JP5665504B2 - 垂直共振器型面発光レーザおよび垂直共振器型面発光レーザアレイ - Google Patents

Description

本発明は、垂直共振器型面発光レーザおよび垂直共振器型面発光レーザアレイに関する。

垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ―ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ―ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）は、基板に対して垂直方向にレーザ光を出射させるレーザである。
この垂直共振器型面発光レーザは、低消費電力であることや高密度に２次元アレイ化が容易であるなどの利点を有しており、光通信や各種センサー、電子写真光源などへの応用が実用化されている。
一般に、半導体レーザは駆動するための電流を狭い範囲に集中させることで効率の上昇や閾値の低下を行っている。
ＧａＡｓ基板上に製作する面発光レーザの場合、Ａｌ組成の大きなＡｌＧａＡｓ層をメサ構造内部に配置し、それを横方向から部分的に酸化することで、電流狭窄層を実現している例が多い。
具体的には、メサ構造を形成後、ＡｌＧａＡｓ層を横方向から高温水蒸気により部分的に酸化し、メサ構造の中心部分のみを導電性のまま残すことで、電流をこの部分に狭窄し、閾値の低減や発光効率の向上を実現している。
このような酸化狭窄による電流狭窄構造の特長として、電気抵抗の大きく異なる酸化部分と非酸化部分を容易に製作でき、漏れ電流をほぼ無視できるレベルまで落とすことができるため、効率よく発光させることができる。
また、屈折率差も同時に実現できるため、光閉じ込めの効果もある。

赤色帯の面発光レーザでは、活性層材料は赤色帯で利得を持つＡｌＧａＩｎＰ系材料で構成されているが、上下のＤＢＲをＡｌＧａＡｓ系材料で構成することで、電流狭窄層は上記のＡｌＧａＡｓを酸化する手法により実現できる。
例えば、非特許文献１では、ＡｌＧａＡｓ系材料で構成されるｐ型ＤＢＲとｎ型ＤＢＲにはさまれたＡｌＧａＩｎＰ系活性層を有する赤色ＶＣＳＥＬが開示されている。
図５に非特許文献１で開示されている赤色ＶＣＳＥＬの構造について説明する。ＧａＡｓ基板１００１の上に、光学的厚さが１／４波長のＡｌ_0.95Ｇａ_0.05Ａｓ層１０１０と、Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ１０１１とが交互に積層されたｎ型の下部ＤＢＲ１００２が設けられている。
そして、その上に、ｎ型クラッド層１０２０、４つのＧａＩｎＰ量子井戸による活性層１０１９、ｐ型クラッド層１０２１が形成されている。
また、ｐ型クラッド層１０２１の上には、Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ層１０１５と、電流狭窄層（なお、酸化前の電流狭窄層を「選択酸化層」ともいう。）１０１６が形成されている。この選択酸化層１０１６はメサ構造形成後に横方向から部分的に酸化し、酸化部分１０１７と非酸化部分１０１８を形成することにより、電流狭窄構造を実現している。
この電流狭窄層の上には、光学的厚さが１／４波長のＡｌ_0.95Ｇａ_0.05Ａｓ層１０１２と、Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ１０１３とが交互に積層されたｐ型の上部ＤＢＲ１００５を構成する層が設けられている。
これらのｐ型の上部ＤＢＲ１００５を構成する層上には、電極と電気的なコンタクトを取るためのコンタクト層１０１４が配置されている。
なお、上記では、Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ層１０１５は、上部ＤＢＲ１００５とは別部材であると表現しているが、Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ層１０１５や電流狭窄層１０１６を含んだものをＤＢＲとして考えても良い。
このようにして、ＡｌＧａＡｓ系のＤＢＲとＡｌＧａＩｎＰ系活性層を組み合わせることで、ＡｌＧａＡｓ系材料特有の選択酸化層を用いた電流狭窄方法を用いた赤色で発光する面発光レーザを実現することができる。

Ｍ．Ｓａａｒｉｎｅｎ，ｅｔ ａｌ，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．３６，Ｎｏ．１４， ２０００，ｐｐ１２１０

上記のように、酸化狭窄による電流狭窄構造を導入することで、性能向上を実現することができる。
しかしながら、図５に示した構成では、Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ層１０１５において、電流狭窄層１０１６で中央部分に集中させた電流が再び横方向へ広がってしまう。
その結果、電流狭窄層１０１６で一度狭窄した電流が電流狭窄層１０１６から活性層１０１９に流れるに従って広がり、発光効率が低下するという課題が生じる。
これらについて、更に説明すると、レーザ発振している領域は、電流狭窄層１０１６のうち、非酸化部分１０１８とほぼ同一の幅であり、電流を活性層１０１９の中央部に集中させることで、発光効率を上げることができる。
ここで、ｐ型クラッド層１０２１を構成するＡｌＧａＩｎＰ材料の正孔移動度は２０ｃｍ²／Ｖ・ｓ程度である。一方、Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ層１０１５の正孔の電子移動度は８０ｃｍ²／Ｖ・ｓ程度である。
すなわち、ｐ型クラッド層１０２１を構成する材料の移動度は、その上部に形成されているｐ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ層１０１５の移動度に比較して非常に小さいという関係になっている。

このため、ｐ型クラッド層１０２１の電気抵抗率はｐ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ層１０１５の電気抵抗率よりも非常に大きくなってしまう。そのため、電流狭窄層１０１６で非酸化部分１０１８に集められた電流は電流狭窄層１０１６とｐ型クラッド層１０２１の間にあるｐ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ層１０１５を通過する際に横方向に大きく広がる。
したがって、電流を活性層１０１９の中央部に集めにくくなり、発光効率が低下する。

そこで、本発明は、上記課題に鑑み、電流狭窄層で一度狭窄された電流が、
電流狭窄層から活性層に流れるに従って再び広がることを抑え、発光効率の低下を抑制することが可能となる垂直共振器型面発光レーザおよび垂直共振器型面発光レーザアレイの提供を目的とする。

本発明の垂直共振器型面発光レーザは、
基板上に形成された下部ＤＢＲ層と、
前記下部ＤＢＲ層の上に形成された下部クラッド層と、
前記下部クラッド層の上に形成された活性層と、
前記活性層の上に形成された上部クラッド層と、
前記上部クラッド層の上に形成された電流狭窄層と、
前記電流狭窄層の上に形成された上部ＤＢＲ層と、
前記上部クラッド層と前記電流狭窄層との間に配され、前記上部ＤＢＲを構成する半導体の伝導型とは異なる伝導型からなる半導体層である異種伝導型層と、を有することを特徴とする。
また、本発明の垂直共振器型面発光レーザアレイは、上記した垂直共振器型面発光レーザを、１次元または２次元にアレイ状に配列して構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、電流狭窄層で一度狭窄された電流が、電流狭窄層から活性層に流れるに従って再び広がることを抑え、発光効率の低下を抑制することが可能となる垂直共振器型面発光レーザおよび垂直共振器型面発光レーザアレイを実現することができる。

本発明の実施例１における垂直共振器型面発光レーザの構成例について説明する図。（ａ）は層構成を示す図。（ｂ）はｐ型クラッド層、異種伝導層、非酸化部分とそれらの界面に生じる空乏層の関係を示す図。（ｃ）は酸化部分との界面に生じる空乏層の関係を示す図。 本発明の実施例１におけるｎ層のドーピング濃度とｎ型層にできる空乏層幅の計算結果を示す図。 本発明の実施例２における垂直共振器型面発光レーザの構成例について説明する図。 本発明の実施例３における垂直共振器型面発光レーザの構成例について説明する図。 従来例における垂直共振器型面発光レーザについて説明する図。 本発明の実施例４における垂直共振器型面発光レーザの構成例について説明する図。

本発明の実施形態の垂直共振器型面発光レーザの構成例について説明する。
本実施形態の垂直共振器型面発光レーザは、基板上に、下部ＤＢＲ層、下部クラッド層、活性層、上部クラッド層、電流狭窄層、上部ＤＢＲ層を含む複数の半導体層が積層されて構成されている。
具体的には、図１（ａ）に示されるような層構成を備えている。
すなわち、図１（ａ）に示すように、ＧａＡｓ基板５０１の上に、ＡｌＡｓで構成された低屈折率層５１４と、Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓで構成された高屈折率層５１５とが交互に積層されたｎ型の下部ＤＢＲ５０２が設けられている。この下部ＤＢＲ５０２を構成する各層の厚さは、例えばλ／４の光学的厚さである。
そして、下部ＤＢＲ５０２の上に、ｎ型クラッド層５１１、活性層５１３、ｐ型クラッド層５１２が形成されている。活性層５１３は、例えばＧａＩｎＰを用いた量子井戸を備えている。ｎ型クラッド層５１１と、ｐ型クラッド層５１２は、ＡｌＧａＩｎＰ系材料により構成されている。
ｐ型クラッド層５１２の上には、電流狭窄層５２５が設けられている。電流狭窄層５２５は、酸化されてＡｌ_XＯ_Yの絶縁体となった部分（酸化部分）５２６と、酸化されずに残った部分（非酸化部分）５２７とを有する。電流狭窄層５２５の上には、Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層で構成された低屈折率層５３０と、Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ層で構成された高屈折率層５３１とが交互に積層されたｐ型の上部ＤＢＲ５０５が設けられている。
そして、電流狭窄層５２５と、ｐ型クラッド層５１２との間には、異種伝導型層５２０が配置されている。
ここで、異種伝導型層５２０とは、上記ＤＢＲ５０５の伝導型とは異なる伝導型の層であり、例えばＤＢＲ５０５がｐ型の半導体層で構成されていれば、異種伝導型層５２０はｎ型の半導体層である。また、異種伝導型層５２０は、ｉ型の半導体層であってもよい。ここで、ｉ型の半導体層とは、自由キャリアが所定値より少ない状態、例えば１×１０¹⁷ｃｍ^-3より少ない状態とされている半導体層のことである。なお、ｉ型の半導体層とは、ドーパントを有さない半導体を含むことはもちろんのこと、ｐとｎのドーパントを同量だけドーピングして実効的にキャリア濃度を低下させている半導体なども含まれる。

異種伝導型層５２０がｎ型の場合、異種伝導型層５２０と上下のｐ型層との両方の界面にできる空乏層が、異種伝導層内５２０で接続される濃度とされていることが好ましい。空乏層が接続されることで、電流狭窄層の非酸化部分５２７から流入した正孔は内部の電界と拡散によって移動できるからである。
また、酸化部分５２６の下側をｎ型とすることによって、この部分を電流が流れようとするとｎ−ｐの逆方向へ電流が流れることになり、電流は非常に流れにくくなる。

異種伝導型層５２０がｉ型の場合、異種伝導型層５２０から流れ出したキャリアが反対側の活性層側のｐ型層まで拡散する必要があるため、異種伝導型層５２０の厚さは拡散長以下であることが好ましい。
この場合、拡散長は電流狭窄層５２５のドーピング濃度には依存しないため、拡散長との関係では制限はない。
しかし、キャリアが拡散した場合でも非酸化部分５２７の電気抵抗を大きく上昇させないために、拡散した状態でも通常ＶＣＳＥＬで用いられるドーピング濃度、具体的には１×１０¹⁸ｃｍ^-3程度残っていることが望ましい。
このため、電流狭窄層５２５のドーピング濃度は異種伝導型層５２０と電流狭窄層５２５との体積比によって異なるが、３×１０¹⁸ｃｍ^-3以上とすることが好ましい。
なお、電流狭窄手法として上記では選択酸化による電流狭窄法であったが、同様に陽子注入のように、電流を抑止する部分（選択酸化では酸化された部分）の半導体結晶性を乱すような電流狭窄手法であっても、本実施形態の効果を奏することができる。

本実施形態の上記構成によれば、電流狭窄層から、電流狭窄層と活性層との間に存在する層（異種伝導型層）に正孔が流れ出て、異種伝導型層が空乏層となるか、またはｐ型となる。
しかし、電流狭窄層のうち、横方向から酸化された部分（酸化部分５２６）は半導体ではなくなるため、直下の異種伝導層５２０にキャリアを供給できなくなる。この結果、キャリアを供給できるのは酸化されていない中央部分のみとなる。そのため、異種伝導層５２０における中央部分と周辺部分とで電流の通り易さが異なることとなり、この酸化部分５２６の下部に位置する周辺部分を通る電流の広がりを抑えることができる。
なお、本実施形態の上記構成は、電流狭窄層で狭窄されたキャリアが広がってしまうという本発明の課題を達成するための構成である。そのため、上記のＡｌＧａＩｎＰを活性層材料として用いた赤色面発光レーザの例は一例であり、それ以外でも電流狭窄層と共振器の間で電流の広がりが生じる場合に、本発明の構成を適用することで、本発明の効果を奏することができる。

［実施例１］
実施例１として、本発明を適用した垂直共振器型面発光レーザの構成例について、図１を用いて説明する。
図１（ａ）は本実施例に係る赤色面発光レーザ構造の断面模式図である。
本実施例における面発光レーザ構造は、ｎ型ＧａＡｓ基板５０１と、ｎ型ＡｌＡｓ層５１４／Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａ層５１５で構成されるｎ型の下部ＤＢＲ５０２とを有する。
また、このｎ型の下部ＤＢＲ５０２の上には、ｎ型クラッド層５１１、ドーピングされていない４つのＧａ_0.45Ｉｎ_0.55Ｐ／ＡｌＧａＩｎＰ量子井戸を含む活性層５１３、ｐ型クラッド層５１２を有する。そして、これら３つの層の光学的長さは２λ（λ：発振波長）となっている。
さらに、ｐ型クラッド層５１２と、電流狭窄層５２５との間には、異種伝導型層５２０が配置されている。
異種伝導型層５２０は、１×１０¹⁸ｃｍ^-3のｎ型にドープされており、その上の電流狭窄層５２５は１×１０¹⁸ｃｍ^-3のｐ型にドープされている。また、異種伝導型層５２０と接するｐ型クラッド層５１２は１×１０¹⁸ｃｍ^-3にドーピングされている。
電流狭窄層５２５は、厚さ３０ｎｍのＡｌ_0.98Ｇａ_0.02Ａｓをメサ構造の側壁から酸化することにより構成される。
また、電流狭窄層５２５の上には、ｐ型Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層５３０とＡｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ層５３１が３０ペアで構成されるｐ型の上部ＤＢＲ５０５が配置されている。

上部ＤＢＲ５０５の上には厚さ１０ｎｍの高ドープのＧａＡｓからなるコンタクト層５０７、コンタクト層５０７の上部には上部電極５１０が配置されており、電気的接触が確保されている。またＧａＡｓ基板５０１の下には、ＧａＡｓ基板５０１と電気的接触を確保するために基板裏面の下部電極５０９が設けられている。

以下に、異種伝導型層５２０による電流狭窄の作用について説明する。
図２にｐ型層のドーピング濃度とｎ型層に形成される空乏層幅の計算結果を示す。また、ｐ型クラッド層５１２、異種伝導型層５２０、非酸化部分５２７とそれらの界面に生じる空乏層５５０、５５１の関係を図１（ｂ）に示す。
また、異種伝導型層５２０、ｐ型クラッド層５１２、酸化部分５２６の関係については、同様に図１（ｃ）に示す。
図１（ｂ）に示すように、本実施例のドーピング濃度での異種伝導型層５２０（ドーピング濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3）と非酸化部分５２７（ドーピング濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3）のｐｎ接合面には空乏層５５１ができる。異種伝導型層５２０内にある空乏層の幅は約３６．４ｎｍとなる（図２）。
また、異種伝導型層５２０とｐ型クラッド層５１２（１×１０¹⁸ｃｍ^-3）により生じる空乏層５５０のうち、異種伝導型層５２０内に生じる空乏層の幅は約３６．４ｎｍとなる。
一方、Ａｌ_0.9ＧａＡｓの６８０ｎｍ付近で光学的厚さがλ／４となる物理的厚さは５０ｎｍであり、異種伝導型層５２０はこの厚さとなっている。
そのため、図１（ｂ）においては、電流狭窄層５２５とｐ型クラッド層５１２から伸びる空乏層をあわせると異種伝導型層５２０内はすべて空乏層となっている。

一方、図１（ｃ）に示すように、酸化部分５２６の下では、酸化部分５２６と異種伝導型層５２０の間には空乏層は生じない。
これは、酸化部分５２６は単結晶の半導体ではなくなっており、正孔を供給できないためである。
そして、異種伝導型層５２０とｐ型クラッド層５１２の間で生じる空乏層５５０の幅は異種伝導型層５２０内では約３６ｎｍとなる。そのため、異種伝導型層５２０にはｎ型部分が残る。
また、空乏層内においては、結晶成長方向（基板表面と垂直な方向）には電界が生じているため、空乏層内に入った正孔は電界によりスムーズにｐ型クラッド層へ移動できる。
一方、面内方向（基板表面と同じ面内方向）には電界は生じていない。そのため、横に広がるよりも縦に進む方が早くなり、正孔の横方向への広がりを抑制できる。

また、異種伝導型層５２０のうち、非酸化部分５２７の直下の部分は、図１（ｂ）に示すように異種伝導型層５２０の上下のｐｎ接合にできる２つの空乏層は連結しており、異種伝導型層５２０はすべて空乏層となっていることが好ましい。
この場合、空乏層内に注入されたキャリアは空乏層内に生じている電界により加速されｐ型クラッド層５１２へスムーズに抜けることが出来るためである。
このためには、図２より下記の条件の範囲内で適宜設定することで、実現可能であることが分かる。
異種伝導型層のドーピング濃度は０．５×１０¹⁸ｃｍ^-3から１×１０¹⁸ｃｍ^-3であって、周囲のｐ型層は０．５×１０¹⁸ｃｍ^-3から３×１０¹⁸ｃｍ^-3で適宜設定する。
これにより異種伝導型層の層厚は４０ｎｍから１２０ｎｍ程度までの範囲で非酸化部分５２７の直下は全て空乏層となっており、かつ酸化部分５２６の直下は一部にｎ型部分が残る状態を作ることが可能である。

以下に、本実施例における素子の作製手順について説明する。
まず、上記ＧａＡｓ基板５０１、下部ＤＢＲ５０２、ｎ型クラッド層５１１、活性層５１３、ｐ型クラッド層５１２、異種伝導型層５２０、上部ＤＢＲ５０５、コンタクト層５０７の半導体層構成を有機金属気相成長法や分子線エピタキシーで成長する。
そのウエハにスパッタ法を用いて誘電体膜を形成する。
その後、半導体リソグラフィー法を用いてフォトレジストでメサ径を決める円形パターンを作る。
ここで、フォトレジストパターンを利用して、誘電体膜を部分的に除去し、その後ドライエッチングにより選択酸化層（電流狭窄層）が露出するように活性層部分まで半導体層を掘る。
ここでは、選択酸化層（電流狭窄層）として、Ａｌ_XＧａ_1-XＡｓ（ｘ＞０．９）とその酸化物で構成されたものを用いることができる。
そして、この選択酸化層を酸化させ、非酸化部を作成する。具体的には、４５０℃程度の水蒸気雰囲気中でＡｌ_0.98Ｇａ_0.02Ａｓ選択酸化層（電流狭窄層）５２５を横方向から酸化させるが、このとき酸化時間を制御することにより電流及び光閉じ込めする酸化部分５２６と非酸化部分５２７を作成する。
非酸化部分５２７の直径は６マイクロメートル程度となるように、酸化時間を制御する。
その後、レジストを剥離し、ウエハ全体にわたってプラズマＣＶＤ法を用いてパッシベーションのための誘電体膜を形成する。
コンタクト層を露出させるためのリング状に穴の開いたレジストパターンを形成し、それを用いて誘電体膜、ＧａＡｓコンタクト層５０７が露出した部分を形成する。
真空蒸着法およびリソグラフィー法を用いてｐ側電極５１０およびｎ側電極５０９を形成する。
ｐ側電極５１０は取り出しのための円形窓が形成されている。良好な電気特性を得るため、高温窒素雰囲気中で電極と半導体を合金化し素子が完成する。
なお、本実施例では、電流狭窄手法として選択酸化層（電流狭窄層）５２５を部分的に酸化することによる電流狭窄法が用いられているが、このような方法に限定されるものではない。他の狭窄法においても同様に電流を抑止する部分（選択酸化では酸化された部分）の半導体の結晶性を乱すような電流狭窄手法であれば、例えば陽子注入であっても良い。
これは、以下の実施例でも同様である。

［実施例２］
実施例２として、異種伝導型層がｉ層で構成された垂直共振器型面発光レーザについて、図３を用いて説明する。
本実施例の面発光レーザは実施例１と異種伝導型層６２０の伝導型と電流狭窄層６２５のドーピング濃度が異なる点を除いては、実施例１と同一である。
そのため、同一の部材については、実施例１と同じ符号を付している。
本実施例では、異種伝導型層６２０はｉ型のため、その層厚は正孔の拡散長以下にすることが電気抵抗の観点から望ましい。
本実施例では、異種伝導型層６２０はＡｌＧａＡｓ半導体で構成されている。具体的には、Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓで構成されているため、その正孔拡散長は約４３０ｎｍとなる。
したがって、異種伝導型層の層厚は４００ｎｍ以下とすることか望ましい。本実施例の異種伝導型層６２０の層厚は約５０ｎｍであるため、拡散長より十分小さく、より好ましい範囲である。

また、電流狭窄層６２５のドーピング濃度は３×１０¹⁸ｃｍ^-3であり、実施例１と比較して大きい。
これは、異種伝導型層にキャリアが拡散しても電流狭窄層６２５にある程度のキャリア密度を保ち、電気伝導性を良好にするためである。
なお、図３の６２６および６２７はそれぞれ、電流狭窄層６２５のうち、酸化部分と非酸化部分である。
本実施例における素子の製作手順は、結晶成長時に異種伝導型層５２０の代わりに異種伝導型層６２０を成長させる以外は実施例１と同一であるため、省略する。
また、本実施例のｉ層とは、ｐまたはｎ型にするためのドーパントを入れない半導体に加え、ｐとｎのドーパントを同量だけドーピングして実効的にキャリア濃度を低下させている場合も含む。

［実施例３］
実施例３として、上記各実施例と異なる形態の垂直共振器型面発光レーザ構成例について、図４を用いて説明する。
本実施例における面発光レーザ構造は、ｎ型ＧａＡｓ基板７０１、ＧａＡｓ基板７０１の上部に位置するｎ型ＡｌＡｓ層７１４とＧａＡｓ層７１５で構成されるｎ型の下部ＤＢＲ７０２を有する。
下部ＤＢＲ７０２の上には、Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓからなるｎ型クラッド層７１１、ドーピングされていない３つのＩｎ_0.18ＧａＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸を含む活性層７１３、Ａｌ_0.5ＧａＡｓからなるｐ型クラッド層７１２が形成されている。これら３つの層の光学的長さは発振波長λの１波長分となっている。また、ｐ型クラッド層７１２は１×１０¹⁸ｃｍ^-3にドーピングされている。
さらに、ｐ型クラッド層７１２の上には、異種伝導型層７２０が配置されている。
異種伝導型層７２０は１×１０¹⁸ｃｍ^-3のｎ型にドープされている。
また、異種伝導型層７２０の上には、厚さ３０ｎｍのＡｌ_0.98Ｇａ_0.02Ａｓで構成される電流狭窄層７２５が形成されている。この電流狭窄層７２５は酸化部分７２６と非酸化部分７２７に分かれている。この電流狭窄層７２５は１×１０¹⁸ｃｍ^-3にドープされている。
電流狭窄層７２５は、ｐ型Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓから構成される低屈折率層７３０と、ＧａＡｓで構成される高屈折率層７３１が２２ペアで積層されたｐ型の上部ＤＢＲ７０５が配置されている。
上部ＤＢＲ７０５の上には厚さ１０ｎｍの高ドープのＧａＡｓで構成されたコンタクト層７０７が接している。
コンタクト層７０７の上部には、上部電極７１０が設けられており、コンタクト層７０７と電気的にコンタクトしている。
また、ＧａＡｓ基板７０１の下には、下部電極７０９が設けられている。

本実施例は、ＡｌＧａＡｓ材料を用いた活性層で構成された垂直共振器型面発光レーザであるため、電流狭窄層と活性層との間での電流の広がりは実施例１や実施例２と比較して小さい。
しかし、電流狭窄層７２５の下に縦方向と面内方向で導電率が一様な半導体があるため、狭窄された電流は横方向へ広がっている。
そのため、本実施例の様に、電流狭窄層を内部に有するＤＢＲ層を構成する材料と活性層材料の電気抵抗率が大きく異ならない場合においても、異種伝導型層を電流狭窄層とｐ型クラッド層の間に設けることにより、狭窄された電流が再び広がることを抑制できる。
そのため、効率的に面発光レーザの中心部分に電流を閉じ込めることができる。また、本実施例では９８０ｎｍ帯の面発光レーザであったが、他の波長帯の面発光レーザに用いても構わない。

［実施例４］
実施例４として、垂直共振器型面発光レーザ構成例について、図６を用いて説明する。
本実施例の面発光レーザは実施例１と異種伝導型層の構成が異なる点を除いては、実施例１と同一である。そのため、同一の部材については、実施例１と同じ符号を付している。
本実施例では、異種伝導型層はｎ型にドープされた異種伝導型層８２０と電流狭窄層５２５との間にｐ型の半導体層８２１が設けられている点が実施例１と異なる。すなわち、異種伝導型層と電流狭窄層との間には、上部ＤＢＲの伝導型と同じ伝導型の半導体を設けてもよい。
ここで、異種伝導型層８２０の伝導型はｎ型で、ドーピング濃度は０．５×１０¹⁸ｃｍ−³、厚さは１１０ｎｍである。また、半導体層８２１の伝導型はｐ型で、ドーピング濃度は０．５×１０¹⁸ｃｍ−³、厚さは３０ｎｍとなっている。
本実施例で半導体層８２１が設けられているのは、電流狭窄層５２５と活性層５１３との間の距離を大きく取るためである。
図２に示すように、ｐｎ接合面にできる空乏層の幅には制限がある。しかしながら、面発光レーザにおいては、酸化層狭窄層と下部クラッド層の距離を一般的な１／４λ（従来例も１／４λである）よりも大きくしたい場合も存在する。
例えば、電流狭窄層により何らかの原子の拡散や内部応力が素子の信頼性に悪影響を与える場合には、電流狭窄層を下部クラッド層から離すことが必要になる。このような場合に、電気抵抗や結晶成長の良好な再現性を維持するためにある程度のドーピング濃度（例：０．５×１０¹⁸ｃｍ−³以上）を維持しつつ、実施例１のような単層の異種伝導型層を用いて空乏層幅を１００ｎｍ以上を実現することは困難である。
そこで、本実施例の様に電流狭窄層と活性層間を複数層で構成し、かつそのうちの一つを上部ＤＢＲとは異なる伝導型の層とすることで、電流狭窄層と活性層間との距離を大きくすることができる。

本実施例の場合には、ｐ型クラッド層５１２と異種伝導型層８２０との間に空乏層が形成されるが、異種伝導型層８２０内に形成される空乏層の厚さは、図２より約６０ｎｍとなる。
また、異種伝導型層８２０と半導体層８２１の間に出来ている空乏層は、仮にそれぞれの層が十分に厚ければそれぞれの層内で均一で約５５ｎｍとなる。
ただし、半導体層８２１の実際の層厚は３０ｎｍと薄いため、半導体層８２１からの正孔の供給だけでは、異種伝導型層８２０の全てを空乏層にすることが出来ない。
しかし、非酸化部分５２７の下側部分に関しては、非酸化部分５２７から追加のキャリア供給があるために、本来の５５ｎｍの厚さの空乏層を形成でき異種伝導型層８２０内部をすべて空乏層とすることができる。
一方、酸化部分５２６の下側部分は、電流狭窄層５２５からの追加のキャリアの供給が出来ないため、異種伝導型層８２０の内部をすべて空乏層にすることが出来ず、一部にｎ型部分が残ってしまう。
その結果、非酸化部分５２７の直下のみ、活性層５１３と電流狭窄層５２５との間がすべて空乏層となり、実施例１で説明したように、電流の広がりを抑えることができる。

［その他の実施例］
上記実施例で説明した垂直共振器型面発光レーザを１次元または２次元にアレイ状に配列して垂直共振器型面発光レーザアレイを構成してもよい。
また、上記で示した各半導体層のドーピング量および厚さや、空乏層の厚さなどは、単なる一例であり、適宜設計変更することが可能である。
また、「Ａの上に形成されたＢ」とは、ＡとＢとが必ずしも接していなくてもよい。

５０１：基板、
５０２：下部ＤＢＲ
５０５：上部ＤＢＲ
５０７：コンタクト層
５０９：下部電極
５１０：上部電極
５１１：下部クラッド層
５１２：上部クラッド層
５１３：活性層
５１４：低屈折率層
５１５：高屈折率層
５２０：異種伝導型層
５２５：電流狭窄層（酸化選択層）
５２６：酸化部分
５２７：非酸化部分
５３０：低屈折率層
５３１：高屈折率層
５５０：５１２と５２０とのｐｎ接合界面に生じる空乏層
５５１：５２０と５２７とのｐｎ接合界面に生じる空乏層

Claims (8)

1. 基板上に形成された下部ＤＢＲ層と、
   前記下部ＤＢＲ層の上に形成された下部クラッド層と、
   前記下部クラッド層の上に形成された活性層と、
   前記活性層の上に形成された上部クラッド層と、
   前記上部クラッド層の上に形成された電流狭窄層と、
   前記電流狭窄層の上に形成された上部ＤＢＲ層とを有する垂直共振器型面発光レーザであって、
   前記電流狭窄層の中心を含む部分と前記上部クラッド層とがｐ型またはｎ型の半導体で構成され、
   前記中心を含む部分および前記上部クラッド層を構成する半導体がｐ型である場合は、前記電流狭窄層の中心を含む部分と前記上部クラッド層との間に、ｎ型の半導体層が設けられ、前記中心を含む部分および前記上部クラッド層を構成する半導体がｎ型である場合は、前記電流狭窄層の中心を含む部分と前記上部クラッド層との間に、ｐ型の半導体層が設けられていることを特徴とする垂直共振器型面発光レーザ。
2. 前記電流狭窄層は、Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＡｓ（ｘ＞０．９）と、該Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＡｓ（ｘ＞０．９）の酸化物で構成されることを特徴とする請求項１に記載の垂直共振器型面発光レーザ。
3. 前記上部ＤＢＲ層を構成する半導体の伝導型がｐ型であり、前記電流狭窄層の中心を含む部分と前記上部クラッド層との間に、ｎ型の半導体層が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の垂直共振器型面発光レーザ。
4. 前記電流狭窄層の中心を含む部分と前記上部クラッド層との間に設けられた半導体層と、前記電流狭窄層との間に、前記上部ＤＢＲ層を構成する半導体の伝導型と同じ伝導型からなる半導体層が設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の垂直共振器型面発光レーザ。
5. 前記電流狭窄層の中心を含む部分と前記上部クラッド層との間に設けられた半導体層は、ＡｌＧａＡｓ半導体で構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の垂直共振器型面発光レーザ。
6. 前記電流狭窄層の中心を含む部分と前記上部クラッド層との間に設けられた半導体層は、その層厚が４０ｎｍから１２０ｎｍであることを特徴とする請求項３に記載の垂直共振器型面発光レーザ。
7. 前記電流狭窄層の中心を含む部分と前記上部クラッド層との間に設けられた半導体層の層厚が、λ／４の光学的厚さ（λ：発振波長）であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の垂直共振器型面発光レーザ。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の垂直共振器型面発光レーザを、１次元または２次元にアレイ状に配列して構成されていることを特徴とする垂直共振器型面発光レーザアレイ。

Images