隔に対応する。そして、例えば、発光層１４から放出される光の波長を考慮してこれらの構成を設計することで、設計通りの横モードのレーザ光ＬＢを安定して得ることができる。
　図７Ｃは、レーザ光ＬＢの波長特性を示す図である。図７Ｃに示すように、レーザ光ＬＢは、ほぼ単一の波長の光であることがわかる。このレーザ光ＬＢの波長は、共振器ＯＣ１における第３の領域Ｒ３の共振波長（すなわち光学距離）に対応する。このように、レーザ光ＬＢは、単一の波長（縦モード）で単峰性の強度分布を有する光であることがわかる。面発光レーザ１０は、このようなレーザ光ＬＢを安定して出射することが可能な高性能かつ高出力な発光素子となる。
　図８は、本実施例の変形例１に係る面発光レーザ１０Ａにおける共振器ＯＣ１１の模式的な上面図である。また、図９は、面発光レーザ１０Ａの断面図である。面発光レーザ１０Ａは、高抵抗領域Ａ１及び低抵抗領域Ａ２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。また、本変形例においては、共振器ＯＣ１１は、第４の領域Ｒ４を有さない点を除いては、共振器ＯＣ１と同様の構成を有する。
　本変形例においては、ｐ型半導体層１５は、凸部１５Ｂに代えて、放射部分を有しつつ略円柱状の凸部１５Ｄを有する。具体的には、ｐ型半導体層１５は、上面１５Ｃと、上面１５Ｃから略円柱状に突出する凸部１５Ｄを有する。本変形例においては、絶縁層１６はｐ型半導体層１５の上面１５Ｃ上に設けられている。ｐ型半導体層１５は、凸部１５Ｄにおいて絶縁層１６から露出している。また、透光電極層１７は、凸部１５Ｄにおいてｐ型半導体層１５に接している。
　従って、共振器ＯＣ１１の中心には、高抵抗領域Ａ１が設けられていない。すなわち、高抵抗領域Ａ１は、外周領域Ａ１０及び部分領域Ａ１１のみからなる。また、低抵抗領域Ａ２は、円柱形状の内側領域Ａ２０と、内側領域Ａ２０の外側に櫛歯状に伸張する複数の部分領域Ａ２１と、を有する。
　例えば、第２の領域Ｒ２、すなわち高抵抗領域Ａ１及び低抵抗領域Ａ２が交互に配列された領域が設けられていれば、共振器内の構成は上記に限定されない。例えば、本変形例に示すように、発光中心軸ＣＡ上に高抵抗領域Ａ１が設けられていなくてもよい。この場合でも、低抵抗領域Ａ２が環状の複数の部分領域Ａ２１によって、レーザ光ＬＢのモードが安定し、例えば印加電流を上げても安定したビームパターンのレーザ光ＬＢを出射することができる。
　図１０は、本実施例の変形例２に係る面発光レーザ１０Ｂの共振器ＯＣ１２の模式的な上面図である。面発光レーザ１０Ｂは、ｐ型半導体層１５の構成及び共振器ＯＣ１２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。共振器ＯＣ１２は、第３の領域Ｒ３に高抵抗領域Ａ１及び低抵抗領域Ａ２の混在する領域が設けられている点を除いては、共振器ＯＣ１と同様の構成を有する。
　本変形例においては、ｐ型半導体層１５は、凸部１５Ｂに代えて、内側に放射部分を有する略円環状の凸部１５Ｆを有する。具体的には、ｐ型半導体層１５は、上面１５Ｅと、上面１５Ｅから環状に突出し、その内側においてその中心に向かう複数の放射部分を有する側面を有するような凸部１５Ｆと、を有する。なお、絶縁層１６及び透光電極層１７の構成は上記と同様である。
　本変形例においては、低抵抗領域Ａ２は、高抵抗領域Ａ１の外周領域Ａ１０の内側に接しかつ環状に設けられた内側領域Ａ２０と、内側領域Ａ２０の内側において環状に設けられかつ互いに離間した複数の部分領域Ａ２１と、を有する。本変形例においては、部分領域Ａ２１の各々は、内側領域Ａ２０の内側面から内側領域Ａ２０の中心に向かって錐状に伸張する低抵抗部分である。
　また、本変形例においては、高抵抗領域Ａ１は、外周領域Ａ１０及び内側領域Ａ１２と、各々が内側領域Ａ１２に接しかつ低抵抗領域Ａ２の部分領域Ａ２１間に入り込むように環状に設けられた複数の部分領域Ａ１１と、を有する。
　本変形例は、低抵抗領域Ａ２が内側領域Ａ２０の内側に部分領域Ａ２１を有する。従って、共振器ＯＣ１２においては、第２の領域Ｒ２ではなく第３の領域Ｒ３に高抵抗領域Ａ１及び低抵抗領域Ａ２が交互に配列された領域を有する。
　本変形例のように、低抵抗領域Ａ２の部分領域Ａ２１は、種々の位置に設けられることができる。この場合でも、部分領域Ａ２１によってレーザ光ＬＢのモードが安定し、例えば単峰性のレーザ光ＬＢを安定して出射することができる。
　図１１は、本実施例の変形例３に係る面発光レーザ１０Ｃの共振器ＯＣ１３の模式的な上面図である。面発光レーザ１０Ｃは、ｐ型半導体層１５の構成及び共振器ＯＣ１３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。共振器ＯＣ１３は、矩形の第２～第４の領域Ｒ２～Ｒ４を有する点を除いては、共振器ＯＣ１と同様の構成を有する。
　本変形例においては、ｐ型半導体層１５は、上面１５Ｇと、上面１５Ｇから略矩形状に突出する点を除いては凸部１５Ｂと同様の構成を有する凸部１５Ｈと、を有する。本変形例においては、高抵抗領域Ａ１は、外周領域Ａ１０の内側において矩形環状に配置された複数の部分領域Ａ１１と、矩形の内側領域Ａ１２と、を有する。また、低抵抗領域Ａ２は、矩形環状の内側領域Ａ２０と、内側領域Ａ２０の外側に矩形環状に設けられた複数の部分領域Ａ２１と、を有する。
　本変形例のように、例えば、第２の領域Ｒ２は、環状に設けられていれば、矩形の形状を有していてもよい。この場合でも、部分領域Ａ２１によってレーザ光ＬＢのモードが安定し、例えば単峰性のレーザ光ＬＢを安定して出射することができる。
　また、上記した高抵抗領域Ａ１及び低抵抗領域Ａ２の構成は一例に過ぎない。例えば、低抵抗領域Ａ２は、内側領域Ａ２０を有していなくてもよい。すなわち、低抵抗領域Ａ２は、環状に設けられた複数の部分領域Ａ２１を有していればよい。また、高抵抗領域Ａ１は、少なくとも低抵抗領域Ａ２の部分領域Ａ２１間に設けられた複数の部分領域Ａ１１を有していればよい。
　従って、低抵抗領域Ａ２の全体が発光構造層ＥＭ１内において点在していてもよい。なお、部分領域Ａ２１毎の発光構造層ＥＭ１内への印加電流を安定させることを考慮すると、部分領域Ａ２１同士を電気的に接続するような領域、例えば内側領域Ａ２０が設けられていることが好ましい。
　また、本実施例においては、高抵抗領域Ａ１及び低抵抗領域Ａ２間で電気抵抗の差を設けるのみならず、これらの領域に対応して等価屈折率の差を設ける場合について説明した。しかし、レーザ光ＬＢのモード制御を考慮すると、少なくともこれらの領域間で電気抵抗の差が設けられていればよい。
　上記したように、本実施例においては、発光構造層ＥＭ１は、第１及び第２の反射鏡１２及び１９間に設けられ、各々が発光構造層ＥＭ１の面内に設けられた高抵抗領域Ａ１及び高抵抗領域Ａ１よりも低い電気抵抗を有する低抵抗領域Ａ２を有する。また、低抵抗領域Ａ２は、発光構造層ＥＭ１の面方向において高抵抗領域Ａ１によって区切られつつ環状に配列された複数の部分領域Ａ２１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（垂直共振器型発光素子）を提供することができる。
　図１２は、実施例２に係る面発光レーザ２０の共振器ＯＣ２の模式的な上面図である。面発光レーザ２０は、発光構造層ＥＭ２の構成及び共振器ＯＣ２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。また、共振器ＯＣ２は、第４の領域Ｒ４の内側に低抵抗領域に対応する第５の領域Ｒ５を有する点を除いては、共振器ＯＣ１と同様の構成を有する。
　本実施例においては、発光構造層ＥＭ２は、ｐ型半導体層１５に代えてｐ型半導体層２１を有する。ｐ型半導体層２１は、上面２１Ａと、上面２１Ａから略環状に突出する環状部及び当該環状部の内側において柱状に突出する柱状部を有する凸部２１Ｂと、を有する。本実施例においては、ｎ型半導体層１３、発光層１４及びｐ型半導体層２１の全体を発光構造層ＥＭ２と称する。なお、絶縁層１６及び透光電極層１７は、面発光レーザ１０と同様の構成を有する。
　従って、本実施例においては、高抵抗領域Ａ１の内側領域Ａ１２は、環状（本実施例においては円環状）に設けられている。また、低抵抗領域Ａ２は、高抵抗領域Ａ１の内側領域Ａ１２の内側に設けられた中心領域Ａ２２を有する。また、本実施例においては、低抵抗領域Ａ２の中心領域Ａ２２は、円柱形状を有する。
　本実施例においては、低抵抗領域Ａ２が発光中心軸ＣＡ上の領域において高抵抗領域Ａ１に囲まれた中心領域Ａ２２を有する。これによって、発光中心軸ＣＡの周囲の発光パターンを制御するのみならず、発光中心軸ＣＡ上の発光パターンを安定させることができる。
　本実施例においては、部分領域Ａ２１内に定在波を発現させるのに加え、中心領域Ａ２２内にも定在波を安定して発現させることができる。これによって、発光領域全体の定在波の干渉条件を安定させ、発光領域全体の安定した横モード制御を行うことができる。
　従って、例えば、中心領域Ａ２２のサイズ及び部分領域Ａ２１との位置関係を調節することで、ほとんどサイドローブを生じさせないビームパターンのレーザ光ＬＢ（すなわち遠視野像）を生成することができる。また、実施例１と同様に、印加電流の大きさに関わらず、ビームパターンが安定する。従って、高出力かつ高安定性の面発光レーザ２０を提供することができる。
　図１３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ＥＭ３の構成を除いては、面発光レーザ１０Ａと同様の構成を有する。発光構造層ＥＭ３は、高抵抗領域Ａ１及び低抵抗領域Ａ２の構成を除いては、発光構造層ＥＭ１１と同様の構成を有する。
　発光構造層ＥＭ３は、高抵抗領域Ａ１に対応し、イオンが注入されたイオン注入領域３１Ａを有するｐ型半導体層（第２の半導体層）３１を有する。例えば、イオン注入領域３１Ａ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３１の上面の領域である。
　イオン注入領域３１Ａ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３１Ａは、高抵抗領域Ａ１として機能する。また、イオン注入領域３１Ａ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３１Ａ以外のｐ型半導体層３１の領域３１Ｂは、イオン注入が行われていない非イオン注入領域である。従って、本実施例においては、非イオン注入領域３１Ｂは、低抵抗領域Ａ２として機能する。
　また、本実施例においては、イオン注入領域３１Ａは、ｐ型半導体層１５における上面１５Ａと同様の上面形状を有する。また、非イオン注入領域３１Ｂは、ｐ型半導体層１５における凸部１５Ｂと同様の上面形状を有する。
　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Ａ２（例えば内側領域Ａ２０及び部分領域Ａ２１）を発光構造層ＥＭ３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３０を提供することができる。
　図１４は、実施例３の変形例に係る面発光レーザ３０Ａの断面図である。面発光レーザ３０Ａは、発光構造層ＥＭ３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）３２を有する点を除いては、面発光レーザ３０と同様の構成を有する。
　面発光レーザ３０Ａにおいては、絶縁層３２は、透光電極層１７上に形成され、非イオン注入領域３１Ｂ上に凸部３３Ａを有する高屈折率絶縁層３３と、凸部３３Ａを露出させつつ高屈折率絶縁層３３上に形成され、高屈折率絶縁層３３よりも低い屈折率を有する低屈折率絶縁層３４と、を有する。高屈折率絶縁層３３は、例えば、Ｎｂ2Ｏ5からなる。また、低屈折率絶縁層３４は、例えばＳｉＯ2からなる。
　本実施例においては、発光構造層ＥＭ３内に加え、その外部に形成された絶縁層３２によって、高抵抗領域Ａ１（第１の領域Ｒ１）及び低抵抗領域Ａ２（第２及び第３の領域Ｒ３）間の屈折率差が設けられている。これによって、例えば、ｐ型半導体層３１によって高抵抗領域Ａ１及び低抵抗領域Ａ２の電気抵抗の差を優先的かつ確実に画定し、絶縁層３２によって両者の屈折率差を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３０Ａを提供することができる。
　図１５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ＥＭ４の構成を除いては、面発光レーザ１０Ａと同様の構成を有する。発光構造層ＥＭ４は、高抵抗領域Ａ１及び低抵抗領域Ａ２の構成を除いては、発光構造層ＥＭ１１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ＥＭ４は、高抵抗領域Ａ１に対応し、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、その表面がダメージを受ける。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Ａ１として機能する。また、エッチングが行われていない凸部４１Ｂは、低抵抗領域Ａ２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ＥＭ４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、エッチングの有無によって、共振器ＯＣ１１内に等価屈折率の差を設けることができる。
　なお、低抵抗領域Ａ２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ＥＭ４のｐ型半導体層（第２の半導体層）４１は、高抵抗領域Ａ１に対応し、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Ａ２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Ａ２（例えば内側領域Ａ２０及び部分領域Ａ２１）を発光構造層ＥＭ４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１６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ＥＭ５の構成を除いては、面発光レーザ１０Ａと同様の構成を有する。発光構造層ＥＭ５は、高抵抗領域Ａ１及び低抵抗領域Ａ２の構成を除いては、発光構造層ＥＭ１１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ＥＭ５は、低抵抗領域Ａ２に対応し、ｐ型半導体層１５の凸部１５Ｂ上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ＥＭ５は、高抵抗領域Ａ１に対応し、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。
　本実施例においては、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５１Ａと、ハイドープｐ型半導体層５１Ａ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５１Ｂ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。
　本実施例のように、トンネル接合による電流狭窄を行う場合でも、その狭窄形状を調節することで、発光構造層ＥＭ５内に低抵抗領域Ａ２（例えば内側領域Ａ２０及び部分領域Ａ２１）を形成することができる。また、低抵抗領域Ａ２以外の領域の屈折率を低くすることで、例えば第１～第３の領域Ｒ１～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ＥＭ１が第１及び第２の反射鏡１２及び１９間において環状に配列された複数の部分領域Ａ２１を有する低抵抗領域（電流注入領域）Ａ２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、３０Ａ、４０、５０　面発光レーザ（垂直共振器型発光素子）
ＥＭ１、ＥＭ１１、ＥＭ１２、ＥＭ１３、ＥＭ２、ＥＭ３、ＥＭ４、ＥＭ５　発光構造層
１４　発光層
Ａ２　低抵抗領域
Ａ２１　部分領域

Claims (10)

  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、高抵抗領域及び前記高抵抗領域よりも低い電気抵抗を有する低抵抗領域を有し、
    　前記低抵抗領域は、前記発光構造層の面内において前記高抵抗領域によって区切られつつ環状に配列された複数の部分領域を有することを特徴とする垂直共振器型発光素子。
  2. 　前記低抵抗領域の前記複数の部分領域は、前記発光構造層の面内において回転対称に設けられてい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. 　前記低抵抗領域は、前記複数の部分領域の内側に設けられ、前記複数の部分領域の各々に接続された内側領域を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の垂直共振器型発光素子。
  4. 　前記低抵抗領域の前記内側領域は、環状に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の垂直共振器型発光素子。
  5. 　前記低抵抗領域は、前記内側領域の内側に設けられ、前記高抵抗領域に囲まれた中心領域を有することを特徴とする請求項４に記載の垂直共振器型発光素子。
  6. 　前記高抵抗領域は、前記低抵抗領域を取り囲む外周領域を有し、
    　前記共振器は、前記発光構造層の前記高抵抗領域の前記外周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低屈折率領域と、前記低抵抗領域に対応して前記低屈折率領域の内側に設けられかつ前記低屈折率領域よりも大きな等価屈折率を有する高屈折率領域と、を有することを特徴とする請求項１乃至５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、前記高抵抗領域に対応し、絶縁層に覆われた上面と、前記低抵抗領域に対応し、前記上面から環状に突出して前記絶縁層から露出する凸部とを有することを特徴とする請求項１乃至６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、を有し、
    　前記第２の半導体層は、前記高抵抗領域に対応し、イオンが注入されたイオン注入領域と、前記低抵抗領域に対応し、前記イオンが注入されていない領域と、を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つに記載の垂直共振器型発光素子。
  9. 　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、前記高抵抗領域に対応し、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と、前記低抵抗領域に対応し、前記不純物が不活性化されていない領域と、を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つに記載の垂直共振器型発光素子。
  10. 　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の半導体層上に形成され、前記低抵抗領域に対応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６のいずれか１つに記載の垂直共振器型発光素子。
PCT/JP2020/004314 2019-02-21 2020-02-05 垂直共振器型発光素子 WO2020170818A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP20760005.7A EP3930122A4 (en) 2019-02-21 2020-02-05 VERTICAL RESONATOR TYPE LIGHT EMITTING DEVICE
US17/432,470 US20220140570A1 (en) 2019-02-21 2020-02-05 Vertical cavity surface emitting device
CN202080015430.4A CN113454860A (zh) 2019-02-21 2020-02-05 垂直腔面发光器件

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019-029294 2019-02-21
JP2019029294A JP7291497B2 (ja) 2019-02-21 2019-02-21 垂直共振器型発光素子

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020170818A1 true WO2020170818A1 (ja) 2020-08-27

Family

ID=72143998

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2020/004314 WO2020170818A1 (ja) 2019-02-21 2020-02-05 垂直共振器型発光素子

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20220140570A1 (ja)
EP (1) EP3930122A4 (ja)
JP (1) JP7291497B2 (ja)
CN (1) CN113454860A (ja)
WO (1) WO2020170818A1 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112490851A (zh) * 2020-11-30 2021-03-12 长春理工大学 上下电极旋错布置的垂直腔面发射半导体激光器
WO2022097513A1 (ja) * 2020-11-04 2022-05-12 ソニーグループ株式会社 垂直共振器型面発光レーザ素子及び垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法
EP3869643A4 (en) * 2018-10-18 2022-07-20 Stanley Electric Co., Ltd. VERTICAL RESONATOR TYPE ELECTROLUMINESCENT ELEMENT

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022032599A (ja) 2020-08-12 2022-02-25 株式会社シマノ 電源ユニット、人力駆動車用の電気コンポーネント、および、釣り具
CN114336286B (zh) * 2022-01-11 2024-01-02 范鑫烨 一种基于二维超表面的垂直腔面发射激光器及其制作方法
WO2023233818A1 (ja) * 2022-05-30 2023-12-07 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 面発光素子

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS577742B2 (ja) 1977-05-16 1982-02-12
WO2007116659A1 (ja) * 2006-03-23 2007-10-18 Nec Corporation 面発光レーザ
JP2013175712A (ja) * 2012-01-24 2013-09-05 Fuji Xerox Co Ltd 面発光型半導体レーザ、面発光型半導体レーザ装置、光伝送装置および情報処理装置
JP2019029294A (ja) 2017-08-02 2019-02-21 株式会社村田製作所 二次電池の製造方法
JP2019208004A (ja) * 2018-05-24 2019-12-05 スタンレー電気株式会社 垂直共振器型発光素子

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3395194B2 (ja) * 1990-09-12 2003-04-07 セイコーエプソン株式会社 面発光型半導体レーザ
JPH0918084A (ja) * 1995-06-26 1997-01-17 Seiko Epson Corp 面発光型半導体レーザ及びその製造方法
JPH11121864A (ja) * 1997-10-08 1999-04-30 Seiko Epson Corp 面発光レーザ及びその製造方法
JP4602692B2 (ja) 2004-04-23 2010-12-22 株式会社リコー 面発光レーザ及び光伝送システム
JP2006245379A (ja) * 2005-03-04 2006-09-14 Stanley Electric Co Ltd 半導体発光素子
JP4548345B2 (ja) * 2006-01-12 2010-09-22 セイコーエプソン株式会社 面発光型半導体レーザ
KR100827120B1 (ko) * 2006-09-15 2008-05-06 삼성전자주식회사 수직 단면 발광 레이저 및 그 제조 방법
JP5228363B2 (ja) * 2007-04-18 2013-07-03 ソニー株式会社 発光素子
JP6990499B2 (ja) * 2016-04-18 2022-01-12 スタンレー電気株式会社 垂直共振器型発光素子及び垂直共振型発光素子の製造方法
JP7190865B2 (ja) * 2018-10-18 2022-12-16 スタンレー電気株式会社 垂直共振器型発光素子

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS577742B2 (ja) 1977-05-16 1982-02-12
WO2007116659A1 (ja) * 2006-03-23 2007-10-18 Nec Corporation 面発光レーザ
JP2013175712A (ja) * 2012-01-24 2013-09-05 Fuji Xerox Co Ltd 面発光型半導体レーザ、面発光型半導体レーザ装置、光伝送装置および情報処理装置
JP2019029294A (ja) 2017-08-02 2019-02-21 株式会社村田製作所 二次電池の製造方法
JP2019208004A (ja) * 2018-05-24 2019-12-05 スタンレー電気株式会社 垂直共振器型発光素子

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3930122A4

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3869643A4 (en) * 2018-10-18 2022-07-20 Stanley Electric Co., Ltd. VERTICAL RESONATOR TYPE ELECTROLUMINESCENT ELEMENT
WO2022097513A1 (ja) * 2020-11-04 2022-05-12 ソニーグループ株式会社 垂直共振器型面発光レーザ素子及び垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法
CN112490851A (zh) * 2020-11-30 2021-03-12 长春理工大学 上下电极旋错布置的垂直腔面发射半导体激光器
CN112490851B (zh) * 2020-11-30 2022-07-12 长春理工大学 上下电极旋错布置的垂直腔面发射半导体激光器

Also Published As

Publication number Publication date
JP2020136524A (ja) 2020-08-31
JP7291497B2 (ja) 2023-06-15
EP3930122A1 (en) 2021-12-29
CN113454860A (zh) 2021-09-28
US20220140570A1 (en) 2022-05-05
EP3930122A4 (en) 2022-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2020170818A1 (ja) 垂直共振器型発光素子
JP7212882B2 (ja) 垂直共振器型発光素子
JP4117499B2 (ja) 面発光型半導体レーザ
JP2003115634A (ja) 面発光レーザ素子
JP7453489B2 (ja) 波長変換装置及び発光装置
WO2020080160A1 (ja) 垂直共振器型発光素子
WO2020080161A1 (ja) 垂直共振器型発光素子
WO2021140871A1 (ja) 垂直共振器型発光素子
JP5023595B2 (ja) 面発光レーザ素子
JP6015220B2 (ja) 面発光型半導体レーザ、面発光型半導体レーザ装置、光伝送装置および情報処理装置
US8270448B2 (en) Surface emitting semiconductor laser
WO2021002198A1 (ja) 垂直共振器型発光素子
JP7406365B2 (ja) 垂直共振器型発光素子
JP2016213486A (ja) 面発光型半導体レーザ、面発光型半導体レーザ装置、光伝送装置および情報処理装置
WO2020170675A1 (ja) 垂直共振器型発光素子
JP2021197437A (ja) 垂直共振器型発光素子

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20760005

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020760005

Country of ref document: EP

Effective date: 20210921