(57)【要約】【課題】電流アパーチャのサイズの変動に対して微分抵抗の変化があまり敏感でない構造を有する垂直共振型面発光レーザを提供する。【解決手段】垂直共振型面発光レーザは、第１Ａｌ組成の第１半導体層、第１Ａｌ組成より大きい第２Ａｌ組成の第２半導体層を含む第１積層と、電流アパ−チャーと電流ブロッカーとを含む電流狭窄構造と、電流狭窄構造に隣接する第１化合物半導体層と、第１積層と第１化合物半導体層とに隣接する第２化合物半導体層を備える。第１化合物半導体層は、第１Ａｌ組成より大きく第２Ａｌ組成より小さい範囲内の第１Ａｌ下限組成から第１Ａｌ上限組成に、第１積層から電流狭窄構造への向きに単調に変化する第１アルミニウムプロファイルを有する。第２化合物半導体層は、第１Ａｌ組成より大きく第１Ａｌ上限組成以下のＡｌ組成を有する。【選択図】図１
2020053674.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直共振型面発光レーザであって、
半導体ポスト内に設けられた活性層と、
前記半導体ポスト内に設けられ分布ブラッグ反射のための第１積層と、
電流アパ−チャーと前記電流アパ−チャーを囲む電流ブロッカーとを備え前記半導体ポスト内に設けられた電流狭窄構造と、
前記半導体ポスト内に設けられ、前記第１積層と前記電流狭窄構造との間において前記電流狭窄構造に隣接する第１化合物半導体層と、
前記半導体ポスト内に設けられ、前記第１積層と前記第１化合物半導体層との間において前記第１積層及び前記第１化合物半導体層に隣接する第２化合物半導体層と、
を備え、
前記電流アパ−チャーは、ＩＩＩ族構成元素としてアルミニウム元素を含むＩＩＩ−Ｖ化合物半導体を含み、前記電流ブロッカーはＩＩＩ族酸化物を含み、
前記第１積層は、交互に配列された第１半導体層及び第２半導体層を含み、前記第１半導体層は、第１Ａｌ組成の第１ＩＩＩ−Ｖ半導体を有し、前記第２半導体層は、前記第１Ａｌ組成より大きい第２Ａｌ組成の第２ＩＩＩ−Ｖ半導体を有し、
前記第１化合物半導体層及び前記第２化合物半導体層の各々は、ＩＩＩ族構成元素としてアルミニウム元素を含み、
前記第１化合物半導体層は、前記第１Ａｌ組成より大きく前記第２Ａｌ組成より小さい範囲内の第１Ａｌ下限組成から、該第１Ａｌ下限組成より大きな第１Ａｌ上限組成に、前記第１積層から前記電流狭窄構造への向きに単調に変化する第１アルミニウムプロファイルを有し、
前記第２化合物半導体層は、前記第１Ａｌ組成より大きく前記第１Ａｌ上限組成より小さいＡｌ組成を有し、
前記電流アパ−チャーの前記ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体は、前記第２Ａｌ組成より大きなＡｌ組成を有する、垂直共振型面発光レーザ。
【請求項２】
前記第１Ａｌ下限組成は、前記第２Ａｌ組成と前記第１Ａｌ組成との差分の半分より大きい、請求項１に記載された垂直共振型面発光レーザ。
【請求項３】
前記第１Ａｌ下限組成は、０．２５以上の範囲にあり、
前記第２化合物半導体層の前記Ａｌ組成は、前記第１化合物半導体層の前記第１Ａｌ下限組成であり、
前記第１アルミニウムプロファイルは、前記電流アパ−チャーと前記第１化合物半導体層との界面において、前記電流アパ−チャーの前記Ａｌ組成を有する、請求項１又は請求項２に記載された垂直共振型面発光レーザ。
【請求項４】
前記第１化合物半導体層は、前記電流狭窄構造から前記第１積層への方向に順に配列された第１部分及び第２部分を含み、
前記第１アルミニウムプロファイルは、前記第１部分及び前記第２部分内のそれぞれの点において第１変化率及び第２変化率を有し、
前記第１変化率は、前記第１化合物半導体層の厚さに対する前記第１Ａｌ上限組成と前記第１Ａｌ下限組成との差の線形変化率の絶対値より小さい絶対値を有し、前記第１変化率の前記絶対値は、前記第２変化率の絶対値より小さい、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された垂直共振型面発光レーザ。
【請求項５】
前記半導体ポスト内に設けられ前記分布ブラッグ反射のための第２積層と、
前記半導体ポスト内に設けられ、前記第２積層と前記電流狭窄構造との間において前記電流狭窄構造に隣接する第３化合物半導体層と、
前記半導体ポスト内に設けられ、前記第２積層と前記第３化合物半導体層との間において前記第２積層及び前記第３化合物半導体層に隣接する第４化合物半導体層と、
を備え、
前記第２積層は、交互に配列された第１半導体層及び第２半導体層を含み、前記第１半導体層は、第３Ａｌ組成の第３ＩＩＩ−Ｖ半導体を有し、前記第２半導体層は、前記第３Ａｌ組成より大きい第４Ａｌ組成の第４ＩＩＩ−Ｖ半導体を有し、
前記第３化合物半導体層及び前記第４化合物半導体層は、ＩＩＩ族構成元素としてアルミニウム元素を含み、
前記第３化合物半導体層は、前記第３Ａｌ組成より大きく前記第４Ａｌ組成より小さい範囲内の第２Ａｌ下限組成から、該第２Ａｌ下限組成より大きい第２Ａｌ上限組成に、前記第２積層から前記電流狭窄構造への方向に単調に変化する第２アルミニウムプロファイルを有し、
前記第４化合物半導体層は、前記第３Ａｌ組成より大きく前記第２Ａｌ上限組成より小さいＡｌ組成を有する、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された垂直共振型面発光レーザ。
【請求項６】
前記第２Ａｌ下限組成は、０．２５以上であり、
前記第４化合物半導体層の前記Ａｌ組成は、前記第３化合物半導体層の前記第２Ａｌ下限組成であり、
前記第２アルミニウムプロファイルは、前記電流アパ−チャーと前記第３化合物半導体層との界面において、前記電流アパ−チャーの前記Ａｌ組成を有する、請求項５に記載された垂直共振型面発光レーザ。
【請求項７】
前記第３化合物半導体層は、前記電流狭窄構造から前記第２積層への方向に順に配列された第１部分及び第２部分を含み、
前記第２アルミニウムプロファイルは、前記第１部分及び前記第２部分内のそれぞれの点において第３変化率及び第４変化率を有し、
前記第３変化率は、前記第３化合物半導体層の厚さに対する前記第２Ａｌ上限組成と前記第２Ａｌ下限組成との差の線形変化率の絶対値より小さい絶対値を有し、前記第３変化率の絶対値は、前記第４変化率の絶対値より小さい、請求項５又は請求項６に記載された垂直共振型面発光レーザ。
【請求項８】
前記半導体ポスト内に設けられ分布ブラッグ反射のための第２積層と、
前記半導体ポスト内に設けられ、前記第２積層と前記電流狭窄構造との間において前記電流狭窄構造に隣接する第３化合物半導体層と、
を備え、
前記第２積層は、交互に配列された第１半導体層及び第２半導体層を含み、前記第１半導体層は、第３Ａｌ組成の第３ＩＩＩ−Ｖ半導体を有し、前記第２半導体層は、前記第３Ａｌ組成より大きい第４Ａｌ組成の第４ＩＩＩ−Ｖ半導体を有し、
前記第３化合物半導体層は、ＩＩＩ族構成元素としてアルミニウム元素を含み、
前記第３化合物半導体層は、０．２５未満の第２Ａｌ下限組成から、該第２Ａｌ下限組成より大きい第２Ａｌ上限組成に、前記第２積層から前記電流狭窄構造への方向に単調に変化する第２アルミニウムプロファイルを有する、請求項４に記載された垂直共振型面発光レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直共振型面発光レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１は、面発光レーザを開示する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Kimiyoshi  Fukatsu  et  al.,  IEEE  Photonics  Technology  Letters,  vol.20,  no.11,  pp.909-911,  2008.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
垂直共振型面発光レーザのあるものは、電流閉じ込めのために酸化物狭窄構造を用いる。酸化物狭窄構造は、以下のように作製される：高いＡｌ組成の半導体層を含む半導体ポストを形成する；半導体ポストを酸化雰囲気中で酸化して、電流アパーチャを有する酸化物狭窄構造を得る。酸化物狭窄構造は、半導体ポスト内に最も高いＡｌ組成の半導体層から形成される。酸化雰囲気中で半導体層を酸化することは、製造工程のうちで製造ばらつきの一要因になる。垂直共振型面発光レーザは、その特性面から半導体ポストに様々なサイズ及び形状を求め、また電流アパーチャにも様々なサイズを求める。
【０００５】
本発明の一側面は、電流アパーチャのサイズの変動に対して微分抵抗の変化があまり敏感でない構造を有する垂直共振型面発光レーザを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面に係る垂直共振型面発光レーザは、半導体ポスト内に設けられた活性層と、前記半導体ポスト内に設けられ分布ブラッグ反射のための第１積層と、電流アパ−チャーと前記電流アパ−チャーを囲む電流ブロッカーとを備え前記半導体ポスト内に設けられた電流狭窄構造と、前記半導体ポスト内に設けられ、前記第１積層と前記電流狭窄構造との間において前記電流狭窄構造に隣接する第１化合物半導体層と、前記半導体ポスト内に設けられ、前記第１積層と前記第１化合物半導体層との間において前記第１積層及び前記第１化合物半導体層に隣接する第２化合物半導体層と、を備え、前記電流アパ−チャーは、ＩＩＩ族構成元素としてアルミニウム元素を含むＩＩＩ−Ｖ化合物半導体を含み、前記電流ブロッカーはＩＩＩ族酸化物を含み、前記第１積層は、交互に配列された第１半導体層及び第２半導体層を含み、前記第１半導体層は、第１Ａｌ組成の第１ＩＩＩ−Ｖ半導体を有し、前記第２半導体層は、前記第１Ａｌ組成より大きい第２Ａｌ組成の第２ＩＩＩ−Ｖ半導体を有し、前記第１化合物半導体層及び前記第２化合物半導体層の各々は、ＩＩＩ族構成元素としてアルミニウム元素を含み、前記第１化合物半導体層は、前記第１Ａｌ組成より大きく前記第２Ａｌ組成より小さい範囲内の第１Ａｌ下限組成から、該第１Ａｌ下限組成より大きな第１Ａｌ上限組成に、前記第１積層から前記電流狭窄構造への向きに単調に変化する第１アルミニウムプロファイルを有し、前記第２化合物半導体層は、前記第１Ａｌ組成より大きく前記第１Ａｌ上限組成より小さいＡｌ組成を有し、前記電流アパ−チャーの前記ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体は、前記第２Ａｌ組成より大きなＡｌ組成を有する。
【０００７】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【０００８】
以上説明したように、本発明の一側面によれば、電流アパーチャのサイズの変動に対して微分抵抗の変化があまり敏感でない構造を有する垂直共振型面発光レーザが提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本実施形態に係る垂直共振型面発光レーザを示す図面である。
【図２】図２は、実験例に係る垂直共振型面発光レーザの構造を示す図面である。
【図３】図３は、実施例１に係る垂直共振型面発光レーザの構造を示す図面である。
【図４】図４は、実施例２に係る垂直共振型面発光レーザの構造を示す図面である。
【図５】図５は、実施例３に係る垂直共振型面発光レーザの構造を示す図面である。
【図６】図６は、実施例４に係る垂直共振型面発光レーザの構造を示す図面である。
【図７】図７は、実施例５に係る垂直共振型面発光レーザの構造を示す図面である。
【図８】図８は、実施例６に係る垂直共振型面発光レーザの構造を示す図面である。
【図９】図９は、実施例７に係る垂直共振型面発光レーザの構造を示す図面である。
【図１０】図１０は、実施例８に係る垂直共振型面発光レーザの構造を示す図面である。
【図１１】図１１は、実験例及び実施例１〜４に係る垂直共振型面発光レーザの特性を示す図面である。
【図１２】図１２は、実験例及び実施例１〜４における垂直共振型面発光レーザの信頼性試験の結果を示す図面である。
【図１３】図１３は、実施例５〜８における垂直共振型面発光レーザの信頼性試験の結果を示す図面である。
【図１４】図１４は、本実施形態に係る垂直共振型面発光レーザを作製する方法における主要な工程を示す図面である。
【図１５】図１５は、図３〜図６及び図７〜図１１に示された第１部分及び第２部分における電流狭窄構造を模式的に示す図面である。
【図１６】図１６は、実施例９に係る垂直共振型面発光レーザの構造を示す図面である。
【図１７】図１７は、実施例９に係る垂直共振型面発光レーザの特性を示す図面である。
【図１８】図１８は、実施例１０に係る垂直共振型面発光レーザの構造を示す図面である。
【図１９】図１９は、実施例１０に係る垂直共振型面発光レーザの特性を示す図面である。
【図２０】図２０は、実施例９及び１０に係る垂直共振型面発光レーザの特性を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
いくつかの具体例を説明する。
【００１１】
具体例に係る垂直共振型面発光レーザは、（ａ）半導体ポスト内に設けられた活性層と、（ｂ）前記半導体ポスト内に設けられ分布ブラッグ反射のための第１積層と、（ｃ）電流アパ−チャーと前記電流アパ−チャーを囲む電流ブロッカーとを備え前記半導体ポスト内に設けられた電流狭窄構造と、（ｄ）前記半導体ポスト内に設けられ、前記第１積層と前記電流狭窄構造との間において前記電流狭窄構造に隣接する第１化合物半導体層と、（ｅ）前記半導体ポスト内に設けられ、前記第１積層と前記第１化合物半導体層との間において前記第１積層及び前記第１化合物半導体層に隣接する第２化合物半導体層と、を備え、前記電流アパ−チャーは、ＩＩＩ族構成元素としてアルミニウム元素を含むＩＩＩ−Ｖ化合物半導体を含み、前記電流ブロッカーはＩＩＩ族酸化物を含み、前記第１積層は、交互に配列された第１半導体層及び第２半導体層を含み、前記第１半導体層は、第１Ａｌ組成の第１ＩＩＩ−Ｖ半導体を有し、前記第２半導体層は、前記第１Ａｌ組成より大きい第２Ａｌ組成の第２ＩＩＩ−Ｖ半導体を有し、前記第１化合物半導体層及び前記第２化合物半導体層の各々は、ＩＩＩ族構成元素としてアルミニウム元素を含み、前記第１化合物半導体層は、前記第１Ａｌ組成より大きく前記第２Ａｌ組成より小さい範囲内の第１Ａｌ下限組成から、該第１Ａｌ下限組成より大きな第１Ａｌ上限組成に、前記第１積層から前記電流狭窄構造への向きに単調に変化する第１アルミニウムプロファイルを有し、前記第２化合物半導体層は、前記第１Ａｌ組成より大きく前記第１Ａｌ上限組成以下のＡｌ組成を有し、前記電流アパ−チャーの前記ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体は、前記第２Ａｌ組成より大きなＡｌ組成を有する。
【００１２】
垂直共振型面発光レーザによれば、電流狭窄構造に隣接する第１化合物半導体層に、第１積層の第１Ａｌ組成より大きい第１Ａｌ下限組成を与える。この第１Ａｌ下限組成から、第１アルミニウムプロファイルは、第１積層から電流狭窄構造への方向に単調に変化する。第１積層及び第１化合物半導体層に隣接する第２化合物半導体層には、第１Ａｌ組成より大きく第１Ａｌ上限組成より小さいＡｌ組成を与える。第１化合物半導体層及び第２化合物半導体層は、当該垂直共振型面発光レーザにおける微分抵抗が電流アパ−チャーサイズのばらつきに強く依存することを回避することを可能にする。
【００１３】
また、ＩＩＩ族構成元素のアルミニウムを含むＩＩＩ−Ｖ化合物半導体は、Ａｌ組成の増加に伴ってバンドギャップが増加する。しかしながら、第１Ａｌ組成より大きいＡｌ組成の第２化合物半導体層は、微分抵抗の低減に有効である。
【００１４】
第２化合物半導体層には、第１Ａｌ組成より大きく第１Ａｌ下限組成に等しい又はより小さいＡｌ組成を与えることができる。
【００１５】
具体例に係る垂直共振型面発光レーザでは、前記第１Ａｌ下限組成は、前記第２Ａｌ組成と前記第１Ａｌ組成との差分の半分より大きい。
【００１６】
垂直共振型面発光レーザによれば、第１化合物半導体層のＡｌ組成傾斜における小さい組成範囲、及び大きなＡｌ組成の第２化合物半導体層が、微分抵抗の低減に有効である。
【００１７】
具体例に係る垂直共振型面発光レーザでは、前記第１Ａｌ下限組成は、０．２５以上の範囲にあり、前記第２化合物半導体層の前記Ａｌ組成は、前記第１化合物半導体層の前記第１Ａｌ下限組成であり、前記第１アルミニウムプロファイルは、前記電流アパ−チャーと前記第１化合物半導体層との界面において、前記電流アパ−チャーの前記Ａｌ組成を有する。
【００１８】
垂直共振型面発光レーザによれば、電流アパ−チャー、第１化合物半導体層及び第２化合物半導体層の配列には、連続したアルミニウムプロファイルを提供できる。また、０．２５より小さい第１Ａｌ下限組成は、電流アパ−チャーのサイズに対する微分抵抗のばらつきを大きくする。また、０．７５より大きい第１Ａｌ下限組成は、ブラッグ反射における反射率を低下させる。
【００１９】
電流狭窄構造の電流アパーチャと第２化合物半導体層との間におけるＡｌ組成の差は、第１積層における第１半導体層と第２半導体層との間のＡｌ組成の差より小さい。
【００２０】
具体例に係る垂直共振型面発光レーザでは、前記第１化合物半導体層は、前記電流狭窄構造から前記第１積層への方向に順に配列された第１部分及び第２部分を含み、前記第１アルミニウムプロファイルは、前記第１部分及び前記第２部分内のそれぞれの点において第１変化率及び第２変化率を有し、前記第１変化率は、前記第１化合物半導体層の厚さに対する前記第１Ａｌ上限組成と前記第１Ａｌ下限組成との差の線形変化率の絶対値より小さい絶対値を有し、前記第１変化率の前記絶対値は、前記第２変化率の絶対値より小さい。
【００２１】
垂直共振型面発光レーザによれば、第１化合物半導体層は、電流狭窄構造の近傍において緩やかに変化するアルミニウムプロファイルを有することができる。電流狭窄構造の近傍にＡｌ組成の緩やかに変化率を与えると、長期動作特性の変化が小さくなる。
【００２２】
具体的には、第１変化率は、第１化合物半導体層の厚さに対する第１Ａｌ上限組成と第１Ａｌ下限組成との差の線形変化率の絶対値より小さい絶対値を有し、第１変化率の絶対値は第２変化率の絶対値より小さい。
【００２３】
具体例に係る垂直共振型面発光レーザは、前記半導体ポスト内に設けられ前記分布ブラッグ反射のための第２積層と、前記半導体ポスト内に設けられ、前記第２積層と前記電流狭窄構造との間において前記電流狭窄構造に隣接する第３化合物半導体層と、前記半導体ポスト内に設けられ、前記第２積層と前記第３化合物半導体層との間において前記第２積層及び前記第３化合物半導体層に隣接する第４化合物半導体層と、を備え、前記第２積層は、交互に配列された第１半導体層及び第２半導体層を含み、前記第１半導体層は、第３Ａｌ組成の第３ＩＩＩ−Ｖ半導体を有し、前記第２半導体層は、前記第３Ａｌ組成より大きい第４Ａｌ組成の第４ＩＩＩ−Ｖ半導体を有し、前記第３化合物半導体層及び前記第４化合物半導体層は、ＩＩＩ族構成元素としてアルミニウム元素を含み、前記第３化合物半導体層は、前記第３Ａｌ組成より大きく前記第４Ａｌ組成より小さい範囲内の第２Ａｌ下限組成から、該第２Ａｌ下限組成より大きい第２Ａｌ上限組成に、前記第２積層から前記電流狭窄構造への方向に単調に変化する第２アルミニウムプロファイルを有し、前記第４化合物半導体層は、前記第３Ａｌ組成より大きく前記第２Ａｌ下限組成に等しい又はより小さいＡｌ組成を有する。
【００２４】
垂直共振型面発光レーザによれば、第２積層及び電流狭窄構造に隣接する第３化合物半導体層に、第２積層の第３Ａｌ組成より大きい第２Ａｌ下限組成を与える。この第２Ａｌ下限組成から、第３化合物半導体層において第２アルミニウムプロファイルは、第２積層から電流狭窄構造への方向に単調に変化する。第２積層及び第３化合物半導体層に隣接する第４化合物半導体層に、第３Ａｌ組成より大きく第２Ａｌ下限組成以下のＡｌ組成を与える。第３化合物半導体層及び第４化合物半導体層は、当該垂直共振型面発光レーザにおける微分抵抗が電流アパ−チャーサイズのばらつきに強く依存することを回避できる。
【００２５】
また、ＩＩＩ族構成元素のアルミニウムを含むＩＩＩ−Ｖ化合物半導体は、Ａｌ組成の増加に伴って増加するバンドギャップを有する。しかしながら、第３Ａｌ組成より大きいＡｌ組成の第４化合物半導体層は、微分抵抗の低減に有効である。
【００２６】
具体例に係る垂直共振型面発光レーザでは、前記第２Ａｌ下限組成は、０．２５以上にあり、前記第４化合物半導体層の前記Ａｌ組成は、前記第３化合物半導体層の前記第２Ａｌ下限組成であり、前記第２アルミニウムプロファイルは、前記電流アパ−チャーと前記第３化合物半導体層との界面において、前記電流アパ−チャーの前記Ａｌ組成を有する。
【００２７】
垂直共振型面発光レーザによれば、電流アパ−チャー、第１化合物半導体層及び第２化合物半導体層の配列には、連続したアルミニウムプロファイルを提供できる。また、微分抵抗は、０．２５より小さい第１Ａｌ下限組成において、電流アパ−チャーのサイズに対するばらつきを大きくする。０．７５より大きい第２Ａｌ下限組成は、ブラッグ反射における反射率を低下させる。
【００２８】
電流狭窄構造の電流アパーチャと第４化合物半導体層との間におけるＡｌ組成の差は、第２積層における第１半導体層と第２半導体層との間のＡｌ組成の差より小さい。
【００２９】
具体例に係る垂直共振型面発光レーザでは、前記第３化合物半導体層は、前記電流狭窄構造から前記第２積層への方向に順に配列された第１部分及び第２部分を含み、前記第２アルミニウムプロファイルは、前記第１部分及び前記第２部分内のそれぞれの点において第３変化率及び第４変化率を有し、前記第３変化率は、前記第３化合物半導体層の厚さに対する前記第２Ａｌ上限組成と前記第２Ａｌ下限組成との差の線形変化率の絶対値より小さい絶対値を有し、前記第３変化率の絶対値は、前記第４変化率の絶対値より小さい。
【００３０】
垂直共振型面発光レーザによれば、第３化合物半導体層は、電流狭窄構造の近傍において緩やかに変化するアルミニウムプロファイルを有することができる。電流狭窄構造の近傍にＡｌ組成の小さい変化率を与えると、長期動作特性の変化が小さくなる。
【００３１】
具体例に係る垂直共振型面発光レーザは、前記半導体ポスト内に設けられ分布ブラッグ反射のための第２積層と、前記半導体ポスト内に設けられ、前記第２積層と前記電流狭窄構造との間において前記電流狭窄構造に隣接する第３化合物半導体層と、を備え、前記第２積層は、交互に配列された第１半導体層及び第２半導体層を含み、前記第１半導体層は、第３Ａｌ組成の第３ＩＩＩ−Ｖ半導体を有し、前記第２半導体層は、前記第３Ａｌ組成より大きい第４Ａｌ組成の第４ＩＩＩ−Ｖ半導体を有し、前記第３化合物半導体層は、ＩＩＩ族構成元素としてアルミニウム元素を含み、前記第３化合物半導体層は、０．２５未満の第２Ａｌ下限組成から、該第２Ａｌ下限組成より大きい第２Ａｌ上限組成に、前記第２積層から前記電流狭窄構造への方向に単調に変化する第２アルミニウムプロファイルを有する。
【００３２】
垂直共振型面発光レーザによれば、第２Ａｌ下限組成以下のＡｌ組成の第４化合物半導体層は、第４化合物半導体層と第２積層との界面における屈折率変化を大きくできる。
【００３３】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、垂直共振型面発光レーザに係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００３４】
図１は、本実施形態に係る垂直共振型面発光レーザを示す一部破断図である。垂直共振型面発光レーザ１１は、活性層３１、第１積層３３、電流狭窄構造３５、第１化合物半導体層３７、及び第２化合物半導体層３９を備える。活性層３１、第１積層３３、電流狭窄構造３５、第１化合物半導体層３７、及び第２化合物半導体層３９は、ポスト１７内に設けられる。電流狭窄構造３５、第１化合物半導体層３７、第２化合物半導体層３９及び第１積層３３は、第１軸Ａｘ１の方向に配列される。引き続き説明される垂直共振型面発光レーザでは、電流狭窄構造３５、第１化合物半導体層３７及び第２化合物半導体層３９は、第１積層３３と活性層３１との間に配置される。
【００３５】
第１積層３３は、分布ブラッグ反射のために交互に配列された第１半導体層４１及び第２半導体層４３を含む。第１半導体層４１の各々は、第１Ａｌ組成Ｃ４１ＡＬの第１ＩＩＩ−Ｖ半導体を有し、第２半導体層４３の各々は、第１Ａｌ組成Ｃ４１ＡＬより大きい第２Ａｌ組成Ｃ４３ＡＬの第２ＩＩＩ−Ｖ半導体を有する。
【００３６】
電流狭窄構造３５は、電流アパーチャー３５ａと、電流アパーチャー３５ａを囲む電流ブロッカー３５ｂとを備える。電流アパーチャー３５ａは、ＩＩＩ族構成元素としてアルミニウム元素を備えるＩＩＩ−Ｖ化合物半導体を含む。電流ブロッカー３５ｂは、ＩＩＩ族酸化物を含み、電流アパーチャー３５ａを囲む。電流アパーチャー３５ａは、１０〜５０ｎｍの範囲内の厚さを有する。
【００３７】
第１化合物半導体層３７は、第１積層３３と電流狭窄構造３５との間において電流狭窄構造３５に接する。第２化合物半導体層３９は、第１積層３３と第１化合物半導体層３７との間において第１積層３３及び第１化合物半導体層３７に接する。第１化合物半導体層３７及び第２化合物半導体層３９の各々は、ＩＩＩ族構成元素としてアルミニウム元素を含む。
【００３８】
第１化合物半導体層３７は、第１軸Ａｘ１上に規定される第１アルミニウムプロファイル（ＰＦ１）上においてＡｌ組成Ｃ３７ＡＬを有し、Ａｌ組成Ｃ３７ＡＬは、第１積層３３から電流狭窄構造３５への向きに、第１Ａｌ下限組成Ｃ１ＭＮ３７から第１Ａｌ上限組成Ｃ１ＭＸ３７に単調に変化する。第１Ａｌ下限組成Ｃ１ＭＮ３７は、第１Ａｌ組成Ｃ４１ＡＬより大きく第２Ａｌ組成Ｃ４３ＡＬより小さい範囲内にあり、第１Ａｌ上限組成Ｃ１ＭＸ３７は、第１Ａｌ下限組成Ｃ１ＭＮ３７より大きい。
【００３９】
第２化合物半導体層３９は、第１Ａｌ組成Ｃ４１ＡＬより大きく第１Ａｌ上限組成Ｃ１ＭＸ３７以下の範囲内のＡｌ組成Ｃ３９ＡＬを有し、またＡｌ組成Ｃ３９ＡＬは、第１Ａｌ下限組成Ｃ１ＭＮ３７以下であることができる。本実施例では、Ａｌ組成Ｃ３９ＡＬは、実質的に一定であることができる。電流アパーチャー３５ａのＩＩＩ−Ｖ化合物半導体は、第２Ａｌ組成Ｃ４３ＡＬより大きなＡｌ組成ＣＡＰＡＬを有する。
【００４０】
垂直共振型面発光レーザ１１によれば、電流狭窄構造３５に隣接する第１化合物半導体層３７に、第１積層３３の第１Ａｌ組成Ｃ４１ＡＬより大きい第１Ａｌ下限組成Ｃ１ＭＮ３７を与える。この第１Ａｌ下限組成Ｃ１ＭＮ３７から、第１アルミニウムプロファイルＰＦ１は、第１化合物半導体層３７において、第１積層３３から電流狭窄構造３５への方向に単調に変化する。第１積層３３及び第１化合物半導体層３７の両方に隣接する第２化合物半導体層３９に、第１Ａｌ組成Ｃ４１ＡＬより大きく第１Ａｌ下限組成Ｃ１ＭＮ３７以下のＡｌ組成Ｃ３９ＡＬを与える。第１化合物半導体層３７及び第２化合物半導体層３９は、垂直共振型面発光レーザ１１における微分抵抗が電流アパ−チャーサイズのばらつきに強く依存することを回避できる。
【００４１】
第１アルミニウムプロファイルＰＦ１は、電流アパーチャー３５ａと第１化合物半導体層３７との界面において第１Ａｌ上限組成Ｃ１ＭＸ３７を有する。第１Ａｌ上限組成Ｃ１ＭＸ３７は、第２化合物半導体層３９のＡｌ組成Ｃ３９ＡＬより大きい。
【００４２】
また、ＩＩＩ族構成元素のアルミニウムを含むＩＩＩ−Ｖ化合物半導体は、Ａｌ組成の増加に伴って増加するバンドギャップを有し、大きなバンドギャップは大きな比抵抗を生成する。しかしながら、第２化合物半導体層３９に、第１Ａｌ組成Ｃ４１ＡＬより大きいＡｌ組成Ｃ３９ＡＬを与えると、垂直共振型面発光レーザ１１において微分抵抗の低減に有効である。具体的には、０．２５以上のＡｌ組成Ｃ３９ＡＬの第２化合物半導体層３９は、垂直共振型面発光レーザ１１に、低い微分抵抗を与える。また、第２化合物半導体層３９のＡｌ組成Ｃ３９ＡＬは、０．３以上であることができる。
【００４３】
第２化合物半導体層３９のＡｌ組成Ｃ３９ＡＬは、第２Ａｌ組成Ｃ４３ＡＬと第１Ａｌ組成Ｃ４１ＡＬとの差分の半分「（Ｃ４３ＡＬ−Ｃ４１ＡＬ）／２」より大きいことがよい。
【００４４】
第１化合物半導体層３７に、０．２５以上の第１Ａｌ下限組成Ｃ１ＭＮ３７を与えることがよい。ＩＩＩ族構成元素としてアルミニウムを含むＩＩＩ−Ｖ化合物半導体は、Ａｌ組成の増加に伴ってバンドギャップが増加して、バンドギャップの増加は比抵抗の増加になる。しかし、０．２５以上の第１Ａｌ下限組成Ｃ１ＭＮ３７の第１化合物半導体層３７は、垂直共振型面発光レーザ１１に、低い微分抵抗を与える。また、第１化合物半導体層３７の第１Ａｌ下限組成Ｃ１ＭＮ３７に、０．３以上を与えることがよい。
【００４５】
第１化合物半導体層３７に、０．７５以下の第１Ａｌ下限組成Ｃ１ＭＮ３７を与えることがよい。０．７５以下の第１Ａｌ下限組成Ｃ１ＭＮ３７によれば、第１積層３３、電流狭窄構造３５、第１化合物半導体層３７、及び第２化合物半導体層３９を含む上部分布ブラッグ反射器における反射率の顕著な低下を避けることができる。また、第１化合物半導体層３７の第１Ａｌ下限組成Ｃ１ＭＮ３７に、０．７０以下を与えることがよい。
【００４６】
第１化合物半導体層３７の第１Ａｌ下限組成Ｃ１ＭＮ３７は、第２Ａｌ組成Ｃ４３ＡＬと第１Ａｌ組成Ｃ４１ＡＬとの差分の半分「（Ｃ４３ＡＬ−Ｃ４１ＡＬ）／２」より大きいことがよい。垂直共振型面発光レーザ１１によれば、小さいＡｌ傾斜組成の範囲の第１化合物半導体層３７及び大きなＡｌ組成の第２化合物半導体層が、微分抵抗の低減に有効である。
【００４７】
図１を参照すると、第１アルミニウムプロファイルＰＦ１は、電流狭窄構造３５、第１化合物半導体層３７及び第２化合物半導体層３９において、第１軸Ａｘ１上の座標に関して連続的である。具体的には、第２化合物半導体層３９のＡｌ組成Ｃ３９ＡＬは、第１化合物半導体層３７の第１Ａｌ下限組成Ｃ１ＭＮ３７に等しいようにしてもよい。電流アパーチャー３５ａのＡｌ組成ＣＡＰＡＬは、第１化合物半導体層３７の第１Ａｌ上限組成Ｃ１ＭＸ３７に等しいようにしてもよい。第１アルミニウムプロファイルＰＦ１は、第１化合物半導体層３７において単調に変化している。具体的には、第１アルミニウムプロファイルＰＦ１の微分係数は、第１化合物半導体層３７においてゼロ以上であり、また第１化合物半導体層３７の少なくとも一部分においてゼロより大きい（又は、第１アルミニウムプロファイルＰＦ１の微分係数は、第１化合物半導体層３７においてゼロ以下であり、また第１化合物半導体層３７の少なくとも一部分においてゼロより小さい）。
【００４８】
垂直共振型面発光レーザ１１によれば、電流アパーチャー３５ａ、第１化合物半導体層３７及び第２化合物半導体層３９の配列に、連続したアルミニウムプロファイルを提供できる。
【００４９】
また、第１Ａｌ下限組成Ｃ１ＭＮ３７及び０．２５より大きいＡｌ組成Ｃ３９ＡＬによれば、微分抵抗は、電流アパ−チャーのサイズのばらつきに対して鈍感になる。
【００５０】
本実施例では、電流狭窄構造３５の電流アパーチャー３５ａと第２化合物半導体層３９との間におけるＡｌ組成の差（ＣＡＰＡＬ−Ｃ３９ＡＬ）の絶対値は、第１積層３３における第２半導体層４３と第１半導体層４１との間のＡｌ組成の差（Ｃ４３ＡＬ−Ｃ４１ＡＬ）の絶対値より小さい。
【００５１】
本実施例では、第１積層３３は、第１半導体層４１と第２半導体層４３との界面においてＡｌ組成の急峻な変化を有する。
【００５２】
垂直共振型面発光レーザ１１によれば、電流アパチャーサイズの変化に対する微分抵抗の変動は、第１積層３３及び電流狭窄構造３５に隣接する第２化合物半導体層３９の大きなＡｌ組成及び第１化合物半導体層３７の緩い組成傾斜により低減される。
【００５３】
図１を参照すると、垂直共振型面発光レーザ１１は、第２積層４５、第３化合物半導体層５７、及び第４化合物半導体層５９を更に備える。第２積層４５、第３化合物半導体層５７、及び第４化合物半導体層５９は、ポスト１７内に設けられる。第２積層４５、第４化合物半導体層５９、第３化合物半導体層５７、電流狭窄構造３５、第１化合物半導体層３７、第２化合物半導体層３９、及び第１積層３３は、第１軸Ａｘ１の方向に配列される。
【００５４】
第２積層４５は、分布ブラッグ反射のために交互に配列された第１半導体層５１及び第２半導体層５３を含む。第１半導体層５１の各々は、第３Ａｌ組成Ｃ５１ＡＬの第３ＩＩＩ−Ｖ半導体を有し、第２半導体層５３の各々は、第３Ａｌ組成Ｃ５１ＡＬより大きい第４Ａｌ組成Ｃ５３ＡＬの第４ＩＩＩ−Ｖ半導体を有する。
【００５５】
第３化合物半導体層５７は、第２積層４５と電流狭窄構造３５との間において電流狭窄構造３５に接する。第４化合物半導体層５９は、第２積層４５と第３化合物半導体層５７との間において第２積層４５及び第３化合物半導体層５７に接する。第３化合物半導体層５７及び第４化合物半導体層５９の各々は、ＩＩＩ族構成元素としてアルミニウム元素を含む。
【００５６】
第３化合物半導体層５７は、第１軸Ａｘ１上において規定されるＡｌ組成Ｃ５７ＡＬを有する。Ａｌ組成Ｃ５７ＡＬは、第２積層４５から電流狭窄構造３５への向きに、第２Ａｌ下限組成Ｃ２ＭＮ５７から第２Ａｌ上限組成Ｃ２ＭＸ５７に単調に変化する。第２Ａｌ上限組成Ｃ２ＭＸ５７は、第２Ａｌ下限組成Ｃ２ＭＮ５７より大きい。
【００５７】
第２アルミニウムプロファイルＰＦ２は、電流アパーチャー３５ａと第３化合物半導体層５７との界面において第２Ａｌ上限組成Ｃ２ＭＸ５７を有し、本実施例では、電流アパーチャー３５ａのＡｌ組成ＣＡＰＡＬに等しい。第２Ａｌ上限組成Ｃ２ＭＸ５７は、第４化合物半導体層５９のＡｌ組成Ｃ５９ＡＬより大きい。
【００５８】
可能な場合には、第３化合物半導体層５７の第２Ａｌ下限組成Ｃ２ＭＮ５７が０．２５以上であると共に、第３化合物半導体層５７の第２Ａｌ下限組成Ｃ２ＭＮ５７は、０．７５以下であることができる。
【００５９】
また、第３化合物半導体層５７が第２積層４５に接触を成すことができる。
【００６０】
さらに、第２Ａｌ下限組成Ｃ２ＭＮ５７を、第３化合物半導体層５７と第２積層４５との界面において第３Ａｌ組成Ｃ５１ＡＬに等しくすることができる。電流アパチャー５３ａ及び第３化合物半導体層５７において、第２アルミニウムプロファイルＰＦ２が連続する。
【００６１】
必要な場合には、第２Ａｌ下限組成Ｃ２ＭＮ５７は、第３Ａｌ組成Ｃ５１ＡＬより大きく第４Ａｌ組成Ｃ５３ＡＬより小さい範囲内にあることができる。
【００６２】
第４化合物半導体層５９は、第３Ａｌ組成Ｃ５１ＡＬより大きく第２Ａｌ下限組成Ｃ２ＭＮ５７に等しい又はより小さいＡｌ組成Ｃ５９ＡＬを有する。第４Ａｌ組成Ｃ５３ＡＬは、電流アパーチャー３５ａのＩＩＩ−Ｖ化合物半導体のＡｌ組成ＣＡＰＡＬより小さい。
【００６３】
垂直共振型面発光レーザ１１によれば、電流狭窄構造３５に隣接する第３化合物半導体層５７に、第２積層４５の第３Ａｌ組成Ｃ５１ＡＬより大きい第２Ａｌ下限組成Ｃ２ＭＮ５７を与える。この第２Ａｌ下限組成Ｃ２ＭＮ５７から、第２アルミニウムプロファイルＰＦ２は、第２積層４５から電流狭窄構造３５への方向に単調に変化する。第２積層４５及び第３化合物半導体層５７に隣接する第４化合物半導体層５９に、第３Ａｌ組成Ｃ５１ＡＬより大きく第２Ａｌ下限組成Ｃ２ＭＮ５７以下のＡｌ組成Ｃ５９ＡＬを与える。本実施例では、Ａｌ組成Ｃ５９ＡＬは、実質的に一定であることができる。第３化合物半導体層５７及び第４化合物半導体層５９は、垂直共振型面発光レーザ１１における微分抵抗が電流アパ−チャーサイズのばらつきに強く依存することを回避できる。
【００６４】
また、ＩＩＩ族構成元素のアルミニウムを含むＩＩＩ−Ｖ化合物半導体は、Ａｌ組成の増加に伴って増加するバンドギャップを有し、大きなバンドギャップは大きな比抵抗を生成する。しかしながら、第４化合物半導体層５９に、第３Ａｌ組成Ｃ５１ＡＬより大きいＡｌ組成Ｃ５９ＡＬを与えると、垂直共振型面発光レーザ１１において微分抵抗の低減に有効である。具体的には、０．２５以上のＡｌ組成Ｃ５９ＡＬの第４化合物半導体層５９は、垂直共振型面発光レーザ１１に、低い微分抵抗を与える。また、第４化合物半導体層５９のＡｌ組成Ｃ５９ＡＬは、０．３以上であることができる。
【００６５】
第４化合物半導体層５９のＡｌ組成Ｃ５９ＡＬは、第３Ａｌ組成Ｃ５１ＡＬと第４Ａｌ組成Ｃ５３ＡＬとの差分の半分「（Ｃ５３ＡＬ−Ｃ５１ＡＬ）／２」より大きいことがよい。
【００６６】
本実施例では、第２積層４５は、第１半導体層５１と第２半導体層５３との界面においてＡｌ組成の急峻な変化を有する。
【００６７】
第３化合物半導体層５７に、０．２５以上の第２Ａｌ下限組成Ｃ２ＭＮ５７を与えることがよい。ＩＩＩ族構成元素のアルミニウムを含むＩＩＩ−Ｖ化合物半導体は、Ａｌ組成の増加に伴ってバンドギャップが増加して、バンドギャップの増加は比抵抗の増加になる。しかし、０．２５以上の第２Ａｌ下限組成Ｃ２ＭＮ５７の第３化合物半導体層５７は、垂直共振型面発光レーザ１１に、低い微分抵抗を与える。
【００６８】
第３化合物半導体層５７に、０．７５以下の第２Ａｌ下限組成Ｃ２ＭＮ５７を与えることがよい。０．７５以下の第２Ａｌ下限組成Ｃ２ＭＮ５７によれば、第１積層３３、第２化合物半導体層３９、第１化合物半導体層３７、電流狭窄構造３５、第４化合物半導体層５９、第３化合物半導体層５７、及び第２積層４５を含む上部分布ブラッグ反射器ＤＢＲＵにおける反射率の顕著な低下を避けることができる。
【００６９】
第３化合物半導体層５７の第２Ａｌ下限組成Ｃ２ＭＮ５７は、第４Ａｌ組成Ｃ５３ＡＬと第３Ａｌ組成Ｃ５１ＡＬとの差分の半分「（Ｃ５３ＡＬ−Ｃ５１ＡＬ）／２」より大きいことがよい。垂直共振型面発光レーザ１１によれば、第３化合物半導体層５７のＡｌ組成傾斜における小さい組成範囲及び大きなＡｌ組成の第４化合物半導体層５９が、微分抵抗の低減に有効である。
【００７０】
図１を参照すると、第２アルミニウムプロファイルＰＦ２は、電流狭窄構造３５、第３化合物半導体層５７及び第４化合物半導体層５９において、第１軸Ａｘ１上の座標上において連続的である。具体的には、第４化合物半導体層５９のＡｌ組成Ｃ５９ＡＬは、第３化合物半導体層５７の第２Ａｌ下限組成Ｃ２ＭＮ５７に等しい。電流アパーチャー３５ａのＡｌ組成ＣＡＰＡＬは、第３化合物半導体層５７の第２Ａｌ上限組成Ｃ２ＭＸ５７に等しい。第２アルミニウムプロファイルＰＦ２は、電流アパーチャー３５ａから第２積層４５への方向に第３化合物半導体層５７において減少している。第２アルミニウムプロファイルＰＦ２の微分係数は、第３化合物半導体層５７においてゼロ以下であり、また第３化合物半導体層５７の少なくとも一部分においてゼロより小さい（又は、第２アルミニウムプロファイルＰＦ２の微分係数は、第３化合物半導体層５７においてゼロ以上であり、また第３化合物半導体層５７の少なくとも一部分においてゼロより大きい）。
【００７１】
垂直共振型面発光レーザ１１によれば、電流アパーチャー３５ａ、第３化合物半導体層５７及び第４化合物半導体層５９の配列に、連続したアルミニウムプロファイルを提供できる。
【００７２】
また、微分抵抗は、０．２５より大きい第２Ａｌ下限組成Ｃ２ＭＮ５７及び大きなＡｌ組成Ｃ５９ＡＬにより、電流アパーチャー３５ａのサイズのばらつきに対して鈍感になる。
【００７３】
本実施例では、電流狭窄構造３５の電流アパーチャー３５ａと第４化合物半導体層５９との間におけるＡｌ組成の差（ＣＡＰＡＬ−Ｃ５９ＡＬ）の絶対値は、第２積層４５における第２半導体層５３と第１半導体層５１との間のＡｌ組成の差（Ｃ５３ＡＬ−Ｃ５１ＡＬ）の絶対値より小さい。
【００７４】
垂直共振型面発光レーザ１１によれば、電流アパチャーサイズの変化に対する微分抵抗の変動は、第２積層４５及び電流狭窄構造３５に隣接する第４化合物半導体層５９の大きなＡｌ組成及び第３化合物半導体層５７の緩い組成傾斜により低減される。
【００７５】
図１を参照すると、垂直共振型面発光レーザ１１は、ポスト１７の最上層のコンタクト層６１を更に含むことができる。コンタクト層６１は、ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体を備え、第１電極２１が接触を成す。
【００７６】
コンタクト層６１、第１積層３３、第２化合物半導体層３９、第１化合物半導体層３７、電流狭窄構造３５、第３化合物半導体層５７、第４化合物半導体層５９、及び第２積層４５は、ｐ型ドーパントを含む。
【００７７】
垂直共振型面発光レーザ１１によれば、コンタクト層６１、第１積層３３、第２化合物半導体層３９、第１化合物半導体層３７、電流狭窄構造３５、第３化合物半導体層５７、第４化合物半導体層５９、及び第２積層４５は、ホール流の経路上に位置する。
【００７８】
垂直共振型面発光レーザ１１は、第３積層６３を更に含むことができ、活性層３１は、第２積層４５と第３積層６３との間に設けられる。第３積層６３は、分布ブラッグ反射のために交互に配列された第１半導体層７１及び第２半導体層７３を含む。第１半導体層７１の各々は、第１Ａｌ組成Ｃ７１ＡＬの第５ＩＩＩ−Ｖ半導体を有し、第２半導体層７３の各々は、第１Ａｌ組成Ｃ７１ＡＬより大きい第２Ａｌ組成Ｃ７３ＡＬの第６ＩＩＩ−Ｖ半導体を有する。第３積層６３は、下部分布ブラッグ反射器ＤＢＲＬを構成する。
【００７９】
本実施例では、第３積層６３は、第１半導体層７１と第２半導体層７３との界面においてＡｌ組成の急峻な変化を有する。
【００８０】
第３積層６３は、ｎ型ドーパントを含むことができる。垂直共振型面発光レーザ１１によれば、第３積層６３は、電子流の経路上に位置する。第３積層６３、活性層３１、第２積層４５、第４化合物半導体層５９、第３化合物半導体層５７、電流狭窄構造３５、第１化合物半導体層３７、第２化合物半導体層３９、第１積層３３及びコンタクト層６１は、第１軸Ａｘ１の方向に配列される。
【００８１】
活性層３１は、量子井戸構造ＭＱＷを含むことができ、量子井戸構造ＭＱＷは、一又は複数の井戸層３１ａと、一又は複数の障壁層３１ｂとを含むことができる。必要な場合には、活性層３１は、量子井戸構造ＭＱＷの全ての井戸層３１ａの外側に第１スペーサ層３１ｃ及び第２スペーサ層３１ｄを含むことができる。第１スペーサ層３１ｃは、量子井戸構造ＭＱＷと第２積層４５との間に設けられ、また第２スペーサ層３１ｄは、量子井戸構造ＭＱＷと第３積層６３との間に設けられる。
【００８２】
ポスト１７は、第１部分１７ｃ及び第２部分１７ｄを含み、第１部分１７ｃ及び第２部分１７ｄは、支持体１３の主面１３ａに交差する方向（例えば、第１軸Ａｘ１の方向）に延在する。ポスト１７の第１部分１７ｃは電流アパーチャー３５ａを含み、ポスト１７の第２部分１７ｄは絶縁性の電流ブロッカー３５ｂを含む。本実施例では、ポスト１７の第１部分１７ｃは半導体で形成されており、ポスト１７の第２部分１７ｄは、半導体及び該半導体の構成元素の酸化物で形成されている。第２部分１７ｄの酸化物の領域は、第１部分１７ｃ及び第２部分１７ｄの半導体の領域を囲む。
【００８３】
垂直共振型面発光レーザ１１は、支持体１３、半導体積層１５、ポスト１７、第１電極２１、第２電極２３、及び被覆膜２５を備える。支持体１３は、半導体積層１５を搭載しており、半導体積層１５は、ポスト１７を搭載する。ポスト１７は、上面１７ａ及び側面１７ｂを有する。被覆膜２５は、ポスト１７の上面１７ａ及び側面１７ｂ並びに半導体積層１５を覆う。第１電極２１は、被覆膜２５の第１開口を介してポスト１７に接触を成す。第２電極２３は、支持体１３又は半導体積層１５に接触を成す。活性層３１は、上部分布ブラッグ反射器ＤＢＲＵと下部分布ブラッグ反射器ＤＢＲＬ及び支持体１３との間に設けられる。
【００８４】
垂直共振型面発光レーザ１１の例示。
支持体１３：ｎ型ＧａＡＳ。
第３積層６３（第１半導体層７１／第２半導体層７３）：ＳｉドープＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成：０．１２）／ＳｉドープＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成：０．９０）、Ａｌ組成の急峻な接合。
活性層３１発振波長：８５０〜９１０ｎｍ。
井戸層３１ａ：アンドープＧａＡｓ。
障壁層３１ｂ：アンドープＡｌＧａＡｓ。
第１スペーサ層３１ｃ及び第２スペーサ層３１ｄ：ＡｌＧａＡｓ。
第２積層４５（第１半導体層５１／第２半導体層５３）：炭素（Ｃ）ドープＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成：０．１２）／炭素（Ｃ）ドープＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成：０．９０）、Ａｌ組成の急峻な接合。
第３化合物半導体層５７：炭素ドープのＡｌ組成傾斜ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成傾斜：０．２５〜０．９８）
第４化合物半導体層５９：炭素ドープＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成：０．２５〜７５の範囲のＡｌ組成）
電流狭窄構造３５（電流アパーチャー３５ａ／電流ブロッカー３５ｂ）：炭素ドープＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成：０．９８）／ＩＩＩ族酸化物。
第１化合物半導体層３７：炭素ドープのＡｌ組成傾斜ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成傾斜：０．２５〜０．７５の範囲の下限、及びＣＡＰＡＬに等しい上限（例えば０．９８）。
第２化合物半導体層３９：炭素ドープＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成：０．２５〜７５）の範囲のＡｌ組成。
第１積層３３（第１半導体層４１／第２半導体層４３）：炭素ドープＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成：０．１２）／炭素ドープＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成：０．９０）、Ａｌ組成の急峻な接合。
コンタクト層６１：炭素ドープのＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓ。
電流狭窄構造３５の電流アパーチャー３５ａは、例えば第１軸Ａｘ１の垂直な平面において円形である。
【００８５】
図２〜図６を参照しながら、実施形態に係る実施例１〜４、及び実験例を説明する。実施例１〜４では、第１化合物半導体層３７及び第３化合物半導体層５７の少なくとも一方は、線形に変化するアルミニウムプロファイルを有し、第２化合物半導体層３９及び第４化合物半導体層５９の少なくとも一方は、０．２５〜０．７５の範囲のあるＡｌ組成を有する。アルミニウムプロファイルは、第２化合物半導体層３９、第１化合物半導体層３７、電流アパーチャー３５ａ、第３化合物半導体層５７及び第４化合物半導体層５９にわたって連続的である。
【００８６】
（実験例）
図２は、実験例に係る垂直共振型面発光レーザＥＸの構造を示す。
電流狭窄構造３５の電流アパーチャー３５ａ：ＣドープＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成ＣＡＰＡＬ：０．９８。
第１化合物半導体層３７ｃ：ＣドープのＡｌ組成傾斜ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成傾斜：０．１２〜０．９８）、厚さ：１８ｎｍ。
第３化合物半導体層５７ｃ：ＣドープのＡｌ組成傾斜ＡｌＧａＡｓ（組成傾斜：０．１２〜０．９８）、厚さ：１８ｎｍ。
第１積層３３（第１半導体層４１／第２半導体層４３）：ＣドープＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成：０．１２）／ＣドープＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成：０．９０）。
第２積層４５（第１半導体層５１／第２半導体層５３）：ＣドープＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成：０．１２）／ＣドープＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成：０．９０）。
第１化合物半導体層３７ｃは、第１積層３３の第１半導体層４１に隣接しており、第３化合物半導体層５７ｃは、第２積層４５の第１半導体層５１に隣接する。
実験例では、第１積層３３及び第２積層４５が、それぞれ、第１化合物半導体層３７ｃ及び第３化合物半導体層５７ｃに接触を成す。
【００８７】
（実施例１）
図３は、実施例１に係る垂直共振型面発光レーザＥＭ１の構造を示す。
電流狭窄構造３５の電流アパーチャー３５ａ：炭素ドープＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成ＣＡＰＡＬ：０．９８）。
第１化合物半導体層３７：炭素ドープのＡｌ組成傾斜ＡｌＧａＡｓ（組成傾斜：０．３０〜０．９８）、厚さ：１５〜２０ｎｍ。
第２化合物半導体層３９：炭素ドープＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成：０．３０）、厚さ：１５〜２０ｎｍ。
第３化合物半導体層５７：炭素ドープのＡｌ組成傾斜ＡｌＧａＡｓ（組成傾斜：０．１２〜０．９８）、厚さ：１５〜２０ｎｍ。
第１半導体層５１：炭素ドープＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成：０．１２）、厚さ：１５〜２０ｎｍ。
【００８８】
（実施例２）
図４は、実施例２に係る垂直共振型面発光レーザＥＭ２の構造を示す。
電流狭窄構造３５の電流アパーチャー３５ａ：炭素ドープＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成ＣＡＰＡＬ：０．９８）。
第１化合物半導体層３７：炭素ドープのＡｌ組成傾斜ＡｌＧａＡｓ（組成傾斜：０．３０〜０．９８）、厚さ：１５〜２０ｎｍ。
第２化合物半導体層３９：炭素ドープＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成：０．３０）、厚さ：１５〜２０ｎｍ。
第３化合物半導体層５７：炭素ドープのＡｌ組成傾斜ＡｌＧａＡｓ（組成傾斜：０．３０〜０．９８）、厚さ：１５〜２０ｎｍ。
第４化合物半導体層５９：炭素ドープＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成：０．３０）、厚さ：１５〜２０ｎｍ。
【００８９】
（実施例３）
図５は、実施例３に係る垂直共振型面発光レーザＥＭ３の構造を示す。
電流狭窄構造３５の電流アパーチャー３５ａ：炭素ドープＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成ＣＡＰＡＬ：０．９８）。
第１化合物半導体層３７：炭素ドープのＡｌ組成傾斜ＡｌＧａＡｓ（組成傾斜：０．７０〜０．９８）、厚さ：１５〜２０ｎｍ。
第２化合物半導体層３９：炭素ドープＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成：０．７０）、厚さ：１５〜２０ｎｍ。
第３化合物半導体層５７：炭素ドープのＡｌ組成傾斜ＡｌＧａＡｓ（組成傾斜：０．１２〜０．９８）、厚さ：１５〜２０ｎｍ。
第１半導体層５１：炭素ドープＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成：０．１２）、厚さ：１５〜２０ｎｍ。
【００９０】
（実施例４）
図６は、実施例４に係る垂直共振型面発光レーザＥＭ４の構造を示す。
電流狭窄構造３５の電流アパーチャー３５ａ：炭素ドープＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成ＣＡＰＡＬ：０．９８）。
第１化合物半導体層３７：炭素ドープのＡｌ組成傾斜ＡｌＧａＡｓ（組成傾斜：０．７０〜０．９８）、厚さ：１５〜２０ｎｍ。
第２化合物半導体層３９：炭素ドープＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成：０．７０）、厚さ：１５〜２０ｎｍ。
第３化合物半導体層５７：炭素ドープのＡｌ組成傾斜ＡｌＧａＡｓ（組成傾斜：０．７０〜０．９８）、厚さ：１５〜２０ｎｍ。
第４化合物半導体層５９：炭素ドープＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成：０．７０）、厚さ：１５〜２０ｎｍ。
【００９１】
図７〜図１０を参照しながら、実施例５〜８を説明する。実施例５〜８では、第１化合物半導体層３７及び第３化合物半導体層５７の少なくとも一方は、二次曲線に従って変化するアルミニウムプロファイルを有し、第２化合物半導体層３９及び第４化合物半導体層５９の少なくとも一方は、０．２５〜０．７５の範囲のあるＡｌ組成を有する。アルミニウムプロファイルは、第２化合物半導体層３９、第１化合物半導体層３７、電流アパーチャー３５ａ、第３化合物半導体層５７及び第４化合物半導体層５９にわたって連続的である。アルミニウムプロファイルは、第１化合物半導体層３７及び電流アパーチャー３５ａ、電流アパーチャー３５ａ及び第３化合物半導体層５７、並びに第１化合物半導体層３７、電流アパーチャー３５ａ及び第３化合物半導体層５７にわたって、上に凸の形状を有する。
【００９２】
また、例えば第１化合物半導体層３７におけるアルミニウムプロファイルを示す二次曲線の頂点が、第１化合物半導体層３７と電流アパーチャー３５ａとの界面に位置することがよく、第３化合物半導体層５７におけるアルミニウムプロファイルを示す二次曲線の頂点が、第３化合物半導体層５７と電流アパーチャー３５ａとの界面に位置することがよい。
【００９３】
（実施例５）
図７は、実施例５に係る垂直共振型面発光レーザＥＭ５の構造を示す。
電流狭窄構造３５の電流アパーチャー３５ａ：炭素ドープＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成ＣＡＰＡＬ：０．９８）。
第１化合物半導体層３７：炭素ドープのＡｌ組成傾斜ＡｌＧａＡｓ（二次曲線に従う組成傾斜：０．３０〜０．９８）、厚さ：１５〜２０ｎｍ。
第２化合物半導体層３９：炭素ドープＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成：０．３０）、厚さ：１５〜２０ｎｍ。
第３化合物半導体層５７：炭素ドープのＡｌ組成傾斜ＡｌＧａＡｓ（二次曲線に従う組成傾斜：０．１２〜０．９８）、厚さ：１５〜２０ｎｍ。
第１半導体層５１：炭素ドープＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成：０．１２）、厚さ：１５〜２０ｎｍ。
【００９４】
（実施例６）
図８は、実施例６に係る垂直共振型面発光レーザＥＭ６の構造を示す。
電流狭窄構造３５の電流アパーチャー３５ａ：炭素ドープＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成ＣＡＰＡＬ：０．９８）。
第１化合物半導体層３７：炭素ドープのＡｌ組成傾斜ＡｌＧａＡｓ（二次曲線に従う組成傾斜：０．３０〜０．９８）、厚さ：１５〜２０ｎｍ。
第２化合物半導体層３９：炭素ドープＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成：０．３０）、厚さ：１５〜２０ｎｍ。
第３化合物半導体層５７：炭素ドープのＡｌ組成傾斜ＡｌＧａＡｓ（二次曲線に従う組成傾斜：０．３０〜０．９８）、厚さ：１５〜２０ｎｍ。
第４化合物半導体層５９：炭素ドープＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成：０．３０）、厚さ：１５〜２０ｎｍ。
【００９５】
（実施例７）
図９は、実施例７に係る垂直共振型面発光レーザＥＭ７の構造を示す。
電流狭窄構造３５の電流アパーチャー３５ａ：炭素ドープＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成ＣＡＰＡＬ：０．９８）。
第１化合物半導体層３７：炭素ドープのＡｌ組成傾斜ＡｌＧａＡｓ（組成傾斜：０．７０〜０．９８）、厚さ：１５〜２０ｎｍ。
第２化合物半導体層３９：炭素ドープＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成：０．７０）、厚さ：１５〜２０ｎｍ。
第３化合物半導体層５７：炭素ドープのＡｌ組成傾斜ＡｌＧａＡｓ（二次曲線に従う組成傾斜：０．１２〜０．９８）、厚さ：１５〜２０ｎｍ。
第１半導体層５１：炭素ドープＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成：０．１２）、厚さ：１５〜２０ｎｍ。
【００９６】
（実施例８）
図１０は、実施例８に係る垂直共振型面発光レーザＥＭ８の構造を示す。
電流狭窄構造３５の電流アパーチャー３５ａ：炭素ドープＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成ＣＡＰＡＬ：０．９８）。
第１化合物半導体層３７：炭素ドープのＡｌ組成傾斜ＡｌＧａＡｓ（二次曲線に従う組成傾斜：０．７０〜０．９８）、厚さ：１５〜２０ｎｍ。
第２化合物半導体層３９：炭素ドープＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成：０．７０）、厚さ：１５〜２０ｎｍ。
第３化合物半導体層５７：炭素ドープのＡｌ組成傾斜ＡｌＧａＡｓ（二次曲線に従う組成傾斜：０．７０〜０．９８）、厚さ：１５〜２０ｎｍ。
第４化合物半導体層５９：炭素（Ｃ）ドープＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成：０．７０）、厚さ：１５〜２０ｎｍ。
【００９７】
アルミニウムプロファイルは、線形及び放物線に従う変化に限定されない。具体的には、再び図７〜図１０を参照すると、第１化合物半導体層３７は、電流狭窄構造３５から第１積層３３への方向に順に配列された第１部分３７ａ及び第２部分３７ｂを含むことができる。第１アルミニウムプロファイルＰＦ１は、第１化合物半導体層３７の第１部分３７ａ及び第２部分３７ｂ内のそれぞれの任意の点において第１変化率ＲＴ１及び第２変化率ＲＴ２を有する。第１変化率ＲＴ１及び第２変化率ＲＴ２の各々は、該当する点において第１アルミニウムプロファイルＰＦ１に接する接線に傾きとして規定される。
【００９８】
第１部分３７ａ及び第２部分３７ｂは、それぞれ、第１アルミニウムプロファイルＰＦ１の第１変化率ＲＴ１及び第２変化率ＲＴ２を有する。第２変化率ＲＴ２の絶対値は、第１変化率ＲＴ１の絶対値に等しい又はより大きい。第１変化率ＲＴ１は、第１化合物半導体層３７の厚さ（Ｔ３７）に対する第１Ａｌ上限組成Ｃ１ＭＸ３７と第１Ａｌ下限組成Ｃ１ＭＮ３７との差の線形変化率（Ｃ１ＭＸ３７−Ｃ１ＭＮ３７）／Ｔ３７を有する第１基準線Ｒ１ＲＥＦ（図７〜図１０に示される一点鎖線）の傾きの絶対値より小さい。この線形変化率の絶対値は、第１変化率ＲＴ１の絶対値と第２変化率ＲＴ２の絶対値との間にあり、また第２変化率の絶対値より小さい。第１変化率ＲＴ１の絶対値は、第２変化率ＲＴ２の絶対値より小さい。
【００９９】
第１基準線Ｒ１ＲＥＦは、線形変化の傾斜組成を表す。第１基準線Ｒ１ＲＥＦは、第１アルミニウムプロファイルＰＦ１に接するように平行移動されて、第２基準線Ｒ２ＲＥＦが定義される。第２基準線Ｒ２ＲＥＦは、第１アルミニウムプロファイルＰＦ１上の点Ｍにおいて第１アルミニウムプロファイルＰＦ１に接する。点Ｍは、第１化合物半導体層３７を第１部分３７ａ及び第２部分３７ｂに分ける。
【０１００】
第１化合物半導体層３７と同様に、第３化合物半導体層５７は、線形変化の傾斜組成を表す第３基準線Ｒ３ＲＥＦ、及び平行移動の第４基準線Ｒ４ＲＥＦ（点Ｍおける接点）に関連付けられる。第３化合物半導体層５７は、電流狭窄構造３５から第２積層４５への方向に順に配列された第１部分５７ａ及び第２部分５７ｂを含むことができる。第２アルミニウムプロファイルＰＦ２は、第３化合物半導体層５７の第１部分５７ａ及び第２部分５７ｂ内のそれぞれの任意の点において第３変化率ＲＴ３及び第４変化率ＲＴ４を有する。第３変化率ＲＴ３及び第４変化率ＲＴ４の各々は、該当する点において第２アルミニウムプロファイルＰＦ２に接する接線に傾きとして規定される。
【０１０１】
第３変化率ＲＴ３は、第３化合物半導体層５７の厚さ（Ｔ５７）に対する第２Ａｌ上限組成Ｃ２ＭＸ５７と第２Ａｌ下限組成Ｃ２ＭＮ５７との差の線形変化率（Ｃ２ＭＸ５７−Ｃ２ＭＮ５７）／Ｔ５７を有する第３基準線Ｒ３ＲＥＦ（図７〜図１０に示される一点鎖線）の絶対値より小さい。この線形変化率の絶対値は、第３変化率ＲＴ３の絶対値と第４変化率ＲＴ４の絶対値との間にあり、第４変化率ＲＴ４の絶対値より小さい。第３変化率ＲＴ３の絶対値は、第４変化率ＲＴ４の絶対値より小さい。
【０１０２】
図１１は、実験例及び実施例１〜４に係る垂直共振型面発光レーザＥＸ及び垂直共振型面発光レーザＥＭ１から垂直共振型面発光レーザＥＭ４の特性を示す。横軸は、電流アパ−チャーの寸法を示し、縦軸は、微分抵抗を示す。
【０１０３】
これらの例示的な垂直共振型面発光レーザＥＸ及び垂直共振型面発光レーザＥＭ１から垂直共振型面発光レーザＥＭ４は、８．５マイクロメートル以下の寸法（開口の直径）において、実験例と実施例１〜実施例４との間における微分抵抗の差が顕著になる。
【０１０４】
実験例に係る半導体レーザの微分抵抗は、電流アパ−チャーの寸法の減少に伴って大きな傾きで増加する。これは、電流アパ−チャーの寸法のばらつきに敏感であることを示す。一方、実施例１〜実施例４の微分抵抗は、電流アパ−チャーの寸法の１０マイクメートルから５マイクメートルの範囲において、実験例に係る半導体レーザの微分抵抗に比べて緩やかに増加する。
【０１０５】
実施例１及び実施例２に係る半導体レーザの微分抵抗は、電流アパ−チャーの寸法の１０マイクメートルから５マイクメートルの範囲において、実験例に係る半導体レーザの微分抵抗より小さい。また、実施例３及び実施例４に係る半導体レーザの微分抵抗は、電流アパ−チャーの寸法の１０マイクメートルから５マイクメートルの範囲において、実施例１及び実施例２に係る半導体レーザの微分抵抗より小さい。
【０１０６】
実施例２に係る半導体レーザの微分抵抗は、電流アパ−チャーの寸法の１０マイクメートルから５マイクメートルの範囲において、実施例１に係る半導体レーザの微分抵抗より小さい。また、実施例４に係る半導体レーザの微分抵抗は、電流アパ−チャーの寸法の１０マイクメートルから５マイクメートルの範囲において、実施例３に係る半導体レーザの微分抵抗より小さい。
【０１０７】
電流アパーチャー３５ａは、図１に示された基準面ＲＥＦにおいて３８．５平方マイクロメートル以下の断面積を有することがよい。或いは、電流アパーチャー３５ａは、基準面ＲＥＦにおいて２２．０マイクロメートル以下の周囲長を有することがよい。電流アパーチャー３５ａ及び電流ブロッカー３５ｂは、第１軸Ａｘ１に交差する基準面ＲＥＦに沿って配列される。この基準面ＲＥＦは、電流アパーチャー３５ａの断面積を規定するために利用される。
【０１０８】
電流アパ−チャー径（１０マイクロメートル）における微分抵抗。
実施例１、実施例２、実施例３、実施例４、実験例。
８５．１、８４．１、７９．４、７９．１、８６．７。
【０１０９】
電流アパ−チャー径（９．０マイクロメートル）における微分抵抗。
実施例１、実施例２、実施例３、実施例４、実験例。
８７．３、８６．４、８０．５、７９．８、８９．５。
【０１１０】
電流アパ−チャー径（８．５マイクロメートル）における微分抵抗。
実施例１、実施例２、実施例３、実施例４、実験例。
９０．６、８８．７、８１．１、８０．１、９４．５。
【０１１１】
電流アパ−チャー径（８．０マイクロメートル）における微分抵抗。
実施例１、実施例２、実施例３、実施例４、実験例。
９２．１、９２．１、８２．３、８１．９、１０４．１。
【０１１２】
電流アパ−チャー径（７．５マイクロメートル）における微分抵抗。
実施例１、実施例２、実施例３、実施例４、実験例。
９４．７、９３．１、８３．２、８２．２、１０８．９。
【０１１３】
電流アパ−チャー径（７．０マイクロメートル）における微分抵抗。
実施例１、実施例２、実施例３、実施例４、実験例。
９６．８、９５．７、８４．７、８３．９、１１２．３。
【０１１４】
電流アパ−チャー径（６．０マイクロメートル）における微分抵抗。
実施例１、実施例２、実施例３、実施例４、実験例。
９９．５、９８．１、８５．８、８４．２、１１９．５。
【０１１５】
電流アパ−チャー径（５．０マイクロメートル）における微分抵抗。
実施例１、実施例２、実施例３、実施例４、実験例。
１０２．４、１０１．２、８６．９、８５．８、１２３．７。
【０１１６】
図１２及び図１３は、実験例及び実施例１〜８における垂直共振型面発光レーザの信頼性試験の結果を示す。この信頼性試験は、実験例ＥＸ及び実施例１〜８における垂直共振型面発光レーザに１２ミリアンペアの定電流を摂氏１３０度の雰囲気（大気と同じ組成）において、これらの垂直共振型面発光レーザの光出力パワーを測定する。図１２及び図１３における横軸は、高温における通電時間の累積を示し、縦軸は、出力パワーの変化を示す。
【０１１７】
垂直共振型面発光レーザの寿命は、変化−１５パーセントのレベルにおいて、実験例、実施例１、実施例３、実施例２、実施例４、実施例５、実施例７、実施例６、実施例８の順に長い。
【０１１８】
第２化合物半導体層３９又は第４化合物半導体層５９のいずれか一方に高いＡｌ組成を与えると、垂直共振型面発光レーザが長時間の使用に耐えるようになる。
【０１１９】
第２化合物半導体層３９及び第４化合物半導体層５９の両側に高いＡｌ組成を与えると、垂直共振型面発光レーザが更に長時間の使用に耐えるようになる。
【０１２０】
電流アパーチャー３５ａから離れた位置における値に比べて電流アパーチャー３５ａの近傍の第１化合物半導体層３７又は第３化合物半導体層５７において小さい割合でＡｌ組成を変化させると、垂直共振型面発光レーザが更に長時間の使用に耐えるようになる。
【０１２１】
図１４は、本実施形態に係る垂直共振型面発光レーザを作製する方法における主要な工程を示す。工程フロー１００を参照しながら、垂直共振型面発光レーザを作製する方法を記述する。
【０１２２】
製造方法の工程Ｓ１０１では、垂直共振型面発光レーザのための半導体層を含む半導体積層をｎ型ＧａＡｓウエハ上に有機金属気相成長法により成長して、エピタキシャル基板を形成する。半導体積層は、垂直共振型面発光レーザ１１の例示に従って、以下の半導体層のための半導体膜を含む：第３積層６３（第１半導体層７１／第２半導体層７３）；活性層３１（第１スペーサ層３１ｃ、井戸層３１ａ／障壁層３１ｂ、第２スペーサ層３１ｄ）；第２積層４５（第１半導体層５１／第２半導体層５３）；第４化合物半導体層５９；Ａｌ組成傾斜の第３化合物半導体層５７；電流狭窄構造３５の電流アパーチャー３５ａの半導体；Ａｌ組成傾斜の第１化合物半導体層３７；第２化合物半導体層３９；第１積層３３（第１半導体層４１／第２半導体層４３）；及びコンタクト層６１。
【０１２３】
Ａｌ組成傾斜層の成長に際して、結晶成長炉における原料ラインの流量コントローラを連続的に変化してＩＩＩ族構成元素のための、例えばＡｌ原料ガスを変更することによって組成変化のアルミニウムプロファイルを提供できる。アルミニウムプロファイルが、実施例１〜実施例４の図３〜図６においては単一線形関数で表される連続的な組成傾斜を有し、実施例５〜実施例８の図７〜図１０においては二次関数で表される連続的な組成傾斜を有する。アルミニウムプロファイルは、実質的に上に凸になる様々な関数を用いた他の組成傾斜を含むことができる。
【０１２４】
製造方法の工程Ｓ１０２では、フォトリソグラフィ及びエッチングをエピタキシャル基板に適用して、エピタキシャル基板の半導体積層から半導体ポストを形成する。具体的には、半導体ポストを規定するマスクをエピタキシャル基板上に形成すると共に、このマスクを用いて半導体積層をエッチングにより加工する。本実施例では、半導体ポストは、第３積層６３の下部分における一連の半導体膜を含む。
【０１２５】
製造方法の工程Ｓ１０３では、酸化雰囲気（例えば、高温のスチーム）中に半導体ポストを置いて、電流狭窄構造３５の電流アパーチャー３５ａのための高いＡｌ組成の半導体膜を酸化する。この酸化は、半導体ポストからポスト１７を形成する。半導体膜の酸化物は、電流ブロッカー３５ｂになり、残された半導体は、電流アパーチャー３５ａになる。半導体ポスト内のＡｌ含有の半導体膜は、そのＡｌ組成に応じた酸化速度で酸化される。
【０１２６】
製造方法の工程Ｓ１０４では、気相成長法により、ポスト１７を覆うように、被覆膜２５のための無機絶縁膜をウエハ上に堆積する。
【０１２７】
製造方法の工程Ｓ１０５では、絶縁膜をウエハ上に成長した後に、電極の形成に先立って、フォトリソグラフィ及びエッチングにより無機絶縁膜を加工して、コンタクト開口を無機絶縁膜に形成する。フォトリソグラフィ及び金属堆積を用いて、アノード電極及びカソード電極をそれぞれのコンタクト開口上に形成する。これらの工程により、基板生産物が完成される。
【０１２８】
製造方法の工程Ｓ１０６では、ダイシング又はへき開を基板生産物に適用して、垂直共振型面発光レーザのための半導体チップを作製する。
【０１２９】
図１５は、図３〜図６及び図７〜図１０に示された第１部分１７ｃ及び第２部分１７ｄにおける電流狭窄構造の厚さの変化（ポスト１７の中心軸から側面への動径方向における厚さの変化）を模式的に示す図面である。
【０１３０】
絶縁体の電流ブロッカー３５ｂは、ポスト１７の第２部分１７ｄにおいて第１軸Ａｘ１上の点からポスト１７の側面への方向に徐々に厚くなるアルミニウム酸化物層を含むことができる。第２部分１７ｄの絶縁体は、電流アパーチャー３５ａの半導体の構成元素アルミニウムを含むＡｌ酸化物である。この面発光半導体レーザによれば、エピタキシャル成長された際の半導体層の高いＡｌ組成の半導体が、ポスト１７の側面からの酸化により部分的に酸化される。電流ブロッカー３５ｂに接する第１化合物半導体層及び第２化合物半導体層の緩やかな傾斜のＡｌ組成の変化によって、アルミニウム酸化物層の厚さは、動径方向に変化する。第２部分１７ｄの絶縁体の厚さの変化は、メサの寄生容量を低減できると共に、電流ブロッカー３５ｂ付近の応力を抑制できる。
【０１３１】
Ａｌ組成傾斜の第１化合物半導体層３７及びＡｌ組成傾斜の第３化合物半導体層５７は、これらのＡｌ組成に応じて、第２部分１７ｄにおいて、第１部分１７ｃ内の第１軸Ａｘ１上の点からポスト１７の側面への方向に徐々に薄くなる。第１化合物半導体層３７及び第３化合物半導体層５７は、製造工程における酸化雰囲気による酸化によって、エピタキシャル成長された際の個々の半導体層に比べて、動径方向に変化する厚さを有する。第２化合物半導体層３９及び第４化合物半導体層５９は、それらのＡｌ組成に応じて製造工程における酸化雰囲気による酸化によって形成されると共に、第２部分１７ｄにおけるそれぞれの酸化物領域によって囲まれる。これらの酸化物領域は、電流ブロッカー３５ｂに連続する。第２化合物半導体層３９及び第４化合物半導体層５９は、それぞれ、第２部分１７ｄにおいて、第１積層３３及び第２積層４５の低Ａｌ組成の第１半導体層４１、５１に比べて厚い酸化物に囲まれ、これらの酸化物領域は電流ブロッカー３５ｂに繋がる。
【０１３２】
図１６〜図２０を参照しながら、実施例９及び１０を説明する。実施例９及び１０では、第２積層４５が、単一の第１半導体層５１及び単一の第２半導体層５３を含む。第１半導体層５１は、第４化合物半導体層５９と第２半導体層５３との間に配置される。第２半導体層５３は、第１半導体層５１と活性層３１との間に配置される。第２積層４５は、半導体層８１，８３，８５を含む。半導体層８１は、第４化合物半導体層５９と第１半導体層５１との間に配置される。半導体層８１は、第１軸Ａｘ１上において規定されるＡｌ組成Ｃ８１ＡＬを有する。Ａｌ組成Ｃ８１ＡＬは、第２積層４５から電流狭窄構造３５への向きに、単調に増加する。半導体層８３は、第１半導体層５１と第２半導体層５３との間に配置される。半導体層８３は、第１軸Ａｘ１上において規定されるＡｌ組成Ｃ８３ＡＬを有する。Ａｌ組成Ｃ８３ＡＬは、第２積層４５から電流狭窄構造３５への向きに、単調に減少する。半導体層８５は、第２半導体層５３と活性層３１との間に配置される。半導体層８５は、第１軸Ａｘ１上において規定されるＡｌ組成Ｃ８５ＡＬを有する。Ａｌ組成Ｃ８５ＡＬは、第２積層４５から電流狭窄構造３５への向きに、単調に増加する。本実施形態において、半導体層８５、第２半導体層５３、半導体層８３、第１半導体層５１及び半導体層８１は、第１軸Ａｘ１上において第２積層４５から電流狭窄構造３５への向きに、順に配列される。
【０１３３】
第２積層４５が単一の第１半導体層５１及び単一の第２半導体層５３を含む場合、第２積層４５が複数の第１半導体層５１及び複数の第２半導体層５３を含む場合に比べて、第２積層４５の厚さを薄くできる。これにより、電流狭窄構造３５と活性層３１との間の距離を小さくできる。その結果、電流狭窄構造３５において狭窄された電流が活性層３１に到達する前に広がることを抑制できる。よって、垂直共振型面発光レーザの閾値電流密度を低減できる。一方、電流狭窄構造３５には、酸化プロセスにより生じる結晶欠陥が存在し得る。結晶欠陥の欠陥準位による光吸収によって、結晶欠陥の周囲では電流及び光強度が強くなるので、垂直共振型面発光レーザの劣化が加速されるおそれがある。そのような劣化を抑制するためには、電流狭窄構造３５と活性層３１との間の距離を近づけ過ぎないことが好ましい。第２積層４５が単一の第１半導体層５１及び単一の第２半導体層５３を含む場合、電流狭窄構造３５と活性層３１との間の距離を確保できるので、垂直共振型面発光レーザの劣化を抑制することができる。
【０１３４】
（実施例９）
図１６は、実施例９に係る垂直共振型面発光レーザＥＭ９の構造を示す。
電流狭窄構造３５の電流アパーチャー３５ａ：炭素ドープＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成ＣＡＰＡＬ：０．９８）。
第１化合物半導体層３７：炭素ドープのＡｌ組成傾斜ＡｌＧａＡｓ（組成傾斜：０．１６〜０．９８）、厚さ：１５〜２０ｎｍ。
第２化合物半導体層３９：炭素ドープＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成：０．１６）、厚さ：２０〜３０ｎｍ。
第３化合物半導体層５７：炭素ドープのＡｌ組成傾斜ＡｌＧａＡｓ（二次曲線に従う組成傾斜：０．６０〜０．９８）、厚さ：１５〜２０ｎｍ。
第４化合物半導体層５９：炭素ドープＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成：０．６０）、厚さ：３０〜４０ｎｍ。
第１半導体層５１：炭素ドープＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成：０．１６）、厚さ：３０〜５０ｎｍ。
第２半導体層５３：炭素ドープＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成：０．８８）、厚さ：１０〜１５ｎｍ。
半導体層８１：炭素ドープのＡｌ組成傾斜ＡｌＧａＡｓ（組成傾斜：０．６０〜０．１６）、厚さ：１０〜１５ｎｍ。
半導体層８３：炭素ドープのＡｌ組成傾斜ＡｌＧａＡｓ（組成傾斜：０．１６〜０．８８）、厚さ：２０〜３０ｎｍ。
半導体層８５：炭素ドープのＡｌ組成傾斜ＡｌＧａＡｓ（組成傾斜：０．８８〜０．３０）、厚さ：１０〜３０ｎｍ。
活性層３１：厚さ４０〜６０ｎｍ。
【０１３５】
図１７は、実施例９に係る垂直共振型面発光レーザＥＭ９の屈折率分布と、該屈折率分布から算出される定在波の電界強度分布とを示す図面である。図１７に示されるように、定在波の電界強度は電流アパーチャー３５ａを備える電流狭窄構造３５においてゼロになっている。すなわち、定在波の光の節が電流狭窄構造３５に位置している。これにより、電流狭窄構造３５における散乱損失及び結晶欠陥の欠陥準位における光吸収を低減できる。垂直共振型面発光レーザの発振波長をλとすると、第１軸Ａｘ１上において活性層３１の中心から電流狭窄構造３５の中心までの光路長が３λ／２±２０ｎｍであることが好ましい。例えば、以下の式（１）が満たされることが好ましい。
Ｔ３１／２＋Ｔ８５＋Ｔ５３＋Ｔ８３＋Ｔ５１＋Ｔ８１＋Ｔ５９＋Ｔ５７＋Ｔ３５ａ／２＝３λ／２（±２０ｎｍ）  ・・・  （１）
Ｔ３１は活性層３１の光路長、Ｔ８５は半導体層８５の光路長、Ｔ５３は第２半導体層５３の光路長、Ｔ８３は半導体層８３の光路長、Ｔ５１は第１半導体層５１の光路長、Ｔ８１は半導体層８１の光路長、Ｔ５９は第４化合物半導体層５９の光路長、Ｔ５７は第３化合物半導体層５７の光路長、Ｔ３５ａは電流アパーチャー３５ａの光路長を表す。
【０１３６】
（実施例１０）
図１８は、実施例１０に係る垂直共振型面発光レーザＥＭ１０の構造を示す。垂直共振型面発光レーザＥＭ１０は、第１化合物半導体層３７及び第２化合物半導体層３９が以下の構成を有すること以外は垂直共振型面発光レーザＥＭ９と同じ構成を有する。
第１化合物半導体層３７：炭素ドープのＡｌ組成傾斜ＡｌＧａＡｓ（二次曲線に従う組成傾斜：０．６０〜０．９８）、厚さ：１５〜２０ｎｍ。
第２化合物半導体層３９：炭素ドープＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成：０．６０）、厚さ：３０〜４０ｎｍ。
【０１３７】
図１９は、実施例１０に係る垂直共振型面発光レーザＥＭ１０の屈折率分布と、該屈折率分布から算出される定在波の電界強度分布とを示す図面である。実施例９と同様に、図１９に示されるように、定在波の光の節は電流狭窄構造３５に位置している。
【０１３８】
図２０の（ａ）は、実施例９に係る垂直共振型面発光レーザの第１軸Ａｘ１に沿った断面における電流密度分布の計算結果を示す。図２０の（ｂ）は、実施例１０に係る垂直共振型面発光レーザの第１軸Ａｘ１に沿った断面における電流密度分布の計算結果を示す。図２０には、第１軸Ａｘ１に沿ったポスト１７の中心軸から側面への動径方向Ｒ及び電流ブロッカー３５ｂが示されている。図２０において、白色に近い程電流密度は高く、黒色に近い程電流密度は低い。図２０の（ａ）では、電流アパーチャー３５ａと電流ブロッカー３５ｂとの界面近傍において、電流ブロッカー３５ｂの上方領域（すなわち第１化合物半導体層３７及び第２化合物半導体層３９）に電流が集中している。一方、図２０の（ｂ）では、（ａ）に比べて、電流ブロッカー３５ｂの上方領域（すなわち第１化合物半導体層３７及び第２化合物半導体層３９）への電流の集中が緩和されている。これは、実施例１０における第１化合物半導体層３７及び第２化合物半導体層３９のＡｌ組成が、実施例９における第１化合物半導体層３７及び第２化合物半導体層３９のＡｌ組成よりも大きいからである。
【０１３９】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【産業上の利用可能性】
【０１４０】
本実施形態に係る一側面によれば、電流アパーチャのサイズの変動に対して微分抵抗の変化があまり敏感でない構造を有する垂直共振型面発光レーザが提供される。また、本実施形態に係る別の側面によれば、微分抵抗を低減できる構造を有する垂直共振型面発光レーザが提供される。さらに、本実施形態に係る更なる別の側面は、高い信頼性を有する垂直共振型面発光レーザが提供される。
【符号の説明】
【０１４１】
１１…垂直共振型面発光レーザ、１３…支持体、１５…半導体積層、１７…ポスト、２１…第１電極、２３…第２電極、２５…被覆膜、３１…活性層、３３…第１積層、３５…電流狭窄構造、３７…第１化合物半導体層、３９…第２化合物半導体層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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