(57)【要約】【課題】光モードの制御を可能にする構造を有する面発光半導体レーザを提供する。【解決手段】面発光半導体レーザは、分布反射器のための半導体積層と、基板から半導体積層への第１方向に延在する側面及び上面を有するポストとを備え、ポストの複合構造は、酸化物部分及び半導体部分を含み、ポストは、第１方向に延在する外周部、第１部分、第２部分、第３部分、第４部分を含み、酸化物部分は、第２部分及び第４部分に位置し、半導体部分は、ポストの第１部分及び第３部分に位置し、ポストの第１レベル部、第２レベル部、第３レベル部及び第４レベル部は、第１方向に順に配列され、外周部は、第１水素濃度を有する第１領域を含み、第１領域は、第２レベル部、第３レベル部及び第４レベル部にわたって設けられ、第２レベル部は、第２水素濃度を有する第２領域を含み、第１水素濃度及び第２水素濃度は、第１部分の水素濃度より大きい。【選択図】図１
2018160650.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直共振型の面発光半導体レーザであって、
基板の主面上に設けられ分布反射器のための半導体積層と、
前記基板から前記半導体積層への第１方向に延在する側面及び上面を有するポストと、
を備え、
前記半導体積層は、前記基板と前記ポストとの間に設けられ、
前記ポストは、上側半導体部と、複合構造と、下側半導体部とを含み、前記下側半導体部は活性層を有し、
前記複合構造は、前記ポストの側面に沿って延在する酸化物部分と、前記酸化物部分によって囲まれた半導体部分とを含み、
前記ポストは、前記ポストの前記側面に沿って前記第１方向に延在する外周部と、前記ポストの前記側面から離れて前記第１方向に延在する第１部分と、前記ポストの前記外周部に沿って前記第１方向に延在する第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間において前記第１部分に沿って前記第１方向に延在する第３部分と、前記第２部分と前記第３部分との間において前記第２部分に沿って前記第１方向に延在する第４部分とを含み、
前記酸化物部分は、前記ポストの前記第２部分及び前記第４部分に位置し、前記半導体部分は、前記ポストの前記第１部分及び前記第３部分に位置し、
前記ポストは、第１レベル部、第２レベル部、第３レベル部及び第４レベル部を含み、前記第１レベル部、前記第２レベル部、前記第３レベル部及び前記第４レベル部は、前記第１方向に順に配列され、
前記活性層は、前記第１レベル部に位置し、前記複合構造は、前記第２レベル部に位置し、
前記外周部は、第１水素濃度を有する第１領域を含み、前記第１領域は、前記第２レベル部、前記第３レベル部及び前記第４レベル部にわたって設けられ、
前記第２レベル部は、第２水素濃度を有する第２領域を含み、
前記第１水素濃度及び前記第２水素濃度は、前記第１部分の水素濃度より大きく、
前記第２領域の厚さは前記第２部分において前記複合構造の前記酸化物部分の厚さより大きい、面発光半導体レーザ。
【請求項２】
前記第２部分、前記第３部分及び前記第４部分は、前記第２レベル部において前記第２領域を含む、請求項１に記載された面発光半導体レーザ。
【請求項３】
前記第２部分は、前記第２レベル部において前記第２領域を含み、
前記第２領域の前記第２水素濃度は、前記第１部分及び前記第３部分の水素濃度より大きい、請求項１に記載された面発光半導体レーザ。
【請求項４】
前記第３レベル部は、前記第１部分の前記水素濃度より高い第３水素濃度の第３領域を含み、前記第２部分は前記第３領域を含み、前記第３領域は前記第２領域に繋がる、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された面発光半導体レーザ。
【請求項５】
前記第３領域の内端は、前記第２領域の内端に比べて前記第１部分から前記第２部分への方向に関して後退して設けられる、請求項４に記載された面発光半導体レーザ。
【請求項６】
前記酸化物部分は、アルミニウム酸化物を含む、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載された面発光半導体レーザ。
【請求項７】
前記ポストの上面に接触を成す電極を更に備え、
前記電極は、前記第１部分及び前記第３部分上に位置する開口を有する、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載された面発光半導体レーザ。
【請求項８】
前記第１水素濃度は、５×１０２０ｃｍ−３以下であって、１×１０１８ｃｍ−３以上である、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載された面発光半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面発光半導体レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１は、垂直共振型面発光レーザを開示する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】A.  Haglund  et  al.,”Single  Fundamental  Mode  Output  Power  Exceeding  6  mW  From  VCSELs  With  a  Shallow  Surface  Relief,”  IEEE  Photonics  Technology  Letters,  vol.16,  no.2,  pp.368-370,  2004.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
垂直共振型の面発光半導体レーザのレーザ発振において、基本モード及び高次モードの光モード制御が求められている。発明者の知見によれば、光モード制御は、面発光半導体レーザのポスト内において電流分布に関連している。しかし、ポスト内における電流分布の制御の手法は、明らかではない。
【０００５】
本発明の一側面は、このような背景に基づき為されたものであり、光モードの制御を可能にする構造を有する面発光半導体レーザを提供することにある。
【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の面発光半導体レーザは、基板の主面上に設けられ分布反射器のための半導体積層と、前記基板から前記半導体積層への第１方向に延在する側面及び上面を有するポストと、を備え、前記半導体積層は、前記基板と前記ポストとの間に設けられ、前記ポストは、上側半導体部と、複合構造と、下側半導体部とを含み、前記下側半導体部は活性層を有し、前記複合構造は、前記ポストの側面に沿って延在する酸化物部分と、前記酸化物部分によって囲まれた半導体部分とを含み、前記ポストは、前記ポストの前記側面に沿って前記第１方向に延在する外周部と、前記ポストの前記側面から離れて前記第１方向に延在する第１部分と、前記ポストの前記外周部に沿って前記第１方向に延在する第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間において前記第１部分に沿って前記第１方向に延在する第３部分と、前記第２部分と前記第３部分との間において前記第２部分に沿って前記第１方向に延在する第４部分とを含み、前記酸化物部分は、前記ポストの前記第２部分及び前記第４部分に位置し、前記半導体部分は、前記ポストの前記第１部分及び前記第３部分に位置し、前記ポストは、第１レベル部、第２レベル部、第３レベル部及び第４レベル部を含み、前記第１レベル部、前記第２レベル部、前記第３レベル部及び前記第４レベル部は、前記第１方向に順に配列され、前記活性層は、前記第１レベル部に位置し、前記複合構造は、前記第２レベル部に位置し、前記外周部は、第１水素濃度を有する第１領域を含み、前記第１領域は、前記第２レベル部、前記第３レベル部及び前記第４レベル部にわたって設けられ、前記第２レベル部は、第２水素濃度を有する第２領域を含み、前記第１水素濃度及び前記第２水素濃度は、前記第１部分の水素濃度より大きく、前記第２領域の厚さは前記第２部分において前記複合構造の前記酸化物部分の厚さより大きい。
【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、本発明の一側面によれば、光モードの制御を可能にする構造を有する面発光半導体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の面発光半導体レーザを模式的に示す図面である。
【図２】図２は、図１に示された面発光半導体レーザにおける高比抵抗領域の構造を示す図面である。
【図３】図３は、図１に示された面発光半導体レーザにおける高比抵抗領域の構造を示す図面である。
【図４】図４は、図１に示された面発光半導体レーザにおける高比抵抗領域の構造を示す図面である。
【図５】図５は、図１に示された面発光半導体レーザにおける高比抵抗領域の構造を示す図面である。
【図６】図６は、外周部に高比抵抗領域を有する面発光半導体レーザＣを概略的に示す図面である。
【図７】図７は、実施例１及び実験例の素子構造における電流分布の計算値及び発光パターンの測定結果を示す図面である。
【図８】図８は、実施例１~４に係る素子構造における電流分布の計算値を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
引き続き、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の面発光半導体レーザは、（ａ）基板の主面上に設けられ分布反射器のための半導体積層と、（ｂ）前記基板から前記半導体積層への第１方向に延在する側面及び上面を有するポストと、を備え、前記半導体積層は、前記基板と前記ポストとの間に設けられ、前記ポストは、上側半導体部と、複合構造と、下側半導体部とを含み、前記下側半導体部は活性層を有し、前記複合構造は、前記ポストの側面に沿って延在する酸化物部分と、前記酸化物部分によって囲まれた半導体部分とを含み、前記ポストは、前記ポストの前記側面に沿って前記第１方向に延在する外周部と、前記ポストの前記側面から離れて前記第１方向に延在する第１部分と、前記ポストの前記外周部に沿って前記第１方向に延在する第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間において前記第１部分に沿って前記第１方向に延在する第３部分と、前記第２部分と前記第３部分との間において前記第２部分に沿って前記第１方向に延在する第４部分とを含み、前記酸化物部分は、前記ポストの前記第２部分及び前記第４部分に位置し、前記半導体部分は、前記ポストの前記第１部分及び前記第３部分に位置し、前記ポストは、第１レベル部、第２レベル部、第３レベル部及び第４レベル部を含み、前記第１レベル部、前記第２レベル部、前記第３レベル部及び前記第４レベル部は、前記第１方向に順に配列され、前記活性層は、前記第１レベル部に位置し、前記複合構造は、前記第２レベル部に位置し、前記外周部は、第１水素濃度を有する第１領域を含み、前記第１領域は、前記第２レベル部、前記第３レベル部及び前記第４レベル部にわたって設けられ、前記第２レベル部は、第２水素濃度を有する第２領域を含み、前記第１水素濃度及び前記第２水素濃度は、前記第１部分の水素濃度より大きく、前記第２領域の厚さは前記第２部分において前記複合構造の前記酸化物部分の厚さより大きい。
【００１２】
面発光半導体レーザによれば、ポストの外周部は、第１部分の水素濃度より高い第１水素濃度の第１領域を含み、第２レベル部は、第１部分の水素濃度より高い第２水素濃度の第２領域を含む。第１領域及び第２領域における高い水素濃度は、例えばプロトンのイオン注入法により実現される。第１領域及び第２領域は、それらの高い濃度の水素に起因してポストの第１部分より高い比抵抗を有する。第２領域が、第２レベル部において第１領域の内側に位置すると共に、第２領域の厚さは第２部分において複合構造の酸化物部分の厚さより大きい。厚い第２領域は、複合構造の半導体部分へ向かうキャリア流を第２レベル部及び第３レベル部においてガイドできる。第１領域及び第２領域の形状によって、活性層におけるキャリア分布が調整される。基本モードの利得及び高次モードの利得は、活性層におけるキャリア分布に依存する。例えば、電流の広がりにおける中央部分は基本モードの利得に寄与し、電流の広がりにおける中央部分の外側部分は高次モードの利得に寄与する。
【００１３】
具体例に係る面発光半導体レーザでは、前記第２部分、前記第３部分及び前記第４部分は、前記第２レベル部において前記第２領域を含む。
【００１４】
面発光半導体レーザによれば、第２部分、第３部分及び第４部分が、第２領域を含み、この第２領域が、ポストの第４レベル部から活性層へのキャリア流が通過する電流閉込アパ−チャーを規定する。第１領域及び第２領域は、それらの高い水素濃度に起因してポストの第１部分より高い比抵抗を有する。第２領域は、第２部分から第４部分を経由して第３部分に到達して、第２レベル部の複合構造の酸化物部分を内包する。第２領域及び酸化物部分は、高比抵抗の領域を形成する。この高比抵抗領域は、複合構造の半導体部分へ向かうキャリア流を第２レベル部及び第３レベル部においてガイドできる。第２部分、第３部分及び第４部分における第２領域の形状に応じて、活性層におけるキャリア分布が調整される。活性層におけるキャリア分布は、基本モード及び高次モードへの利得の分配に関連している。
【００１５】
具体例に係る面発光半導体レーザでは、前記第２部分は、前記第２レベル部において前記第２領域を含み、前記第２領域の前記第２水素濃度は、前記第３部分の水素濃度より大きい。
【００１６】
面発光半導体レーザによれば、第２レベル部において、第１部分及び第３部分の水素濃度は、第２領域の第２水素濃度に比べて小さい。第２部分が第２領域を含むと共に、第３部分は第２領域を含まない。複合構造の半導体部分及び酸化物部分が、第４レベル部から活性層へのキャリア流が通過する電流閉込アパ−チャーを規定する。酸化物部分及び第２領域は、高比抵抗の領域を形成する。この高比抵抗領域は、電流閉込アパ−チャーへ向かうキャリア流を第２レベル部及び第３レベルにおいてガイドできる。酸化物部分及び第２領域の形状に応じて、活性層におけるキャリア分布が規定される。活性層におけるキャリア分布は、基本モード及び高次モードへの利得の分配に関連している。
【００１７】
具体例に係る面発光半導体レーザでは、前記第３レベル部は、前記第１部分の前記水素濃度より高い第３水素濃度の第３領域を含み、前記第２部分は前記第３領域を含み、前記第３領域は前記第２領域に繋がる。
【００１８】
面発光半導体レーザによれば、ポストの第３レベル部は、第１部分の水素濃度より高い第３水素濃度の第３領域を含む。第３領域における高い水素濃度は、例えばイオン注入法により実現される。第２領域及び第３領域は、それらの高い水素濃度に起因してポストの第１部分より高い比抵抗を有する。第３レベル部は第２部分において第３領域を位置する。また、第３領域は、第２レベル部に位置する第２領域に繋がって、第２レベル部から第３レベル部にわたる高比抵抗の領域を第２部分に形成する。高比抵抗領域は、複合構造の半導体部分から離れた第３レベル部及び第４レベル部において、複合構造の半導体部分へ向かうキャリア流をガイドできる。第２領域及び第３領域の形状により、活性層におけるキャリア分布が調整される。高比抵抗領域は、活性層におけるキャリア分布の調整を介して、基本モード及び高次モードへの利得の割り振りを可能にする。
【００１９】
具体例に係る面発光半導体レーザでは、前記第３領域の内端は、前記第２領域の内端に比べて前記第１部分から前記第２部分への方向に関して後退して設けられる。
【００２０】
面発光半導体レーザによれば、第１領域と第３領域との段差、第３領域と第２領域との段差、及び第２領域の縁の段差によって、キャリアの経路を規定できる。
【００２１】
具体例に係る面発光半導体レーザでは、前記酸化物部分は、アルミニウム酸化物を含む。
【００２２】
面発光半導体レーザによれば、アルミニウム酸化物は高い絶縁性を有する。
【００２３】
具体例に係る面発光半導体レーザは、前記ポストの上面に接触を成す電極を更に備え、前記電極は、前記第１部分及び前記第３部分上に位置する開口を有する。
【００２４】
面発光半導体レーザによれば、開口を有する電極は、ポスト上面の中心付近ではなく周辺部分からキャリアを提供する。該キャリアは、第１部分の水素濃度より大きな濃度の水素を含む領域によって規定される経路を流れる。
【００２５】
具体例に係る面発光半導体レーザでは、前記第１水素濃度は、５×１０２０ｃｍ−３以下であって、１×１０１８ｃｍ−３以上である。
【００２６】
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。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００２７】
図１は、本実施形態に係る垂直共振型の面発光半導体レーザを模式的に示す図面である。面発光半導体レーザ１１は、基板１３、分布反射器のための半導体積層１５、及びポスト１７を含む。基板１３は主面１３ａ及び裏面１３ｂを有する。半導体積層１５は、基板１３の主面１３ａ上に設けられる。ポスト１７は、側面１７ａ及び上面１７ｂを有する。ポスト１７の側面１７ａは、半導体積層１５からポスト１７への第１軸Ａｘ１の方向に延在し、上面１７ｂは第１軸Ａｘ１の方向に交差する方向に延在する。半導体積層１５は、基板１３とポスト１７との間に設けられる。ポスト１７は、上側半導体部１９ａ及び下側半導体部１９ｂと、複合構造２１とを含む。下側半導体部１９ｃは活性層２３を含み、活性層２３は、例えば量子井戸構造を構成するように配列された井戸層２３ａ及び障壁層２３ｂを有する。複合構造２１は、酸化物部分２１ａ及び半導体部分２１ｂを含み、酸化物部分２１ａは、ポスト１７の側面１７ａに沿って延在して、酸化物部分２１ａの上面から下面に貫通する開口を有する。この開口は、半導体部分２１ｂを受け入れて、半導体部分２１ｂは、酸化物部分２１ａによって囲まれる。半導体部分２１ｂの径は、５マイクロメートル以上であることができる。酸化物部分２１ａは、アルミニウム酸化物を含む。アルミニウム酸化物は、半導体部分２１ｂに比べて高い絶縁性を有する。
【００２８】
ポスト１７は、外周部２５ａ、第１部分２５ｂ、第２部分２５ｃ、第３部分２５ｄ、及び第４部分２５ｅを含み、外周部２５ａ、第１部分２５ｂ、第２部分２５ｃ、第３部分２５ｄ、及び第４部分２５ｅは、第１軸Ａｘ１の方向に延在する。ポスト１７は、ポスト１７の側面１７ａに沿って閉じた筒状の外周部２５ａとポスト１７の側面１７ａから離れて第１軸Ａｘ１の方向に延在する柱状の第１部分２５ｂと、ポスト１７の外周部２５ａに沿って第１軸Ａｘ１の方向に延在する閉じた筒状の第２部分２５ｃと、第１部分２５ｂと第２部分２５ｃとの間において第２部分２５ｃに沿って第１軸Ａｘ１の方向に延在する閉じる筒状の第３部分２５ｄと、第２部分２５ｃと第３部分２５ｄとの間において第１部分２５ｂに沿って第１軸Ａｘ１の方向に延在する閉じた筒状の第４部分２５ｅとを含む。
【００２９】
酸化物部分２１ａは、ポスト１７の第２部分２５ｃ及び第４部分２５ｅに位置し、半導体部分２１ｂは、ポスト１７の第１部分２５ｂ及び第３部分２５ｄに位置する。ポスト１７は、第１レベル部２７ａ、第２レベル部２７ｂ、第３レベル部２７ｃ及び第４レベル部２７ｄを含み、第１レベル部２７ａ、第２レベル部２７ｂ、第３レベル部２７ｃ及び第４レベル部２７ｄは、第１軸Ａｘ１の方向に順に配列される。活性層２３は第１レベル部２７ａに位置し、複合構造２１は第２レベル部２７ｂに位置する。
【００３０】
外周部２５ａは、第１水素濃度Ｃ１Ｈを有する第１領域２９ａを含む。第１領域２９ａは、第２レベル部２７ｂ、第３レベル部２７ｃ及び第４レベル部２７ｄにわたって設けられ、第２レベル部２７ｂは、第２水素濃度Ｃ２Ｈを有する第２領域２９ｂを含む。第２部分２５ｃは、第２領域２９ｂを含む。第２領域２９ｂは第１領域２９ａに繋がる。第１水素濃度Ｃ１Ｈ及び第２水素濃度Ｃ２Ｈは、第１部分２５ｂの水素濃度Ｃ０Ｈより高い。複合構造２１の酸化物部分２１ａの厚さＤ１は第２部分２５ｃにおいて第２領域２９ｂの厚さＤ２より小さい。
【００３１】
面発光半導体レーザ１１によれば、ポスト１７の外周部２５ａは、第１部分２５ｂの水素濃度Ｃ０Ｈより高い第１水素濃度Ｃ１Ｈの第１領域２９ａを含み、第２レベル部２７ｂは、水素濃度Ｃ０Ｈより高い第２水素濃度Ｃ２Ｈの第２領域２９ｂを含む。第１領域２９ａ及び第２領域２９ｂにおける高い水素濃度は、例えばイオン注入法により実現される。第１領域２９ａ及び第２領域２９ｂは、それらの高い濃度の水素に起因してポスト１７の第１部分２５ｂより高い比抵抗を有する。第２領域２９ｂが、第２レベル部２７ｂにおいて第２部分２５ｃ内の第１領域２９ａの内側に位置すると共に、第２領域２９ｂの厚さＤ２は第２部分２５ｃにおいて複合構造２１の酸化物部分２１ａの厚さＤ１より大きい。厚い第２領域２９ｂは、複合構造２１の半導体部分２１ｂへ向かうキャリア（電子又は正孔）の流れを第２レベル部２７ｂ及び第３レベル部２７ｃにおいてガイドできる。第１領域２９ａ及び第２領域２９ｂの形状に依存して、活性層２３におけるキャリア分布が調整される。基本モードの利得及び高次モードの利得は、活性層２３におけるキャリア分布に依存する。例えば、広がった電流における中央部分は基本モードの利得に寄与し、広がった電流における外側部分は高次モードの利得に寄与する。
【００３２】
第１部分２５ｂにおける水素濃度Ｃ０Ｈは、水素濃度Ｃ０Ｈは、例えば１×１０１６から７×１０１７ｃｍ−３の範囲にあることができる。この水素濃度は、例えば有機金属気相成長法によって成長された半導体に含まれる成長されたままの水素濃度、或いはこの半導体に適用された熱処理によって小さくなった低減後の水素濃度であることができる。
【００３３】
これに対して、第１領域２９ａの第１水素濃度Ｃ１Ｈは、５×１０２０ｃｍ−３以下であって、１×１０１８ｃｍ−３より大きい。この水素濃度の半導体領域は、例えばプロトンのイオン注入によって作製される。第１領域２９ａの水素濃度プロファイルは、互いに異なる加速エネルギーの複数回のイオン注入による形成を反映した形状を有しており、回数に応じた数の極大を有する。第２レベル部２７ｂから第４レベル部２７ｄにわたった高い水素濃度のプロファイルを提供する。第２領域２９ｂの第２水素濃度Ｃ２Ｈは、５×１０２０ｃｍ−３以下であって、１×１０１８ｃｍ−３より大きい。この水素濃度の半導体領域は、例えば単一のイオン注入（必要な場合には、複数回のイオン注入）による形成を反映した形状を有する。
【００３４】
必要に応じて、第３レベル部２７ｃは、第３領域２９ｃを含み、第３領域２９ｃは、第１部分２５ｂの水素濃度Ｃ０Ｈより高い第３水素濃度Ｃ３Ｈを有する。第３領域２９ｃの第３水素濃度Ｃ３Ｈは、５×１０２０ｃｍ−３以下であって、１×１０１８ｃｍ−３より大きい。この水素濃度の半導体領域は、例えば単一のイオン注入（必要な場合には、複数回のイオン注入）による形成を反映した形状を有する。第２部分２５ｃは第３領域２９ｃを含み、第３領域２９ｃは第２領域２９ｂに繋がる。第４レベル部２７ｄにおいては、第１部分２５ｂから第４部分２５ｅは、高い水素濃度の領域を含まない。このような低い水素濃度の領域によれば、第４レベル部２７ｄは、横方向にキャリアを流すことができる。
【００３５】
面発光半導体レーザ１１によれば、ポスト１７の第３レベル部２７ｃは、第１部分２５ｂの水素濃度Ｃ０Ｈより高い第３水素濃度Ｃ３Ｈの第３領域２９ｃを含むことができ、第３領域２９ｃにおける高い第３水素濃度Ｃ３Ｈは、例えばプロトンのイオン注入法により実現される。第２領域２９ｂ及び第３領域２９ｃは、それらの高い水素濃度に起因してポスト１７の第１部分２５ｂより高い比抵抗を有する。第３領域２９ｃが、第３レベル部２７ｃにおいて第２部分２５ｃに位置する。また、第３領域２９ｃは、第２レベル部２７ｂに位置する第２領域２９ｂに繋がって、第２レベル部２７ｂから第３レベル部２７ｃにわたる高比抵抗の領域を第２部分２５ｃに形成する。高比抵抗領域は、複合構造２１の半導体部分２１ｂから離れた第３レベル部２７ｃ及び第４レベル部２７ｄにおいて、複合構造２１の半導体部分２１ｂへ向かうキャリア流をガイドできる。第２領域２９ｂ及び第３領域２９ｃの形状に応じて、活性層２３におけるキャリア分布が調整される。高比抵抗領域は、活性層２３におけるキャリア分布の調整を介して、基本モード及び高次モードへの利得の割り振りを可能にする。
【００３６】
上側半導体部１９ａは、上部分布ブラッグ反射器のための上部積層３１、及びコンタクト層３３を含むことができる。下側半導体部１９ｂは、活性層２３に加えて、下部分布ブラッグ反射器のための第１下部積層３５ａを含むことができる。第１下部積層３５ａは、ポスト１７直下に位置する第２下部積層３５ｂ（これは、既に説明した半導体積層１５に対応する）上に設けられる。第１下部積層３５ａ及び第２下部積層３５ｂは、下部分布ブラッグ反射器のための下部積層３５を構成する。
【００３７】
面発光半導体レーザ１１は、ポスト１７の上面１７ｂに接触を成す第１電極３７を更に備えることができる。第１電極３７は、第１部分２５ｂ及び第３部分２５ｄ上に位置する開口３７ａを有する。開口３７ａを有する第１電極２７は、ポスト１７の上面１７ｂの中心付近ではなく周辺部分からキャリアを提供する。該キャリアは、第１部分２５ｂの水素濃度Ｃ０Ｈより大きな水素を含む領域によって規定される経路を流れる。この開口３７ａを介してレーザビームＬＯＵＴが面発光半導体レーザ１１から放出される。
【００３８】
面発光半導体レーザ１１は、第２下部積層３５ｂ（これは、既に説明した半導体積層１５に対応する）の上面に接触を成す第２電極３９を更に備えることができる。第２電極３９は、ポスト１７直下の第２下部積層３５ｂの中心付近ではなく周辺部分からキャリアを提供する。該キャリアは、第２下部積層３５ｂを介して第１下部積層３５ａに至る経路を流れる。
【００３９】
面発光半導体レーザ１１は、ポスト１７の側面１７ａ及び上面１７ｂ、並びに半導体積層１５の表面を覆うパッシベーション膜４１を含むことができ、パッシベーション膜４１は、ポスト１７の上面１７ｂ上に位置する第１開口４１ａと、半導体積層１５の上面上に位置する第２開口４１ｂとを有する。パッシベーション膜４１は、例えばシリコン系無機絶縁体を含むことができる。
【００４０】
面発光半導体レーザ１１の一例。
基板１３：ｎ型ＧａＡｓ基板。
ポスト１７の高さ：４〜７マイクロメートル。
ポスト１７の直径：１５〜４０マイクロメートル。
複合構造２１。
酸化物部分２１ａ：アルミナ（アルミニウム酸化物）。
半導体部分２１ｂ：ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ＝０．９８）。
ポスト１７の高さ（上面から酸化物部分２１ａの上面までの距離）：２〜４マイクロメートル。
活性層２３の井戸層２３ａ／障壁層２３ｂ：ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ、３つの量子井戸。
上部分布ブラッグ反射器のための上部積層３１：ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ＝０．１２）／ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ＝０．９０）、２３ペア。
コンタクト層３３：ＧａＡｓ。
下部分布ブラッグ反射器のための下部積層３５：ＡｌＧａＡｓ  （Ａｌ＝０．１２）／ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ＝０．９０）、３５ペア。
第１電極３７（ｐ側電極）：Ｔｉ／Ａｕ。
第２電極３９（ｎ側電極）：ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ。
パッシベーション膜４１：シリコン酸化膜。
第１領域２９ａの厚さ：２〜４マイクロメートル。
第２領域２９ｂの厚さ：０．５〜３マイクロメートル。
第３領域２９ｃの厚さ：０．５〜３マイクロメートル。
【００４１】
基板１３の主面１３ａの法線に直交する断面において、ポスト１７における第１部分２５ｂは、４マイクロメートル（直径）の円に収容されるような外径ＤＩ１Ａを有する。第１部分２５ｂは、外径ＤＩ１Ａを底面の直径とする円柱内に含まれる。
【００４２】
基板１３の主面１３ａの法線に直交する断面において、ポスト１７における第２部分２５ｃは、１２マイクロメートル（直径）の円に収容されるような外径ＤＩ２Ａを有する。第２部分２５ｃは、外径ＤＩ２Ａを底面の直径とする円柱内に含まれる。
【００４３】
基板１３の主面１３ａに直交する軸に直交する断面において、ポスト１７における第３部分２５ｄは、８マイクロメートル（直径）の円に収容されるような外径ＤＩ３Ａを有する。第３部分２５ｄは、外径ＤＩ３Ａを底面の直径とする円柱内に含まれる。
【００４４】
基板１３の主面１３ａに直交する軸に直交する断面において、ポスト１７における第４部分２５ｅは、１０マイクロメートル（直径）の円に収容されるような外径ＤＩ４Ａを有する、第４部分２５ｅは、外径ＤＩ４Ａを底面の直径とする円柱内に含まれる。
【００４５】
面発光半導体レーザ１１を作製する方法を説明する。面発光半導体レーザ１１の一例に示された複数の半導体層をｎ型ＧａＡｓ基板上に、例えば有機金属気相成長法を用いてエピタキシャル成長して、エピタキシャル基板を形成する。
【００４６】
第１プロトン注入のための第１マスクをエピタキシャル基板の主面に形成する。第１マスクは、形成されるべき半導体ポストの中心から１５マイクロメートル（直径）の円形領域に、プロトン注入を阻止するパターンを有する。第１マスクは、例えばパターン形成されたレジスト膜を備える。
外周への第１プロトン注入の条件を以下に示す。
Ｉ／Ｉ加速エネルギー：２００ｋｅＶから３７０ｋｅＶの範囲で、数種のエネルギー条件を用いる。ドーズ量は１×１０１４ｃｍ−２。この工程において、高濃度プロトン領域が、基板主面に直交する方向（深さ方向）にエピタキシャル基板の表面から酸化狭窄層のための半導体層にわたって形成される。
第１プロトン注入の終了後に、第１マスクを除去する。
【００４７】
第２プロトン注入のための第２マスクをエピタキシャル基板の主面に形成する。第２マスクは、形成されるべき半導体ポストの中心から径１０マイクロメートルの円形領域にプロトン注入を阻止するパターンを有する。第２マスクは、例えばパターン形成されたレジスト膜を備える。第２プロトン注入の条件は、個々の構造毎に説明される。この工程において、高濃度プロトン領域が、基板主面に直交する方向（深さ方向）にエピタキシャル基板の表面から離れた第２レベル部２７ｂ、第３レベル部２７ｃの半導体の辺りに形成される。
【００４８】
第１プロトン注入及び第２プロトン注入の後に、ポストをエッチングにより形成する。必要な場合には、追加のマスク形成及び追加のイオン注入を行うことができる。ポストの形成の後に、酸化狭窄のための複合構造を形成する。この形成は、例えば水蒸気を用いた熱酸化により行われる。複合構造の半導体領域の径は８マイクロメートルである。パッシベーション膜のためのシリコン酸化膜を全面に堆積すると共に、フォトリソグラフィ及びエッチングにより、電気接続のための開口をシリコン酸化膜に形成する。この後に、アノード電極及びカソード電極を形成する。
【００４９】
（実施例１）
面発光半導体レーザ１１は、高比抵抗の第１領域２９ａ及び第２領域２９ｂを含む一方、これ以外の領域は、高比抵抗領域に比べて良好な導電性の半導体からなる。図１の（ａ）部及び図２に示されるように、第２部分２５ｃは、第２レベル部２７ｂにおいて第２領域２９ｂを含み、第１部分２５ｂ、第３部分２５ｄ及び第４部分２５ｅは、第２レベル部２７ｂにおいて第２領域２９ｂを含まない。具体的には、第１部分２５ｂ、第２部分２５ｃ、第３部分２５ｄ及び第４部分２５ｅでは、第２レベル部２７ｂ上のレベル部は、高比抵抗領域を含まない。第２領域２９ｂの第２水素濃度Ｃ２Ｈは、第１部分２５ｂ、第３部分２５ｄ及び第４部分２５ｅの水素濃度より大きい。外周部２５ａには、第２レベル部２７ｂからポスト１７の上面１７ｂまで第１領域２９ａが設けられている。第２領域２９ｂは、第２レベル部２７ｂにおいて第１領域２９ａに繋がっている。高比抵抗領域は、第２レベル部２７ｂにおいて第１部分２５ｂ及び第３部分２５ｄには設けられていないので、複合構造２１により電流閉込アパーチャーが規定される。
【００５０】
面発光半導体レーザ１１によれば、第２レベル部２７ｂにおいて、第１部分２５ｂ及び第３部分２５ｄの水素濃度は、第２領域２９ｂの第２水素濃度Ｃ２Ｈに比べて小さい。第２部分２５ｃが第２領域２９ｂを含むと共に、第２部分２５ｃ及び第３部分２５ｄは第２領域２９ｂを含まない。複合構造２１の半導体部分２１ｂが、第４レベル部２７ｄから活性層２３へのキャリア流が通過する電流閉込アパ−チャーを規定する。複合構造２１の酸化物部分２１ａ及び第２領域２９ｂが、高比抵抗の領域を形成する。この高比抵抗領域は、電流閉込アパ−チャーへ向かうキャリア流が第２レベル部２７ｂ及び第３レベル部２７ｃにおいてガイドできる。複合構造２１の酸化物部分２１ａ及び第２領域２９ｂによれば、活性層２３におけるキャリア分布が調整される。活性層２３におけるキャリア分布は、基本モード及び高次モードへの利得の分配に関連している。
第２レベル部２７ｂに水素を提供する第２プロトン注入の条件を以下に示す。
３７０ｋｅＶの加速エネルギー条件を用いる。ドーズ量は１×１０１４ｃｍ−２。
本実施例では、第２プロトン注入は、外周部２５ａ、第２部分２５ｃ及び第４部分２５ｅに行われる。
【００５１】
この構造によれば、第１電極２７からのキャリア流は、第４レベル部２７ｄ及び第３レベル部２７ｃにおいて第１領域２９ａによって案内されると共に、第３レベル部２７ｃ及び第２レベル部２７ｂにおいて第２領域２９ｂによって案内されて、複合構造２１の半導体部分２１ｂに流れ込む。プロトン注入により形成された第１領域２９ａ及び第２領域２９ｂによって、ポスト上の電極からのキャリア流が横方向に絞られる。プロトン注入領域により、第１段階のキャリア狭窄が行われる。狭窄されたキャリア流は、複合構造２１に到達してここでも狭窄される。予め整形されたキャリア流が複合構造２１に到達して、複合構造２１の辺りでは、キャリア集中が緩和される。キャリア集中の緩和によれば、活性層２３に注入されるキャリア分布は、基本横モードと大きく重なるように整形されており、この整形により高次の横モードが抑制される。高次モードの抑制により、スペクトル線幅を狭くできる。電流閉込アパチャーの径ＣＡ及び半導体部分２１ｂの外径ＳＡは、例えば８マイクロメートルである。
【００５２】
（実施例２）
面発光半導体レーザ１１は、高比抵抗の第１領域２９ａ及び第２領域２９ｂを含む一方、これ以外の領域は、高比抵抗領域に比べて良好な導電性の半導体からなる。図１の（ａ）部及び図３に示されるように、第２部分２５ｃ、第３部分２５ｄ及び第４部分２５ｅは、第２レベル部２７ｂにおいて第２領域２９ｂを含む。第１部分２５ｂが、第２レベル部２７ｂにおいて第２領域２９ｂを含まない。具体的には、第１部分２５ｂ、第２部分２５ｃ、第３部分２５ｄ及び第４部分２５ｅでは、第２レベル部２７ｂ上のレベル部は、高比抵抗領域を含まない。第２領域２９ｂの第２水素濃度Ｃ２Ｈは、第１部分２５ｂの水素濃度Ｃ０Ｈより大きい。外周部２５ａには、第２レベル部２７ｂからポスト１７の上面１７ｂまで第１領域２９ａが設けられている。第２領域２９ｂは、第２レベル部２７ｂにおいて第１領域２９ａに繋がっている。高比抵抗領域は、第２レベル部２７ｂにおいて第１部分２５ｂに設けられていない。
【００５３】
面発光半導体レーザ１１によれば、第２領域２９ｂは、第２部分２５ｃ、第３部分２５ｄ及び第４部分２５ｅに設けられて、ポスト１７の第４レベル部２７ｄから活性層２３へのキャリア流が通過させる電流閉込アパ−チャーを規定する。第１領域２９ａ及び第２領域２９ｂは、それらの高い水素濃度に起因してポスト１７の第１部分２５ｂより高い比抵抗を有する。第２領域２９ｂは、第２部分２５ｃから第４部分２５ｅを経由して第３部分２５ｄに延在して、第２レベル部２７ｂの複合構造２１の酸化物部分２１ａを内包する。第２領域２９ｂ及び酸化物部分２１ａは、高比抵抗の領域を形成する。この高比抵抗領域は、複合構造２１の半導体部分２１ｂへ向かうキャリア流を第２レベル部２７ｂ及び第３レベル部２７ｃにおいてガイドできる。第２部分２５ｃ、第３部分２５ｄ及び第４部分２５ｅにおける第２領域２９ｂの形状に応じて、活性層２３におけるキャリア分布が調整される。活性層２３におけるキャリア分布は、基本モード及び高次モードへの利得の分配に関連している。第２レベル部２７ｂに水素を提供する第２プロトン注入の条件を以下に示す。
３７０ｋｅＶの加速エネルギー条件を用いる。ドーズ量は１×１０１４ｃｍ−２。
本実施例では、第２プロトン注入は、外周部２５ａ、第２部分２５ｃ、第３部分２５ｄ及び第４部分２５ｅに行われる。
【００５４】
この構造によれば、第１電極３７からのキャリア流は、第４レベル部２７ｄ及び第３レベル部２７ｃにおいて第１領域２９ａによって案内されると共に、第３レベル部２７ｃ及び第２レベル部２７ｂにおいて第２領域２９ｂによって案内されて、第２レベル部２７ｂの電流閉込アパチャーに流れ込む。電流閉込アパチャーは、酸化物部分２１ａをその中に包み込む第２領域２９ｂによって規定される。この二重狭窄構造は、酸化物部分２１ａによる高い絶縁性と第２領域２９ｂの形状の高い正確性との両方を利用できる。プロトン注入により形成された第１領域２９ａ及び第２領域２９ｂによって、ポスト１７上の第１電極３７からのキャリア流が横方向に絞られる。プロトン注入領域により、第１段階のキャリア狭窄が行われる。狭窄されたキャリア流は、第２レベル部２７ｂに到達してここでも狭窄される。整形されたキャリア流が第２レベル部２７ｂに到達して、複合構造２１の辺りでは、キャリア集中が緩和される。キャリア集中の緩和によれば、活性層２３に注入されるキャリア分布は、基本横モードと大きく重なるように整形されており、この整形により高次の横モードが抑制される。高次モードの抑制により、スペクトル線幅を狭くできる。
【００５５】
電流閉込アパチャーの径ＣＡは６マイクロメートルであり、半導体部分２１ｂの外径ＳＡは８マイクロメートルである。電流狭窄は、プロトン注入により形成された高比抵抗の第２領域２９ｂによって行われる。複合構造２１は、電流狭窄ではなく、光に対して屈折率変化を与えて横モードを制御するために利用される。電流分布による横モード制御と屈折率分布による横モード制御を互いにｉ独立して行うことができ、これらの横モード制御によって、スペクトル幅を変化させることができる。
【００５６】
（実施例３）
面発光半導体レーザ１１は、高比抵抗の第１領域２９ａ、第２領域２９ｂ及び第３領域２９ｃを含む一方、これ以外の領域は、高比抵抗領域に比べて良好な導電性の半導体からなる。図１の（ａ）部及び図４に示されるように、第２部分２５ｃは、第２レベル部２７ｂにおいて第２領域２９ｂを含み、第３レベル部２７ｃにおいて第３領域２９ｃを含む。第３領域２９ｃは第２領域２９ｂに繋がり、第３領域２９ｃの内端は、第２領域２９ｂの内端に比べて第１部分２５ｂから第２部分２５ｃへの方向に後退して設けられる。第１部分２５ｂ、第３部分２５ｄ及び第４部分２５ｅは、第２レベル部２７ｂ及び第３レベル部２７ｃにおいて第２領域２９ｂ及び第３領域２９ｃを含まない。第１領域２９ａと第３領域２９ｃとの段差、第３領域２９ｃと第２領域２９ｂとの段差、及び第２領域２９ｂの上縁によって、キャリア流の経路を規定できる。具体的には、第１部分２５ｂ、第２部分２５ｃ、第３部分２５ｄ及び第４部分２５ｅでは、第３レベル部２７ｃ上のレベル部は、高比抵抗領域を含まない。第２領域２９ｂの第２水素濃度Ｃ２Ｈ及び第３領域２９ｃの第３水素濃度Ｃ３Ｈは、第１部分２５ｂ、第３部分２５ｄ及び第４部分２５ｅの水素濃度Ｃ０Ｈより大きい。外周部２５ａには、第２レベル部２７ｂからポスト１７の上面１７ｂまで第１領域２９ａが設けられている。第２領域２９ｂは、第２レベル部２７ｂにおいて第１領域２９ａに繋がり、第３領域２９ｃは、第３レベル部２７ｃにおいて第１領域２９ａに繋がっている。高比抵抗領域は、電流閉込アパ−チャーを規定する第２レベル部２７ｂにおいて第１部分２５ｂ及び第３部分２５ｄには設けられていない。
【００５７】
面発光半導体レーザによれば、ポスト１７の第３レベル部２７ｃは、第３領域２９ｃを含み、第３領域２９ｃは、第１部分２５ｂの水素濃度Ｃ０Ｈより高い第３水素濃度Ｃ３Ｈを有する。第３レベル部２７ｃにおける第３領域２９ｃの高い水素濃度は、例えばプロトンのイオン注入法により実現される。第２領域２９ｂ及び第３領域２９ｃは、それらの高い水素濃度に起因してポストの第１部分２５ｂより高い比抵抗を有する。第３領域２９ｃが、第３レベル部２７ｃにおいて第２部分２５ｃに位置する。また、第３領域２９ｃは、第２レベル部２７ｂに位置する第２領域２９ｂに繋がって、第２レベル部２７ｂから第３レベル部２７ｃにわたる高比抵抗の領域を第２部分２５ｃに形成する。高比抵抗領域は、複合構造２１の半導体部分２１ｂから離れた第３レベル部２７ｃ及び第４レベル部２７ｄにおいて、複合構造２１の半導体部分２１ｂへ向かうキャリア流をガイドできる。第２領域２９ｂ及び第３領域２９ｃの形状に応じて、活性層２３におけるキャリア分布が調整される。高比抵抗領域は、活性層２３におけるキャリア分布の調整を介して、基本モード及び高次モードへの利得の割り振りを可能にする。
第２レベル部２７ｂに水素を提供する第２プロトン注入の条件を以下に示す。
３７０ｋｅＶの加速エネルギー条件を用いる。ドーズ量は１×１０１４ｃｍ−２。
本実施例では、第２プロトン注入は外周部２５ａ及び第２部分２５ｃの全体に行われる。
第３レベル部２７ｃに水素を提供する第３プロトン注入の条件を以下に示す。
３００ｋｅＶのエネルギー条件を用いる。ドーズ量は１×１０１４ｃｍ−２。
本実施例では、第３プロトン注入は外周部２５ａ及び第２部分２５ｃ内の外周部に行われる。
第２プロトン注入におけるマスクのパターン及び第３プロトン注入におけるマスクのパターンは、第３領域２９ｃの内端が第２領域２９ｂの内端に比べて第１部分２５ｂから第２部分２５ｃへの方向に関して後退するように規定される。
【００５８】
この構造によれば、第１電極２７からのキャリア流は、第４レベル部２７ｄ及び第３レベル部２７ｃにおいて第１領域２９ａによって案内されると共に、第３レベル部２７ｃ及び第２レベル部２７ｂにおいて第２領域２９ｂによって案内されて、複合構造２１の半導体部分２１ｂに流れ込む。プロトン注入により形成された第１領域２９ａ及び第２領域２９ｂによって、ポスト１７上の電極からのキャリア流が横方向に絞られる。プロトン注入領域により、第１段階のキャリア狭窄が行われる。狭窄されたキャリア流は、複合構造２１に到達してここでも狭窄される。整形されたキャリア流が複合構造２１に到達して、複合構造２１の辺りでは、キャリア集中が緩和される。キャリア集中の緩和によれば、活性層に注入されるキャリア分布は、基本横モードと大きく重なるように整形されており、この整形により高次の横モードの発生が抑制される。高次モードの抑制により、スペクトル線幅を狭くできる。複合構造２１と第１電極３７との間の領域において、高比抵抗領域は２つの段差を有しており、これらの段差は、複合構造２１の電流閉込アパーチャ内におけるキャリアの集中を低減できる。第３領域２９ｃの内径は、１０マイクロメートルであり、外径は１２マイクロメートルである。
【００５９】
（実施例４）
面発光半導体レーザ１１は、高比抵抗の第１領域２９ａ、第２領域２９ｂ及び第３領域２９ｃを含む一方、これ以外の領域は、高比抵抗領域に比べて良好な導電性の半導体からなる。図１の（ａ）部及び図５に示されるように、第２部分２５ｃ、第３部分２５ｄ及び第４部分２５ｅは、第２レベル部２７ｂにおいて第２領域２９ｂを含み、第２部分２５ｃは、第３レベル部２７ｃにおいて第３領域２９ｃを含む。第１部分２５ｂが、第２レベル部２７ｂ及び第３レベル部２７ｃにおいて第２領域２９ｂ及び第３領域２９ｃを含まない。具体的には、第１部分２５ｂ、第２部分２５ｃ、第３部分２５ｄ及び第４部分２５ｅでは、第３レベル部２７ｃ上のレベル部は、高比抵抗領域を含まない。第２領域２９ｂの第２水素濃度Ｃ２Ｈ及び第３領域２９ｃの第３水素濃度Ｃ３Ｈは、第１部分２５ｂの水素濃度Ｃ０Ｈより大きい。外周部２５ａには、第２レベル部２７ｂからポスト１７の上面１７ｂまで第１領域２９ａが設けられている。第２領域２９ｂは、第２レベル部２７ｂにおいて第１領域２９ａに繋がり、第３領域２９ｃは、第３レベル部２７ｃにおいて第１領域２９ａに繋がっている。高比抵抗領域は、第２レベル部２７ｂにおいて第１部分２５ｂに設けられていない。
【００６０】
面発光半導体レーザ１１によれば、ポスト１７は、第２レベル部２７ｂにおいて第２領域２９ｂを含み、第３レベル部２７ｃにおいて第３領域２９ｃを含む。第２領域２９ｂ及び第３領域２９ｃは、それぞれ、第２水素濃度Ｃ２Ｈ及び第３水素濃度Ｃ３Ｈを有しており、第２水素濃度Ｃ２Ｈ及び第３水素濃度Ｃ３Ｈは、第１部分２５ｂの水素濃度Ｃ０Ｈより高い。第２レベル部２７ｂにおける第２領域２９ｂ及び第３レベル部２７ｃにおける第３領域２９ｃの高い水素濃度は、例えばプロトンのイオン注入法により実現される。第２領域２９ｂ及び第３領域２９ｃは、それらの高い水素濃度に起因してポストの第１部分２５ｂより高い比抵抗を有する。第３領域２９ｃが、第３レベル部２７ｃにおいて第２部分２５ｃに位置する。また、第３領域２９ｃは、第２レベル部２７ｂに位置する第２領域２９ｂに繋がって、第２レベル部２７ｂから第３レベル部２７ｃにわたる高比抵抗の領域を第２部分２５ｃに形成する。また、第２領域２９ｂは、第２部分２５ｃから第４部分２５ｅを経由して第３部分２５ｄに延在して、第２レベル部２７ｂの複合構造２１の酸化物部分２１ａを内包する。第２領域２９ｂ及び酸化物部分２１ａは、高比抵抗の領域を形成する。高比抵抗領域は、複合構造２１の半導体部分２１ｂから離れた第３レベル部２７ｃ及び第４レベル部２７ｄにおいて、複合構造２１の半導体部分２１ｂへ向かうキャリア流をガイドできる。第２領域２９ｂ及び第３領域２９ｃの形状に応じて、活性層２３におけるキャリア分布が調整される。高比抵抗領域は、活性層２３におけるキャリア分布の調整を介して、基本モード及び高次モードへの利得の割り振りを可能にする。
第２レベル部２７ｂに水素を提供する第２プロトン注入の条件を以下に示す。
３７０ｋｅＶの加速エネルギー条件を用いる。ドーズ量は１×１０１４ｃｍ−２。
本実施例では、第２プロトン注入は外周部２５ａ及び第２部分２５ｃの全体に行われる。
第３レベル部２７ｃに水素を提供する第３プロトン注入の条件を以下に示す。
３００ｋｅＶの加速エネルギー条件を用いる。ドーズ量は１×１０１４ｃｍ−２。
本実施例では、第３プロトン注入は外周部２５ａ及び第２部分２５ｃ内の外周部に行われる。
第２プロトン注入におけるマスクのパターン及び第３プロトン注入におけるマスクのパターンは、第３領域２９ｃの内端が第２領域２９ｂの内端に比べて第１部分２５ｂから第２部分２５ｃへの方向に関して後退するように規定される。
【００６１】
この構造によれば、第１電極２７からのキャリア流は、第４レベル部２７ｄ及び第３レベル部２７ｃにおいて第１領域２９ａによって案内されると共に、第３レベル部２７ｃ及び第２レベル部２７ｂにおいて第２領域２９ｂによって案内されて、電流閉込アパーチャーに流れ込む。プロトン注入により形成された第１領域２９ａ及び第２領域２９ｂによって、ポスト上の電極からのキャリア流が横方向に絞られる。プロトン注入領域により、第１段階のキャリア狭窄が行われる。狭窄されたキャリア流は、電流閉込アパチャーに到達してここでも狭窄される。電流閉込アパチャーは、酸化物部分２１ａをその中に包み込む第２領域２９ｂによって規定される。この二重狭窄構造は、酸化物部分２１ａによる高い絶縁性と第２領域２９ｂの形状の高い正確性との両方を利用できる。複合構造２１の辺りでは、キャリア集中が緩和される。キャリア集中の緩和によれば、活性層２３に注入されるキャリア分布は、基本横モードと大きく重なるように整形されており、この整形により高次の横モードが抑制される。高次モードの抑制により、スペクトル線幅を狭くできる。複合構造２１と第１電極３７との間の領域において、高比抵抗領域は２つの段差を有しており、これらの段差は、電流閉込アパーチャ内におけるキャリアの集中を低減できる。
第３領域２９ｃの内径は、１０マイクロメートルであり、外径は１２マイクロメートルである。電流閉込アパチャーの径ＣＡは６マイクロメートルであり、半導体部分２１ｂの外径ＳＡは８マイクロメートルである。電流狭窄は、プロトン注入により形成された高比抵抗の第２領域２９ｂによって行われる。複合構造２１は、電流狭窄ではなく、光に対して屈折率変化を与えて横モードを制御するために利用される。電流分布による横モード制御と屈折率分布による横モード制御を互いに独立して行うことができ、これらの横モード制御によって、スペクトル幅を変化させることができる。
【００６２】
（実験例）
図６は、ポストの側面に沿って延在する高比抵抗領域を有する面発光半導体レーザを概略的に示す図面である。
実験例における面発光半導体レーザＣの半導体積層の構造を示す。
ｐ型コンタクト層ＰＣＯＮ：ｐ型ＧａＡｓ。
上部分布ブラッグ反射器Ｐ−ＤＢＲ：ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ＝０．１２）／ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ＝０．９０）。
２３ペア。
酸化狭窄構造ＣＭＰ：ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ＝０．９８）、酸化アルミニウム。
活性層ＡＣＴＶ。
ｐ型スペーサ層：ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ＝０．９０）。
アンドープスペーサ層：ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ＝０．３０）。
量子井戸構造：ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ、３つの量子井戸。
アンドープスペーサ層：ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ＝０．３０）。
下部分布ブラッグ反射器Ｎ−ＤＢＲ：ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ＝０．１２）／ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ＝０．９０）。
３５ペア。
基板：ｎ型ＧａＡｓ。
外周へプロトン注入を行って高比抵抗領域ＨＶをポストの上面から狭窄構造にわたって形成する。外周のプロトン注入の条件を以下に示す。
Ｉ／Ｉエネルギー：２００ｋｅＶから３７０ｋｅＶの範囲で、数個のエネルギー条件を用いる。ドーズ量は１×１０１４ｃｍ−２。この工程において、高濃度プロトン領域が、基板主面に直交する方向（深さ方向）にエピタキシャル基板の表面から酸化狭窄層のための半導体層にわたってポストの側面に沿って形成される。面発光半導体レーザＣはレーザ光６を出射する。レーザ光６の出射面は、面発光半導体レーザ１１と同様に素子上面である。
【００６３】
これら実施例及び実験例の素子におけるエピ構造及び素子寸法を互いに同じにする一方、プロトンイオン注入の条件を変化させた面発光半導体レーザを作製して、これらの面発光半導体レーザのスペクトル線幅を測定した。
実験例のスペクトル線幅：０．５ｎｍ。
実施例１のスペクトル線幅：０．３ｎｍｎ。
実施例２のスペクトル線幅：０．３３ｎｍ。
実施例３のスペクトル線幅：０．４ｎｍ。
実施例４のスペクトル線幅：０．４ｎｍ。
実施例１から４における構造は、第１領域２９ａに加えて、第２領域２９ｂ、更には第３領域２９ｃを含む点で、実験例と異なる。実施例１から４における素子構造のスペクトル幅は、実験例に比べて細い。ここで、スペクトル線幅は、複数の横モードによる複数本のスペクトル分布をガウス関数でフィッティングしたときの半値全幅を示す。
【００６４】
図７は、実施例１及び実験例の構造における電流分布の計算値及び発光パターンの測定結果を示す図面である。図７の（ａ）部のグラフでは、横軸は、ポスト中心からの距離を示し、縦軸は、規格化された電流密度を示す。図７の（ａ）部に示されるように、実施例１の素子構造の電流分布ＥＰ１及び実験例の素子構造の電流分布ＥＰ０は、ポストの中心部に極小値と、該中心部の外側部に極大値とを有する。実施例１の素子構造の電流分布における極小値と極大値との差が、実験例の素子構造の電流分布における極小値と極大値との差より大きい。この差異は、実験例の素子構造は、ポストの中心部分に電流が集中する構造を有することを示す。図７の（ｂ）部及び（ｃ）部は、それぞれ、実施例１及び実験例における発光パターンを示す。これらの発光パターンの差異は、図７の（ａ）部に示される電流分布における差異を支持している。
【００６５】
図８は、実施例１〜４に係る素子構造における電流分布の計算値を示す図面である。図８の（ａ）部、（ｂ）部、（ｃ）部及び（ｄ）部は、それぞれ、実施例１、２、３及び４における計算値を示すと共に、実験例における計算値を示す。図８を参照すると、高比抵抗領域の形状及び配置の違いは、電流分布における極大の位置、及び極大値と極小値との差を生じさせることを示す。極大値と極小値との差は、基本モードに与えられる利得の指標（スペクトル線幅）になる。また、高次モードのビーム幅は基本モードに比べて広い。図８における電流分布の横広がりは、高次モードに与えられる利得の指標となり、大きな横広がりは、高次モードを基本モードに比べて相対的に強くして、この結果、スペクトル線幅は広くなる。
【００６６】
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】
【００６７】
以上説明したように、本実施形態によれば、光モードの制御を可能にする構造を有する面発光半導体レーザが提供される。
【符号の説明】
【００６８】
１１…面発光半導体レーザ、１３…基板、１５…半導体積層、１７…ポスト、１９ａ…上側半導体部、１９ｂ…下側半導体部、２１…複合構造、２３…活性層、２５ａ…外周部、２５ｂ…第１部分、２５ｃ…第２部分、２５ｄ…第３部分、２５ｅ…第４部分、２７ａ…第１レベル部、２７ｂ…第２レベル部、２７ｃ…第３レベル部、２７ｄ…第４レベル部。
【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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