WO2022172663A1 - 垂直共振器型面発光レーザ素子 - Google Patents

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達史 濱口
英次 仲山
賢太郎 林
弥樹博 横関
倫太郎 幸田
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ソニーグループ株式会社
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    • 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

Definitions

  • This technology relates to a vertical cavity surface emitting laser element that emits laser light in a direction perpendicular to the layer surface.
  • a VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) element has a structure in which a light-emitting layer is sandwiched between a pair of reflecting mirrors.
  • a current confinement structure is provided in the vicinity of the light emitting layer, and current is concentrated in a partial region (hereinafter referred to as a current injection region) in the light emitting layer due to the current confinement structure to generate spontaneous emission light.
  • a pair of reflecting mirrors forms a resonator, and reflects light of a predetermined wavelength among spontaneous emission light toward the light-emitting layer, thereby causing laser oscillation.
  • Non-Patent Document 1 a VCSEL device in which one of the reflecting mirrors is a concave mirror has been reported (see Non-Patent Document 1).
  • an optical field constricted in the lateral direction (layer surface direction) is formed in the current injection region, and it is said that the size of the optical field can be controlled by the length of the resonator and the radius of curvature of the concave mirror. (See Non-Patent Documents 2 and 3).
  • a semiconductor laser element such as a VCSEL element is generally used by providing an optical system externally to shape and adjust the emitted light. At that time, many of the external optical parts used exhibit an effect in a specific polarization direction. Therefore, the semiconductor laser device is required to have a specific polarization direction.
  • anisotropy may be given to various parameters such as the structure (refractive index distribution) of the cavity (between a pair of reflecting mirrors), gain, and loss (including reflectance).
  • anisotropy may be given to various parameters such as the structure (refractive index distribution) of the cavity (between a pair of reflecting mirrors), gain, and loss (including reflectance).
  • each technique has strengths and weaknesses in the polarization selection system, and in general, a technique in which a plurality of polarization control methods are combined to obtain more robust polarization control is often adopted.
  • One of the polarization control methods is the plane orientation of the crystal that constitutes the VCSEL element. If there is asymmetry in the crystal when viewed from the direction of light emission, then a spatial asymmetry is produced in the gain, so that the emitted light is also asymmetric, in this case with a specific polarization.
  • a nitride VCSEL GaN-VCSEL
  • the use of the m-plane or 20-21 plane tends to deviate polarized light in a specific direction (see Non-Patent Document 4).
  • the C-plane which is often used to fabricate VCSEL elements, lacks asymmetry, and emitted light cannot be polarized in a specific manner, and is random depending on the VCSEL element.
  • Polarization can also be controlled by using a plane close to the C-plane (a plane slightly inclined within several degrees from the C-plane).
  • a plane close to the C-plane a plane slightly inclined within several degrees from the C-plane.
  • only offsetting the C-plane has weaker polarization selectivity, and the expansion of the offset angle causes undulations called bunching on the substrate surface during crystal growth. I have a problem. This point is a problem when using the C plane. Few reports have hitherto been made on controlling the polarization in a specific direction in a GaN-VCSEL device using the C-plane.
  • Another polarization control method is stress. Applying stress to the VCSEL device distorts the crystal and splits the band, making it possible to obtain polarized light in a specific direction. Still another polarization control method is to make the cavity structure asymmetric when viewed from the optical axis direction, thereby controlling the polarization in a specific direction according to the asymmetry.
  • polarization is controlled by making the constriction structure in the lateral direction asymmetrical. For example, when GaAs is used, a laterally constricted structure is obtained by laterally oxidizing a layer containing high-concentration Al. known (see Non-Patent Documents 5 and 6).
  • an object of the present technology is to provide a vertical cavity surface emitting laser element that has a concave mirror structure and excellent polarization controllability.
  • a vertical cavity surface emitting laser device includes a first light reflecting layer, a second light reflecting layer, and a laminate.
  • the first light reflecting layer reflects light of a specific wavelength.
  • the second light reflecting layer reflects light of the wavelength.
  • the laminate includes a first semiconductor layer made of a semiconductor material having a first conductivity type, a second semiconductor layer made of a semiconductor material having a second conductivity type, the first semiconductor layer and the second semiconductor layer. an active layer arranged between two semiconductor layers and emitting light by carrier recombination, and arranged between the first light reflecting layer and the second light reflecting layer.
  • the laminate is provided with a current confinement structure that confines current and forms a current injection region in which the current concentrates.
  • the first light reflecting layer is provided with a concave mirror having a concave surface on the laminate side and a convex surface on the opposite side of the laminate.
  • a plan view of the current injection region viewed from the direction of the optical axis of the emitted light is defined as a first figure
  • a plan view of contour lines representing the height of the concave mirror from the active layer viewed from the direction of the optical axis is defined as a second figure.
  • the first figure and the second figure are not similar.
  • a vertical cavity surface emitting laser device includes a first light reflecting layer, a second light reflecting layer, and a laminate.
  • the first light reflecting layer reflects light of a specific wavelength.
  • the second light reflecting layer reflects light of the wavelength.
  • the laminate includes a first semiconductor layer made of a semiconductor material having a first conductivity type, a second semiconductor layer made of a semiconductor material having a second conductivity type, the first semiconductor layer and the second semiconductor layer. an active layer arranged between two semiconductor layers and emitting light by carrier recombination, and arranged between the first light reflecting layer and the second light reflecting layer.
  • the laminate is provided with a current confinement structure that confines current and forms a current injection region in which the current concentrates.
  • the first light reflecting layer is provided with a concave mirror having a concave surface on the laminate side and a convex surface on the opposite side of the laminate.
  • a plan view of the current injection region viewed from the direction of the optical axis of the emitted light is defined as a first figure
  • a plan view of contour lines representing the height of the concave mirror from the active layer viewed from the direction of the optical axis is defined as a second figure.
  • the center of gravity of the first figure does not coincide with the center of gravity of the second figure.
  • a vertical cavity surface emitting laser device includes a first light reflecting layer, a second light reflecting layer, and a laminate.
  • the first light reflecting layer reflects light of a specific wavelength.
  • the second light reflecting layer reflects light of the wavelength.
  • the laminate includes a first semiconductor layer made of a semiconductor material having a first conductivity type, a second semiconductor layer made of a semiconductor material having a second conductivity type, the first semiconductor layer and the second semiconductor layer. an active layer arranged between two semiconductor layers and emitting light by carrier recombination, and arranged between the first light reflecting layer and the second light reflecting layer.
  • the laminate is provided with a current confinement structure that confines current and forms a current injection region in which the current concentrates.
  • the first light reflecting layer is provided with a concave mirror having a concave surface on the laminate side and a convex surface on the opposite side of the laminate.
  • a plan view of the current injection region viewed from the direction of the optical axis of the emitted light is defined as a first figure
  • a plan view of contour lines representing the height of the concave mirror from the active layer viewed from the direction of the optical axis is defined as a second figure.
  • the first figure and the second figure are not perfect circles, but are similar.
  • the first figure is a closed figure consisting of a circle, an ellipse, a rectangle, or a combination of at least two of them
  • the second graphic may be a closed graphic consisting of a circle, an ellipse, a rectangle, or a combination of at least two of these, and may be a graphic dissimilar to the first graphic.
  • a distance between the center of gravity of the first figure and the center of gravity of the second figure in a plane perpendicular to the direction of the optical axis may be 0.03 ⁇ m or more.
  • the first figure is a closed figure consisting of a circle, an ellipse, a rectangle, or a combination of at least two of them
  • the second figure may be a circle, an ellipse, a rectangle, or a closed figure consisting of a combination of at least two of these, and may be similar to the first figure.
  • the center of gravity of the first figure and the center of gravity of the second figure may coincide.
  • the current confinement structure has a non-ion-implanted region into which ions are not implanted into the laminate, and an ion-implanted region provided around the non-ion-implanted region and into which ions are implanted into the laminate,
  • the current injection region may be the non-ion-implanted region.
  • the first semiconductor layer and the second semiconductor layer may be made of GaN.
  • the first semiconductor layer may be a C-plane GaN substrate.
  • the above ions may be boron ions.
  • the current confinement structure has a tunnel junction region in which a tunnel junction is formed in the laminate, and a non-tunnel junction region provided around the tunnel junction region in which no tunnel junction is formed,
  • the current injection region may be the tunnel junction region.
  • the tunnel junction region may be formed by a buried tunnel junction.
  • the tunnel junction region is formed by a tunnel junction layer into which ions are not implanted
  • the non-tunnel junction region may be formed of a tunnel junction layer into which ions are implanted.
  • the first semiconductor layer and the second semiconductor layer may be made of InP.
  • the current confinement structure has a non-oxidized region in which the semiconductor material is not oxidized in the stacked body, and an oxidized region provided around the non-oxidized region and in which the semiconductor material is oxidized,
  • the current injection region may be the non-oxidized region.
  • the first semiconductor layer and the second semiconductor layer may be made of GaAs.
  • the first semiconductor layer has a first surface on the side of the active layer and a second surface on the side opposite to the active layer, and the second surface is provided with a base forming a convex curved surface.
  • the first light reflecting layer is a multilayer light reflecting film provided on the second surface, and the portion of the first light reflecting layer multilayer light reflecting film provided on the base serves as the concave mirror. may be formed.
  • the first light reflecting layer is a multilayer light reflecting film provided on the second surface, and the portion of the first light reflecting layer multilayer light reflecting film provided on the base serves as the concave mirror. may be formed.
  • the concave mirror may have a concave surface on the active layer side, and the concave surface may have a radius of curvature of 1000 ⁇ m or less.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a VCSEL device according to a first embodiment of the present technology
  • FIG. 3 is an exploded cross-sectional view of a partial configuration of the VCSEL element
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing current injection regions and insulating regions of the VCSEL element
  • FIG. It is a schematic diagram which shows the positional relationship of the electric current injection area
  • It is a schematic diagram which shows the operation
  • It is a schematic diagram which shows the contour line of the concave mirror with which the said VCSEL element is provided.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a VCSEL device according to a first embodiment of the present technology
  • FIG. 3 is an exploded cross-sectional view of a partial configuration of the VCSEL element
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing current injection regions and insulating regions of the VCSEL element
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a plane figure of contour lines of a concave mirror included in the VCSEL element.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a plan view of a current injection region included in the VCSEL element;
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the relationship between the contour lines of the concave mirror provided in the VCSEL element and the plan figure of the current injection region.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the relationship between the contour lines of the concave mirror provided in the VCSEL element and the plan figure of the current injection region.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the relationship between the contour lines of the concave mirror provided in the VCSEL element and the plan figure of the current injection region.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the relationship between the contour lines of the concave mirror provided in the VCSEL element and the plan figure of the current injection region.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the relationship between the contour lines of the concave mirror provided in the VCSEL element and the plan figure of the current injection region.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the relationship between the contour lines of the concave mirror provided in the VCSEL element and the plan figure of the current injection region.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the relationship between the contour lines of the concave mirror provided in the VCSEL element and the plan figure of the current injection region.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the relationship between the contour lines of the concave mirror provided in the VCSEL element and the plan figure of the current injection region.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the relationship between the contour lines of the concave mirror provided in the VCSEL element and the plan figure of the current injection region.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the relationship between the contour lines of the concave mirror provided in the VCSEL element and the plan figure of the current injection region.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the relationship between the contour lines of the concave mirror provided in the VCSEL element and the plan figure of the current injection region.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the relationship between the contour lines of the concave mirror provided in the VCSEL element and the plan figure of the current injection region.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the relationship between the contour lines of the concave mirror provided in the VCSEL element and the plan figure of the current injection region.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the relationship between the contour lines of the concave mirror provided in the VCSEL element and the plan figure of the current injection region.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the relationship between the contour lines of the concave mirror provided in the VCSEL element and the plan figure of the current injection region.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the relationship between the contour lines of the concave mirror provided in the VCSEL element and the plan figure of the current injection region. It is a schematic diagram which shows the manufacturing method of the said VCSEL element. It is a schematic diagram which shows the manufacturing method of the said VCSEL element. It is a schematic diagram which shows the manufacturing method of the said VCSEL element. 2 is a cross-sectional view of a VCSEL device according to a second embodiment of the present technology; FIG. 4 is a schematic diagram showing current injection regions and insulating regions of the VCSEL element; FIG.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a VCSEL device having another configuration, according to a second embodiment of the present technology;
  • FIG. It is a schematic diagram which shows the positional relationship of the electric current injection area
  • 3 is a cross-sectional view of a VCSEL device according to a third embodiment of the present technology;
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing current injection regions and insulating regions of the VCSEL element;
  • the optical axis direction of light emitted from the VCSEL element is the Z direction
  • one direction orthogonal to the Z direction is the X direction
  • the Z direction and the direction orthogonal to the X direction are the Y direction.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a VCSEL element 100 according to this embodiment
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a partial exploded configuration of the VCSEL element 100.
  • the VCSEL element 100 includes a first semiconductor layer 101, a second semiconductor layer 102, an active layer 103, a first light reflecting layer 104, a second light reflecting layer 105, a first electrode 106 and a second semiconductor layer 106.
  • An electrode 107 is provided.
  • the first semiconductor layer 101 , the second semiconductor layer 102 and the active layer 103 are collectively referred to as a laminate 150 .
  • Each of these layers has a layer surface direction along the XY plane, and includes a first electrode 106, a first light reflecting layer 104, a first semiconductor layer 101, an active layer 103, a second semiconductor layer 102, and a second electrode 107. and the second light reflecting layer 105 are laminated in this order. Therefore, the laminate 150 is arranged between the first light reflecting layer 104 and the second light reflecting layer 105 .
  • the first semiconductor layer 101 is a layer made of a semiconductor having a first conductivity type and transporting carriers to the active layer 103 .
  • the first conductivity type can be n-type, and the first semiconductor layer 101 can be, for example, a C-plane n-GaN substrate.
  • FIG. 2 is a diagram showing the first semiconductor layer 101 and the first light reflecting layer 104 separated from each other. As shown in the figure, the first semiconductor layer 101 has a first surface 101a on the side of the active layer 103 and a second surface 101b on the side opposite to the active layer 103 .
  • a base portion 101c is provided on the second surface 101b side of the first semiconductor layer 101 .
  • the base portion 101c is a portion of the second surface 101b that protrudes in a convex curved shape, and has, for example, a spherical lens shape. Further, the shape of the base portion 101c is not limited to a spherical lens shape, and may be any shape as long as the second surface 101b is a convex curved surface.
  • the second semiconductor layer 102 is a layer made of a semiconductor having a second conductivity type and transporting carriers to the active layer 103 .
  • the second conductivity type can be p-type, and the second semiconductor layer 102 can be made of p-GaN, for example.
  • the active layer 103 is arranged between the first semiconductor layer 101 and the second semiconductor layer 102 and is a layer that emits light by carrier recombination.
  • the active layer 103 has a multi - quantum well structure in which quantum well layers and barrier layers are alternately laminated . can be made.
  • the active layer 103 may be any layer that emits light by carrier recombination.
  • the first light reflecting layer 104 reflects light of a specific wavelength (hereinafter referred to as wavelength ⁇ ) and transmits light of other wavelengths.
  • the wavelength ⁇ is, for example, 445 nm.
  • the first light reflecting layer 104 is a DBR (DBR ( Distributed Bragg Reflector).
  • the first light reflecting layer 104 may be a semiconductor DBR made of a semiconductor material, or a dielectric DBR made of a dielectric material.
  • the first light reflecting layer 104 has a concave mirror 104c.
  • the first light reflecting layer 104 is laminated on the second surface 101b of the first semiconductor layer 101 with a constant thickness, and as shown in FIG.
  • the side surface forms a concave surface 104d and the surface opposite to the laminate 150 forms a convex surface 104e.
  • the first light reflecting layer 104 forms a concave mirror 104c.
  • the diameter D (see FIG. 2) of the concave mirror 104c is 2000 ⁇ m or less
  • the radius of curvature (ROC) of the concave surface 104d is 1000 ⁇ m or less
  • the surface precision (RMS: Root Mean Square) is 1.0 nm or less. More preferably, the radius of curvature of the concave surface 104d is 100 ⁇ m or less.
  • the second light reflecting layer 105 reflects light of wavelength ⁇ and transmits light of other wavelengths.
  • the second light reflecting layer 105 is a DBR (DBR) made of a multilayer light reflecting film in which a plurality of high refractive index layers 105a and low refractive index layers 105b each having an optical film thickness of ⁇ /4 are alternately laminated.
  • DBR DBR
  • the second light reflecting layer 105 may be a semiconductor DBR made of a semiconductor material or a dielectric DBR made of a dielectric material.
  • the first electrode 106 is provided around the concave mirror 104 c on the first light reflecting layer 104 and functions as one electrode of the VCSEL element 100 .
  • the first electrode 106 can be, for example, a single-layer metal film made of Au, Ni, Ti, or the like, or a multi-layer metal film made of Ti/Au, Ag/Pd, Ni/Au/Pt, or the like.
  • the second electrode 107 is arranged between the second semiconductor layer 102 and the second light reflecting layer 105 and functions as the other electrode of the VCSEL element 100 .
  • the second electrode 107 can be made of a transparent conductive material such as ITO (Indium Tin Oxide), IZO (Indium Zinc Oxide) or AlMgZnO.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a current confinement structure.
  • the current confining structure has a current injection region 121 and an insulating region 122 (dotted regions), as shown in the figure.
  • the current injection region 121 is a region into which ions are not implanted (non-ion-implanted region) and has conductivity.
  • the insulating region 122 is a region that surrounds the current injection region 121 in the layer surface direction (XY direction), and is a region (ion-implanted region) that is insulated by implanting ions into the semiconductor material forming the laminate 150 . .
  • the ions implanted into the insulating region 122 can be B (boron) ions.
  • B ions such as O (oxygen) ions and H (hydrogen) ions that can insulate a semiconductor material may also be used.
  • the current flowing through the VCSEL element 100 cannot pass through the insulating region 122 and is concentrated in the current injection region 121. That is, the current injection region 121 and the insulating region 122 form a current confinement structure.
  • the insulating region 122 may not be provided in all of the first semiconductor layer 101, the active layer 103, and the second semiconductor layer 102, and may be provided in at least one of these layers. Just do it.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the positional relationship between the current injection region 121 and the concave mirror 104c.
  • 4A is a view of the current injection region 121 and the concave mirror 104c viewed from the optical axis direction (Z direction) of the laser light emitted from the VCSEL element 100, and FIG. It is a cross-sectional view.
  • concave mirror 104c is formed to include current injection region 121 when viewed from the Z direction. Further, the concave mirror 104 c is formed in a concave shape that converges light incident from the active layer 103 side onto the current injection region 121 .
  • the plan view of the current injection region 121 viewed from the optical axis direction (Z direction) of the laser beam is the most layer surface of the current injection region 121, as shown in FIG. 4(b). It is a plane figure of a portion where the diameter in the direction (XY direction) is small. Since the diameter of the current injection region 121 increases with increasing distance from the interface between the second semiconductor layer 102 and the second electrode 106, the planar shape of the current injection region 121 is the shape of the current injection region 121 at the same interface.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing the operation of the VCSEL element 100.
  • FIG. A current flows between the first electrode 106 and the second electrode 107 when a voltage is applied between the first electrode 106 and the second electrode 107 .
  • the current is confined by the current confinement structure and injected into the current injection region 121 as indicated by arrow C in FIG.
  • This injected current causes spontaneous emission light F near the current injection region 121 of the active layer 103 .
  • the spontaneous emission light F travels in the stacking direction (Z direction) of the VCSEL element 100 and is reflected by the first light reflecting layer 104 and the second light reflecting layer 105 .
  • the first light reflecting layer 104 and the second light reflecting layer 105 are configured to reflect light having the oscillation wavelength ⁇ , the component of the spontaneous emission light having the oscillation wavelength ⁇ A standing wave is formed between the two light reflecting layers 105 and amplified by the active layer 103 .
  • the light forming the standing wave causes lasing.
  • the laser light L generated thereby passes through the second light reflecting layer 105 and is emitted from the VCSEL element 100 with the Z direction as the optical axis direction.
  • the first light reflecting layer 104 is provided with a concave mirror 104c. Therefore, the light incident on the first light reflecting layer 104 is reflected in a direction corresponding to the shape of the concave mirror 104 c and focused on the current injection region 121 . Therefore, the optical field of the laser light L is controlled by the concave mirror 104c. Also, the current through the VCSEL device 100 is controlled by the current injection region 121 as described above. That is, in VCSEL device 100, the optical field and current are controlled by separate structures.
  • contour lines of the concave mirror 104c and the plan figure of the current injection region 121 will be described.
  • planar figure refers to contour lines and the shape of the current injection region 121 viewed from the optical axis direction (Z direction) of the laser beam L.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing contour lines of the concave mirror 104c.
  • 6(a) is a plan view showing a plane figure of contour lines T of the concave mirror 104c
  • FIG. 6(b) is a schematic cross-sectional view of a part of the VCSEL element 100.
  • FIG. 6B the interface between the first semiconductor layer 101 and the active layer 103 is defined as a reference plane S.
  • the contour line T represents the height H of the concave surface 104d from the reference surface S with a line.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing an example of a plan figure of contour lines T of the VCSEL element 100. As shown in FIG. 7(a) is a plan view showing a plan figure of contour lines T, and FIG. 7(b) is a schematic cross-sectional view of the VCSEL element 100. FIG. 7(a) is a plan view showing a plan figure of contour lines T, and FIG. 7(b) is a schematic cross-sectional view of the VCSEL element 100.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing an example of a plan figure of contour lines T of the VCSEL element 100. As shown in FIG. 7(a) is a plan view showing a plan figure of contour lines T, and FIG. 7(b) is a schematic cross-sectional view of the VCSEL element 100.
  • FIG. 7(a) is a plan view showing a plan figure of contour lines T
  • FIG. 7(b) is a schematic cross-sectional view of the VCSEL element 100.
  • polarized light having the longitudinal direction (X direction) of the ellipse as the polarization direction (hereinafter referred to as longitudinal polarized light) and the lateral direction of the ellipse (Y direction) are
  • the polarization direction (hereinafter referred to as short-side polarization) differs in the substantial curvature of the concave mirror 104c. This is because the polarized light is sensitive to the curvature of the concave mirror 104c oriented to match the polarization direction. Therefore, the effective cavity length (the distance between the first light reflecting layer 104 and the second light reflecting layer 105) for each polarized light is different, and the resonant wavelength is different between longitudinally polarized light and transversely polarized light.
  • the wavelength overlap between the longitudinally polarized light and the transversely polarized light is weakened, and the longitudinally polarized light and the transversely polarized light are stabilized.
  • the wavelengths of the longitudinally polarized light and the transversely polarized light are the same, energy is easily exchanged between the two, and if the wavelengths are different, the energy is difficult to exchange.
  • the plane figure of the contour line T is elliptical, the polarization controllability is improved compared to the case where the plane figure is a perfect circle.
  • the plane figure of the contour line T is not limited to an ellipse, and may be a closed figure consisting of a circle, an ellipse, a rectangle, or a combination of at least two of these, as will be described later. Of these, if the plane figure of the contour line T has a shape other than a perfect circle, the polarization controllability can be improved according to the principle described above.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing another example of the plan figure of the current injection region 121 of the VCSEL element 100. As shown in FIG. 8A is a plan view showing a plan figure of the current injection region 121, and FIG. 8B is a schematic cross-sectional view of the VCSEL element 100. FIG. 8A
  • the current injection region 121 when the plane figure of the current injection region 121 is elliptical, the current injected from the second electrode 106 to the central portion of the current injection region 121 increases. Since the second electrode 106 has a certain film resistance, the current tends to flow into the outer periphery of the current injection region 121. However, when the plan shape of the current injection region 121 is elliptical, the current is more likely to flow than when the plan shape of the current injection region 121 is a perfect circle. This is because the periphery of the injection region 121 in the lateral direction (X direction) approaches the central portion.
  • the fundamental transverse mode is a profile of the beam profile (irradiation spot shape) of the laser light L, in which the amount of light is the largest in the central portion and the amount of light gradually decreases along the peripheral portion.
  • the plan figure of the current injection region 121 is not limited to an ellipse, and may be a circle, an ellipse, a rectangle, or a closed figure consisting of a combination of at least two of these, as will be described later. Of these, if the plane figure of the current injection region 121 is a shape other than a perfect circle, the fundamental transverse mode can be easily stabilized according to the principle described above.
  • the plan figure (first figure) of the current injection region 121 and the plan figure (second figure) of the contour line T of the concave mirror 104c have one of the following relationships.
  • 9 to 23 are schematic diagrams showing examples of the plan figures of the current injection region 121 and the plan figures of the contour lines T.
  • the plan figure of the current injection region 121 and the plan figure of the contour line T may be dissimilar.
  • the planar figure of the current injection region 121 can be a closed figure consisting of a circle, an ellipse, a rectangle, or a combination of at least two of these.
  • the plan figure of the contour line T may be a closed figure consisting of a circle, an ellipse, a rectangle, or a combination of at least two of these, and may be a figure dissimilar to the plan figure of the current injection region 121 .
  • Either one of the plan figure of the current injection region 121 and the plan figure of the contour line T may be a perfect circle.
  • center of gravity of the plan figure of the current injection region 121 and the center of gravity of the plan figure of the contour line T can be made to coincide.
  • a specific example of the plan figure of the current injection region 121 and the plan figure of the contour line T when the plan figure of the current injection region 121 and the plan figure of the contour line T are not similar will be given below.
  • the plan figure of the current injection region 121 is a perfect circle
  • the plan figure of the contour line T can be an ellipse with the X direction as the longitudinal direction.
  • the center of gravity of the plan figure of the current injection region 121 and the center of gravity of the plan figure of the contour line T coincide with each other.
  • the plan figure of the current injection region 121 can be, for example, a perfect circle with a diameter of 5 ⁇ m
  • the plan figure of the contour line T can be, for example, an ellipse with a ratio of longitudinal diameter to transverse diameter of 5:2.
  • the plan figure of the current injection region 121 can be a rounded rectangle whose longitudinal direction is the X direction, and the plan figure of the contour line T can be an ellipse whose longitudinal direction is the X direction. .
  • the center of gravity of the plan figure of the current injection region 121 and the center of gravity of the plan figure of the contour line T coincide with each other.
  • the plan figure of the current injection region 121 can be, for example, a rounded rectangle with a long side of 5 ⁇ m and a short side of 3 ⁇ m
  • the plan figure of the contour line T is, for example, an ellipse with a ratio of longitudinal diameter to short side diameter of 5:2.
  • the plan figure of the current injection region 121 is a rectangle having semicircular ends whose longitudinal direction is the X direction, and the plan figure of the contour line T is an ellipse whose longitudinal direction is the X direction. can do.
  • the center of gravity of the plan figure of the current injection region 121 and the center of gravity of the plan figure of the contour line T coincide with each other.
  • the plan figure of the current injection region 121 can be, for example, a shape with a width of 5 ⁇ m in the longitudinal direction and a width of 2 ⁇ m in the transverse direction
  • the plan figure of the contour line T is, for example, an ellipse with a ratio of longitudinal diameter: transverse diameter of 5:2. can be shaped.
  • the plane figure of the current injection region 121 is a rectangle having semicircular ends whose longitudinal direction is the direction between the X direction and the Y direction, and the plane figure of the contour line T is the X direction. can be an elliptical shape with .
  • the center of gravity of the plan figure of the current injection region 121 and the center of gravity of the plan figure of the contour line T coincide with each other.
  • the plan figure of the current injection region 121 can be, for example, a shape with a width of 5 ⁇ m in the longitudinal direction and a width of 2 ⁇ m in the transverse direction
  • the plan figure of the contour line T is, for example, an ellipse with a ratio of longitudinal diameter: transverse diameter of 5:2. can be shaped.
  • the plan figure of the current injection region 121 can be a rounded triangle, and the plan figure of the contour line T can be an ellipse with the X direction as the longitudinal direction.
  • the center of gravity of the plan figure of the current injection region 121 and the center of gravity of the plan figure of the contour line T coincide with each other.
  • the plan figure of the current injection region 121 can be, for example, a triangle with rounded corners of 5 ⁇ m on each side, and the plan figure of the contour line T can be, for example, an ellipse with a ratio of longitudinal diameter to transverse diameter of 5:2. can.
  • the plan figure of the current injection region 121 is a combination of a rectangle with rounded corners and an ellipse
  • the plan figure of the contour line T can be an ellipse with the X direction as the longitudinal direction.
  • the center of gravity of the plan figure of the current injection region 121 and the center of gravity of the plan figure of the contour line T coincide with each other.
  • the plan figure of the current injection region 121 can be, for example, a shape with a long side of 5 ⁇ m and a short side of 3 ⁇ m
  • the plan figure of the contour line T is, for example, an ellipse with a ratio of the longitudinal diameter to the transverse diameter of 5:2. be able to.
  • the plan figure of the current injection region 121 is a combination of two rectangles with rounded corners, and the plan figure of the contour line T can be an ellipse with the X direction as the longitudinal direction.
  • the center of gravity of the plan figure of the current injection region 121 and the center of gravity of the plan figure of the contour line T coincide with each other.
  • the plan figure of the current injection region 121 can be, for example, a shape with a long side of 5 ⁇ m and a short side of 3 ⁇ m
  • the plan figure of the contour line T is, for example, an ellipse with a ratio of the longitudinal diameter to the transverse diameter of 5:2. be able to.
  • the plan figure of the current injection region 121 is an ellipse with the Y direction as the longitudinal direction, and the plan figure of the contour line T can be a perfect circle.
  • the center of gravity of the plan figure of the current injection region 121 and the center of gravity of the plan figure of the contour line T coincide with each other.
  • the plan figure of the current injection region 121 can be, for example, an ellipse with a width of 5 ⁇ m in the longitudinal direction and a width of 3 ⁇ m in the lateral direction.
  • the plan figure of the current injection region 121 and the plan figure of the contour line T may be dissimilar. Both the plan figure of the current injection region 121 and the plan figure of the contour line T are not limited to those described above, and may be a closed figure consisting of a circle, an ellipse, a rectangle, or a combination of at least two of these, as long as they are not similar. good.
  • the gain of polarized light having a specific polarization direction is improved. This is because the actual curvature of the concave mirror 104c differs depending on the polarization direction, and the degree of passing through the region of the current injection region 121 where the injected current is large differs, so that the gain received from the injected current differs depending on the polarization direction. . This stabilizes the polarized light whose polarization direction is in a specific direction, so that the controllability of the polarized light of the VCSEL element 100 can be improved.
  • plan figure of the current injection region 121 and the plan figure of the contour line T may be similar and not perfect circles.
  • the planar figure of the current injection region 121 can be a closed figure consisting of a circle, an ellipse, a rectangle, or a combination of at least two of these, and not a perfect circle.
  • the plan figure of the contour line T may be a circle, an ellipse, a rectangle, or a closed figure consisting of a combination of at least two of these, not a perfect circle, but similar to the plan figure of the current injection region 121.
  • center of gravity of the plan figure of the current injection region 121 and the center of gravity of the plan figure of the contour line T can be made to coincide.
  • Specific examples of the plan view of the current injection region 121 and the contour lines T when the plan view of the current injection region 121 and the contour lines T are similar but not circular will be given below.
  • the plan figure of the current injection region 121 is an ellipse with the X direction as the longitudinal direction, and the plan figure of the contour line T can be an ellipse similar to the plan figure of the current injection region 121. can.
  • the center of gravity of the plan figure of the current injection region 121 and the center of gravity of the plan figure of the contour line T coincide with each other.
  • the plan figure of the current injection region 121 can be, for example, an ellipse with a longitudinal diameter of 5 ⁇ m and a transverse diameter of 2 ⁇ m. It can be oval.
  • the plan figure of the current injection region 121 is a rectangle with semicircular ends extending in the X direction, and the plan figure of the contour line T is similar to the plan figure of the current injection region 121 . It can be rectangular with some semi-circular ends.
  • the center of gravity of the plan figure of the current injection region 121 and the center of gravity of the plan figure of the contour line T coincide with each other.
  • the plane figure of the current injection region 121 can have, for example, a shape with a width of 5 ⁇ m in the longitudinal direction and a width of 2 ⁇ m in the lateral direction
  • the plan figure of the contour line T can have a shape with a width in the longitudinal direction: width in the lateral direction of 5:2, for example. can be
  • the plan figure of the current injection region 121 is a rounded triangle
  • the plan figure of the contour line T can be a rounded triangle similar to the plan figure of the current injection region 121 .
  • the center of gravity of the plan figure of the current injection region 121 and the center of gravity of the plan figure of the contour line T coincide with each other.
  • the plane figure of the current injection region 121 can be, for example, a rounded triangle with each side of 5 ⁇ m.
  • plan figure of the current injection region 121 and the plan figure of the contour line T may be similar and not perfectly circular. Both the plan figure of the current injection region 121 and the plan figure of the contour line T are not limited to those described above. .
  • the effective curvature of the concave mirror 104c differs depending on the polarization direction. have different resonance wavelengths. Therefore, the wavelength overlap between the respective polarized light is weakened, and the respective polarized lights are stabilized.
  • the plan shape of the current injection region 121 is not a perfect circle, the periphery of the current injection region 121 approaches the center, so that the current injected from the second electrode 106 to the center of the current injection region 121 increases. , the fundamental transverse mode becomes easier to stabilize.
  • the plan figure of the contour line T and the plan figure of the current injection region 121 are similar, the effect of improving the stability of the polarization and the effect of improving the stability of the fundamental transverse mode are superimposed. It is possible to improve the controllability of polarization.
  • the center of gravity of the plan figure of the current injection region 121 and the plan figure of the contour line T can be different.
  • the planar figure of the current injection region 121 can be a closed figure consisting of a circle, an ellipse, a rectangle, or a combination of at least two of these.
  • the plan figure of the contour line T can be a circle, an ellipse, a rectangle, or a closed figure consisting of a combination of at least two of these, and the center of gravity can be different from the plan figure of the current injection region 121 .
  • the distance between the center of gravity of the plan figure of the current injection region 121 and the plan figure of the contour line T on the plane (XY plane) perpendicular to the optical axis direction (Z direction) is preferably 0.03 ⁇ m or more.
  • the plan figure of the current injection region 121 and the plan figure of the contour line T may or may not be similar.
  • a specific example of the plan view of the current injection region 121 and the plan view of the contour lines T when the center of gravity of the plan view of the current injection region 121 and the plan view of the contour lines T is different will be given below.
  • the plan figure of the current injection region 121 is a perfect circle, and the plan figure of the contour line T can also be a perfect circle.
  • the center of gravity P1 of the plan figure of the current injection region 121 and the center of gravity P2 of the plan figure of the contour line T are different in the Y direction.
  • the plane figure of the current injection region 121 can be, for example, a perfect circle with a diameter of 4 ⁇ m.
  • the distance (Y direction) between the center of gravity P1 and the center of gravity P2 can be set to 0.5 ⁇ m, for example.
  • the plan figure of the current injection region 121 is an ellipse with the X direction as the longitudinal direction
  • the plan figure of the contour line T can be an ellipse with the X direction as the longitudinal direction.
  • the center of gravity P1 of the plan figure of the current injection region 121 and the center of gravity P2 of the plan figure of the contour line T are different in the longitudinal direction (X direction).
  • the plan figure of the current injection region 121 can be, for example, an ellipse with a longitudinal diameter of 8 ⁇ m and a transverse diameter of 4 ⁇ m. It can be oval.
  • the distance (X direction) between the center of gravity P1 and the center of gravity P2 can be set to 0.5 ⁇ m, for example.
  • the plan figure of the current injection region 121 is an ellipse with the X direction as the longitudinal direction
  • the plan figure of the contour line T can be an ellipse with the X direction as the longitudinal direction.
  • the center of gravity P1 of the plan figure of the current injection region 121 and the center of gravity P2 of the plan figure of the contour line T are different in the lateral direction (Y direction).
  • the plan figure of the current injection region 121 can be, for example, an ellipse with a longitudinal diameter of 8 ⁇ m and a transverse diameter of 4 ⁇ m. It can be oval.
  • the distance (Y direction) between the center of gravity P1 and the center of gravity P2 can be set to 0.5 ⁇ m, for example.
  • the plan figure of the current injection region 121 is an ellipse with the X direction as the longitudinal direction
  • the plan figure of the contour line T can be a perfect circle.
  • the center of gravity P1 of the plan figure of the current injection region 121 and the center of gravity P2 of the plan figure of the contour line T are different in the longitudinal direction (X direction) and lateral direction (Y direction) of the current injection region 121 .
  • the plan figure of the current injection region 121 can be, for example, a perfect circle with a diameter of 4 ⁇ m
  • the plan figure of the contour line T can be, for example, an ellipse with a ratio of longitudinal diameter to transverse diameter of 5:2.
  • the distance (XY direction) between the center of gravity P1 and the center of gravity P2 can be set to 0.5 ⁇ m, for example.
  • the center of gravity of the plane figure of the current injection region 121 and the plane figure of the contour line T can be different.
  • Both the plan figure of the current injection region 121 and the plan figure of the contour line T are not limited to those described above, and may be a closed figure consisting of a circle, an ellipse, a rectangle, or a combination of at least two of these.
  • the gain of polarized light having a specific polarization direction is improved. This is because the center of gravity of the two plan figures differs, and the degree of passing through the region of the current injection region 121 where the injected current is large differs depending on the polarization direction, so the gain received from the injected current differs depending on the polarization direction. . This stabilizes the polarized light whose polarization direction is in a specific direction, so that the controllability of the polarized light of the VCSEL element 100 can be improved.
  • the plane figure of the current injection region 121 and the plane figure of the contour line T have any one of the above relationships, so that lateral (XY direction) asymmetry with respect to light and current can be provided to improve the controllability of the polarization of the VCSEL element 100 . Since the VCSEL element 100 does not use crystal asymmetry for polarization control, it is possible to fabricate the VCSEL element 100 using a substrate (such as a C-plane substrate) having no crystal asymmetry.
  • FIG. 24 to 26 are schematic diagrams showing the manufacturing method of the VCSEL element 100.
  • FIG. First as shown in FIG. 24, a laminate 150 is produced.
  • the laminate 150 can be produced by laminating the active layer 103 and the second semiconductor layer 102 on the first semiconductor layer 101 (substrate).
  • the active layer 103 and the second semiconductor layer 102 can be laminated by a metal organic-chemical vapor deposition (MOCVD) method or the like.
  • MOCVD metal organic-chemical vapor deposition
  • insulating regions 122 are formed.
  • the insulating region 122 can be formed by implanting ions into the stacked body 150 from the second semiconductor layer 102 side.
  • the current injection region 121 which is a region into which ions are not implanted, can be formed.
  • the base 101c is formed on the second surface 101b of the first semiconductor layer 101. Then, as shown in FIG. Specifically, after polishing the second surface 101b, a patterned resist layer is formed on the second surface 101b, and the resist layer is heated and reflowed to obtain a resist pattern.
  • the resist pattern is made to have the same shape (or similar shape) as the base portion 101c.
  • the base 101c can be formed by etching the rest pattern and the second surface 101b. This etching can be, for example, reactive ion etching (RIE).
  • the first light reflecting layer 104, the second light reflecting layer 105, the first electrode 106, and the second electrode 107 are formed respectively, and the VCSEL element 100 shown in FIG. 1 can be manufactured.
  • Each of these layers can be formed by a sputtering method, a vacuum deposition method, or the like.
  • the VCSEL element 100 can be manufactured as described above. It should be noted that the method for manufacturing the VCSEL element 100 is not limited to the one shown here, and it is also possible to manufacture the VCSEL element 100 by other manufacturing methods.
  • the interface between the first semiconductor layer 101 and the active layer 103 is defined as a reference plane S
  • the contour line T of the concave mirror 104c is a line representing the height of the concave surface 104d from the reference plane S (see FIG. 6).
  • a line representing the height of the convex surface 104e from the surface S may be used as the contour line T.
  • the reference plane S may be the interface between the second electrode 107 and the second light reflecting layer 105 instead of the interface between the first semiconductor layer 101 and the active layer 103 .
  • the concave mirror 104c is laminated on the base portion 101c provided in the first semiconductor layer 101 and is formed in a concave mirror shape, it is not limited to this.
  • a structure made of a dielectric material, a synthetic resin, or the like and having the same shape as the base portion 101c is provided. 104c may be formed.
  • the first semiconductor layer 101 is made of an n-type semiconductor material and the second semiconductor layer 102 is made of a p-type semiconductor material
  • the first semiconductor layer 101 is made of a p-type semiconductor material
  • the second semiconductor layer 102 is made of a p-type semiconductor material.
  • the VCSEL element 100 may also have other configurations that enable the operation of the VCSEL element 100 described above.
  • VCSEL Very Cavity Surface Emitting Laser
  • FIG. 27 is a cross-sectional view of a VCSEL element 200 according to this embodiment.
  • the VCSEL device 200 includes a substrate 201, a first semiconductor layer 202, a second semiconductor layer 203, a third semiconductor layer 204, an active layer 205, a tunnel junction layer 206, a first light reflecting layer 207, a It comprises two light reflecting layers 208 , a first electrode 209 , a second electrode 210 and an insulating film 211 .
  • the first semiconductor layer 202 , the second semiconductor layer 203 , the third semiconductor layer 204 , the active layer 205 and the tunnel junction layer 206 are collectively referred to as a laminate 250 .
  • Each of these layers has a layer surface direction along the XY plane, and includes a first light reflecting layer 207, a substrate 201, a first semiconductor layer 202, an active layer 205, a second semiconductor layer 203, a third semiconductor layer 204,
  • the layers are stacked in the order of the second light reflecting layer 208 . Therefore, the stack 250 is arranged between the first light reflecting layer 207 and the second light reflecting layer 208 .
  • a substrate 201 supports each layer of the VCSEL element 200 .
  • Substrate 201 can be, for example, a (101) plane semi-insulating InP substrate.
  • the substrate 201 has a first surface 201a on the side of the active layer 205 and a second surface 201b opposite to the active layer 205.
  • a base portion 201c is provided on the second surface 101b side of the substrate 201 .
  • the base portion 201c is a portion of the second surface 201b that protrudes in a convex curved shape, and has, for example, a spherical lens shape.
  • the shape of the base portion 201c is not limited to a spherical lens shape, and may be any shape as long as the second surface 201b is a convex curved surface.
  • the first semiconductor layer 202 is a layer made of a semiconductor having a first conductivity type and transporting carriers to the active layer 205 .
  • the first conductivity type can be n-type, and the first semiconductor layer 202 can be a layer made of n-InP, for example.
  • the second semiconductor layer 203 is made of a semiconductor of the second conductivity type and transports carriers to the active layer 205 .
  • the second conductivity type can be p-type, and the second semiconductor layer 203 can be a layer made of p-InP, for example.
  • the third semiconductor layer 204 is a layer made of a semiconductor having the first conductivity type and transporting carriers to the tunnel junction layer 206 .
  • the third semiconductor layer 204 can be, for example, a layer made of n-InP.
  • the active layer 205 is arranged between the first semiconductor layer 202 and the second semiconductor layer 203 and is a layer that emits light by carrier recombination.
  • the active layer 205 has a multi-quantum well structure in which multiple layers of quantum well layers and barrier layers are alternately laminated.
  • the quantum well layers are made of, for example, InGaAsP
  • the barrier layers are made of, for example, InGaAsP having a composition different from that of the quantum well layers. can be made.
  • the active layer 205 may be any layer that emits light by carrier recombination.
  • Tunnel junction layer 206 forms a buried tunnel junction.
  • the tunnel junction layer 206 is arranged between the central portion of the second semiconductor layer 203 and the central portion of the third semiconductor layer 204 .
  • the tunnel junction layer 206 has a first layer 206a on the second semiconductor layer 203 side and a second layer 206b on the third semiconductor layer 204 side.
  • the first layer 206a is a layer of the second conductivity type with a high impurity concentration, and can be made of, for example, p + -AlInGaAs.
  • the second layer 206b is a layer of the first conductivity type with a high impurity concentration, and can be made of, for example, n + -InP.
  • the active layer 205, the second semiconductor layer 203 and the third semiconductor layer 204 are removed at their outer peripheral portions to form a mesa (plateau structure) M.
  • the tunnel junction layer 206 is arranged so as to be positioned in the center of the mesa M when viewed in the Z direction.
  • the first light reflecting layer 207 reflects light of a specific wavelength (hereinafter referred to as wavelength ⁇ ) and transmits light of other wavelengths.
  • the wavelength ⁇ is, for example, a specific wavelength within 1300-1600 nm.
  • the first light reflecting layer 207 is a DBR (DBR) made of a multilayer light reflecting film in which a plurality of high refractive index layers 207a and low refractive index layers 207b each having an optical film thickness of ⁇ /4 are alternately laminated.
  • DBR DBR
  • the second light reflecting layer 207 may be a semiconductor DBR made of a semiconductor material, or a dielectric DBR made of a dielectric material.
  • the first light reflecting layer 207 has a concave mirror 207c.
  • the first light reflecting layer 207 is laminated on the second surface 201b of the substrate 201 with a constant thickness, and the surface on the side of the laminate 250 forms a concave surface 207d according to the shape of the base 201c provided on the second surface 201b, The surface opposite the laminate 250 forms a convex surface 207e. Thereby, the first light reflecting layer 207 forms a concave mirror 207c.
  • the concave mirror 207c preferably has a radius of curvature (ROC) of 1000 ⁇ m or less and a root mean square (RMS) of 1 nm or less. may have a radius of curvature of 400 ⁇ m.
  • ROC radius of curvature
  • RMS root mean square
  • the second light reflecting layer 208 reflects light of wavelength ⁇ and transmits light of other wavelengths.
  • the second light reflecting layer 208 is a DBR (DBR) made of a multilayer light reflecting film in which a plurality of high refractive index layers 208a and low refractive index layers 208b each having an optical film thickness of ⁇ /4 are alternately laminated.
  • DBR DBR
  • the second light reflecting layer 208 may be a semiconductor DBR made of a semiconductor material or a dielectric DBR made of a dielectric material.
  • the first electrode 209 is provided around the mesa M on the first semiconductor layer 202 and functions as one electrode of the VCSEL element 200 .
  • the first electrode 209 can be, for example, a single-layer metal film made of Au, Ni, or Ti, or a multi-layer metal film made of Ti/Au, Ag/Pd, Ni/Au/Pt, or the like.
  • the second electrode 210 is provided around the second light reflecting layer 208 on the third semiconductor layer 204 and functions as the other electrode of the VCSEL element 200 .
  • the second electrode 210 can be, for example, a single-layer metal film made of Au, Ni, or Ti, or a multi-layer metal film made of Ti/Au, Ag/Pd, Ni/Au/Pt, or the like.
  • the insulating film 211 is provided around the second electrode 210 on the side surface of the mesa M and the upper surface of the mesa M, and insulates the outer circumference of the mesa M. As shown in FIG.
  • the insulating film 211 is made of any insulating material.
  • FIG. 28 is a schematic diagram showing a current confinement structure.
  • the current confinement structure has a current injection region 221 and an insulating region 222, as shown in the figure.
  • a current injection region 221 is a region (tunnel junction region) in which a tunnel junction is formed by the tunnel junction layer 206, and current is passed through the tunnel junction.
  • the insulating region 222 surrounds the current injection region 221 in the layer surface direction (XY direction) and is a region (non-tunnel junction region) that does not pass current because no tunnel junction is formed.
  • the current flowing through the VCSEL element 200 concentrates in the current injection region 221 because it cannot pass through the insulating region 222 . That is, the current injection region 221 and the insulating region 222 form a current confinement structure.
  • FIG. 29 is a schematic diagram showing the positional relationship between the current injection region 221 and the concave mirror 207c.
  • 29(a) is a view of the current injection region 221 and the concave mirror 207c viewed from the optical axis direction (Z direction) of the laser light emitted from the VCSEL element 200
  • FIG. 29(b) is a schematic of the VCSEL element 200. It is a cross-sectional view.
  • the concave mirror 207c is formed so as to include the current injection region 221 when viewed from the Z direction. Further, the concave mirror 207c is formed in a concave shape that converges the light incident from the active layer 205 side onto the current injection region 221. As shown in FIG.
  • the VCSEL device 200 operates similarly to the VCSEL device 100 according to the first embodiment. That is, when a voltage is applied between the first electrode 209 and the second electrode 210 , current flows between the first electrode 209 and the second electrode 210 . The current is confined by the current confinement structure and injected into the current injection region 221 . The spontaneous emission light generated by this injected current is reflected by the first light reflecting layer 207 and the second light reflecting layer 208 to generate laser oscillation. The laser light generated thereby passes through the second light reflecting layer 208 and is emitted from the VCSEL element 200 with the Z direction as the optical axis direction.
  • the first light reflecting layer 207 is provided with a concave mirror 207c. Therefore, the light incident on the second light reflecting layer 207 is reflected in a direction corresponding to the shape of the concave mirror 207 c and focused on the current injection region 221 . Therefore, the optical field of the laser light is controlled by the concave mirror 207c. Also, the current through the VCSEL device 200 is controlled by the current injection region 221 as described above. That is, in the VCSEL device 200, the optical field and current are controlled by separate structures.
  • contour lines of the concave mirror 207c and the plan figure of the current injection region 221 will be described.
  • planar figure refers to contour lines and the shape of the current injection region 221 viewed from the optical axis direction (Z direction) of the laser beam.
  • FIG. 30 is a schematic diagram showing contour lines of the concave mirror 207c.
  • 30(a) is a plan view showing a plane figure of contour lines T of the concave mirror 207c
  • FIG. 30(b) is a schematic cross-sectional view of part of the VCSEL element 200.
  • FIG. 30B the interface between the first semiconductor layer 202 and the active layer 205 is defined as a reference plane S.
  • the contour line T represents the height H of the concave surface 207d from the reference plane S with a line.
  • the relationship between the plan figure (first figure) of the current injection region 221 and the plan figure (second figure) of the contour line T is the same as in the first embodiment. That is, the plan figure of the current injection region 221 and the plan figure of the contour line T can be dissimilar (see FIGS. 9 to 16). Also, the plan figure of the current injection region 221 and the plan figure of the contour line T may be similar and not perfect circles (see FIGS. 17 to 19). Furthermore, the center of gravity of the plan figure of the current injection region 221 and the plan figure of the contour line T can be different (see FIGS. 20 to 23). As described in the first embodiment, it is possible to improve the controllability of the polarization of the VCSEL element 200 by adopting such a configuration.
  • the plane figure of the current injection region 221 and the plane figure of the contour line T have one of the above relationships, thereby providing lateral (XY direction) asymmetry with respect to light and current, It is possible to improve the controllability of the polarization of the VCSEL element 200 .
  • the first layer 206a and the second layer 206b are removed by photolithography and etching. A portion is removed to form the tunnel junction layer 206 .
  • the shape of the tunnel junction layer 206 can be freely controlled by photolithography.
  • a third semiconductor layer 204 is laminated on the tunnel junction layer 206, and a mesa M is formed by photolithography and etching. Thereby, a laminate 250 is formed on the substrate 201 .
  • the VCSEL element 200 can be manufactured by providing the base portion 201c on the substrate 201 and laminating the first light reflecting layer 207, the second light reflecting layer 208, and the like by the same method as in the first embodiment. VCSEL device 200 can also be manufactured by other manufacturing methods.
  • the current confinement structure is provided by the embedded tunnel junction of the tunnel junction layer 206.
  • the current confinement structure may be provided by ion implantation into the tunnel junction layer 206 as follows. It is possible.
  • FIG. 31 is a cross-sectional view of a VCSEL device 200 having insulating regions 223 formed by ion implantation.
  • the tunnel junction layer 206 is disposed entirely between the second semiconductor layer 203 and the third semiconductor layer 204, and the peripheral region of the tunnel junction layer 206 includes an insulating region 223 (dotted region). ) is provided.
  • FIG. 32 is a schematic diagram showing a current confinement structure in this configuration.
  • the current confinement structure is composed of a current injection region 221 and an insulating region 223, as shown in the figure.
  • the current injection region 221 is formed by the tunnel junction layer 206 into which ions are not implanted.
  • the insulating region 223 surrounds the current injection region 221 in the layer plane direction (XY direction) and is a region insulated by implanting ions into the tunnel junction layer 206 .
  • the ions implanted into the ion implantation region can be B (boron) ions.
  • ions such as O (oxygen) ions and H (hydrogen) ions that can insulate a semiconductor material may also be used.
  • the current flowing through the VCSEL element 200 concentrates in the current injection region 221 because it cannot pass through the insulating region 223 . That is, the current injection region 221 and the insulating region 223 form a current confinement structure.
  • the laminated body 250 is laminated on the substrate 201 to fabricate the VCSEL element 200.
  • the laminated body 250 is laminated on another supporting substrate, the supporting substrate is removed, and the laminated body 250 is used as the substrate.
  • 201 may be joined.
  • the substrate 201 can be, for example, a semi-insulating Si substrate.
  • the interface between the first semiconductor layer 202 and the active layer 205 is defined as a reference plane S
  • the contour line T of the concave mirror 207c is a line representing the height of the concave surface 207d from the reference plane S.
  • the contour line T may be a line representing the height of the convex surface 207e of .
  • the reference surface S may be the interface between the third semiconductor layer 204 and the second light reflecting layer 208 instead of the interface between the first semiconductor layer 202 and the active layer 205 .
  • the concave mirror 207c is laminated on the base portion 201c provided on the substrate 201 and formed in a concave mirror shape, but it is not limited to this.
  • a structure made of a dielectric material, a synthetic resin, or the like and having the same shape as the base 201c is provided, and a concave mirror 207c is formed on the first light reflecting layer 207 by this structure. You may
  • the first semiconductor layer 202 and the third semiconductor layer 204 are made of an n-type semiconductor material
  • the second semiconductor layer 203 is made of a p-type semiconductor material. It may be made of a p-type semiconductor material and the second semiconductor layer 203 may be made of an n-type semiconductor material.
  • the first layer 206a of the tunnel junction layer 206 can be an n-type layer with a high impurity concentration
  • the second layer 206b can be a p-type layer with a high impurity concentration.
  • the VCSEL element 200 may have other configurations that enable the operation of the VCSEL element 200 to be implemented.
  • a VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) device according to a third embodiment of the present technology will be described.
  • the VCSEL element according to this embodiment differs from the VCSEL element according to the first embodiment mainly in the current confinement structure.
  • FIG. 33 is a cross-sectional view of a VCSEL element 300 according to this embodiment.
  • the VCSEL element 300 includes a substrate 301, a first semiconductor layer 302, a second semiconductor layer 303, an active layer 304, an oxidized constricting layer 305, a first light reflecting layer 306, a second light reflecting layer 307, A first electrode 308 , a second electrode 309 and an insulating film 310 are provided.
  • the first semiconductor layer 302 , the second semiconductor layer 303 , the active layer 304 and the oxidized constricting layer 305 are collectively referred to as a laminate 350 .
  • Each of these layers has a layer plane direction along the XY plane, and includes a first light reflecting layer 306, a substrate 301, a first semiconductor layer 302, an active layer 304, a second semiconductor layer 303, an oxidized constricting layer 305, a
  • the two light reflecting layers 307 are laminated in this order. Therefore, the stack 350 is arranged between the first light reflecting layer 306 and the second light reflecting layer 307 .
  • a substrate 301 supports each layer of the VCSEL element 300 .
  • Substrate 301 can be, for example, a (101) plane semi-insulating GaAs substrate.
  • the substrate 301 has a first surface 301a on the side of the active layer 304 and a second surface 301b opposite to the active layer 304.
  • a base portion 301c is provided on the second surface 301b side of the substrate 301 .
  • the base portion 301c is a portion of the second surface 301b that protrudes in a convex curved shape, and has, for example, a spherical lens shape.
  • the shape of the base portion 301c is not limited to a spherical lens shape, and may be any shape as long as the second surface 301b is a convex curved surface.
  • the first semiconductor layer 302 is a layer made of a semiconductor having a first conductivity type and transporting carriers to the active layer 304 .
  • the first conductivity type can be n-type, and the first semiconductor layer 302 can be a layer made of n-GaAs, for example.
  • the second semiconductor layer 303 is made of a semiconductor of the second conductivity type and transports carriers to the active layer 304 .
  • the second conductivity type can be p-type, and the second semiconductor layer 303 can be a layer made of p-GaAs, for example.
  • the active layer 304 is arranged between the first semiconductor layer 302 and the second semiconductor layer 303 and is a layer that emits light by carrier recombination.
  • the active layer 304 has a multi-quantum well structure in which quantum well layers and barrier layers are alternately laminated.
  • the quantum well layers can be made of GaAs, and the barrier layers can be made of AlGaAs.
  • the active layer 304 may be any layer that emits light by carrier recombination.
  • the oxidized confinement layer 305 forms a current confinement structure.
  • the oxidized constricting layer 305 has an unoxidized region 305a where the semiconductor material is not oxidized and an oxidized region 305b where the semiconductor material is oxidized.
  • the non-oxidized region 305a is made of a material of the second conductivity type with a high impurity concentration, such as p + -AlAs.
  • the oxidized region 305b is made of a material obtained by oxidizing the constituent material of the non-oxidized region 305a, and can be made of AlAs oxide, for example.
  • the first light reflecting layer 306 reflects light of a specific wavelength (hereinafter referred to as wavelength ⁇ ) and transmits light of other wavelengths.
  • the wavelength ⁇ is, for example, a specific wavelength within the range of 850-1400 nm.
  • the first light reflecting layer 306 is a DBR (DBR) made of a multilayer light reflecting film in which a plurality of high refractive index layers 306a and low refractive index layers 306b each having an optical film thickness of ⁇ /4 are alternately laminated.
  • DBR DBR
  • the first light reflecting layer 306 may be a semiconductor DBR made of a semiconductor material, or a dielectric DBR made of a dielectric material.
  • the first light reflecting layer 306 has a concave mirror 306c.
  • the first light reflecting layer 306 is laminated with a constant thickness on the second surface 301b of the substrate 301, and the surface on the side of the laminate 350 forms a concave surface 306d according to the shape of the base portion 301c provided on the second surface 301b, The surface opposite the laminate 350 forms a convex surface 306e.
  • the first light reflecting layer 306 thereby forms a concave mirror 306c.
  • the concave mirror 306c preferably has a radius of curvature (ROC) of 1000 ⁇ m or less and a root mean square (RMS) of 1 nm or less. may have a radius of curvature of 400 ⁇ m.
  • ROC radius of curvature
  • RMS root mean square
  • the second light reflecting layer 307 reflects light of wavelength ⁇ and transmits light of other wavelengths.
  • the second light-reflecting layer 307 is a DBR (DBR ( Distributed Bragg Reflector).
  • the second light reflective layer 307 can be a semiconductor DBR made of a semiconductor material.
  • the active layer 304, the second semiconductor layer 303, the oxidized constricting layer 305 and the second light reflecting layer 307 are removed at their outer peripheral portions to form a mesa (plateau structure) M.
  • a first electrode 308 is provided around the mesa M on the first semiconductor layer 302 and functions as one electrode of the VCSEL element 300 .
  • the first electrode 308 can be, for example, a single-layer metal film made of Au, Ni, Ti, or the like, or a multi-layer metal film made of Ti/Au, Ag/Pd, Ni/Au/Pt, or the like.
  • a second electrode 309 is provided on the second light reflecting layer 307 and functions as the other electrode of the VCSEL element 300 .
  • the second electrode 309 can be, for example, a single-layer metal film made of Au, Ni, or Ti, or a multi-layer metal film made of Ti/Au, Ag/Pd, Ni/Au/Pt, or the like.
  • the insulating film 310 is provided around the second electrode 309 on the side surface of the mesa M and the upper surface of the mesa M, and insulates the outer periphery of the mesa M.
  • the insulating film 310 is made of any insulating material.
  • FIG. 34 is a schematic diagram showing a current confinement structure.
  • the current confining structure has a current injection region 321 and an insulating region 322 as shown in the figure.
  • the current injection region 321 is a region having conductivity due to the non-oxidized region 305a.
  • the insulating region 322 surrounds the current injection region 221 in the layer plane direction (XY direction) and is a region that does not have conductivity due to the oxidized region 305b that is insulated by oxidation.
  • the current flowing through the VCSEL element 300 concentrates in the current injection region 321 because it cannot pass through the insulating region 322 . That is, in the VCSEL element 300, the current confinement structure is formed by the oxidized confinement layer 305. FIG.
  • FIG. 35 is a schematic diagram showing the positional relationship between the current injection region 321 and the concave mirror 306c.
  • 35(a) is a diagram of the current injection region 321 and the concave mirror 306c viewed from the optical axis direction (Z direction) of the laser light emitted from the VCSEL element 300
  • FIG. 35(b) is a schematic diagram of the VCSEL element 300. It is a cross-sectional view.
  • the concave mirror 306c is formed so as to include the current injection region 321 when viewed from the Z direction.
  • the concave mirror 306c is formed in a concave shape that converges light incident from the active layer 304 side onto the current injection region 321. As shown in FIG.
  • the VCSEL device 300 operates similarly to the VCSEL device 300 according to the first embodiment. That is, when a voltage is applied between the first electrode 308 and the second electrode 309 , current flows between the first electrode 308 and the second electrode 309 . A current is confined by the current confinement structure and injected into the current injection region 321 . The spontaneous emission light generated by this injected current is reflected by the first light reflecting layer 306 and the second light reflecting layer 307 to generate laser oscillation. The laser light generated thereby passes through the second light reflecting layer 307 and is emitted from the VCSEL element 300 with the Z direction as the optical axis direction.
  • the first light reflecting layer 306 is provided with a concave mirror 306c. Therefore, the light incident on the second light reflecting layer 306 is reflected in a direction corresponding to the shape of the concave mirror 306 c and focused on the current injection region 321 . Therefore, the optical field of the laser light is controlled by the concave mirror 306c. Also, the current through the VCSEL device 300 is controlled by the current injection region 321 as described above. That is, in VCSEL device 300, the optical field and current are controlled by separate structures.
  • contour lines of the concave mirror 306c and the plan figure of the current injection region 321 will be described.
  • planar figure refers to contour lines and the shape of the current injection region 321 viewed from the optical axis direction (Z direction) of the laser beam.
  • FIG. 36 is a schematic diagram showing contour lines of the concave mirror 306c.
  • 36(a) is a plan view showing a plane figure of contour lines T of the concave mirror 306c
  • FIG. 36(b) is a schematic cross-sectional view of a portion of the VCSEL element 300.
  • FIG. 36B the interface between the first semiconductor layer 302 and the active layer 304 is defined as a reference plane S.
  • the contour line T represents the height H of the concave surface 306d from the reference surface S with a line.
  • the relationship between the plan figure (first figure) of the current injection region 321 and the plan figure (second figure) of the contour line T is the same as in the first embodiment. That is, the plan figure of the current injection region 321 and the plan figure of the contour line T can be dissimilar (see FIGS. 9 to 16). Also, the plan figure of the current injection region 321 and the plan figure of the contour line T may be similar and not perfect circles (see FIGS. 17 to 19). Furthermore, the center of gravity of the plan figure of the current injection region 321 and the plan figure of the contour line T can be different (see FIGS. 20 to 23). As described in the first embodiment, it is possible to improve the controllability of the polarization of the VCSEL element 300 by adopting such a configuration.
  • the planar figure of the current injection region 321 and the planar figure of the contour line T have one of the above relationships, thereby providing lateral (XY direction) asymmetry with respect to light and current, It is possible to improve the controllability of the polarization of the VCSEL element 300 .
  • the mesa M is formed by photolithography and etching.
  • the material of the oxidized constricting layer 305 is oxidized from the outer peripheral side by a method such as heating the laminated body 350 in a water vapor atmosphere to form an oxidized region 305b.
  • the shape of the non-oxidized region 305a viewed from the Z direction can be controlled by the shape of the mesa M viewed from the Z direction.
  • the VCSEL element 300 can be manufactured by providing the base portion 301c on the substrate 301 and laminating the first light reflecting layer 306, the second light reflecting layer 307, and the like by the same method as in the first embodiment.
  • VCSEL device 300 can also be manufactured by other manufacturing methods.
  • the laminated body 350 is laminated on the substrate 301 to fabricate the VCSEL element 300.
  • the laminated body 350 is laminated on another supporting substrate, and the supporting substrate is removed to form the laminated body 350 on the substrate.
  • 301 may be joined.
  • the substrate 301 can be, for example, a semi-insulating Si substrate.
  • the laminated body 350 and the substrate 301 are bonded, by shifting the positions of the base portion 301c of the substrate 301 and the non-oxidized region 305a when viewed from the Z direction, the plan figure of the contour line T of the concave mirror 306c and the current injection region 321 are shifted. It is possible to make the center of gravity of the two plane figures different.
  • the interface between the first semiconductor layer 302 and the active layer 304 is defined as a reference plane S
  • the contour line T of the concave mirror 306c is a line representing the height of the concave surface 306d from the reference plane S.
  • the contour line T may be a line representing the height of the convex surface 306e of .
  • the reference plane S may be the interface between the second semiconductor layer 303 and the second light reflecting layer 307 instead of the interface between the first semiconductor layer 302 and the active layer 304 .
  • the concave mirror 306c is laminated on the base 301c provided on the substrate 301 and formed into a concave mirror shape, it is not limited to this.
  • a structure made of a dielectric material, a synthetic resin, or the like and having the same shape as the base 301c is provided. You may
  • the first semiconductor layer 302 is made of an n-type semiconductor material and the second semiconductor layer 303 is made of a p-type semiconductor material
  • the first semiconductor layer 302 is made of a p-type semiconductor material
  • the second semiconductor layer 303 is made of a p-type semiconductor material.
  • the non-oxidized region 305a of the oxidized constricting layer 305 can be made of an n-type material with a high impurity concentration.
  • the VCSEL element 300 may have other configurations that enable the operation of the VCSEL element 300 to be implemented.
  • the present technology can also have the following configuration.
  • the laminate is provided with a current constriction structure that constricts current and forms a current injection region in which the current concentrates
  • the first light reflecting layer is provided with a concave mirror having a concave surface on the side of the laminate and a convex surface on the side opposite to the laminate, A plan view of the current injection region viewed from the direction of the optical axis of the emitted light is defined as a first figure, and a plan view of contour lines representing the height of the concave mirror from the active layer viewed from the direction
  • a vertical cavity surface emitting laser device (2) a first light reflecting layer that reflects light of a specific wavelength; a second light reflecting layer that reflects light of the wavelength; a first semiconductor layer made of a semiconductor material having a first conductivity type; a second semiconductor layer made of a semiconductor material having a second conductivity type; an active layer disposed therebetween for emitting light due to carrier recombination, and a laminate disposed between the first light reflective layer and the second light reflective layer;
  • the laminate is provided with a current constriction structure that constricts current and forms a current injection region in which the current concentrates
  • the first light reflecting layer is provided with a concave mirror having a concave surface on the side of the laminate and a convex surface on the side opposite to the laminate, A plan view of the current injection region viewed from the direction of the optical axis of the emitted light is defined as a first figure, and a plan view of contour lines representing the height of the concave
  • the center of gravity of the first graphic does not coincide with the center of gravity of the second graphic.
  • a first light reflecting layer that reflects light of a specific wavelength; a second light reflecting layer that reflects light of the wavelength; a first semiconductor layer made of a semiconductor material having a first conductivity type; a second semiconductor layer made of a semiconductor material having a second conductivity type; an active layer disposed therebetween for emitting light due to carrier recombination, and a laminate disposed between the first light reflective layer and the second light reflective layer;
  • the laminate is provided with a current constriction structure that constricts current and forms a current injection region in which the current concentrates,
  • the first light reflecting layer is provided with a concave mirror having a concave surface on the side of the laminate and a convex surface on the side opposite to the laminate, A plan view of the current injection region viewed from the direction of the optical axis of the emitted light is defined as a first figure, and a plan view of contour lines representing the
  • the first figure and the second figure are not perfect circles but are similar to each other.
  • Vertical cavity surface emitting laser device (4) The vertical cavity surface emitting laser device according to (1) above,
  • the first figure is a closed figure consisting of a circle, an ellipse, a rectangle, or a combination of at least two of them
  • the second figure is a closed figure consisting of a circle, an ellipse, a rectangle, or a combination of at least two of them, and is a figure dissimilar to the first figure.
  • the vertical cavity surface emitting laser device according to (2) above A vertical cavity surface emitting laser device, wherein a distance between the center of gravity of the first figure and the center of gravity of the second figure in a plane perpendicular to the direction of the optical axis is 0.03 ⁇ m or more.
  • the vertical cavity surface emitting laser device according to (3) above The first figure is a closed figure consisting of a circle, an ellipse, a rectangle, or a combination of at least two of them,
  • the second figure is a closed figure consisting of a circle, an ellipse, a rectangle, or a combination of at least two of them, and is similar to the first figure.
  • Vertical cavity surface emitting laser device The first figure is a closed figure consisting of a circle, an ellipse, a rectangle, or a combination of at least two of them.
  • the vertical cavity surface emitting laser device according to any one of (1) to (7) above, The current confinement structure has a non-ion-implanted region into which ions are not implanted into the laminate, and an ion-implanted region provided around the non-ion-implanted region and into which ions are implanted into the laminate, The vertical cavity surface emitting laser device, wherein the current injection region is the non-ion-implanted region.
  • the vertical cavity surface emitting laser device according to any one of (1) to (7) above,
  • the current confinement structure has a tunnel junction region in which a tunnel junction is formed in the laminate, and a non-tunnel junction region provided around the tunnel junction region in which no tunnel junction is formed,
  • the vertical cavity surface emitting laser device, wherein the current injection region is the tunnel junction region.
  • the vertical cavity surface emitting laser device according to (12) above, The vertical cavity surface emitting laser device, wherein the tunnel junction region is formed by a buried tunnel junction.
  • the vertical cavity surface emitting laser device according to any one of (1) to (7) above,
  • the current confinement structure has a non-oxidized region in which the semiconductor material is not oxidized in the stacked body, and an oxidized region provided around the non-oxidized region and in which the semiconductor material is oxidized,
  • the vertical cavity surface emitting laser device, wherein the current injection region is the non-oxidized region.
  • the vertical cavity surface emitting laser device has a first surface on the side of the active layer and a second surface on the side opposite to the active layer, and the second surface is provided with a base forming a convex curved surface.
  • the first light reflecting layer is a multilayer light reflecting film provided on the second surface, and the portion of the first light reflecting layer multilayer light reflecting film provided on the base serves as the concave mirror.
  • the vertical cavity surface emitting laser device according to any one of (1) to (17) above, further comprising a substrate having a first surface on the side of the active layer and a second surface on the side opposite to the active layer, the second surface being provided with a base portion forming a convex curved surface;
  • the first light reflecting layer is a multilayer light reflecting film provided on the second surface, and the portion of the first light reflecting layer multilayer light reflecting film provided on the base serves as the concave mirror.
  • the vertical cavity surface emitting laser device according to any one of (1) to (19) above,
  • the concave mirror has a concave surface that faces the active layer, and the concave surface has a radius of curvature of 1000 ⁇ m or less.

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Abstract

  凹面鏡型構造を有し、偏光制御性に優れる垂直共振器型面発光レーザ素子を提供することを課題とする。   本技術に係る垂直共振器型面発光レーザ素子は、第１の光反射層と、第２の光反射層と、積層体とを具備する。積層体は、第１の半導体層と、第２の半導体層と、活性層とを備え、第１の光反射層と第２の光反射層の間に配置されている。積層体には、電流を狭窄し、電流が集中する電流注入領域を形成する電流狭窄構造が設けられている。第１の光反射層には、積層体側の面が凹面、積層体とは反対側の面が凸面となる凹面鏡が設けられている。出射光の光軸方向から電流注入領域を見た平面図形を第１の図形とし、凹面鏡の上記活性層からの高さを表す等高線を光軸方向から見た平面図形を第２の図形とすると、第１の図形と第２の図形は相似ではない。

Description

垂直共振器型面発光レーザ素子
　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、発光層を一対の反射鏡によって挟んだ構造を有する。発光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発光層中の一部領域（以下、電流注入領域）に集中し、自然放出光を生じる。一対の反射鏡は共振器を形成しており、自然放出光のうち所定の波長の光を発光層に向けて反射することで、レーザ発振を生じさせる。
　近年、反射鏡の一方を凹面鏡としたＶＣＳＥＬ素子が報告されている（非特許文献１参照）。この構造では、電流注入領域内に、横方向（層面方向）に狭窄された光場が形成され、共振器の長や凹面鏡の曲率半径によって光場の大きさを制御可能であるとされている（非特許文献２及び３参照）。
T. Hamaguchi et al., Sci. Rep., vol. 8, no. 1, pp. 1-10, 2018. T. Hamaguchi et al 2019 Appl. Phys. Express 12 044004 T. Hamaguchi et al 2019 Japanese Journal of Applied Physics 58, SC0806 (2019) T. Hamaguchi et al, Applied Physics Express 13, 041002 (2020) C.L. Chua et al, "Anisotropic apertures for polarization-stablelaterally oxidized vertical-cavity lasers" Appl. Phys. Lett. 73,1631(1998) M.Ortsiefer et al,"Submilliamp long-wavelength InP-based vertical-cavity surface-emitting laser with stable linear polarisation" ELECTRONICS LETTERS 22nd June 2000 Vol. 36 No. 13
　ここで、ＶＣＳＥＬ素子等の半導体レーザ素子は外部に光学系を設け、出射された光を整形、調整して利用されるのが一般的である。その際、用いられる外部光学部品には特定の偏光方向に対して効果を発現するものが多い。よって、半導体レーザ素子には特定の偏光方向を有することが求められる。
　ＶＣＳＥＬ素子の偏光方向を制御するにはいくつかの方法が考えられるが、何らかの非対称性を持たせることが必須である。例えば、キャビティ（一対の反射鏡の間）の構造(屈折率分布)、ゲイン、ロス(反射率含む)などの各種パラメータに異方性を与えることが考えられる。ただし、それぞれの手法には偏光選択制の強弱があり、一般的には複数の偏光制御方法を組み合わせてより強固に偏光制御を得るという手法がとられることが多い。
　偏光制御方法のひとつはＶＣＳＥＬ素子を構成する結晶の面方位である。光の出射方向から見て結晶に非対称性があれば、利得に空間的な非対称性が産まれることから、出射される光にも非対称性、この場合は特定の偏光が生じる。例えば窒化物ＶＣＳＥＬ（ＧａＮ－ＶＣＳＥＬ）素子の場合、ｍ面や２０－２１面を用いると偏光が特定の方向に偏りやすい（非特許文献４参照）。
　しかしながら、ＶＣＳＥＬ素子の作成に多く用いられるＣ面においては非対称性に乏しく、出射光には特定の偏光が得られず、ＶＣＳＥＬ素子によってランダムである。Ｃ面に近い面（Ｃ面から数度以内の微小な傾斜をつけた面）を用いることで偏光を制御することも可能である。ただし、半極性面を用いた場合に比べてＣ面をオフセットしただけの場合は偏光選択制が弱く、またオフセット角の拡大は結晶成長時の基板表面にバンチングと呼ばれるうねりを引き起こすなどの特有の課題がある。この点がＣ面を用いる場合の問題である。これまでＣ面を用いたＧａＮ－ＶＣＳＥＬ素子において偏光を特定の方向に制御した例は報告に乏しい。
　別の偏光制御方法としては応力が挙げられる。ＶＣＳＥＬ素子に応力を付与することで結晶を歪ませ、バンドをスプリットさせて特定の方向への偏光を得ることが可能である。さらに別の偏光制御方法として、光軸方向から見た際のキャビティ構造を非対称とすることでその非対称性に応じた特定の方向に偏光を制御する手法もある。とりわけ、横方向の狭窄構造を非対称化することで偏光制御する例がある。例えばＧａＡｓを用いた場合は、高濃度のＡｌを含む層を横方向酸化することで横方向の狭窄構造を得るが、この平面図形を真円形以外の構造とすることで偏光を制御する試みが知られている（非特許文献５及び６参照）。
　上記のような既存の手法は、電流と光場の横方向狭窄を単一の構成要素で実現し、その単一の構成要素を非対称化することでなされるものである。一方で、近年研究の進んでいる凹面鏡型構造では、電流と光場とはそれぞれ別個の構造で制御されるという特有の事情があり、したがって、従来のように単一の構成要素を工夫して光と電流の双方の横方向閉じこめを非対称とする手法は必ずしも成立せず、より複雑な手法で光と電流の横方向の非対称性を設ける必要があった。
　以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、凹面鏡型構造を有し、偏光制御性に優れる垂直共振器型面発光レーザ素子を提供することにある。
　上記目的を達成するため、本技術に係る垂直共振器型面発光レーザ素子は、第１の光反射層と、第２の光反射層と、積層体とを具備する。
　上記第１の光反射層は、特定の波長の光を反射する。
　上記第２の光反射層は、上記波長の光を反射する。
　上記積層体は、第１の伝導型を有する半導体材料からなる第１の半導体層と、第２の伝導型を有する半導体材料からなる第２の半導体層と、上記第１の半導体層と上記第２の半導体層の間に配置され、キャリア再結合による発光を生じる活性層とを備え、上記第１の光反射層と上記第２の光反射層の間に配置されている。
　上記積層体には、電流を狭窄し、電流が集中する電流注入領域を形成する電流狭窄構造が設けられている。
　上記第１の光反射層には、上記積層体側の面が凹面、上記積層体とは反対側の面が凸面となる凹面鏡が設けられている。
　出射光の光軸方向から上記電流注入領域を見た平面図形を第１の図形とし、上記凹面鏡の上記活性層からの高さを表す等高線を上記光軸方向から見た平面図形を第２の図形とすると、上記第１の図形と上記第２の図形は相似ではない。
　上記目的を達成するため、本技術に係る垂直共振器型面発光レーザ素子は、第１の光反射層と、第２の光反射層と、積層体とを具備する。
　上記第１の光反射層は、特定の波長の光を反射する。
　上記第２の光反射層は、上記波長の光を反射する。
　上記積層体は、第１の伝導型を有する半導体材料からなる第１の半導体層と、第２の伝導型を有する半導体材料からなる第２の半導体層と、上記第１の半導体層と上記第２の半導体層の間に配置され、キャリア再結合による発光を生じる活性層とを備え、上記第１の光反射層と上記第２の光反射層の間に配置されている。
　上記積層体には、電流を狭窄し、電流が集中する電流注入領域を形成する電流狭窄構造が設けられている。
　上記第１の光反射層には、上記積層体側の面が凹面、上記積層体とは反対側の面が凸面となる凹面鏡が設けられている。
　出射光の光軸方向から上記電流注入領域を見た平面図形を第１の図形とし、上記凹面鏡の上記活性層からの高さを表す等高線を上記光軸方向から見た平面図形を第２の図形とすると、上記第１の図形の重心と上記第２の図形の重心は一致しない。
　上記目的を達成するため、本技術に係る垂直共振器型面発光レーザ素子は、第１の光反射層と、第２の光反射層と、積層体とを具備する。
　上記第１の光反射層は、特定の波長の光を反射する。
　上記第２の光反射層は、上記波長の光を反射する。
　上記積層体は、第１の伝導型を有する半導体材料からなる第１の半導体層と、第２の伝導型を有する半導体材料からなる第２の半導体層と、上記第１の半導体層と上記第２の半導体層の間に配置され、キャリア再結合による発光を生じる活性層とを備え、上記第１の光反射層と上記第２の光反射層の間に配置されている。
　上記積層体には、電流を狭窄し、電流が集中する電流注入領域を形成する電流狭窄構造が設けられている。
　上記第１の光反射層には、上記積層体側の面が凹面、上記積層体とは反対側の面が凸面となる凹面鏡が設けられている。
　出射光の光軸方向から上記電流注入領域を見た平面図形を第１の図形とし、上記凹面鏡の上記活性層からの高さを表す等高線を上記光軸方向から見た平面図形を第２の図形とすると、上記第１の図形と上記第２の図形は共に真円形ではなく、相似である。
　上記第１の図形は、円形、楕円形、矩形又はこれらの少なくとも２つの組み合わせからなる閉図形であり、
　上記第２の図形は、円形、楕円形、矩形又はこれらの少なくとも２つの組み合わせからなる閉図形であって、上記第１の図形とは相似でない図形であってもよい。
　上記光軸方向に垂直な平面内における、上記第１の図形の重心と上記第２の図形の重心の距離は０．０３μｍ以上であってもよい。
　上記第１の図形は、円形、楕円形、矩形又はこれらの少なくとも２つの組み合わせからなる閉図形であり、
　上記第２の図形は、円形、楕円形、矩形又はこれらの少なくとも２つの組み合わせからなる閉図形であって、上記第１の図形と相似である図形であってもよい。
　上記第１の図形の重心と上記第２の図形の重心は一致してもよい。
　上記電流狭窄構造は、上記積層体にイオンが注入されていない非イオン注入領域と、上記非イオン注入領域の周囲に設けられ、上記積層体にイオンが注入されたイオン注入領域とを有し、上記電流注入領域は上記非イオン注入領域であってもよい。
　上記第１の半導体層及び第２の半導体層は、ＧａＮからなるものであってもよい。
　上記第１の半導体層は、Ｃ面ＧａＮ基板であってもよい。
　上記イオンはホウ素イオンであってもよい。
　上記電流狭窄構造は、上記積層体においてトンネル接合が形成されたトンネル接合領域と、上記トンネル接合領域の周囲に設けられ、トンネル接合が形成されていない非トンネル接合領域とを有し、
　上記電流注入領域は上記トンネル接合領域であってもよい。
　上記トンネル接合領域は埋め込みトンネル接合により形成されていてもよい。
　上記トンネル接合領域は、イオンが注入されていないトンネル接合層により形成され、
　上記非トンネル接合領域は、イオンが注入されたトンネル接合層により形成されていてもよい。
　上記第１の半導体層及び第２の半導体層は、ＩｎＰからなるものであってもよい。
　上記電流狭窄構造は、上記積層体において半導体材料が酸化されていない非酸化領域と、上記非酸化領域の周囲に設けられ、半導体材料が酸化された酸化領域とを有し、
　上記電流注入領域は上記非酸化領域であってもよい。
　上記第１の半導体層及び第２の半導体層は、ＧａＡｓからなるものであってもよい。
　上記第１の半導体層は、上記活性層側の第１の面と上記活性層とは反対側の第２の面を有し、上記第２の面には凸型曲面を形成する基部が設けられ、
　上記第１の光反射層は上記第２の面上に設けられた多層光反射膜であり、上記第１の光反射層多層光反射膜のうち上記基部上に設けられた部分が上記凹面鏡を形成してもよい。
　上記活性層側の第１の面と上記活性層とは反対側の第２の面を有し、上記第２の面には凸型曲面を形成する基部が設けられた基板をさらに具備し、
　上記第１の光反射層は上記第２の面上に設けられた多層光反射膜であり、上記第１の光反射層多層光反射膜のうち上記基部上に設けられた部分が上記凹面鏡を形成してもよい。
　上記凹面鏡は、上記活性層側の面である凹面を有し、上記凹面は曲率半径が１０００μｍ以下であってもよい。
本技術の第１の実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子の断面図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の一部構成の分解断面図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の電流注入領域及び絶縁領域を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の電流注入領域と凹面鏡の位置関係を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の動作を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子が備える凹面鏡の等高線を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子が備える凹面鏡の、等高線の平面図形を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子が備える電流注入領域の平面図形を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子が備える凹面鏡の等高線と電流注入領域の平面図形の関係を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子が備える凹面鏡の等高線と電流注入領域の平面図形の関係を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子が備える凹面鏡の等高線と電流注入領域の平面図形の関係を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子が備える凹面鏡の等高線と電流注入領域の平面図形の関係を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子が備える凹面鏡の等高線と電流注入領域の平面図形の関係を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子が備える凹面鏡の等高線と電流注入領域の平面図形の関係を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子が備える凹面鏡の等高線と電流注入領域の平面図形の関係を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子が備える凹面鏡の等高線と電流注入領域の平面図形の関係を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子が備える凹面鏡の等高線と電流注入領域の平面図形の関係を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子が備える凹面鏡の等高線と電流注入領域の平面図形の関係を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子が備える凹面鏡の等高線と電流注入領域の平面図形の関係を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子が備える凹面鏡の等高線と電流注入領域の平面図形の関係を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子が備える凹面鏡の等高線と電流注入領域の平面図形の関係を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子が備える凹面鏡の等高線と電流注入領域の平面図形の関係を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子が備える凹面鏡の等高線と電流注入領域の平面図形の関係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。 本技術の第２の実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子の断面図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の電流注入領域及び絶縁領域を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の電流注入領域と凹面鏡の位置関係を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子が備える凹面鏡の等高線を示す模式図である。 本技術の第２の実施形態に係る、別の構成を有するＶＣＳＥＬ素子の断面図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の電流注入領域と凹面鏡の位置関係を示す模式図である。 本技術の第３の実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子の断面図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の電流注入領域及び絶縁領域を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の電流注入領域と凹面鏡の位置関係を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子が備える凹面鏡の等高線を示す模式図である。
　（第１の実施形態）
　本技術の第１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。本開示の各図において、ＶＣＳＥＬ素子から出射される光の光軸方向をＺ方向とし、Ｚ方向に直交する一方向をＸ方向、Ｚ方向及びＸ方向に直交する方向をＹ方向とする。
　[ＶＣＳＥＬ素子の構造]
　図１は本実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子１００の断面図であり、図２はＶＣＳＥＬ素子１００の一部構成を分解して示す模式図である。これらの図に示すように、ＶＣＳＥＬ素子１００は、第１半導体層１０１、第２半導体層１０２、活性層１０３、第１光反射層１０４、第２光反射層１０５、第１電極１０６及び第２電極１０７を備える。このうち、第1半導体層１０１、第２半導体層１０２及び活性層１０３を併せて積層体１５０とする。
　これらの各層は、Ｘ－Ｙ平面に沿った層面方向を有し、第１電極１０６、第１光反射層１０４、第１半導体層１０１、活性層１０３、第２半導体層１０２、第２電極１０７及び第２光反射層１０５の順で積層されている。したがって、積層体１５０は第１光反射層１０４と第２光反射層１０５の間に配置されている。
　第１半導体層１０１は、第１の伝導型を有する半導体からなり、キャリアを活性層１０３に輸送する層である。第１の伝導型はｎ型とすることができ、第１半導体層１０１は例えばＣ面ｎ－ＧａＮ基板とすることができる。図２は、第１半導体層１０１と第１光反射層１０４を分離して示す図である。同図に示すように第１半導体層１０１は、活性層１０３側の第１面１０１ａと、活性層１０３とは反対側の第２面１０１ｂを有する。
　第１半導体層１０１の第２面１０１ｂ側には、基部１０１ｃが設けられている。基部１０１ｃは第２面１０１ｂにおいて凸型曲面状に突出した部分であり、例えば球面レンズ形状を有する。また、基部１０１ｃの形状は球面レンズ形状に限られず、第２面１０１ｂが凸型曲面となる形状であればよい。
　第２半導体層１０２は、第２の伝導型を有する半導体からなり、キャリアを活性層１０３に輸送する層である。第２の伝導型はｐ型とすることができ、第２半導体層１０２は例えばｐ－ＧａＮからなるものとすることができる。
　活性層１０３は、第１半導体層１０１と第２半導体層１０２の間に配置され、キャリア再結合による発光を生じる層である。活性層１０３は、量子井戸層と障壁層が交互に複数層積層された多重量子井戸構造を有し、量子井戸層は例えばＩｎ0.16Ｇａ0.84Ｎからなり、障壁層は例えばＩｎ0.04Ｇａ0.96Ｎからなるものとすることができる。また、活性層１０３は多重量子井戸構造の他にも、キャリア再結合による発光を生じる層であればよい。
　第１光反射層１０４は、特定の波長（以下、波長λ）の光を反射し、それ以外の波長の光を透過する。波長λは例えば４４５ｎｍである。第１光反射層１０４は、図１に示すように、それぞれ光学膜厚λ／４を有する高屈折率層１０４ａと低屈折率層１０４ｂを交互に複数層積層した多層光反射膜からなるＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector：分布ブラッグ反射鏡）とすることができる。第１光反射層１０４は半導体材料からなる半導体ＤＢＲであってもよく、誘電体材料からなる誘電体ＤＢＲであってもよい。
　第１光反射層１０４は、凹面鏡１０４ｃを有する。第１光反射層１０４は一定の厚みで第１半導体層１０１の第２面１０１ｂ上に積層され、図２に示すように、第２面１０１ｂに設けられた基部１０１ｃの形状にしたがって積層体１５０側の面は凹面１０４ｄを形成し、積層体１５０とは反対側の面は凸面１０４ｅを形成する。これにより第１光反射層１０４は、凹面鏡１０４ｃを形成する。凹面鏡１０４ｃの直径Ｄ（図２参照）は２０００μｍ以下、凹面１０４ｄの曲率半径（ＲＯＣ：radius of curvature）は１０００μｍ以下、面精度（ＲＭＳ：Root Mean Square）は１．０ｎｍ以下が好適である。凹面１０４ｄの曲率半径は１００μｍ以下がより好適である。
　第２光反射層１０５は、波長λの光を反射し、それ以外の波長の光を透過する。第２光反射層１０５は、図１に示すように、それぞれ光学膜厚λ／４を有する高屈折率層１０５ａと低屈折率層１０５ｂを交互に複数層積層した多層光反射膜からなるＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector：分布ブラッグ反射鏡）とすることができる。第２光反射層１０５は半導体材料からなる半導体ＤＢＲであってもよく、誘電体材料からなる誘電体ＤＢＲであってもよい。
　第１電極１０６は第１光反射層１０４上において凹面鏡１０４ｃの周囲に設けられ、ＶＣＳＥＬ素子１００の一方の電極として機能する。第１電極１０６は例えばＡｕ、Ｎｉ又はＴｉ等からなる単層金属膜や、Ｔｉ／Ａｕ、Ａｇ／Ｐｄ又はＮｉ／Ａｕ／Ｐｔ等からなる多層金属膜とすることができる。
　第２電極１０７は第２半導体層１０２と第２光反射層１０５の間に配置され、ＶＣＳＥＬ素子１００の他方の電極として機能する。第２電極１０７は例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）又はＡｌＭｇＺｎＯ等の透明導電性材料からなるものとすることができる。
　ＶＣＳＥＬ素子１００では積層体１５０に電流狭窄構造が形成されている。図３は電流狭窄構造を示す模式図である。電流狭窄構造は同図に示すように、電流注入領域１２１と絶縁領域１２２（ドットを付した領域）を有する。電流注入領域１２１は、イオンが注入されていない領域（非イオン注入領域）であり導電性を有する領域である。絶縁領域１２２は、層面方向（Ｘ－Ｙ方向）において電流注入領域１２１を囲む領域であり、積層体１５０を構成する半導体材料にイオンが注入され、絶縁化された領域（イオン注入領域）である。絶縁領域１２２に注入されたイオンはＢ（ホウ素）イオンとすることができる。また、Ｂイオンの他にもＯ（酸素）イオンやＨ（水素）イオン等、半導体材料の絶縁化が可能なイオンを用いてもよい。
　ＶＣＳＥＬ素子１００を流れる電流は、絶縁領域１２２を通過できず、電流注入領域１２１に集中する。即ち、電流注入領域１２１及び絶縁領域１２２によって電流狭窄構造が形成されている。なお、絶縁領域１２２は、第１半導体層１０１、活性層１０３及び第２半導体層１０２のうち全てに設けられなくてもよく、これらの層の内少なくともいずれか１層に設けられたものであればよい。
　図４は、電流注入領域１２１と凹面鏡１０４ｃの位置関係を示す模式図である。図４（ａ）は電流注入領域１２１と凹面鏡１０４ｃを、ＶＣＳＥＬ素子１００から出射されるレーザ光の光軸方向（Ｚ方向）から見た図であり、図４（ｂ）はＶＣＳＥＬ素子１００の模式的断面図である。図４（ａ）に示すように、凹面鏡１０４ｃはＺ方向から見て電流注入領域１２１を含むように形成されている。また、凹面鏡１０４ｃは、活性層１０３側から入射する光を電流注入領域１２１に集光する凹面形状に形成されている。
　なお、図４（ａ）に示す、レーザ光の光軸方向（Ｚ方向）から見た電流注入領域１２１の平面図形は、図４（ｂ）に示すように、電流注入領域１２１のうち最も層面方向（Ｘ－Ｙ方向）の径が小さい部分の平面図形である。電流注入領域１２１は、第２半導体層１０２と第２電極１０６の界面から離間するにつれて径が大きくなるため、電流注入領域１２１の平面形状は同界面における電流注入領域１２１の形状である。
　[ＶＣＳＥＬ素子の動作]
　ＶＣＳＥＬ素子１００の動作について説明する。図５は、ＶＣＳＥＬ素子１００の動作を示す模式図である。第１電極１０６と第２電極１０７の間に電圧を印加すると、第１電極１０６と第２電極１０７の間に電流が流れる。電流は電流狭窄構造により狭窄され、図５に矢印Ｃとして示すように電流注入領域１２１に注入される。
　この注入電流によって活性層１０３の電流注入領域１２１近傍において自然放出光Ｆが生じる。自然放出光ＦはＶＣＳＥＬ素子１００の積層方向（Ｚ方向）に進行し、第１光反射層１０４及び第２光反射層１０５によって反射される。
　第１光反射層１０４及び第２光反射層１０５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の成分は第１光反射層１０４及び第２光反射層１０５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を生じる。これにより生じたレーザ光Ｌは、第２光反射層１０５を透過し、Ｚ方向を光軸方向としてＶＣＳＥＬ素子１００から出射される。
　ここで、ＶＣＳＥＬ素子１００では、第１光反射層１０４に凹面鏡１０４ｃが設けられている。このため、第１光反射層１０４に入射した光は凹面鏡１０４ｃの形状に応じた方向に反射され、電流注入領域１２１に集光される。このため、レーザ光Ｌの光場は凹面鏡１０４ｃよって制御される。また、ＶＣＳＥＬ素子１００を流れる電流は上記のように電流注入領域１２１によって制御される。即ちＶＣＳＥＬ素子１００では、光場と電流がそれぞれ別の構造によって制御される。
　［凹面鏡の等高線と電流注入領域の平面図形について］
　凹面鏡１０４ｃの等高線と電流注入領域１２１の平面図形について説明する。なお、以下の説明において「平面図形」とは、レーザ光Ｌの光軸方向（Ｚ方向）から見た等高線及び電流注入領域１２１の形状を指す。
　＜凹面鏡の等高線について＞
　図６は、凹面鏡１０４ｃの等高線を示す模式図である。図６（ａ）は、凹面鏡１０４ｃの等高線Ｔの平面図形を示す平面図であり、図６（ｂ）はＶＣＳＥＬ素子１００の一部の模式的断面図である。図６（ｂ）に示すように、第１半導体層１０１と活性層１０３の界面を基準面Ｓとする。等高線Ｔは、基準面Ｓからの凹面１０４ｄの高さＨを線で表したものである。
　＜凹面鏡等高線の平面図形について＞
　図７は、ＶＣＳＥＬ素子１００の等高線Ｔが有する平面図形の一例を示す模式図である。図７（ａ）は、等高線Ｔの平面図形を示す平面図であり、図７（ｂ）はＶＣＳＥＬ素子１００の模式的断面図である。
　同図に示すように、等高線Ｔの平面図形が楕円形の場合、楕円の長手方向（Ｘ方向）を偏光方向とする偏光（以下、長手偏光）と、楕円の短手方向（Ｙ方向）を偏光方向とする偏光（以下、短手偏光）では、凹面鏡１０４ｃの実質的な曲率が相違する。これは偏光が、偏光方向に一致する向きの凹面鏡１０４ｃの曲率に敏感となるためである。このため、それぞれの偏光にとっての実効的な共振器長（第１光反射層１０４と第２光反射層１０５の距離）が相違し、長手偏光と短手偏光の間で共振波長が相違する。
　このため、長手偏光と短手偏光の間で波長的なオーバーラップが弱まり、長手偏光と短手偏光がそれぞれ安定する。長手偏光と短手偏光の波長が同一だと双方の間でエネルギーが授受されやすく、波長が異なるとエネルギーが授受されにくいためである。これにより、等高線Ｔの平面図形が楕円形である場合、真円形である場合に比べて偏光の制御性が向上する。
　なお、等高線Ｔの平面図形は楕円形に限られず、後述するように円形、楕円形、矩形又はこれらの少なくとも２つの組み合わせからなる閉図形とすることができる。このうち、等高線Ｔの平面図形が真円形以外の形状であれば、上述の原理により偏光の制御性を向上させることができる。
　＜電流注入領域の平面図形について＞
　図８は、ＶＣＳＥＬ素子１００の電流注入領域１２１が有する平面図形の他の例を示す模式図である。図８（ａ）は、電流注入領域１２１の平面図形を示す平面図であり、図８（ｂ）はＶＣＳＥＬ素子１００の模式的断面図である。
　同図に示すように、電流注入領域１２１の平面図形が楕円形の場合、第２電極１０６から電流注入領域１２１の中央部へ注入される電流が増加する。第２電極１０６は一定の膜抵抗を有するため、電流は電流注入領域１２１の外周部へ流入しやすいが、電流注入領域１２１の平面図形が楕円形の場合、真円形である場合に比べて電流注入領域１２１の短手方向（Ｘ方向）の周縁が中央部に接近するためである。
　電流注入領域１２１の中央部へ注入される電流が増加すると、基本横モードが安定化しやすくなる。基本横モードは、レーザ光Ｌのビームプロファイル（照射スポット形状）のうち中央部の光量が最も多く、周辺部に渡って次第に光量が減少するプロファイルである。なお、電流注入領域１２１の平面図形は楕円形に限られず、後述するように円形、楕円形、矩形又はこれらの少なくとも２つの組み合わせからなる閉図形とすることができる。このうち、電流注入領域１２１の平面図形が真円形以外の形状であれば、上述の原理により基本横モードを安定化しやすくすることができる。
　［凹面鏡と電流注入領域の関係について］
　ＶＣＳＥＬ素子１００では、電流注入領域１２１の平面図形（第１の図形）と凹面鏡１０４ｃの等高線Ｔの平面図形（第２の図形）が以下に示すいずれかの関係を有する。図９乃至図２３は、電流注入領域１２１の平面図形と等高線Ｔの平面図形の例を示す模式図である。各図において図（ａ）は、等高線Ｔ及び電流注入領域１２１の平面図形を示す平面図であり、図（ｂ）はＶＣＳＥＬ素子１００の模式的断面図である。
　＜１．非相似＞
　電流注入領域１２１の平面図形と等高線Ｔの平面図形は相似ではないものとすることができる。具体的には、電流注入領域１２１の平面図形は円形、楕円形、矩形又はこれらの少なくとも２つの組み合わせからなる閉図形とすることができる。等高線Ｔの平面図形は円形、楕円形、矩形又はこれらの少なくとも２つの組み合わせからなる閉図形であって、電流注入領域１２１の平面図形とは相似でない図形とすることができる。電流注入領域１２１の平面図形と等高線Ｔの平面図形はどちらか一方であれば真円形であってもよい。また、電流注入領域１２１の平面図形の重心と等高線Ｔの平面図形の重心は一致するものとすることができる。以下、電流注入領域１２１の平面図形と等高線Ｔの平面図形が相似ではない場合の、電流注入領域１２１の平面図形と等高線Ｔの平面図形の具体例を挙げる。
　図９に示すように、電流注入領域１２１の平面図形は真円形であり、等高線Ｔの平面図形はＸ方向を長手方向とする楕円形とすることができる。電流注入領域１２１の平面図形の重心と等高線Ｔの平面図形の重心は一致している。電流注入領域１２１の平面図形は例えば、直径５μｍの真円形とすることができ、等高線Ｔの平面図形は例えば、長手方向径：短手方向径が５：２の楕円形とすることができる。
　また、図１０に示すように、電流注入領域１２１の平面図形はＸ方向を長手方向とする角丸長方形であり、等高線Ｔの平面図形はＸ方向を長手方向とする楕円形とすることができる。電流注入領域１２１の平面図形の重心と等高線Ｔの平面図形の重心は一致している。電流注入領域１２１の平面図形は例えば、長辺５μｍ、短辺３μｍの角丸長方形とすることができ、等高線Ｔの平面図形は例えば、長手方向径：短手方向径が５：２の楕円形とすることができる。
　また、図１１に示すように、電流注入領域１２１の平面図形はＸ方向を長手方向とする両端部が半円形の長方形であり、等高線Ｔの平面図形はＸ方向を長手方向とする楕円形とすることができる。電流注入領域１２１の平面図形の重心と等高線Ｔの平面図形の重心は一致している。電流注入領域１２１の平面図形は例えば、長手方向幅５μｍ、短手方向幅２μｍの形状とすることができ、等高線Ｔの平面図形は例えば、長手方向径：短手方向径が５：２の楕円形とすることができる。
　また、図１２に示すように、電流注入領域１２１の平面図形はＸ方向とＹ方向の間の方向を長手方向とする、両端部が半円形の長方形であり、等高線Ｔの平面図形はＸ方向を長手方向とする楕円形とすることができる。電流注入領域１２１の平面図形の重心と等高線Ｔの平面図形の重心は一致している。電流注入領域１２１の平面図形は例えば、長手方向幅５μｍ、短手方向幅２μｍの形状とすることができ、等高線Ｔの平面図形は例えば、長手方向径：短手方向径が５：２の楕円形とすることができる。
　また、図１３に示すように、電流注入領域１２１の平面図形は角丸三角形であり、等高線Ｔの平面図形はＸ方向を長手方向とする楕円形とすることができる。電流注入領域１２１の平面図形の重心と等高線Ｔの平面図形の重心は一致している。電流注入領域１２１の平面図形は例えば、各辺５μｍの角丸三角形とすることができ、等高線Ｔの平面図形は例えば、長手方向径：短手方向径が５：２の楕円形とすることができる。
　また、図１４に示すように、電流注入領域１２１の平面図形は角丸長方形と楕円形を組み合わせた形状であり、等高線Ｔの平面図形はＸ方向を長手方向とする楕円形とすることができる。電流注入領域１２１の平面図形の重心と等高線Ｔの平面図形の重心は一致している。電流注入領域１２１の平面図形は例えば、長辺５μｍ、短辺３μｍの形状とすることができ、等高線Ｔの平面図形は例えば、長手方向径：短手方向径が５：２の楕円形とすることができる。
　また、図１５に示すように、電流注入領域１２１の平面図形は２つの角丸長方形を組み合わせた形状であり、等高線Ｔの平面図形はＸ方向を長手方向とする楕円形とすることができる。電流注入領域１２１の平面図形の重心と等高線Ｔの平面図形の重心は一致している。電流注入領域１２１の平面図形は例えば、長辺５μｍ、短辺３μｍの形状とすることができ、等高線Ｔの平面図形は例えば、長手方向径：短手方向径が５：２の楕円形とすることができる。
　また、図１６に示すように、電流注入領域１２１の平面図形はＹ方向を長手方向とする楕円形であり、等高線Ｔの平面図形は真円形とすることができる。電流注入領域１２１の平面図形の重心と等高線Ｔの平面図形の重心は一致している。電流注入領域１２１の平面図形は例えば、長手方向幅５μｍ、短手方向幅３μｍの楕円形とすることができる。
　図９乃至図１６に示すように、電流注入領域１２１の平面図形と等高線Ｔの平面図形は相似ではないものとすることができる。電流注入領域１２１の平面図形と等高線Ｔの平面図形は共に上述のものに限定されず、円形、楕円形、矩形又はこれらの少なくとも２つの組み合わせからなる閉図形であって、相似でないものであればよい。
　電流注入領域１２１の平面図形と等高線Ｔの平面図形が相似ではない場合、特定の偏光方向を有する偏光の利得が向上する。これは、偏光方向によって凹面鏡１０４ｃの実質的な曲率が相違し、電流注入領域１２１のうち注入電流が多い領域を通過する程度が相違するため、注入電流から受ける利得が偏光方向によって相違することによる。これによって、特定の方向を偏光方向とする偏光が安定化するため、ＶＣＳＥＬ素子１００の偏光の制御性を向上させることが可能である。
　＜２．相似かつ非真円＞
　電流注入領域１２１の平面図形と等高線Ｔの平面図形は相似であって、真円形ではないものとすることができる。具体的には、電流注入領域１２１の平面図形は円形、楕円形、矩形又はこれらの少なくとも２つの組み合わせからなる閉図形であって、真円形ではないものとすることができる。等高線Ｔの平面図形は円形、楕円形、矩形又はこれらの少なくとも２つの組み合わせからなる閉図形であって真円形ではなく、電流注入領域１２１の平面図形と相似である図形とすることができる。また、電流注入領域１２１の平面図形の重心と等高線Ｔの平面図形の重心は一致するものとすることができる。以下、電流注入領域１２１の平面図形と等高線Ｔの平面図形が相似であって真円形ではない場合の、電流注入領域１２１の平面図形と等高線Ｔの平面図形の具体例を挙げる。
　図１７に示すように、電流注入領域１２１の平面図形はＸ方向を長手方向とする楕円形であり、等高線Ｔの平面図形は電流注入領域１２１の平面図形と相似である楕円形とすることができる。電流注入領域１２１の平面図形の重心と等高線Ｔの平面図形の重心は一致している。電流注入領域１２１の平面図形は例えば、長手方向径５μｍ、短手方向径２μｍの楕円形とすることができ、等高線Ｔの平面図形は例えば、長手方向径：短手方向径が５：２の楕円形とすることができる。
　また、図１８に示すように、電流注入領域１２１の平面図形はＸ方向を長手方向とする両端部が半円形の長方形であり、等高線Ｔの平面図形は電流注入領域１２１の平面図形と相似である両端部が半円形の長方形とすることができる。電流注入領域１２１の平面図形の重心と等高線Ｔの平面図形の重心は一致している。電流注入領域１２１の平面図形は例えば、長手方向幅５μｍ、短手方向幅２μｍの形状とすることができ、等高線Ｔの平面図形は例えば、長手方向幅：短手方向幅が５：２の形状とすることができる。
　また、図１９に示すように、電流注入領域１２１の平面図形は角丸三角形であり、等高線Ｔの平面図形は電流注入領域１２１の平面図形と相似である角丸三角形とすることができる。電流注入領域１２１の平面図形の重心と等高線Ｔの平面図形の重心は一致している。電流注入領域１２１の平面図形は例えば、各辺５μｍの角丸三角形とすることができる。
　図１７乃至図１９に示すように、電流注入領域１２１の平面図形と等高線Ｔの平面図形は相似であって真円形ではないものとすることができる。電流注入領域１２１の平面図形と等高線Ｔの平面図形は共に上述のものに限定されず、円形、楕円形、矩形又はこれらの少なくとも２つの組み合わせからなる閉図形で真円形ではなく、相似あればよい。
　等高線Ｔの平面図形が真円形ではない場合、偏光方向によって凹面鏡１０４ｃの実質的な曲率が相違するため、各方向に偏光するそれぞれの偏光にとっての実効的な共振器長が相違し、それぞれの偏光の間で共振波長が相違する。このため、それぞれの偏光の間で波長的なオーバーラップが弱まり、それぞれの偏光が安定する。
　さらに、電流注入領域１２１の平面図形が真円形ではない場合、電流注入領域１２１の周縁が中央部に接近するため、第２電極１０６から電流注入領域１２１の中央部へ注入される電流が増加し、基本横モードが安定化しやすくなる。ここで、等高線Ｔの平面図形と電流注入領域１２１の平面図形が相似である場合、上述した偏光の安定性向上という効果と基本横モードの安定性向上という効果が重畳されるため、ＶＣＳＥＬ素子１００の偏光の制御性を向上させることが可能である。
　＜３．重心の相違＞
　電流注入領域１２１の平面図形と等高線Ｔの平面図形は重心が相違するものとすることができる。具体的には、電流注入領域１２１の平面図形は円形、楕円形、矩形又はこれらの少なくとも２つの組み合わせからなる閉図形とすることができる。等高線Ｔの平面図形は円形、楕円形、矩形又はこれらの少なくとも２つの組み合わせからなる閉図形とすることができ、重心が電流注入領域１２１の平面図形とは相違するものとすることができる。光軸方向（Ｚ方向）に垂直な平面（Ｘ-Ｙ平面）における、電流注入領域１２１の平面図形と等高線Ｔの平面図形の重心間の距離は０．０３μｍ以上が好適である。電流注入領域１２１の平面図形と等高線Ｔの平面図形は相似であってもよく、相似でなくてもよい。以下、電流注入領域１２１の平面図形と等高線Ｔの平面図形は重心が相違する場合の、電流注入領域１２１の平面図形と等高線Ｔの平面図形の具体例を挙げる。
　図２０に示すように、電流注入領域１２１の平面図形は真円形であり、等高線Ｔの平面図形も真円形とすることができる。電流注入領域１２１の平面図形の重心Ｐ１と等高線Ｔの平面図形の重心Ｐ２はＹ方向に相違している。電流注入領域１２１の平面図形は例えば、直径４μｍの真円形とすることができる。重心Ｐ１と重心Ｐ２の距離（Ｙ方向）は例えば０．５μｍとすることができる。
　また、図２１に示すように、電流注入領域１２１の平面図形はＸ方向を長手方向とする楕円形であり、等高線Ｔの平面図形はＸ方向を長手方向とする楕円形とすることができる。電流注入領域１２１の平面図形の重心Ｐ１と等高線Ｔの平面図形の重心Ｐ２は両者の長手方向（Ｘ方向）に相違している。電流注入領域１２１の平面図形は例えば、長手方向径８μｍ、短手方向径４μｍの楕円形とすることができ、等高線Ｔの平面図形は例えば、長手方向径：短手方向径が５：２の楕円形とすることができる。重心Ｐ１と重心Ｐ２の距離（Ｘ方向）は例えば０．５μｍとすることができる。
　また、図２２に示すように、電流注入領域１２１の平面図形はＸ方向を長手方向とする楕円形であり、等高線Ｔの平面図形はＸ方向を長手方向とする楕円形とすることができる。電流注入領域１２１の平面図形の重心Ｐ１と等高線Ｔの平面図形の重心Ｐ２は両者の短手方向（Ｙ方向）に相違している。電流注入領域１２１の平面図形は例えば、長手方向径８μｍ、短手方向径４μｍの楕円形とすることができ、等高線Ｔの平面図形は例えば、長手方向径：短手方向径が５：２の楕円形とすることができる。重心Ｐ１と重心Ｐ２の距離（Ｙ方向）は例えば０．５μｍとすることができる。
　また、図２３に示すように、電流注入領域１２１の平面図形はＸ方向を長手方向とする楕円形であり、等高線Ｔの平面図形は真円形とすることができる。電流注入領域１２１の平面図形の重心Ｐ１と等高線Ｔの平面図形の重心Ｐ２は電流注入領域１２１の長手方向（Ｘ方向）及び短手方向（Ｙ方向）に相違している。電流注入領域１２１の平面図形は例えば、直径４μｍの真円形とすることができ、等高線Ｔの平面図形は例えば、長手方向径：短手方向径が５：２の楕円形とすることができる。重心Ｐ１と重心Ｐ２の距離（Ｘ－Ｙ方向）は例えば０．５μｍとすることができる。
　図２０乃至図２３に示すように、電流注入領域１２１の平面図形と等高線Ｔの平面図形は重心が相違するものとすることができる。電流注入領域１２１の平面図形と等高線Ｔの平面図形は共に上述のものに限定されず、円形、楕円形、矩形又はこれらの少なくとも２つの組み合わせからなる閉図形であればよい。
　電流注入領域１２１の平面図形と等高線Ｔの平面図形の重心が相違する場合、特定の偏光方向を有する偏光の利得が向上する。これは、双方の平面図形の重心が異なることで、偏光方向によって電流注入領域１２１のうち注入電流が多い領域を通過する程度が相違するため、注入電流から受ける利得が偏光方向によって相違することによる。これによって、特定の方向を偏光方向とする偏光が安定化するため、ＶＣＳＥＬ素子１００の偏光の制御性を向上させることが可能である。
　［ＶＣＳＥＬ素子による効果］
　以上のようにＶＣＳＥＬ素子１００では、電流注入領域１２１の平面図形と等高線Ｔの平面図形が上記いずれかの関係を有することにより、光と電流に対して横方向（Ｘ－Ｙ方向）の非対称性を設け、ＶＣＳＥＬ素子１００の偏光の制御性を向上させることが可能である。ＶＣＳＥＬ素子１００では偏光制御に結晶の非対称性を利用しないため、結晶が非対称性を有しない基板（Ｃ面基板等）を利用してＶＣＳＥＬ素子１００を作製することも可能である。
　［ＶＣＳＥＬ素子の製造方法］
　ＶＣＳＥＬ素子１００の製造方法について説明する。図２４乃至図２６は、ＶＣＳＥＬ素子１００の製造方法を示す模式図である。まず、図２４に示すように積層体１５０を作製する。積層体１５０は、第１半導体層１０１（基板）上に活性層１０３及び第２半導体層１０２を積層して作製することができる。活性層１０３及び第２半導体層１０２は有機金属化学的気相成長（ＭＯＣＶＤ；Metal Organic-Chemical Vapor Deposition）法等により積層することができる。
　続いて、図２５に示すように、絶縁領域１２２を形成する。絶縁領域１２２は、第２半導体層１０２側から積層体１５０にイオンを注入することにより形成することができる。この際、マスクにより、第２半導体層１０２の一部領域を被覆しておくことにより、イオンが注入されない領域である電流注入領域１２１を形成することができる。
　続いて、図２６に示すように、第１半導体層１０１の第２面１０１ｂに基部１０１ｃを形成する。具体的には第２面１０１ｂを研磨後、第２面１０１ｂ上にパターニングされたレジスト層を形成し、レジスト層を加熱してリフローさせ、レジストパターンを得る。レジストパターンは基部１０１ｃと同じ形状（あるいは類似した形状）となるようにする。続いて、レストパターン及び第２面１０１ｂをエッチングすることによって基部１０１ｃを形成することができる。このエッチングは例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ；Reactive Ion Etching）とすることができる。
　続いて、第１光反射層１０４、第２光反射層１０５、第１電極１０６及び第２電極１０７をそれぞれ形成し、図１に示すＶＣＳＥＬ素子１００を作製することができる。これらの各層はスパッタリング法や真空蒸着法等によって行うことができる。第１半導体層１０１に第１光反射層１０４を積層する際、第２面１０１ｂには基部１０１ｃが設けられているため、凹面鏡１０４ｃが形成される。
　ＶＣＳＥＬ素子１００は以上のようにして製造することができる。なお、ＶＣＳＥＬ素子１００の製造方法はここに示すものに限られず、他の製造方法によってＶＣＳＥＬ素子１００を製造することも可能である。
　［ＶＣＳＥＬ素子の他の構成］
　上記説明において、第１半導体層１０１と活性層１０３の界面を基準面Ｓとし、凹面鏡１０４ｃの等高線Ｔは基準面Ｓからの凹面１０４ｄの高さを表す線とした（図６参照）が、基準面Ｓからの凸面１０４ｅの高さを表す線を等高線Ｔとしてもよい。また、基準面Ｓは、第１半導体層１０１と活性層１０３の界面ではなく、第２電極１０７と第２光反射層１０５の界面としてもよい。
　また、凹面鏡１０４ｃは、第１半導体層１０１に設けられた基部１０１ｃ上に積層され、凹面鏡形状に形成されるとしたが、これに限られない。第1半導体層１０１の第２面１０１ｂ（図２参照）上に誘電体材料や合成樹脂等からなり、基部１０１ｃと同様の形状を有する構造を設け、その構造によって第１光反射層１０４に凹面鏡１０４ｃを形成してもよい。
　さらに、第１半導体層１０１はｎ型半導体材料からなり、第２半導体層１０２はｐ型半導体材料からなるものとしたが、第１半導体層１０１がｐ型半導体材料からなり、第２半導体層１０２はｎ型半導体材料からなるものとしてもよい。また、ＶＣＳＥＬ素子１００は、上述した各構成の他にも、上記ＶＣＳＥＬ素子１００の動作を実現可能とする他の構成を有していてもよい。
　（第２の実施形態）
　本技術の第２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。本実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子は、第１の実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子に対して主に電流狭窄構造が異なる。
　[ＶＣＳＥＬ素子の構造]
　図２７は本実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子２００の断面図である。同図に示すように、ＶＣＳＥＬ素子２００は、基板２０１、第１半導体層２０２、第２半導体層２０３、第３半導体層２０４、活性層２０５、トンネル接合層２０６、第１光反射層２０７、第２光反射層２０８、第１電極２０９、第２電極２１０及び絶縁膜２１１を備える。このうち、第1半導体層２０２、第２半導体層２０３、第３半導体層２０４、活性層２０５及びトンネル接合層２０６を併せて積層体２５０とする。
　これらの各層は、Ｘ－Ｙ平面に沿った層面方向を有し、第１光反射層２０７、基板２０１、第１半導体層２０２、活性層２０５、第２半導体層２０３、第３半導体層２０４、第２光反射層２０８の順で積層されている。したがって、積層体２５０は第１光反射層２０７と第２光反射層２０８の間に配置されている。
　基板２０１は、ＶＣＳＥＬ素子２００の各層を支持する。基板２０１は例えば、（１０１）面半絶縁性ＩｎＰ基板とすることができる。図２７に示すように、基板２０１は、活性層２０５側の第１面２０１ａと、活性層２０５とは反対側の第２面２０１ｂを有する。基板２０１の第２面１０１ｂ側には、基部２０１ｃが設けられている。基部２０１ｃは第２面２０１ｂにおいて凸型曲面状に突出した部分であり、例えば球面レンズ形状を有する。また、基部２０１ｃの形状は球面レンズ形状に限られず、第２面２０１ｂが凸型曲面となる形状であればよい。
　第１半導体層２０２は、第１の伝導型を有する半導体からなり、キャリアを活性層２０５に輸送する層である。第１の伝導型はｎ型とすることができ、第１半導体層２０２は例えばｎ－ＩｎＰからなる層とすることができる。第２半導体層２０３は、第２の伝導型を有する半導体からなり、キャリアを活性層２０５に輸送する層である。第２の伝導型はｐ型とすることができ、第２半導体層２０３は例えばｐ－ＩｎＰからなる層とすることができる。第３半導体層２０４は、第１の伝導型を有する半導体からなり、キャリアをトンネル接合層２０６に輸送する層である。第３半導体層２０４は例えばｎ－ＩｎＰからなる層とすることができる。
　活性層２０５は、第１半導体層２０２と第２半導体層２０３の間に配置され、キャリア再結合による発光を生じる層である。活性層２０５は、量子井戸層と障壁層が交互に複数層積層された多重量子井戸構造を有し、量子井戸層は例えばＩｎＧａＡｓＰからなり、障壁層は例えば量子井戸層とは組成が異なるＩｎＧａＡｓＰからなるものとすることができる。また、活性層２０５は多重量子井戸構造の他にも、キャリア再結合による発光を生じる層であればよい。
　トンネル接合層２０６は、埋め込みトンネル接合（Buried Tunnel Junction）を形成する。トンネル接合層２０６は、第２半導体層２０３の中央部と第３半導体層２０４の中央部の間に配置されている。トンネル接合層２０６は、第２半導体層２０３側の第１層２０６ａと第３半導体層２０４側の第２層２０６ｂを有する。第１層２０６ａは、第２の伝導型で不純物濃度が高い層であり、例えばｐ＋－ＡｌＩｎＧａＡｓからなる層とすることができる。第２層２０６ｂは、第１の伝導型で不純物濃度が高い層であり、例えばｎ＋－ＩｎＰからなる層とすることができる。
　図２７に示すように、活性層２０５、第２半導体層２０３及び第３半導体層２０４は外周部分が除去され、メサ（台地状構造）Ｍを形成する。トンネル接合層２０６はＺ方向から見てメサＭの中央部に位置するように配置されている。
　第１光反射層２０７は、特定の波長（以下、波長λ）の光を反射し、それ以外の波長の光を透過する。波長λは例えば、１３００～１６００ｎｍのうち特定の波長である。第１光反射層２０７は、図２７に示すように、それぞれ光学膜厚λ／４を有する高屈折率層２０７ａと低屈折率層２０７ｂを交互に複数層積層した多層光反射膜からなるＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector：分布ブラッグ反射鏡）とすることができる。第２光反射層２０７は半導体材料からなる半導体ＤＢＲであってもよく、誘電体材料からなる誘電体ＤＢＲであってもよい。
　第１光反射層２０７は、凹面鏡２０７ｃを有する。第１光反射層２０７は一定の厚みで基板２０１の第２面２０１ｂ上に積層され、第２面２０１ｂに設けられた基部２０１ｃの形状にしたがって積層体２５０側の面は凹面２０７ｄを形成し、積層体２５０とは反対側の面は凸面２０７ｅを形成する。これにより第１光反射層２０７は凹面鏡２０７ｃを形成する。凹面鏡２０７ｃは、凹面２０７ｄの曲率半径（ＲＯＣ：radius of curvature）が１０００μｍ以下、面精度（ＲＭＳ：Root Mean Square）は１ｎｍ以下が好適であり、例えば、基板２０１の厚みが１００μｍの場合、凹面２０７ｄの曲率半径は４００μｍとすることができる。
　第２光反射層２０８は、波長λの光を反射し、それ以外の波長の光を透過する。第２光反射層２０８は、図２７に示すように、それぞれ光学膜厚λ／４を有する高屈折率層２０８ａと低屈折率層２０８ｂを交互に複数層積層した多層光反射膜からなるＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector：分布ブラッグ反射鏡）とすることができる。第２光反射層２０８は半導体材料からなる半導体ＤＢＲであってもよく、誘電体材料からなる誘電体ＤＢＲであってもよい。
　第１電極２０９は第１半導体層２０２上においてメサＭの周囲に設けられ、ＶＣＳＥＬ素子２００の一方の電極として機能する。第１電極２０９は例えばＡｕ、Ｎｉ又はＴｉ等からなる単層金属膜や、Ｔｉ／Ａｕ、Ａｇ／Ｐｄ又はＮｉ／Ａｕ／Ｐｔ等からなる多層金属膜とすることができる。
　第２電極２１０は第３半導体層２０４上において第２光反射層２０８の周囲に設けられ、ＶＣＳＥＬ素子２００の他方の電極として機能する。第２電極２１０は例えばＡｕ、Ｎｉ又はＴｉ等からなる単層金属膜や、Ｔｉ／Ａｕ、Ａｇ／Ｐｄ又はＮｉ／Ａｕ／Ｐｔ等からなる多層金属膜とすることができる。絶縁膜２１１はメサＭの側面とメサＭの上面において第２電極２１０の周囲に設けられ、メサＭの外周を絶縁する。絶縁膜２１１は任意の絶縁性材料からなる。
　ＶＣＳＥＬ素子２００ではトンネル接合層２０６によって積層体２５０に電流狭窄構造が形成されている。図２８は電流狭窄構造を示す模式図である。電流狭窄構造は同図に示すように、電流注入領域２２１と絶縁領域２２２を有する。電流注入領域２２１はトンネル接合層２０６によりトンネル接合が形成された領域（トンネル接合領域）であり、トンネル接合により電流を通過させる。絶縁領域２２２は層面方向（Ｘ－Ｙ方向）において電流注入領域２２１を囲み、トンネル接合が形成されてないために電流を通過させない領域（非トンネル接合領域）である。ＶＣＳＥＬ素子２００を流れる電流は、絶縁領域２２２を通過できないため、電流注入領域２２１に集中する。即ち、電流注入領域２２１及び絶縁領域２２２によって電流狭窄構造が形成されている。
　図２９は、電流注入領域２２１と凹面鏡２０７ｃの位置関係を示す模式図である。図２９（ａ）は電流注入領域２２１と凹面鏡２０７ｃを、ＶＣＳＥＬ素子２００から出射されるレーザ光の光軸方向（Ｚ方向）から見た図であり、図２９（ｂ）はＶＣＳＥＬ素子２００の模式的断面図である。図２９（ａ）に示すように、凹面鏡２０７ｃはＺ方向から見て電流注入領域２２１を含むように形成されている。また、凹面鏡２０７ｃは、活性層２０５側から入射する光を電流注入領域２２１に集光する凹面形状に形成されている。
　[ＶＣＳＥＬ素子の動作]
　ＶＣＳＥＬ素子２００は第１の実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子１００と同様に動作する。即ち、第１電極２０９と第２電極２１０の間に電圧を印加すると、第１電極２０９と第２電極２１０の間に電流が流れる。電流は電流狭窄構造により狭窄され、電流注入領域２２１に注入される。この注入電流によって生じた自然放出光は第１光反射層２０７及び第２光反射層２０８によって反射され、レーザ発振を生じる。これにより生じたレーザ光は、第２光反射層２０８を透過し、Ｚ方向を光軸方向としてＶＣＳＥＬ素子２００から出射される。
　ここでＶＣＳＥＬ素子２００では、第１光反射層２０７に凹面鏡２０７ｃが設けられている。このため、第２光反射層２０７に入射した光は凹面鏡２０７ｃの形状に応じた方向に反射され、電流注入領域２２１に集光される。このため、レーザ光の光場は凹面鏡２０７ｃよって制御される。また、ＶＣＳＥＬ素子２００を流れる電流は上記のように電流注入領域２２１によって制御される。即ち、ＶＣＳＥＬ素子２００では、光場と電流がそれぞれ別の構造によって制御される。
　［凹面鏡の等高線と電流注入領域の平面図形について］
　凹面鏡２０７ｃの等高線と電流注入領域２２１の平面図形について説明する。なお、以下の説明において「平面図形」とは、レーザ光の光軸方向（Ｚ方向）から見た等高線及び電流注入領域２２１の形状を指す。
　＜凹面鏡の等高線について＞
　図３０は、凹面鏡２０７ｃの等高線を示す模式図である。図３０（ａ）は、凹面鏡２０７ｃの等高線Ｔの平面図形を示す平面図であり、図３０（ｂ）はＶＣＳＥＬ素子２００の一部の模式的断面図である。図３０（ｂ）に示すように、第１半導体層２０２と活性層２０５の界面を基準面Ｓとする。等高線Ｔは、基準面Ｓからの凹面２０７ｄの高さＨを線で表したものである。
　＜凹面鏡等高線及び電流注入領域の平面図形について＞
　ＶＣＳＥＬ素子２００において、電流注入領域２２１の平面図形（第１の図形）と等高線Ｔの平面図形（第２の図形）の関係については第１の実施形態と同様である。即ち、電流注入領域２２１の平面図形と等高線Ｔの平面図形は相似ではないものとすることができる（図９乃至図１６参照）。また、電流注入領域２２１の平面図形と等高線Ｔの平面図形は相似であって、真円形ではないものとすることができる（図１７乃至図１９参照）。さらに、電流注入領域２２１の平面図形と等高線Ｔの平面図形は重心が相違するものとすることができる（図２０乃至図２３参照）。第１の実施形態において説明したように、このような構成とすることによりＶＣＳＥＬ素子２００の偏光の制御性を向上させることが感応である。
　［ＶＣＳＥＬ素子による効果］
　ＶＣＳＥＬ素子２００においても、電流注入領域２２１の平面図形と等高線Ｔの平面図形が上記いずれかの関係を有することにより、光と電流に対して横方向（Ｘ－Ｙ方向）の非対称性を設け、ＶＣＳＥＬ素子２００の偏光の制御性を向上させることが可能である。
　［ＶＣＳＥＬ素子の製造方法］
　ＶＣＳＥＬ素子２００の製造方法では、基板２０１上に第２層２０６ｂまでの各層を有機金属化学的気相成長法等により積層した後、フォトリソグラフィ及びエッチングにより第１層２０６ａ及び第２層２０６ｂの不要部分を除去し、トンネル接合層２０６を形成する。トンネル接合層２０６はフォトリソグラフィにより、自由に形状を制御することが可能である。
　続いて、トンネル接合層２０６上に第３半導体層２０４を積層し、フォトリソグラフィ及びエッチングによりメサＭを形成する。これにより、基板２０１上に積層体２５０が形成される。さらに、第１の実施形態と同様の手法で基板２０１に基部２０１ｃを設け、第１光反射層２０７及び第２光反射層２０８等を積層することにより、ＶＣＳＥＬ素子２００を製造することができる。また、ＶＣＳＥＬ素子２００は他の製造方法によって製造することも可能である。
　［イオン注入による電流狭窄構造について］
　ＶＣＳＥＬ素子２００では上記のように、トンネル接合層２０６による埋め込みトンネル接合によって電流狭窄構造が設けられるものとしたが、次のように、トンネル接合層２０６へのイオン注入によって電流狭窄構造を設けることも可能である。
　図３１は、イオン注入により形成された絶縁領域２２３を有するＶＣＳＥＬ素子２００の断面図である。この構成では、トンネル接合層２０６は、第２半導体層２０３と第３半導体層２０４の間の全体にわたって配置されており、トンネル接合層２０６の外周領域には、絶縁領域２２３（ドットを付した領域）が設けられている。
　図３２はこの構成における電流狭窄構造を示す模式図である。電流狭窄構造は同図に示すように、電流注入領域２２１と絶縁領域２２３により構成されている。電流注入領域２２１はイオンが注入されていないトンネル接合層２０６により形成されている。一方、絶縁領域２２３は、層面方向（Ｘ－Ｙ方向）において電流注入領域２２１を囲み、トンネル接合層２０６にイオンが注入され、絶縁化された領域である。イオン注入領域に注入されたイオンはＢ（ホウ素）イオンとすることができる。また、Ｂイオンの他にもＯ（酸素）イオンやＨ（水素）イオン等、半導体材料の絶縁化が可能なイオンを用いてもよい。
　この構成においても、ＶＣＳＥＬ素子２００を流れる電流は、絶縁領域２２３を通過できないため、電流注入領域２２１に集中する。即ち、電流注入領域２２１及び絶縁領域２２３によって電流狭窄構造が形成されている。
　［ＶＣＳＥＬ素子の他の構成］
　上記説明では、基板２０１上に積層体２５０を積層し、ＶＣＳＥＬ素子２００を作製するものとしたが、他の支持基板上に積層体２５０を積層し、支持基板を除去して積層体２５０を基板２０１に接合してもよい。この場合、基板２０１は例えば半絶縁性Ｓｉ基板とすることができる。この製造方法では、積層体２５０と基板２０１の接合時に、Ｚ方向から見た基板２０１の基部２０１ｃとトンネル接合層２０６の位置をずらすことにより、凹面鏡２０７ｃの等高線Ｔの平面図形と電流注入領域２２１の平面図形の重心を相違させることが可能である。
　また、上記説明において、第１半導体層２０２と活性層２０５の界面を基準面Ｓとし、凹面鏡２０７ｃの等高線Ｔは基準面Ｓからの凹面２０７ｄの高さを表す線としたが、基準面Ｓからの凸面２０７ｅの高さを表す線を等高線Ｔとしてもよい。また、基準面Ｓは、第１半導体層２０２と活性層２０５の界面ではなく、第３半導体層２０４と第２光反射層２０８の界面としてもよい。
　また、凹面鏡２０７ｃは、基板２０１に設けられた基部２０１ｃ上に積層され、凹面鏡形状に形成されるとしたが、これに限られない。基板２０１の第２面２０１ｂ（図２７参照）上に誘電体材料や合成樹脂等からなり、基部２０１ｃと同様の形状を有する構造を設け、その構造によって第１光反射層２０７に凹面鏡２０７ｃを形成してもよい。
　さらに、第１半導体層２０２及び第３半導体層２０４はｎ型半導体材料からなり、第２半導体層２０３はｐ型半導体材料からなるものとしたが、第１半導体層２０２及び第３半導体層２０４がｐ型半導体材料からなり、第２半導体層２０３はｎ型半導体材料からなるものとしてもよい。この場合、トンネル接合層２０６の第１層２０６ａはｎ型で不純物濃度が高い層であり、第２層２０６ｂはｐ型で不純物濃度が高い層とすることができる。また、ＶＣＳＥＬ素子２００は、上述した各構成の他にも、上記ＶＣＳＥＬ素子２００の動作を実現可能とする他の構成を有していてもよい。
　（第３の実施形態）
　本技術の第３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。本実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子は、第１の実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子に対して主に電流狭窄構造が異なる。
　[ＶＣＳＥＬ素子の構造]
　図３３は本実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子３００の断面図である。同図に示すように、ＶＣＳＥＬ素子３００は、基板３０１、第１半導体層３０２、第２半導体層３０３、活性層３０４、酸化狭窄層３０５、第１光反射層３０６、第２光反射層３０７、第１電極３０８、第２電極３０９及び絶縁膜３１０を備える。このうち、第1半導体層３０２、第２半導体層３０３、活性層３０４及び酸化狭窄層３０５を併せて積層体３５０とする。
　これらの各層は、Ｘ－Ｙ平面に沿った層面方向を有し、第１光反射層３０６、基板３０１、第１半導体層３０２、活性層３０４、第２半導体層３０３、酸化狭窄層３０５、第２光反射層３０７の順で積層されている。したがって、積層体３５０は第１光反射層３０６と第２光反射層３０７の間に配置されている。
　基板３０１は、ＶＣＳＥＬ素子３００の各層を支持する。基板３０１は例えば、（１０１）面半絶縁性ＧａＡｓ基板とすることができる。図３３に示すように、基板３０１は、活性層３０４側の第１面３０１ａと、活性層３０４とは反対側の第２面３０１ｂを有する。基板３０１の第２面３０１ｂ側には、基部３０１ｃが設けられている。基部３０１ｃは第２面３０１ｂにおいて凸型曲面状に突出した部分であり、例えば球面レンズ形状を有する。また、基部３０１ｃの形状は球面レンズ形状に限られず、第２面３０１ｂが凸型曲面となる形状であればよい。
　第１半導体層３０２は、第１の伝導型を有する半導体からなり、キャリアを活性層３０４に輸送する層である。第１の伝導型はｎ型とすることができ、第１半導体層３０２は例えばｎ－ＧａＡｓからなる層とすることができる。第２半導体層３０３は、第２の伝導型を有する半導体からなり、キャリアを活性層３０４に輸送する層である。第２の伝導型はｐ型とすることができ、第２半導体層３０３は例えばｐ－ＧａＡｓからなる層とすることができる。
　活性層３０４は、第１半導体層３０２と第２半導体層３０３の間に配置され、キャリア再結合による発光を生じる層である。活性層３０４は、量子井戸層と障壁層が交互に複数層積層された多重量子井戸構造を有し、量子井戸層は例えばＧａＡｓからなり、障壁層は例えばＡｌＧａＡｓからなるものとすることができる。また、活性層３０４は多重量子井戸構造の他にも、キャリア再結合による発光を生じる層であればよい。
　酸化狭窄層３０５は、電流狭窄構造を形成する。酸化狭窄層３０５は半導体材料が酸化されていない非酸化領域３０５ａと、半導体材料が酸化された酸化領域３０５ｂを有する。非酸化領域３０５ａは、第２の伝導型で不純物濃度が高い材料からなり、例えばｐ＋－ＡｌＡｓからなるものとすることができる。酸化領域３０５ｂは、非酸化領域３０５ａの構成材料が酸化された材料からなり、例えばＡｌＡｓ酸化物からなるものとすることができる。
　第１光反射層３０６は、特定の波長（以下、波長λ）の光を反射し、それ以外の波長の光を透過する。波長λは例えば、８５０～１４００ｎｍのうち特定の波長である。第１光反射層３０６は、図３３に示すように、それぞれ光学膜厚λ／４を有する高屈折率層３０６ａと低屈折率層３０６ｂを交互に複数層積層した多層光反射膜からなるＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector：分布ブラッグ反射鏡）とすることができる。第１光反射層３０６は半導体材料からなる半導体ＤＢＲであってもよく、誘電体材料からなる誘電体ＤＢＲであってもよい。
　第１光反射層３０６は、凹面鏡３０６ｃを有する。第１光反射層３０６は一定の厚みで基板３０１の第２面３０１ｂ上に積層され、第２面３０１ｂに設けられた基部３０１ｃの形状にしたがって積層体３５０側の面は凹面３０６ｄを形成し、積層体３５０とは反対側の面は凸面３０６ｅを形成する。これにより第１光反射層３０６は、凹面鏡３０６ｃを形成する。凹面鏡３０６ｃは、凹面３０６ｄの曲率半径（ＲＯＣ：radius of curvature）が１０００μｍ以下、面精度（ＲＭＳ：Root Mean Square）は１ｎｍ以下が好適であり、例えば、基板３０１の厚みが１００μｍの場合、凹面３０６ｄの曲率半径は４００μｍとすることができる。
　第２光反射層３０７は、波長λの光を反射し、それ以外の波長の光を透過する。第２光反射層３０７は、図３３に示すように、それぞれ光学膜厚λ／４を有する高屈折率層３０７ａと低屈折率層３０７ｂを交互に複数層積層した多層光反射膜からなるＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector：分布ブラッグ反射鏡）とすることができる。第２光反射層３０７は半導体材料からなる半導体ＤＢＲとすることができる。
　図３３に示すように、活性層３０４、第２半導体層３０３、酸化狭窄層３０５及び第２光反射層３０７は外周部が除去され、メサ（台地状構造）Ｍを形成する。
　第１電極３０８は第１半導体層３０２上においてメサＭの周囲に設けられ、ＶＣＳＥＬ素子３００の一方の電極として機能する。第１電極３０８は例えばＡｕ、Ｎｉ又はＴｉ等からなる単層金属膜や、Ｔｉ／Ａｕ、Ａｇ／Ｐｄ又はＮｉ／Ａｕ／Ｐｔ等からなる多層金属膜とすることができる。
　第２電極３０９は第２光反射層３０７上に設けられ、ＶＣＳＥＬ素子３００の他方の電極として機能する。第２電極３０９は例えばＡｕ、Ｎｉ又はＴｉ等からなる単層金属膜や、Ｔｉ／Ａｕ、Ａｇ／Ｐｄ又はＮｉ／Ａｕ／Ｐｔ等からなる多層金属膜とすることができる。絶縁膜３１０はメサＭの側面とメサＭの上面において第２電極３０９の周囲に設けられ、メサＭの外周を絶縁する。絶縁膜３１０は任意の絶縁性材料からなる。
　ＶＣＳＥＬ素子３００では酸化狭窄層３０５によって積層体３５０に電流狭窄構造が形成されている。図３４は電流狭窄構造を示す模式図である。電流狭窄構造は同図に示すように、電流注入領域３２１と絶縁領域３２２を有する。電流注入領域３２１は非酸化領域３０５ａにより導電性を有する領域である。絶縁領域３２２は層面方向（Ｘ－Ｙ方向）において電流注入領域２２１を囲み、酸化により絶縁化された酸化領域３０５ｂにより導電性を有しない領域である。ＶＣＳＥＬ素子３００を流れる電流は、絶縁領域３２２を通過できないため、電流注入領域３２１に集中する。即ち、ＶＣＳＥＬ素子３００では酸化狭窄層３０５によって電流狭窄構造が形成されている。
　図３５は、電流注入領域３２１と凹面鏡３０６ｃの位置関係を示す模式図である。図３５（ａ）は電流注入領域３２１と凹面鏡３０６ｃを、ＶＣＳＥＬ素子３００から出射されるレーザ光の光軸方向（Ｚ方向）から見た図であり、図３５（ｂ）はＶＣＳＥＬ素子３００の模式的断面図である。図３５（ａ）に示すように、凹面鏡３０６ｃはＺ方向から見て電流注入領域３２１を含むように形成されている。また、凹面鏡３０６ｃは、活性層３０４側から入射する光を電流注入領域３２１に集光する凹面形状に形成されている。
　[ＶＣＳＥＬ素子の動作]
　ＶＣＳＥＬ素子３００は第１の実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子３００と同様に動作する。即ち、第１電極３０８と第２電極３０９の間に電圧を印加すると、第１電極３０８と第２電極３０９の間に電流が流れる。電流は電流狭窄構造により狭窄され、電流注入領域３２１に注入される。この注入電流によって生じた自然放出光は第１光反射層３０６及び第２光反射層３０７によって反射され、レーザ発振を生じる。これにより生じたレーザ光は、第２光反射層３０７を透過し、Ｚ方向を光軸方向としてＶＣＳＥＬ素子３００から出射される。
　ここでＶＣＳＥＬ素子３００では、第１光反射層３０６に凹面鏡３０６ｃが設けられている。このため、第２光反射層３０６に入射した光は凹面鏡３０６ｃの形状に応じた方向に反射され、電流注入領域３２１に集光される。このため、レーザ光の光場は凹面鏡３０６ｃよって制御される。また、ＶＣＳＥＬ素子３００を流れる電流は上記のように電流注入領域３２１によって制御される。即ちＶＣＳＥＬ素子３００では、光場と電流がそれぞれ別の構造によって制御される。
　［凹面鏡の等高線と電流注入領域の平面図形について］
　凹面鏡３０６ｃの等高線と電流注入領域３２１の平面図形について説明する。なお、以下の説明において「平面図形」とは、レーザ光の光軸方向（Ｚ方向）から見た等高線及び電流注入領域３２１の形状を指す。
　＜凹面鏡の等高線について＞
　図３６は、凹面鏡３０６ｃの等高線を示す模式図である。図３６（ａ）は、凹面鏡３０６ｃの等高線Ｔの平面図形を示す平面図であり、図３６（ｂ）はＶＣＳＥＬ素子３００の一部の模式的な断面図である。図３６（ｂ）に示すように、第１半導体層３０２と活性層３０４の界面を基準面Ｓとする。等高線Ｔは、基準面Ｓからの凹面３０６ｄの高さＨを線で表したものである。
　＜凹面鏡等高線及び電流注入領域の平面図形について＞
　ＶＣＳＥＬ素子３００において、電流注入領域３２１の平面図形（第１の図形）と等高線Ｔの平面図形（第２の図形）の関係については第１の実施形態と同様である。即ち、電流注入領域３２１の平面図形と等高線Ｔの平面図形は相似ではないものとすることができる（図９乃至図１６参照）。また、電流注入領域３２１の平面図形と等高線Ｔの平面図形は相似であって、真円形ではないものとすることができる（図１７乃至図１９参照）。さらに、電流注入領域３２１の平面図形と等高線Ｔの平面図形は重心が相違するものとすることができる（図２０乃至図２３参照）。第１の実施形態において説明したように、このような構成とすることによりＶＣＳＥＬ素子３００の偏光の制御性を向上させることが感応である。
　［ＶＣＳＥＬ素子による効果］
　ＶＣＳＥＬ素子３００においても、電流注入領域３２１の平面図形と等高線Ｔの平面図形が上記いずれかの関係を有することにより、光と電流に対して横方向（Ｘ－Ｙ方向）の非対称性を設け、ＶＣＳＥＬ素子３００の偏光の制御性を向上させることが可能である。
　［ＶＣＳＥＬ素子の製造方法］
　ＶＣＳＥＬ素子３００の製造方法では、基板３０１上に第２光反射層３０７までの各層を、有機金属化学的気相成長法等によって積層した後、フォトリソグラフィ及びエッチングによりメサＭを形成する。続いて、積層体３５０を水蒸気雰囲気下で加熱する等の方法で酸化狭窄層３０５の材料を外周側から酸化させ、酸化領域３０５ｂを形成する。この際、Ｚ方向から見たメサＭの形状によって、同方向から見た非酸化領域３０５ａの形状を制御することができる。
　さらに、第１の実施形態と同様の手法で基板３０１に基部３０１ｃを設け、第１光反射層３０６及び第２光反射層３０７等を積層することにより、ＶＣＳＥＬ素子３００を製造することができる。また、ＶＣＳＥＬ素子３００は他の製造方法によって製造することも可能である。
　［ＶＣＳＥＬ素子の他の構成］
　上記説明では、基板３０１上に積層体３５０を積層し、ＶＣＳＥＬ素子３００を作製するものとしたが、他の支持基板上に積層体３５０を積層し、支持基板を除去して積層体３５０を基板３０１に接合してもよい。この場合、基板３０１は例えば半絶縁性Ｓｉ基板とすることができる。この製造方法では、積層体３５０と基板３０１の接合時に、Ｚ方向から見た基板３０１の基部３０１ｃと非酸化領域３０５ａの位置をずらすことにより、凹面鏡３０６ｃの等高線Ｔの平面図形と電流注入領域３２１の平面図形の重心を相違させることが可能である。
　また、上記説明において、第１半導体層３０２と活性層３０４の界面を基準面Ｓとし、凹面鏡３０６ｃの等高線Ｔは基準面Ｓからの凹面３０６ｄの高さを表す線としたが、基準面Ｓからの凸面３０６ｅの高さを表す線を等高線Ｔとしてもよい。また、基準面Ｓは、第１半導体層３０２と活性層３０４の界面ではなく、第２半導体層３０３と第２光反射層３０７の界面としてもよい。
　また、凹面鏡３０６ｃは、基板３０１に設けられた基部３０１ｃ上に積層され、凹面鏡形状に形成されるとしたが、これに限られない。基板３０１の第２面３０１ｂ（図３３参照）上に誘電体材料や合成樹脂等からなり、基部３０１ｃと同様の形状を有する構造を設け、その構造によって第１光反射層３０６に凹面鏡３０６ｃを形成してもよい。
　さらに、第１半導体層３０２はｎ型半導体材料からなり、第２半導体層３０３はｐ型半導体材料からなるものとしたが、第１半導体層３０２がｐ型半導体材料からなり、第２半導体層３０３はｎ型半導体材料からなるものとしてもよい。この場合、酸化狭窄層３０５の非酸化領域３０５ａはｎ型で不純物濃度が高い材料からなるものとすることができる。また、ＶＣＳＥＬ素子３００は、上述した各構成の他にも、上記ＶＣＳＥＬ素子３００の動作を実現可能とする他の構成を有していてもよい。
　（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、本開示において説明した特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分を任意に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の光反射層と、
　上記波長の光を反射する第２の光反射層と、
　第１の伝導型を有する半導体材料からなる第１の半導体層と、第２の伝導型を有する半導体材料からなる第２の半導体層と、上記第１の半導体層と上記第２の半導体層の間に配置され、キャリア再結合による発光を生じる活性層とを備え、上記第１の光反射層と上記第２の光反射層の間に配置された積層体と
　を具備し、
　上記積層体には、電流を狭窄し、電流が集中する電流注入領域を形成する電流狭窄構造が設けられ、
　上記第１の光反射層には、上記積層体側の面が凹面、上記積層体とは反対側の面が凸面となる凹面鏡が設けられ、
　出射光の光軸方向から上記電流注入領域を見た平面図形を第１の図形とし、上記凹面鏡の上記活性層からの高さを表す等高線を上記光軸方向から見た平面図形を第２の図形とすると、上記第１の図形と上記第２の図形は相似ではない
　垂直共振器型面発光レーザ素子。
　（２）
　特定の波長の光を反射する第１の光反射層と、
　上記波長の光を反射する第２の光反射層と、
　第１の伝導型を有する半導体材料からなる第１の半導体層と、第２の伝導型を有する半導体材料からなる第２の半導体層と、上記第１の半導体層と上記第２の半導体層の間に配置され、キャリア再結合による発光を生じる活性層とを備え、上記第１の光反射層と上記第２の光反射層の間に配置された積層体と
　を具備し、
　上記積層体には、電流を狭窄し、電流が集中する電流注入領域を形成する電流狭窄構造が設けられ、
　上記第１の光反射層には、上記積層体側の面が凹面、上記積層体とは反対側の面が凸面となる凹面鏡が設けられ、
　出射光の光軸方向から上記電流注入領域を見た平面図形を第１の図形とし、上記凹面鏡の上記活性層からの高さを表す等高線を上記光軸方向から見た平面図形を第２の図形とすると、上記第１の図形の重心と上記第２の図形の重心は一致しない
　垂直共振器型面発光レーザ素子。
　（３）
　特定の波長の光を反射する第１の光反射層と、
　上記波長の光を反射する第２の光反射層と、
　第１の伝導型を有する半導体材料からなる第１の半導体層と、第２の伝導型を有する半導体材料からなる第２の半導体層と、上記第１の半導体層と上記第２の半導体層の間に配置され、キャリア再結合による発光を生じる活性層とを備え、上記第１の光反射層と上記第２の光反射層の間に配置された積層体と
　を具備し、
　上記積層体には、電流を狭窄し、電流が集中する電流注入領域を形成する電流狭窄構造が設けられ、
　上記第１の光反射層には、上記積層体側の面が凹面、上記積層体とは反対側の面が凸面となる凹面鏡が設けられ、
　出射光の光軸方向から上記電流注入領域を見た平面図形を第１の図形とし、上記凹面鏡の上記活性層からの高さを表す等高線を上記光軸方向から見た平面図形を第２の図形とすると、上記第１の図形と上記第２の図形は共に真円形ではなく、相似である
　垂直共振器型面発光レーザ素子。
　（４）
　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、
　上記第１の図形は、円形、楕円形、矩形又はこれらの少なくとも２つの組み合わせからなる閉図形であり、
　上記第２の図形は、円形、楕円形、矩形又はこれらの少なくとも２つの組み合わせからなる閉図形であって、上記第１の図形とは相似でない図形である
　垂直共振器型面発光レーザ素子。
　（５）
　上記（２）記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
　上記光軸方向に垂直な平面内における、上記第１の図形の重心と上記第２の図形の重心の距離は０．０３μｍ以上である
　垂直共振器型面発光レーザ素子。
　（６）
　上記（３）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の図形は、円形、楕円形、矩形又はこれらの少なくとも２つの組み合わせからなる閉図形であり、
　上記第２の図形は、円形、楕円形、矩形又はこれらの少なくとも２つの組み合わせからなる閉図形であって、上記第１の図形と相似である図形である
　垂直共振器型面発光レーザ素子。
　（７）
　上記（１）又は（３）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の図形の重心と上記第２の図形の重心は一致する
　垂直共振器型面発光レーザ素子。
　（８）
　上記（１）から（７）のうちいずれか一つに記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
　上記電流狭窄構造は、上記積層体にイオンが注入されていない非イオン注入領域と、上記非イオン注入領域の周囲に設けられ、上記積層体にイオンが注入されたイオン注入領域とを有し、上記電流注入領域は上記非イオン注入領域である
　垂直共振器型面発光レーザ素子。
　（９）
　上記（８）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の半導体層及び第２の半導体層は、ＧａＮからなる
　垂直共振器型面発光レーザ素子。
　（１０）
　上記（９）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の半導体層は、Ｃ面ＧａＮ基板である
　垂直共振器型面発光レーザ素子。
　（１１）
　上記（８）から（１０）のうちいずれか一つに記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
　上記イオンはホウ素イオンである
　垂直共振器型面発光レーザ素子。
　（１２）
　上記（１）から（７）のうちいずれか一つに記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
　上記電流狭窄構造は、上記積層体においてトンネル接合が形成されたトンネル接合領域と、上記トンネル接合領域の周囲に設けられ、トンネル接合が形成されていない非トンネル接合領域とを有し、
　上記電流注入領域は上記トンネル接合領域である
　垂直共振器型面発光レーザ素子。
　（１３）
　上記（１２）記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
　上記トンネル接合領域は埋め込みトンネル接合により形成されている
垂直共振器型面発光レーザ素子。
　（１４）
　上記（１２）記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
　上記トンネル接合領域は、イオンが注入されていないトンネル接合層により形成され、
　上記非トンネル接合領域は、イオンが注入されたトンネル接合層により形成されている
　垂直共振器型面発光レーザ素子。
　（１５）
　上記（１２）から（１４）のうちいずれか一つに記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
　請求項１２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の半導体層及び第２の半導体層は、ＩｎＰからなる
　垂直共振器型面発光レーザ素子。
　（１６）
　上記（１）から（７）のうちいずれか一つに記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
　上記電流狭窄構造は、上記積層体において半導体材料が酸化されていない非酸化領域と、上記非酸化領域の周囲に設けられ、半導体材料が酸化された酸化領域とを有し、
　上記電流注入領域は上記非酸化領域である
　垂直共振器型面発光レーザ素子。
　（１７）
　上記（１６）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の半導体層及び第２の半導体層は、ＧａＡｓからなる
　垂直共振器型面発光レーザ素子。
　（１８）
　上記（１）から（１７）のうちいずれか一つに記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
　上記第１の半導体層は、上記活性層側の第１の面と上記活性層とは反対側の第２の面を有し、上記第２の面には凸型曲面を形成する基部が設けられ、
　上記第１の光反射層は上記第２の面上に設けられた多層光反射膜であり、上記第１の光反射層多層光反射膜のうち上記基部上に設けられた部分が上記凹面鏡を形成する
　垂直共振器型面発光レーザ素子。
　（１９）
　上記（１）から（１７）のうちいずれか一つに記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
　上記活性層側の第１の面と上記活性層とは反対側の第２の面を有し、上記第２の面には凸型曲面を形成する基部が設けられた基板をさらに具備し、
　上記第１の光反射層は上記第２の面上に設けられた多層光反射膜であり、上記第１の光反射層多層光反射膜のうち上記基部上に設けられた部分が上記凹面鏡を形成する
　垂直共振器型面発光レーザ素子。
　（２０）
　上記（１）から（１９）のうちいずれか一つに記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
　上記凹面鏡は、上記活性層側の面である凹面を有し、上記凹面は曲率半径が１０００μｍ以下である
　垂直共振器型面発光レーザ素子。
　１００、２００、３００…ＶＣＳＥＬ素子
　２０１、３０１…基板
　１０１、２０２、３０２…第１半導体層
　１０２、２０３、３０３…第２半導体層
　２０４…第３半導体層
　１０３、２０５、３０４…活性層
　２０６…トンネル接合層
　３０５…酸化狭窄層
　１０４、２０７、３０６…第１光反射層
　１０４ｃ、２０７ｃ、３０６ｃ…凹面鏡
　１０５、２０８、３０７…第２光反射層
　１０６、２０９、３０８…第１電極
　１０７、２１０、３０９…第２電極
　１２１、２２１、３２１…電流注入領域
　１２２、２２２、３２２…絶縁領域
　１５０、２５０、３５０…積層体

Claims (20)

  1. 　特定の波長の光を反射する第１の光反射層と、
    　前記波長の光を反射する第２の光反射層と、
    　第１の伝導型を有する半導体材料からなる第１の半導体層と、第２の伝導型を有する半導体材料からなる第２の半導体層と、前記第１の半導体層と前記第２の半導体層の間に配置され、キャリア再結合による発光を生じる活性層とを備え、前記第１の光反射層と前記第２の光反射層の間に配置された積層体と
    　を具備し、
    　前記積層体には、電流を狭窄し、電流が集中する電流注入領域を形成する電流狭窄構造が設けられ、
    　前記第１の光反射層には、前記積層体側の面が凹面、前記積層体とは反対側の面が凸面となる凹面鏡が設けられ、
    　出射光の光軸方向から前記電流注入領域を見た平面図形を第１の図形とし、前記凹面鏡の前記活性層からの高さを表す等高線を前記光軸方向から見た平面図形を第２の図形とすると、前記第１の図形と前記第２の図形は相似ではない
    　垂直共振器型面発光レーザ素子。
  2. 　特定の波長の光を反射する第１の光反射層と、
    　前記波長の光を反射する第２の光反射層と、
    　第１の伝導型を有する半導体材料からなる第１の半導体層と、第２の伝導型を有する半導体材料からなる第２の半導体層と、前記第１の半導体層と前記第２の半導体層の間に配置され、キャリア再結合による発光を生じる活性層とを備え、前記第１の光反射層と前記第２の光反射層の間に配置された積層体と
    　を具備し、
    　前記積層体には、電流を狭窄し、電流が集中する電流注入領域を形成する電流狭窄構造が設けられ、
    　前記第１の光反射層には、前記積層体側の面が凹面、前記積層体とは反対側の面が凸面となる凹面鏡が設けられ、
    　出射光の光軸方向から前記電流注入領域を見た平面図形を第１の図形とし、前記凹面鏡の前記活性層からの高さを表す等高線を前記光軸方向から見た平面図形を第２の図形とすると、前記第１の図形の重心と前記第２の図形の重心は一致しない
    　垂直共振器型面発光レーザ素子。
  3. 　特定の波長の光を反射する第１の光反射層と、
    　前記波長の光を反射する第２の光反射層と、
    　第１の伝導型を有する半導体材料からなる第１の半導体層と、第２の伝導型を有する半導体材料からなる第２の半導体層と、前記第１の半導体層と前記第２の半導体層の間に配置され、キャリア再結合による発光を生じる活性層とを備え、前記第１の光反射層と前記第２の光反射層の間に配置された積層体と
    　を具備し、
    　前記積層体には、電流を狭窄し、電流が集中する電流注入領域を形成する電流狭窄構造が設けられ、
    　前記第１の光反射層には、前記積層体側の面が凹面、前記積層体とは反対側の面が凸面となる凹面鏡が設けられ、
    　出射光の光軸方向から前記電流注入領域を見た平面図形を第１の図形とし、前記凹面鏡の前記活性層からの高さを表す等高線を前記光軸方向から見た平面図形を第２の図形とすると、前記第１の図形と前記第２の図形は共に真円形ではなく、相似である
    　垂直共振器型面発光レーザ素子。
  4. 　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、
    　前記第１の図形は、円形、楕円形、矩形又はこれらの少なくとも２つの組み合わせからなる閉図形であり、
    　前記第２の図形は、円形、楕円形、矩形又はこれらの少なくとも２つの組み合わせからなる閉図形であって、前記第１の図形とは相似でない図形である
    　垂直共振器型面発光レーザ素子。
  5. 　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、
    　前記光軸方向に垂直な平面内における、前記第１の図形の重心と前記第２の図形の重心の距離は０．０３μｍ以上である
    　垂直共振器型面発光レーザ素子。
  6. 　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、
    　前記第１の図形は、円形、楕円形、矩形又はこれらの少なくとも２つの組み合わせからなる閉図形であり、
    　前記第２の図形は、円形、楕円形、矩形又はこれらの少なくとも２つの組み合わせからなる閉図形であって、前記第１の図形と相似である図形である
    　垂直共振器型面発光レーザ素子。
  7. 　請求項１又は３に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
    　前記第１の図形の重心と前記第２の図形の重心は一致する
    　垂直共振器型面発光レーザ素子。
  8. 　請求項１から３のうちいずれか1項に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
    　前記電流狭窄構造は、前記積層体にイオンが注入されていない非イオン注入領域と、前記非イオン注入領域の周囲に設けられ、前記積層体にイオンが注入されたイオン注入領域とを有し、前記電流注入領域は前記非イオン注入領域である
    　垂直共振器型面発光レーザ素子。
  9. 　請求項８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の半導体層及び第２の半導体層は、ＧａＮからなる
    　垂直共振器型面発光レーザ素子。
  10. 　請求項９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の半導体層は、Ｃ面ＧａＮ基板である
    　垂直共振器型面発光レーザ素子。
  11. 　請求項８に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
    　前記イオンはホウ素イオンである
    　垂直共振器型面発光レーザ素子。
  12. 　請求項１から３のうちいずれか1項に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
    　前記電流狭窄構造は、前記積層体においてトンネル接合が形成されたトンネル接合領域と、前記トンネル接合領域の周囲に設けられ、トンネル接合が形成されていない非トンネル接合領域とを有し、
    　前記電流注入領域は前記トンネル接合領域である
    　垂直共振器型面発光レーザ素子。
  13. 　請求項１２に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
    　前記トンネル接合領域は埋め込みトンネル接合により形成されている
    垂直共振器型面発光レーザ素子。
  14. 　請求項１２に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
    　前記トンネル接合領域は、イオンが注入されていないトンネル接合層により形成され、
    　前記非トンネル接合領域は、イオンが注入されたトンネル接合層により形成されている
    　垂直共振器型面発光レーザ素子。
  15. 　請求項１２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の半導体層及び第２の半導体層は、ＩｎＰからなる
    　垂直共振器型面発光レーザ素子。
  16. 　請求項１から３のうちいずれか１項に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
    　前記電流狭窄構造は、前記積層体において半導体材料が酸化されていない非酸化領域と、前記非酸化領域の周囲に設けられ、半導体材料が酸化された酸化領域とを有し、
    　前記電流注入領域は前記非酸化領域である
    　垂直共振器型面発光レーザ素子。
  17. 　請求項１６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の半導体層及び第２の半導体層は、ＧａＡｓからなる
    　垂直共振器型面発光レーザ素子。
  18. 　請求項１から３のうちいずれか1項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の半導体層は、前記活性層側の第１の面と前記活性層とは反対側の第２の面を有し、前記第２の面には凸型曲面を形成する基部が設けられ、
    　前記第１の光反射層は前記第２の面上に設けられた多層光反射膜であり、前記第１の光反射層多層光反射膜のうち前記基部上に設けられた部分が前記凹面鏡を形成する
    　垂直共振器型面発光レーザ素子。
  19. 　請求項１から３のうちいずれか1項に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
    　前記活性層側の第１の面と前記活性層とは反対側の第２の面を有し、前記第２の面には凸型曲面を形成する基部が設けられた基板をさらに具備し、
    　前記第１の光反射層は前記第２の面上に設けられた多層光反射膜であり、前記第１の光反射層多層光反射膜のうち前記基部上に設けられた部分が前記凹面鏡を形成する
    　垂直共振器型面発光レーザ素子。
  20. 　請求項１から３のうちいずれか1項に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
    　前記凹面鏡は、前記活性層側の面である凹面を有し、前記凹面は曲率半径が１０００μｍ以下である
    　垂直共振器型面発光レーザ素子。
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