(57)【要約】【課題】経時的な発光特性変動を低減でき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、量子井戸構造の活性層と、第１分布ブラッグ反射器のための第１積層体と、活性層と第１積層体との間に設けられた第１スペーサ領域を備え、量子井戸構造の障壁層は、ＩＩＩ族構成元素としてアルミニウムを含む第１化合物半導体を含み、第１スペーサ領域は、第１化合物半導体よりも大きいアルミニウム組成を有する第２化合物半導体を含み、第１積層体、第１スペーサ領域の第１部分、第１スペーサ領域の第２部分、及び活性層は、第１軸の方向に順に配列され、第１積層体における第１ドーパントの濃度は、第１スペーサ領域の第１部分における第１ドーパントの濃度より大きく、第１スペーサ領域の第１部分における第１ドーパントの濃度は、第１スペーサ領域の第２部分における第１ドーパントの濃度より大きい。【選択図】図１
2020017573.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、
井戸層及び障壁層を含む量子井戸構造を有する活性層と、
第１分布ブラッグ反射器のための第１積層体と、
前記活性層と前記第１積層体との間に設けられた第１スペーサ領域と、
を備え、
前記障壁層は、ＩＩＩ族構成元素としてアルミニウムを含む第１化合物半導体を含み、
前記第１スペーサ領域は、前記第１化合物半導体よりも大きいアルミニウム組成を有する第２化合物半導体を含み、
前記第１スペーサ領域は、第１部分及び第２部分を含み、
前記第１積層体、前記第１スペーサ領域の前記第１部分、前記第１スペーサ領域の前記第２部分、及び前記活性層は、第１軸の方向に順に配列され、
前記第１スペーサ領域の前記第１部分及び前記第１積層体は、第１ドーパントを含み、
前記第１スペーサ領域の前記第１部分は、前記第１積層体から前記第１スペーサ領域の前記第２部分まで設けられ、
前記第１スペーサ領域の前記第２部分は、前記活性層から前記第１スペーサ領域の前記第１部分まで設けられ、
前記第１積層体における前記第１ドーパントの濃度は、前記第１スペーサ領域の前記第１部分における前記第１ドーパントの濃度より大きく、
前記第１スペーサ領域の前記第１部分における前記第１ドーパントの濃度は、前記第１スペーサ領域の前記第２部分における前記第１ドーパントの濃度より大きい、垂直共振型面発光レーザ。
【請求項２】
前記第２化合物半導体は、０．３５以上のアルミニウム組成を有し、
前記第１積層体は、１×１０１８ｃｍ−３以上のｎ型ドーパントを含み、
前記活性層と前記第１積層体との間隔は、前記第１軸の方向に１０ナノメートル以上である、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１ドーパントの濃度は、前記第１スペーサ領域の前記第１部分において１×１０１７ｃｍ−３以上であり、
前記第１スペーサ領域の前記第２部分の前記第１ドーパントの濃度は、１×１０１７ｃｍ−３未満である、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ドーパントの濃度は、前記活性層において１×１０１６ｃｍ−３未満であり、
前記量子井戸構造は、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ／Ｉｎ１−ＹＧａＹＡｓを含み、ここで０．０５≦Ｙ≦０．５である、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】
前記第１ドーパントの濃度は、前記活性層において１×１０１６ｃｍ−３未満であり、
前記量子井戸構造は、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ／ＩｎＵＡｌＶＧａ１−Ｕ−ＶＡｓを含み、ここで、０．０５≦Ｕ≦０．５、０＜Ｖ≦０．２である、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６】
基板と、
第２分布ブラッグ反射器のための第２積層体と、
前記活性層と前記第２積層体との間に設けられた第２スペーサ領域と、
を備え、
前記第１スペーサ領域及び前記第１積層体は、前記基板と前記活性層との間に設けられ、
前記活性層は、前記第１積層体と前記第２積層体との間に設けられ、
前記第２積層体、前記第２スペーサの前記第１部分、前記第２スペーサ領域の前記第２部分、及び前記活性層は、前記第１軸の方向に順に配列される、請求項１〜請求項５のいずれか一項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、垂直共振型面発光レーザを作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、垂直共振型面発光レーザを開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１４２３７５号公報
【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用途、例えば光通信は、垂直共振型面発光レーザに高速変調及び低しきい値を求める。発明者の知見によれば、垂直共振型面発光レーザの中には、光強度において時間の経過に伴って変動を示すものがある。光強度における経時変動を低減することが望まれている。
【０００５】
本発明の一側面は、経時的な発光特性の変動を低減でき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、井戸層及び障壁層を含む量子井戸構造を有する活性層と、第１分布ブラッグ反射器のための第１積層体と、前記活性層と前記第１積層体との間に設けられた第１スペーサ領域と、を備え、前記障壁層は、ＩＩＩ族構成元素としてアルミニウムを含む第１化合物半導体を含み、前記第１スペーサ領域は、前記第１化合物半導体よりも大きいアルミニウム組成を有する第２化合物半導体を含み、前記第１スペーサ領域は、第１部分及び第２部分を含み、前記第１積層体、前記第１スペーサ領域の前記第１部分、前記第１スペーサ領域の前記第２部分、及び前記活性層は、第１軸の方向に順に配列され、前記第１スペーサ領域の前記第１部分及び前記第１積層体は、第１ドーパントを含み、前記第１スペーサ領域の前記第１部分は、前記第１積層体から前記第１スペーサ領域の前記第２部分まで設けられ、前記第１スペーサ領域の前記第２部分は、前記活性層から前記第１スペーサ領域の前記第１部分まで設けられ、前記第１積層体における前記第１ドーパントの濃度は、前記第１スペーサ領域の前記第１部分における前記第１ドーパントの濃度より大きく、前記第１スペーサ領域の前記第１部分における前記第１ドーパントの濃度は、前記第１スペーサ領域の前記第２部分における前記第１ドーパントの濃度より大きい。
【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、発明の一側面によれば、経時的な発光特性の変動を低減でき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模式的に示す一部破断図である。
【図２】図２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模式的に示す図面である。
【図３】図３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模式的に示す図面である。
【図４】図４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模式的に示す図面である。
【図５】図５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模式的に示す図面である。
【図６】図６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模式的に示す図面である。
【図７】図７は、実施例に係る垂直共振型面発光レーザにおける第１積層体、互いに異なるアルミニウム組成のスペーサ領域、及び活性層における３つのドーパントプロファイルを示す図面である。
【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）井戸層及び障壁層を含む量子井戸構造を有する活性層と、（ｂ）第１分布ブラッグ反射器のための第１積層体と、（ｃ）前記活性層と前記第１積層体との間に設けられたスペーサ領域と、を備え、前記障壁層は、ＩＩＩ族構成元素としてアルミニウムを含む第１化合物半導体を含み、前記第１スペーサ領域は、前記第１化合物半導体よりも大きいアルミニウム組成を有する第２化合物半導体を含み、前記第１スペーサ領域は、第１部分及び第２部分を含み、前記第１積層体、前記第１スペーサ領域の前記第１部分、前記第１スペーサ領域の前記第２部分、及び前記活性層は、第１軸の方向に順に配列され、前記第１スペーサ領域の前記第１部分及び前記第１積層体は、第１ドーパントを含み、前記第１スペーサ領域の前記第１部分は、前記第１積層体から前記第１スペーサ領域の前記第２部分まで設けられ、前記第１スペーサ領域の前記第２部分は、前記活性層から前記第１スペーサ領域の前記第１部分まで設けられ、前記第１積層体における前記第１ドーパントの濃度は、前記第１スペーサ領域の前記第１部分における前記第１ドーパントの濃度より大きく、前記第１スペーサ領域の前記第１部分における前記第１ドーパントの濃度は、前記第１スペーサ領域の前記第２部分における前記第１ドーパントの濃度より大きい。
【００１２】
垂直共振型面発光レーザによれば、活性層と第１積層体との間に設けられた第１スペーサ領域が、第１部分及び第２部分を含む。第１部分及び第２部分は、ＩＩＩ族構成元素としてアルミニウムを含む化合物半導体を含み、この化合物半導体は、活性層の障壁層のアルミニウム組成よちも大きなアルミニウム組成を有する。第１積層体は第１スペーサ領域の第１部分に接触を成し、活性層は第１スペーサ領域の第２部分に接触を成す。
【００１３】
具体的には、大きなアルミニウム組成を第１部分に提供する第１スペーサ領域は、製造中の熱処理により、第１積層体から拡散により第１スペーサ領域の第１部分に来るドーパント量を低減できる。大きなアルミニウム組成を第２部分に提供する第１スペーサ領域によれば、製造中の拡散により第１積層体から活性層にドーパントが到達しにくい構造を提供できる。第１スペーサ領域において、第２部分におけるドーパント濃度が第１部分におけるドーパント濃度より小さい。
【００１４】
活性層におけるドーパントは、非常に低く、例えば検出下限より小さくできる。第２部分の低いドーパント濃度によれば、拡散したドーパントに起因する非発光中心の生成は、活性層において非常に低い。また、第１積層体から第１スペーサ領域の第２部分への経路におけるドープされた第１部分（第１スペーサ領域の第２部分のドーパント濃度より大きく第１積層体のドーパント濃度より小さいドーパント濃度を有する第１部分）を第１積層体から活性層へのキャリア経路に提供できる。
【００１５】
具体例に係る垂直共振型面発光レーザでは、前記第２化合物半導体は、０．３５以上のアルミニウム組成を有し、前記第１積層体は、１×１０１８ｃｍ−３以上のｎ型ドーパントを含み、前記活性層と前記第１積層体との間隔は、前記第１軸の方向に１０ナノメートル以上である。
【００１６】
垂直共振型面発光レーザによれば、第１スペーサ領域は、１×１０１８ｃｍ−３以上の高いｎ型ドーパント濃度を有する第１積層体を活性層から隔てる。垂直共振型面発光レーザの作製において第１積層体のための半導体層を成長した後に、第１積層体より上に位置する半導体領域が成長される。第１積層体のための半導体層は、その成長の後に、第１積層体上に半導体領域を成長する際に熱を受ける。この熱エネルギーの総量は、第１積層体の層構造ではなく第１積層体より上側に位置する半導体層の総厚に依存する。互いに異なるｎ型ドーパント濃度の第１部分及び第２部分を含む第１スペーサ領域によれば、１×１０１８ｃｍ−３以上の領域から製造中に拡散してくることにより第１積層体から活性層にドーパントが到達することを妨げて、活性層におけるドーパントは、非常に低く、例えば検出下限より小さくできる。
【００１７】
具体例に係る垂直共振型面発光レーザでは、前記第１ドーパントの濃度は、前記第１スペーサ領域の前記第１部分において１×１０１７ｃｍ−３以上であり、  前記第１スペーサ領域の前記第２部分の前記第１ドーパントの濃度は、１×１０１７ｃｍ−３未満である。
【００１８】
垂直共振型面発光レーザによれば、１×１０１７ｃｍ−３以上の第１ドーパント濃度を有する第１部分、及び１×１０１７ｃｍ−３未満の第１ドーパント濃度を有する第２部分は、第１積層体から活性層への方向に単調に変化するドーパントプロファイルを有する。
【００１９】
具体例に係る垂直共振型面発光レーザでは、前記第１ドーパントの濃度は、前記活性層において１×１０１６ｃｍ−３未満であり、前記量子井戸構造は、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ／Ｉｎ１−ＹＧａＹＡｓを含み、ここで０．０５≦Ｙ≦０．５である。
【００２０】
垂直共振型面発光レーザによれば、上記の量子井戸構造において、ドーパント拡散に起因した非発光中心の生成が低減される。
【００２１】
具体例に係る垂直共振型面発光レーザでは、前記第１ドーパントの濃度は、前記活性層において１×１０１６ｃｍ−３未満であり、前記量子井戸構造は、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ／ＩｎＵＡｌＶＧａ１−Ｕ−ＶＡｓを含み、ここで、０．０５≦Ｕ≦０．５及び０＜Ｖ≦０．２である。
【００２２】
垂直共振型面発光レーザによれば、上記の量子井戸構造において、ドーパント拡散に起因した非発光中心の生成が低減される。
【００２３】
具体例に係る垂直共振型面発光レーザは、基板と、第２分布ブラッグ反射器のための第２積層体と、前記活性層と前記第２積層体との間に設けられた第２スペーサ領域と、を備え、前記第１スペーサ領域及び前記第１積層体は、前記基板と前記活性層との間に設けられ、前記活性層は、前記第１積層体と前記第２積層体との間に設けられ、前記第２積層体、前記第２スペーサ領域の前記第１部分、前記第２中間領域の前記第２部分、及び前記活性層は、前記第１軸の方向に順に配列される。
【００２４】
垂直共振型面発光レーザによれば、第１スペーサ領域及び第１積層体が基板と活性層との間に設けられて、当該垂直共振型面発光レーザの成膜において、第１スペーサ領域及び第１積層体の成長後に、第２スペーサ領域及び第２積層体を含む上部領域の成長期間における高温に曝される。
【００２５】
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、及び垂直共振型面発光レーザを作製する方法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。
【００２６】
図１は、本実施形態に係る垂直共振型面発光レーザを模式的に示す一部破断図である。図１には、直交座標系Ｓが示されており、Ｚ軸は第１軸Ａｘ１の方向に向いている。垂直共振型面発光レーザ１１は、第１スペーサ領域１３、第１積層体１５、及び活性層１７を備える。第１スペーサ領域１３は、第１積層体１５と活性層１７との間に設けられる。
【００２７】
第１スペーサ領域１３は、第１部分１３ａ及び第２部分１３ｂを含む。第１積層体１５、第１スペーサ領域１３の第１部分１３ａ、第１スペーサ領域１３の第２部分１３ｂ、及び活性層１７は、第１軸Ａｘ１の方向に順に配列される。第１スペーサ領域１３において、第１部分１３ａは、第１積層体１５から第２部分１３ｂまで延在し、第２部分１３ｂは、活性層１７から第１部分１３ａまで延在する。
【００２８】
活性層１７は量子井戸構造ＭＱＷを有し、量子井戸構造ＭＱＷは、複数の井戸層１７ａ及び一又は複数の障壁層１７ｂを含む。井戸層１７ａ及び障壁層１７ｂが、第１軸Ａｘ１の方向に交互に配列される。
【００２９】
井戸層１７ａ及び障壁層１７ｂの各々は、ＩＩＩ族及びＶ族の構成元素を含む化合物半導体を備える。第１スペーサ領域１３は、障壁層１７ｂの化合物半導体よりも大きいアルミニウム組成を有する化合物半導体を含む。
【００３０】
第１スペーサ領域１３の第１部分１３ａは、第１ドーパントを含み、第１積層体１５は、第１ドーパントを含む。ドーパントは、半導体に導電性を付与できる。第１積層体１５における第１ドーパントの濃度は、第１スペーサ領域１３の第１部分１３ａにおける第１ドーパントの濃度より大きく、第１スペーサ領域１３の第１部分１３ａにおける第１ドーパントの濃度は、第１スペーサ領域１３の第２部分１３ｂにおける第１ドーパントの濃度より大きい。
【００３１】
第１積層体１５は、第１分布ブラッグ反射器のために設けられ、具体的には第１半導体層１５ａ及び第２半導体層１５ｂを含み、第１半導体層１５ａ及び第２半導体層１５ｂは、第１分布ブラッグ反射器を構成するように交互に配列される。
【００３２】
垂直共振型面発光レーザ１１によれば、第１積層体１５と活性層１７との間に設けられた第１スペーサ領域１３が、第１部分１３ａ及び第２部分１３ｂを含む。第１部分１３ａ及び第２部分１３ｂは、ＩＩＩ族構成元素としてアルミニウムを含む化合物半導体を含み、この化合物半導体は、活性層１７の障壁層１７ｂのアルミニウム組成よりも大きなアルミニウム組成を有する。第１スペーサ領域１３において、第１部分１３ａは、第１積層体１５から第２部分１３ｂに到達する。第２部分１３ｂは、活性層１７から第１部分１３ａに到達する。
【００３３】
具体的には、大きなアルミニウム組成を第１部分１３ａに提供する第１スペーサ領域１３は、製造中の熱処理により、第１積層体１５から拡散により第１スペーサ領域１３の第１部分１３ａに来るドーパント量を低減できる。大きなアルミニウム組成を第２部分１３ｂに提供する第１スペーサ領域１３によれば、製造中の拡散により第１積層体１５から活性層１７にドーパントが到達しにくい構造を提供できる。第１スペーサ領域１３において、第２部分１３ｂにおけるドーパント濃度が第１部分１３ａにおけるドーパント濃度より小さい。
【００３４】
活性層１７におけるドーパントは、非常に低く、例えば検出下限より小さくできる。第２部分１３ｂの低いドーパント濃度によれば、拡散したドーパントに起因する非発光中心の生成は、活性層１７において非常に低い。また、第１積層体１５から第１スペーサ領域１３の第２部分１３ｂへの経路におけるドープされた第１部分１３ａ（第１スペーサ領域１３の第２部分１３ｂのドーパント濃度より大きく第１積層体１５のドーパント濃度より小さいドーパント濃度を有する第１部分１３ａ）を第１積層体１５から活性層１７へのキャリア経路に提供できる。
【００３５】
第１積層体１５は、例えばｎ型ドーパントを含むことができ、ｎ型ドーパントの濃度は、例えば１×１０１８ｃｍ−３以上であることができる。第１積層体１５のｎ型ドーパントは、例えば１×１０１９ｃｍ−３以下であることができる。垂直共振型面発光レーザ１１によれば、第１スペーサ領域１３は、１×１０１８ｃｍ−３以上の高いｎ型ドーパント濃度を有する第１積層体１５を活性層１７から隔てる。
【００３６】
垂直共振型面発光レーザ１１の作製において第１積層体１５のための半導体層を成長した後に、第１積層体１５より上に位置する半導体領域が成長される。第１積層体１５の半導体は、その成長の後に、第１積層体１５上に半導体領域を成長する際に熱を受ける。この熱エネルギーの総量は、第１積層体１５の層構造ではなく第１積層体１５より上側に位置する層構造の総厚に依存する。互いに異なるｎ型ドーパント濃度の第１部分１３ａ及び第２部分１３ｂを含む第１スペーサ領域１３によれば、１×１０１８ｃｍ−３以上のドーパントの第１積層体１５から製造中のドーパント拡散により活性層１７にドーパントが到達することを妨げて、活性層１７におけるドーパントを非常に低く、例えば検出下限より小さくできる。第２部分１３ｂの低いドーパント濃度によれば、拡散したドーパントに起因する非発光中心の生成は、活性層１７において実質的に生じない。
【００３７】
垂直共振型面発光レーザ１１によれば、第１ドーパント濃度は、高いドーパントの第１積層体１５から第１スペーサ領域１３の第１部分１３ａ及び第２部分１３ｂにおいて第１積層体１５から活性層１７への方向に単調に変化する部分を有するドーパントプロファイル（例えば、図１に示されるドーパントプロファイルＰＤ）によって示される。
【００３８】
垂直共振型面発光レーザ１１は下部コンタクト層２１を更に備える。本実施例では、第１積層体１５は、下部コンタクト層２１を含む。本実施例では、第１積層体１５は、上部積層部１５ｕ及び下部積層部１５ｄを含み、下部コンタクト層２１は、上部積層部１５ｕと下部積層部１５ｄとの間に向けられる。第１積層体１５の上部積層部１５ｕと下部積層部１５ｄの各々は、第１分布ブラッグ反射器のために設けられ、第１半導体層１５ａ及び第２半導体層１５ｂを含み、第１半導体層１５ａ及び第２半導体層１５ｂは、第１分布ブラッグ反射器を構成するように交互に配列される。
【００３９】
第１スペーサ領域１３の第１部分１３ａは、例えば１×１０１７ｃｍ−３以上のドーパント濃度を有し、第２部分１３ｂは、例えば１×１０１７ｃｍ−３未満の第１ドーパント濃度を有する。図１においては、符合「Ｃ１」は例えば１×１０１７ｃｍ−３のドーパントレベルを示す。実質的に単一組成の第１スペーサ領域１３では、ドーパントプロファイルＰＤは、第１スペーサ領域１３において単調に減少する部分を有する。具体的には、ドーパントプロファイルＰＤによって表されるドーパント濃度は、例えば第１スペーサ領域１３の第１部分１３ａにおいて第１積層体１５と第１スペーサ領域１３との境界における値から単調に減少すると共に、第１部分１３ａと第２部分１３ｂとの境界において１×１０１７ｃｍ−３未満のドーパント濃度に到達することがある。第１部分１３ａ及び第２部分１３ｂは、例えば同じ厚さを有するようにしてもよい。
【００４０】
高いアルミニウム組成（例えば０．５０より大きいアルミニウム組成）の半導体（例えば、ＡｌＧａＡｓ）は、酸化の発生、高バンドギャップ、及び高比抵抗を半導体デバイスにもたらす。これらの観点から、スペーサ領域（１３、２３）は、０．３０以上であり０．５０以下のアルミニウム組成を有することがよい。
【００４１】
本実施例では、第１積層体１５と活性層１７との間隔は、第１軸Ａｘ１の方向に５ナノメートル以上であり、第１スペーサ領域１３は、第１積層体１５と活性層１７との間を埋める。間隔が小さすぎると、活性層の非発光中心の濃度を低くできない。また、間隔が小さいと、デバイスの発光強度に影響する。
【００４２】
第１積層体１５と活性層１７との間隔は、第１軸Ａｘ１の方向に２０ナノメートル以下であり、第１スペーサ領域１３は、第１積層体１５と活性層１７との間を埋める。間隔が大きすぎると下部コンタクト層と活性層との間の導電性が低く（抵抗が高く）なり、高速の変調が得られにくくなる。間隔の上限は、導電性を十分確保できる。
【００４３】
また、第１積層体１５から活性層１７へ流れるキャリアに、第１積層体１５から第１スペーサ領域１３の第２部分１３ｂへの経路における第１部分１３ａ（１×１０１６ｃｍ−３より大きいドーパント濃度の第１部分１３ａ）が提供される。二つの分布ブラッグ反射器を実現する厚い積層体を含む垂直共振型面発光レーザ１１において、下部コンタクト層２１と活性層１７との間に位置する第１部分１３ａ及び第２部分１３ｂを含む第１スペーサ領域１３は、活性層１７の近傍におけるドーパント分布が高速変調性能を制限することを避けることができる。
【００４４】
垂直共振型面発光レーザ１１によれば、１×１０１７ｃｍ−３以上の第１ドーパント濃度を有する第１部分１３ａ、及び１×１０１７ｃｍ−３未満の第１ドーパントの濃度を有する第２部分１３ｂの少なくとも一部は、第１積層体１５から活性層１７への方向に単調に変化するドーパントプロファイルを有する。スペーサ領域における単調減少のドーパントプロファイルは、活性層近くの部分に低いドーパント濃度を可能にし、活性層から離れた部分に高いドーパント濃度を可能にして、スペーサ領域に低抵抗を提供できる。
【００４５】
第１ドーパントは、例えばシリコン（Ｓｉ）、硫黄（Ｓ）及びテルル（Ｔｅ）を包含する。或いは、第１ドーパントは、例えば亜鉛（Ｚｎ）、ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、及び炭素（Ｃ）を包含することができる。
【００４６】
活性層１７の量子井戸構造ＭＱＷは、例えばＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ／Ｉｎ１−ＹＧａＹＡｓ、及び／又はＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ／ＩｎＵＡｌＶＧａ１−Ｕ−ＶＡｓ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、上記の量子井戸構造ＭＱＷにおいて、ドーパント拡散に起因した非発光中心の生成が低減される。
【００４７】
ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ／ＧａＡｓを含む量子井戸構造ＭＱＷでは、具体的には、以下の関係が満たされる：０．２≦Ｘ≦０．５。Xの範囲は、量子井戸の発光効率を十分にする。
【００４８】
ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ／Ｉｎ１−ＹＧａＹＡｓを含む量子井戸構造ＭＱＷでは、具体的には、以下の関係が満たされる：０．２≦Ｘ≦０．５、０．０５≦Ｙ≦０．５。Xの範囲は、量子井戸の発光効率を十分にする。
【００４９】
また、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ／ＩｎＵＡｌＶＧａ１−Ｕ−ＶＡｓを含む量子井戸構造ＭＱＷでは、具体的には、以下の関係が満たされる：０．０５≦Ｕ≦０．５、０＜Ｖ≦０．２、０．２≦Ｘ≦０．５。井戸層のＡｌとＩｎの範囲（Ｕ、Ｖ）は所望の発振波長を得るためである。
【００５０】
これらの組成の量子井戸構造ＭＱＷにおいて、第１ドーパントの濃度は、１×１０１６ｃｍ−３未満であって、拡散したドーパントに起因する非発光中心の生成が活性層１７において低減される。
【００５１】
垂直共振型面発光レーザ１１は、第２スペーサ領域２３及び第２積層体２５を更に備える。第２積層体２５は、第２分布ブラッグ反射器のために設けられ、具体的には第１半導体層２５ａ及び第２半導体層２５ｂを含み、第１半導体層２５ａ及び第２半導体層２５ｂは、第２分布ブラッグ反射器を構成するように交互に配列される。第２スペーサ領域２３は、活性層１７と第２積層体２５との間に設けられる。第２積層体２５、第２スペーサ領域２３、及び活性層１７は、第１軸Ａｘ１の方向に順に配列される。活性層１７は、第１スペーサ領域１３と第２スペーサ領域２３との間に設けられる。第２積層体２５は、第１ドーパントと逆導電型の第２ドーパントを含み、ドーパントは、半導体に導電性を付与できる。第２スペーサ領域２３は、第２ドーパントを含むことができる。
【００５２】
第２積層体２５は、例えばｐ型ドーパントを含むことができ、ｐ型ドーパントは例えば１×１０１８ｃｍ−３以上であることができる。第２積層体２５のｐ型ドーパントは、例えば１×１０１９ｃｍ−３以下であることができる。垂直共振型面発光レーザ１１によれば、第２スペーサ領域２３は、１×１０１８ｃｍ−３以上の高いｐ型ドーパント濃度を有する第２積層体２５を活性層１７から隔てる。
【００５３】
垂直共振型面発光レーザ１１は、ｐ型ドーパントを含む第２積層体２５に替えて、ｎ型ドーパントを含む第２積層体２５を含むことができ、この垂直共振型面発光レーザ１１は、ｎ型ドーパントを含む第１積層体１５に替えて、ｐ型ドーパントを含む第１積層体１５を含む。
【００５４】
可能な場合には、第２スペーサ領域２３が、第１部分２３ａ及び第２部分２３ｂを含み、第１部分２３ａ及び第２部分２３ｂは第２積層体２５と活性層１７との間に設けられる。詳細には、第２積層体２５、第２スペーサ領域２３の第１部分２３ａ、第２スペーサ領域２３の第２部分２３ｂ、及び活性層１７は、第１軸Ａｘ１の方向に順に配列される。第２スペーサ領域２３において、第１部分２３ａは、第２積層体２５から第２部分２３ｂに到達するように設けられ、第２部分２３ｂは、活性層１７から第１部分２３ａに到達するように設けられる。第２スペーサ領域２３において、第２部分２３ｂにおけるドーパント濃度が第１部分２３ａにおけるドーパント濃度より小さく、また第２ドーパントの濃度が活性層１７において１×１０１６ｃｍ−３未満である。第２ドーパントは、第２スペーサ領域２３及び第２積層体２５において、第１スペーサ領域１３及び第１積層体１５における第１ドーパントに類似のドーパントプロファイルを有することができる。第２ドーパントは、例えば亜鉛（Ｚｎ）、ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、及び炭素（Ｃ）を包含する。或いは、第２ドーパントは、例えばシリコン（Ｓｉ）、硫黄（Ｓ）及びテルル（Ｔｅ）を包含する。
【００５５】
第２スペーサ領域２３では、第１部分２３ａは、例えば１×１０１７ｃｍ−３以上の第２ドーパント濃度を有し、第２部分２３ｂは、例えば１×１０１７ｃｍ−３未満の第２ドーパント濃度を有する。第２スペーサ領域２３におけるドーパントプロファイルによって表されるドーパント濃度は、具体的には、第２スペーサ領域２３の第１部分２３ａにおいて第１積層体１５と第２スペーサ領域２３との境界における値から単調に減少すると共に第２部分２３ｂにおいて１×１０１７ｃｍ−３未満のドーパント濃度に到達することがある。実質的に単一組成の第２スペーサ領域２３におけるドーパントプロファイルは、ドーパントプロファイルＰＤと同様に、第２スペーサ領域２３において単調に減少する部分を有する。
【００５６】
また、第２積層体２５から第２スペーサ領域２３の第２部分２３ｂへの経路において、第１部分２３ａ（１×１０１６ｃｍ−３より大きいドーパント濃度の第１部分２３ａ）が第２積層体２５から活性層１７へ流れるキャリアに提供される。二つの分布ブラッグ反射器を実現する厚い積層体（１５、２５）を含む垂直共振型面発光レーザ１１において、活性層１７と上部コンタクト層２９との間に位置する第１部分２３ａ及び第２部分２３ｂを含む第２スペーサ領域２３は、活性層１７の近傍におけるドーパント分布が高速変調性能を制限することを避けることができる。
【００５７】
本実施例では、第２積層体２５と活性層１７との間隔は、第１軸Ａｘ１の方向に５ナノメートル以上であり、第２スペーサ領域２３は、第２積層体２５と活性層１７との間を埋める。この下限値は活性層で発生した光の活性層近傍への閉じ込めを十分大きくするためである。また、第２積層体２５と活性層１７との間隔は、第１軸Ａｘ１の方向に２０ナノメートル以下であり、第２スペーサ領域２３は、第２積層体２５と活性層１７との間を埋める。この上限値は第２積層体２５と活性層１７との間の導電性を十分確保し高速変調性能を得るためである。
【００５８】
また、垂直共振型面発光レーザ１１は、上部コンタクト層２９を更に備える。本実施例では、第２積層体２５は、上部コンタクト層２９を搭載する。垂直共振型面発光レーザ１１は、電流狭窄構造３１を更に備える。本実施例では、第２積層体２５は、電流狭窄構造３１をその内部に含む。電流狭窄構造３１は、具体的には、電流アパーチャ領域３１ａ及び電流ブロック領域３１ｂを含む。電流ブロック領域３１ｂが電流アパーチャ領域３１ａを囲んで、第２積層体２５を流れるキャリアは、電流ブロック領域３１ｂを流れることなく電流アパーチャ領域３１ａを流れる。電流アパーチャ領域３１ａは、ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体を備え、電流ブロック領域３１ｂは、ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体の構成元素の酸化物を備える。
【００５９】
本実施例では、第１スペーサ領域１３の第２部分１３ｂは、活性層１７の最外の井戸層１７ａから第１部分１３ａに到達するように設けられる。また、第２スペーサ領域２３の第２部分２３ｂは、活性層１７の最外の井戸層１７ａから第１部分２３ａに到達するように設けられる。
【００６０】
活性層１７は、第１積層体１５と第２積層体２５との間に設けられ、垂直共振型面発光レーザ１１の光共振器は、第１積層体１５及び第２積層体２５を含む。
【００６１】
垂直共振型面発光レーザ１１は、基板２７を更に備えることができる。第１スペーサ領域１３及び第１積層体１５は、基板２７と活性層１７との間に設けられる。基板２７は、例えばＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＳｂ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＡｌＳｂ、又はＡｌＡｓを含む。
【００６２】
垂直共振型面発光レーザ１１は、ポスト構造３３を有する。ポスト構造３３は、基板２７の第１領域２７ａ上に設けられ、第１積層体１５の下部積層部１５ｄ及び下部コンタクト層２１の下部分は、基板２７の第２領域２７ｂ上に設けられる。第２領域２７ｂは第１領域２７ａを囲む。ポスト構造３３は、上面３３ａ及び側面３３ｂを有する。本実施例では、ポスト構造３３は、上部コンタクト層２９、第２積層体２５、第２スペーサ領域２３、活性層１７、第１スペーサ領域１３、第１積層体１５の上部積層部１５ｕ、及び下部コンタクト層２１の上部分を含む。
【００６３】
垂直共振型面発光レーザ１１は、絶縁性保護膜３５、上部電極３７、及び下部電極３９を含む。絶縁性保護膜３５は、ポスト構造３３の上面３３ａ及び側面３３ｂ、並びに下部コンタクト層２１の下部分の表面を覆う。上部電極３７及び下部電極３９は、それぞれ、上部コンタクト層２９及び下部コンタクト層２１に接続される。絶縁性保護膜３５は、ポスト構造３３の上面３３ａに位置する第１開口３５ａ、及び基板２７の第２領域２７ｂ上に位置する第２開口３５ｂを有する。上部電極３７及び下部電極３９は、それぞれ、第１開口３５ａ及び第２開口３５ｂを介して、上部コンタクト層２９及び下部コンタクト層２１に接触を成す。
【００６４】
垂直共振型面発光レーザ１１の一例。
基板２７：（１００）面のＧａＡｓ半導体基板。
下部コンタクト層２１：ｎ型ＧａＡｓ、厚さ１００〜８００ｎｍ。
第１積層体１５。
上部積層部１５ｕ：ｎ型ＧａＡｓ／ｎ型ＡｌＧａＡｓ超格子。
ｎ型ＧａＡｓ：厚さ４０〜９０ｎｍ。
ｎ型ＡｌＧａＡｓ：厚さ４０〜９０ｎｍ。
超格子構造の厚さ：４００〜５４００ｎｍ。
積層数：５〜３０。
下部積層部１５ｄ：ｉ型ＧａＡｓ／ｉ型ＡｌＧａＡｓ超格子。
ｉ型ＧａＡｓ：厚さ４０〜９０ｎｍ。
ｉ型ＡｌＧａＡｓ：厚さ４０〜９０ｎｍ。
超格子構造の厚さ：１６００〜５２００ｎｍ。
積層数：２０〜４０。
第１スペーサ領域１３：ＡｌＧａＡｓ、厚さ５〜２０ｎｍ。
活性層１７：ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ量子井戸構造、ＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ量子井戸構造、又はＡｌＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ量子井戸構造。
量子井戸構造の厚さ：１０〜８０ｎｍ。
第２スペーサ領域２３：ＡｌＧａＡｓ、厚さ５〜２０ｎｍ。
第２積層体２５：ｐ型ＧａＡｓ／ｐ型ＡｌＧａＡｓ超格子。
積層数：５〜３０。
ｐ型ＧａＡｓ：厚さ４０〜９０ｎｍ。
ｐ型ＡｌＧａＡｓ：厚さ４０〜９０ｎｍ。
超格子構造の厚さ：４００〜５４００ｎｍ。
電流狭窄構造３１。
電流アパーチャ領域３１ａ：ＡｌＧａＡｓ、厚さ１０〜５０ｎｍ、Ａｌ組成０．９〜０．９６。
電流ブロック領域３１ｂ：ＩＩＩ族構成元素の酸化物、具体的にはアルミニウム酸化物及びガリウム酸化物。
上部コンタクト層２９：ｐ型ＧａＡｓ又はｐ型ＡｌＧａＡｓ、厚さ１００〜３００ｎｍ。
絶縁性保護膜３５：シリコン系無機絶縁膜、例えばシリコン酸化物、又はシリコン酸窒化膜。
上部電極３７：ＡｕＧｅＮｉ。
下部電極３９：ＡｕＧｅＮｉ。
【００６５】
図１においては、符合「ＣＡＬ」は、第１スペーサ領域１３のアルミニウム組成０．３５のレベルを示す。また、符合「Ｃ１」は、例えば１×１０１７ｃｍ−３のドーパントレベルを示す。実質的に単一組成の第１スペーサ領域１３では、ドーパントプロファイルＰＤは、第１スペーサ領域１３において単調に減少する部分を有する。具体的には、ドーパントプロファイルＰＤによって表されるドーパント濃度は、例えば第１スペーサ領域１３の第１部分１３ａにおいて第１積層体１５と第１スペーサ領域１３との境界における値から単調に減少すると共に第２部分１３ｂにおいて１×１０１７ｃｍ−３未満のドーパント濃度に到達することがある。
【００６６】
図２〜図６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模式的に示す図面である。図２〜図５の各々は、一素子区画のエリアを示す。図５は、図６に示されたＶ−Ｖ線に沿って取られた断面を示す。図２〜図５は、図６に示された断面線における工程を模式的に示す。図２〜図６を参照しながら、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を説明する。引き続く説明において、理解を容易にするために、図１に示された参照符合を用いる。
【００６７】
結晶成長のために基板２７を準備する。準備した基板２７を成長炉１０ａに配置する。図２の（ａ）部に示されるように、工程Ｓ１０１では、基板２７上に半導体積層５１を成長する。半導体積層５１は、基板２７の主面２７ｃ上に成長される。この成長は、例えば有機金属気相成長法及び／又は分子線エピタキシー法によって行われる。
【００６８】
具体的には、半導体積層５１は、第１分布ブラッグ反射器のための第１半導体積層５１ａ、第１スペーサ領域のための第１半導体層５１ｂ、活性層のための第３半導体積層５１ｃ、第２スペーサ領域のための第２半導体層５１ｄ、第２分布ブラッグ反射器のための第２半導体積層体５１ｅ、及び上部コンタクト層２９のための第３半導体層５１ｆを含む。結晶成長により、基板２７の主面２７ｃ上に、第１半導体積層５１ａ、第１半導体層５１ｂ、第３半導体積層５１ｃ、第２半導体層５１ｄ、第２半導体積層体５１ｅ、及び第３半導体層５１ｆが順に成長される。活性層のための第３半導体積層５１ｃは、摂氏６００度の温度で成長され、第１分布ブラッグ反射器のための第１半導体積層５１ａ、第１スペーサ領域のための第１半導体層５１ｂ、第２スペーサ領域のための第２半導体層５１ｄ、第２分布ブラッグ反射器のための第２半導体積層体５１ｅ、及びコンタクト層のための第３半導体層５１ｆは、摂氏７００度の温度で成長される。
【００６９】
第１半導体積層５１ａは、第１積層体１５の下部積層部１５ｄ、下部コンタクト層２１及び第１積層体１５の上部積層部１５ｕのための半導体層を含み、第２半導体積層体５１ｅは、第２積層体２５及び電流狭窄構造のための半導体層５１ｇを含む。下部コンタクト層２１及び第１積層体１５の上部積層部１５ｕのための半導体層は、例えばｎ型ドーパントを供給しながら成長され、第２積層体２５及び上部コンタクト層２９のための半導体層は、例えばｐ型ドーパントを供給しながら成長される。第１積層体１５の下部積層部１５ｄ、第１半導体層５１ｂ、活性層のための第３半導体積層５１ｃ、及び第２半導体層５１ｄは、ｎ型ドーパント及びｐ型ドーパントを供給することなく、アンドープ半導体として成長される。
【００７０】
エピタキシャル基板ＥＰでは、第１スペーサ領域のための第１半導体層５１ｂ及び第２スペーサ領域のための第２半導体層５１ｄは、図２の（ｂ）部に示されるようなアルミニウムプロファイルを有する。
【００７１】
エピタキシャル基板ＥＰは、図２の（ｃ）部に示されるようなｐ型及びｎ型ドーパントプロファイルを有する。スペーサ領域のための第１半導体層５１ｂ及び第２半導体層５１ｄは、熱拡散により供給されたドーパントを含む。しかし、活性層のための第３半導体積層５１ｃは実質的にアンドープに保たれている。この工程により、第１スペーサ領域１３における第１部分１３ａ及び第２部分１３ｂが形成される。必要な場合には、所望の電気的特性を得るために、エピ成長無しの熱処理を行うことができる（例えば、摂氏６００度で、処理時間９０分または１０５分）。
【００７２】
エピタキシャル基板ＥＰの加工から、半導体ポストを有する基板生産物を形成する。図３に示されるように、工程Ｓ１０２では、改質されたエピタキシャル基板ＥＰ上にマスクＭ１を形成する。マスクＭ１は、例えばシリコン系無機絶縁膜にフォトリソグラフィ及びエッチングを適用して作製される。マスクＭ１は、垂直共振型面発光レーザ１１のポストを規定するパターンを有する。
【００７３】
マスクＭ１を形成した後に、エピタキシャル基板ＥＰをエッチング装置１０ｃに配置する。マスクＭ１を用いて半導体積層５１をエッチングにより加工して、半導体ポスト５３を有する第１基板生産物ＳＰ１を形成する。第１基板生産物ＳＰ１の半導体ポスト５３は、下部コンタクト層２１のための半導体層内に位置する下端を有する。第１積層体１５の上部積層部１５ｕのための第１半導体積層５１ａはエッチングされて、半導体ポスト５３内に形成される一方で、第１積層体１５の下部積層部１５ｄのための第１半導体積層５１ａはエッチングされない。半導体ポスト５３は、基板２７の第１領域２７ａ上に設けられ、第１積層体１５の下部積層部１５ｄのための第１半導体積層５１ａ及び下部コンタクト層２１の下部分は、基板２７の第２領域２７ｂ上に設けられる。
【００７４】
エッチング工程は、ドライエッチング及び／又はウエットエッチングを用いることができる。
【００７５】
エッチングの後に、マスクＭ１を除去する。半導体ポスト５３は、エッチングされた第１半導体積層５１ａの一部、エッチングされた第１半導体層５１ｂ、エッチングされた第３半導体積層５１ｃ、エッチングされた第２半導体層５１ｄ、エッチングされた第２半導体積層体５１ｅ、及びエッチングされた第３半導体層５１ｆを含む。半導体ポスト５３の中央部分は、電流狭窄構造のための半導体層５１ｇを除いて、垂直共振型面発光レーザ１１のポスト構造３３内の半導体と実質的に同じ層構造を有する。理解を容易にするために、引き続く説明においては、可能な場合は、図１に付された参照符合を用いる。具体的には、半導体ポスト５３は、下部コンタクト層２１の上部分、第１積層体１５の上部積層部１５ｕ、第１スペーサ領域１３、活性層１７、第２スペーサ領域２３、第２積層体２５、及び上部コンタクト層２９を備える。第２積層体２５は、電流狭窄構造のための半導体層５１ｇを含む。
【００７６】
マスクＭ１を除去した後に、第１基板生産物ＳＰ１の半導体ポスト５３に電流狭窄構造を形成する。図４に示されるように、工程Ｓ１０３では、第１基板生産物ＳＰ１を酸化炉１０ｄに配置すると共に、酸化炉１０ｄに酸化雰囲気を形成する。酸化雰囲気に半導体ポスト５３を曝して、第２基板生産物ＳＰ２を形成する。第２基板生産物ＳＰ２は、ポスト５５を含み、ポスト５５は電流狭窄構造５７（３１）を有する。本実施例では、酸化雰囲気は、高温のスチーム（例えば、摂氏４００度）を含む。高温のスチーム中において、構成元素にＡｌを含む半導体層は、半導体ポスト５３の側面からＡｌ組成に応じて酸化されていき、特にＡｌ組成の高い半導体層５１ｇ、具体的にはＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成０．９〜０．９６、厚さ１０〜５０ｎｍ）が半導体ポストのうち最も酸化されやすい。電流狭窄構造５７（３１）は、ポスト５５の内部の電流アパーチャ５７ａ（３１ａ）と、ポスト５５の内部の外側に位置する電流ブロック５７ｂ（３１ｂ）とを含む。電流ブロック５７ｂは、ポスト５５の側面に沿って延在して、電流アパーチャ５７ａ（３１ａ）を囲む。電流アパーチャ５７ａ（３１ａ）は、元の半導体、具体的にはＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成０．９〜０．９６）からなり、電流ブロック５７ｂは、元の半導体の酸化物、具体的にはＡｌ酸化物及びＧａ酸化物からなる。電流狭窄構造５７（３１）を形成した後に、第２基板生産物ＳＰ２を酸化炉１０ｄから取り出す。
【００７７】
ポスト５５は、下部コンタクト層２１の上部分、第１積層体１５の上部積層部１５ｕ、第１スペーサ領域１３、活性層１７、第２スペーサ領域２３、第２積層体２５、及び上部コンタクト層２９を備える。第２積層体２５は、電流狭窄構造３１（５７）を含む。第１スペーサ領域１３の第１部分１３ａ及び第２部分１３ｂにおけるドーパント濃度は、エピ成長により形成されたプロファイルを維持する。
【００７８】
電流狭窄構造３１を形成した後に、第２基板生産物ＳＰ２上に電極及びパッシベーション膜を形成する。図５及び図６に示されるように、工程Ｓ１０４では、基板２７の第１領域２７ａ上のポスト５５の上面及び側面上、並びに基板２７の第２領域２７ｂ上の第１半導体積層５１ａ及び下部コンタクト層２１の下部分上にパッシベーション膜５９のための絶縁膜を気相成長法で形成する。パッシベーション膜５９は、例えばＳｉＮを含むことができる。パッシベーション膜５９は、第１領域２７ａ上のポスト５５の上面に位置する第１開口５９ａ、及び第２領域２７ｂ上の第１半導体積層５１ａ及び下部コンタクト層２１の下部分の上面上に位置する第２開口５９ｂを有する。
【００７９】
パッシベーション膜５９を形成した後に、フォトリソグラフィ及び気相成長により第１電極６１ａ及び第２電極６１ｂを形成する。第１電極６１ａ及び第２電極６１ｂは、それぞれ、パッシベーション膜５９の第１開口５９ａ及び第２開口５９ｂを通して上部コンタクト層２９及び下部コンタクト層２１に接触を成す。
【００８０】
図２〜図６に示された工程により作製された生産物をダイシングにより分割して、垂直共振型面発光レーザ１１の半導体チップを得る。
【００８１】
上記の作製方法による垂直共振型面発光レーザ１１によれば、活性層１７と第１積層体１５との間に設けられた第１スペーサ領域１３が、第１部分１３ａ及び第２部分１３ｂを含む。第１スペーサ領域１３において、第１部分１３ａは、第１積層体１５から第２部分１３ｂに到達するように設けられ、第２部分１３ｂは、活性層１７から第１部分１３ａに到達するように設けられる。第１部分１３ａの第１ドーパントの濃度は、１×１０１７ｃｍ−３以上であり、また、第２部分１３ｂは、第１ドーパントが存在する場合には、１×１０１７ｃｍ−３未満の濃度を有する。活性層１７と第１部分１３ａとの間に位置する第２部分１３ｂを含む第１スペーサ領域１３によれば、ドーパントが製造中の拡散により第１積層体１５から活性層１７に到達することを妨げて、活性層１７におけるドーパントを非常に低く、例えば検出下限より小さくできる。第２部分１３ｂの低いドーパント濃度によれば、拡散したドーパントに起因する非発光中心の生成は、活性層１７において実質的に生じない。また、第１積層体１５から第１スペーサ領域１３の第２部分１３ｂへの経路における第１部分１３ａ（第２部分１３ｂより高いドーパント濃度の第１部分１３ａ）を第１積層体１５から活性層１７に流れるキャリアに提供できる。
【００８２】
（実施例）
図７は、光通信用の面発光レーザにおける第１積層体１５、第１スペーサ領域１３及び活性層１７におけるｎ型ドーパントプロファイルを示す。横軸は、第１軸Ａｘ１の方向上の座標を示し、縦軸は、ｎ型（シリコン）ドーパント濃度を示す。図７において、ドーパント濃度の表記、例えば「１．Ｅ＋１８」は１×１０１８を表す。デバイスＤ１、Ｄ２、Ｄ３は、スペーサ領域のアルミニウム組成を除いて他は同じエピ構造のエピタキシャル基板を用いて作製された垂直共振型面発光レーザである。第１スペーサ領域１３の厚さが２０ｎｍであり、第１積層体１５のｎ型ドーパント濃度が１×１０１８ｃｍ−３以上である。また、デバイスＤ１、Ｄ２、Ｄ３は、図７に示されるｎ型ドーパントプロファイルを有する。
【００８３】
具体的には、第１スペーサ領域１３のためのＡｌＧａＡｓのアルミニウム組成は、第１積層体１５からのｎ型ドーパントに関して、エピ成長時におけるｎ型ドーパントガスの供給シーケンスによって規定される設計上のｎ型ドーパントプロファイルと、実際のｎ型ドーパントプロファイルとの違いを小さくできる。具体的には、大きなアルミニウム組成は、ｎ型ドーパントの拡散を抑制するように働く。
【００８４】
第１スペーサ領域１３の厚さ（５〜１５ｎｍ）及びアルミニウム組成（０．３０〜０．４０）を有する垂直共振型面発光レーザに、高温（例えば摂氏１００度）で定電流を流して、発光強度を測定して、その変動を測定する。
ＡｌＧａＡｓの厚さ、アルミニウム組成、達成レベル。
１５ナノメートル、０．３０、第１レベル達成（０．３以上のＡｌ組成及び１５ｎｍ以上のスペーサ領域厚）。
１５ナノメートル、０．３５、第２レベル達成（０．３５以上のＡｌ組成及び１５ｎｍ以上のスペーサ領域厚）。
１５ナノメートル、０．４０、第２レベル達成（０．４以上のＡｌ組成及び１５ｎｍ以上のスペーサ領域厚）。
１０ナノメートル、０．３０、第１レベル未達。
１０ナノメートル、０．３５、第２レベル達成（０．３５以上のＡｌ組成及び１０ｎｍ以上のスペーサ領域厚）。
１０ナノメートル、０．４０、第２レベル達成（０．４以上のＡｌ組成及び１０ｎｍ以上のスペーサ領域厚）。
５ナノメートル、０．３０、第１レベル未達。
５ナノメートル、０．３５、第１レベル達成（０．３５以上のＡｌ組成及び５ｎｍ以上のスペーサ領域厚）。
５ナノメートル、０．４０、第１レベル達成（０．４以上のＡｌ組成及び５ｎｍ以上のスペーサ領域厚）。
試験デバイスが発光強度が所定のレベルに低下する時間において、第２レベルは、第１レベルより長い。
【００８５】
本実施例では、第１積層体１５と活性層１７との間隔は、第１軸Ａｘ１の方向に５、１０、１５ナノメートルであり、第１スペーサ領域１３は、第１積層体１５と活性層１７との間を埋める。間隔が小さすぎると、ドーパントが製造中に拡散して活性層に届く。第１積層体１５と活性層１７との間隔は、第１軸Ａｘ１の方向に２０ナノメートル以下であり、第１スペーサ領域１３は、第１積層体１５と活性層１７との間を埋める。間隔が大きすぎると、下部コンタクト層と活性層との間の導電性が低く（抵抗が高く）なる。
【００８６】
発明者の実験によれば、ｐ型（亜鉛（Ｚｎ）、ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、及び炭素（Ｃ））ドーパントを含むスペーサ領域においても、第１スペーサ領域１３と同様の知見が得られる。
【００８７】
本実施形態によれば、経時的な発光特性の変動を低減できると共にデバイスの直列抵抗の上昇を小さくできる垂直共振型面発光レーザ及びそのデバイスを作製する方法を提供できる。
【００８８】
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】
【００８９】
以上説明したように、本実施形態によれば、経時的な発光特性の変動を低減できる垂直共振型面発光レーザが提供される。
【符号の説明】
【００９０】
１１…垂直共振型面発光レーザ、１３…第１スペーサ領域、１３ａ…第１部分、１３ｂ…第２部分、１５…第１積層体、１５ａ…第１半導体層、１５ｂ…第２半導体層、１７…活性層。
【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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