WO2022044886A1 - 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 - Google Patents

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知雅 渡邊
弥樹博 横関
博 中島
大爾 笠原
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    • H01S5/423—Arrays of surface emitting lasers having a vertical cavity

Definitions

  • the present technology relates to a vertical cavity type surface emitting laser element that emits a laser in a direction perpendicular to the layer surface and a method for manufacturing a vertical resonator type surface emitting laser element.
  • a VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) element has a structure in which an active layer is sandwiched by a pair of distributed Bragg reflectors (DBRs).
  • DBRs distributed Bragg reflectors
  • a current constriction structure is provided in the vicinity of the active layer, and the current is concentrated in a part of the active layer due to the current constriction structure to generate spontaneous emission light.
  • the DBR is a stack of a plurality of layers having a low refractive index layer and a high refractive index layer alternately, and reflects light having a predetermined wavelength among naturally emitted light toward the active layer to cause laser oscillation.
  • Patent Document 1 discloses a surface-emitting laser element in which a proton is implanted in the outer peripheral region of a tunnel junction layer made of a mixed crystal of AlGaNAs to form a current constriction structure.
  • Patent Document 1 Although the current narrowing effect can be obtained, a loss due to light absorption occurs in the region where the proton is implanted, which is disadvantageous for increasing the output and is insufficient for practical use.
  • An embedded tunnel junction structure is also known as a current constriction structure for an InP-based VCSEL element, but the embedded tunnel junction structure requires an embedded growth process for the tunnel junction, resulting in an increase in manufacturing cost due to regrowth. Inevitable.
  • an object of the present technology is to provide a vertical resonator type surface emitting laser element and a method for manufacturing a vertical resonator type surface emitting laser element, which are excellent in productivity and suitable for high output. be.
  • the vertical resonator type surface emitting laser device includes a first DBR, a second DBR, an active layer, and a tunnel junction layer.
  • the first DBR reflects light of a specific wavelength.
  • the second DBR reflects light of the wavelength.
  • the active layer is arranged between the first DBR and the second DBR.
  • the tunnel junction layer is arranged between the first DBR and the active layer to form a tunnel junction.
  • Each layer between the first DBR and the second DBR has an inner peripheral region on the inner peripheral side when viewed from a direction perpendicular to the layer surface, and an outer peripheral region surrounding the inner peripheral region, and is a tunnel junction layer. Ions are injected into the outer peripheral region of the tunnel, the carrier concentration is lower than that of the inner peripheral region of the tunnel junction layer, and the electrical resistance is large.
  • the carrier concentration in the outer peripheral region can be reduced and the tunnel junction in the outer peripheral region can be eliminated.
  • the electrical resistance of the outer peripheral region becomes larger than that of the inner peripheral region, and a current constriction structure is formed by the tunnel junction layer. Since the current narrowing structure can be formed by injecting ions, this VCSEL device is excellent in productivity. Further, since the outer peripheral region of the tunnel junction layer is not insulated by crystal destruction, the light absorption in the outer peripheral region is small, and this VCSEL element is suitable for high output.
  • the band gap in the outer peripheral region of the tunnel junction layer may be larger than the band gap in the inner peripheral region of the tunnel junction layer.
  • the refractive index of the outer peripheral region of the tunnel junction layer may be smaller than the refractive index of the inner peripheral region of the tunnel junction layer.
  • the above ion may be an O ion.
  • the tunnel junction layer may be made of a substance containing at least one layer of Al.
  • the outer peripheral region of the tunnel junction layer may contain Al oxide.
  • the above-mentioned vertical resonator type surface emitting laser element is A first intermediate layer arranged between the tunnel junction layer and the active layer, Further comprising a second intermediate layer disposed between the second DBR and the active layer.
  • the above ions are O ions,
  • the outer peripheral region of at least one of the active layer, the first intermediate layer and the second intermediate layer may contain Al oxide.
  • the outer peripheral region of the first intermediate layer contains Al oxide and contains Al oxide.
  • the outer peripheral region of the active layer and the second intermediate layer may not contain Al oxide.
  • the outer peripheral regions of the first intermediate layer, the active layer and the second intermediate layer may contain Al oxide.
  • the outer peripheral region of the active layer contains Al oxide and contains Al oxide.
  • the outer peripheral region of the first intermediate layer and the second intermediate layer may not contain Al oxide.
  • the inner peripheral region of the tunnel junction layer is composed of a first layer made of p + -AlInAs and a second layer made of n + -AlInAs laminated.
  • the outer peripheral region of the tunnel junction layer may be made of AlInAs oxide.
  • the inner peripheral region of the tunnel junction layer is composed of a first layer made of p + -AlGaAs and a second layer made of n + -AlGaAs laminated.
  • the outer peripheral region of the tunnel junction layer may be made of AlGaAs oxide.
  • the method for manufacturing a vertical cavity type surface emitting laser element includes a first DBR that reflects light of a specific wavelength and a second DBR that reflects light of the above wavelength.
  • DBR a first DBR that reflects light of a specific wavelength
  • DBR an active layer arranged between the first DBR and the second DBR
  • a tunnel junction layer arranged between the first DBR and the active layer to form a tunnel junction.
  • Each layer between the first DBR and the second DBR forms a laminate having an inner peripheral region on the inner peripheral side when viewed from a direction perpendicular to the layer surface and an outer peripheral region surrounding the inner peripheral region.
  • Ions are injected into the outer peripheral region of the tunnel junction layer to make the carrier concentration in the outer peripheral region of the tunnel junction layer smaller than the carrier concentration in the inner peripheral region of the tunnel junction layer, and the electrical resistance in the outer peripheral region of the tunnel junction layer is reduced. It should be larger than the electrical resistance in the inner peripheral region of the tunnel junction layer.
  • the tunnel junction layer is made of a substance containing Al.
  • O ions may be injected into the outer peripheral region of the tunnel junction layer.
  • Al oxide may be generated in the outer peripheral region of the tunnel junction layer by injecting O ions.
  • the laminated body further includes a first intermediate layer arranged between the tunnel junction layer and the active layer, and a second intermediate layer arranged between the second DBR and the active layer. death, In the step of injecting ions into the outer peripheral region of the tunnel junction layer, even if O ions are injected into the outer peripheral region of at least one of the active layer, the first intermediate layer and the second intermediate layer. good.
  • the method for manufacturing the vertical resonator type surface emitting laser element may further include an annealing step of repairing crystal defects generated by the ion implantation and promoting the formation of Al oxide.
  • VCSEL Very Cavity Surface Emitting Laser
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the VCSEL element 100 according to the present embodiment.
  • the VCSEL element 100 includes a lower spacer layer 101, a lower intermediate layer 102, an active layer 103, an upper intermediate layer 104, a tunnel junction layer 105, an upper spacer layer 106, a contact layer 107, a lower DBR 108, and an upper DBR 109.
  • the lower electrode 110 and the upper electrode 111 are provided.
  • a layer between the lower DBR 108 and the upper DBR 109 that is, a laminate of the lower spacer layer 101, the lower intermediate layer 102, the active layer 103, the upper intermediate layer 104, the tunnel junction layer 105, and the upper spacer layer 106.
  • a laminated body 120 Is referred to as a laminated body 120.
  • FIG. 2 is a schematic view of the laminated body 120. As shown in the figure, the layer surface direction of each layer of the laminated body 120 is the XY direction, and the direction perpendicular to the layer surface direction is the Z direction.
  • FIG. 3 is a view of the laminated body 120 as viewed from the Z direction.
  • the laminated body 120 has an inner peripheral region 120a and an outer peripheral region 120b when viewed from the Z direction.
  • the inner peripheral region 120a is a region on the inner peripheral side when viewed from the Z direction, and is a region separated from the peripheral surface 120c.
  • the outer peripheral region 120b is a region between the inner peripheral region 120a and the peripheral surface 120c, and is a region surrounding the inner peripheral region 120a.
  • FIG. 4 is a schematic view showing each layer of the laminated body 120 separated from each other.
  • the region included in the inner peripheral region 120a in the lower spacer layer 101 is referred to as the inner peripheral region 101a
  • the region included in the outer peripheral region 121b is referred to as the outer peripheral region 101b.
  • each layer shall have an inner peripheral region and an outer peripheral region.
  • the lower intermediate layer 102 has an inner peripheral region 102a and an outer peripheral region 102b
  • the active layer 103 has an inner peripheral region 103a and an outer peripheral region 103b
  • the upper intermediate layer 104 has an inner peripheral region 104a and an outer peripheral region 104b
  • the tunnel junction layer 105 has an inner peripheral region 105a and an outer peripheral region 105b
  • the upper spacer layer 106 has an inner peripheral region 106a and an outer peripheral region 106b.
  • the lower spacer layer 101 is a layer that adjusts the distance between the lower DBR 108 and the upper DBR 109.
  • the lower spacer layer 101 is made of an n-type semiconductor material, and can be made of, for example, n-InP.
  • the lower intermediate layer 102 is provided on the lower spacer layer 101 and is a layer that encloses the carrier in the active layer 103.
  • the lower intermediate layer 102 is made of an n-type semiconductor material, and can be made of a material containing Al, for example, n-AlGaInAs. Further, the lower intermediate layer 102 may be made of a material that does not contain Al, and may be made of, for example, n-InP.
  • the active layer 103 is provided on the lower intermediate layer 102 to emit and amplify naturally emitted light.
  • the active layer 103 can be a layer having a quantum well (QW) structure in which a quantum well layer having a small bandgap and a barrier layer having a large bandgap are alternately laminated.
  • the active layer 103 can be made of a material containing Al, for example, AlGaInAs. Further, the active layer 103 may be made of a material containing no Al, and may be made of, for example, InGaAs or InGaAsP. Further, the active layer 103 is not limited to the quantum well structure, and may have a quantum dot (QDs: quantum dots) structure or the like made of InAs or the like.
  • QDs quantum dots
  • the upper intermediate layer 104 is provided on the active layer 103 and is a layer that can bind carriers into the active layer 103.
  • the upper intermediate layer 104 is made of a p-type semiconductor material, and can be made of a material containing Al, for example, p-AlGaInAs. Further, the upper intermediate layer 104 may be made of a material containing no Al, and may be made of, for example, p-InP.
  • the tunnel junction layer 105 is provided on the upper intermediate layer 104 and forms a current constriction structure due to the tunnel junction.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the tunnel junction layer 105
  • FIG. 6 is a plan view of the tunnel junction layer.
  • the tunnel junction layer 105 includes a first layer 121 and a second layer 122.
  • the first layer 121 is a layer on the upper intermediate layer 104 side of the tunnel junction layer 105, and is made of a p-type semiconductor material having a high impurity concentration.
  • the second layer 122 is a layer on the upper spacer layer 106 side in the tunnel junction layer 105, and is made of an n-type semiconductor material having a high impurity concentration.
  • the tunnel junction layer 105 can be made of a substance containing Al.
  • the substance containing Al include AlInAs or AlGaInAs.
  • the first layer 121 may consist of p + -AlInAs and the second layer 122 may consist of n + -AlInAs.
  • the first layer 121 may be composed of p + -AlGaInAs
  • the second layer 122 may be composed of n + -AlGaInAs.
  • the tunnel junction layer 105 may be made of a substance containing no Al, and may be made of, for example, InP, InGaAsP or InGaAsP or InGaAs.
  • the first layer 121 may be composed of p + ⁇ InP
  • the second layer 122 may be composed of n + ⁇ InP.
  • the first layer 121 may be composed of p + ⁇ InGaAsP
  • the second layer 122 may be composed of n + ⁇ InGaAsP.
  • the first layer 121 may be composed of p + -InGaAs
  • the second layer 122 may be composed of n + -InGaAs.
  • the tunnel junction layer 105 may be made of both a substance containing Al and a substance not containing Al, because the materials of the first layer 121 and the second layer 122 are different.
  • the first layer 121 may be made of AlInAs or AlGaInAs containing Al
  • the second layer 122 may be made of InP, InGaAsP or InGaAs not containing Al.
  • the first layer 121 may be composed of p + -AlInAs
  • the second layer 122 may be composed of n + -InP.
  • the first layer 121 may be made of Al-free InP, InGaAsP or InGaAs, and the second layer 122 may be made of Al-containing AlInAs or AlGaInAs.
  • the first layer 121 may be composed of p + -InP
  • the second layer 122 may be composed of n + -AlInAs.
  • the tunnel junction layer 105 has an inner peripheral region 105a on the inner peripheral side when viewed from the Z direction and an outer peripheral region 105b surrounding the inner peripheral region 105a (see FIG. 4). Ions are injected into the outer peripheral region 105b, and ions are not injected into the inner peripheral region 105a.
  • the region in which ions are implanted in the VCSEL element 100 is defined as the ion implantation region R, and is shown by a region in which dots are drawn.
  • the impurity concentration in the outer peripheral region 105b is smaller than the impurity concentration in the inner peripheral region 105a, and the carrier concentration (electron and hole density) in the outer peripheral region 105b is smaller than the carrier concentration in the inner peripheral region 105a.
  • the tunnel junction between the first layer 121 and the second layer 122 has disappeared as will be described later.
  • ions are not injected into the inner peripheral region 105a, and the tunnel junction between the first layer 121 and the second layer 122 is maintained.
  • the electrical resistance of the outer peripheral region 105b is larger than the electrical resistance of the inner peripheral region 105a.
  • the ion species of the ions injected into the outer peripheral region 105b can be ion species in which the band gap between the first layer 121 and the second layer 122 increases, and specifically, O ions or N ions can be used. can. Of these, O ions can oxidize the outer peripheral region 105b, which is more preferable.
  • the upper spacer layer 106 is provided on the tunnel junction layer 105 and is a layer that adjusts the distance between the lower DBR 108 and the upper DBR 109.
  • the upper spacer layer 106 is made of an n-type semiconductor material, and can be made of, for example, n-InP.
  • the contact layer 107 is provided on the upper spacer layer 106 around the upper DBR 109 to ensure an electrical connection between the upper electrode 111 and the upper spacer layer 106.
  • the contact layer 107 may have an annular shape surrounding the inner peripheral region 120a of the laminated body 120.
  • the contact layer 107 is made of an n-type semiconductor material having a high impurity concentration, and can be made of, for example, n + ⁇ InGaAs, n + ⁇ InGaAsP or n + ⁇ InP.
  • the lower DBR 108 is provided adjacent to the inner peripheral region 101a (see FIG. 4) of the lower spacer layer 101, and functions as a DBR (Distributed Bragg Reflector) that reflects light having a wavelength ⁇ .
  • the lower DBR 108 sandwiches the laminated body 120 together with the upper DBR 109 to form a resonator for laser oscillation.
  • the lower DBR 108 is, for example, a dielectric DBR, and may be made of SiO 2 , TiO 2 , Ta 2 O 5 , a—Si, Al 2 O 3 , or the like.
  • the upper DBR 109 is provided adjacent to the inner peripheral region 106a (see FIG. 4) of the upper spacer layer 106, and functions as a DBR (Distributed Bragg Reflector) that reflects light having a wavelength ⁇ .
  • the upper DBR 109 sandwiches the laminated body 120 together with the lower DBR 108 to form a resonator for laser oscillation.
  • the upper DBR 109 is, for example, a dielectric DBR, and may be made of SiO 2 , TIO 2 , Ta 2 O 5 , a—Si, Al 2 O 3 , or the like.
  • the lower electrode 110 is provided adjacent to the lower spacer layer 101 around the lower DBR 108, and functions as one electrode of the VCSEL element 100.
  • the lower electrode 110 may be made of, for example, Ti / Pt / Au or AuGe / Ni / Au. Further, the lower electrode 110 may be formed by plating.
  • the upper electrode 111 is provided adjacent to the contact layer 107 and functions as the other electrode of the VCSEL element 100.
  • the upper electrode 111 may have an annular shape surrounding the upper DBR 109.
  • the upper electrode 111 may be made of, for example, Ti / Pt / Au or the like.
  • the VCSEL element 100 has the above configuration.
  • the configuration of the VCSEL element 100 is not limited to that shown here, and may be any one including at least an active layer 103, a tunnel junction layer 105, a lower DBR 108, and an upper DBR 109.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of the VCSEL element 100.
  • the AA line is a line passing through the inner peripheral region 105a of the tunnel junction layer 105
  • the BB line is a line passing through the outer peripheral region 105b of the tunnel junction layer 105.
  • FIG. 8 is a band diagram showing the band structure on the line AA in FIG. 7
  • FIG. 9 is a band diagram showing the band structure on the line BB in FIG. 7.
  • the conduction band Ec of the first layer 121 and the variance band Ev of the second layer 122 are formed at the boundary between the first layer 121 and the second layer 122. They are close together and a tunnel junction is formed by the first layer 121 and the second layer 122. As a result, as shown by the arrows in the figure, a current flows from the second layer 122 to the first layer 121.
  • the carrier concentration decreases due to the injection of ions, and the interval between the conduction band Ec and the variance band Ev in the first layer 121 and the second layer 122 ( Band gap) is increasing.
  • the band gap of the outer peripheral region 105b is larger than the band gap of the inner peripheral region 105a.
  • the tunnel junction between the first layer 121 and the second layer 122 disappears due to the increase in the band gap, so that no current flows between the first layer 121 and the second layer 122.
  • the current flows due to the tunnel junction in the inner peripheral region 105a, but the current does not flow due to the tunnel junction in the outer peripheral region 105b. Therefore, the current flowing through the tunnel junction layer 105 is concentrated in the inner peripheral region 105a, that is, a current narrowing action occurs.
  • the ion species of the ions injected into the outer peripheral region 105b are ion species in which the band gap between the conduction band Ec and the variance band Ev increases in the first layer 121 and the second layer 122. Often, it can be, for example, O ion or N ion.
  • the component of the oscillation wavelength ⁇ of the naturally emitted light forms a standing wave between the lower DBR 108 and the upper DBR 109 and is active. It is amplified by layer 103.
  • the injection current exceeds the threshold value, the light forming a standing wave oscillates with a laser, passes through the upper DBR109, and the laser light is emitted.
  • the current constriction structure is realized by injecting ions into the outer peripheral region 105b of the tunnel junction layer 105 and eliminating the tunnel junction in the outer peripheral region 105b.
  • the crystal in the outer peripheral region 105b is not destroyed to increase the resistance, so that the light absorption in the outer peripheral region 105b is small and the loss due to the light absorption is suppressed.
  • ions are injected into the outer peripheral region 105b of the tunnel junction layer 105, and a current constriction structure is realized.
  • the tunnel junction layer 105 is made of a substance containing Al (AlInAs or the like) and the outer peripheral region 105b is an O ion, O is incorporated into the substance containing Al in the outer peripheral region 105b, and the outer peripheral region 105b is a semi-insulator. To become. As a result, in addition to the disappearance of the tunnel junction, the outer peripheral region 105b has a high resistance due to the semi-insulator, which is more suitable.
  • Al oxide (AlO X ) is formed in the outer peripheral region 105b.
  • Al oxide AlO X
  • the outer peripheral region 105b can be made of AlInAs oxide.
  • the band gap (see FIG. 9) of the outer peripheral region 105b is further widened, and the refractive index of the outer peripheral region 105b becomes smaller than the refractive index of the inner peripheral region 105a.
  • the light traveling between the lower DBR 108 and the upper DBR 109 is more likely to travel in the inner peripheral region 105a than in the outer peripheral region 105b, and a light confinement action, that is, a light constriction action is generated in the layer surface direction (XY direction). .. Therefore, the amount of laser light emitted from the VCSEL element 100 increases, and the light emitting characteristics of the VCSEL element 100 are improved.
  • the semiconductor layer 132, the etching stop layer 133, the lower spacer layer 101, the lower intermediate layer 102, the active layer 103, the upper intermediate layer 104, the tunnel junction layer 105, the upper spacer layer 106 and The contact layers 107 are formed in order to form the laminated body 130.
  • Each of these layers can be formed by an epitaxial growth method.
  • the substrate 131 is a substrate made of an n-type semiconductor material, and can be, for example, an n-InP substrate.
  • the semiconductor layer 132 is made of an n-type semiconductor material, and can be made of, for example, n-InP.
  • the etching stop layer 133 is made of an n-type semiconductor material, and can be made of, for example, n-InGaAsP.
  • Each layer from the lower spacer layer 101 to the contact layer 107 is made of the above-mentioned material.
  • the contact layer 107 is patterned, and a part of the contact layer 107 is removed so that the region including the inner peripheral region 106a of the upper spacer layer 106 is exposed.
  • the patterning of the contact layer 107 can be performed by using photolithography, and the removal of unnecessary portions can be performed by wet etching or chlorine-based dry etching. Wet etching is more preferable, and selective etching can be performed using a mixed solution of sulfuric acid: hydrogen peroxide solution: water or a mixed solution of citric acid: hydrogen peroxide solution: water as an etching solution.
  • a resist 134 is formed on the upper spacer layer 106 exposed by the previous step, and the inner peripheral region 106a is covered with the resist 134.
  • the resist 134 can be formed by patterning using photolithography.
  • ions are injected from the contact layer 107 and the resist 134.
  • the ions incident on the inner peripheral region 120a (see FIG. 2) are shielded by the resist 134.
  • the ions incident on the outer peripheral region 120b are injected into the outer peripheral region 105b of the tunnel junction layer 105 to form the ion implantation region R.
  • the tunnel junction layer 105 is formed with an inner peripheral region 105a through which the current passes due to the tunnel junction and an outer peripheral region 105b through which the tunnel junction disappears and the current does not pass.
  • the tunnel junction layer 105 is made of a substance containing Al and the ions are O ions
  • the Al present in the outer peripheral region 105b is oxidized by increasing the injection amount of the O ions, and the Al oxide (AlO) is oxidized. It is possible to form X ).
  • the tunnel junction layer 105 is made of a substance containing Al
  • Al oxide can be generated in the outer peripheral region 105b by injecting O ions to a depth in front of the upper intermediate layer 104. Since the contact layer 107 and the upper spacer layer 106 are made of a substance containing no Al, they are not oxidized by the injected O ions.
  • the resist 134 is removed. Further, annealing treatment is performed. Crystal defects are generated in the contact layer 107 and the upper spacer layer 106 due to ion implantation in the previous step, and the conductivity is lowered. However, the crystal defects can be repaired by the annealing treatment and the decrease in conductivity can be eliminated. Further, the annealing treatment can promote the oxidation of the outer peripheral region 105b described above.
  • the upper electrode 111 is formed on the contact layer 107.
  • the upper electrode 111 can be formed by patterning using photolithography.
  • the upper DBR109 is formed on the inner peripheral region 106a of the upper spacer layer 106.
  • the upper DBR109 can be patterned and formed by lift-off, an opening by dry etching, or the like.
  • the substrate 131 is removed.
  • the substrate 131 can be removed by attaching the laminated body 130 to the support substrate and grinding it with a back grinder or the like.
  • the semiconductor layer 132 is removed. Since the semiconductor layer 132 is removed by selective etching with the etching stop layer 133, it can be performed by wet etching using a mixed solution of nitric acid: phosphoric acid or the like as an etching solution.
  • the etching stop layer 133 is removed. Since the etching stop layer 133 is removed by selective etching with the lower spacer layer 101, it can be performed by wet etching using a mixed solution of sulfuric acid: hydrogen peroxide solution: hydroxide as the etching solution.
  • the lower DBR108 is formed on the inner peripheral region 101a of the lower spacer layer 101.
  • the lower DBR 108 can be patterned and formed by lift-off, an opening by dry etching, or the like.
  • the lower electrode 110 is formed on the lower spacer layer 101 and the lower DBR 108.
  • the lower electrode 110 can be formed by plating.
  • the VCSEL element 100 can be manufactured.
  • the method for manufacturing the VCSEL element 100 is not limited to that shown here, and may include at least a step of injecting ions into the outer peripheral region 105b of the tunnel junction layer 105.
  • the VCSEL element 100 can generate a current constricting action by injecting ions into the outer peripheral region 105b of the tunnel junction layer 105 to reduce the carrier concentration and eliminate the tunnel junction. Since the current narrowing structure is not realized in the outer peripheral region 105b due to the destruction of crystals, the light absorption in the outer peripheral region 105b is small, and the loss due to the light absorption can be suppressed. Therefore, the VCSEL element 100 is suitable for increasing the output. Further, the VCSEL element 100 does not require an embedded growth step such as an embedded tunnel junction structure for forming a current constriction structure, and is excellent in productivity.
  • the tunnel junction layer 105 when the tunnel junction layer 105 is made of a substance containing Al and the ions injected into the outer peripheral region 105b are O ions, the Al oxide in the outer peripheral region 105b is increased by increasing the injection amount of O ions. (AlO X ) can be formed. Since the refractive index of the outer peripheral region 105b is smaller than that of the outer peripheral region 105b due to the formation of the Al oxide, the tunnel junction layer 105 can generate a light constriction effect, and the light emitting characteristics of the VCSEL element 100 can be improved.
  • the carrier concentration in the outer peripheral region 105b is lowered and the formation of Al oxide is promoted, and the reliability of the VCSEL element 100 is improved by improving the crystal quality and strong oxidation. It is possible to realize.
  • the VCSEL element 100 assumes that ions are injected into the outer peripheral region 105b of the tunnel junction layer 105, but ions may also be injected into other layers of the VCSEL element 100. 22 to 24 are cross-sectional views of the VCSEL element 100 in which ions are injected into a layer other than the tunnel junction layer 105.
  • ions may be injected into the upper intermediate layer 104 in addition to the tunnel junction layer 105.
  • ions may be injected into the outer peripheral region 104b (see FIG. 4), and ions may not be injected into the inner peripheral region 104a.
  • FIG. 25 is a band diagram showing the band structure of the VCSEL element 100 shown in FIG. 22 on the BB line.
  • the band structure of the VCSEL element 100 shown in FIG. 22 on the AA line is the same as that in FIG.
  • the carrier concentration decreases due to the injection of ions, and the tunnel junction disappears due to the increase in the band gap.
  • the band gap is increased as in the outer peripheral region 105b. Therefore, even in the configuration shown in FIG. 22, the current constriction structure by the tunnel junction layer 105 is realized.
  • Ions can be injected into the outer peripheral region 105b and the outer peripheral region 104b by providing a resist on the inner peripheral region 120a and irradiating the ions from above (see FIG. 13). At this time, by setting the ion injection depth to the front of the active layer 103, the ions can be injected into the outer peripheral region 105b and the outer peripheral region 104b.
  • the tunnel junction layer 105 and the upper intermediate layer 104 are made of a substance containing Al
  • Al oxides are formed in the outer peripheral region 105b and the outer peripheral region 104b by injecting O ions into the outer peripheral region 105b and the outer peripheral region 104b. be able to.
  • the refractive index of the outer peripheral region 105b can be made smaller than the refractive index of the inner peripheral region 105a
  • the refractive index of the outer peripheral region 104b can be made smaller than the refractive index of the inner peripheral region 104a. Light constriction is possible by layer 104.
  • the tunnel junction layer 105 may be composed of n + -AlInAs and p + -AlInAs
  • the upper intermediate layer 104 may be composed of p-AlGaInAs
  • the active layer 103 is made of a substance containing no Al, and can be made of, for example, InGaAs.
  • Al oxide can be formed only in the outer peripheral regions of the tunnel junction layer 105 and the upper intermediate layer 104.
  • the lower intermediate layer 102 may be made of a substance containing Al such as n-AlGaInAs, or may be made of a substance not containing Al such as n-InP.
  • ions may be injected into the upper intermediate layer 104, the active layer 103, and the lower intermediate layer 102 in addition to the tunnel junction layer 105.
  • ions may be injected into the outer peripheral region 104b (see FIG. 4), and ions may not be injected into the inner peripheral region 104a.
  • ions can be injected into the outer peripheral region 103b (see FIG. 4), and ions cannot be injected into the inner peripheral region 103a.
  • ions may be injected into the outer peripheral region 102b (see FIG. 4), and ions may not be injected into the inner peripheral region 102a.
  • FIG. 26 is a band diagram showing the band structure of the VCSEL element 100 shown in FIG. 23 on the BB line.
  • the band structure of the VCSEL element 100 shown in FIG. 23 on the AA line is the same as that in FIG.
  • the carrier concentration decreases due to the injection of ions, and the tunnel junction disappears due to the increase in the band gap.
  • the band gap is increased as in the outer peripheral region 105b. Therefore, even in the configuration shown in FIG. 23, the current constriction structure is realized by the tunnel junction layer 105.
  • the injection of ions into the outer peripheral regions of the tunnel junction layer 105, the upper intermediate layer 104, the active layer 103 and the lower intermediate layer 102 can be performed by providing a resist on the inner peripheral region 120a and irradiating the ions from above. Yes (see Figure 13). At this time, by setting the ion injection depth to the front of the lower spacer layer 101, the ions can be injected into the outer peripheral region of each layer.
  • the tunnel junction layer 105, the upper intermediate layer 104, the active layer 103, and the lower intermediate layer 102 are made of a substance containing Al
  • Al oxide is injected into the outer peripheral region of each layer by injecting O ions into the outer peripheral region of each layer. Can be formed.
  • the refractive index of the outer peripheral region of each layer can be made smaller than the refractive index of the inner peripheral region of each layer, so that light constriction is possible by the tunnel junction layer 105, the upper intermediate layer 104, the active layer 103, and the lower intermediate layer 102. Is.
  • the tunnel junction layer 105 may be composed of n + -AlInAs and p + -AlInAs, and the upper intermediate layer 104 may be composed of p-AlGaInAs.
  • the active layer 103 may be made of AlGaInAs, and the lower intermediate layer 102 may be made of n-AlGaInAs.
  • Al oxide can be formed in the outer peripheral regions of the tunnel junction layer 105, the upper intermediate layer 104, the active layer 103, and the lower intermediate layer 102.
  • the lower intermediate layer 102 may be made of a substance that does not contain Al, such as n-InP. In this case, Al oxidation occurs only in the outer peripheral regions of the tunnel junction layer 105, the upper intermediate layer 104, and the active layer 103. Can form things.
  • ions may be injected into the active layer 103 in addition to the tunnel junction layer 105.
  • ions may be injected into the outer peripheral region 103b (see FIG. 4), and ions may not be injected into the inner peripheral region 103a. Further, it is possible that ions are not injected into the upper intermediate layer 104 between the tunnel junction layer 105 and the active layer 103.
  • FIG. 27 is a band diagram showing the band structure of the VCSEL element 100 shown in FIG. 24 on the BB line.
  • the band structure of the VCSEL element 100 shown in FIG. 24 on the AA line is the same as that in FIG.
  • the carrier concentration decreases due to the injection of ions, and the tunnel junction disappears due to the increase in the band gap.
  • the band gap is increased as in the outer peripheral region 105b.
  • the outer peripheral region 104b of the upper intermediate layer 104 is not injected with ions, a band gap is maintained.
  • Ions can be injected into the outer peripheral regions of the tunnel junction layer 105 and the active layer 103 by providing a resist on the inner peripheral region 120a and irradiating the ions from above (see FIG. 13).
  • the tunnel junction layer 105 and the active layer 103 are made of a substance containing Al
  • the upper intermediate layer 104 is made of a substance not containing Al
  • the injected ions are O ions, whereby the tunnel junction layer 105 and the active layer are formed. Ions can be injected only into the outer peripheral region of 103.
  • Al oxide can be formed in the outer peripheral regions of the tunnel junction layer 105 and the active layer 103.
  • the refractive index of the outer peripheral region of the tunnel junction layer 105 and the active layer 103 can be made smaller than the refractive index of the inner peripheral region of each layer, so that light constriction is possible by the tunnel junction layer 105 and the active layer 103.
  • the tunnel junction layer 105 may be composed of n + -AlInAs and p + -AlInAs
  • the active layer 103 may be composed of AlGaInAs or the like.
  • the upper intermediate layer 104 may be made of p-InP. As a result, it is possible to form Al oxide in the outer peripheral regions of the tunnel junction layer 105 and the active layer 103, and not to form Al oxide in the upper intermediate layer 104.
  • the lower intermediate layer 102 may be made of a substance containing Al such as n-AlGaInAs, or may be made of a substance not containing Al such as n-InP.
  • Al oxide can be formed in the outer peripheral regions of the tunnel junction layer 105, the active layer 103 and the lower intermediate layer 102.
  • ions are injected into the outer peripheral region of at least one of the lower intermediate layer 102, the active layer 103, and the upper intermediate layer 104. Further, in the VCSEL element 100, it is possible that the outer peripheral region of at least one of the lower intermediate layer 102, the active layer 103 and the upper intermediate layer 104 contains Al oxide.
  • the VCSEL element 100 may include a lower DBR 108 having a concave curved surface shape. As shown in the figure, the VCSEL element 100 further includes a support layer 112 formed on the lower spacer layer 101.
  • the support layer 112 is made of a semi-insulating material such as SI (semi-insulate) -InP, and is formed in a convex curved surface shape.
  • the lower DBR 108 is formed on the support layer 112 and is formed in a concave curved surface shape. By forming the lower DBR 108 into a concave curved surface shape, the light reflected by the lower DBR 108 can be focused on the inner peripheral region 120a, and the light narrowing action of the lower DBR 108 can be caused.
  • the lower DBR 108 may have a spherical curved surface shape, a cylindrical curved surface shape, or another curved surface shape.
  • the VCSEL element 100 may be the back surface emitting side VCSEL.
  • the upper electrode 111 covers the upper DBR 109, and the lower electrode 110 is provided around the lower DBR 108.
  • the laser beam generated in the VCSEL element 100 passes through the lower DBR 108 and is emitted from the back surface side (lower spacer layer 101 side). It is also possible that the upper DBR 109 has the above-mentioned concave curved surface shape.
  • the tunnel junction layer 105 may be provided on the lower DBR 108 side of the active layer 103. That is, the VCSEL element 100 may be laminated in the order of the lower spacer layer 101, the tunnel junction layer 105, the lower intermediate layer 102, the active layer 103, the upper intermediate layer 104, and the upper spacer layer 106.
  • the lower intermediate layer 102 can be made of a p-type semiconductor material such as p-AlGaInAs
  • the upper intermediate layer 104 can be made of an n-type semiconductor material such as n-AlGaInAs.
  • the other layers may consist of the materials described so far.
  • the VCSEL element 100 can be a back-side emitting side VCSEL
  • the lower DBR108 or the upper DBR109 can be a concave curved surface shape.
  • the VCSEL element 100 may include a substrate 113 instead of the lower spacer layer 101.
  • the substrate 113 is made of a material different from the other layers of the VCSEL element 100, such as Si, SiC, AlN, GaN, or glass, and can be attached to the lower intermediate layer 102.
  • the substrate 113 is preferably made of a material having high thermal conductivity.
  • the VCSEL element 100 can be an InP-based VCSEL element in which each layer is laminated by crystal growth on a substrate 131 (see FIG. 10) made of n-InP.
  • the VCSEL element 100 may be a GaAs-based VCSEL element in which each layer is laminated by crystal growth on a substrate made of n-GaAs.
  • the lower spacer layer 101 and the upper spacer layer 106 may be made of n-GaAs, and the lower intermediate layer 102 may be made of n-AlGaAs.
  • the active layer 103 may be made of InGaAs, GaInNAs, or the like, and the upper intermediate layer 104 may be made of p-AlGaAs.
  • the first layer 121 may be made of p + -AlGaAs
  • the second layer 122 may be made of n + -AlGaAs
  • the outer peripheral region 105b may be made of AlGaAs oxide in the inner peripheral region 105a.
  • the contact layer 107 can be made of n + -GaAs.
  • the VCSEL element 100 can be made of various materials capable of realizing the VCSEL element.
  • FIG. 32 is a cross-sectional view of the VCSEL element array 200 according to the present embodiment. As shown in the figure, the VCSEL element array 200 is configured by arranging a plurality of VCSEL elements 100. The number of VCSEL elements 100 constituting the VCSEL element array 200 is not particularly limited.
  • FIG. 33 is a plan view showing the tunnel junction layer 105 in the VCSEL element array 200.
  • the tunnel junction layer 105 includes a plurality of inner peripheral regions 105a and an outer peripheral region 105b surrounding the inner peripheral region 105a.
  • An ion implantation region R is formed in the outer peripheral region 105b, and a current constriction structure is realized by the tunnel junction layer 105.
  • FIG. 34 is a cross-sectional view of the integrated module 300 according to the present embodiment. As shown in the figure, the integrated module 300 includes a VCSEL element 100 and a semiconductor element 301.
  • the VCSEL element 100 includes the above-mentioned substrate 113 (see FIG. 31), and the substrate 113 can form a semiconductor circuit such as a Si circuit.
  • the semiconductor element 301 is mounted on the substrate 113 and is electrically connected to the VCSEL element 100 via the semiconductor circuit in the substrate 113.
  • the semiconductor element 301 is a light receiving element, and can be, for example, an APD (avalanche photodiode) made of SiGe.
  • the integrated module 300 can form a TOF (Time-of-Flight) module.
  • the semiconductor element 301 may be an element other than the light receiving element, and may be, for example, a driving element of the VCSEL element. Further, it is also possible to mount one or a plurality of semiconductor elements 301 on the above-mentioned VCSEL element array 200 to form an integrated module.
  • the semiconductor element 301 can be mounted by silicon photonics technology.
  • the integrated module 300 may not include the semiconductor element 301, or may be composed of a semiconductor circuit formed in the substrate 113 and one or a plurality of VCSEL elements 100.
  • the effects described in the present disclosure are merely exemplary and not limited, and may have other effects.
  • the description of the plurality of effects described above does not necessarily mean that the effects are exerted at the same time. It means that at least one of the above-mentioned effects can be obtained depending on the conditions and the like, and there is a possibility that an effect not described in the present disclosure may be exhibited. It is also possible to combine at least two feature portions among the feature portions described in the present disclosure.
  • a first DBR distributed Bragg Reflector
  • a second DBR that reflects light of the above wavelength
  • the active layer arranged between the first DBR and the second DBR
  • a tunnel junction layer arranged between the first DBR and the active layer and forming a tunnel junction.
  • Each layer between the first DBR and the second DBR has an inner peripheral region on the inner peripheral side when viewed from a direction perpendicular to the layer surface, and an outer peripheral region surrounding the inner peripheral region, and is a tunnel junction layer.
  • a vertical resonator type surface emitting laser element in which ions are injected into the outer peripheral region of the tunnel, the carrier concentration is lower than that of the inner peripheral region of the tunnel junction layer, and the electrical resistance is large.
  • the vertical resonator type surface emitting laser element according to any one of (1) to (4) above.
  • the tunnel junction layer is a vertical resonator type surface emitting laser element made of a substance containing at least one layer of Al.
  • the outer peripheral region of the tunnel junction layer is a vertical resonator type surface emitting laser element containing Al oxide.
  • a first intermediate layer arranged between the tunnel junction layer and the active layer, Further comprising a second intermediate layer disposed between the second DBR and the active layer.
  • the above ions are O ions
  • the outer peripheral region of the first intermediate layer contains Al oxide and contains Al oxide.
  • the outer peripheral region of the active layer and the second intermediate layer is a vertical resonator type surface emitting laser element that does not contain Al oxide.
  • the outer peripheral regions of the first intermediate layer, the active layer, and the second intermediate layer are vertical resonator type surface emitting laser elements containing Al oxide.
  • the vertical resonator type surface emitting laser element according to (7) above.
  • the outer peripheral region of the active layer contains Al oxide and contains Al oxide.
  • the outer peripheral region of the first intermediate layer and the second intermediate layer is a vertical resonator type surface emitting laser element that does not contain Al oxide.
  • (11) The vertical resonator type surface emitting laser element according to any one of (1) to (10) above.
  • the inner peripheral region of the tunnel junction layer is composed of a first layer made of p + -AlInAs and a second layer made of n + -AlInAs laminated.
  • the outer peripheral region of the tunnel junction layer is a vertical resonator type surface emitting laser element made of AlInAs oxide.
  • the vertical resonator type surface emitting laser element according to any one of (1) to (10) above.
  • the inner peripheral region of the tunnel junction layer is composed of a first layer made of p + -AlGaAs and a second layer made of n + -AlGaAs laminated.
  • the outer peripheral region of the tunnel junction layer is a vertical resonator type surface emitting laser element made of AlGaAs oxide.
  • a first DBR distributed Bragg Reflector
  • a second DBR that reflects light of the wavelength
  • an activity arranged between the first DBR and the second DBR.
  • a layer and a tunnel junction layer arranged between the first DBR and the active layer to form a tunnel junction are provided, and each layer between the first DBR and the second DBR is perpendicular to the layer surface.
  • a laminated body having an inner peripheral region on the inner peripheral side and an outer peripheral region surrounding the inner peripheral region is formed. Ions are injected into the outer peripheral region of the tunnel junction layer to make the carrier concentration in the outer peripheral region of the tunnel junction layer smaller than the carrier concentration in the inner peripheral region of the tunnel junction layer, and to reduce the electrical resistance in the outer peripheral region of the tunnel junction layer.
  • a method for manufacturing a vertical resonator type surface emitting laser element whose electric resistance is larger than the electric resistance in the inner peripheral region of the tunnel junction layer.
  • the tunnel junction layer is made of a substance containing Al.
  • a method for manufacturing a vertical resonator type surface emitting laser element that injects O ions into the outer peripheral region of the tunnel junction layer In the step of injecting ions into the outer peripheral region of the tunnel junction layer, a method for manufacturing a vertical resonator type surface emitting laser element that injects O ions into the outer peripheral region of the tunnel junction layer.
  • a method for manufacturing a vertical resonator type surface emitting laser element that generates Al oxide in the outer peripheral region of the tunnel junction layer by injecting O ions In the step of injecting ions into the outer peripheral region of the tunnel junction layer, a method for manufacturing a vertical resonator type surface emitting laser element that generates Al oxide in the outer peripheral region of the tunnel junction layer by injecting O ions.
  • the laminated body further includes a first intermediate layer arranged between the tunnel junction layer and the active layer, and a second intermediate layer arranged between the second DBR and the active layer. death, In the step of injecting ions into the outer peripheral region of the tunnel junction layer, vertical resonance injecting O ions into the outer peripheral region of at least one of the active layer, the first intermediate layer and the second intermediate layer.
  • a method for manufacturing a device surface emitting laser element 17.
  • a method for manufacturing a vertical resonator type surface emitting laser element further including an annealing step of repairing crystal defects generated by the above ion implantation and promoting the formation of Al oxide.

Abstract

【課題】生産性に優れ、高出力化に適した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を提供すること。 【解決手段】本技術に係る垂直共振器型面発光レーザ素子は、第１のＤＢＲと、第２のＢＲと、活性層と、トンネル接合層とを具備する。上記第１のＤＢＲは、特定の波長の光を反射する。上記第２のＤＢＲは、上記波長の光を反射する。上記活性層は、上記第１のＤＢＲと上記第２のＤＢＲの間に配置されている。上記トンネル接合層は、上記第１のＤＢＲと上記活性層の間に配置され、トンネル接合を形成する。上記第1のＤＢＲと上記第２のＤＢＲの間の各層は、層面に垂直な方向から見て内周側の内周領域と、上記内周領域を囲む外周領域を有し、上記トンネル接合層の外周領域はイオンが注入され、上記トンネル接合層の内周領域よりキャリア濃度が低く、電気抵抗が大きい。

Description

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
　本技術は、層面に垂直な方向にレーザを出射する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に関する。
　ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser:垂直共振器型面発光レーザ）素子は、活性層を一対の分布ブラッグ反射鏡（Distributed Bragg Reflector：ＤＢＲ）によって挟んだ構造を有する。活性層の近傍には電流狭窄構造が設けられており、電流は電流狭窄構造によって活性層中の一部領域に集中し、自然放出光を生じる。ＤＢＲは低屈折率層と高屈折率層を交互に複数層積層したものであり、自然放出光のうち所定の波長の光を活性層に向けて反射することで、レーザ発振を生じさせる。
　ここで、ＩｎＰ系材料からなる活性層を有するＩｎＰ系のＶＣＳＥＬ素子では、電流狭窄構造としてイオンインプラントが用いられている（例えば、特許文献１）。特許文献１には、ＡｌＧａＮＡｓ混晶からなるトンネルジャンクション層の外周領域にプロトンをインプラントし、電流狭窄構造を形成した面発光レーザ素子が開示されている。
特開２００９－２１８２８１号公報
　しかしながら、特許文献１の構成では、電流狭窄効果は得られるものの、プロトンをインプラントした領域で光吸収によるロスが生じるため、高出力化には不利となり実用化するには不十分であった。また、ＩｎＰ系のＶＣＳＥＬ素子の電流狭窄構造としては埋込トンネルジャンクション構造も知られているが、埋込トンネルジャンクション構造ではトンネルジャンクションの埋め込み成長工程が必要であり、再成長よる製造コストの増加が避けられない。
　以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、生産性に優れ、高出力化に適した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を提供することにある。
　上記目的を達成するため、本技術の一形態に係る垂直共振器型面発光レーザ素子は、第１のＤＢＲと、第２のＤＢＲと、活性層と、トンネル接合層とを具備する。
　上記第１のＤＢＲは、特定の波長の光を反射する。
　上記第２のＤＢＲは、上記波長の光を反射する。
　上記活性層は、上記第１のＤＢＲと上記第２のＤＢＲの間に配置されている。
　上記トンネル接合層は、上記第１のＤＢＲと上記活性層の間に配置され、トンネル接合を形成する。
　上記第1のＤＢＲと上記第２のＤＢＲの間の各層は、層面に垂直な方向から見て内周側の内周領域と、上記内周領域を囲む外周領域を有し、上記トンネル接合層の外周領域はイオンが注入され、上記トンネル接合層の内周領域よりキャリア濃度が低く、電気抵抗が大きい。
　この構成によれば、トンネル接合層の外周領域にイオンを注入することにより、外周領域におけるキャリア濃度を低下させ、外周領域でのトンネル接合を消失させることができる。これにより、外周領域は内周領域に比べて電気抵抗が大きくなり、トンネル接合層によって電流狭窄構造が形成される。イオンの注入によって電流狭窄構造を形成することができるため、本ＶＣＳＥＬ素子は生産性に優れる。また、トンネル接合層の外周領域において結晶破壊により絶縁化しているものではないため、外周領域における光吸収は小さく、本ＶＣＳＥＬ素子は高出力化に適している。
　上記トンネル接合層の外周領域のバンドギャップは、上記トンネル接合層の内周領域のバンドギャップより大きくてもよい。
　上記トンネル接合層の外周領域の屈折率は、上記トンネル接合層の内周領域の屈折率より小さくてもよい。
　上記イオンはＯイオンであってもよい。
　上記トンネル接合層は、少なくとも１層以上のＡｌを含む物質からなるものであってもよい。
　上記トンネル接合層の外周領域は、Ａｌ酸化物を含むものであってもよい。
　上記垂直共振器型面発光レーザ素子は、
　上記トンネル接合層と上記活性層の間に配置された第１の中間層と、
　上記第２のＤＢＲと上記活性層の間に配置された第２の中間層と
　をさらに具備し、
　上記イオンはＯイオンであり、
　上記活性層、上記第１の中間層及び上記第２の中間層のうち少なくともいずれか１層の外周領域はＡｌ酸化物を含んでもよい。
　上記第１の中間層の外周領域はＡｌ酸化物を含み、
　上記活性層及び上記第２の中間層の外周領域はＡｌ酸化物を含まないものであってもよい。
　上記第１の中間層、上記活性層及び上記第２の中間層の外周領域はＡｌ酸化物を含むものであってもよい。
　上記活性層の外周領域はＡｌ酸化物を含み、
　上記第１の中間層及び上記第２の中間層の外周領域はＡｌ酸化物を含まないものであってもよい。
　上記トンネル接合層の内周領域はｐ＋－ＡｌＩｎＡｓからなる第１の層と、ｎ＋－ＡｌＩｎＡｓからなる第２の層が積層されて構成され、
　上記トンネル接合層の外周領域はＡｌＩｎＡｓ酸化物からなるものであってもよい。
　上記トンネル接合層の内周領域はｐ＋－ＡｌＧａＡｓからなる第１の層と、ｎ＋－ＡｌＧａＡｓからなる第２の層が積層されて構成され、
　上記トンネル接合層の外周領域はＡｌＧａＡｓ酸化物からなるものであってもよい。
　上記目的を達成するため、本技術の一形態に係る垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法は、特定の波長の光を反射する第１のＤＢＲと、上記波長の光を反射する第２のＤＢＲと、上記第１のＤＢＲと上記第２のＤＢＲの間に配置された活性層と、上記第１のＤＢＲと上記活性層の間に配置され、トンネル接合を形成するトンネル接合層とを備え、上記第１のＤＢＲと上記第２のＤＢＲの間の各層は、層面に垂直な方向から見て内周側の内周領域と、上記内周領域を囲む外周領域を有する積層体を形成し、
　上記トンネル接合層の外周領域にイオンを注入し、上記トンネル接合層の外周領域のキャリア濃度を上記トンネル接合層の内周領域のキャリア濃度より小さくし、上記トンネル接合層の外周領域の電気抵抗を上記トンネル接合層の内周領域の電気抵抗より大きくする。
　上記トンネル接合層はＡｌを含む物質からなり、
　上記トンネル接合層の外周領域にイオンを注入する工程では、上記トンネル接合層の外周領域にＯイオンを注入してもよい。
　上記トンネル接合層の外周領域にイオンを注入する工程では、Ｏイオンの注入により、上記トンネル接合層の外周領域にＡｌ酸化物を生成させてもよい。
　上記積層体は、上記トンネル接合層と上記活性層の間に配置された第１の中間層と、上記第２のＤＢＲと上記活性層の間に配置された第２の中間層とをさらに具備し、
　上記トンネル接合層の外周領域にイオンを注入する工程では、上記活性層、上記第１の中間層及び上記第２の中間層のうち少なくともいずれか１層の外周領域にＯイオンを注入してもよい。
　上記垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法は、上記イオン注入により生じた結晶欠陥を修復し、Ａｌ酸化物の生成を促進させるアニール工程をさらに含んでもよい。
本技術の実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子の断面図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子が備える積層体の模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子が備える積層体の平面図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子が備える積層体の各層を分離して示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子が備えるトンネル接合層の断面図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子が備えるトンネル接合層の平面図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の内周領域のバンド構造を示すバンド図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の外周領域のバンド構造を示すバンド図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子のイオン注入領域の配置例１を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子のイオン注入領域の配置例２を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子のイオン注入領域の配置例３を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の配置例１における外周領域のバンド構造を示すバンド図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の配置例２における外周領域のバンド構造を示すバンド図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の配置例３における外周領域のバンド構造を示すバンド図である。 本技術の実施形態に係る、他の構造を有するＶＣＳＥＬ素子の断面図である。 本技術の実施形態に係る、他の構造を有するＶＣＳＥＬ素子の断面図である。 本技術の実施形態に係る、他の構造を有するＶＣＳＥＬ素子の断面図である。 本技術の実施形態に係る、他の構造を有するＶＣＳＥＬ素子の断面図である。 本技術の実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子アレイの断面図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子アレイが備えるトンネル接合層の平面図である。 本技術の実施形態に係る集積化モジュールの断面図である。
　本技術の実施形態に係るＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser：垂直共振器型面発光レーザ）素子について説明する。
　[ＶＣＳＥＬ素子の構造]
　図１は本実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子１００の断面図である。同図に示すように、ＶＣＳＥＬ素子１００は、下部スペーサー層１０１、下部中間層１０２、活性層１０３、上部中間層１０４、トンネル接合層１０５、上部スペーサー層１０６、コンタクト層１０７、下部ＤＢＲ１０８、上部ＤＢＲ１０９、下部電極１１０及び上部電極１１１を備える。
　ＶＣＳＥＬ素子１００の構成のうち、下部ＤＢＲ１０８と上部ＤＢＲ１０９の間の層、即ち下部スペーサー層１０１、下部中間層１０２、活性層１０３、上部中間層１０４、トンネル接合層１０５及び上部スペーサー層１０６の積層体を積層体１２０とする。図２は、積層体１２０の模式図である。同図に示すように積層体１２０の各層の層面方向をＸ－Ｙ方向とし、層面方向に垂直な方向をＺ方向とする。
　図３は、積層体１２０をＺ方向から見た図である。同図に示すように、積層体１２０はＺ方向から見て内周領域１２０ａ及び外周領域１２０ｂを有する。Ｚ方向に平行な積層体１２０の周面を周面１２０ｃとすると、内周領域１２０ａはＺ方向から見て内周側の領域であり、周面１２０ｃから離間した領域である。外周領域１２０ｂは、内周領域１２０ａと周面１２０ｃの間の領域であり、内周領域１２０ａを囲む領域である。
　図４は、積層体１２０の各層を離間させて示す模式図である。同図に示すように、下部スペーサー層１０１において内周領域１２０ａに含まれる領域を内周領域１０１ａとし、外周領域１２１ｂに含まれる領域を外周領域１０１ｂとする。以下同様に各層は内周領域と外周領域を有するものとする。
　即ち、下部中間層１０２は内周領域１０２ａ及び外周領域１０２ｂを有し、活性層１０３は内周領域１０３ａ及び外周領域１０３ｂを有する。上部中間層１０４は内周領域１０４ａ及び外周領域１０４ｂを有し、トンネル接合層１０５は内周領域１０５ａ及び外周領域１０５ｂを有する。上部スペーサー層１０６は内周領域１０６ａと外周領域１０６ｂを有する。
　以下、図１を参照して、ＶＣＳＥＬ素子１００の各構成について説明する。下部スペーサー層１０１は、下部ＤＢＲ１０８と上部ＤＢＲ１０９の間隔を調整する層である。下部スペーサー層１０１はｎ型半導体材料からなり、例えばｎ－ＩｎＰからなるものとすることができる。
　下部中間層１０２は、下部スペーサー層１０１上に設けられ、キャリアを活性層１０３に閉じ込める層である。下部中間層１０２はｎ型半導体材料からなり、Ａｌを含む材料、例えばｎ－ＡｌＧａＩｎＡｓからなるものとすることができる。また、下部中間層１０２はＡｌを含まない材料からなるものであってもよく、例えばｎ－ＩｎＰからなるものとすることもできる。
　活性層１０３は、下部中間層１０２上に設けられ、自然放出光の放出及び増幅を行う。活性層１０３は、バンドギャップが小さい量子井戸層とバンドギャップが大きい障壁層を交互に積層した量子井戸（ＱＷ：quantum well）構造を有する層とすることができる。活性層１０３は、Ａｌを含む材料、例えばＡｌＧａＩｎＡｓからなるものとすることができる。また、活性層１０３はＡｌを含まない材料からなるものであってもよく、例えばＩｎＧａＡｓ又はＩｎＧａＡｓＰからなるものとすることもできる。さらに、活性層１０３は量子井戸構造に限られず、ＩｎＡｓ等からなる量子ドット（ＱＤｓ：quantum dots）構造等を有するものであってもよい。
　上部中間層１０４は、活性層１０３上に設けられ、キャリアを活性層１０３にとじ込める層である。上部中間層１０４はｐ型半導体材料からなり、Ａｌを含む材料、例えばｐ－ＡｌＧａＩｎＡｓからなるものとすることができる。また、上部中間層１０４はＡｌを含まない材料からなるものであってもよく、例えばｐ－ＩｎＰからなるものとすることもできる。
　トンネル接合層１０５は、上部中間層１０４上に設けられ、トンネル接合による電流狭窄構造を形成する。図５は、トンネル接合層１０５の断面図であり、図６はトンネル接合層の平面図である。図５に示すように、トンネル接合層１０５は、第１層１２１及び第２層１２２を備える。第１層１２１は、トンネル接合層１０５において上部中間層１０４側の層であり、不純物濃度が高いｐ型半導体材料からなる。第２層１２２は、トンネル接合層１０５において上部スペーサー層１０６側の層であり、不純物濃度が高いｎ型半導体材料からなる。
　トンネル接合層１０５は、Ａｌを含む物質からなるものとすることができる。Ａｌを含む物質としてＡｌＩｎＡｓ又はＡｌＧａＩｎＡｓが挙げられる。ＡｌＩｎＡｓの場合、第１層１２１はｐ＋－ＡｌＩｎＡｓからなり、第２層１２２はｎ＋－ＡｌＩｎＡｓからなるものとすることができる。また、ＡｌＧａＩｎＡｓの場合、第１層１２１はｐ＋－ＡｌＧａＩｎＡｓからなり、第２層１２２はｎ＋－ＡｌＧａＩｎＡｓからなるものとすることができる。
　さらにトンネル接合層１０５は、Ａｌを含まない物質からなるものとすることもでき、例えば、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ又はＩｎＧａＡｓからなるものとすることができる。ＩｎＰの場合、第１層１２１はｐ＋－ＩｎＰからなり、第２層１２２はｎ＋－ＩｎＰからなるものとすることができる。ＩｎＧａＡｓＰの場合、第１層１２１はｐ＋－ＩｎＧａＡｓＰからなり、第２層１２２はｎ＋－ＩｎＧａＡｓＰからなるものとすることができる。ＩｎＧａＡｓの場合、第１層１２１はｐ＋－ＩｎＧａＡｓからなり、第２層１２２はｎ＋－ＩｎＧａＡｓからなるものとすることができる。
　またトンネル接合層１０５は、第１層１２１と第２層１２２の材料が異なり、Ａｌを含む物質とＡｌを含まない物質の両方からなるものとすることもできる。具体的には第１層１２１はＡｌを含むＡｌＩｎＡｓ又はＡｌＧａＩｎＡｓからなり、第２層１２２はＡｌを含まないＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ又はＩｎＧａＡｓからなるものとすることができる。この場合、例えば第１層１２１はｐ＋－ＡｌＩｎＡｓからなり、第２層１２２はｎ＋－ＩｎＰからなるものとすることができる。
　反対に、第１層１２１はＡｌを含まないＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ又はＩｎＧａＡｓからなり、第２層１２２はＡｌを含むＡｌＩｎＡｓ又はＡｌＧａＩｎＡｓからなるものとすることもできる。この場合、例えば第１層１２１はｐ＋－ＩｎＰからなり、第２層１２２はｎ＋－ＡｌＩｎＡｓからなるものとすることができる。
　ここで、上述のようにトンネル接合層１０５は、Ｚ方向から見て内周側の内周領域１０５ａと、内周領域１０５ａを囲む外周領域１０５ｂを有する（図４参照）。外周領域１０５ｂにはイオンが注入されており、内周領域１０５ａにはイオンが注入されていない。図１及び以下の図において、ＶＣＳＥＬ素子１００においてイオンが注入された領域をイオン注入領域Ｒとし、ドットを描画した領域によって示す。イオンの注入により外周領域１０５ｂの不純物濃度は内周領域１０５ａの不純物濃度より小さくなり、外周領域１０５ｂのキャリア濃度（電子及び正孔の密度）は内周領域１０５ａのキャリア濃度より小さくなっている。
　この外周領域１０５ｂのキャリア濃度の低下により、後述するように第１層１２１と第２層１２２によるトンネル接合が消失している。一方、内周領域１０５ａはイオンが注入されず、第１層１２１と第２層１２２によるトンネル接合が維持されている。これにより、外周領域１０５ｂの電気抵抗は内周領域１０５ａの電気抵抗より大きくなっている。
　外周領域１０５ｂに注入されているイオンのイオン種は、第１層１２１と第２層１２２のバンドギャップが増加するイオン種とすることができ、具体的にはＯイオン又はＮイオンとすることができる。このうち、Ｏイオンは外周領域１０５ｂを酸化することができ、より好適である。
　上部スペーサー層１０６は、トンネル接合層１０５上に設けられ、下部ＤＢＲ１０８と上部ＤＢＲ１０９の間隔を調整する層である。上部スペーサー層１０６はｎ型半導体材料からなり、例えばｎ－ＩｎＰからなるものとすることができる。
　コンタクト層１０７は、上部スペーサー層１０６上において上部ＤＢＲ１０９の周囲に設けられ、上部電極１１１と上部スペーサー層１０６の電気的接続を確保する。コンタクト層１０７は、積層体１２０の内周領域１２０ａを囲む環状形状を有するものとすることができる。コンタクト層１０７は、不純物濃度が高いｎ型半導体材料からなり、例えばｎ＋－ＩｎＧａＡｓ、ｎ＋－ＩｎＧａＡｓＰ又はｎ＋－ＩｎＰからなるものとすることができる。
　下部ＤＢＲ１０８は、下部スペーサー層１０１の内周領域１０１ａ（図４参照）に隣接して設けられ、波長λの光を反射するＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector：分布ブラッグ反射鏡）として機能する。下部ＤＢＲ１０８は、上部ＤＢＲ１０９と共に積層体１２０を挟み、レーザ発振のための共振器を構成する。下部ＤＢＲ１０８は例えば誘電体ＤＢＲであり、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ａ－Ｓｉ又はＡｌ２Ｏ３等からなるものとすることができる。
　上部ＤＢＲ１０９は、上部スペーサー層１０６の内周領域１０６ａ（図４参照）に隣接して設けられ、波長λの光を反射するＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector：分布ブラッグ反射鏡）として機能する。上部ＤＢＲ１０９は、下部ＤＢＲ１０８と共に積層体１２０を挟み、レーザ発振ための共振器を構成する。上部ＤＢＲ１０９は例えば、誘電体ＤＢＲであり、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ａ－Ｓｉ又はＡｌ２Ｏ３等からなるものとすることができる。
　下部電極１１０は、下部ＤＢＲ１０８の周囲において下部スペーサー層１０１に隣接して設けられ、ＶＣＳＥＬ素子１００の一方の電極として機能する。下部電極１１０は例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ又はＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ等からなるものとすることができる。また、下部電極１１０はメッキにより形成されたものであってもよい。
　上部電極１１１は、コンタクト層１０７に隣接して設けられ、ＶＣＳＥＬ素子１００の他方電極として機能する。上部電極１１１は、上部ＤＢＲ１０９を囲む環状形状を有するものとすることができる。上部電極１１１は、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ等からなるものとすることができる。
　ＶＣＳＥＬ素子１００は、以上のような構成を有する。ＶＣＳＥＬ素子１００の構成はここに示すものに限られず、少なくとも活性層１０３、トンネル接合層１０５、下部ＤＢＲ１０８及び上部ＤＢＲ１０９を備えるものであればよい。
　［ＶＣＳＥＬ素子のバンド構造］
　ＶＣＳＥＬ素子１００のバンド構造について説明する。図７はＶＣＳＥＬ素子１００の模式図である。同図においてＡ－Ａ線はトンネル接合層１０５の内周領域１０５ａを通過する線であり、Ｂ－Ｂ線はトンネル接合層１０５の外周領域１０５ｂを通過する線である。図８は図７におけるＡ－Ａ線でのバンド構造を示すバンド図であり、図９は図７におけるＢ－Ｂ線でのバンド構造を示すバンド図である。
　図８に示すように、トンネル接合層１０５の内周領域１０５ａでは、第１層１２１と第２層１２２の境界において第１層１２１のコンダクションバンドＥｃと、第２層１２２のヴァレンスバンドＥｖが接近しており、第１層１２１と第２層１２２によるトンネル接合が形成されている。これにより、図中矢印で示すように、第２層１２２から第１層１２１へ電流が流れる。
　一方、図９に示すように、トンネル接合層１０５の外周領域１０５ｂでは、イオンの注入によりキャリア濃度が低下し、第１層１２１と第２層１２２においてコンダクションバンドＥｃとヴァレンスバンドＥｖの間隔（バンドギャップ）が増大している。これにより、外周領域１０５ｂのバンドギャップは内周領域１０５ａのバンドギャップより大きくなっておいる。外周領域１０５ｂでは、このバンドギャップの増大により、第１層１２１と第２層１２２の間のトンネル接合が消失するため、第１層１２１と第２層１２２の間で電流が流れない。
　このように、トンネル接合層１０５では、内周領域１０５ａにおいてはトンネル接合により電流が流れるが、外周領域１０５ｂにおいてはトンネル接合による電流が流れない。このため、トンネル接合層１０５を流れる電流は内周領域１０５ａに集中し、即ち電流狭窄作用が発生する。
　なお、外周領域１０５ｂに注入されるイオンのイオン種は、図９に示すように第１層１２１と第２層１２２においてコンダクションバンドＥｃとヴァレンスバンドＥｖのバンドギャップが増大するイオン種であればよく、例えばＯイオン又はＮイオンとすることができる。
　［ＶＣＳＥＬ素子の動作］
　下部電極１１０と上部電極１１１の間に電圧を印加すると、下部電極１１０と上部電極１１１の間で電流が流れる（図１参照）。電流は、トンネル接合層１０５におけるトンネル接合による電流狭窄作用を受け、活性層１０３のうちトンネル接合層１０５の内周領域１０５ａに近接する領域に注入される。これにより、当該領域において自然放出光が生じる。自然放出光はＶＣＳＥＬ素子１００の積層方向（Ｚ方向）に進行し、下部ＤＢＲ１０８及び上部ＤＢＲ１０９によって反射される。
　下部ＤＢＲ１０８及び上部ＤＢＲ１０９は発振波長λを有する光を反射するように構成されているため、自然放出光のうち発振波長λの成分は下部ＤＢＲ１０８及び上部ＤＢＲ１０９の間で定在波を形成し、活性層１０３によって増幅される。注入電流が閾値を超えると定在波を形成する光がレーザ発振し、上部ＤＢＲ１０９を透過してレーザ光が出射される。
　ここで、ＶＣＳＥＬ素子１００では上記のように、トンネル接合層１０５の外周領域１０５ｂにおいてイオンを注入し、外周領域１０５ｂのトンネル接合を解消させることで電流狭窄構造が実現されている。プロトンインプラント（特許文献１参照）のように外周領域１０５ｂの結晶を破壊して高抵抗化しているのではないため、外周領域１０５ｂにおける光吸収は小さく、光吸収によるロスが抑制されている。
　［イオン注入による酸化について］
　上記のように、トンネル接合層１０５の外周領域１０５ｂにはイオンが注入され、電流狭窄構造が実現されている。ここで、トンネル接合層１０５がＡｌを含む物質（ＡｌＩｎＡｓ等）からなり、外周領域１０５ｂがＯイオンである場合、外周領域１０５ｂにおいてＡｌを含む物質にＯが取り込まれ、外周領域１０５ｂが半絶縁体化する。これにより、トンネル接合の消失に加え、半絶縁体化により外周領域１０５ｂが高抵抗化し、より好適である。
　また、外周領域１０５ｂへのＯイオンの注入量を増加させることにより、外周領域１０５ｂにおいてＡｌ酸化物（ＡｌＯＸ）が形成される。例えば内周領域１０５ａにおいて第１層１２１がｐ＋－ＡｌＩｎＡｓからなり、第２層１２２がｎ＋－ＡｌＩｎＡｓからなる場合、外周領域１０５ｂはＡｌＩｎＡｓ酸化物からなるものとすることができる。
　Ａｌ酸化物の形成により、外周領域１０５ｂのバンドギャップ（図９参照）がより広がり、外周領域１０５ｂの屈折率が内周領域１０５ａの屈折率より小さくなる。これにより、下部ＤＢＲ１０８と上部ＤＢＲ１０９の間を進行する光は外周領域１０５ｂよりも内周領域１０５ａを進行しやすくなり、層面方向（Ｘ－Ｙ方向）における光閉じ込め作用、即ち光狭窄作用が発生する。このため、ＶＣＳＥＬ素子１００から放出されるレーザ光の量が増加し、ＶＣＳＥＬ素子１００の発光特性が向上する。
　［ＶＣＳＥＬ素子の製造方法について］
　ＶＣＳＥＬ素子１００の製造方法について説明する。図１０乃至図２１は、ＶＣＳＥＬ素子１００の製造方法を示す模式図である。
　図１０に示すように、基板１３１上に、半導体層１３２、エッチングストップ層１３３、下部スペーサー層１０１、下部中間層１０２、活性層１０３、上部中間層１０４、トンネル接合層１０５、上部スペーサー層１０６及びコンタクト層１０７を順に形成し、積層体１３０を作成する。これらの各層はエピタキシャル成長法によって形成することが可能である。
　なお、基板１３１はｎ型半導体材料からなる基板であり、例えばｎ－ＩｎＰ基板とすることができる。半導体層１３２はｎ型半導体材料からなり、例えば、ｎ－ＩｎＰからなるものとすることができる。エッチングストップ層１３３はｎ型半導体材料からなり、例えばｎ－ＩｎＧａＡｓＰからなるものとすることができる。下部スペーサー層１０１からコンタクト層１０７までの各層は、上述した材料からなる。
　次に、図１１に示すように、コンタクト層１０７をパターニングし、上部スペーサー層１０６の内周領域１０６ａを含む領域が露出するように、コンタクト層１０７の一部を除去する。コンタクト層１０７のパターニングはフォトリソグラフィを用いて行うことができ、不要部分の除去はウェットエッチング又は塩素系ドライエッチングとすることができる。なお、ウェットエッチングがより好適であり、硫酸：過酸化水素水：水の混合液やクエン酸：過酸化水素水：水の混合液をエッチング液として選択エッチングを行うことができる。
　次に、図１２に示すように、前工程により露出した上部スペーサー層１０６上にレジスト１３４を形成し、内周領域１０６ａをレジスト１３４によって被覆する。レジスト１３４は、フォトリソグラフィを用いるパターニングにより形成することができる。
　続いて、図１３に示すように、コンタクト層１０７及びレジスト１３４上からイオンを注入する。ここで、内周領域１２０ａ（図２参照）に入射したイオンはレジスト１３４によって遮蔽される。一方、外周領域１２０ｂに入射したイオンはトンネル接合層１０５の外周領域１０５ｂに注入され、イオン注入領域Ｒが形成される。これにより、トンネル接合層１０５には、トンネル接合により電流が通過する内周領域１０５ａと、トンネル接合が消失し、電流が通過しない外周領域１０５ｂが形成される。
　ここで、トンネル接合層１０５がＡｌを含む物質からなり、イオンがＯイオンである場合、Ｏイオンの注入量を増加させることにより、外周領域１０５ｂに存在するＡｌを酸化させ、Ａｌ酸化物（ＡｌＯＸ）を形成させることが可能である。
　例えば、トンネル接合層１０５がＡｌを含む物質からなる場合、上部中間層１０４の手前の深さまでＯイオンを注入することで、外周領域１０５ｂにＡｌ酸化物を生成させることができる。コンタクト層１０７及び上部スペーサー層１０６はＡｌを含まない物質からなるものとすることにより、注入されたＯイオンにより酸化されない。
　続いて、図１４に示すように、レジスト１３４を除去する。さらに、アニール処理を行う。コンタクト層１０７と上部スペーサー層１０６には前工程のイオン注入により結晶欠陥が生じ、導電性が低下しているが、アニール処理により結晶欠陥を修復し、導電性低下を解消することができる。また、アニール処理により、上述した外周領域１０５ｂの酸化を促進することができる。
　続いて、図１５に示すように、コンタクト層１０７上に上部電極１１１を形成する。上部電極１１１はフォトリソグラフィを用いるパターニングにより形成することができる。
　続いて、図１６に示すように、上部スペーサー層１０６の内周領域１０６ａ上に上部ＤＢＲ１０９を形成する。上部ＤＢＲ１０９はリフトオフやドライエッチングによる開口等によってパターニングし、形成することができる。
　続いて、図１７に示すように、基板１３１を除去する。基板１３１の除去は積層体１３０を支持基板に貼り合わせ、バックグラインダー等によって研削することによって行うことができる。
　続いて、図１８に示すように半導体層１３２を除去する。半導体層１３２の除去は、エッチングストップ層１３３との間で選択エッチングを行うため、硝酸：リン酸の混合液等をエッチング液とするウェットエッチングによって行うことができる。
　続いて、図１９に示すようにエッチングストップ層１３３を除去する。エッチングストップ層１３３の除去は、下部スペーサー層１０１との間で選択エッチングを行うため、硫酸：過酸化水素水：水酸の混合液等をエッチング液とするウェットエッチングによって行うことができる。
　続いて、図２０に示すように、下部スペーサー層１０１の内周領域１０１ａ上に下部ＤＢＲ１０８を形成する。下部ＤＢＲ１０８はリフトオフやドライエッチングによる開口等によってパターニングし、形成することができる。
　続いて、図２１に示すように、下部スペーサー層１０１及び下部ＤＢＲ１０８上に下部電極１１０を形成する。下部電極１１０は、メッキにより形成することができる。
　以上のようにして、ＶＣＳＥＬ素子１００を作製することができる。なお、ＶＣＳＥＬ素子１００の製造方法はここに示すものに限られず、少なくともトンネル接合層１０５の外周領域１０５ｂにイオンを注入する工程を含むものであればよい。
　［ＶＣＥＬ素子の効果］
　ＶＣＳＥＬ素子１００は上述のように、トンネル接合層１０５の外周領域１０５ｂにおいてイオンの注入によりキャリア濃度を低下させ、トンネル接合を消失させることにより電流狭窄作用を発生させることができる。外周領域１０５ｂは結晶の破壊により電流狭窄構造が実現されているものではないため、外周領域１０５ｂにおける光吸収は小さく、光吸収によるロスを抑制することができる。このため、ＶＣＳＥＬ素子１００は高出力化に適している。また、また、ＶＣＳＥＬ素子１００では、電流狭窄構造の形成のために埋込トンネルジャンクション構造のような埋め込み成長工程が不要であり、生産性に優れる。
　さらにＶＣＳＥＬ素子１００ではトンネル接合層１０５がＡｌを含む物質からなり、外周領域１０５ｂに注入されるイオンがＯイオンである場合、Ｏイオンの注入量を増加させることにより、外周領域１０５ｂにおいてＡｌ酸化物（ＡｌＯＸ）を形成させることができる。Ａｌ酸化物の形成により、外周領域１０５ｂの屈折率より小さくなるため、トンネル接合層１０５によって光狭窄作用を発生させることができ、ＶＣＳＥＬ素子１００の発光特性を向上させることが可能である。
　また、Ｏイオンの注入後にアニール処理を行うことにより、外周領域１０５ｂのキャリア濃度を低下させると共にＡｌ酸化物の形成を促進し、結晶品質の改善と強固な酸化によって、ＶＣＳＥＬ素子１００の信頼性向上を実現することが可能である。
　［イオン注入領域について］
　上記説明において、ＶＣＳＥＬ素子１００は、トンネル接合層１０５の外周領域１０５ｂにイオンが注入されるものとしたが、ＶＣＳＥＬ素子１００の他の層にもイオンが注入されてもよい。図２２乃至図２４は、トンネル接合層１０５以外の層にイオンが注入されたＶＣＳＥＬ素子１００の断面図である。
　（イオン注入領域１）
　図２２に示すように、ＶＣＳＥＬ素子１００は、トンネル接合層１０５に加え、上部中間層１０４にイオンが注入されていてもよい。上部中間層１０４は、外周領域１０４ｂ（図４参照）にイオンが注入され、内周領域１０４ａにはイオンが注入されないものとすることができる。
　図２５は図２２に示すＶＣＳＥＬ素子１００の、Ｂ－Ｂ線におけるバンド構造を示すバンド図である。なお、図２２に示すＶＣＳＥＬ素子１００の、Ａ－Ａ線におけるバンド構造は図８と同一である。
　図２５に示すように、トンネル接合層１０５の外周領域１０５ｂでは、イオンの注入によりキャリア濃度が低下し、バンドギャップの増大によりトンネル接合が消失している。また、上部中間層１０４の外周領域１０４ｂでは、外周領域１０５ｂと同様にバンドギャップが増大している。このため、図２２に示す構成においてもトンネル接合層１０５による電流狭窄構造が実現されている。
　外周領域１０５ｂ及び外周領域１０４ｂへのイオンの注入は、内周領域１２０ａ上にレジストを設け、その上からイオンを照射することによって行うことができる（図１３参照）。この際、イオンの注入深さを活性層１０３の手前までとすることによって、外周領域１０５ｂ及び外周領域１０４ｂへイオンを注入することができる。
　なお、トンネル接合層１０５及び上部中間層１０４がＡｌを含む物質からなる場合、外周領域１０５ｂ及び外周領域１０４ｂにＯイオンを注入することにより、外周領域１０５ｂ及び外周領域１０４ｂにＡｌ酸化物を形成することができる。これにより、外周領域１０５ｂの屈折率を内周領域１０５ａの屈折率より小さくし、外周領域１０４ｂの屈折率を内周領域１０４ａの屈折率より小さくすることができるため、トンネル接合層１０５及び上部中間層１０４によって光狭窄が可能である。
　具体的には、トンネル接合層１０５はｎ＋－ＡｌＩｎＡｓ及びｐ＋－ＡｌＩｎＡｓからなり、上部中間層１０４はｐ－ＡｌＧａＩｎＡｓからなるものとすることができる。また、活性層１０３は、Ａｌを含まない物質からなり、例えばＩｎＧａＡｓからなるものとすることができる。これにより、トンネル接合層１０５及び上部中間層１０４の外周領域にのみＡｌ酸化物を形成することができる。下部中間層１０２はｎ－ＡｌＧａＩｎＡｓのようにＡｌを含む物質からなるものであてもよく、ｎ－ＩｎＰのようにＡｌを含まない物質からなるものであってもよい。
　（イオン注入領域２）
　図２３に示すように、ＶＣＳＥＬ素子１００は、トンネル接合層１０５に加え、上部中間層１０４、活性層１０３及び下部中間層１０２にイオンが注入されていてもよい。上部中間層１０４は外周領域１０４ｂ（図４参照）にイオンが注入され、内周領域１０４ａにはイオンが注入されないものとすることができる。
　また、活性層１０３は外周領域１０３ｂ（図４参照）にイオンが注入され、内周領域１０３ａにはイオンが注入されないものとすることができる。下部中間層１０２は外周領域１０２ｂ（図４参照）にイオンが注入され、内周領域１０２ａにはイオンが注入されないものとすることができる。
　図２６は図２３に示すＶＣＳＥＬ素子１００の、Ｂ－Ｂ線におけるバンド構造を示すバンド図である。なお、図２３に示すＶＣＳＥＬ素子１００の、Ａ－Ａ線におけるバンド構造は図８と同一である。
　図２６に示すように、トンネル接合層１０５の外周領域１０５ｂでは、イオンの注入によりキャリア濃度が低下し、バンドギャップの増大によりトンネル接合が消失している。また、上部中間層１０４、活性層１０３及び下部中間層１０２のそれぞれの外周領域では外周領域１０５ｂと同様にバンドギャップが増大している。このため、図２３に示す構成においてもトンネル接合層１０５により電流狭窄構造が実現されている。
　トンネル接合層１０５、上部中間層１０４、活性層１０３及び下部中間層１０２の外周領域へのイオンの注入は、内周領域１２０ａ上にレジストを設け、その上からイオンを照射することによって行うことができる（図１３参照）。この際、イオンの注入深さを下部スペーサー層１０１の手前までとすることによって、各層の外周領域へイオンを注入することができる。
　なお、トンネル接合層１０５、上部中間層１０４、活性層１０３及び下部中間層１０２がＡｌを含む物質からなる場合、各層の外周領域にＯイオンを注入することにより、各層の外周領域にＡｌ酸化物を形成することができる。これにより、各層の外周領域の屈折率を各層の内周領域の屈折率より小さくすることができるため、トンネル接合層１０５、上部中間層１０４、活性層１０３及び下部中間層１０２によって光狭窄が可能である。
　具体的には、トンネル接合層１０５はｎ＋－ＡｌＩｎＡｓ及びｐ＋－ＡｌＩｎＡｓからなり、上部中間層１０４はｐ－ＡｌＧａＩｎＡｓからなるものとすることができる。また、活性層１０３はＡｌＧａＩｎＡｓからなり、下部中間層１０２はｎ－ＡｌＧａＩｎＡｓからなるものとすることができる。これにより、トンネル接合層１０５、上部中間層１０４、活性層１０３及び下部中間層１０２の外周領域にＡｌ酸化物を形成することができる。
　なお、下部中間層１０２はｎ－ＩｎＰのようにＡｌを含まない物質からなるものであってもよく、この場合、トンネル接合層１０５、上部中間層１０４及び活性層１０３の外周領域にのみＡｌ酸化物を形成することができる。
　（イオン注入領域３）
　図２４に示すように、ＶＣＳＥＬ素子１００は、トンネル接合層１０５に加え、活性層１０３にイオンが注入されていてもよい。活性層１０３は外周領域１０３ｂ（図４参照）にイオンが注入され、内周領域１０３ａにはイオンが注入されないものとすることができる。また、トンネル接合層１０５と活性層１０３の間の上部中間層１０４にはイオンが注入されないものとすることができる。
　図２７は図２４に示すＶＣＳＥＬ素子１００の、Ｂ－Ｂ線におけるバンド構造を示すバンド図である。なお、図２４に示すＶＣＳＥＬ素子１００の、Ａ－Ａ線におけるバンド構造は図８と同一である。
　図２７に示すように、トンネル接合層１０５の外周領域１０５ｂでは、イオンの注入によりキャリア濃度が低下し、バンドギャップの増大によりトンネル接合が消失している。また、活性層１０３の外周領域１０３ｂでは外周領域１０５ｂと同様にバンドギャップが増大している。一方、上部中間層１０４の外周領域１０４ｂはイオンが注入されていないため、バンドギャップが維持されている。
　トンネル接合層１０５及び活性層１０３の外周領域へのイオンの注入は、内周領域１２０ａ上にレジストを設け、その上からイオンを照射することによって行うことができる（図１３参照）。ここで、トンネル接合層１０５及び活性層１０３をＡｌを含む物質、上部中間層１０４をＡｌを含まない物質からなるものとし、注入するイオンをＯイオンとすることにより、トンネル接合層１０５及び活性層１０３の外周領域にのみイオンを注入することができる。
　さらに、Ｏイオンの注入量を増加させることにより、トンネル接合層１０５及び活性層１０３の外周領域にＡｌ酸化物を形成することができる。これにより、トンネル接合層１０５及び活性層１０３の外周領域の屈折率を各層の内周領域の屈折率より小さくすることができるため、トンネル接合層１０５及び活性層１０３によって光狭窄が可能である。
　具体的には、トンネル接合層１０５はｎ＋－ＡｌＩｎＡｓ及びｐ＋－ＡｌＩｎＡｓからなり、活性層１０３はＡｌＧａＩｎＡｓらなるものとすることができる。また、上部中間層１０４はｐ－ＩｎＰからなるものとすることができる。これにより、トンネル接合層１０５及び活性層１０３の外周領域にＡｌ酸化物を形成し、上部中間層１０４にはＡｌ酸化物を形成しないものとすることができる。
　なお、下部中間層１０２はｎ－ＡｌＧａＩｎＡｓのようにＡｌを含む物質からなるものであてもよく、ｎ－ＩｎＰのようにＡｌを含まない物質からなるものであってもよい。下部中間層１０２がＡｌを含む物質からなる場合、トンネル接合層１０５、活性層１０３及び下部中間層１０２の外周領域にＡｌ酸化物を形成することができる。
　この他にもＶＣＳＥＬ素子１００では、下部中間層１０２、活性層１０３及び上部中間層１０４のうち少なくともいずれか１層の外周領域にイオンが注入されたものとすることが可能である。また、ＶＣＳＥＬ素子１００では下部中間層１０２、活性層１０３及び上部中間層１０４のうち少なくともいずれか１層の外周領域がＡｌ酸化物を含むものとすることが可能である。
　［ＶＣＳＥＬ素子の他の構造］
　ＶＣＳＥＬ素子１００の他の構造について説明する。図２８乃至図３１は、他の構造を有するＶＣＳＥＬ素子１００の断面図である。なお、以下に示す各ＶＣＳＥＬ素子１００において、イオン注入領域Ｒの配置は、上述したいずれの構成であってもよい。
　（下部ＤＢＲ）
　図２８に示すようにＶＣＳＥＬ素子１００は、凹状曲面形状の下部ＤＢＲ１０８を備えるものであってもよい。同図に示すようにＶＣＳＥＬ素子１００は、下部スペーサー層１０１上に形成された支持層１１２をさらに備える。支持層１１２は、ＳＩ（semi-insulate)－ＩｎＰ等の半絶縁性材料からなり、凸状曲面形状に形成されている。
　下部ＤＢＲ１０８は支持層１１２上に形成され、凹状曲面形状に形成されている。下部ＤＢＲ１０８を凹状曲面形状とすることにより、下部ＤＢＲ１０８での反射光を内周領域１２０ａに集光させることができ、下部ＤＢＲ１０８による光狭窄作用を生じさせることができる。なお、下部ＤＢＲ１０８は、球面状の曲面形状であってもよく円筒状の曲面形状やその他の曲面形状であってもよい。
　（裏面出射型ＶＣＳＥＬ）
　図２９に示すようにＶＣＳＥＬ素子１００は、裏面出射側ＶＣＳＥＬであってもよい。この構造では上部電極１１１は上部ＤＢＲ１０９を被覆し、下部電極１１０は下部ＤＢＲ１０８の周囲に設けられている。ＶＣＳＥＬ素子１００において生成されたレーザ光は下部ＤＢＲ１０８を透過して裏面側（下部スペーサー層１０１側）から出射される。なお、上部ＤＢＲ１０９は上述した凹状曲面形状を有するものとすることも可能である。
　（トンネル接合層の配置）
　図３０に示すように、ＶＣＳＥＬ素子１００おいてトンネル接合層１０５は、活性層１０３より下部ＤＢＲ１０８側に設けられてもよい。即ち、ＶＣＳＥＬ素子１００は、下部スペーサー層１０１、トンネル接合層１０５、下部中間層１０２、活性層１０３、上部中間層１０４、上部スペーサー層１０６の順で積層されたものとすることもできる。
　この構造では、下部中間層１０２はｐ－ＡｌＧａＩｎＡｓ等のｐ型半導体材料からなり、上部中間層１０４はｎ－ＡｌＧａＩｎＡｓ等のｎ型半導体材料からなるものとすることができる。その他の層はこれまでに説明した材料からなるものとすることができる。なお、この構造においてＶＣＳＥＬ素子１００を裏面出射側ＶＣＳＥＬとすることも可能であり、下部ＤＢＲ１０８又は上部ＤＢＲ１０９を凹状曲面形状とすることも可能である。
　（異種材料基板）
　図３１に示すようにＶＣＳＥＬ素子１００は、下部スペーサー層１０１に替えて基板１１３を備えるものであってもよい。基板１１３は、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＧａＮ又はガラス等の、ＶＣＳＥＬ素子１００の他の各層とは異なる材料からなり、下部中間層１０２に貼付されたものとすることができる。基板１１３は熱伝導性が高い材料からなるものが好適である。
　（各層の材料）
　上記のようにＶＣＳＥＬ素子１００は、ｎ－ＩｎＰからなる基板１３１（図１０参照）上に結晶成長により各層を積層させたＩｎＰ系ＶＣＳＥＬ素子とすることができる。また、そその他にもＶＣＳＥＬ素子１００は、ｎ－ＧａＡｓからなる基板上に結晶成長により各層を積層させたＧａＡｓ系ＶＣＳＥＬ素子であってもよい。
　この場合、下部スペーサー層１０１及び上部スペーサー層１０６（図１参照）はｎ－ＧａＡｓからなり、下部中間層１０２はｎ－ＡｌＧａＡｓからなるものとすることができる。また、活性層１０３はＩｎＧａＡｓ又はＧａＩｎＮＡｓ等からなり、上部中間層１０４はｐ－ＡｌＧａＡｓからなるものとすることができる。トンネル接合層１０５は内周領域１０５ａにおいて第１層１２１がｐ＋－ＡｌＧａＡｓからなり、第２層１２２がｎ＋－ＡｌＧａＡｓからなり、外周領域１０５ｂはＡｌＧａＡｓ酸化物からなるものとすることができる。コンタクト層１０７はｎ＋－ＧａＡｓからなるものとすることができる。この他にもＶＣＳＥＬ素子１００はＶＣＳＥＬ素子を実現することが可能な各種材料からなるものとすることが可能である。
　［ＶＣＳＥＬ素子アレイ］
　本実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子１００は、ＶＣＳＥＬ素子アレイを構成することも可能である。図３２は、本実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子アレイ２００の断面図である。同図に示すように、ＶＣＳＥＬ素子アレイ２００は、複数のＶＣＳＥＬ素子１００が配列されて構成されている。ＶＣＳＥＬ素子アレイ２００を構成するＶＣＳＥＬ素子１００の数は特に限定されない。
　図３３は、ＶＣＳＥＬ素子アレイ２００におけるトンネル接合層１０５を示す平面図である。同図に示すようにトンネル接合層１０５は複数の内周領域１０５ａと、内周領域１０５ａの周囲を囲む外周領域１０５ｂを備える。外周領域１０５ｂにはイオン注入領域Ｒが形成され、トンネル接合層１０５によって電流狭窄構造が実現されている。
　［集積化モジュール］
　本実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子１００は、集積化モジュールを構成することも可能である。図３４は、本実施形態に係る集積化モジュール３００の断面図である。同図に示すように、集積化モジュール３００は、ＶＣＳＥＬ素子１００と半導体素子３０１を備える。
　ＶＣＳＥＬ素子１００は、上述した基板１１３（図３１参照）を備え、基板１１３はＳｉ回路等の半導体回路を構成することができる。半導体素子３０１は、基板１１３に実装され、基板１１３中の半導体回路を介してＶＣＳＥＬ素子１００と電気的に接続されている。半導体素子３０１は受光素子であり、例えばＳｉＧｅからなるＡＰＤ（avalanche photodiode）とすることができる。これにより集積化モジュール３００はＴＯＦ（Time-of-Flight）モジュールを構成することができる。
　また、半導体素子３０１は受光素子以外の素子であってもよく、例えば、ＶＣＳＥＬ素子の駆動素子であってもよい。また、上述したＶＣＳＥＬ素子アレイ２００に一つ又は複数の半導体素子３０１を実装し、集積化モジュールとすることも可能である。半導体素子３０１の実装は、シリコンフォトニクス技術により行うことが可能である。集積化モジュール３００は半導体素子３０１を備えないものであってもよく、基板１１３中に形成された半導体回路と一つ又は複数のＶＣＳＥＬ素子１００によって構成されてもよい。
　［本開示について］
　本開示中に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。上記の複数の効果の記載は、それらの効果が必ずしも同時に発揮されるということを意味しているのではない。条件等により、少なくとも上記した効果のいずれかが得られることを意味しており、本開示中に記載されていない効果が発揮される可能性もある。また、本開示中に記載された特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分を組み合わせることも可能である。
　なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
　（１）
　特定の波長の光を反射する第１のＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）と、
　上記波長の光を反射する第２のＤＢＲと、
　上記第１のＤＢＲと上記第２のＤＢＲの間に配置された活性層と、
　上記第１のＤＢＲと上記活性層の間に配置され、トンネル接合を形成するトンネル接合層と
　を具備し、
　上記第1のＤＢＲと上記第２のＤＢＲの間の各層は、層面に垂直な方向から見て内周側の内周領域と、上記内周領域を囲む外周領域を有し、上記トンネル接合層の外周領域はイオンが注入され、上記トンネル接合層の内周領域よりキャリア濃度が低く、電気抵抗が大きい
　垂直共振器型面発光レーザ素子。
　（２）
　上記（１）に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
　上記トンネル接合層の外周領域のバンドギャップは、上記トンネル接合層の内周領域のバンドギャップより大きい
　垂直共振器型面発光レーザ素子。
　（３）
　上記（２）に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
　上記トンネル接合層の外周領域の屈折率は、上記トンネル接合層の内周領域の屈折率より小さい
　垂直共振器型面発光レーザ素子。
　（４）
　上記（１）から（３）のうちいずれか１つに記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
　上記イオンはＯイオンである
　垂直共振器型面発光レーザ素子。
　（５）
　上記（１）から（４）のうちいずれか１つに記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
　上記トンネル接合層は、少なくとも１層以上のＡｌを含む物質からなる
　垂直共振器型面発光レーザ素子。
　（６）
　上記（５）に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
　上記トンネル接合層の外周領域は、Ａｌ酸化物を含む
　垂直共振器型面発光レーザ素子。
　（７）
　上記（１）から（６）のうちいずれか１つに記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
　上記トンネル接合層と上記活性層の間に配置された第１の中間層と、
　上記第２のＤＢＲと上記活性層の間に配置された第２の中間層と
　をさらに具備し、
　上記イオンはＯイオンであり、
　上記活性層、上記第１の中間層及び上記第２の中間層のうち少なくともいずれか１層の外周領域はＡｌ酸化物を含む
　垂直共振器型面発光レーザ素子。
　（８）
　上記（７）に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
　上記第１の中間層の外周領域はＡｌ酸化物を含み、
　上記活性層及び上記第２の中間層の外周領域はＡｌ酸化物を含まない
　垂直共振器型面発光レーザ素子。
　（９）
　上記（７）に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
　上記第１の中間層、上記活性層及び上記第２の中間層の外周領域はＡｌ酸化物を含む
　垂直共振器型面発光レーザ素子。
　（１０）
　上記（７）に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
　上記活性層の外周領域はＡｌ酸化物を含み、
　上記第１の中間層及び上記第２の中間層の外周領域はＡｌ酸化物を含まない
　垂直共振器型面発光レーザ素子。
　（１１）
　上記（１）から（１０）のうちいずれか１つに記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
　上記トンネル接合層の内周領域はｐ＋－ＡｌＩｎＡｓからなる第１の層と、ｎ＋－ＡｌＩｎＡｓからなる第２の層が積層されて構成され、
　上記トンネル接合層の外周領域はＡｌＩｎＡｓ酸化物からなる
　垂直共振器型面発光レーザ素子。
　（１２）
　上記（１）から（１０）のうちいずれか１つに記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
　上記トンネル接合層の内周領域はｐ＋－ＡｌＧａＡｓからなる第１の層と、ｎ＋－ＡｌＧａＡｓからなる第２の層が積層されて構成され、
　上記トンネル接合層の外周領域はＡｌＧａＡｓ酸化物からなる
　垂直共振器型面発光レーザ素子。
　（１３）
　特定の波長の光を反射する第１のＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）と、上記波長の光を反射する第２のＤＢＲと、上記第１のＤＢＲと上記第２のＤＢＲの間に配置された活性層と、上記第１のＤＢＲと上記活性層の間に配置され、トンネル接合を形成するトンネル接合層とを備え、上記第１のＤＢＲと上記第２のＤＢＲの間の各層は、層面に垂直な方向から見て内周側の内周領域と、上記内周領域を囲む外周領域を有する積層体を形成し、
　上記トンネル接合層の外周領域にイオンを注入し、上記トンネル接合層の外周領域のキャリア濃度を上記トンネル接合層の内周領域のキャリア濃度より小さくし、上記トンネル接合層の外周領域の電気抵抗を上記トンネル接合層の内周領域の電気抵抗より大きくする
　垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
　（１４）
　上記（１３）に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法であって、
　上記トンネル接合層はＡｌを含む物質からなり、
　上記トンネル接合層の外周領域にイオンを注入する工程では、上記トンネル接合層の外周領域にＯイオンを注入する
　垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
　（１５）
　上記（１４）に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法であって、
　上記トンネル接合層の外周領域にイオンを注入する工程では、Ｏイオンの注入により、上記トンネル接合層の外周領域にＡｌ酸化物を生成させる
　垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
　（１６）
　上記（１４）に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法であって、
　上記積層体は、上記トンネル接合層と上記活性層の間に配置された第１の中間層と、上記第２のＤＢＲと上記活性層の間に配置された第２の中間層とをさらに具備し、
　上記トンネル接合層の外周領域にイオンを注入する工程では、上記活性層、上記第１の中間層及び上記第２の中間層のうち少なくともいずれか１層の外周領域にＯイオンを注入する
　垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
　（１７）
　上記（１４）から（１６）のうちいずれか１つに記載の垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法であって、
　上記イオン注入により生じた結晶欠陥を修復し、Ａｌ酸化物の生成を促進させるアニール工程
　をさらに含む垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
　１００…ＶＣＳＥＬ素子
　１０１…下部スペーサー層
　１０２…下部中間層
　１０３…活性層
　１０４…上部中間層
　１０５…トンネル接合層
　１０５ａ…内周領域
　１０５ｂ…外周領域
　１０６…上部スペーサー層
　１０７…コンタクト層
　１０８…下部ＤＢＲ
　１０９…上部ＤＢＲ
　１１０…下部電極
　１１１…上部電極

Claims (17)

  1. 　特定の波長の光を反射する第１のＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）と、
    　前記波長の光を反射する第２のＤＢＲと、
    　前記第１のＤＢＲと前記第２のＤＢＲの間に配置された活性層と、
    　前記第１のＤＢＲと前記活性層の間に配置され、トンネル接合を形成するトンネル接合層と
    　を具備し、
    　前記第1のＤＢＲと前記第２のＤＢＲの間の各層は、層面に垂直な方向から見て内周側の内周領域と、前記内周領域を囲む外周領域を有し、前記トンネル接合層の外周領域はイオンが注入され、前記トンネル接合層の内周領域よりキャリア濃度が低く、電気抵抗が大きい
    　垂直共振器型面発光レーザ素子。
  2. 　請求項１に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
    　前記トンネル接合層の外周領域のバンドギャップは、前記トンネル接合層の内周領域のバンドギャップより大きい
    　垂直共振器型面発光レーザ素子。
  3. 　請求項２に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
    　前記トンネル接合層の外周領域の屈折率は、前記トンネル接合層の内周領域の屈折率より小さい
    　垂直共振器型面発光レーザ素子。
  4. 　請求項３に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
    　前記イオンはＯイオンである
    　垂直共振器型面発光レーザ素子。
  5. 　請求項４に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
    　前記トンネル接合層は、少なくとも１層以上のＡｌを含む物質からなる
    　垂直共振器型面発光レーザ素子。
  6. 　請求項５に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
    　前記トンネル接合層の外周領域は、Ａｌ酸化物を含む
    　垂直共振器型面発光レーザ素子。
  7. 　請求項１に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
    　前記トンネル接合層と前記活性層の間に配置された第１の中間層と、
    　前記第２のＤＢＲと前記活性層の間に配置された第２の中間層と
    　をさらに具備し、
    　前記イオンはＯイオンであり、
    　前記活性層、前記第１の中間層及び前記第２の中間層のうち少なくともいずれか１層の外周領域はＡｌ酸化物を含む
    　垂直共振器型面発光レーザ素子。
  8. 　請求項７に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
    　前記第１の中間層の外周領域はＡｌ酸化物を含み、
    　前記活性層及び前記第２の中間層の外周領域はＡｌ酸化物を含まない
    　垂直共振器型面発光レーザ素子。
  9. 　請求項７に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
    　前記第１の中間層、前記活性層及び前記第２の中間層の外周領域はＡｌ酸化物を含む
    　垂直共振器型面発光レーザ素子。
  10. 　請求項７に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
    　前記活性層の外周領域はＡｌ酸化物を含み、
    　前記第１の中間層及び前記第２の中間層の外周領域はＡｌ酸化物を含まない
    　垂直共振器型面発光レーザ素子。
  11. 　請求項１に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
    　前記トンネル接合層の内周領域はｐ＋－ＡｌＩｎＡｓからなる第１の層と、ｎ＋－ＡｌＩｎＡｓからなる第２の層が積層されて構成され、
    　前記トンネル接合層の外周領域はＡｌＩｎＡｓ酸化物からなる
    　垂直共振器型面発光レーザ素子。
  12. 　請求項１に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
    　前記トンネル接合層の内周領域はｐ＋－ＡｌＧａＡｓからなる第１の層と、ｎ＋－ＡｌＧａＡｓからなる第２の層が積層されて構成され、
    　前記トンネル接合層の外周領域はＡｌＧａＡｓ酸化物からなる
    　垂直共振器型面発光レーザ素子。
  13. 　特定の波長の光を反射する第１のＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）と、前記波長の光を反射する第２のＤＢＲと、前記第１のＤＢＲと前記第２のＤＢＲの間に配置された活性層と、前記第１のＤＢＲと前記活性層の間に配置され、トンネル接合を形成するトンネル接合層とを備え、前記第１のＤＢＲと前記第２のＤＢＲの間の各層は、層面に垂直な方向から見て内周側の内周領域と、前記内周領域を囲む外周領域を有する積層体を形成し、
    　前記トンネル接合層の外周領域にイオンを注入し、前記トンネル接合層の外周領域のキャリア濃度を前記トンネル接合層の内周領域のキャリア濃度より小さくし、前記トンネル接合層の外周領域の電気抵抗を前記トンネル接合層の内周領域の電気抵抗より大きくする
    　垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
  14. 　請求項１３に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法であって、
    　前記トンネル接合層はＡｌを含む物質からなり、
    　前記トンネル接合層の外周領域にイオンを注入する工程では、前記トンネル接合層の外周領域にＯイオンを注入する
    　垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
  15. 　請求項１４に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法であって、
    　前記トンネル接合層の外周領域にイオンを注入する工程では、Ｏイオンの注入により、前記トンネル接合層の外周領域にＡｌ酸化物を生成させる
    　垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
  16. 　請求項１４に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法であって、
    　前記積層体は、前記トンネル接合層と前記活性層の間に配置された第１の中間層と、前記第２のＤＢＲと前記活性層の間に配置された第２の中間層とをさらに具備し、
    　前記トンネル接合層の外周領域にイオンを注入する工程では、前記活性層、前記第１の中間層及び前記第２の中間層のうち少なくともいずれか１層の外周領域にＯイオンを注入する
    　垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
  17. 　請求項１４に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法であって、
    　前記イオン注入により生じた結晶欠陥を修復し、Ａｌ酸化物の生成を促進させるアニール工程
    　をさらに含む垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
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