WO2022097513A1 - 垂直共振器型面発光レーザ素子及び垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法 - Google Patents

垂直共振器型面発光レーザ素子及び垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2022097513A1
WO2022097513A1 PCT/JP2021/039221 JP2021039221W WO2022097513A1 WO 2022097513 A1 WO2022097513 A1 WO 2022097513A1 JP 2021039221 W JP2021039221 W JP 2021039221W WO 2022097513 A1 WO2022097513 A1 WO 2022097513A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
emitting laser
laser element
vertical resonator
resonator type
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/039221
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
博 中島
弥樹博 横関
知雅 渡邊
大爾 笠原
Original Assignee
ソニーグループ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ソニーグループ株式会社 filed Critical ソニーグループ株式会社
Priority to US18/250,432 priority Critical patent/US20240006851A1/en
Priority to EP21889066.3A priority patent/EP4207517A4/en
Publication of WO2022097513A1 publication Critical patent/WO2022097513A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18308—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement
    • H01S5/18311—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement using selective oxidation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18308—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0425—Electrodes, e.g. characterised by the structure
    • H01S5/04256—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18358—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] containing spacer layers to adjust the phase of the light wave in the cavity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/185—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only horizontal cavities, e.g. horizontal cavity surface-emitting lasers [HCSEL]
    • H01S5/187—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only horizontal cavities, e.g. horizontal cavity surface-emitting lasers [HCSEL] using Bragg reflection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/305—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure
    • H01S5/3095—Tunnel junction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0425—Electrodes, e.g. characterised by the structure
    • H01S5/04254—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0425—Electrodes, e.g. characterised by the structure
    • H01S5/04256—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the configuration
    • H01S5/04257—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the configuration having positive and negative electrodes on the same side of the substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18341—Intra-cavity contacts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18344—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] characterized by the mesa, e.g. dimensions or shape of the mesa
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18361—Structure of the reflectors, e.g. hybrid mirrors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18361—Structure of the reflectors, e.g. hybrid mirrors
    • H01S5/18369—Structure of the reflectors, e.g. hybrid mirrors based on dielectric materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/2054—Methods of obtaining the confinement
    • H01S5/2081—Methods of obtaining the confinement using special etching techniques
    • H01S5/2086—Methods of obtaining the confinement using special etching techniques lateral etch control, e.g. mask induced
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/34306—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 emitting light at a wavelength longer than 1000nm, e.g. InP based 1300 and 1500nm lasers

Definitions

  • This technique relates to a vertical resonator type surface emitting laser element that emits a laser in a direction perpendicular to the layer surface and a method for manufacturing a vertical resonator type surface emitting laser element.
  • a VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) element has a structure in which a light emitting layer is sandwiched between a pair of reflecting mirrors.
  • a current constriction structure is provided in the vicinity of the light emitting layer, and the current is concentrated in a part of the light emitting layer due to the current constriction structure to generate spontaneous emission light.
  • the pair of reflecting mirrors causes laser oscillation by reflecting light having a predetermined wavelength among naturally emitted light toward the light emitting layer.
  • an infrared emission VCSEL in the 940 nm band has been used as a light source for a three-dimensional sensing system such as face recognition.
  • the laser light is required to have an optical output of a predetermined value or less.
  • the damage threshold This value is called the damage threshold, and becomes higher as the wavelength of the laser becomes longer. Since the damage threshold is significantly increased from the wavelength of 1.4 ⁇ m or more, the wavelength band of 1.4 ⁇ m or more is called the eye safe band. In addition, the 1.4 ⁇ m wavelength band has less noise due to sunlight and is suitable for outdoor use. Therefore, as a next-generation sensing light source, a laser light source having a wavelength band of 1.4 ⁇ m is desired. Further, as the structure of the laser used for sensing, VCSEL, which is cheaper than the conventional end face emission type laser and easy to array, is preferable.
  • InP substrate As a substrate suitable for a laser that oscillates at a wavelength of 1.4 ⁇ m.
  • Patent Document 1 discloses a current constriction structure composed of an AlInAs oxide layer composed of a superlattice of InAs and AlAs.
  • the current constriction structure using the embedded tunnel junction as described above requires crystal regrowth for the formation of the embedded tunnel junction, and the manufacturing cost becomes a problem. Further, in the current constriction structure using the AlInAs oxide layer as described in Patent Document 1, it is necessary to form a superlattice of InAs and AlAs by using a molecular beam epitaxy method or the like, which causes a problem in productivity. ..
  • an object of the present technology is to provide a vertical resonator type surface emitting laser element and a method for manufacturing a vertical resonator type surface emitting laser element, which are excellent in productivity and can suppress the manufacturing cost. To do.
  • the vertical cavity type surface emitting laser element includes a first reflecting mirror, a second reflecting mirror, a first semiconductor layer, and a second semiconductor layer.
  • a mesa structure including a tunnel junction layer and a light emitting layer, and including a current injection region in which a current flowing into the light emitting layer through the following inner peripheral region is concentrated is formed.
  • the first reflector reflects light of a specific wavelength.
  • the second reflector reflects light of the wavelength.
  • the first semiconductor layer is arranged between the first reflecting mirror and the second reflecting mirror, and is made of a semiconductor material having a first conduction type.
  • the second semiconductor layer is arranged between the first reflecting mirror and the second reflecting mirror, and is made of a semiconductor material having a second conduction type.
  • the tunnel junction layer is arranged between the first reflecting mirror and the second reflecting mirror, and is a tunnel junction in which the first conduction type high dope layer and the second conduction type high dope layer are joined. It is a layer and has an inner peripheral region on the inner peripheral side when viewed from a direction perpendicular to the layer surface and an outer peripheral region surrounding the inner peripheral region.
  • the inner peripheral region is made of a material containing Al
  • the outer peripheral region is It consists of a material containing Al oxide.
  • the light emitting layer is arranged between the first reflecting mirror and the second reflecting mirror, and emits light by carrier recombination.
  • the outer peripheral region of the tunnel junction layer is insulating, the current passes through the inner peripheral region, that is, the current constriction structure can be realized by the tunnel junction layer.
  • the tunnel junction layer has an end face which is an outer peripheral surface of the outer peripheral region along the above direction.
  • the mesa structure has a side surface that is an outer peripheral surface along the above direction. The end face may be located on the inner peripheral region side of the side surface and may be separated from the side surface.
  • An insulator may be filled between the end face and the side surface.
  • the inner peripheral region is composed of AlInAs.
  • the outer peripheral region may be made of an oxide of AlInAs.
  • the light emitting layer may have a multiple quantum well structure made of AlGaInAs.
  • the tunnel junction layer has an end face which is an outer peripheral surface of the outer peripheral region along the above direction.
  • the mesa structure has a side surface that is an outer peripheral surface along the above direction. The end face may be located on the same surface as the side surface.
  • the inner peripheral region is composed of AlAs and is composed of AlAs.
  • the outer peripheral region may be made of AlAs oxide.
  • the light emitting layer may have a multiple quantum well structure composed of AlGaAs and GaInAs.
  • At least one of the first reflector and the second reflector may be made of a dielectric.
  • Both the first reflector and the second reflector may be made of a dielectric.
  • At least one of the first reflecting mirror and the second reflecting mirror may have a lens shape that concentrates light in the current injection region.
  • the method for manufacturing a vertical resonator type surface emitting laser element includes a first semiconductor layer made of a semiconductor material having a first conduction type and a second conduction type.
  • a second semiconductor layer made of a semiconductor material having a A laminated body including a light emitting layer that emits light by means of the above is prepared.
  • a mesa structure including a current injection region in which the current flowing into the light emitting layer is concentrated is formed.
  • the tunnel junction layer is selectively oxidized from the outer peripheral side of the mesa structure, and the tunnel junction layer is composed of an inner peripheral region on the inner peripheral side made of a material containing Al and a material containing an Al oxide. Form an outer peripheral area surrounding the peripheral area.
  • the method for manufacturing the vertical resonator type surface emitting laser element is one of the tunnel junction layers from the outer peripheral side of the tunnel junction layer after the step of forming the mesa structure and before the step of oxidizing the tunnel junction layer.
  • a step of removing the portion and separating the end surface of the tunnel junction layer from the side surface of the mesa structure may be included.
  • the step of removing a part of the tunnel junction layer may be a wet etching step using an etching solution for selectively etching the tunnel junction layer.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the VCSEL element 100 according to the present embodiment.
  • the VCSEL element 100 includes a substrate 101, a buffer layer 102, a first reflecting mirror 103, a first intermediate layer 104, a light emitting layer 105, a second intermediate layer 106, a tunnel junction layer 107, and a third intermediate layer. It includes 108, a second reflecting mirror 109, a first electrode 110, a second electrode 111, and an insulating layer 112.
  • the layer surface direction of each layer constituting the VCSEL element 100 is the XY direction
  • the direction perpendicular to the layer surface direction is the Z direction.
  • the substrate 101 supports each layer of the VCSEL element 100.
  • the substrate 101 is made of a semiconductor material, and can be made of, for example, n-InP.
  • the buffer layer 102 is formed on the substrate 101 and buffers the lattice constants of the substrate 101 and the first reflecting mirror 103.
  • the buffer layer 102 is made of an n-type semiconductor material, and can be made of, for example, n-InP.
  • the first reflecting mirror 103 is provided on the buffer layer 102, reflects light having a wavelength ⁇ , and transmits light having other wavelengths.
  • the first reflector 103 is a DBR (Distributed Bragg Reflector) in which a plurality of low refractive index layers and high refractive index layers having an optical thickness of ⁇ / 4 are alternately laminated, and is made of an n-type semiconductor material. It can be a semiconductor DBR.
  • the low refractive index layer may be composed of, for example, n-InP
  • the high refractive index layer may be composed of, for example, n-AlGaInAs
  • the number of layers may be, for example, 40 pairs.
  • the dopant can be, for example, Si.
  • the first intermediate layer 104 is provided on the first reflecting mirror 103 and is a layer that transports carriers to the light emitting layer 105.
  • the first intermediate layer 104 is made of an n-type semiconductor material, and can be made of, for example, n—InP.
  • the light emitting layer 105 is provided on the first intermediate layer 104, and emits and amplifies naturally emitted light by carrier recombination.
  • the light emitting layer 105 can be a layer having a multi-quantum well (MQW) structure in which a quantum well layer having a small band gap and a barrier layer having a large band gap are alternately laminated.
  • the quantum well layer and the barrier layer are made of, for example, AlGaInAs having different compositions, and can have an emission wavelength of 1450 nm and a number of wells of 4.
  • the second intermediate layer 106 is provided on the first reflecting mirror 103 and is a layer that transports carriers to the light emitting layer 105.
  • the first intermediate layer 104 is made of a p-type semiconductor material, and can be made of, for example, p-InP.
  • the tunnel junction layer 107 is provided on the second intermediate layer 106 to form a tunnel junction.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the tunnel junction layer 107.
  • FIG. 3 is a plan view of the tunnel junction layer 107, and is a view of the tunnel junction layer 107 as viewed from the Z direction.
  • the tunnel junction layer 107 includes a first high-doped layer 121 and a second high-doped layer 122.
  • the first high-doped layer 121 is a layer on the second intermediate layer 106 side
  • the second high-doped layer 122 is a layer on the third intermediate layer 108 side.
  • the tunnel junction layer 107 has an inner peripheral region 107a and an outer peripheral region 107b.
  • the inner peripheral region 107a is a region located on the inner peripheral side of the tunnel junction layer 107
  • the outer peripheral region 107b is an annular region surrounding the inner peripheral region 107a.
  • the inner peripheral region 107a of the first high-doped layer 121 contains Al and is made of a high-doped p-type semiconductor material, and can be made of, for example, p + -AlInAs.
  • the inner peripheral region 107a of the second high-doped layer 122 contains Al and is made of a high-doped n-type semiconductor material, and can be made of, for example, n + -AlInAs.
  • the materials of the first high-doped layer 121 and the second high-doped layer 122 are materials that are lattice-matched with the material of the substrate 101.
  • the first high-doped layer 121 and the second high-doped layer 122 can be made by high-doped Al 0.43 In 0.53 As with a p-type or n-type dopant. ..
  • the outer peripheral region 107b of the first high-doping layer 121 and the second high-doping layer 122 is made of a material obtained by oxidizing the material of the inner peripheral region 07b, and has insulating properties. That is, the outer peripheral region 107b of the first high-doped layer 121 and the second high-doped layer 122 contains an Al oxide and can be made of, for example, an AlInAs oxide.
  • the thickness of the first high-doped layer 121 and the second high-doped layer 122 can be 20 nm, respectively. Further, the distance between the tunnel junction layer 107 and the light emitting layer 105 is preferably ⁇ / 4.
  • the third intermediate layer 108 is provided on the tunnel junction layer 107, and transports carriers from the second electrode 111 to the tunnel junction layer 107.
  • the third intermediate layer 108 also serves as a contact layer with respect to the second electrode 111. Further, a high-doped layer may be separately provided between the third intermediate layer 108 and the second electrode 111 as the contact layer.
  • the third intermediate layer 108 is made of an n-type semiconductor material, and can be made of, for example, n-InP.
  • the third intermediate layer 108 and the tunnel junction layer 107 form a mesa structure described later.
  • the second reflecting mirror 109 is provided on the third intermediate layer 108, reflects light having a wavelength ⁇ , and transmits light having other wavelengths.
  • the second reflecting mirror 109 is a DBR in which a plurality of low refractive index layers and high refractive index layers having an optical thickness of ⁇ / 4 are alternately laminated, and can be a dielectric DBR made of a dielectric.
  • the low refractive index layer is made of, for example, SiO 2
  • the high refractive index layer is made of, for example, Ta 2 O 5
  • the number of layers can be 8 pairs.
  • the first electrode 110 is provided on the back surface of the substrate 101 and functions as one electrode of the VCSEL element 100.
  • the first electrode 110 may be made of, for example, Ti / Pt / Au.
  • the second electrode 111 is provided on the third intermediate layer 108 and functions as the other electrode of the VCSEL element 100.
  • the second electrode 111 may have an annular shape surrounding the second reflecting mirror 109, and may have, for example, an inner diameter of 10 ⁇ m and an outer diameter of 100 ⁇ m.
  • the second electrode 111 may be made of, for example, Ti / Pt / Au.
  • the insulating layer 112 is provided on the side surface of the second intermediate layer 106 and the mesa structure, and insulates the side surface of the second intermediate layer 106 and the mesa structure.
  • the insulating layer 112 can be made of an insulating material such as SiN.
  • the VCSEL element 100 has the above structure.
  • the buffer layer 102, the first intermediate layer 104, the third intermediate layer 108, and the second high-doped layer 122 are made of an n-type semiconductor material as the first conduction type, and the dopant can be Si.
  • the second intermediate layer 106 and the first high-doped layer 121 are made of a p-type semiconductor material as the second conduction type, and the dopant of the second intermediate layer 106 can be Mg. Further, the dopant of the first high-doped layer 121 is preferably C, which is difficult to diffuse.
  • the doping concentration is, for example, about 5 ⁇ 10 19 [cm -3 ] for the first high-doping layer 121 and the second high-doping layer 122, and about 5 ⁇ 10 17 to 1 ⁇ 10 18 [cm -3 ] for the other layers. be able to.
  • the first conduction type and the second conduction type in the VCSEL element 100 may be reversed, that is, the first conduction type may be p-type and the second conduction type may be n-type.
  • the VCSEL element 100 has a mesa structure.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a partial configuration of the VCSEL element 100 including the mesa structure.
  • FIG. 5 is a plan view of the mesa structure, and is a view of the mesa structure as viewed from the Z direction.
  • the tunnel junction layer 107 and the third intermediate layer 108 are formed in a mesa (plateland) shape to form a mesa structure M.
  • the mesa structure M can have a circular shape when viewed from the Z direction.
  • the mesa structure M is formed so that the inner peripheral region 107a of the tunnel junction layer 107 is located at the center of the mesa structure M, and is configured to include a current injection region described later.
  • the side surface of the mesa structure M is defined as the side surface S.
  • the side surface S is an outer peripheral surface of the mesa structure M along the Z direction, and can be a cylindrical surface.
  • the end face of the tunnel junction layer 107 is referred to as an end face P.
  • the end surface P is an outer peripheral surface of the outer peripheral region 107b along the Z direction, and can be a cylindrical surface.
  • the outer peripheral region 107b is formed from the end surface P to a certain depth in the XY directions, and the inner peripheral region 107a is separated from the end surface P by the outer peripheral region 107b.
  • the outer diameter D1 of the tunnel junction layer 107 is formed to be smaller than the outer diameter D2 of the mesa structure M.
  • the end surface P is located on the inner peripheral region 107a side of the side surface S and is separated from the side surface S.
  • An annular space E is formed between the end surface P and the side surface S.
  • This space E can be a void. Further, the space E may be filled with an insulator.
  • the outer diameter D1 can be set to, for example, 20 ⁇ m, and the outer diameter D2 can be set to, for example, 100 ⁇ m. Further, the outer diameter D3 of the inner peripheral region 107a can be set to, for example, 8 ⁇ m.
  • the mesa structure M is formed as described above.
  • the mesa structure M is not limited to the one composed of only the tunnel junction layer 107 and the third intermediate layer 108, and may also include, for example, the second intermediate layer 106.
  • the end faces of the third intermediate layer 108 and the second intermediate layer 106 are located on the same surface as the side surface S.
  • the mesa structure M may include a light emitting layer 105, or may include a light emitting layer 105 and a first intermediate layer 104. In either case, the end face P may be separated from the side surface S, and the end faces of the layers other than the tunnel junction layer 107 may be located on the same surface as the side surface S.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing the operation of the VCSEL element 100.
  • a voltage is applied between the first electrode 110 (see FIG. 1) and the second electrode 111, a current flows between the first electrode 110 and the second electrode 111.
  • the tunnel junction layer 107 is provided with the insulating outer peripheral region 107b, the current (arrow in the figure) passes only through the inner peripheral region 107a as shown in FIG. Therefore, the current is concentrated in the vicinity of the inner peripheral region 107a, and the current injection region R in which the current flowing into the light emitting layer 105 is concentrated is formed.
  • spontaneous emission light due to carrier recombination is generated in the current injection region R.
  • the naturally emitted light travels in the stacking direction (Z direction) of the VCSEL element 100 and is reflected by the first reflecting mirror 103 and the second reflecting mirror 109. Since the first reflector 103 and the second reflector 109 are configured to reflect the light having the oscillation wavelength ⁇ , the component of the oscillation wavelength ⁇ in the naturally emitted light is the first reflector 103 and the second reflector.
  • a standing wave is formed between 109 and amplified by the light emitting layer 105. When the injection current exceeds the threshold value, the light forming a standing wave oscillates with a laser, passes through the second reflecting mirror 109, and emits the laser light.
  • the current constriction structure by the tunnel junction layer 107 can be realized by providing the insulating outer peripheral region 107b on the outer peripheral side of the tunnel junction layer 107.
  • a buffer layer 102, a first reflecting mirror 103, a first intermediate layer 104, a light emitting layer 105, a second intermediate layer 106, a tunnel junction layer 107, and a third intermediate layer 108 are placed on the substrate 101.
  • Laminate in order to form a laminate. These layers can be laminated by the MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) method, and the dopant can be doped at the same time as the lamination.
  • MOCVD metal organic chemical vapor deposition
  • the second electrode 111 is formed on the third intermediate layer 108.
  • the second electrode 111 can have an annular shape with an inner diameter of 10 ⁇ m and an outer diameter of 100 ⁇ m. Further, as shown in FIG. 9, a part of the third intermediate layer 108 is removed according to the outer diameter of the second electrode 111.
  • the third intermediate layer 108 can be removed by wet etching, and the etching solution preferably dissolves the third intermediate layer 108 and does not dissolve the tunnel junction layer 107.
  • the third intermediate layer 108 is composed of n-InP and the tunnel junction layer 107 is composed of p + -AlInAs and n + -AlInAs
  • a mixed solution containing hydrogen bromide and hydrogen peroxide is used as the etching solution. be able to.
  • the tunnel junction layer 107 can be removed by wet etching, and it is preferable that the etching solution dissolves the tunnel junction layer 107 and does not dissolve the third intermediate layer 108 and the second intermediate layer 106.
  • the etching solution dissolves the tunnel junction layer 107 and does not dissolve the third intermediate layer 108 and the second intermediate layer 106.
  • the third intermediate layer 108 is composed of n-InP
  • the second intermediate layer 106 is composed of p-InP
  • sulfuric acid and hydrogen peroxide are used.
  • the mixed aqueous solution containing the mixture can be used as the etching solution.
  • the mesa structure M is formed by removing the third intermediate layer 108 and the tunnel junction layer 107.
  • the tunnel junction layer 107 is removed, not only the tunnel junction layer 107 located outside the mesa structure M but also the tunnel junction layer 107 located inside the mesa structure M is directed from the outer peripheral side to the inner peripheral side. Etched (side etching).
  • the end surface P of the tunnel junction layer 107 is separated from the side surface S of the mesa structure M (see FIG. 4).
  • the etching amount of this side etching can be adjusted by the etching time, and can be, for example, 40 ⁇ m from the side surface S. In this case, assuming that the outer diameter D2 (see FIG. 5) of the second electrode 111 and the mesa structure M is 100 ⁇ m, the outer diameter D1 of the tunnel junction layer 107 is 20 ⁇ m.
  • the tunnel junction layer 107 is selectively oxidized from the outer peripheral side.
  • the constituent material of the tunnel junction layer 107 is oxidized in the outer peripheral region 107b, and Al oxide is generated in the outer peripheral region 107b.
  • the inner peripheral region 107a is separated from the end face P, it is not oxidized and is maintained as a material containing Al. This oxidation can be performed by accommodating the laminate in an oxidation furnace and heating it to 400 ° C. to 450 ° C. in a steam atmosphere.
  • Oxidation proceeds selectively in the layer having a high Al composition, so that only the tunnel junction layer 107 can be oxidized by setting the Al composition of the tunnel junction layer 107 high.
  • the tunnel junction layer 107 is side-etched as described above, and the outer diameter D1 is smaller than the outer diameter D2 (see FIG. 5). Therefore, the oxidation can be completed in a short time.
  • the tunnel junction layer 107 can be oxidized to the inside of the opening 111a of the second electrode 111 by 1 ⁇ m to form the outer peripheral region 107b, and the outer peripheral region 107b can be formed by XY.
  • the width in the direction can be 6 ⁇ m.
  • the outer diameter D3 (see FIG. 5) of the inner peripheral region 107a is 8 ⁇ m.
  • the insulating layer 112 is formed on the second intermediate layer 106 and on the side surface S of the mesa structure M. Further, as shown in FIG. 13, a second reflecting mirror 109 is formed on the opening 111a.
  • the second reflecting mirror 109 can be formed by uniformly stacking a plurality of low refractive index layers and high refractive index layers, and then removing the second reflecting mirror 109 except in the vicinity of the opening 111a.
  • the first electrode 110 (see FIG. 1) can be formed on the substrate 101 and individually separated for each element to manufacture the VCSEL element 100.
  • the VCSEL element 100 can be operated by mounting it on a heat sink or the like and making an electrical connection by wire bonding or the like.
  • the VCSEL element 100 can be manufactured as described above. As described above, the tunnel junction layer 107 is side-etched before oxidation, and the outer diameter D1 is smaller than the outer diameter D2. Generally, the oxidation rate of AlInAs is slower than that of AlAs used as an oxidation narrowing layer. Therefore, in order to oxidize AlInAs at a realistic oxidation rate, it is necessary to oxidize at a high temperature of about 500 ° C.
  • the manufacturing method according to the present embodiment by reducing the outer diameter D1 by side etching, oxidation can be completed in a short time even when the tunnel junction layer 107 is made of AlInAs. .. Thereby, the oxidation can be completed at 400 ° C. to 450 ° C. at which the detachment of P and As is not remarkable, and the current constricted structure VCSEL element 100 can be manufactured by a producible method.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of the VCSEL element 200 according to the present embodiment.
  • the same components as the VCSEL element 100 according to the first embodiment are designated by the same reference numerals as those of the VCSEL element 100, and the description thereof will be omitted.
  • the VCSEL element 200 includes a substrate 201, a junction layer 202, a first reflector 203, a first intermediate layer 104, a light emitting layer 105, a second intermediate layer 106, a tunnel junction layer 107, and a third intermediate layer. It includes 108, a second reflecting mirror 109, a first electrode 210, a second electrode 111, and an insulating layer 112.
  • the substrate 201 supports each layer of the VCSEL element 100.
  • the substrate 201 may be made of, for example, Si.
  • the joining layer 202 joins the substrate 201 and the first intermediate layer 104.
  • the bonding layer 202 may be made of, for example, solder.
  • the first reflecting mirror 203 is provided on the back surface of the first intermediate layer 104, reflects light having a wavelength ⁇ , and transmits light having other wavelengths.
  • the first reflecting mirror 203 is a DBR in which a plurality of low refractive index layers and high refractive index layers having an optical thickness of ⁇ / 4 are alternately laminated, and can be a dielectric DBR made of a dielectric.
  • the low refractive index layer is made of, for example, SiO 2
  • the high refractive index layer is made of, for example, Ta 2 O 5 , and the number of layers can be 10 pairs.
  • the first reflecting mirror 203 is provided at a position facing the current injection region via another layer in the Z direction.
  • the first intermediate layer 104, the light emitting layer 105, the second intermediate layer 106, the tunnel junction layer 107, the third intermediate layer 108, the second reflecting mirror 109, the second electrode 111, and the insulating layer 112 are the same as those in the first embodiment.
  • the second reflecting mirror 109 may be a semiconductor DBR instead of the dielectric DBR.
  • the first electrode 210 is provided on the second intermediate layer 106 and functions as one electrode of the VCSEL element 200.
  • the first electrode 210 may have an annular shape surrounding the mesa structure M, and may be made of, for example, Ti / Pt / Au.
  • the VCSEL element 200 has the above configuration.
  • the thickness of the first intermediate layer 104 is preferably 5 ⁇ in terms of optical film thickness.
  • the first conduction type and the second conduction type in the VCSEL element 200 may be reversed, that is, the first conduction type may be p type and the second conduction type may be n type.
  • the mesa structure M of the VCSEL element 200 has the same configuration as the VCSEL element 100, and is configured such that the end surface P of the tunnel junction layer 107 is separated from the side surface S of the mesa structure M (see FIG. 4).
  • the operation of the VCSEL element 200 is the same as that of the VCSEL element 100, and when a voltage is applied between the first electrode 210 and the second electrode 111, the current injection region R (see FIG. 6) is formed by the current constriction structure of the tunnel junction layer 107. It is formed.
  • the spontaneously emitted light causes laser oscillation by the first reflecting mirror 203 and the second reflecting mirror 109, and the laser light is emitted through the second reflecting mirror 109.
  • the buffer layer 222, the etching stop layer 223, the first intermediate layer 104, the light emitting layer 105, the second intermediate layer 106, the tunnel junction layer 107, and the third intermediate layer 108 are sequentially arranged on the substrate 221.
  • Laminate to form a laminate These layers can be laminated by the MOCVD method, and the dopant can be doped at the same time as the lamination.
  • the substrate 221 can be, for example, an n-InP substrate
  • the buffer layer 222 can be, for example, n-InP
  • the etching stop layer 223 can be, for example, a layer made of n-InGaAs.
  • the tunnel junction layer 107 is oxidized from the outer peripheral side to generate Al oxide in the outer peripheral region 107b in the same manner as in the first embodiment, and the Al oxide is generated on the second intermediate layer 106 and the mesa structure M.
  • An insulating layer 112 is formed on the side surface of the. Further, a second reflecting mirror 109 is formed on the opening 111a.
  • the substrate 221 and the buffer layer 222 and the etching stop layer 223 are removed. These can be removed by attaching the laminate to the support substrate with wax or the like and then etching the laminate. Further, a first reflecting mirror 203 (see FIG. 14) is formed on the back surface of the first intermediate layer 104.
  • the second reflecting mirror 203 can be formed by uniformly stacking a plurality of low refractive index layers and high refractive index layers, and then removing the second reflecting mirror 203 except in the vicinity of the current injection region.
  • the bonding layer 202 is provided on the back surface of the first intermediate layer 104, the support substrate is removed after the substrate 201 is attached, and the VCSEL element 200 can be manufactured by individualizing each element.
  • the VCSEL element 200 can be operated by mounting it on a heat sink or the like and making an electrical connection by wire bonding or the like.
  • tunnel junction layer 107 is side-etched in the VCSEL element 200 as in the first embodiment, oxidation can be completed in a short time even when the tunnel junction layer 107 is made of AlInAs. Therefore, it is possible to manufacture the VCSEL element 200 having a current constriction structure by a producible method.
  • FIG. 19 is a cross-sectional view of the VCSEL element 300 according to the present embodiment.
  • the same components as the VCSEL element 100 according to the first embodiment are designated by the same reference numerals as those of the VCSEL element 100, and the description thereof will be omitted.
  • the VCSEL element 300 includes a substrate 301, a buffer layer 102, a first reflecting mirror 303, a first intermediate layer 104, a light emitting layer 105, a second intermediate layer 106, a tunnel junction layer 107, and a third intermediate layer. It includes 108, a second reflecting mirror 109, a first electrode 310, a second electrode 111, an insulating layer 112, and a metal layer 313.
  • the substrate 301 supports each layer of the VCSEL element 300.
  • the substrate 301 is made of a semi-insulating material, and can be made of, for example, a semi-insulating InP.
  • the substrate 301 is provided with a convex portion 301a for forming the first reflecting mirror 303 into a lens shape.
  • the first reflecting mirror 303 is provided on the back surface of the substrate 301, reflects light of wavelength ⁇ , and transmits light of other wavelengths.
  • the first reflecting mirror 303 is formed on the convex portion 301a and is formed in a concave lens shape that collects light in the current injection region.
  • the lens shape of the first reflecting mirror 303 may be a spherical lens shape, a cylindrical lens shape, or another lens shape.
  • the first reflecting mirror 303 is a DBR in which a plurality of low refractive index layers and high refractive index layers having an optical thickness of ⁇ / 4 are alternately laminated, and can be a dielectric DBR made of a dielectric.
  • the low refractive index layer is made of, for example, SiO 2
  • the high refractive index layer is made of, for example, Ta 2 O 5
  • the number of layers can be 10 pairs.
  • the first reflecting mirror 303 is provided at a position facing the current injection region via another layer in the Z direction.
  • the buffer layer 102, the first intermediate layer 104, the light emitting layer 105, the second intermediate layer 106, the tunnel junction layer 107, the third intermediate layer 108, the second reflecting mirror 109, the second electrode 111, and the insulating layer 112 are the first implementations. It has the same configuration as the form.
  • the second reflecting mirror 109 may be formed in a concave lens shape that collects light in the current injection region, similarly to the first reflecting mirror 303. Further, only the second reflecting mirror 109 may have a lens shape, and the first reflecting mirror 303 may not have a lens shape.
  • the first electrode 310 is provided on the second intermediate layer 106 and functions as one electrode of the VCSEL element 300.
  • the first electrode 310 may have an annular shape surrounding the mesa structure M, and may be made of, for example, Ti / Pt / Au.
  • the metal layer 313 is made of metal and is provided on the back surface of the substrate 301 to cover the first reflecting mirror 303.
  • the metal layer 313 has a curved surface in the shape of a lens according to the shape of the first reflecting mirror 303.
  • the VCSEL element 300 has the above configuration.
  • the thickness of the first intermediate layer 104 is preferably 5 ⁇ in terms of optical film thickness.
  • the first conduction type and the second conduction type in the VCSEL element 300 may be opposite to each other, that is, the first conduction type may be p type and the second conduction type may be n type.
  • the mesa structure M of the VCSEL element 300 has the same configuration as the VCSEL element 100, and is configured such that the end surface P of the tunnel junction layer 107 is separated from the side surface S of the mesa structure M (see FIG. 4).
  • the operation of the VCSEL element 300 is the same as that of the VCSEL element 100, and when a voltage is applied between the first electrode 310 and the second electrode 111, the current injection region R (see FIG. 6) is formed by the current constriction structure of the tunnel junction layer 107. It is formed.
  • the spontaneously emitted light causes laser oscillation by the first reflecting mirror 303 and the second reflecting mirror 109, and the laser light is emitted through the second reflecting mirror 109.
  • the thickness of the first substrate 301 is thickened, so that the heat dissipation is further improved.
  • the lens structure is formed in the first reflecting mirror 303 and the metal layer 313, the light emitted from the light emitting layer 105 is focused on the current injection region R in the light emitting layer 105 by this lens structure, and the light is narrowed. The action is obtained. As a result, it is possible to suppress a decrease in luminous efficiency even if the first substrate 301 is made thicker.
  • the buffer layer 102, the first intermediate layer 104, the light emitting layer 105, the second intermediate layer 106, the tunnel junction layer 107, and the third intermediate layer 108 are laminated in this order on the substrate 301, and the laminated body is formed.
  • These layers can be laminated by the MOCVD method, and the dopant can be doped at the same time as the lamination.
  • the tunnel junction layer 107 is oxidized from the outer peripheral side to generate Al oxide in the outer peripheral region 107b in the same manner as in the first embodiment, and the Al oxide is generated on the second intermediate layer 106 and the mesa structure M.
  • the insulating layer 112 is formed on the side surface S of the above. Further, a second reflecting mirror 109 is formed on the opening 111a.
  • the thickness of the substrate 301 is reduced to form the convex portion 301a.
  • the thickness of the substrate 301 can be reduced by attaching the surface of the laminated body to the support substrate with wax or the like and then etching the substrate 301.
  • the thickness of the substrate 301 can be, for example, 100 ⁇ m.
  • the convex portion 301a is formed by forming a columnar resist on the back surface of the substrate 301 by photolithography, heating the resist to ball up, and then etching by dry etching to transfer the concave shape of the resist to the substrate 301. be able to.
  • the radius of curvature of the convex portion 301a can be, for example, about 100 ⁇ m.
  • a first reflecting mirror 303 (see FIG. 19) is formed on the back surface of the substrate 301.
  • the first reflecting mirror 303 can be formed by uniformly stacking a plurality of low refractive index layers and high refractive index layers, and then removing the layers except in the vicinity of the current injection region. Subsequently, a metal layer 313 (see FIG. 19) is formed on the back surface of the substrate 301.
  • the support substrate can be removed, and each element can be separated into individual pieces to manufacture the VCSEL element 300.
  • the VCSEL element 300 can be operated by mounting it on a heat sink or the like and making an electrical connection by wire bonding or the like.
  • the tunnel junction layer 107 is side-etched in the VCSEL element 300 as in the first embodiment, oxidation can be completed in a short time even when the tunnel junction layer 107 is made of AlInAs. Therefore, it is possible to manufacture the VCSEL element 300 having a current constriction structure by a producible method.
  • FIG. 24 is a cross-sectional view of the VCSEL element 400 according to the present embodiment.
  • the same components as the VCSEL element 100 according to the first embodiment are designated by the same reference numerals as those of the VCSEL element 100, and the description thereof will be omitted.
  • the VCSEL element 400 includes a substrate 101, a buffer layer 102, a first reflecting mirror 103, a first intermediate layer 104, a light emitting layer 105, a second intermediate layer 106, a tunnel junction layer 407, and a third intermediate layer. It includes 108, a second reflecting mirror 109, a first electrode 110, a second electrode 111, and an insulating layer 112.
  • the second electrode 111 and the insulating layer 112 have the same configuration as that of the first embodiment.
  • the material of each layer can be different from that of the first embodiment, and the substrate 101 can be made of, for example, n-type GaAs.
  • the other layers are made of a material that can be lattice-matched to the substrate 101, the buffer layer 102 is, for example, n-GaAs, the first intermediate layer 104 is, for example, n-GaAs, the second intermediate layer 106 is, for example, p-GaAs, and the third intermediate layer.
  • 108 can be made of, for example, n-GaAs.
  • the first reflecting mirror 103 can be a semiconductor DBR made of an n-type semiconductor material, the low refractive index layer is made of, for example, n-AlAs, and the high refractive index layer is made of, for example, n-GaAs. Can be done.
  • the number of layers can be, for example, 40 pairs.
  • the second reflector 109 can be a semiconductor DBR made of an n-type semiconductor material, the low refractive index layer can be made of, for example, n-AlAs, and the high refractive index layer can be made of, for example, n-GaAs. ..
  • the number of layers can be, for example, 30 pairs.
  • one or both of the first reflecting mirror 103 and the second reflecting mirror 109 may be a dielectric DBR.
  • the light emitting layer 105 can be a layer having a multiple quantum well structure in which quantum well layers and barrier layers are alternately laminated, and the quantum well layer can be made of, for example, GaInAs, and the barrier layer can be made of, for example, AlGaAs.
  • the emission wavelength of the light emitting layer 105 can be 940 nm and the number of wells can be 4.
  • the tunnel junction layer 407 is provided on the second intermediate layer 106 to form a tunnel junction.
  • FIG. 25 is a cross-sectional view of the tunnel junction layer 407.
  • FIG. 26 is a plan view of the tunnel junction layer 407, and is a view of the tunnel junction layer 407 viewed from the Z direction.
  • the tunnel junction layer 407 includes a first high-doped layer 421 and a second high-doped layer 422.
  • the first high-doped layer 421 is a layer on the side of the second intermediate layer 106
  • the second high-doped layer 422 is a layer on the side of the third intermediate layer 108.
  • the tunnel junction layer 407 has an inner peripheral region 407a and an outer peripheral region 407b.
  • the inner peripheral region 407a is a region located on the inner peripheral side of the tunnel junction layer 407, and the outer peripheral region 407b is an annular region surrounding the inner peripheral region 407a.
  • the inner peripheral region 407a of the first high-doped layer 421 contains Al and is made of a high-doped p-type semiconductor material, and can be made of, for example, p + ⁇ AlAs.
  • the inner peripheral region 407a of the second high-doped layer 422 contains Al and is made of a high-doped n-type semiconductor material, and can be made of, for example, n + ⁇ AlAs.
  • the outer peripheral region 407b of the first high-doping layer 421 and the second high-doping layer 422 is made of a material obtained by oxidizing the material of the inner peripheral region 407a and has an insulating property. That is, the outer peripheral region 407b of the first high-doped layer 421 and the second high-doped layer 422 contains an Al oxide and can be made of, for example, an AlAs oxide.
  • the thickness of the first high-doped layer 421 and the second high-doped layer 422 can be 20 nm, respectively. Further, the distance between the tunnel junction layer 407 and the light emitting layer 105 is preferably ⁇ / 4.
  • the VCSEL element 400 has the above structure.
  • the substrate 101, the buffer layer 102, the first reflecting mirror 103, the first intermediate layer 104, the third intermediate layer 108, and the second high-doped layer 422 are made of an n-type semiconductor material as the first conduction type.
  • the dopant can be Si.
  • the second intermediate layer 106 and the first high-doped layer 421 are made of a p-type semiconductor material as the second conduction type, and the dopant of the second intermediate layer 106 can be Mg. Further, the dopant of the first high-doped layer 421 is preferably C, which is difficult to diffuse.
  • the doping concentration is, for example, about 5 ⁇ 10 19 [cm -3 ] for the first high-doping layer 421 and the second high-doping layer 422, and about 5 ⁇ 10 17 to 1 ⁇ 10 18 [cm -3 ] for the other layers. be able to.
  • the first conduction type and the second conduction type in the VCSEL element 400 may be opposite to each other, that is, the first conduction type may be p type and the second conduction type may be n type.
  • the VCSEL element 400 has a mesa structure.
  • FIG. 27 is a cross-sectional view showing a partial configuration of the VCSEL element 400 including the mesa structure.
  • FIG. 28 is a plan view of the mesa structure, and is a view of the mesa structure as viewed from the Z direction.
  • the tunnel junction layer 407 and the third intermediate layer 108 are formed in a mesa-like shape to form a mesa structure M.
  • the mesa structure M can have a circular shape when viewed from the Z direction.
  • the mesa structure M is formed so that the inner peripheral region 407a of the tunnel junction layer 407 is located at the center of the mesa structure M, and is configured to include a current injection region.
  • the side surface of the mesa structure M is defined as the side surface S.
  • the side surface S is an outer peripheral surface of the mesa structure M along the Z direction, and can be a cylindrical surface.
  • the end face of the tunnel junction layer 407 is referred to as an end face P.
  • the end surface P is an outer peripheral surface of the outer peripheral region 407b along the Z direction, and can be a cylindrical surface.
  • the outer peripheral region 407b is formed from the end surface P to a certain depth in the XY directions, and the inner peripheral region 407a is separated from the end surface P by the outer peripheral region 407b.
  • the outer diameter of the tunnel junction layer 407 matches the outer diameter of the third intermediate layer 108. Therefore, the end surface P is located on the same surface as the side surface S.
  • the outer diameter D4 of the mesa structure M can be, for example, 100 ⁇ m.
  • the outer diameter D5 of the inner peripheral region 407a can be set to, for example, 8 ⁇ m.
  • the mesa structure M is formed as described above.
  • the mesa structure M is not limited to the one composed of only the tunnel junction layer 407 and the third intermediate layer 108, and may also include, for example, the second intermediate layer 106.
  • the end faces of the third intermediate layer 108 and the second intermediate layer 106 are located on the same surface as the side surface S.
  • the mesa structure M may include a light emitting layer 105, or may include a light emitting layer 105 and a first intermediate layer 104. In either case, the end surface P can be located on the same surface as the side surface S.
  • the operation of the VCSEL element 400 is the same as that of the VCSEL element 100, and when a voltage is applied between the first electrode 110 and the second electrode 111, the current injection region R (see FIG. 6) is formed by the current constriction structure of the tunnel junction layer 407. It is formed.
  • the spontaneously emitted light causes laser oscillation by the first reflecting mirror 103 and the second reflecting mirror 109, and the laser light is emitted through the second reflecting mirror 109.
  • a buffer layer 102, a first reflecting mirror 103, a first intermediate layer 104, a light emitting layer 105, a second intermediate layer 106, a tunnel junction layer 407, and a third intermediate layer 108 are placed on the substrate 101.
  • Laminate in order to form a laminate. These layers can be laminated by the MOCVD method, and the dopant can be doped at the same time as the lamination.
  • the second electrode 111 is formed on the third intermediate layer 108.
  • the second electrode 111 can have an annular shape with an inner diameter of 10 ⁇ m and an outer diameter of 100 ⁇ m. After that, a part of the third intermediate layer 108 and the tunnel junction layer 407 is removed according to the outer diameter of the second electrode 111.
  • the third intermediate layer 108 and the tunnel junction layer 407 can be removed by dry etching.
  • the mesa structure M is formed by removing the third intermediate layer 108 and the tunnel junction layer 407.
  • side etching of the tunnel junction layer 407 does not occur, and the end surface P of the tunnel junction layer 407 is located on the same surface as the side surface S of the mesa structure M.
  • the tunnel junction layer 407 is selectively oxidized from the outer peripheral side.
  • the constituent material of the tunnel junction layer 407 is oxidized in the outer peripheral region 407b, and Al oxide is generated in the outer peripheral region 407b.
  • the inner peripheral region 407a is separated from the end face P, it is not oxidized and is maintained as a material containing Al.
  • This oxidation can be performed by accommodating the laminate in an oxidation furnace and heating it to 400 ° C. to 450 ° C. in a steam atmosphere.
  • the oxidation proceeds selectively in the layer having a high Al composition, it is possible to oxidize only the tunnel junction layer 407 by setting the Al composition of the tunnel junction layer 407 high. Further, when the tunnel junction layer 407 is made of AlAs, the oxidation rate of AlAs is high, so that the oxidation can be completed in a short time.
  • the tunnel junction layer 407 can be oxidized to the inside of the opening 111a of the second electrode 111 by 1 ⁇ m to form the outer peripheral region 407b.
  • the outer diameter D5 (see FIG. 28) of the inner peripheral region 407a is 8 ⁇ m.
  • the insulating layer 112 is formed on the second intermediate layer 106 and the side surface S of the mesa structure M, and the second reflecting mirror 109 is formed on the opening 111a.
  • the second reflecting mirror 109 can be formed by uniformly stacking a plurality of low refractive index layers and high refractive index layers, and then removing the second reflecting mirror 109 except in the vicinity of the opening 111a.
  • the first electrode 110 (see FIG. 24) can be formed on the substrate 101 and individually separated for each element to manufacture the VCSEL element 400.
  • the VCSEL element 400 can be operated by mounting it on a heat sink or the like and making an electrical connection by wire bonding or the like.
  • the VCSEL element 400 can be manufactured as described above.
  • the tunnel junction layer 407 is not side-etched, but the oxidation can be completed in a short time by making the tunnel junction layer 407 made of AlAs having a high oxidation rate. Therefore, it is possible to manufacture the VCSEL element 400 having a current constriction structure by a producible method.
  • the effects described in the present disclosure are merely exemplary and not limited, and may have other effects.
  • the description of the plurality of effects described above does not necessarily mean that the effects are exerted at the same time. It means that at least one of the above-mentioned effects can be obtained depending on the conditions and the like, and there is a possibility that an effect not described in the present disclosure may be exhibited. It is also possible to combine at least two feature portions among the feature portions described in the present disclosure.
  • a first reflector that reflects light of a specific wavelength A second reflector that reflects light of the above wavelength, A first semiconductor layer made of a semiconductor material having a first conduction type, which is arranged between the first reflecting mirror and the second reflecting mirror, and A second semiconductor layer made of a semiconductor material having a second conduction type, which is arranged between the first reflecting mirror and the second reflecting mirror, and It is a tunnel junction layer arranged between the first reflecting mirror and the second reflecting mirror, and the first conduction type high dope layer and the second conduction type high dope layer are joined to each other, and is a layer surface. It has an inner peripheral region on the inner peripheral side and an outer peripheral region surrounding the inner peripheral region when viewed from a direction perpendicular to the vertical direction.
  • the inner peripheral region is made of a material containing Al
  • the outer peripheral region is a material containing Al oxide.
  • a tunnel junction layer consisting of A light emitting layer arranged between the first reflecting mirror and the second reflecting mirror and producing light emission by carrier recombination, A vertical resonator type surface emitting laser element having a mesa structure including a current injection region in which a current flowing through the inner peripheral region and flowing into the light emitting layer is concentrated.
  • the tunnel junction layer has an end face which is an outer peripheral surface of the outer peripheral region along the above direction.
  • the mesa structure has a side surface that is an outer peripheral surface along the above direction.
  • the end face is a vertical resonator type surface emitting laser element located on the inner peripheral region side from the side surface and separated from the side surface.
  • the inner peripheral region is composed of AlInAs.
  • the outer peripheral region is a vertical resonator type surface emitting laser element made of an oxide of AlInAs.
  • the light emitting layer is a vertical resonator type surface emitting laser element having a multiple quantum well structure made of AlGaInAs.
  • the tunnel junction layer has an end face which is an outer peripheral surface of the outer peripheral region along the above direction.
  • the mesa structure has a side surface that is an outer peripheral surface along the above direction.
  • the end face is a vertical resonator type surface emitting laser element located on the same surface as the side surface.
  • the inner peripheral region is composed of AlAs and is composed of AlAs.
  • the outer peripheral region is a vertical resonator type surface emitting laser element made of AlAs oxide.
  • the light emitting layer is a vertical resonator type surface emitting laser element having a multiple quantum well structure composed of AlGaAs and GaInAs.
  • At least one of the first reflector and the second reflector is a vertical resonator type surface emitting laser element made of a dielectric.
  • Both the first reflector and the second reflector are vertical resonator type surface emitting laser elements made of a dielectric.
  • the vertical resonator type surface emitting laser element according to any one of (1) to (11) above.
  • At least one of the first reflecting mirror and the second reflecting mirror is a vertical resonator type surface emitting laser element having a lens shape that concentrates light in the current injection region.
  • a mesa structure including a current injection region where the current flowing into the light emitting layer is concentrated is formed.
  • the tunnel junction layer is selectively oxidized from the outer peripheral side of the mesa structure, and the tunnel junction layer is composed of an inner peripheral region on the inner peripheral side made of a material containing Al and a material containing an Al oxide.
  • a method for manufacturing a vertical resonator type surface emitting laser element which comprises a step of separating from the side surface of the structure.
  • the step of removing a part of the tunnel junction layer is a wet etching step using an etching solution that selectively etches the tunnel junction layer.
  • a method for manufacturing a vertical resonator type surface emitting laser element is a wet etching step using an etching solution that selectively etches the tunnel junction layer.

Landscapes

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

Abstract

本技術に係る垂直共振器型面発光レーザ素子（１００）は、第１の反射鏡（１０３）と、第２の反射鏡（１０９）と、第１の半導体層（１０４）と、第２の半導体層（１０６）と、トンネル接合層（１０７）と、発光層（１０５）とを具備し、内周領域を通過して発光層（１０５）に流入する電流が集中する電流注入領域を含むメサ構造（Ｍ）が形成されている。トンネル接合層（１０７）は、第１の反射鏡（１０３）と第２の反射鏡（１０９）の間に配置され、第１の伝導型のハイドープ層（１２２）と第２の伝導型のハイドープ層（１２１）が接合されたトンネル接合層（１０７）であって、層面に垂直な方向から見て内周側の内周領域と、内周領域を囲む外周領域を有し、内周領域はＡｌを含む材料からなり、外周領域はＡｌ酸化物を含む材料からなる。発光層（１０５）は、第１の反射鏡（１０３）と第２の反射鏡（１０９）の間に配置され、キャリア再結合による発光を生じる。

Description

垂直共振器型面発光レーザ素子及び垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法
　本技術は、層面に垂直な方向にレーザを出射する垂直共振器型面発光レーザ素子及び垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法に関する。
　ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser:垂直共振器型面発光レーザ）素子は、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に集中し、自然放出光を生じる。一対の反射鏡は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、顔認証等の三次元センシングシステムの光源として、９４０ｎｍ帯の赤外発光ＶＣＳＥＬが用いられている。認証精度を上げるには、光源の光出力を高くすることが有効であるが、レーザ光は眼に対する損傷を防止するため、光出力を定められた値以下とすることが求められている。
　この値は損傷閾値と呼ばれ、レーザの波長が長くなるほど高くなる。損傷閾値は、波長１．４μｍ以上から大幅に上がることから、１．４μｍ以上の波長帯はアイセーフ帯と呼ばれる。また、１．４μｍの波長帯は太陽光によるノイズが小さく、屋外での利用に適している。このため、次世代のセンシングの光源として、１．４μｍの波長帯のレーザ光源が望まれている。また、センシングに用いるレーザの構造としては、従来の端面出射型レーザよりも安価でアレイ化が容易なＶＣＳＥＬが好ましい。
　１．４μｍの波長で発振するレーザに適した基板としてはＩｎＰ基板がある。しかしながら、ＩｎＰ基板では電流狭窄構造の形成が容易ではない。ＩｎＰ基板では格子整合の問題から、ＧａＡｓ基板で利用可能なＡｌＡｓ酸化層のような優れた酸化狭窄層が利用できないためである。このため、電流狭窄構造には一般に、埋め込みトンネル接合が用いられる。
　また、電流狭窄構造の形成には、ＩｎＰ基板と格子整合可能なＡｌＩｎＡｓ層を利用する方法もある。しかしながら、ＡｌＩｎＡｓの酸化レートはＡｌ組成に比例し、Ａｌ組成が低いほど遅くなる。ＩｎＰ基板に格子整合可能なＡｌＩｎＡｓのＡｌ組成は低いため、現実的な酸化レートを得るためには高温で酸化をする必要があり、結晶の劣化が避けられない。この問題に対し、特許文献１には、ＩｎＡｓとＡｌＡｓの超格子で構成されたＡｌＩｎＡｓ酸化層からなる電流狭窄構造が開示されている。
特開２００６－２９４８１１号公報
　しかしながら、上述のような埋め込みトンネル接合を用いた電流狭窄構造は、埋め込みトンネル接合の形成のために結晶再成長が必要であり、製造コストが問題となる。また、特許文献１に記載のような、ＡｌＩｎＡｓ酸化層を用いた電流狭窄構造では、分子線エピタキシー法等を利用してＩｎＡｓとＡｌＡｓの超格子を形成する必要があり、生産性に問題がある。
　以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、生産性に優れ、製造コストを抑制することが可能な垂直共振器型面発光レーザ素子及び垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法を提供することにある。
　上記目的を達成するため、本技術の一形態に係る垂直共振器型面発光レーザ素子は、第１の反射鏡と、第２の反射鏡と、第１の半導体層と、第２の半導体層と、トンネル接合層と、発光層とを具備し、下記内周領域を通過して上記発光層に流入する電流が集中する電流注入領域を含むメサ構造が形成されている。
　上記第１の反射鏡は、特定の波長の光を反射する。
　上記第２の反射鏡は、上記波長の光を反射する。
　上記第１の半導体層は、上記第１の反射鏡と上記第２の反射鏡の間に配置され、第１の伝導型を有する半導体材料からなる。
　上記第２の半導体層は、上記第１の反射鏡と上記第２の反射鏡の間に配置され、第２の伝導型を有する半導体材料からなる。
　上記トンネル接合層は、上記第１の反射鏡と上記第２の反射鏡の間に配置され、上記第１の伝導型のハイドープ層と上記第２の伝導型のハイドープ層が接合されたトンネル接合層であって、層面に垂直な方向から見て内周側の内周領域と、上記内周領域を囲む外周領域を有し、上記内周領域はＡｌを含む材料からなり、上記外周領域はＡｌ酸化物を含む材料からなる。
　上記発光層は、上記第１の反射鏡と上記第２の反射鏡の間に配置され、キャリア再結合による発光を生じる。
　この構成によれば、トンネル接合層の外周領域は絶縁性であるため、電流は内周領域を通過し、即ちトンネル接合層によって電流狭窄構造が実現可能である。
　上記トンネル接合層は、上記外周領域の上記方向に沿った外周面である端面を有し、
　上記メサ構造は、上記方向に沿った外周面である側面を有し、
　上記端面は、上記側面より上記内周領域側に位置し、上記側面から離間していてもよい。
　上記端面と上記側面の間は空隙であってもよい。
　上記端面と上記側面の間には絶縁体が充填されていてもよい。
　上記内周領域は、ＡｌＩｎＡｓからなり、
　上記外周領域は、ＡｌＩｎＡｓの酸化物からなるものであってもよい。
　上記発光層は、ＡｌＧａＩｎＡｓからなる多重量子井戸構造を有するものであってもよい。
　上記トンネル接合層は、上記外周領域の上記方向に沿った外周面である端面を有し、
　上記メサ構造は、上記方向に沿った外周面である側面を有し、
　上記端面は上記側面と同一面上に位置してもよい。
　上記内周領域は、ＡｌＡｓからなり、
　上記外周領域は、ＡｌＡｓ酸化物からなるものであってもよい。
　上記発光層は、ＡｌＧａＡｓ及びＧａＩｎＡｓからなる多重量子井戸構造を有するものであってもよい。
　上記第１の反射鏡と上記第２の反射鏡の少なくとも一方は誘電体からなるものであってもよい。
　上記第１の反射鏡と上記第２の反射鏡の両方は誘電体からなるものであってもよい。
　上記第１の反射鏡と上記第２の反射鏡の少なくとも一方は、光を上記電流注入領域に集光するレンズ形状を有するものであってもよい。
　上記目的を達成するため、本技術の一形態に係る垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法は、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の伝導型のハイドープ層と上記第２の伝導型のハイドープ層が接合されたＡｌを含む材料からなるトンネル接合層と、キャリア再結合による発光を生じる発光層とを備える積層体を作成する。
　上記発光層に流入する電流が集中する電流注入領域を含むメサ構造を形成する。
　上記メサ構造の外周側から上記トンネル接合層を選択的に酸化させ、上記トンネル接合層に、Ａｌを含む材料からなる内周側の内周領域と、Ａｌ酸化物を含む材料からなり、上記内周領域を囲む外周領域を形成する。
　上記垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法は、上記メサ構造を形成する工程の後、上記トンネル接合層を酸化する工程の前に、上記トンネル接合層の外周側から上記トンネル接合層の一部を除去し、上記トンネル接合層の端面を上記メサ構造の側面から離間させる工程を含んでもよい。
　上記トンネル接合層の一部を除去する工程は、上記トンネル接合層を選択的にエッチングするエッチング液を用いるウェットエッチング工程であってもよい。
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素子が備えるトンネル接合層の断面図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子が備えるトンネル接合層の平面図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の一部の断面図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子のメサ構造の平面図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の動作を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。 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素子の製造方法を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。 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素子の製造方法を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。 本技術の第４の実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子の断面図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子が備えるトンネル接合層の断面図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子が備えるトンネル接合層の断面図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の一部の断面図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子のメサ構造の平面図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。 上記ＶＣＳＥＬ素子の製造方法を示す模式図である。
　（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。
　[ＶＣＳＥＬ素子の構造]
　図１は本実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子１００の断面図である。同図に示すように、ＶＣＳＥＬ素子１００は、基板１０１、バッファー層１０２、第１反射鏡１０３、第１中間層１０４、発光層１０５、第２中間層１０６、トンネル接合層１０７、第３中間層１０８、第２反射鏡１０９、第１電極１１０、第２電極１１１及び絶縁層１１２を備える。なお、以下の各図において、ＶＣＳＥＬ素子１００を構成する各層の層面方向をＸ－Ｙ方向とし、層面方向に垂直な方向をＺ方向とする。
　基板１０１は、ＶＣＳＥＬ素子１００の各層を支持する。基板１０１は半導体材料からなり、例えばｎ－ＩｎＰからなるものとすることができる。バッファー層１０２は、基板１０１上に形成され、基板１０１と第１反射鏡１０３の格子定数を緩衝する。バッファー層１０２はｎ型半導体材料からなり、例えばｎ－ＩｎＰからなるものとすることができる。
　第１反射鏡１０３は、バッファー層１０２上に設けられ、波長λの光を反射し、それ以外の波長の光を透過する。第１反射鏡１０３は、光学膜厚λ／４の低屈折率層と高屈折率層を交互に複数層積層したＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector：分布ブラッグ反射鏡）であり、ｎ型半導体材料からなる半導体ＤＢＲとすることができる。低屈折率層は例えばｎ－ＩｎＰ、高屈折率層は例えばｎ－ＡｌＧａＩｎＡｓからなり、積層数は例えば４０ペアとすることができる。ドーパントは例えばＳｉとすることができる。
　第１中間層１０４は第１反射鏡１０３上に設けられ、キャリアを発光層１０５に輸送する層である。第１中間層１０４はｎ型半導体材料からなり、例えばｎ－IｎＰからなるものとすることができる。
　発光層１０５は第１中間層１０４上に設けられ、キャリア再結合による自然放出光の放出及び増幅を行う。発光層１０５は、バンドギャップが小さい量子井戸層とバンドギャップが大きい障壁層を交互に積層した多重量子井戸（ＭＱＷ：multi quantum well）構造を有する層とすることができる。量子井戸層と障壁層は例えば組成が異なるＡｌＧａＩｎＡｓからなり、発光波長１４５０ｎｍ、井戸数４とすることができる。
　第２中間層１０６は第１反射鏡１０３上に設けられ、キャリアを発光層１０５に輸送する層である。第１中間層１０４はｐ型半導体材料からなり、例えばｐ－IｎＰからなるものとすることができる。
　トンネル接合層１０７は、第２中間層１０６上に設けられ、トンネル接合を形成する。図２は、トンネル接合層１０７の断面図である。図３はトンネル接合層１０７の平面図であり、トンネル接合層１０７をＺ方向から見た図である。
　図２に示すように、トンネル接合層１０７は、第１ハイドープ層１２１及び第２ハイドープ層１２２を備える。第１ハイドープ層１２１は第２中間層１０６側の層であり、第２ハイドープ層１２２は第３中間層１０８側の層である。また、図３に示すように、トンネル接合層１０７は内周領域１０７ａと外周領域１０７ｂを有する。内周領域１０７ａはトンネル接合層１０７の内周側に位置する領域であり、外周領域１０７ｂは内周領域１０７ａを囲む環状の領域である。
　第１ハイドープ層１２１の内周領域１０７ａは、Ａｌを含み、ハイドープされたｐ型半導体材料からなり、例えば、ｐ＋－ＡｌＩｎＡｓからなるものとすることができる。第２ハイドープ層１２２の内周領域１０７ａは、Ａｌを含み、ハイドープされたｎ型半導体材料からなり、例えば、ｎ＋－ＡｌＩｎＡｓからなるものとすることができる。
　なお、第１ハイドープ層１２１及び第２ハイドープ層１２２の材料は基板１０１の材料と格子整合する材料とする。例えば、基板１０１がＩｎＰからなるからなる場合、第１ハイドープ層１２１及び第２ハイドープ層１２２はＡｌ０．４３Ｉｎ０．５３Ａｓにｐ型又はｎ型のドーパントをハイドープしたものとすることができる。
　第１ハイドープ層１２１及び第２ハイドープ層１２２の外周領域１０７ｂは、内周領域０７ｂの材料を酸化した材料からなり、絶縁性を有する。即ち、第１ハイドープ層１２１及び第２ハイドープ層１２２の外周領域１０７ｂはＡｌ酸化物を含み、例えばＡｌＩｎＡｓ酸化物からなるものとすることができる。第１ハイドープ層１２１と第２ハイドープ層１２２の厚みはそれぞれ２０ｎｍとすることができる。また、トンネル接合層１０７と発光層１０５の距離はλ／４が好適である。
　第３中間層１０８は、トンネル接合層１０７上に設けられ、第２電極１１１からトンネル接合層１０７へキャリアを輸送する。第３中間層１０８は、第２電極１１１に対するコンタクト層も兼ねる。また、コンタクト層としてハイドープ層を第３中間層１０８と第２電極１１１の間に別途設けてもよい。第３中間層１０８はｎ型半導体材料からなり、例えばｎ－ＩｎＰからなるものとすることができる。第３中間層１０８及びトンネル接合層１０７は後述するメサ構造を形成する。
　第２反射鏡１０９は第３中間層１０８上に設けられ、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反射鏡１０９は、光学膜厚λ／４の低屈折率層と高屈折率層を交互に複数層積層したＤＢＲであり、誘電体からなる誘電体ＤＢＲとすることができる。低屈折率層は例えばＳｉＯ２、高屈折率層は例えばＴａ２Ｏ５からなり、積層数は８ペアとすることができる。
　第１電極１１０は基板１０１の裏面上に設けられ、ＶＣＳＥＬ素子１００の一方の電極として機能する。第１電極１１０は例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるものとすることができる。第２電極１１１は第３中間層１０８上に設けられ、ＶＣＳＥＬ素子１００の他方電極として機能する。第２電極１１１は、第２反射鏡１０９を囲む環状形状を有するものとすることができ、例えば内径１０μｍ、外径１００μｍとすることができる。第２電極１１１は例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるものとすることができる。
　絶縁層１１２は、第２中間層１０６及びメサ構造の側面上に設けられ、第２中間層１０６及びメサ構造の側面を絶縁する。絶縁層１１２はＳｉＮ等の絶縁性材料からなるものとすることができる。
　ＶＣＳＥＬ素子１００は以上のような構造を有する。上記のように、バッファー層１０２、第１中間層１０４、第３中間層１０８及び第２ハイドープ層１２２は第１の伝導型としてｎ型の半導体材料からなり、ドーパントはＳｉとすることができる。第２中間層１０６及び第１ハイドープ層１２１は第２の伝導型としてｐ型の半導体材料からなり、第２中間層１０６のドーパントはＭｇとすることができる。また、第１ハイドープ層１２１のドーパントは拡散しにくいＣが好適である。
　ドーピング濃度は、例えば、第１ハイドープ層１２１及び第２ハイドープ層１２２は５×１０１９［ｃｍ－３］、それ以外の層は５×１０１７～１×１０１８［ｃｍ－３］程度とすることができる。なお、ＶＣＳＥＬ素子１００における第１の伝導型と第２の伝導型は逆であってもよく、即ち第１の伝導型がｐ型、第２の伝導型がｎ型であってもよい。
　［メサ構造について］
　ＶＣＳＥＬ素子１００はメサ構造を有する。図４はメサ構造を含む、ＶＣＳＥＬ素子１００の一部構成を示す断面図である。図５はメサ構造の平面図であり、メサ構造をＺ方向から見た図である。
　これらの図に示すように、トンネル接合層１０７及び第３中間層１０８はメサ（台地）状形状に形成され、メサ構造Ｍを形成する。メサ構造Ｍは図５に示すように、Ｚ方向から見ると円形形状とすることができる。メサ構造Ｍは、トンネル接合層１０７の内周領域１０７ａがメサ構造Ｍの中央に位置するように形成され、後述する電流注入領域を含むように構成されている。
　図４及び図５に示すように、メサ構造Ｍの側面を側面Ｓとする。側面Ｓは、Ｚ方向に沿ったメサ構造Ｍの外周面であり、円筒形状の面とすることができる。また、トンネル接合層１０７の端面を端面Ｐとする。端面ＰはＺ方向に沿った外周領域１０７ｂの外周面であり、円筒形状の面とすることができる。図４に示すように、外周領域１０７ｂは端面ＰからＸ－Ｙ方向において一定の深さまで形成されており、内周領域１０７ａは外周領域１０７ｂによって端面Ｐから隔てられている。
　図５に示すように、トンネル接合層１０７の外径Ｄ１はメサ構造Ｍの外径Ｄ２より小さくなるように形成されている。これにより、図４に示すように端面Ｐは側面Ｓより内周領域１０７ａ側に位置し、側面Ｓから離間している。端面Ｐと側面Ｓの間には環状の空間Ｅが形成されている。この空間Ｅは空隙とすることができる。また、空間Ｅには絶縁体が充填されてもよい。なお、外径Ｄ１は例えば２０μｍ、外径Ｄ２は例えば１００μｍとすることができる。また、内周領域１０７ａの外径Ｄ３は例えば８μｍとすることができる。
　メサ構造Ｍは以上のように形成されている。なお、メサ構造Ｍはトンネル接合層１０７及び第３中間層１０８のみからなるものに限られず、例えば、第２中間層１０６も含むものであってもよい。この場合、第３中間層１０８及び第２中間層１０６の端面は側面Ｓと同一面上に位置する。さらに、メサ構造Ｍは発光層１０５を含むものであってもよく、発光層１０５及び第１中間層１０４を含むものであってもよい。いずれの場合も端面Ｐは側面Ｓから離間し、トンネル接合層１０７以外の層の端面は側面Ｓと同一面上に位置するものとすることができる。
　［ＶＣＳＥＬ素子の動作］
　ＶＣＳＥＬ素子１００の動作について説明する。図６は、ＶＣＳＥＬ素子１００の動作を示す模式図である。第１電極１１０（図１参照）と第２電極１１１の間に電圧を印加すると、第１電極１１０と第２電極１１１の間で電流が流れる。ここで、トンネル接合層１０７には絶縁性の外周領域１０７ｂが設けられているため、図６に示すように電流（図中、矢印）は内周領域１０７ａのみを通過する。このため電流は内周領域１０７ａの近傍に集中し、発光層１０５に流入する電流が集中する電流注入領域Ｒが形成される。
　これにより、電流注入領域Ｒにおいてキャリア再結合による自然放出光が生じる。自然放出光はＶＣＳＥＬ素子１００の積層方向（Ｚ方向）に進行し、第１反射鏡１０３及び第２反射鏡１０９によって反射される。第１反射鏡１０３及び第２反射鏡１０９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反射鏡１０３及び第２反射鏡１０９の間で定在波を形成し、発光層１０５によって増幅される。注入電流が閾値を超えると定在波を形成する光がレーザ発振し、第２反射鏡１０９を透過してレーザ光が出射される。
　このように、ＶＣＳＥＬ素子１００では、トンネル接合層１０７の外周側に絶縁性の外周領域１０７ｂを設けることにより、トンネル接合層１０７による電流狭窄構造を実現することができる。
　［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７乃至図１２は、ＶＣＳＥＬ素子１００の製造方法を示す模式図である。
　まず、図７に示すように、基板１０１上にバッファー層１０２、第１反射鏡１０３、第１中間層１０４、発光層１０５、第２中間層１０６、トンネル接合層１０７、第３中間層１０８を順に積層し、積層体を形成する。これらの層はＭＯＣＶＤ（metal organic chemical vapor deposition）法によって積層することができ、積層と同時にドーパントのドープを行うことができる。
　次に、図８に示すように、第３中間層１０８上に第２電極１１１を形成する。第２電極１１１は内径１０μｍ、外径１００μｍの円環状形状とすることができる。さらに、図９に示すように、第２電極１１１の外径に合わせて第３中間層１０８の一部を除去する。第３中間層１０８の除去はウェットエッチングにより行うことが可能であり、エッチング液は第３中間層１０８を溶解させ、トンネル接合層１０７を溶解させないものが好適である。具体的には第３中間層１０８がｎ－ＩｎＰからなり、トンネル接合層１０７がｐ＋－ＡｌＩｎＡｓ及びｎ＋－ＡｌＩｎＡｓからなる場合、臭化水素と過酸化水素を含む混合溶液をエッチング液として用いることができる。
　次に、図１０に示すように、トンネル接合層１０７の一部を除去する。トンネル接合層１０７の除去はウェットエッチングにより行うことが可能であり、エッチング液はトンネル接合層１０７を溶解させ、第３中間層１０８及び第２中間層１０６を溶解させないものが好適である。具体的にはトンネル接合層１０７がｐ＋－ＡｌＩｎＡｓ及びｎ＋－ＡｌＩｎＡｓからなり、第３中間層１０８がｎ－ＩｎＰ、第２中間層１０６がｐ－ＩｎＰからなる場合、硫酸と過酸化水素を含む混合水溶液をエッチング液として用いることができる。
　第３中間層１０８とトンネル接合層１０７の除去により、メサ構造Ｍが形成される。ここで、トンネル接合層１０７を除去する際、メサ構造Ｍの外部に位置するトンネル接合層１０７だけではなく、メサ構造Ｍの内部に位置するトンネル接合層１０７も外周側から内周側に向かってエッチング（サイドエッチング）される。
　これにより、トンネル接合層１０７の端面Ｐはメサ構造Ｍの側面Ｓから離間する（図４参照）。このサイドエッチングのエッチング量はエッチング時間により調整することが可能であり、例えば、側面Ｓから４０μｍとすることができる。この場合、第２電極１１１及びメサ構造Ｍの外径Ｄ２（図５参照）が１００μｍとすると、トンネル接合層１０７の外径Ｄ１は２０μｍとなる。
　続いて、図１１に示すように、トンネル接合層１０７を外周側から選択的に酸化させる。これにより、外周領域１０７ｂにおいてトンネル接合層１０７の構成材料が酸化され、外周領域１０７ｂにおいてＡｌ酸化物が生成する。内周領域１０７ａは端面Ｐから離間しているために酸化されず、Ａｌを含む材料のまま維持される。この酸化は、積層体を酸化炉へ収容し、水蒸気雰囲気下で４００℃～４５０℃に加熱することにより行うことができる。
　酸化は、Ａｌ組成が高い層で選択的に進行するため、トンネル接合層１０７のＡｌ組成を高くしておくことにより、トンネル接合層１０７のみを酸化させることができる。ここで、トンネル接合層１０７は上記のようにサイドエッチングされ、外径Ｄ１が外径Ｄ２より小さくなっている（図５参照）。このため、酸化を短時間で完了させることができる。
　具体的には、図１１に示すように、第２電極１１１の開口部１１１ａよりも１μｍ内側までトンネル接合層１０７を酸化させ、外周領域１０７ｂを形成させることができ、外周領域１０７ｂのＸ－Ｙ方向における幅は６μｍとすることができる。開口部１１１ａの直径が１０μｍの場合、内周領域１０７ａの外径Ｄ３（図５参照）は８μｍとなる。
　続いて、図１２に示すように、第２中間層１０６上及びメサ構造Ｍの側面Ｓ上に絶縁層１１２を形成する。さらに、図１３に示すように、開口部１１１ａ上に第２反射鏡１０９を形成する。第２反射鏡１０９は、低屈折率層と高屈折率層を一様に複数層積層した後、開口部１１１ａの近傍を除いて除去することにより形成することができる。
　続いて、基板１０１上に第１電極１１０（図１参照）を形成し、素子毎に個片化してＶＣＳＥＬ素子１００を製造することができる。ＶＣＳＥＬ素子１００はヒートシンク等に実装し、ワイヤーボンディング等で電気的接続を行うことで動作させることができる。
　ＶＣＳＥＬ素子１００は以上のようにして製造することができる。上記のように、トンネル接合層１０７は酸化前にサイドエッチングされ、外径Ｄ１が外径Ｄ２より小さくなっている。一般に、ＡｌＩｎＡｓの酸化レートは、酸化狭窄層として用いられるＡｌＡｓに比べて遅いため、現実的な酸化レートでＡｌＩｎＡｓを酸化させるには５００℃程度の高温で酸化をさせる必要がある。
　しかしながら、この高温ではＰやＡｓが離脱し、結晶が劣化するという問題がある。ここで、本実施形態に係る製造方法では、サイドエッチングにより外径Ｄ１を小さくしておくことにより、トンネル接合層１０７がＡｌＩｎＡｓからなる場合であっても、短時間で酸化を完了させることができる。これにより、ＰやＡｓの離脱が顕著ではない４００℃～４５０℃で酸化を完了させることができ、生産可能な方法で電流狭窄構造ＶＣＳＥＬ素子１００を製造することが可能である。
　（第２の実施形態）
　本技術の第２の実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子について説明する。
　[ＶＣＳＥＬ素子の構造]
　図１４は本実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子２００の断面図である。なお、本実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子２００の構成において第１の実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子１００と同一の構成についてはＶＣＳＥＬ素子１００と同一の符号を付し、説明を省略する。
　図１４に示すように、ＶＣＳＥＬ素子２００は、基板２０１、接合層２０２、第１反射鏡２０３、第１中間層１０４、発光層１０５、第２中間層１０６、トンネル接合層１０７、第３中間層１０８、第２反射鏡１０９、第１電極２１０、第２電極１１１及び絶縁層１１２を備える。
　基板２０１は、ＶＣＳＥＬ素子１００の各層を支持する。基板２０１は例えばＳｉからなるものとすることができる。接合層２０２は、基板２０１と第１中間層１０４とを接合する。接合層２０２は例えば半田からなるものとすることができる。
　第１反射鏡２０３は、第１中間層１０４の裏面上に設けられ、波長λの光を反射し、それ以外の波長の光を透過する。第１反射鏡２０３は、光学膜厚λ／４の低屈折率層と高屈折率層を交互に複数層積層したＤＢＲであり、誘電体からなる誘電体ＤＢＲとすることができる。低屈折率層は例えばＳｉＯ２、高屈折率層は例えばＴａ２Ｏ５からなり、積層数は１０ペアとすることができる。第１反射鏡２０３は、Ｚ方向において、他の層を介して電流注入領域と対向する位置に設けられている。
　第１中間層１０４、発光層１０５、第２中間層１０６、トンネル接合層１０７、第３中間層１０８、第２反射鏡１０９、第２電極１１１及び絶縁層１１２は第１の実施形態と同様の構成を有する。なお、第２反射鏡１０９は誘電体ＤＢＲではなく、半導体ＤＢＲであってもよい。
　第１電極２１０は、第２中間層１０６上に設けられ、ＶＣＳＥＬ素子２００の一方の電極として機能する。第１電極２１０はメサ構造Ｍを囲む環状形状を有するものとすることができ、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるものとすることができる。
　ＶＣＳＥＬ素子２００は以上のような構成を有する。なお、第１中間層１０４の厚みは光学膜厚で５λが好適である。また、ＶＣＳＥＬ素子２００における第１の伝導型と第２の伝導型は逆であってもよく、即ち第１の伝導型がｐ型、第２の伝導型がｎ型であってもよい。
　ＶＣＳＥＬ素子２００のメサ構造ＭはＶＣＳＥＬ素子１００と同一の構成を有し、トンネル接合層１０７の端面Ｐがメサ構造Ｍの側面Ｓから離間する（図４参照）ように構成されている。
　ＶＣＳＥＬ素子２００の動作もＶＣＳＥＬ素子１００と同様であり、第１電極２１０と第２電極１１１の間に電圧を印加すると、トンネル接合層１０７の電流狭窄構造によって電流注入領域Ｒ（図６参照）が形成される。自然放出光は第１反射鏡２０３と第２反射鏡１０９によってレーザ発振を生じ、第２反射鏡１０９を透過してレーザ光が出射される。
　［ＶＣＳＥＬ素子の製造方法］
　ＶＣＳＥＬ素子２００の製造方法について説明する。図１５乃至図１８は、ＶＣＳＥＬ素子１００の製造方法を示す模式図である。
　まず、図１５に示すように、基板２２１上にバッファー層２２２、エッチングストップ層２２３、第１中間層１０４、発光層１０５、第２中間層１０６、トンネル接合層１０７及び第３中間層１０８を順に積層し、積層体を形成する。これらの層はＭＯＣＶＤ法によって積層することができ、積層と同時にドーパントのドープを行うことができる。基板２２１は例えばｎ－ＩｎＰ基板であり、バッファー層２２２は例えばｎ－ＩｎＰ、エッチングストップ層２２３は例えばｎ－ＩｎＧａＡｓからなる層とすることができる。
　次に、図１６に示すように、第３中間層１０８上に第２電極１１１を形成した後、第３中間層１０８及びトンネル接合層１０７の一部を除去する。この工程は第１の実施形態と同様に行うことができる。これによりメサ構造Ｍが形成され、トンネル接合層１０７はサイドエッチングされる。さらに、第２中間層１０６上に第１電極２１０を形成する。
　続いて、図１７に示すように、第１の実施形態と同様にトンネル接合層１０７を外周側から酸化して外周領域１０７ｂにＡｌ酸化物を生成させ、第２中間層１０６上及びメサ構造Ｍの側面上に絶縁層１１２を形成する。さらに、開口部１１１ａ上に第２反射鏡１０９を形成する。
　続いて、図１８に示すように、基板２２１、バッファー層２２２及びエッチングストップ層層２２３を除去する。これらの除去は、積層体を支持基板にワックス等により貼付した後、エッチングすることによって行うことができる。さらに、第１中間層１０４の裏面上に第１反射鏡２０３（図１４参照）を形成する。第２反射鏡２０３は、低屈折率層と高屈折率層を一様に複数層積層した後、電流注入領域の近傍を除いて除去することにより形成することができる。
　その後、第１中間層１０４の裏面上に接合層２０２を設け、基板２０１を貼付した後に支持基板を除去し、素子毎に個片化してＶＣＳＥＬ素子２００を製造することができる。ＶＣＳＥＬ素子２００はヒートシンク等に実装し、ワイヤーボンディング等で電気的接続を行うことで動作させることができる。
　ＶＣＳＥＬ素子２００においても第１の実施形態と同様に、トンネル接合層１０７がサイドエッチングされているため、トンネル接合層１０７がＡｌＩｎＡｓからなる場合であっても短時間で酸化を完了させることができる。したがって、生産可能な方法で電流狭窄構造を有するＶＣＳＥＬ素子２００を製造することが可能である。
　（第３の実施形態）
　本技術の第３の実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子について説明する。
　[ＶＣＳＥＬ素子の構造]
　図１９は本実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子３００の断面図である。なお、本実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子３００の構成において第１の実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子１００と同一の構成についてはＶＣＳＥＬ素子１００と同一の符号を付し、説明を省略する。
　図１９に示すように、ＶＣＳＥＬ素子３００は、基板３０１、バッファー層１０２、第１反射鏡３０３、第１中間層１０４、発光層１０５、第２中間層１０６、トンネル接合層１０７、第３中間層１０８、第２反射鏡１０９、第１電極３１０、第２電極１１１、絶縁層１１２及び金属層３１３を備える。
　基板３０１は、ＶＣＳＥＬ素子３００の各層を支持する。基板３０１は半絶縁体材料からなり、例えば半絶縁型ＩｎＰからなるものとすることができる。基板３０１には第１反射鏡３０３をレンズ形状とするための凸部３０１ａが設けられている。
　第１反射鏡３０３は、基板３０１の裏面上に設けられ、波長λの光を反射し、それ以外の波長の光を透過する。第１反射鏡３０３は、凸部３０１ａ上に形成され、光を電流注入領域に集光する凹面状のレンズ形状に形成されている。第１反射鏡３０３のレンズ形状は球面レンズ状であってもよく、シリンドリカルレンズ状やその他のレンズ形状であってもよい。
　第１反射鏡３０３は、光学膜厚λ／４の低屈折率層と高屈折率層を交互に複数層積層したＤＢＲであり、誘電体からなる誘電体ＤＢＲとすることができる。低屈折率層は例えばＳｉＯ２、高屈折率層は例えばＴａ２Ｏ５からなり、積層数は１０ペアとすることができる。第１反射鏡３０３は、Ｚ方向において、他の層を介して電流注入領域と対向する位置に設けられている。
　バッファー層１０２、第１中間層１０４、発光層１０５、第２中間層１０６、トンネル接合層１０７、第３中間層１０８、第２反射鏡１０９、第２電極１１１及び絶縁層１１２は第１の実施形態と同様の構成を有する。なお、第２反射鏡１０９は、第１反射鏡３０３と同様に、光を電流注入領域に集光する凹面状のレンズ形状に形成されていてもよい。また、第２反射鏡１０９のみがレンズ形状を有し、第１反射鏡３０３はレンズ形状を有しないものであってもよい。
　第１電極３１０は、第２中間層１０６上に設けられ、ＶＣＳＥＬ素子３００の一方の電極として機能する。第１電極３１０はメサ構造Ｍを囲む環状形状を有するものとすることができ、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるものとすることができる。
　金属層３１３は、金属からなり、基板３０１の裏面上に設けられ、第１反射鏡３０３を被覆する。金属層３１３は第１反射鏡３０３の形状に応じてレンズ形状の曲面を有する。
　ＶＣＳＥＬ素子３００は以上のような構成を有する。なお、第１中間層１０４の厚みは光学膜厚で５λが好適である。また、ＶＣＳＥＬ素子３００における第１の伝導型と第２の伝導型は逆であってもよく、即ち第１の伝導型がｐ型、第２の伝導型がｎ型であってもよい。
　ＶＣＳＥＬ素子３００のメサ構造ＭはＶＣＳＥＬ素子１００と同一の構成を有し、トンネル接合層１０７の端面Ｐがメサ構造Ｍの側面Ｓから離間する（図４参照）ように構成されている。
　ＶＣＳＥＬ素子３００の動作もＶＣＳＥＬ素子１００と同様であり、第１電極３１０と第２電極１１１の間に電圧を印加すると、トンネル接合層１０７の電流狭窄構造によって電流注入領域Ｒ（図６参照）が形成される。自然放出光は第１反射鏡３０３と第２反射鏡１０９によってレーザ発振を生じ、第２反射鏡１０９を透過してレーザ光が出射される。
　この構成では、第１基板３０１の厚みが厚膜化されているため、より放熱性が向上する。また、第１反射鏡３０３及び金属層３１３においてレンズ構造が形成されているため、発光層１０５から放出された光はこのレンズ構造によって発光層１０５のうち電流注入領域Ｒに集光され、光狭窄作用が得られる。これにより、第１基板３０１を厚膜化しても発光効率の低下を抑制することが可能である。
　［ＶＣＳＥＬ素子の製造方法］
　ＶＣＳＥＬ素子３００の製造方法について説明する。図２０乃至図２３は、ＶＣＳＥＬ素子１００の製造方法を示す模式図である。
　まず、図２０に示すように、基板３０１上にバッファー層１０２、第１中間層１０４、発光層１０５、第２中間層１０６、トンネル接合層１０７及び第３中間層１０８を順に積層し、積層体を形成する。これらの層はＭＯＣＶＤ法によって積層することができ、積層と同時にドーパントのドープを行うことができる。
　次に、図２１に示すように、第３中間層１０８上に第２電極１１１を形成した後、第３中間層１０８及びトンネル接合層１０７の一部を除去する。この工程は第１の実施形態と同様に行うことができる。これによりメサ構造Ｍが形成され、トンネル接合層１０７はサイドエッチングされる。さらに、第２中間層１０６上に第１電極３１０を形成する。
　続いて、図２２に示すように、第１の実施形態と同様にトンネル接合層１０７を外周側から酸化して外周領域１０７ｂにＡｌ酸化物を生成させ、第２中間層１０６上及びメサ構造Ｍの側面Ｓ上に絶縁層１１２を形成する。さらに、開口部１１１ａ上に第２反射鏡１０９を形成する。
　続いて、図２３に示すように、基板３０１の厚みを薄くし、凸部３０１ａを形成する。基板３０１は、積層体の表面をワックス等により支持基板に貼付した後、エッチングすることによって厚みを薄くすることができる。基板３０１の厚みは例えば１００μｍとすることができる。
　凸部３０１ａは、基板３０１の裏面に円柱状のレジストをフォトリソグラフィにより形成し、加熱してボールアップさせてからドライエッチングでエッチングすることにより、レジストの凹面形状を基板３０１に転写させ、形成させることができる。凸部３０１ａの曲率半径は例えば１００μｍ程度とすることができる。
　さらに、基板３０１の裏面上に第１反射鏡３０３（図１９参照）を形成する。第１反射鏡３０３は、低屈折率層と高屈折率層を一様に複数層積層した後、電流注入領域の近傍を除いて除去することにより形成することができる。続いて、基板３０１の裏面上に金属層３１３（図１９参照）を形成する。
　その後、支持基板を除去し、素子毎に個片化してＶＣＳＥＬ素子３００を製造することができる。ＶＣＳＥＬ素子３００はヒートシンク等に実装し、ワイヤーボンディング等で電気的接続を行うことで動作させることができる。
　ＶＣＳＥＬ素子３００においても第１の実施形態と同様に、トンネル接合層１０７がサイドエッチングされているため、トンネル接合層１０７がＡｌＩｎＡｓからなる場合であっても短時間で酸化を完了させることができる。したがって、生産可能な方法で電流狭窄構造を有するＶＣＳＥＬ素子３００を製造することが可能である。
　（第４の実施形態）
　本技術の第４の実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子について説明する。
　[ＶＣＳＥＬ素子の構造]
　図２４は本実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子４００の断面図である。なお、本実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子４００の構成において第１の実施形態に係るＶＣＳＥＬ素子１００と同一の構成についてはＶＣＳＥＬ素子１００と同一の符号を付し、説明を省略する。
　図２４に示すように、ＶＣＳＥＬ素子４００は、基板１０１、バッファー層１０２、第１反射鏡１０３、第１中間層１０４、発光層１０５、第２中間層１０６、トンネル接合層４０７、第３中間層１０８、第２反射鏡１０９、第１電極１１０、第２電極１１１及び絶縁層１１２を備える。
　基板１０１、バッファー層１０２、第１反射鏡１０３、第１中間層１０４、発光層１０５、第２中間層１０６、トンネル接合層１０７、第３中間層１０８、第２反射鏡１０９、第１電極１１０、第２電極１１１及び絶縁層１１２は第１の実施形態と同様の構成を有する。
　ここで、各層の材料は第１の実施形態と異なるものとすることができ、基板１０１は例えばｎ型ＧａＡｓからなるものとすることができる。他の各層は基板１０１に格子整合可能な材料からなり、バッファー層１０２は例えばｎ－ＧａＡｓ、第１中間層１０４は例えばｎ－ＧａＡｓ、第２中間層１０６は例えばｐ－ＧａＡｓ、第３中間層１０８は例えばｎ－ＧａＡｓからなるものとすることができる。
　さらに、第１反射鏡１０３は、ｎ型半導体材料からなる半導体ＤＢＲとすることができ、低屈折率層は例えばｎ－ＡｌＡｓからなり、高屈折率層は例えばｎ－ＧａＡｓからなるものとすることができる。積層数は例えば４０ペアとすることができる。第２反射鏡１０９は、ｎ型半導体材料からなる半導体ＤＢＲとすることができ、低屈折率層は例えばｎ－ＡｌＡｓからなり、高屈折率層は例えばｎ－ＧａＡｓからなるものとすることができる。積層数は例えば３０ペアとすることができる。なお、第１反射鏡１０３及び第２反射鏡１０９の一方又は両方は誘電体ＤＢＲでであってもよい。
　発光層１０５は量子井戸層と障壁層を交互に積層した多重量子井戸構造を有する層とすることができ、量子井戸層は例えばＧａＩｎＡｓ、障壁層は例えばＡｌＧａＡｓからなるものとすることができる。発光層１０５の発光波長は９４０ｎｍ、井戸数４とすることができる。
　トンネル接合層４０７は、第２中間層１０６上に設けられ、トンネル接合を形成する。図２５は、トンネル接合層４０７の断面図である。図２６はトンネル接合層４０７の平面図であり、トンネル接合層４０７をＺ方向から見た図である。
　図２５に示すように、トンネル接合層４０７は、第１ハイドープ層４２１及び第２ハイドープ層４２２を備える。第１ハイドープ層４２１は第２中間層１０６側の層であり、第２ハイドープ層４２２は第３中間層１０８側の層である。
　図２６に示すように、トンネル接合層４０７は内周領域４０７ａと外周領域４０７ｂを有する。内周領域４０７ａはトンネル接合層４０７の内周側に位置する領域であり、外周領域４０７ｂは内周領域４０７ａを囲む環状の領域である。
　第１ハイドープ層４２１の内周領域４０７ａは、Ａｌを含み、ハイドープされたｐ型半導体材料からなり、例えば、ｐ＋－ＡｌＡｓからなるものとすることができる。第２ハイドープ層４２２の内周領域４０７ａは、Ａｌを含み、ハイドープされたｎ型半導体材料からなり、例えば、ｎ＋－ＡｌＡｓからなるものとすることができる。
　第１ハイドープ層４２１及び第２ハイドープ層４２２の外周領域４０７ｂは、内周領域４０７ａの材料を酸化した材料からなり、絶縁性を有する。即ち、第１ハイドープ層４２１及び第２ハイドープ層４２２の外周領域４０７ｂは、Ａｌ酸化物を含み、例えばＡｌＡｓ酸化物からなるものとすることができる。第１ハイドープ層４２１と第２ハイドープ層４２２の厚みはそれぞれ２０ｎｍとすることができる。また、トンネル接合層４０７と発光層１０５の距離はλ／４が好適である。
　ＶＣＳＥＬ素子４００は以上のような構造を有する。上記のように、基板１０１、バッファー層１０２、第１反射鏡１０３、第１中間層１０４、第３中間層１０８及び第２ハイドープ層４２２は第１の伝導型としてｎ型の半導体材料からなり、ドーパントはＳｉとすることができる。第２中間層１０６及び第１ハイドープ層４２１は第２の伝導型としてｐ型の半導体材料からなり、第２中間層１０６のドーパントはＭｇとすることができる。また、第１ハイドープ層４２１のドーパントは拡散しにくいＣが好適である。
　ドーピング濃度は、例えば、第１ハイドープ層４２１及び第２ハイドープ層４２２は５×１０１９［ｃｍ－３］、それ以外の層は５×１０１７～１×１０１８［ｃｍ－３］程度とすることができる。なお、ＶＣＳＥＬ素子４００における第１の伝導型と第２の伝導型は逆であってもよく、即ち第１の伝導型がｐ型、第２の伝導型がｎ型であってもよい。
　［メサ構造について］
　ＶＣＳＥＬ素子４００はメサ構造を有する。図２７はメサ構造を含む、ＶＣＳＥＬ素子４００の一部構成を示す断面図である。図２８はメサ構造の平面図であり、メサ構造をＺ方向から見た図である。
　これらの図に示すように、トンネル接合層４０７及び第３中間層１０８はメサ状形状に形成され、メサ構造Ｍを形成する。メサ構造Ｍは図２８に示すように、Ｚ方向から見ると円形形状とすることができる。メサ構造Ｍは、トンネル接合層４０７の内周領域４０７ａがメサ構造Ｍの中央に位置するように形成され、電流注入領域を含むように構成されている。
　図２７及び図２８に示すように、メサ構造Ｍの側面を側面Ｓとする。側面Ｓは、Ｚ方向に沿ったメサ構造Ｍの外周面であり、円筒形状の面とすることができる。また、トンネル接合層４０７の端面を端面Ｐとする。端面ＰはＺ方向に沿った外周領域４０７ｂの外周面であり、円筒形状の面とすることができる。図２７に示すように、外周領域４０７ｂは端面ＰからＸ－Ｙ方向において一定の深さまで形成されており、内周領域４０７ａは外周領域４０７ｂによって端面Ｐから隔てられている。
　本実施形態においては、トンネル接合層４０７の外径は第３中間層１０８の外径に一致する。このため、端面Ｐは側面Ｓと同一面上に位置する。メサ構造Ｍの外径Ｄ４は例えば１００μｍとすることができる。また、内周領域４０７ａの外径Ｄ５は例えば８μｍとすることができる。
　メサ構造Ｍは以上のように形成されている。なお、メサ構造Ｍはトンネル接合層４０７及び第３中間層１０８のみからなるものに限られず、例えば、第２中間層１０６も含むものであってもよい。この場合、第３中間層１０８及び第２中間層１０６の端面は側面Ｓと同一面上に位置する。さらに、メサ構造Ｍは発光層１０５を含むものであってもよく、発光層１０５及び第１中間層１０４を含むものであってもよい。いずれの場合も端面Ｐは側面Ｓと同一面上に位置するものとすることができる。
　ＶＣＳＥＬ素子４００の動作もＶＣＳＥＬ素子１００と同様であり、第１電極１１０と第２電極１１１の間に電圧を印加すると、トンネル接合層４０７の電流狭窄構造によって電流注入領域Ｒ（図６参照）が形成される。自然放出光は第１反射鏡１０３と第２反射鏡１０９によってレーザ発振を生じ、第２反射鏡１０９を透過してレーザ光が出射される。
　［ＶＣＳＥＬ素子の製造方法］
　ＶＣＳＥＬ素子４００の製造方法について説明する。図２９乃至図３２は、ＶＣＳＥＬ素子１００の製造方法を示す模式図である。
　まず、図２９に示すように、基板１０１上にバッファー層１０２、第１反射鏡１０３、第１中間層１０４、発光層１０５、第２中間層１０６、トンネル接合層４０７及び第３中間層１０８を順に積層し、積層体を形成する。これらの層はＭＯＣＶＤ法によって積層することができ、積層と同時にドーパントのドープを行うことができる。
　次に、図３０に示すように、第３中間層１０８上に第２電極１１１を形成する。第２電極１１１は内径１０μｍ、外径１００μｍの円環状形状とすることができる。その後、第２電極１１１の外径に合わせて第３中間層１０８及びトンネル接合層４０７の一部を除去する。第３中間層１０８及びトンネル接合層４０７の除去はドライエッチングにより行うことが可能である。
　第３中間層１０８とトンネル接合層４０７の除去により、メサ構造Ｍが形成される。本実施形態では、トンネル接合層４０７のサイドエッチングは生じず、トンネル接合層４０７の端面Ｐはメサ構造Ｍの側面Ｓと同一面上に位置する。
　続いて、図３１に示すように、トンネル接合層４０７を外周側から選択的に酸化させる。これにより、外周領域４０７ｂにおいてトンネル接合層４０７の構成材料が酸化され、外周領域４０７ｂにＡｌ酸化物が生成する。内周領域４０７ａは端面Ｐから離間しているために酸化されず、Ａｌを含む材料のまま維持される。この酸化は、積層体を酸化炉へ収容し、水蒸気雰囲気下で４００℃～４５０℃に加熱することにより行うことができる。
　酸化はＡｌ組成が高い層で選択的に進行するため、トンネル接合層４０７のＡｌ組成を高くしておくことにより、トンネル接合層４０７のみを酸化させることができる。また、トンネル接合層４０７がＡｌＡｓからなる場合、ＡｌＡｓは酸化レートが速いため、酸化を短時間で完了させることができる。
　具体的には、図３１に示すように、第２電極１１１の開口部１１１ａよりも１μｍ内側まで、トンネル接合層４０７を酸化させ、外周領域４０７ｂを形成させることができる。開口部１１１ａの直径が１０μｍの場合、内周領域４０７ａの外径Ｄ５（図２８参照）は８μｍとなる。
　続いて、図３２に示すように、第２中間層１０６上及びメサ構造Ｍの側面Ｓ上に絶縁層１１２を形成し、開口部１１１ａ上に第２反射鏡１０９を形成する。第２反射鏡１０９は、低屈折率層と高屈折率層を一様に複数層積層した後、開口部１１１ａの近傍を除いて除去することにより形成することができる。
　続いて、基板１０１上に第１電極１１０（図２４参照）を形成し、素子毎に個片化してＶＣＳＥＬ素子４００を製造することができる。ＶＣＳＥＬ素子４００はヒートシンク等に実装し、ワイヤーボンディング等で電気的接続を行うことで動作させることができる。
　ＶＣＳＥＬ素子４００は以上のようにして製造することが可能である。本実施形態では、トンネル接合層４０７がサイドエッチングされていないが、トンネル接合層４０７を酸化レートが高いＡｌＡｓからなるものとすることによって短時間で酸化を完了させることができる。したがって、生産可能な方法で電流狭窄構造を有するＶＣＳＥＬ素子４００を製造することが可能である。
　（本開示について）
　本開示中に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。上記の複数の効果の記載は、それらの効果が必ずしも同時に発揮されるということを意味しているのではない。条件等により、少なくとも上記した効果のいずれかが得られることを意味しており、本開示中に記載されていない効果が発揮される可能性もある。また、本開示中に記載された特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分を組み合わせることも可能である。
　なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
　（１）
　特定の波長の光を反射する第１の反射鏡と、
　上記波長の光を反射する第２の反射鏡と、
　上記第１の反射鏡と上記第２の反射鏡の間に配置され、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、
　上記第１の反射鏡と上記第２の反射鏡の間に配置され、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の反射鏡と上記第２の反射鏡の間に配置され、上記第１の伝導型のハイドープ層と上記第２の伝導型のハイドープ層が接合されたトンネル接合層であって、層面に垂直な方向から見て内周側の内周領域と、上記内周領域を囲む外周領域を有し、上記内周領域はＡｌを含む材料からなり、上記外周領域はＡｌ酸化物を含む材料からなるトンネル接合層と、
　上記第１の反射鏡と上記第２の反射鏡の間に配置され、キャリア再結合による発光を生じる発光層と、
　を具備し、上記内周領域を通過して上記発光層に流入する電流が集中する電流注入領域を含むメサ構造が形成されている
　垂直共振器型面発光レーザ素子。
　（２）
　上記（１）に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
　上記トンネル接合層は、上記外周領域の上記方向に沿った外周面である端面を有し、
　上記メサ構造は、上記方向に沿った外周面である側面を有し、
　上記端面は、上記側面より上記内周領域側に位置し、上記側面から離間している
　垂直共振器型面発光レーザ素子。
　（３）
　上記（２）に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
　上記端面と上記側面の間は空隙である
　垂直共振器型面発光レーザ素子。
　（４）
　上記（２）に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
　上記端面と上記側面の間には絶縁体が充填されている
　垂直共振器型面発光レーザ素子。
　（５）
　上記（３）又は（４）に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
　上記内周領域は、ＡｌＩｎＡｓからなり、
　上記外周領域は、ＡｌＩｎＡｓの酸化物からなる
　垂直共振器型面発光レーザ素子。
　（６）
　上記（５）に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
　上記発光層は、ＡｌＧａＩｎＡｓからなる多重量子井戸構造を有する
　垂直共振器型面発光レーザ素子。
　（７）
　上記（１）に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
　上記トンネル接合層は、上記外周領域の上記方向に沿った外周面である端面を有し、
　上記メサ構造は、上記方向に沿った外周面である側面を有し、
　上記端面は上記側面と同一面上に位置する
　垂直共振器型面発光レーザ素子。
　（８）
　上記（７）に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
　上記内周領域は、ＡｌＡｓからなり、
　上記外周領域は、ＡｌＡｓ酸化物からなる
　垂直共振器型面発光レーザ素子。
　（９）
　上記（８）に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
　上記発光層は、ＡｌＧａＡｓ及びＧａＩｎＡｓからなる多重量子井戸構造を有する
　垂直共振器型面発光レーザ素子。
　（１０）
　上記（１）から（９）のうちいずれか１つに記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
　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、
　上記第１の反射鏡と上記第２の反射鏡の少なくとも一方は誘電体からなる
　垂直共振器型面発光レーザ素子。
　（１１）
　上記（１０）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の反射鏡と上記第２の反射鏡の両方は誘電体からなる
　垂直共振器型面発光レーザ素子。
　（１２）
　上記（１）から（１１）のうちいずれか１つに記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
　上記第１の反射鏡と上記第２の反射鏡の少なくとも一方は、光を上記電流注入領域に集光するレンズ形状を有する
　垂直共振器型面発光レーザ素子。
　（１３）
　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の伝導型のハイドープ層と上記第２の伝導型のハイドープ層が接合されたＡｌを含む材料からなるトンネル接合層と、キャリア再結合による発光を生じる発光層とを備える積層体を作成し、
　上記発光層に流入する電流が集中する電流注入領域を含むメサ構造を形成し、
　上記メサ構造の外周側から上記トンネル接合層を選択的に酸化させ、上記トンネル接合層に、Ａｌを含む材料からなる内周側の内周領域と、Ａｌ酸化物を含む材料からなり、上記内周領域を囲む外周領域を形成する
　垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
　（１４）
　上記（１３）に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法であって、
　上記メサ構造を形成する工程の後、上記トンネル接合層を酸化する工程の前に、上記トンネル接合層の外周側から上記トンネル接合層の一部を除去し、上記トンネル接合層の端面を上記メサ構造の側面から離間させる工程
　を含む垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
　（１５）
　上記（１４）に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法であって、
　上記トンネル接合層の一部を除去する工程は、上記トンネル接合層を選択的にエッチングするエッチング液を用いるウェットエッチング工程である
　垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
　１００、２００、３００、４００…ＶＣＳＥＬ素子
　１０１、２０１、３０１…基板
　１０２…バッファー層
　１０３、２０３、３０３…第１反射鏡
　１０４…第１中間層
　１０５…発光層
　１０６…第２中間層
　１０７、４０７…トンネル接合層
　１０７ａ、４０７ａ…内周領域
　１０７ｂ、４０７ｂ…外周領域
　１０８…第３中間層
　１０９…第２反射鏡
　１１０、２１０、３１０…第１電極
　１１１…第２電極
　１１２…絶縁層
　１２１、４１２…第１ハイドープ層
　１２２、４２２…第２ハイドープ層
　３１３…金属層

Claims (15)

  1. 　特定の波長の光を反射する第１の反射鏡と、
    　前記波長の光を反射する第２の反射鏡と、
    　前記第１の反射鏡と前記第２の反射鏡の間に配置され、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、
    　前記第１の反射鏡と前記第２の反射鏡の間に配置され、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の反射鏡と前記第２の反射鏡の間に配置され、前記第１の伝導型のハイドープ層と前記第２の伝導型のハイドープ層が接合されたトンネル接合層であって、層面に垂直な方向から見て内周側の内周領域と、前記内周領域を囲む外周領域を有し、前記内周領域はＡｌを含む材料からなり、前記外周領域はＡｌ酸化物を含む材料からなるトンネル接合層と、
    　前記第１の反射鏡と前記第２の反射鏡の間に配置され、キャリア再結合による発光を生じる発光層と、
    　を具備し、前記内周領域を通過して前記発光層に流入する電流が集中する電流注入領域を含むメサ構造が形成されている
    　垂直共振器型面発光レーザ素子。
  2. 　請求項１に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
    　前記トンネル接合層は、前記外周領域の前記方向に沿った外周面である端面を有し、
    　前記メサ構造は、前記方向に沿った外周面である側面を有し、
    　前記端面は、前記側面より前記内周領域側に位置し、前記側面から離間している
    　垂直共振器型面発光レーザ素子。
  3. 　請求項２に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
    　前記端面と前記側面の間は空隙である
    　垂直共振器型面発光レーザ素子。
  4. 　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、
    　前記端面と前記側面の間には絶縁体が充填されている
    　垂直共振器型面発光レーザ素子。
  5. 　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、
    　前記内周領域は、ＡｌＩｎＡｓからなり、
    　前記外周領域は、ＡｌＩｎＡｓの酸化物からなる
    　垂直共振器型面発光レーザ素子。
  6. 　請求項５に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
    　前記発光層は、ＡｌＧａＩｎＡｓからなる多重量子井戸構造を有する
    　垂直共振器型面発光レーザ素子。
  7. 　請求項１に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
    　前記トンネル接合層は、前記外周領域の前記方向に沿った外周面である端面を有し、
    　前記メサ構造は、前記方向に沿った外周面である側面を有し、
    　前記端面は前記側面と同一面上に位置する
    　垂直共振器型面発光レーザ素子。
  8. 　請求項７に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
    　前記内周領域は、ＡｌＡｓからなり、
    　前記外周領域は、ＡｌＡｓ酸化物からなる
    　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、
    　前記発光層は、ＡｌＧａＡｓ及びＧａＩｎＡｓからなる多重量子井戸構造を有する
    　垂直共振器型面発光レーザ素子。
  10. 　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の反射鏡と前記第２の反射鏡の少なくとも一方は誘電体からなる
    　垂直共振器型面発光レーザ素子。
  11. 　請求項１０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の反射鏡と前記第２の反射鏡の両方は誘電体からなる
    　垂直共振器型面発光レーザ素子。
  12. 　請求項１に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子であって、
    　前記第１の反射鏡と前記第２の反射鏡の少なくとも一方は、光を前記電流注入領域に集光するレンズ形状を有する
    　垂直共振器型面発光レーザ素子。
  13. 　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の伝導型のハイドープ層と前記第２の伝導型のハイドープ層が接合されたＡｌを含む材料からなるトンネル接合層と、キャリア再結合による発光を生じる発光層とを備える積層体を作成し、
    　前記発光層に流入する電流が集中する電流注入領域を含むメサ構造を形成し、
    　前記メサ構造の外周側から前記トンネル接合層を選択的に酸化させ、前記トンネル接合層に、Ａｌを含む材料からなる内周側の内周領域と、Ａｌ酸化物を含む材料からなり、前記内周領域を囲む外周領域を形成する
    　垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
  14. 　請求項１３に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法であって、
    　前記メサ構造を形成する工程の後、前記トンネル接合層を酸化する工程の前に、前記トンネル接合層の外周側から前記トンネル接合層の一部を除去し、前記トンネル接合層の端面を前記メサ構造の側面から離間させる工程
    　を含む垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
  15. 　請求項１４に記載の垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法であって、
    　前記トンネル接合層の一部を除去する工程は、前記トンネル接合層を選択的にエッチングするエッチング液を用いるウェットエッチング工程である
    　垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法。
PCT/JP2021/039221 2020-11-04 2021-10-25 垂直共振器型面発光レーザ素子及び垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法 WO2022097513A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US18/250,432 US20240006851A1 (en) 2020-11-04 2021-10-25 Vertical cavity surface emitting laser device and method of producing a vertical cavity surface emitting laser device
EP21889066.3A EP4207517A4 (en) 2020-11-04 2021-10-25 SURFACE EMITTING LASER ELEMENT WITH VERTICAL RESONATOR AND METHOD FOR PRODUCING A SURFACE EMITTING LASER ELEMENT WITH VERTICAL RESONATOR

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020-184529 2020-11-04
JP2020184529A JP2023181565A (ja) 2020-11-04 2020-11-04 垂直共振器型面発光レーザ素子及び垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022097513A1 true WO2022097513A1 (ja) 2022-05-12

Family

ID=81457816

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2021/039221 WO2022097513A1 (ja) 2020-11-04 2021-10-25 垂直共振器型面発光レーザ素子及び垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20240006851A1 (ja)
EP (1) EP4207517A4 (ja)
JP (1) JP2023181565A (ja)
WO (1) WO2022097513A1 (ja)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998007218A1 (en) * 1996-08-09 1998-02-19 W.L. Gore & Associates, Inc. Vertical cavity surface emitting laser with tunnel junction
WO2002045223A1 (en) * 2000-11-29 2002-06-06 Optowell Co., Ltd. Nitride compound semiconductor vertical-cavity surface-emitting laser
JP2003324251A (ja) * 2002-04-30 2003-11-14 Ricoh Co Ltd 面発光半導体レーザ素子の製造方法および面発光半導体レーザ素子および光伝送システム
JP2004296972A (ja) * 2003-03-28 2004-10-21 Yokogawa Electric Corp 面発光レーザ
JP2004336039A (ja) * 2003-04-30 2004-11-25 Agilent Technol Inc トンネル接合構造を組み込んだＧａＡｓベースの長波長レーザ
JP2006294811A (ja) 2005-04-08 2006-10-26 Fuji Xerox Co Ltd トンネル接合型面発光半導体レーザ素子およびその製造方法
JP2011096964A (ja) * 2009-11-02 2011-05-12 Nec Corp 発光素子およびそれを用いた投射型表示装置
WO2018083877A1 (ja) * 2016-11-02 2018-05-11 ソニー株式会社 発光素子及びその製造方法
WO2020170818A1 (ja) * 2019-02-21 2020-08-27 スタンレー電気株式会社 垂直共振器型発光素子

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100523484B1 (ko) * 2002-11-11 2005-10-24 한국전자통신연구원 전류 제한 구조를 갖는 반도체 광소자의 제조방법
JP2022038492A (ja) * 2020-08-26 2022-03-10 ソニーグループ株式会社 垂直共振器型面発光レーザ素子及び垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998007218A1 (en) * 1996-08-09 1998-02-19 W.L. Gore & Associates, Inc. Vertical cavity surface emitting laser with tunnel junction
WO2002045223A1 (en) * 2000-11-29 2002-06-06 Optowell Co., Ltd. Nitride compound semiconductor vertical-cavity surface-emitting laser
JP2003324251A (ja) * 2002-04-30 2003-11-14 Ricoh Co Ltd 面発光半導体レーザ素子の製造方法および面発光半導体レーザ素子および光伝送システム
JP2004296972A (ja) * 2003-03-28 2004-10-21 Yokogawa Electric Corp 面発光レーザ
JP2004336039A (ja) * 2003-04-30 2004-11-25 Agilent Technol Inc トンネル接合構造を組み込んだＧａＡｓベースの長波長レーザ
JP2006294811A (ja) 2005-04-08 2006-10-26 Fuji Xerox Co Ltd トンネル接合型面発光半導体レーザ素子およびその製造方法
JP2011096964A (ja) * 2009-11-02 2011-05-12 Nec Corp 発光素子およびそれを用いた投射型表示装置
WO2018083877A1 (ja) * 2016-11-02 2018-05-11 ソニー株式会社 発光素子及びその製造方法
WO2020170818A1 (ja) * 2019-02-21 2020-08-27 スタンレー電気株式会社 垂直共振器型発光素子

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP4207517A4

Also Published As

Publication number Publication date
US20240006851A1 (en) 2024-01-04
EP4207517A4 (en) 2024-03-13
EP4207517A1 (en) 2023-07-05
JP2023181565A (ja) 2023-12-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6320893B1 (en) Surface emitting semiconductor laser
JP4919639B2 (ja) 面発光レーザ素子および面発光レーザアレイおよび面発光レーザ素子の製造方法および面発光レーザモジュールおよび電子写真システムおよび光通信システムおよび光インターコネクションシステム
JP5027010B2 (ja) 面発光レーザ素子
JP4174322B2 (ja) 垂直共振器面発光レーザとその製造方法
JP4728656B2 (ja) 面発光レーザ素子
US7907653B2 (en) Vertical cavity surface emitting laser device and vertical cavity surface emitting laser array
JPH06314854A (ja) 面型発光素子とその製造方法
JP2008028120A (ja) 面発光型半導体素子
US20020110169A1 (en) Vertical cavity surface emitting laser device and vertical cavity surface emitting laser array
JP5190038B2 (ja) 面発光レーザ
JP3800856B2 (ja) 面発光レーザ及び面発光レーザアレイ
JP2009259857A (ja) 面発光レーザ素子および面発光レーザ素子アレイ
JP2002305354A (ja) 面発光型半導体レーザ素子
JP2003347670A (ja) 面発光半導体レーザ素子及びレーザアレイ
US20010050935A1 (en) Surface emitting semiconductor laser device
JPWO2007135772A1 (ja) 発光素子
JP4748646B2 (ja) フォトニック結晶レーザおよび光伝送システム
JP5006242B2 (ja) 面発光半導体レーザ素子
JP2001068783A (ja) 面発光レーザ及びその製造方法
WO2005074080A1 (ja) 面発光レーザ及びその製造方法
WO2022097513A1 (ja) 垂直共振器型面発光レーザ素子及び垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法
WO2021124967A1 (ja) 垂直共振器型面発光レーザ素子、垂直共振器型面発光レーザ素子アレイ、垂直共振器型面発光レーザモジュール及び垂直共振器型面発光レーザ素子の製造方法
JP2005045107A (ja) 面発光レーザおよびその製造方法
JP5034275B2 (ja) 半導体レーザ装置
JP2005085836A (ja) 面発光半導体レーザ素子及びその製造方法

Legal Events

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

Ref document number: 21889066

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021889066

Country of ref document: EP

Effective date: 20230330

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 18250432

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP