JPWO2013129446A1 - 垂直共振面発光レーザ - Google Patents

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Abstract

垂直共振面発光レーザ（１０）は、量子井戸を備える活性層と（５０）、この活性層（５０）を挟む第１クラッド層（４０）および第２クラッド層（６０）と、第１クラッド層（４０）の活性層（５０）と反対側に配置された第１多層膜反射層（３０）と、第２クラッド層（６０）の活性層（５０）と反対側に配置された第２多層膜反射層（８０）と、第１多層膜反射層（３０）の第１クラッド層（４０）と反対側に配置された第１電極（９１）と、第２多層膜反射層（８０）の第２クラッド層（６０）と反対側に配置された第２電極（９２）と、を備える。第１クラッド層（４０）および第２クラッド層（６０）の少なくとも一方に、活性層（５０）の量子井戸を形成するための光閉じ込め層の最小バンドギャップよりも小さく、量子井戸のバンドギャップよりも大きなバンドギャップとなる低活性エネルギー層（４２，６２）を備える。

Description

本発明は、基板面に対して垂直方向に光を共振させて、当該垂直方向に沿って出射する垂直共振面発光レーザに関する。
現在、半導体レーザの一種として、垂直共振面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ ＬＡＳＥＲ））が実用化されている。
垂直共振面発光レーザの概略的な構造は、例えば特許文献１に示すように、裏面に下部電極が形成された絶縁性基板の上層に、第１ＤＢＲ（多層分布ブラッグ反射器）層が形成されている。第１ＤＢＲ（多層分布ブラッグ反射器）層の上層には第１スペーサ層が形成されている。第１スペーサ層の上層には、量子井戸を備える活性層が形成されている。活性層の上層には、第２スペーサ層が形成されている。第２スペーサ層の上層には、第２ＤＢＲ層が形成されている。第２ＤＢＲ層の上層には、上部電極が形成されている。そして、上部電極と下部電極間に駆動信号を印加することで、基板に垂直な（積層方向に平行な）方向へ鋭い指向性を有するレーザ光が発生する。
このような垂直共振面発光レーザにおいて、消費電流を低減しながら、活性層に与える電流密度を増加させるため、特許文献１の垂直共振面発光レーザでは、第２ＤＢＲ層内に、酸化層によって電流開口が狭くされた領域が形成されている。
特表２００３−５０８９２８号公報
しかしながら、上述の構成からなる垂直共振面発光レーザでは、一般に、活性層を含む層を構成する材料と、特許文献１でいうところのスペーサ層やＤＢＲ層を構成する材料の組成が異なるため、格子不整合に起因する応力や歪みが生じる。このため、通電によりこれらの応力や歪みの影響が促進されて活性層に悪影響を及ぼし、電気光変換効率を低下させてしまうことがある。さらには、上述の特許文献１に示すように、酸化層によって電流開口が狭くされた領域を設けた場合にも、酸化層が形成されたことによって生じる応力や歪みの影響が通電により促進され、活性層へ悪影響を及ぼし、電気光変換効率を低下させてしまうことがある。
この発明の目的は、連続通電しても電気光変換効率が低下しない信頼性の高い垂直共振面発光レーザを実現することにある。
この発明は、量子井戸を備える活性層と、該活性層を挟む第１クラッド層および第２クラッド層と、第１クラッド層の活性層と反対側に配置された第１多層膜反射層と、第２クラッド層の活性層と反対側に配置された第２多層膜反射層と、第１多層膜反射層の第１クラッド層に接続された第１電極と、第２多層膜反射層の第２クラッド層に接続された第２電極と、を層構造で備える垂直共振面発光レーザに関するものであって、次の特徴を有する。第１クラッド層および第２クラッド層の少なくとも一方に、活性層の量子井戸を形成するための光閉じ込め層の最小バンドギャップよりも小さく、量子井戸のバンドギャップよりも大きなバンドギャップとなる低活性エネルギー層を備える。
この構成では、低活性エネルギー層を設けることで、格子不整合に起因する応力や歪みの活性層への伝搬が抑制される。これにより、連続通電による電気光変換効率の低下が抑制される。
また、この発明の垂直面発光レーザは、次の構成であることが好ましい。第２クラッド層と第２多層膜反射層との間に酸化狭窄層を備える。低活性エネルギー層は、第２クラッド層に形成されている。
この構成では、酸化狭窄層を備えることで消費電力を低下させることができるとともに、酸化狭窄層に起因する応力や歪みの活性層への伝搬が抑制される。
また、この発明の垂直面発光レーザでは、第２クラッド層の低活性エネルギー層は、第２クラッド層の活性層と反対側の端部に形成されていることが好ましい。
この構成では、低活性エネルギー層の第２クラッド層内の具体的な形成位置を示している。このように活性層から離間することで、電気光変換効率の低下の抑制を効果的に実現できる。
また、この発明の垂直面発光レーザでは、低活性エネルギー層は、第１クラッド層と第２クラッド層の両方に形成されていることが好ましい。
この構成では、活性層を挟む両側からの応力や歪みの活性層への伝搬が抑制される。これにより、電気光変換効率の低下の抑制を、より確実に実現できる。
また、この発明の垂直面発光レーザでは、第１クラッド層に形成された低活性エネルギー層のバンドギャップは、第２クラッド層に形成された低活性エネルギー層のバンドギャップよりも小さいことが好ましい。
この構成では、低活性エネルギー層のより効果的な態様を示している。
また、この発明の垂直面発光レーザでは、活性層は複数の量子井戸を備え、第１クラッド層の低活性エネルギー層のバンドギャップは複数の量子井戸間の障壁層のバンドギャップよりも小さいことが好ましい。
また、この発明の垂直面発光レーザでは、第１クラッド層の低活性エネルギー層のバンドギャップおよび第２クラッド層の低活性エネルギー層のバンドギャップは、障壁層のバンドギャップよりも小さいことが好ましい。
これらの構成のように、障壁層のバンドギャップよりも低活性エネルギー層のバンドギャップを小さくすることで、電気光変換効率の低下の抑制を、より確実に実現できる。特に、第１、第２クラッド層の両方の低活性エネルギー層のバンドギャップを障壁層のバンドギャップよりも小さくすることで、電気光変換効率の低下の抑制を、より一層確実に実現できる。
また、この発明の垂直面発光レーザでは、次の構成であってもよい。第１クラッド層のみに低活性エネルギー層が形成されている。第１クラッド層の低活性エネルギー層は、第１クラッド層の活性層と反対側の端部に形成されている。
この構成では、基板に起因する応力や歪みの活性層への伝搬が抑制される。
また、この発明の垂直面発光レーザでは、次の構成であってもよい。第１クラッド層のみに前記低活性エネルギー層が形成されている。活性層は、複数の量子井戸を備える。第１クラッド層の低活性エネルギー層のバンドギャップは、複数の量子井戸間の障壁層のバンドギャップよりも小さい。
この構成のように、障壁層のバンドギャップよりも低活性エネルギー層のバンドギャップを小さくすることで、電気光変換効率の低下の抑制を、より確実に実現できる。
また、この発明は、量子井戸を備える活性層と、該活性層を挟む第１クラッド層および第２クラッド層と、第１クラッド層の活性層と反対側に配置された第１多層膜反射層と、第２クラッド層の活性層と反対側に配置された第２多層膜反射層と、第１多層膜反射層の第１クラッド層に接続された第１電極と、第２多層膜反射層の第２クラッド層に接続された第２電極と、を層構造で備える垂直共振面発光レーザに関するものであって、次の特徴を有する。活性層、第１クラッド層、第２クラッド層、第１多層膜反射層、第２多層膜反射層は、ＡｌＧａＡｓ材料からなる。第１クラッド層および第２クラッド層の少なくとも一方に、活性層の量子井戸を形成するための光閉じ込め層のＡｌ組成比率よりも低く、量子井戸のＡｌ組成比率よりも高いＡｌ組成比率となる低活性エネルギー層を備える。
この構成では、Ａｌ組成比率の低い低活性エネルギー層を設けることで、基板等に起因する応力や歪みの活性層への伝搬が抑制される。これにより、連続通電による電気光変換効率の低下が抑制される。
また、この発明の垂直面発光レーザでは、次の構成であることが好ましい。第２クラッド層と第２多層膜反射層との間に第２多層膜反射層よりもＡｌ組成比率の高い酸化狭窄層を備える。低活性エネルギー層は、第２クラッド層に形成されている。
この構成では、Ａｌ組成比率の高い酸化狭窄層を備えることで消費電力を低下させることができるとともに、酸化狭窄層に起因する応力や歪みの活性層への伝搬が抑制される。
また、この発明の垂直面発光レーザでは、第２クラッド層の低活性エネルギー層は、第２クラッド層の前記活性層と反対側の端部に形成されていることが好ましい。
この構成では、低活性エネルギー層の第２クラッド層内の具体的な形成位置を示している。このように活性層から離間することで、電気光変換効率の低下の抑制を効果的に実現できる。
また、この発明の垂直面発光レーザでは、低活性エネルギー層は、第１クラッド層と第２クラッド層の両方に形成されていることが好ましい。
この構成では、活性層を挟む両側からの応力や歪みの活性層への伝搬が抑制される。これにより、電気光変換効率の低下の抑制を、より確実に実現できる。
また、この発明の垂直面発光レーザでは、第１クラッド層に形成された低活性エネルギー層のＡｌ組成比率は、第２クラッド層に形成された低活性エネルギー層のＡｌ組成比率よりも低いことが好ましい。
この構成では、低活性エネルギー層のＡｌ組成比率のより効果的な態様を示している。
また、この発明の垂直面発光レーザでは、活性層は複数の量子井戸を備え、第１クラッド層の低活性エネルギー層のＡｌ組成比率は複数の量子井戸間の障壁層の組成比率よりも低いことが好ましい。
また、この発明の垂直面発光レーザでは、第１クラッド層の低活性エネルギー層のＡｌ組成比率および第２クラッド層の低活性エネルギー層のＡｌ組成比率は、障壁層のＡｌ組成比率よりも低いことが好ましい。
これらの構成のように、障壁層のＡｌ組成比率よりも低活性エネルギー層のＡｌ組成比率を低くすることで、電気光変換効率の低下の抑制を、より確実に実現できる。特に、第１、第２クラッド層の両方の低活性エネルギー層のＡｌ組成比率を障壁層のＡｌ組成比率よりも低くすることで、電気光変換効率の低下の抑制を、より一層確実に実現できる。
また、この発明の垂直面発光レーザでは、次の構成であってもよい。第１クラッド層のみに低活性エネルギー層が形成されている。第１クラッド層の低活性エネルギー層は、第１クラッド層の活性層と反対側の端部に形成されている。
この構成では、基板に起因する応力や歪みの活性層への伝搬が抑制される。
また、この発明の垂直面発光レーザでは、次の構成であってもよい。第１クラッド層のみに低活性エネルギー層が形成されている。活性層は複数の量子井戸を備える。第１クラッド層の低活性エネルギー層のＡｌ組成比率は、複数の量子井戸間の障壁層のＡｌ組成比率よりも低い。
この構成のように、障壁層のＡｌ組成比率よりも低活性エネルギー層の組成比率を低くすることで、電気光変換効率の低下の抑制を、より確実に実現できる。
この発明によれば、垂直共振面発光レーザに連続通電しても電気光変換効率が殆ど低下しない。これにより、信頼性の高い垂直共振面発光レーザを実現することができる。
本発明の第１の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ１０の平面図である。 本発明の第１の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ１０の側面断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ１０の部分拡大側面断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ１０のバンドエネルギーの分布図である。 図４に示すバンドエネルギーの分布図の活性層５０付近の拡大図である。 本発明の第１の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ１０の各層のＡｌ組成比率（Ａｌ含有比）の分布図である。 本発明の第１の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ１０と、従来のクラッド層の構造の垂直共振面発光レーザとの連続通電による平均光出力の変化を示す特性図である。 従来の垂直共振面発光レーザのＡｌ組成比率（Ａｌ含有比）の分布図である。 本発明の第２の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ１０Ａのバンドエネルギーの分布図の活性層５０Ａ付近の拡大図である。 本発明の第３の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ１０Ａのバンドエネルギーの分布図の活性層５０Ｂ付近の拡大図である。
本発明の第１の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）について、図を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ１０の平面図である。図２は本発明の第１の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ１０の側面断面図である。図３は、本発明の第１の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ１０の部分拡大側面断面図である。
垂直共振面発光レーザ１０は、図１、図２、図３に示す構造を有するヘテロ接合型の半導体からなる。垂直共振面発光レーザ１０は、ＧａＡｓを材料とするベース基板２０を備える。ベース基板２０は平板状であり、下面には第１電極９１が形成されている。
ベース基板２０の上面、すなわち第１電極９１が形成された下面と反対側の面には、第１ＤＢＲ（多層分布ブラッグ反射器）層３０が形成されている。第１ＤＢＲ層３０は、ＡｌＧａＡｓ材料からなり、ＧａＡｓに対するＡｌの組成比率が異なる層を複数層積層してなる。このような層構成により所定周波数のレーザ光を発生するための第１の反射器を形成する。第１ＤＢＲ層３０はｎ型のＤＢＲ層である。
第１ＤＢＲ層３０の上面（ベース基板２０に当接する面と反対の面）の所定領域には、第１クラッド層４０が形成されている。第１クラッド層４０もＡｌＧａＡｓ材料からなる。第１クラッド層４０は、高活性エネルギー層４１と低活性エネルギー層４２とを備える。高活性エネルギー層４１と低活性エネルギー層４２は、層状に形成されている。低活性エネルギー層４２が第１ＤＢＲ層３０側となるように、高活性エネルギー層４１と低活性エネルギー層４２が配置されている。
第１クラッド層４０の上面（第１ＤＢＲ層３０と当接する面と反対の面）には、活性層５０が形成されている。活性層５０もＡｌＧａＡｓ材料からなる。活性層５０は、積層方向に沿って屈折率分布が形成されるように、屈折率が異なる複数の層が積層された構造からなる。これら屈折率の異なる層は、各層のＧａＡｓに対するＡｌ組成比率を異ならせることによって実現される。このような構成により、活性層５０には、バンドギャップの高い光閉じ込め層に挟まれた単一もしくは複数の量子井戸を有する層となる。
活性層５０の上面（第１クラッド層４０と当接する面の反対の面）には、第２クラッド層６０が形成されている。第２クラッド層６０もＡｌＧａＡｓ材料からなる。第２クラッド層６０は、高活性エネルギー層６１と低活性エネルギー層６２とを備える。高活性エネルギー層６１と低活性エネルギー層６２は、層状に形成されている。高活性エネルギー層６１が活性層５０側となるように、高活性エネルギー層６１と低活性エネルギー層６２が配置されている。
第２クラッド層６０の上面（活性層５０に当接する面の反対の面）には、第２ＤＢＲ層８０が形成されている。第２ＤＢＲ層８０は、ＡｌＧａＡｓ材料からなり、ＧａＡｓに対するＡｌの組成比率が異なる層を複数層積層してなる。このような層構成により所定周波数のレーザ光を発生するための第２の反射器を形成する。第２ＤＢＲ層８０はｐ型のＤＢＲ層である。第２ＤＢＲ層８０は、第１ＤＢＲ層３０に対して反射率が若干低くなるように形成されている。
第２クラッド層６０と第２ＤＢＲ層８０との境界面には、酸化狭窄層７０が形成されている。酸化狭窄層７０は、ＡｌＧａＡｓ材料からなり、ＧａＡｓに対するＡｌの組成比率が他の各層よりも高く設定されている。酸化狭窄層７０は、第２クラッド層６０と第２ＤＢＲ層８０と境界面の全面に形成されているわけでなく、形成領域の略中央に所定の面積で非形成部が存在する。
第２ＤＢＲ層８０の上面には、リング電極９２１が形成されている。リング電極９２１は、図１に示すように平面視して環状の電極である。
上述のような層構成からなる半導体機能部に対して、リング電極９２１の形成部を除く全体が、絶縁層９３で覆われている。さらに、第１クラッド層４０から第２ＤＢＲ層８０までが形成された領域と高さを略一致させるため、絶縁体９４が形成されている。絶縁体９４の上面には、リング電極９２１に接続するパッド電極９２２が形成されている。このリング電極９２１とパッド電極９２２とにより、第２電極９２が構成される。
このような構成において、光定在波分布の中心の腹の位置に、１つの発光スペクトルピーク波長を有する複数の量子井戸が配置されるように、各層の厚み、ＧａＡｓに対するＡｌの組成比率を設定することで、垂直共振面発光レーザ１０として機能する。さらに、上述の酸化狭窄層７０を備えることで、電流を活性領域に効率良く注入できるとともに、レンズ効果も得られるため、低消費電力の垂直共振面発光レーザを実現できる。
本実施形態の垂直共振面発光レーザ１０では、次に示すように、各層におけるＧａＡｓに対するＡｌの組成比率をさらに設定することで、バンドギャップの大小関係を決定している。図４は本発明の第１の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ１０のバンドエネルギーの分布図である。図５は図４に示すバンドエネルギーの分布図の活性層５０付近の拡大図である。図６は本発明の第１の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ１０の各層のＡｌ組成比率（Ａｌ含有比）の分布図である。
基板２０は、ＧａＡｓ材料からなり、Ａｌは含有されていない。第１ＤＢＲ層３０は、Ａｌの組成比率が大幅に異なる層が複数層積層した構造からなる。すなわち、Ａｌ組成比率が大幅に高い層とＡｌ組成比率が大幅に低い層とが交互に積層された構造からなる。これにより、上述のようにレーザ光に対して反射器として作用する。
第１クラッド層４０は、Ａｌ組成比の高い高活性エネルギー層４１と、Ａｌ組成比の低い低活性エネルギー層４２とによって構成される。これにより、第１クラッド層４０は、エネルギーギャップの高い高活性エネルギー層４１とエネルギーギャップの低い低活性エネルギー層４２との２層構造となる。
活性層５０は、Ａｌ組成比率の高い光閉じ込め層で、Ａｌの含有されていない複数の層を挟み込む構造からなる。これにより、活性層５０は、エネルギーギャップの高い光閉じ込め層で複数（多重）の量子井戸を挟み込む構造となる。
ここで、第１クラッド層４０の高活性エネルギー層４１のエネルギーギャップＥｇ（ＣＬ）は、活性層５０の光閉じ込め層のエネルギーギャップＥｇ（ＯＣ）よりも大きくなるように、設定されている。第１クラッド層４０の低活性エネルギー層４２のエネルギーギャップＥｇ（ＣＬＤ１）は、光閉じ込め層のエネルギーギャップＥｇ（ＯＣ）よりも小さく、量子井戸準位のエネルギーギャップＥｇ（ＱＷ）よりも大きくなるように設定されている。
言い換えれば、高活性エネルギー層４１のＡｌ組成比率が、活性層５０の光閉じ込め層のＡｌ組成比率よりも高くなるように設定されている。また、低活性エネルギー層４２のＡｌ組成比率が、光閉じ込め層のＡｌ組成比率よりも低く、量子井戸準位のＡｌ組成比率よりも高くなるように設定されている。
このような構成とすることで、連続通電により基板２０および第１ＤＢＲ層３０に起因する応力や歪みが活性層５０に影響を及ぼすことが抑制されていると考えられる。この際、本実施形態の垂直共振面発光レーザ１０のように、低活性エネルギー層４２を第１ＤＢＲ層３０側に配置することで、より効果的に影響を抑制することができる。
第２クラッド層６０は、Ａｌ組成比の高い高活性エネルギー層６１と、Ａｌ組成比の低い低活性エネルギー層６２とによって構成される。これにより、第１クラッド層６０は、エネルギーギャップの高い高活性エネルギー層６１とエネルギーギャップの低い低活性エネルギー層６２との２層構造となる。
ここで、第２クラッド層６０の高活性エネルギー層６１のエネルギーギャップＥｇ（ＣＬ）は、活性層５０の光閉じ込め層のエネルギーギャップＥｇ（ＯＣ）よりも大きくなるように、設定されている。第２クラッド層６０の低活性エネルギー層６２のエネルギーギャップＥｇ（ＣＬＤ２）は、光閉じ込め層のエネルギーギャップＥｇ（ＯＣ）よりも小さく、量子井戸準位のエネルギーギャップＥｇ（ＱＷ）よりも大きくなるように設定されている。
言い換えれば、高活性エネルギー層６１のＡｌ組成比率が、活性層５０の光閉じ込め層のＡｌ組成比率よりも高くなるように設定されている。また、低活性エネルギー層６２のＡｌ組成比率が、光閉じ込め層のＡｌ組成比率よりも低く、量子井戸準位のＡｌ組成比率よりも高くなるように設定されている。
このような構成とすることで、連続通電により酸化狭窄層７０および第２ＤＢＲ層８０に起因する応力や歪みが活性層５０に影響を及ぼすことが抑制されていると考えられる。この際、本実施形態の垂直共振面発光レーザ１０のように、低活性エネルギー層６２を酸化狭窄層７０および第２ＤＢＲ層８０側に配置することで、より効果的に影響を抑制することができる。
さらに、低活性エネルギー層４２，６２は、Ａｌの組成比率（含有率）が低いため、第１、第２クラッド層４０，６０の熱伝導性が向上する。これにより、活性層５０で発生した熱が外部へ効率良く伝導され、レーザ特性の劣化を抑制することができる。
また、低活性エネルギー層４２，６２のＡｌの組成比率が少ないことで、意図しない不純物（ドーパント）の増加を防ぐことができる。これにより、垂直共振面発光レーザ１０を実現する半導体エピ構造の結晶性を良好することができる。
図７は、本発明の第１の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ１０と、従来のクラッド層の構造の垂直共振面発光レーザとの連続通電による平均光出力の変化を示す特性図である。なお、本実験は、１５０℃における高温通電実験の結果である。
また、図７に特性を示す従来の各クラッド層は、図８に示すような構成からなる。図８は、従来の垂直共振面発光レーザのＡｌ組成比率（Ａｌ含有比）の分布図である。図８（Ａ）の構成は、図７の従来１に対応し、両クラッド層のＡｌ組成比率が厚み方向に一定である。図８（Ｂ）の構成は、図７の従来２に対応し、両クラッド層のＡｌ組成比率が活性化層側からＤＢＲ層側に向かって徐々に高くなっている。図８（Ｃ）の構成は、図７の従来３に対応し、第１クラッド層のＡｌ組成比率が活性化層側からＤＢＲ層側に向かって徐々に高くなり、第２クラッド層が高活性エネルギー層（活性化層側）と低活性エネルギー層（第２ＤＢＲ層側）の２層構造になっている。
図７に示すように、本実施形態の垂直共振面発光レーザ１０では、１０００時間通電し続けても、光出力量が殆ど変化しない。すなわち、通電時間によらず電気光変換効率が低下しない。一方、従来の各構成の垂直共振面発光レーザでは、通電時間にしたがって、光出力量が低下していく。すなわち、通電時間にしたがって電気光変換効率が低下していく。
この実験結果からも分かるように、本実施形態に示すように、活性層５０を挟む第１クラッド層４０および第２クラッド層６０に低活性エネルギー層を設けることで、連続通電による電気光変換効率の低下を大幅に抑制することができる。
なお、上述の説明では、第１クラッド層４０、第２クラッド層６０の両方に低活性エネルギー層を設ける例を示したが、少なくともいずれか一方に低活性エネルギー層を設けるだけでも、連続通電による電気光変換効率の低下を抑制することはできる。
次に、本発明の第２の実施形態に係る垂直共振面発光レーザについて、図を参照して説明する。図９は本発明の第２の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ１０Ａのバンドエネルギーの分布図の活性層５０Ａ付近の拡大図である。なお、本実施形態の垂直共振面発光レーザ１０Ａは、活性層５０Ａの構成（エネルギー分布）、第１クラッド層４０Ａの構成（エネルギー分布）が異なるものであり、他の構成は第１の実施形態に示した垂直共振面発光レーザ１０と同じである。
本実施形態の垂直共振面発光レーザ１０Ａは、複数の量子井戸の間に光閉じ込め層よりもエネルギーギャップの小さな障壁層を備えるものである。このような構成では、第１クラッド層４０Ａの低活性エネルギー層４２ＡのエネルギーギャップＥｇ（ＣＬＤ１Ａ）が次に示す関係になるように設定する。
第１クラッド層４０Ａの低活性エネルギー層４２ＡのエネルギーギャップＥｇ（ＣＬＤ１Ａ）は、活性層５０Ａの障壁層のエネルギーギャップＥｇ（ＢＬ）よりも小さく、量子井戸準位のエネルギーギャップＥｇ（ＱＷ）よりも大きくなるように設定されている。言い換えれば、第１クラッド層４０Ａの低活性エネルギー層４２ＡのＡｌ組成比率は、活性層５０Ａの障壁層のＡｌ組成比率よりも低く、量子井戸準位のＡｌ組成比率よりも高くなるように設定されている。
活性層５０Ａに障壁層を備える場合、このような構成とすることで、上述の第１の実施形態と同様に、基板２０および第１ＤＢＲ層３０に起因する応力や歪みが活性層５０Ａに影響を及ぼすことを抑制することができると考えられる。これにより、連続通電による電気光変換効率の低下を大幅に抑制することができる。
さらに、第２クラッド層６０Ａの低活性エネルギー層６２ＡのエネルギーギャップＥｇ（ＣＬＤ２Ａ）を、活性層５０Ａの障壁層のエネルギーギャップＥｇ（ＢＬ）よりも小さく、量子井戸準位のエネルギーギャップＥｇ（ＱＷ）よりも大きくなるように設定すると、よりよい。言い換えれば、第２クラッド層６０Ａの低活性エネルギー層６２ＡのＡｌ組成比率を、活性層５０Ａの障壁層のＡｌ組成比率よりも低く、量子井戸準位のＡｌ組成比率よりも高くなるように設定するとよい。
これにより、さらに酸化狭窄層７０および第２ＤＢＲ層８０に起因する応力や歪みが活性層５０Ａに影響を及ぼすことを抑制することができると考えられる。これにより、連続通電による電気光変換効率の低下をさらに大幅に抑制することができる。
次に、第３の実施形態に係る垂直共振面発光レーザについて、図を参照して説明する。図１０は本発明の第３の実施形態に係る垂直共振面発光レーザ１０Ａのバンドエネルギーの分布図の活性層５０Ｂ付近の拡大図である。なお、本実施形態の垂直共振面発光レーザ１０Ｂは、活性層５０Ｂの構成（エネルギー分布）、第１クラッド層４０Ａの構成（エネルギー分布）が異なるものであり、他の構成は第１の実施形態に示した垂直共振面発光レーザ１０と同じである。
本実施形態の垂直共振面発光レーザ１０Ｂは、活性層５０Ｂに単一の量子井戸を備えるものである。このような構成では、第１クラッド層４０Ａの低活性エネルギー層４２ＡのエネルギーギャップＥｇ（ＣＬＤ１Ｂ）が次に示す関係になるように設定する。
第１クラッド層４０の低活性エネルギー層４２のエネルギーギャップＥｇ（ＣＬＤ１Ｂ）は、光閉じ込め層のエネルギーギャップＥｇ（ＯＣ）よりも小さく、量子井戸準位のエネルギーギャップＥｇ（ＱＷ）よりも大きくなるように設定されている。言い換えれば、第１クラッド層４０Ｂの低活性エネルギー層４２ＢのＡｌ組成比率は、活性層５０Ｂの光閉じ込め層のＡｌ組成比率よりも低く、量子井戸準位のＡｌ組成比率よりも高くなるように設定されている。
このような構成とすることで、上述の第１、第２の実施形態と同様に、基板２０および第１ＤＢＲ層３０に起因する応力や歪みが活性層５０Ｂに影響を及ぼすことを抑制することができると考えられる。これにより、連続通電による電気光変換効率の低下を大幅に抑制することができる。
さらに、第２クラッド層６０Ｂの低活性エネルギー層６２ＢのエネルギーギャップＥｇ（ＣＬＤ２Ｂ）を、活性層５０Ｂの光閉じ込め層のエネルギーギャップＥｇ（ＯＣ）よりも小さく、量子井戸準位のエネルギーギャップＥｇ（ＱＷ）よりも大きくなるように設定すると、よりよい。言い換えれば、第２クラッド層６０Ｂの低活性エネルギー層６２ＢのＡｌ組成比率を、活性層５０Ｂの光閉じ込め層のＡｌ組成比率よりも低く、量子井戸準位のＡｌ組成比率よりも高くなるように設定するとよい。
これにより、さらに酸化狭窄層７０および第２ＤＢＲ層８０に起因する応力や歪みが活性層５０Ｂに影響を及ぼすことを抑制することができると考えられる。これにより、連続通電による電気光変換効率の低下をさらに大幅に抑制することができる。
なお、上述の各実施形態では、ＧａＡｓ基板上にＡｌＧａＡｓをヘテロ接合した半導体による垂直共振面発光レーザを例に示したが、他の材料からなるヘテロ接合した半導体による垂直共振面発光レーザにも、上述の構成を適用することができる。
１０，１０Ａ，１０Ｂ：垂直平面発光レーザ、
２０：ベース基板、
３０：第１ＤＢＲ層、
４０，４０Ａ，４０Ｂ：第１クラッド層、
４１：高活性エネルギー層、
４２，４２Ａ，４２Ｂ：低活性エネルギー層、
５０，５０Ａ，５０Ｂ：活性層、
６０，６０Ａ，６０Ｂ：第２クラッド層、
６１：高活性エネルギー層、
６２，６２Ａ，６２Ｂ：低活性エネルギー層、
７０：酸化狭窄層、
８０：第２ＤＢＲ層、
９１：第１電極、９２：第２電極、
９２１：リング電極、９２２：パッド電極

Claims (18)

  1. 量子井戸を備える活性層と、
    該活性層を挟む第１クラッド層および第２クラッド層と、
    前記第１クラッド層の前記活性層と反対側に配置された第１多層膜反射層と、
    前記第２クラッド層の前記活性層と反対側に配置された第２多層膜反射層と、
    前記第１多層膜反射層の前記第１クラッド層に接続された第１電極と、
    前記第２多層膜反射層の前記第２クラッド層に接続された第２電極と、を層構造で備える垂直共振面発光レーザであって、
    前記第１クラッド層および前記第２クラッド層の少なくとも一方に、前記活性層の前記量子井戸を形成するための光閉じ込め層の最小バンドギャップよりも小さく、前記量子井戸のバンドギャップよりも大きなバンドギャップとなる低活性エネルギー層を備える、垂直共振面発光レーザ。
  2. 前記第２クラッド層と前記第２多層膜反射層との間に酸化狭窄層を備え、
    前記低活性エネルギー層は、前記第２クラッド層に形成されている、請求項１に記載の垂直共振面発光レーザ。
  3. 前記第２クラッド層の前記低活性エネルギー層は、前記第２クラッド層の前記活性層と反対側の端部に形成されている、請求項１または請求項２に記載の垂直面発光レーザ。
  4. 前記低活性エネルギー層は、前記第１クラッド層と前記第２クラッド層の両方に形成されている、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の垂直面発光レーザ。
  5. 前記第１多層膜反射層の前記第１クラッド層と反対側に配置された支持用の基板を更に備え、
    前記第１クラッド層に形成された前記低活性エネルギー層のバンドギャップは、前記第２クラッド層に形成された前記低活性エネルギー層のバンドギャップよりも小さい、請求項４に記載の垂直面発光レーザ。
  6. 前記活性層は、複数の量子井戸を備え、
    前記第１クラッド層の前記低活性エネルギー層のバンドギャップは、前記複数の量子井戸間の障壁層のバンドギャップよりも小さい、請求項４または請求項５に記載の垂直共振面発光レーザ。
  7. 前記第１クラッド層の前記低活性エネルギー層のバンドギャップおよび前記第２クラッド層の前記低活性エネルギー層のバンドギャップは、前記障壁層のバンドギャップよりも小さい、請求項６に記載の垂直面発光レーザ。
  8. 前記第１クラッド層のみに前記低活性エネルギー層が形成されており、
    前記第１クラッド層の前記低活性エネルギー層は、前記第１クラッド層の前記活性層と反対側の端部に形成されている、請求項１に記載の垂直共振面発光レーザ。
  9. 前記第１クラッド層のみに前記低活性エネルギー層が形成されており、
    前記活性層は、複数の量子井戸を備え、
    前記第１クラッド層の前記低活性エネルギー層のバンドギャップは、前記複数の量子井戸間の障壁層のバンドギャップよりも小さい、請求項１または請求項８に記載の垂直面発光レーザ。
  10. 量子井戸を備える活性層と、
    該活性層を挟む第１クラッド層および第２クラッド層と、
    前記第１クラッド層の前記活性層と反対側に配置された第１多層膜反射層と、
    前記第２クラッド層の前記活性層と反対側に配置された第２多層膜反射層と、
    前記第１多層膜反射層の前記第１クラッド層に接続された第１電極と、
    前記第２多層膜反射層の前記第２クラッド層に接続された第２電極と、を層構造で備える垂直共振面発光レーザであって、
    前記活性層、前記第１クラッド層、前記第２クラッド層、前記第１多層膜反射層、前記第２多層膜反射層は、ＡｌＧａＡｓ材料からなり、
    前記第１クラッド層および前記第２クラッド層の少なくとも一方に、前記活性層の前記量子井戸を形成するための光閉じ込め層のＡｌ組成比率よりも低く、前記量子井戸のＡｌ組成比率よりも高いＡｌ組成比率となる低活性エネルギー層を備える、垂直共振面発光レーザ。
  11. 前記第２クラッド層と前記第２多層膜反射層との間に前記第２多層膜反射層よりもＡｌ組成比率の高い酸化狭窄層を備え、
    前記低活性エネルギー層は、前記第２クラッド層に形成されている、請求項１０に記載の垂直共振面発光レーザ。
  12. 前記第２クラッド層の前記低活性エネルギー層は、前記第２クラッド層の前記活性層と反対側の端部に形成されている、請求項１０または請求項１１に記載の垂直面発光レーザ。
  13. 前記低活性エネルギー層は、前記第１クラッド層と前記第２クラッド層の両方に形成されている、請求項１０乃至請求項１２のいずれかに記載の垂直面発光レーザ。
  14. 前記第１多層膜反射層の前記第１クラッド層と反対側に配置された支持用の基板を更に備え、
    前記第１クラッド層に形成された前記低活性エネルギー層のＡｌ組成比率は、前記第２クラッド層に形成された前記低活性エネルギー層のＡｌ組成比率よりも低い、請求項１３に記載の垂直面発光レーザ。
  15. 前記活性層は、複数の量子井戸を備え、
    前記第１クラッド層の前記低活性エネルギー層のＡｌ組成比率は、前記複数の量子井戸間の障壁層の組成比率よりも低い、請求項１３または請求項１４に記載の垂直共振面発光レーザ。
  16. 前記第１クラッド層の前記低活性エネルギー層のＡｌ組成比率および前記第２クラッド層の前記低活性エネルギー層のＡｌ組成比率は、前記障壁層のＡｌ組成比率よりも低い、請求項１５に記載の垂直面発光レーザ。
  17. 前記第１クラッド層のみに前記低活性エネルギー層が形成されており、
    前記第１クラッド層の前記低活性エネルギー層は、前記第１クラッド層の前記活性層と反対側の端部に形成されている、請求項１０に記載の垂直共振面発光レーザ。
  18. 前記第１クラッド層のみに前記低活性エネルギー層が形成されており、
    前記活性層は、複数の量子井戸を備え、
    前記第１クラッド層の前記低活性エネルギー層のＡｌ組成比率は、前記複数の量子井戸間の障壁層のＡｌ組成比率よりも低い、請求項１０または請求項１７に記載の垂直面発光レーザ。
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