(57)【要約】【課題】結晶の異常成長等がなくイオン注入深さが浅く熱処理工程による低抵抗化を抑制することが可能な面発光レーザを実現する。【解決手段】成長層に垂直な方向にレーザ光を出射する面発光レーザにおいて、光の取り出し口を有する基板と、この基板上に形成された第１の分布反射層と、第１及び第２のスペーサ層により上下方向から挟まれると共に第１の分布反射層上に形成された活性層と、第１のスペーサ層上にトンネル接合を形成するトンネル接合層と、発光領域の周辺部分であってトンネル接合層から第１のスペーサ層の途中まで元素をイオン注入して高抵抗化させたイオン注入領域と、このトンネル接合層上に形成された第３のスペーサ層と、この第３のスペーサ層上の周辺部に形成されたコンタクト層と、このコンタクト層上に形成される第１の電極と、基板の裏面であって光の取り出し口以外の部分に形成された第２の電極と、第３のスペーサ層とエアギャップを介して対向するように第２の分布反射層とを設ける。【選択図】                    図１
2005012000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成長層に垂直な方向にレーザ光を出射する面発光レーザにおいて、
光の取り出し口を有する基板と、
この基板上に形成された第１の分布反射層と、
第１及び第２のスペーサ層により上下方向から挟まれると共に前記第１の分布反射層上に形成された活性層と、
上部の前記第１のスペーサ層上にトンネル接合を形成するトンネル接合層と、
発光領域の周辺部分であって前記トンネル接合層から少なくとも上部の前記第１のスペーサ層の途中まで元素をイオン注入して高抵抗化させたイオン注入領域と、
このトンネル接合層上に形成された第３のスペーサ層と、
この第３のスペーサ層上の周辺部に形成されたコンタクト層と、
このコンタクト層上に形成される第１の電極と、
前記基板の裏面であって前記光の取り出し口以外の部分に形成された第２の電極と、
前記第３のスペーサ層とエアギャップを介して対向するように第２の分布反射層と
を備えたことを特徴とする面発光レーザ。
【請求項２】
成長層に垂直な方向にレーザ光を出射する面発光レーザにおいて、
光の取り出し口を有する基板と、
この基板上に形成された第１の分布反射層と、
第１及び第２のスペーサ層により上下方向から挟まれると共に前記第１の分布反射層上に形成された活性層と、
発光領域の周辺部分であって少なくとも上部の前記第１のスペーサ層の途中まで元素をイオン注入して高抵抗化させたイオン注入領域と、
上部の前記第１のスペーサ層上にトンネル接合を形成するトンネル接合層と、
このトンネル接合層上に形成された第３のスペーサ層と、
この第３のスペーサ層上の周辺部に形成されたコンタクト層と、
このコンタクト層上に形成される第１の電極と、
前記基板の裏面であって前記光の取り出し口以外の部分に形成された第２の電極と、
前記第３のスペーサ層とエアギャップを介して対向するように第２の分布反射層と
を備えたことを特徴とする面発光レーザ。
【請求項３】
前記元素が、
酸素、フッ素、珪素、鉄、アルミニウム、若しくは、クロムの何れかであることを特徴とする
請求項１若しくは請求項２記載の面発光レーザ。
【請求項４】
前記元素が、
酸素、フッ素、珪素、鉄、アルミニウム、若しくは、クロムの組み合わせであることを特徴とする
請求項１若しくは請求項２記載の面発光レーザ。
【請求項５】
半導体層表面に凹凸を設け、
半導体層表面の中央部分と前記エアギャップの境界面に定在波の腹が位置し、半導体層表面の中央部分と周辺部分とで囲まれる部分とエアギャップの境界面に定在波の節が位置するように膜厚を調整したことを特徴とする
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の面発光レーザ。
【請求項６】
半導体層表面に位相調整層を設け、
前記位相調整層と前記エアギャップの境界面に定在波の腹が位置するように膜厚を調整したことを特徴とする
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の面発光レーザ。
【請求項７】
前記第２の分布反射層が、
曲面であることを特徴とする
請求項１若しくは請求項２記載の面発光レーザ。
【請求項８】
注入エネルギーを変化させながら複数回のイオン注入を行って前記イオン注入領域を形成することを特徴とする
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の面発光レーザ。
【請求項９】
前記第２の分布反射膜は半導体微細加工技術によって形成され可動にしたことを特徴とする
請求項１、請求項２若しくは請求項７記載の面発光レーザ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成長層に垂直な方向にレーザ光を出射する面発光レーザに関し、特に平坦な構造で熱処理工程に強いキャリア注入にトンネル接合を用いた「面発光レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ）は活性層とクラッド層を多層膜等で形成された反射層で挟み込んだ構造を有するものであり、光通信用光源や光計測用光源として用いられ、特にＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：波長分割多重）等の波長多重通信に適用することが可能な面発光レーザに関連する先行技術文献としては次のようなものがある。
【０００３】
【特許文献１】
特開平０４−２２６０９３号公報
【特許文献２】
特開平０６−０４５６９４号公報
【特許文献３】
特開平０６−２６８３３０号公報
【特許文献４】
特開平０８−２１３７０２号公報
【特許文献５】
特開２０００−２７７８５３号公報
【特許文献６】
特開２００２−１３４８３５号公報
【非特許文献１】
Ｍ．Ｏｒｔｓｉｅｆｅｒ  ｅｔ．ａｌ．，  Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ  ｖｏｌ．７６  ｐｐ．２１７９−２１８１（２０００）
【非特許文献２】
Ｊ．Ｂｏｕｃａｒｔ  ｅｔ  ａｌ．，  ＩＥＥＥ  Ｊ．  Ｓｅｌ．  Ｔｏｐ．  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．  ｖｏｌ．５  ｐｐ．５２０−５２９（１９９９）
【０００４】
図９はこのような従来の面発光レーザの一例を示す構成断面図であり、「Ｍ．Ｏｒｔｓｉｅｆｅｒ  ｅｔ．ａｌ．，  Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ  ｖｏｌ．７６  ｐｐ．２１７９−２１８１（２０００）」に記載されたものである。
【０００５】
図９において１はＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｌＡｓで形成されたｎ型の分布反射層（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ：以下、ＤＢＲ層と呼ぶ。）、２及び４はスペーサ層、３は量子井戸（Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ）等を用いた活性層、５はｐ型不純物が高濃度にドーピングされたｐ型のトンネル接合層、６はｎ型不純物が高濃度にドーピングされたｎ型のトンネル接合層、７はｎ型のＩｎＰ等の低屈折率層、８はミラー層、９はコンタクト層、１０は電極、１１はヒートシンク、１２はもう一つの電極である。
【０００６】
ＤＢＲ層１の上（実際の図９では下であるが以下の形成過程の説明に際しては上下逆転して説明する。）には下部のスペーサ層２、活性層３及び上部のスペーサ層４が順次形成され、上部のスペーサ層４の上にはｐ型のトンネル接合層５及びｎ型のトンネル接合層６が順次形成され、トンネル接合が形成される。
【０００７】
このようなトンネル接合がｎ型のＤＢＲ層１の上であって中央部にのみ形成されるようにｐ型のトンネル接合層５の一部及びｎ型のトンネル接合層６であって図９中”ＣＩ０１”及び図９中”ＣＩ０２”に示すような周囲の部分がエッチングにより取り除かれる。
【０００８】
その後、ｎ型のトンネル接合層６及び前記エッチングの工程で表面に現れたｐ型のトンネル接合層５の上にはＩｎＰ等の低屈折率層７が形成される。
【０００９】
そして、低屈折率層７の上であって中央部には上部ミラーを構成するミラー層８が形成され、当該ミラー層８の周囲にはコンタクト層９が形成される。また、トンネル接合層６と低屈折率層７との側面には絶縁膜が形成さる。
【００１０】
コンタクト層９に接続するように上部の電極１０が形成され、電極１０の上面及び側面にはヒートシンク１１が形成される。さらに、ＤＢＲ層１の裏面には下部の電極１２が形成される。
【００１１】
ここで、図９に示す従来例の動作を図１０を用いて説明する。但し、図１０を用いた動作説明に際してはＤＢＲ層１を上部として説明する。また、図１０は注入電流の流れの一例を示す説明図である。
【００１２】
上部の電極１２と下部の電極１０との間に電圧が印加されると下部の電極１０から上部の電極１２へ図１０中”ＣＲ１１”及び図１０中”ＣＲ１２”に示すように電流が中央部に形成されたトンネル接合を通じて流れて電流狭窄される。
【００１３】
このとき、バンドギャップの最も狭い活性層３において正孔と電子の結合が生じて光が発光し、ＤＢＲ層１とミラー層８との間に形成される光共振器で光増幅されて、ＤＢＲ層１側であって上部の電極１２が無い部分から図１０中”ＬＲ１１”に示すようにレーザ光として出力される。
【００１４】
一方、トンネル接合部分は高屈折率材料を用いており、周囲には低屈折率層７が形成されているので、両者の間で等価屈折率差”Δｎｅｆｆ”が生じる。
【００１５】
このような、等価屈折率差”Δｎｅｆｆ”は、トンネル接合部分での共振波長を”λ”、トンネル接合部分と周辺部分との共振波長の差を”Δλ”、等価屈折率を”ｎｅｆｆ”とした場合、
Δｎｅｆｆ／ｎｅｆｆ＝Δλ／λ      （１）
で表される。
【００１６】
すなわち、この等価屈折率差”Δｎｅｆｆ”により、トンネル接合部分に前述の光共振器で共振するレーザ光が閉じ込められ、面発光レーザのレーザ光の光強度分布が中央部分（トンネル接合部分）で最大となるため横モード制御が可能になる。
【００１７】
また、図１１は従来の面発光レーザの他の一例を示す構成断面図であり、「Ｊ．Ｂｏｕｃａｒｔ  ｅｔ  ａｌ．，  ＩＥＥＥ  Ｊ．  Ｓｅｌ．  Ｔｏｐ．  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．  ｖｏｌ．５  ｐｐ．５２０−５２９（１９９９）」に記載されたものである。
【００１８】
図１１において１３はｎ型のＩｎＰ基板、１４及び２１はそれぞれｎ型のＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ及びｎ型のＧａＡｓ／ＡｌＡｓで形成された分布反射層（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ：以下、ＤＢＲ層と呼ぶ。）、１５及び２０はｎ型のＩｎＰ層、１６はＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ：多重量子井戸）等を用いた活性層、１７はｐ型のＩｎＰ層、１８はｐ＋  型のＩｎＧａＡｓＰ層、１９はｎ＋  型のＩｎＧａＡｓＰ層、２２は上部電極、２３ａ及び２３ｂは下部電極、２４ａ及び２４ｂは水素イオン注入領域である。
【００１９】
ｎ型のＩｎＰ基板１３の上にはＤＢＲ層１４が形成され、ＤＢＲ層１４の上にはｎ型のＩｎＰ層１５が形成される。ｎ型のＩｎＰ層１５の上には多重量子井戸等を用いた活性層１６が形成され、活性層１６の上にはｐ型のＩｎＰ層１７が形成される。
【００２０】
ｐ型のＩｎＰ層１７の上にはｐ＋  型のＩｎＧａＡｓＰ層１８及びｎ＋  型のＩｎＧａＡｓＰ層１９が順次形成され、ｎ＋  型のＩｎＧａＡｓＰ層１９の上にはｎ型のＩｎＰ層２０が形成され、ｎ型のＩｎＰ層２０の上にはＤＢＲ層２１が形成される。
【００２１】
発光領域の周囲であってｐ型のＩｎＰ層１７からＤＢＲ層２１に至る領域には水素イオンが注入されて２４ａ及び２４ｂに示すような水素イオン注入領域２４ａ及び２４ｂが形成される。
【００２２】
さらに、ＤＢＲ層２１の上には上部電極２２が形成され、ｎ型のＩｎＰ基板１３の下部には下部電極２３ａ及び２３ｂがそれぞれ形成される。
【００２３】
このように形成された水素イオン注入領域２４ａ及び２４ｂは高抵抗な領域となる。
【００２４】
ここで、図１１に示す従来例の動作を説明する。ＤＢＲ層１４とＤＢＲ層２１との間で光共振器が形成されている。また、図１１においてｎ型のＩｎＰ基板１３の厚さは”１００μｍ”程度であるのに対して、その他の層の合計の厚さは”１０μｍ”程度であるので、上部を発光層（活性層）側、下部を基板側と呼ぶ。
【００２５】
そして、上部電極２２と下部電極２３ａ及び２３ｂとの間に電圧が印加されると上部電極２２からｎ＋  型のＩｎＧａＡｓＰ層１９に向って電流が流れる。このとき、この電流は高抵抗化された水素イオン注入領域２４ａ及び２４ｂを避け水素イオンを注入していない中央部分を流れて電流狭窄となる。
【００２６】
また、この電流はｎ＋  層とｐ＋  層とで形成されるトンネル接合で、正孔に変換され、この正孔が活性層１６に流れる。また、逆に下部電極２３ａ及び２３ｂから活性層１６に向って電子が流れる。
【００２７】
このとき、バンドギャップの最も狭い活性層１６において正孔と電子の結合が生じて光が発光し、前述の光共振器で光増幅されて基板側であって下部電極２３ａ及び２３ｂが無い部分からレーザ光として出力される。
【００２８】
一方、短波長帯の面発光レーザと比較して従来の長波長帯の面発光レーザでは、使用する半導体材料の物理的性質から温度特性が悪く、高出力発振や高温での発振に適していないと言った問題点があった。
【００２９】
このため、図１１に示す従来例では上部のＤＢＲ層２１を熱抵抗及び電気抵抗の低いｎ型のＧａＡｓ／ＡｌＡｓを用いて、基板側からレーザ光を取り出し、反対側である発光層（活性層）側、言い換えれば、上部電極２２の上にヒートシンクをボンディングして熱を逃す構造をとっている。
【００３０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図９に示す従来の面発光レーザでは、トンネル接合部分をエッチングしているため、段差のある基板上に結晶成長させる工程が必要になり、当該段差近傍において結晶の異常成長等が発生し易いと言った問題点があった。
【００３１】
一方、図１１に示す従来の面発光レーザでは、結晶成長を全て完了した後に水素イオンを注入することになるので、深くイオン注入するためイオン注入領域が横のボケてしまうことと、水素イオンが注入された半導体層（分布反射層２１）にオーミック電極を形成するため、素子抵抗が増加してしまうと言った問題点があった。
【００３２】
また、図１１に示す従来の面発光レーザでは、水素イオン注入により高抵抗化した半導体層は、その後に必要な電極の合金化をはじめとする熱処理工程において当該抵抗値が低下しやすくなってしまうと言った問題点があった。
従って本発明が解決しようとする課題は、結晶の異常成長等がなくイオン注入深さが浅く熱処理工程による低抵抗化を抑制することが可能な面発光レーザを実現することにある。
【００３３】
【課題を解決するための手段】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
成長層に垂直な方向にレーザ光を出射する面発光レーザにおいて、
光の取り出し口を有する基板と、この基板上に形成された第１の分布反射層と、第１及び第２のスペーサ層により上下方向から挟まれると共に前記第１の分布反射層上に形成された活性層と、上部の前記第１のスペーサ層上にトンネル接合を形成するトンネル接合層と、発光領域の周辺部分であって前記トンネル接合層から少なくとも上部の前記第１のスペーサ層の途中まで元素をイオン注入して高抵抗化させたイオン注入領域と、このトンネル接合層上に形成された第３のスペーサ層と、この第３のスペーサ層上の周辺部に形成されたコンタクト層と、このコンタクト層上に形成される第１の電極と、前記基板の裏面であって前記光の取り出し口以外の部分に形成された第２の電極と、前記第３のスペーサ層とエアギャップを介して対向するように第２の分布反射層とを備えたことにより、結晶の異常成長等がなくなる。
【００３４】
請求項２記載の発明は、
成長層に垂直な方向にレーザ光を出射する面発光レーザにおいて、
光の取り出し口を有する基板と、この基板上に形成された第１の分布反射層と、第１及び第２のスペーサ層により上下方向から挟まれると共に前記第１の分布反射層上に形成された活性層と、発光領域の周辺部分であって少なくとも上部の前記第１のスペーサ層の途中まで元素をイオン注入して高抵抗化させたイオン注入領域と、上部の前記第１のスペーサ層上にトンネル接合を形成するトンネル接合層と、このトンネル接合層上に形成された第３のスペーサ層と、この第３のスペーサ層上の周辺部に形成されたコンタクト層と、このコンタクト層上に形成される第１の電極と、前記基板の裏面であって前記光の取り出し口以外の部分に形成された第２の電極と、前記第３のスペーサ層とエアギャップを介して対向するように第２の分布反射層とを備えたことにより、結晶の異常成長等がなくなる。
【００３５】
請求項３記載の発明は、
請求項１若しくは請求項２記載の発明である面発光レーザにおいて、
前記元素が、
酸素、フッ素、珪素、鉄、アルミニウム、若しくは、クロムの何れかであることにより、水素イオンをイオン注入して形成した高抵抗領域と比較して熱処理工程による低抵抗化を抑制することが可能になる。
【００３６】
請求項４記載の発明は、
請求項１若しくは請求項２記載の発明である面発光レーザにおいて、
前記元素が、
酸素、フッ素、珪素、鉄、アルミニウム、若しくは、クロムの組み合わせであることにより、水素イオンをイオン注入して形成した高抵抗領域と比較して熱処理工程による低抵抗化を抑制することが可能になる。
【００３７】
請求項５記載の発明は、
請求項１乃至請求項４のいずれか記載の発明である面発光レーザにおいて、
半導体層表面に凹凸を設け、
半導体層表面の中央部分と前記エアギャップの境界面に定在波の腹が位置し、半導体層表面の中央部分と周辺部分とで囲まれる部分とエアギャップの境界面に定在波の節が位置するように膜厚を調整したことにより、エアギャップを半導体層表面とＤＢＲ層との間に挿入する構成にした場合であっても横モード制御が可能になり、基本モードを安定化させることが可能になる。
【００３８】
請求項６記載の発明は、
請求項１乃至請求項４のいずれか記載の発明である面発光レーザにおいて、
半導体層表面に位相調整層を設け、
前記位相調整層と前記エアギャップの境界面に定在波の腹が位置するように膜厚を調整したことにより、閾値電流を低くすることが可能になる。
【００３９】
請求項７記載の発明は、
請求項１若しくは請求項２記載の発明である面発光レーザにおいて、
前記第２の分布反射層が、
曲面であることにより、光共振器の損失を低減することができる。
【００４０】
請求項８記載の発明は、
請求項１乃至請求項７のいずれか記載の発明である面発光レーザにおいて、
注入エネルギーを変化させながら複数回のイオン注入を行って前記イオン注入領域を形成することにより、結晶の異常成長等がなく熱処理工程による低抵抗化を抑制することが可能になる。
【００４１】
請求項９記載の発明は、
請求項１、請求項２若しくは請求項７記載の発明である面発光レーザにおいて、
前記第２の分布反射膜は半導体微細加工技術によって形成され可動にしたことにより、レーザ光の発振波長を可変にすることが可能になる。
【発明の実施の形態】
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る面発光レーザの一実施例を示す構成断面図である。
【００４２】
図１において２５はｎ型のＩｎＰ等の基板、２６はｎ型のＩｎＧａＡｓＰとｎ型のＩｎＰ等から構成されるＤＢＲ層、２７はｎ型のＩｎＰ等のスペーサ層、２８はＩｎＧａＡｓＰの歪多重量子井戸等を用いた活性層、２９はｐ型のＩｎＰ等のスペーサ層、３０は高濃度のｐ型のＩｎＧａＡｓＰ若しくはＩｎＧａＡｌＡｓ等のトンネル接合層、３１は高濃度のｎ型のＩｎＧａＡｓ等のトンネル接合層、３２はｎ型のＩｎＰ等のスペーサ層、３３はｎ型のＩｎＧａＡｓＰ等のコンタクト層、３４及び３７は電極、３５はＤＢＲ層、３６はＳｉで形成されたメンブレン、３８は高抵抗化されたイオン注入領域である。
【００４３】
基板２５上には下部のＤＢＲ層２６が形成され、ＤＢＲ層２６の上には下部のスペーサ層２７、活性層２８及び上部のスペーサ層２９が順次形成される。上部のスペーサ層２９の上にはｐ型のトンネル接合層３０及びｎ型のトンネル接合層３１が順次形成されてトンネル接合を形成する。
【００４４】
この状態で、発光領域（中心部分）をマスキングしてその他の領域（周辺部分）に酸素等の重い元素を上部のスペーサ層２９に達するまでイオン注入して高抵抗化されたイオン注入領域３８を形成する。
【００４５】
その後、ｎ型のトンネル接合層３１の上にはスペーサ層３２及びコンタクト層３３が順次形成され、コンタクト層３３上であって周辺部分には電極３４が形成される。
【００４６】
そして、コンタクト層３３の上方にはコンタクト層３３に接しない状態でメンブレン３６が形成され、メンブレン３６の下、言い換えれば、コンタクト層３３に対向する面にはＤＢＲ層３５が形成されて、図１中”ＡＧ２１”に示すようなエアギャップを形成する。
【００４７】
一方、基板２５は裏面であって図１中”ＡＲ２１”に示す部分が光の取り出し口としてエッチングによりＤＢＲ層２６表面まで取り除かれ、残った基板２５の裏面には電極３７が形成される。
【００４８】
ここで，図１に示す実施例の動作を図２を用いて説明する。図２は注入電流の流れの一例を示す説明図である。
【００４９】
上部の電極３４と下部の電極３７との間に電圧が印加されると上部の電極３４から図２中”ＣＲ３１”及び図２中”ＣＲ３２”に示すように電流が高抵抗化されたイオン注入領域３８を避け中央部分（低抵抗部分）を通じて流れて電流狭窄され、活性層２８を介して下部の電極３７に流れる。
【００５０】
このとき、バンドギャップの最も狭い活性層２８において正孔と電子の結合が生じて光が発光し、ＤＢＲ層２６とＤＢＲ層３５の間に形成される光共振器で光増幅されて、ＤＢＲ層２６側であって基板２５が取り除かれた光の取り出し口から図２中”ＬＲ３１”に示すようにレーザ光として出力される。
【００５１】
そして、上部のスペーサ層２９と下部のスペーサ層２７の膜厚は活性層２８に定在波の腹が、トンネル接合部分に定在波の節がくるように調整され、また、スペーサ層３２及びコンタクト層３３の膜厚はエアギャップとの境界面に定在波の腹がくるように調整される。
【００５２】
また、メンブレン３６をＭＥＭＳ（ｍｉｃｒｏ  ｅｌｅｃｔｒｏ−ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｓｙｓｔｅｍｓ：可動部品と電子回路を半導体微細加工技術によって集積した微小な機械システム）で可動にして、コンタクト層３３とＤＢＲ層３５との間隔（図１中”ＡＧ２１”に示すエアギャップの間隔に相当）を調整することにより、レーザ光の発振波長を可変にしている。
【００５３】
このような構成では、電流狭窄を酸素等の重い元素のイオン注入により行うためトンネル接合層の周辺部分をエッチングで除去する必要性がなく、エッチングによる段差に起因する結晶の異常成長等がなく、水素イオンをイオン注入して形成した高抵抗領域と比較して熱処理工程による低抵抗化を抑制することができる。
【００５４】
また、全ての結晶成長が終了した後に水素イオンを深くイオン注入するのではなく、活性層２８近傍で結晶成長を一時中断し酸素等の重い元素をイオン注入するため、イオン注入エネルギーが低くできると共に射程飛影が短いためパターン形成精度が良くなる。さらに、電極３４を形成するコンタクト層３３にイオン注入による損傷が生じない。
【００５５】
この結果、酸素等の重い元素のイオン注入により周辺部分に高抵抗化されたイオン注入領域を設けることにより、トンネル接合層の周辺部分をエッチングで除去する必要性がなく電流狭窄が行えるので、エッチングによる段差に起因する結晶の異常成長等がなく、水素イオンをイオン注入して形成した高抵抗領域と比較して熱処理工程による低抵抗化を抑制することができる。
【００５６】
なお、図１に示す実施例では、上部のスペーサ層２９の上にｐ型のトンネル接合層３０及びｎ型のトンネル接合層３１を順次形成してトンネル接合を形成した後に酸素等の重い元素をイオン注入しているが、上部のスペーサ層２９まで結晶成長させた後に酸素等の重い元素をイオン注入させても構わない。
【００５７】
この場合にはキャリア濃度の低い層を高抵抗化するので、イオン注入ドーズ量を少なくすることが可能になる。また、イオン注入後の結晶成長でキャリア濃度の高いトンネル接合層を形成するので、トンネル接合層のドーパントの熱拡散を小さくすることが可能になる。
【００５８】
図３はこのような本発明に係る面発光レーザの第２の実施例を示す構成断面図である。図３において２５，２６，２７，２８，２９，３０，３１，３２，３３，３４，３５，３６及び３７は図１と同一符号を付してあり、３９は高抵抗化されたイオン注入領域である。
【００５９】
基板２５上には下部のＤＢＲ層２６が形成され、ＤＢＲ層２６の上には下部のスペーサ層２７、活性層２８及び上部のスペーサ層２９が順次形成される。
【００６０】
この状態で、発光領域（中心部分）をマスキングしてその他の領域（周辺部分）に酸素等の重い元素を上部のスペーサ層２９にイオン注入して高抵抗化されたイオン注入領域３９を形成する。
【００６１】
その後、上部のスペーサ層２９の上にはｐ型のトンネル接合層３０及びｎ型のトンネル接合層３１が順次形成されてトンネル接合を形成し、ｎ型のトンネル接合層３１の上にはスペーサ層３２及びコンタクト層３３が順次形成され、コンタクト層３３上であって周辺部分には電極３４が形成される。
【００６２】
そして、コンタクト層３３の上方にはコンタクト層３３に接しない状態でメンブレン３６が形成され、メンブレン３６の下、言い換えれば、コンタクト層３３に対向する面にはＤＢＲ層３５が形成されて、図３中”ＡＧ４１”に示すようなエアギャップを形成する。
【００６３】
一方、基板２５は裏面であって図３中”ＡＲ４１”に示す部分が光の取り出し口としてエッチングによりＤＢＲ層２６表面まで取り除かれ、残った基板２５の裏面には電極３７が形成される。
【００６４】
また、図１に示す実施例では、スペーサ層３２及びコンタクト層３３の膜厚はエアギャップとの境界面に定在波の腹がくるように調整されているが、半導体層表面（例えば、最上部のスペーサ層）に凹凸を設けて基本モードを安定化させても構わない。
【００６５】
図４はこのような本発明に係る面発光レーザの第３の実施例を示す構成断面図である。図４において２５，２６，２７，２８，２９，３０，３１，３３，３４，３５，３６，３７及び３８は図１と同一符号を付してあり、４０は最上部のｎ型のＩｎＰ等のスペーサ層である。
【００６６】
ここで、酸素等の重い元素のイオン注入の過程までは図１に示す実施例と同一であるのでその部分の説明は省略する。
【００６７】
酸素等の重い元素のイオン注入の過程の後、スペーサ層４０とコンタクト層３３が順次形成され、コンタクト層３３とスペーサ層４０であって図４中”ＣＩ５１”及び図４中”ＣＩ５２”に示すような部分、言い換えれば、スペーサ層４０の中央部分と周辺部分とで囲まれる部分がエッチングにより取り除かれる。
【００６８】
その後、エッチングされなかったコンタクト層３３上には電極３４が形成される。
【００６９】
そして、スペーサ層４０の上方にはスペーサ層４０に接しない状態でメンブレン３６が形成され、メンブレン３６の下、言い換えれば、スペーサ層４０に対向する面にはＤＢＲ層３５が形成されて、図４中”ＡＧ５１”に示すようなエアギャップを形成する。
【００７０】
一方、基板２５は裏面であって図４中”ＡＲ５１”に示す部分が光の取り出し口としてエッチングによりＤＢＲ層２６表面まで取り除かれ、残った基板２５の裏面には電極３７が形成される。
【００７１】
すなわち、最上部のスペーサ層の中央部分（凸部）とエアギャップの境界面に定在波の腹が位置するように、また、最上部のスペーサ層の中央部分と周辺部分とで囲まれる部分（凹部）とエアギャップの境界面に定在波の節が位置するようにスペーサ層の各部分の膜厚を調整することにより、エアギャップをスペーサ層とＤＢＲ層との間に挿入する構成にした場合であっても横モード制御が可能になり、基本モードを安定化させることが可能になる。
【００７２】
また、図４に示す第３の実施例では、半導体層表面に凹凸を設け中央部分（凸部）とエアギャップの境界面に定在波の腹が位置するように、また、中央部分と周辺部分とで囲まれる部分（凹部）とエアギャップの境界面に定在波の節が位置するように半導体層表面の各部分の膜厚を調整しているが、半導体層表面（例えば、コンタクト層３３）に位相調整層を設けても閾値電流を低くしても良い。
【００７３】
図５はこのような本発明に係る面発光レーザの第４の実施例を示す構成断面図である。図５において２５，２６，２７，２８，２９，３０，３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７及び３８は図１と同一符号を付してあり、４１は位相調整層である。
【００７４】
ここで、電極３４の形成過程までは図１に示す実施例と同一であるのでその部分の説明は省略する。
【００７５】
電極３４の形成過程の後、コンタクト層３３の中央部分には位相調整層４１が形成され、位相調整層４１の上方には位相調整層４１に接しない状態でメンブレン３６が形成され、メンブレン３６の下、言い換えれば、位相調整層４１に対向する面にはＤＢＲ層３５が形成されて、図５中”ＡＧ６１”に示すようなエアギャップを形成する。
【００７６】
一方、基板２５は裏面であって図５中”ＡＲ６１”に示す部分が光の取り出し口としてエッチングによりＤＢＲ層２６表面まで取り除かれ、残った基板２５の裏面には電極３７が形成される。
【００７７】
また、位相調整層４１の膜厚を調整して、位相調整層４１とエアギャップのの境界面に定在波の腹がくるように調整される。
【００７８】
ここで、図５に示す第４の実施例の動作を図６，図７及び図８を用いて説明する。図６は位相調整層４１とエアギャップの境界面に定在波の節が位置する場合のレーザ光の光強度分布の一例を示す特性曲線図、図７は位相調整層４１とエアギャップの境界面に定在波の腹が位置する場合のレーザ光の光強度分布の一例を示す特性曲線図，図８は図６及び図７における閾値電流と光出力の一例を示す特性曲線図である。
【００７９】
例えば、図６中”ＣＨ７１”に示す特性曲線から分かるように、位相調整層４１とエアギャップの境界面に定在波の節が位置する場合には、図６中”ＤＢ７１”に示す下部のＤＢＲ層２６及び図６中”ＱＷ７１”に示す活性層２８を含むスペーサ層２７〜位相調整層４１の半導体層における光強度が小さく、逆に、図６中”ＡＧ７１”に示すエアギャップにおける光強度が大きくなり、活性層２８における発振するレーザ光の閉じ込めが少なくなる。
【００８０】
一方、例えば、図７中”ＣＨ８１”に示す特性曲線から分かるように、位相調整層４１とエアギャップの境界面に定在波の腹が位置する場合には、図７中”ＡＧ８１”に示すエアギャップにおける光強度が小さく、逆に、図７中”ＱＷ８１”に示す活性層２８を含むスペーサ層２７〜位相調整層４１の半導体層における光強度が大きくなり、活性層２８における発振するレーザ光の閉じ込めが多くなる。
【００８１】
すなわち、位相調整層４１とエアギャップの境界面に定在波の節が位置する場合には、活性層２８における発振するレーザ光の閉じ込めが少なくなるので、図８中”ＣＨ９１”に示すような特性曲線になり、閾値電流が図８中”ＴＣ９２”に示すようになる。
【００８２】
一方、位相調整層４１とエアギャップの境界面に定在波の腹が位置する場合には、活性層２８における発振するレーザ光の閉じ込めが多くなるので、図８中”ＣＨ９２”に示すような特性曲線になり、閾値電流が図８中”ＴＣ９１”に示すようになり、前者と比較して閾値電流を低くすることが可能になる。
【００８３】
また、図１等に示す実施例では、メンブレン３６をＭＥＭＳで可動にして、コンタクト層と上部のＤＢＲ層との間隔（図１中”ＡＧ２１”に示すエアギャップの間隔に相当）を調整することにより、レーザ光の発振波長を可変にしているが固定波長の面発光レーザに適用しても勿論構わない。
【００８４】
また、図１等に示す実施例では、イオン注入する重い元素として酸素を例示しているが、フッ素、珪素、鉄、アルミニウム、クロム等であっても良く、これらの組み合わせであっても構わない。
【００８５】
また、図１等に示す実施例では、１回のイオン注入工程によってイオン注入を行っているが、注入エネルギーを変化させながら複数回のイオン注入を行っても構わない。
【００８６】
また、図４に示す第３の実施例では半導体表面（例えば、最上部のスペーサ層）の中央部分及び周辺部分を凸部にし、中央部分と周辺部分とで囲まれる部分を凹部にしているが、半導体表面の中央部分とエアギャップの境界面に定在波の腹が位置するように、また、半導体表面の中央部分と周辺部分とで囲まれる部分とエアギャップの境界面に定在波の節が位置するよう配置すれば凸部と凹部が逆であっても勿論構わない。
【００８７】
また、図４及び図５に示す第３及び第４の実施例では、図１に示す第１の実施例をベースにして記載しているが、勿論、図３に示す第２の実施例をベースにして記載しても構わない。
【００８８】
また、第２の分布反射膜であるＤＢＲ層３５等は図面的には平面形状を例示しているが、第２の分布反射膜であるＤＢＲ層３５等を曲面にしても構わない。この場合には、光共振器の損失を低減することができる。
【００８９】
また、イオン注入領域をスペーサ層２９の途中まで形成する実施例を例示しているが、活性層２８や下部のスペーサ層２７にかけてまで当該イオン注入領域を形成しても構わない。
【００９０】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
請求項１，２及び請求項８の発明によれば、イオン注入により周辺部分に高抵抗化されたイオン注入領域を設けることにより、トンネル接合層の周辺部分をエッチングで除去する必要性がなく電流狭窄が行えるので、エッチングによる段差に起因する結晶の異常成長等がなくなる。
【００９１】
また、請求項３，４及び請求項８の発明によれば、元素として酸素、フッ素、珪素、鉄、アルミニウム、若しくは、クロムの何れか、或いは、酸素、フッ素、珪素、鉄、アルミニウム、若しくは、クロムの組み合わせを用いることにより、水素イオンをイオン注入して形成した高抵抗領域と比較して熱処理工程による低抵抗化を抑制することができる。
【００９２】
また、請求項５の発明によれば、半導体層表面の中央部分（凸部）とエアギャップの境界面に定在波の腹が位置するように、また、半導体層表面の中央部分と周辺部分とで囲まれる部分（凹部）とエアギャップの境界面に定在波の節が位置するように膜厚を調整することにより、エアギャップを半導体層表面とＤＢＲ層との間に挿入する構成にした場合であっても横モード制御が可能になり、基本モードを安定化させることが可能になる。
【００９３】
また、請求項６の発明によれば、半導体層表面に位相調整層を設け、位相調整層とエアギャップの境界面に定在波の腹が位置するように膜厚を調整することにより、閾値電流を低くすることが可能になる。
【００９４】
また、請求項７の発明によれば、第２の分布反射膜であるＤＢＲ層を曲面にすることにより、光共振器の損失を低減することができる。
【００９５】
また、請求項９の発明によれば、メンブレンをＭＥＭＳで可動にして、コンタクト層とＤＢＲ層との間隔を調整することにより、レーザ光の発振波長を可変にすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る面発光レーザの一実施例を示す構成断面図である。
【図２】注入電流の流れの一例を示す説明図である。
【図３】本発明に係る面発光レーザの第２の実施例を示す構成断面図である。
【図４】本発明に係る面発光レーザの第３の実施例を示す構成断面図である。
【図５】本発明に係る面発光レーザの第４の実施例を示す構成断面図である。
【図６】位相調整層とエアギャップの境界面に定在波の節が位置する場合のレーザ光の光強度分布の一例を示す特性曲線図である。
【図７】位相調整層とエアギャップの境界面に定在波の腹が位置する場合のレーザ光の光強度分布の一例を示す特性曲線図である。
【図８】図６及び図７における閾値電流と光出力の一例を示す特性曲線図である。
【図９】従来の面発光レーザの一例を示す構成断面図である。
【図１０】注入電流の流れの一例を示す説明図である。
【図１１】従来の面発光レーザの他の一例を示す構成断面図である。
【符号の説明】
１，１４，２１，２６，３５  分布反射層（ＤＢＲ層）
２，４，２７，２９，３２，４０  スペーサ層
３，１６，２８  活性層
５，６，３０，３１  トンネル接合層
７  低屈折率層
８  ミラー層
９，３３  コンタクト層
１０，１２，２２，２３ａ，２３ｂ，３４，３７  電極
１１  ヒートシンク
１３  ＩｎＰ基板
１５，１７，２０  ＩｎＰ層
１８，１９  ＩｎＧａＡｓＰ層
２４ａ，２４ｂ  水素イオン注入領域
２５  基板
３６  メンブレン
３８，３９  イオン注入領域
４１  位相調整層
【図１】
2005012000.tif 000003
【図２】
2005012000.tif 000004
【図３】
2005012000.tif 000005
【図４】
2005012000.tif 000006
【図５】
2005012000.tif 000007
【図６】
2005012000.tif 000008
【図７】
2005012000.tif 000009
【図８】
2005012000.tif 000010
【図９】
2005012000.tif 000011
【図１０】
2005012000.tif 000012
【図１１】
2005012000.tif 000013