(57)【要約】【課題】活性層と分布ブラッグ反射積層との間の半導体領域を利用してより高い変調を提供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、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中間領域と、を備え、第１積層体、第１中間領域の第１部分、第１中間領域の第２部分、及び活性層は、第１軸の方向に順に配列され、第１部分及び第１積層体は、第１ドーパントを含み、第１ドーパントの濃度は、活性層において１×１０１６ｃｍ−３未満であり、第１部分は、第１積層体から第２部分まで設けられ、第２部分は、活性層から第１部分まで設けられ、第１積層体における第１ドーパントの濃度は、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部分における第１ドーパントの濃度は、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
2019033152.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、
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中間領域と、
を備え、
前記第１中間領域は、第１部分及び第２部分を含み、
前記第１積層体、前記第１中間領域の前記第１部分、前記第１中間領域の前記第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中間領域の前記第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、
前記第１中間領域の前記第１部分は、前記第１積層体から前記第１中間領域の前記第２部分まで設けられ、
前記第１中間領域の前記第２部分は、前記活性層から前記第１中間領域の前記第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中間領域の前記第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中間領域の前記第１部分における前記第１ドーパントの濃度は、前記第１中間領域の前記第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１積層体は、下部コンタクト層を含み、
前記第１ドーパントは、Ｓｉ、Ｓ及びＴｅを含み、
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５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中間領域の前記第１部分において１×１０１７ｃｍ−３以上であり、
前記第１中間領域の前記第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】
前記活性層は量子井戸構造を有し、
前記量子井戸構造は、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ／Ｉｎ１−ＹＧａＹＡｓを含み、ここで、０．１≦Ｘ≦０．５、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】
前記活性層は量子井戸構造を有し、
前記量子井戸構造は、ＩｎＵＡｌＶＧａ１−Ｕ−ＶＡｓ／ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓを含み、ここで、０．０５≦Ｕ≦０．５、０＜Ｖ≦０．２、０．１≦Ｘ≦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中間領域と、
を備え、
前記第１中間領域及び前記第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中間領域の前記第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、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。
【請求項７】
垂直共振型面発光レーザを作製する方法であって、
半導体積層を基板上に成長する工程と、
前記半導体積層を成長した後に、前記基板の熱処理を行う工程と、
を備え、
前記半導体積層は、第１分布ブラッグ反射器のための第１半導体積層、第２分布ブラッグ反射器のための第２半導体積層体、第１中間領域のための第１半導体層、及び活性層のための第３半導体積層を含み、
前記第１半導体積層、前記第１半導体層、前記第３半導体積層、及び前記第２半導体積層体は前記基板の主面上に順に配列され、
前記第１半導体積層の前記半導体層は、第１ドーパント原子を供給しながら成長され、
前記第１中間領域の前記第１半導体層は、第１ドーパント原子を供給せずにアンドープとして成長される、垂直共振型面発光レーザを作製する方法。
【請求項８】
前記熱処理の温度は、摂氏７００度以上である、請求項７に記載された垂直共振型面発光レーザを作製する方法。
【請求項９】
前記熱処理の時間は、１時間以上である、請求項７又は請求項８に記載された垂直共振型面発光レーザを作製する方法。
【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、高い変調速度は、垂直共振型面発光レーザの電流アパーチャ径を小さくすること、及び／又は活性層に歪量子井戸構造を用いることよって可能にされる。更なる高速化のために、電流アパーチャ径の縮小及び歪量子井戸構造の採用と異なる新たな構造が求められている。
【０００５】
本発明の一側面は、分布ブラッグ反射のための積層体と活性層との間の半導体領域を利用してより高い変調レートを提供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。本発明の別の側面は、分布ブラッグ反射のための積層体と活性層との間の半導体領域を利用してより高い変調レートを提供できる垂直共振型面発光レーザを作製する方法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、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中間領域と、を備え、前記第１中間領域は、第１部分及び第２部分を含み、前記第１積層体、前記第１中間領域の前記第１部分、前記第１中間領域の前記第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中間領域の前記第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、前記第１中間領域の前記第１部分は、前記第１積層体から前記第１中間領域の前記第２部分まで設けられ、前記第１中間領域の前記第２部分は、前記活性層から前記第１中間領域の前記第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中間領域の前記第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中間領域の前記第１部分における前記第１ドーパントの濃度は、前記第１中間領域の前記第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】
本発明の別の側面に係る垂直共振型面発光レーザを作製する方法は、半導体積層を基板上に成長する工程と、前記半導体積層を成長した後に、前記基板の熱処理を行う工程と、を備え、前記半導体積層は、第１分布ブラッグ反射器のための第１半導体積層、第２分布ブラッグ反射器のための第２半導体積層体、第１中間領域のための第１半導体層、及び活性層のための第３半導体積層を含み、前記第１半導体積層、前記第１半導体層、前記第３半導体積層、及び前記第２半導体積層体は前記基板の主面上に順に配列され、前記第１積層体の前記半導体層は、第１ドーパント原子を供給しながら成長され、前記第１中間領域の前記第１半導体層は、第１ドーパント原子を供給せずにアンドープとして成長される。
【０００８】
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】
【０００９】
以上説明したように、発明の一側面によれば、分布ブラッグ反射のための積層体と活性層との間の半導体領域を利用してより高い変調レートを提供できる垂直共振型面発光レーザが提供される。本発明の別の側面によれば、分布ブラッグ反射のための積層体と活性層との間の半導体領域を利用してより高い変調レートを提供できる垂直共振型面発光レーザを作製する方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【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、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８】図８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、中間領域及び活性層における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】
【００１１】
いくつかの具体例を説明する。
【００１２】
具体例に係る垂直共振型面発光レーザは、（ａ）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第１中間領域と、を備え、前記第１中間領域は、第１部分及び第２部分を含み、前記第１積層体、前記第１中間領域の前記第１部分、前記第１中間領域の前記第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中間領域の前記第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、前記第１中間領域の前記第１部分は、前記第１積層体から前記第１中間領域の前記第２部分まで設けられ、前記第１中間領域の前記第２部分は、前記活性層から前記第１中間領域の前記第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中間領域の前記第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中間領域の前記第１部分における前記第１ドーパントの濃度は、前記第１中間領域の前記第２部分における前記第１ドーパントの濃度より大きい。
【００１３】
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中間領域が、第１部分及び第２部分を含む。第１中間領域において、第１部分は、第１積層体から第２部分に到達するように設けられ、第２部分は、活性層から第１部分に到達するように設けられる。第１中間領域において、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く、またドーパント濃度が活性層において１×１０１６ｃｍ−３未満である。活性層と第１部分との間に位置する第２部分を含む第１中間領域によれば、ドーパントが製造中の拡散により第１積層体から活性層に到達しにくい構造を提供でき、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中間領域の第２部分への経路におけるドープされた第１部分（第１中間領域の第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。
【００１４】
具体例に係る垂直共振型面発光レーザでは、前記第１積層体は、前記下部コンタクト層を含み、前記第１ドーパントは、Ｓｉ、Ｓ及びＴｅを含み、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５ナノメートル以上である。
【００１５】
垂直共振型面発光レーザによれば、第１中間領域は、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部分及び第２部分を含む第１中間領域によれば、１×１０１８ｃｍ−３以上のｎ型ドーパントの製造中のドーパント拡散により第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。
【００１６】
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中間領域の前記第１部分において１×１０１７ｃｍ−３以上であり、前記第１中間領域の前記第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。
【００１７】
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。
【００１８】
具体例に係る垂直共振型面発光レーザでは、前記活性層は量子井戸構造を有し、前記量子井戸構造は、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ／Ｉｎ１−ＹＧａＹＡｓを含み、ここで、０．１≦Ｘ≦０．５、０．０５≦Ｙ≦０．５である。
【００１９】
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。
【００２０】
具体例に係る垂直共振型面発光レーザでは、前記活性層は量子井戸構造を有し、前記量子井戸構造は、ＩｎＵＡｌＶＧａ１−Ｕ−ＶＡｓ／ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓを含み、ここで、０．０５≦Ｕ≦０．５、０＜Ｖ≦０．２、０．１≦Ｘ≦０．５である。
【００２１】
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。
【００２２】
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中間領域と、を備え、前記第１中間領域及び前記第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中間領域の前記第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。
【００２３】
垂直共振型面発光レーザによれば、第１中間領域及び第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中間領域及び第１積層体の成長後に、第２中間領域及び第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。
【００２４】
具体例に係る垂直共振型面発光レーザを作製する方法は、（ａ）半導体積層を基板上に成長する工程と、（ｂ）前記半導体積層を成長した後に、前記基板の熱処理を行う工程と、を備え、前記半導体積層は、第１分布ブラッグ反射器のための第１半導体積層、第２分布ブラッグ反射器のための第２半導体積層体、第１中間領域のための第１半導体層、及び活性層のための第３半導体積層を含み、前記第１半導体積層、前記第１半導体層、前記第３半導体積層、及び前記第２半導体積層体は前記基板の主面上に順に配列され、前記第１半導体積層の前記半導体層は、第１ドーパント原子を供給しながら成長され、前記第１中間領域の前記第１半導体層は、第１ドーパント原子を供給せずにアンドープとして成長される。
【００２５】
垂直共振型面発光レーザを作製する方法によれば、垂直共振型面発光レーザのための半導体層の成長を完了した後に、これらの半導体層に、成長のための加熱とは別な熱処理を適用して、所望の拡散を引き起こす。具体的には、成長炉に原料ガスを供給して半導体積層を基板上に成長する。成長の後に、半導体を成長することなく基板の熱処理を行う。この熱処理によれば、成長のための加熱とは独立して、第１ドーパント原子を拡散できる。熱処理は、アンドープとして成長される第１中間領域の半導体層に、第１分布ブラッグ反射器から第１中間領域への方向に単調に変化するドーパントプロファイルを形成することを可能にする。
【００２６】
具体例に係る垂直共振型面発光レーザを作製する方法では、前記熱処理の温度は、摂氏７００度以上である。
【００２７】
垂直共振型面発光レーザを作製する方法によれば、摂氏７００度以上の熱処理温度を熱処理に使用できる。
【００２８】
具体例に係る垂直共振型面発光レーザを作製する方法では、前記熱処理の時間は、１時間以上である。
【００２９】
垂直共振型面発光レーザを作製する方法によれば、１時間以上の熱処理時間を熱処理に使用できる。
【００３０】
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。
【００３１】
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中間領域１３、第１積層体１５、及び活性層１７を備える。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。第１中間領域１３は、第１積層体１５と活性層１７との間に設けられる。第１中間領域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中間領域の第１部分１３ａ、第１中間領域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中間領域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。第１中間領域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中間領域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中間領域１３の第１部分１３ａにおける第１ドーパントの濃度は、第１中間領域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。活性層１７において、第１ドーパントの濃度は、１×１０１６ｃｍ−３未満である。
【００３２】
垂直共振型面発光レーザ１１によれば、第１中間領域１３が、第１部分１３ａ及び第２部分１３ｂを含み、第１部分１３ａ及び第２部分１３ｂは第１積層体１５と活性層１７との間に設けられる。第１中間領域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中間領域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く、またアンドープとして成長された活性層１７においてドーパント濃度が１×１０１６ｃｍ−３未満である。第１部分１３ａと活性層１７との間に位置する第２部分１３ｂを含む第１中間領域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に到達しにくい構造を提供でき、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中間領域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中間領域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。
【００３３】
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中間領域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。
【００３４】
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部分を含む第１中間領域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１７において実質的に生じない。
【００３５】
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中間領域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。
【００３６】
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。
【００３７】
第１中間領域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中間領域１３では、ドーパントプロファイルＰＤは、第１中間領域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中間領域１３の第１部分１３ａにおいて第１積層体１５と第１中間領域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。
【００３８】
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中間領域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とどき、活性層に非発光中心が発生する懸念がある。また間隔が小さいと活性層で発生した光の閉じ込めを十分大きくできずレーザの発光強度を大きくできないことである。また、第１積層体１５と活性層１７との間隔は、第１軸Ａｘ１の方向に４０ナノメートル以下であり、第１中間領域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、導電性を十分確保するためである。
【００３９】
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中間領域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中間領域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。
【００４０】
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。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。
【００４１】
垂直共振型面発光レーザ１１では、活性層１７は、いわゆるバルク構造の発光層を含むことができる。或いは、活性層１７は、量子井戸構造ＭＱＷを有する。量子井戸構造ＭＱＷは、例えばＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ／Ｉｎ１−ＹＧａＹＡｓ及び／又はＩｎＵＡｌＶＧａ１−Ｕ−ＶＡｓ／ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ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。
【００４２】
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：０．１≦Ｘ≦０．５、０．０５≦Ｙ≦０．５。保護膜で覆われる前の製造工程においてメサ側面にＡｌが露出するが、Ｘが大きいとＡｌ意図せず酸化されてしまい、ＭＱＷに歪が発生して所望の発振波長が得られなくなる。Ｘの上限値の意義は、そのようなＡｌの酸化を避けるためであり、Ｘの下限値は、活性層の屈折率を高く保ってＭＱＷへの光の閉じ込めを十分大きくし高い光出力を得るためであり、Ｙの範囲は、所望の発振波長を得るためである。また、ＩｎＵＡｌＶＧａ１−Ｕ−ＶＡｓ／ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ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、０．１≦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り、バリアのＡｌの範囲（Ｘ）の理由は上述と同じである。これらの組成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。
【００４３】
垂直共振型面発光レーザ１１は、第２中間領域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中間領域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中間領域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中間領域１３と第２中間領域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中間領域２３は、第２ドーパントを含むことができる。
【００４４】
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中間領域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。
【００４５】
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。
【００４６】
可能な場合には、第２中間領域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中間領域２３の第１部分２３ａ、第２中間領域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中間領域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中間領域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中間領域２３及び第２積層体２５において、第１中間領域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。
【００４７】
第２中間領域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中間領域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中間領域２３の第１部分２３ａにおいて第１積層体１５と第２中間領域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中間領域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中間領域２３において単調に減少する部分を有する。
【００４８】
また、第２積層体２５から第２中間領域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中間領域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。
【００４９】
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中間領域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４０ナノメートル以下であり、第２中間領域２３は、第２積層体２５と活性層１７との間を埋める。この上限値は上部コンタクト層と活性層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。
【００５０】
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。
【００５１】
本実施例では、活性層１７の量子井戸構造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。本実施例では、第１中間領域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中間領域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。
【００５２】
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。
【００５３】
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中間領域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。
【００５４】
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中間領域２３、活性層１７、第１中間領域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。
【００５５】
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。
【００５６】
垂直共振型面発光レーザ１１の一例。
基板２７：ＧａＡｓ基板。
下部コンタクト層２１：ｎ型ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ、１００〜８００ｎｍの厚さ、ドーパント濃度２×１０１８ｃｍ−３。
第１積層体１５。
上部積層部１５ｕ：ｎ型ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ／ｎ型ＡｌＹＧａ１−ＹＡｓ、積層数５〜３０層、ｎ型ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓの厚さ４０〜９０ｎｍ。ｎ型ＡｌＹＧａ１−ＹＡｓの厚さ４０〜９０ｎｍ、ドーパント（Ｓｉ）濃度２×１０１８ｃｍ−３、４００〜５４００ｎｍ。
下部積層部１５ｄ：ｉ型ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ／ｉ型ＡｌＹＧａ１−ＹＡｓ、積層数２０〜４０層、厚さ１６００〜５２００ｎｍ、ｉ型ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓの厚さ４０〜９０ｎｍ、ｉ型ＡｌＹＧａ１−ＹＡｓの厚さ４０〜９０ｎｍ。
第１中間領域１３：ＡｌＺＧａ１−ＺＡｓ、５〜２０ｎｍの厚さ、例えば１０ｎｍ。
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中間領域２３：ｐ型ＡｌＺＧａ１−ＺＡｓ、５〜２０ｎｍの厚さ、例えば１０ｎｍ。
第２積層体２５：ｐ型ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ／ｐ型ＡｌＹＧａ１−ＹＡｓ、ドーパント濃度５×１０１８ｃｍ−３、積層数５〜３０層、ｐ型ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓの厚さ４０〜９０ｎｍ。ｐ型ＡｌＹＧａ１−ＹＡｓの厚さ４０〜９０ｎｍ、第２積層体２５の厚さ４００〜５４００ｎｍ。
電流狭窄構造３１。
電流アパーチャ領域３１ａ：ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成０．９〜０．９６）、厚さ１０〜５０ｎｍ。
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またはｐ型ＡｌＧａＡｓ、１×１０１９ｃｍ−３のドーパント濃度、厚さ１００〜３５０ｎｍ。
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。
【００５７】
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中間領域１３では、ドーパントプロファイルＰＤは、第１中間領域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中間領域１３の第１部分１３ａにおいて第１積層体１５と第１中間領域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。
【００５８】
図２〜図７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６の各々は、一素子区画のエリアを示す。図６は、図７に示されたＶＩ−ＶＩ線に沿って取られた断面を示す。図２〜図５は、図７に示された断面線における工程を模式的に示す。図２〜図７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。
【００５９】
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。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中間領域のための第１半導体層５１ｂ、活性層のための第３半導体積層５１ｃ、第２中間領域のための第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中間領域のための第１半導体層５１ｂ、第２中間領域のための第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。具体的には、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型ドーパント原子を供給しながら成長され、第２積層体２５及び第３半導体層５１ｆのための半導体層は、例えばｐ型ドーパント原子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型ドーパント原子及びｐ型ドーパント原子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。この工程により、エピタキシャル基板ＥＰが提供される。エピタキシャル基板ＥＰは、図２の（ｂ）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。符合「ＬＩＭ」はドーパントの検出限界を示す。活性層のための第３半導体積層５１ｃはアンドープであり、中間領域のための第１半導体層５１ｂ及び第２半導体層５１ｄもアンドープである。
【００６０】
エピタキシャル基板ＥＰを例えば熱処理装置１０ｂに配置する。図３の（ａ）部に示されるように、工程Ｓ１０２では、半導体積層５１を形成した後に、基板２７の熱処理を行う。この熱処理は、熱処理装置１０ｂを用いることなく成長炉１０ａを用いて、結晶成長に連続して行われることができる。熱処理装置１０ｂには、熱処理のための雰囲気、例えば水素雰囲気を形成すると共に、この雰囲気においてに、エピタキシャル基板ＥＰの熱処理を行う。熱処理温度は、摂氏７００度以上である。また、熱処理時間は、１時間以上であることができる。本実施例では、成長炉１０ａを用いて熱処理を行う。最上の半導体層、例えば上部コンタクト層の半導体のための原料及びｐ型ドーパントガスを成長炉１０ａに供給して摂氏７００度で第３半導体層５１ｆを成長する。原料ガス及びｐ型ドーパントガスの供給を停止して成長を停止すると共に、成長炉１０ａにアルシンの供給を開示し、また熱処理温度、例えば摂氏７００度に成長炉１０ａを設定する。熱処理温度は、活性層のための第３半導体積層５１ｃを除く半導体層の成長温度以上である。エピタキシャル基板ＥＰは、１時間以上の時間で摂氏７００度以上の温度に置かれて、改質される。熱処理には、摂氏６００〜８００度の範囲の温度を用いることができ、１５分〜１０５分の範囲の処理時間を用いることができる。改質の後に、成長炉１０ａ（熱処理装置１０ｂ）の温度を室温に下げる。温度降下は、例えば水素の雰囲気中において行われる。この温度降下の後に、改質されたエピタキシャル基板ＥＰを成長炉１０ａ（熱処理装置１０ｂ）から取り出す。改質されたエピタキシャル基板ＥＰは、図３の（ｂ）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。中間領域のための第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はアンドープに保たれている。この工程により、第１中間領域１３における第１部分１３ａ及び第２部分１３ｂが形成される。８００度の温度を用いるときには短い処理時間、例えば１５分がよい。８００度のとき３０分以上処理するとドーパントの拡散が過剰になり、所望の濃度プロファイルを有する第２部分１３ｂを得ることができない。６００度で熱処理するときには長い処理時間９０分または１０５分をかける。第１半導体層が厚いときには長い処理時間を選択する。６００度のときに処理時間が７５分より短いと、ドーパントの拡散が不足して所望の濃度プロファイルを有する第１部分１３ａを得ることができない。
【００６１】
垂直共振型面発光レーザ１１を作製する方法によれば、垂直共振型面発光レーザ１１のための半導体層の成長を完了した後に、これらの半導体層に、成長のための加熱とは別な熱処理を適用して、所望のドーパント拡散を引き起こす。具体的には、成長炉１０ａに原料ガスを供給して複数の半導体層を基板上に成長する。この一連の成長の後に、半導体を成長することなく基板の熱処理を行う。この熱処理によれば、成長のための加熱とは独立して、ドーパント原子を拡散させることができ、アンドープとして成長される第１中間領域１３のための第１半導体層５１ｂに第１積層体１５の上部積層部１５ｕの半導体層からドーパントが供給される。熱処理は、第１分布ブラッグ反射器から活性層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第１中間領域１３のための第１半導体層５１ｂに形成することを可能にする。
【００６２】
改質された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４に示されるように、工程Ｓ１０３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。マスクＭ１を形成した後に、改質された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。エッチングは、例えばリン酸及び過酸化水素水を含む水溶液を用いるドライエッチングにより行われる。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中間領域１３、活性層１７、第２中間領域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。
【００６３】
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５に示されるように、工程Ｓ１０４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。
【００６４】
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中間領域１３、活性層１７、第２中間領域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中間領域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、熱処理により形成されたプロファイルを維持する。
【００６５】
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６及び図７に示されるように、工程Ｓ１０５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。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。
【００６６】
図２〜図７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。
【００６７】
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中間領域１３が、第１部分１３ａ及び第２部分１３ｂを含む。第１中間領域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中間領域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中間領域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。
【００６８】
（実施例）
図８は、光通信用の面発光レーザにおける第１積層体１５、第１中間領域１３及び活性層１７における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８において、ドーパント濃度の標記、「１．Ｅ＋１８」は１×１０１８を表す。デバイスＤ１、Ｄ２、Ｄ３は、同じエピ構造のエピタキシャル基板に異なる熱処理条件を適用して作製された垂直共振型面発光レーザである。第１中間領域１３の厚さが４０ｎｍ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８に示されるｎ型ドーパントプロファイルを有する。デバイスＤ１、Ｄ２、Ｄ３の電気的特性を測定する。
【００６９】
デバイスＤ１は、１．４ミリアンペアのしきい値電流を示し、デバイスＤ２及びデバイスＤ３は、１ミリアンペアのしきい値電流を示す。デバイスＤ２及びデバイスＤ３の活性層におけるｎ型ドーパント濃度は１×１０１６ｃｍ−３以下である。しかし、デバイスＤ１の活性層におけるｎ型ドーパント濃度は１×１０１６ｃｍ−３以上であり、活性層におけるｎ型ドーパントが非発光中心を増加させている可能性がある。
【００７０】
デバイスＤ３は、最高変調周波数１６ギガヘルツを示し、デバイスＤ１及びデバイスＤ２は、最高変調周波数１８ギガヘルツを示す。デバイスＤ２及びデバイスＤ３の活性層１７と第１積層体１５との中央における第１中間領域１３のｎ型ドーパント濃度は１×１０１６ｃｍ−３より大きい。しかし、デバイスＤ３では、第１軸Ａｘ１の方向における第１中間領域１３の中央におけるｎ型ドーパント濃度は１×１０１６ｃｍ−３以下であり、第１中間領域１３における電気抵抗が最高変調周波数を制限している可能性がある。
【００７１】
図８に示されるように、デバイスＤ１、Ｄ２、Ｄ３のドーパントプロファイルは、第１積層体１５から活性層１７の方向に単調に減少する。デバイスＤ１、Ｄ２、Ｄ３のドーパントプロファイルは、いずれも、ドーピングレベルＣＬを示す破線と交差する。本実施例に係る実験及び他の実験から、０．２５≦Ｌ１／Ｌ０であることができ、またＬ１／Ｌ０≦０．７５であることができる。ここで、「Ｌ０」は、第１中間領域１３の厚さを表し、図１に示された第１部分１３ａの厚さ（「Ｌ１」）、及び図１に示された第２部分１３ｂの厚さ（「Ｌ２」）を用いて、関係式Ｌ０は、第１部分１３ａの厚さ（「Ｌ１」、及び第２部分１３ｂの厚さ（「Ｌ２」）の和、つまりＬ１＋Ｌ２である。ドーピングレベルＣＬは、例えば５×１０１７ｃｍ−３である。
【００７２】
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中間領域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とどき、活性層に非発光中心が発生する懸念がある。また間隔が小さいと活性層で発生した光の閉じ込めを十分大きくできずレーザの発光強度を大きくできないことである。また、第１積層体１５と活性層１７との間隔は、第１軸Ａｘ１の方向に４０ナノメートル以下であり、第１中間領域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、導電性を十分確保するためである。
【００７３】
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））ドーパントを含む中間領域においても、第１中間領域１３と同様の知見が得られる。
【００７４】
本実施形態によれば、しきい値の増加を低減すると共により高い変調を提供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。
【００７５】
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】
【００７６】
以上説明したように、本実施形態によれば、活性層と分布ブラッグ反射積層との間の半導体領域を利用してより高い変調速度を提供できる垂直共振型面発光レーザが提供され、また活性層と分布ブラッグ反射積層との間の半導体領域を利用してより高い変調速度を提供できる垂直共振型面発光レーザを作製する方法が提供される。
【符号の説明】
【００７７】
１１…垂直共振型面発光レーザ、１３…第１中間領域、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】
2019033152.tif 000003
【図２】
2019033152.tif 000004
【図３】
2019033152.tif 000005
【図４】
2019033152.tif 000006
【図５】
2019033152.tif 000007
【図６】
2019033152.tif 000008
【図７】
2019033152.tif 000009
【図８】
2019033152.tif 000010