(57)【要約】【課題】  放射角のより狭いレーザ光を出射することが可能な垂直共振器型面発光レーザを提供する。【解決手段】本発明に係る垂直共振器型面発光レーザ１００は、基板１０１と、前記基板の上方に設けられた一対のミラー１０２、１０４と、前記一対のミラーの間に設けられた活性層１０３と、前記活性層１０３に隣接して形成される屈折率整合層と１２０、１２２を含み、前記屈折率整合層１２０、１２２は、少なくとも一部に屈折率変化領域を有し、前記屈折率変化領域は、前記活性層の屈折率と前記ミラーの屈折率との間の屈折率を有し、かつ前記活性層から前記ミラーに向かって、前記ミラーとの屈折率差が減少するように屈折率が変化する。【選択図】      図２
2005251852.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上方に設けられた一対のミラーと、
前記一対のミラーの間に設けられた活性層と、
前記活性層に隣接して形成される屈折率整合層と、
を含み、
前記屈折率整合層は、少なくとも一部に屈折率変化領域を有し、
前記屈折率変化領域は、前記活性層の屈折率と前記ミラーの屈折率との間の屈折率を有し、かつ前記活性層から前記ミラーに向かって、前記ミラーとの屈折率差が減少するように屈折率が変化する、垂直共振器型面発光レーザ。
【請求項２】
請求項１において、
前記屈折率整合層は、コンファインメント層である、垂直共振器型面発光レーザ。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記屈折率変化領域は、前記屈折率が連続的に変化する、垂直共振器型面発光レーザ。
【請求項４】
請求項１または２において、
前記屈折率変化領域は、前記屈折率が段階的に変化する、垂直共振器型面発光レーザ。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかにおいて、
前記屈折率整合層は、その全体が前記屈折率変化領域を構成する、垂直共振器型面発光レーザ。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかにおいて、
前記屈折率整合層の屈折率は、当該屈折率整合層と前記活性層の隣接面において、前記活性層の屈折率と連続的である、垂直共振器型面発光レーザ。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかにおいて、
前記屈折率整合層と前記ミラーとは、隣接しており、
前記屈折率整合層の屈折率は、前記屈折率整合層と前記ミラーの隣接面において、前記ミラーの屈折率と連続的である、垂直共振器型面発光レーザ。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかにおいて、
前記ミラーは、複数の層を有する多層反射膜であり、
前記複数の層のうち少なくとも一の層は、屈折率が変化するミラー屈折率整合層であり、
前記ミラー屈折率整合層は、当該ミラー屈折率整合層から隣接する他の層に向かって、前記他の層との屈折率差が減少するように屈折率が変化する、垂直共振器型面発光レーザ。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかにおいて、
前記屈折率変化領域は、ＡｌＧａＡｓ層からなり、
前記屈折率変化領域のＡｌ組成比を変化させることで、屈折率を変化させる、垂直共振器型面発光レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直共振器型面発光レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
面発光レーザは、基板に垂直にレーザ光を出射するレーザであり、端面型レーザに比べて扱いが容易で、しかも放射パターンが円形であることから、各種センサや光通信の光源として期待されている。面発光型レーザを各種センサや光通信に面発光型レーザを用いるときには、放射角の狭い放射パターンのレーザ光を得ることが望ましい場合がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、放射角のより狭いレーザ光を出射することが可能な垂直共振器型面発光レーザを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明に係る垂直共振器型面発光レーザは、
基板と、
前記基板の上方に設けられた一対のミラーと、
前記一対のミラーの間に設けられた活性層と、
前記活性層に隣接して形成される屈折率整合層と
を含み、
前記屈折率整合層は、少なくとも一部に屈折率変化領域を有し、
前記屈折率変化領域は、前記活性層の屈折率と前記ミラーの屈折率との間の屈折率を有し、かつ前記活性層から前記ミラーに向かって、前記ミラーとの屈折率差が減少するように屈折率が変化する。
【０００５】
本発明に係る垂直共振器型面発光レーザによれば、放射されるレーザ光の屈折角をより小さくし、放射角をより狭くすることができる。
【０００６】
即ち、光は屈折率の異なる界面で屈折する特性を有し、界面間の屈折率差が大きいほど、屈折角は大きくなる。本発明に係る垂直共振器型面発光レーザは、活性層とミラーとの間に屈折率整合層を設けることにより、活性層とミラーとの界面の屈折率差を緩和することができるため、放射されるレーザ光の屈折角を小さくすることができる。従って放射されるレーザ光の放射角をより狭くすることができる。
【０００７】
本発明に係る垂直共振器型面発光レーザにおいて、前記屈折率整合層は、コンファインメント層であることができる。
【０００８】
本発明に係る垂直共振器型面発光レーザにおいて、前記屈折率変化領域は、前記屈折率が連続的に変化することができる。
【０００９】
本発明に係る垂直共振器型面発光レーザによれば、屈折率変化領域において、屈折率を連続的に変化させることにより、ミラーと活性層との屈折率差をより小さくすることができる。
【００１０】
本発明に係る垂直共振器型面発光レーザにおいて、前記屈折率変化領域は、前記屈折率が段階的に変化することができる。
【００１１】
本発明に係る垂直共振器型面発光レーザにおいて、前記屈折率整合層は、その全体が前記屈折率変化領域であることができる。
【００１２】
屈折率整合層は、その全体が屈折率変化領域であることにより、一部が屈折率変化領域である場合と比べて、積層方向の広い領域において、屈折率を変化させることができるため、より屈折率差を緩和することができる。
【００１３】
本発明に係る垂直共振器型面発光レーザにおいて、前記屈折率整合層の屈折率は、当該屈折率整合層と前記活性層の隣接面において、前記活性層の屈折率と連続的であることができる。
【００１４】
屈折率整合層の屈折率が、屈折率整合層と活性層の隣接面において、活性層の屈折率と連続的であることにより、活性層と屈折率整合層との界面における屈折率差を緩和することができる。
【００１５】
本発明に係る垂直共振器型面発光レーザにおいて、前記屈折率整合層と前記ミラーとは、隣接しており、
前記屈折率整合層の屈折率は、前記屈折率整合層と前記ミラーの隣接面において、前記ミラーの屈折率と連続的であるであることができる。
【００１６】
屈折率整合層の屈折率が、屈折率整合層とミラーの隣接面において、ミラーの屈折率と連続的であることにより、屈折率整合層とミラーとの界面における屈折率差を緩和することができる。
【００１７】
本発明に係る垂直共振器型面発光レーザにおいて、  前記ミラーは、複数の層を有する多層反射膜であり、
前記複数の層のうち少なくとも一の層は、屈折率が変化するミラー屈折率整合層であり、
前記ミラー屈折率整合層は、当該ミラー屈折率整合層から隣接する他の層に向かって、前記他の層との屈折率差が減少するように屈折率が変化することができる。
【００１８】
これにより、ミラーの層間の屈折率差を緩和することができるため、レーザ光の放射角をより狭くすることができる。
【００１９】
本発明に係る垂直共振器型面発光レーザにおいて、前記屈折率変化領域は、ＡｌＧａＡｓ層からなり、
前記屈折率変化領域のＡｌ組成比を変化させることで、屈折率を変化させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら述べる。
【００２１】
１．デバイスの構造
１−１．全体構造
図１は、本発明を適用した本実施の形態に係る垂直共振器型面発光レーザ１００を模式的に示す平面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【００２２】
図１および図２に示すように、本実施の形態の垂直共振器型面発光レーザ１００は、半導体基板（本実施の形態ではＧａＡｓ基板）１０１と、半導体基板１０１上に形成された垂直共振器（以下「共振器」という）１４０と、第１電極１０７と、第２電極１０９とを含む。共振器１４０は、第１ミラー１０２と、ｎ型コンファインメント層１２２と、活性層１０３と、ｐ型コンファインメント層１２０と、第２ミラー１０４とを有する。
【００２３】
次に、この垂直共振器型面発光レーザ１００の各構成要素について述べる。
【００２４】
第１ミラー１０２および第２ミラー１０４は、たとえば、半導体多層膜からなる分布ブラッグ反射型ミラー（ＤＢＲ）である。活性層１０３は、第１バリア層１０３２と、井戸層１０３４と、第２バリア層１０３６とを有する（図３参照）。第１バリア層１０３２および第２バリア層１０３６は、ＡｌＧａＡｓからなり、井戸層１０３４は、ＧａＡｓからなる。活性層１０３は、量子井戸構造（単一量子井戸であってもよいし、多重量子井戸であってもよい）を有する。第２ミラー１０４は、たとえば、Ｃ、Ｚｎ、あるいはＭｇなどがドーピングされることによりｐ型にされ、第１ミラー１０２は、たとえば、Ｓｉ、あるいはＳｅなどがドーピングされることによりｎ型にされている。したがって、第２ミラー１０４、不純物がドーピングされていない活性層１０３、および第１ミラー１０２により、ｐｉｎダイオードが形成される。
【００２５】
ｐ型コンファインメント層１２０およびｎ型コンファインメント層１２２、ならびに第１ミラー１０２および第２ミラー１０４の詳細については、後で述べる。
【００２６】
第２ミラー１０４、ｐ型コンファインメント層１２０、活性層１０３およびｎ型コンファインメント層１２２の一部は、柱状の半導体堆積体（以下「柱状部」という）１３０を構成している。柱状部１３０の側面は埋込み絶縁層１０６で覆われている。
【００２７】
柱状部１３０を構成する層のうちｐ型コンファインメント層１２０に近い領域に、電流狭窄層として機能する絶縁層１０５が形成されていてもよい。この絶縁層１０５は、柱状部１３０の周縁に沿ったリング形状を有することができる。また、電流狭窄用の絶縁層１０５は、たとえば酸化アルミニウムからなる。
【００２８】
本実施の形態に係る垂直共振器型面発光レーザ１００においては、柱状部１３０の側面を覆うようにして、埋込み絶縁層１０６が形成されている。埋込み絶縁層１０６を構成する樹脂は、たとえば、ポリイミド樹脂、フッ素系樹脂、アクリル樹脂、またはエポキシ樹脂などを用いることができ、特に、加工の容易性や絶縁性の観点から、ポリイミド樹脂またはフッ素系樹脂であるのが望ましい。
【００２９】
柱状部１３０および埋込み絶縁層１０６の上には、第１電極１０７が形成されている。第１電極１０７における柱状部１３０上の開口部は、レーザ光の出射面１０８となる。第１電極１０７は、たとえばＡｕとＺｎの合金とＡｕとの積層膜からなる。さらに、半導体基板１０１の裏面には、第２電極１０９が形成されている。第２電極１０９は、たとえばＡｕとＧｅの合金とＡｕとの積層膜からなる。すなわち、図１および図２に示す垂直共振器型面発光レーザ１００では、柱状部１３０上で第１電極１０７は第２ミラー１０４と接合し、かつ、第２電極１０９は半導体基板１０１と接合している。この第１電極１０７および第２電極１０９によって活性層１０３に電流が注入される。
【００３０】
第１および第２電極１０７，１０９を形成するための材料は、前述したものに限定されるわけではなく、密着性強化、拡散防止、あるいは酸化防止などのために必要に応じて、たとえばＣｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｕ、あるいはＰｔなどの金属やこれらの合金などが利用可能である。
【００３１】
１−２．次に本発明の特徴的部分である一対のミラーおよびコンファインメント層の詳細について、図３および図４を用いて説明する。
【００３２】
図３は、図２の符号Ｂで示す部分、即ち半導体基板１０１から上方に向かって、第１ミラー１０２、ｎ型コンファインメント層１２２、活性層１０３、ｐ型コンファインメント層１２０および第２ミラー１０４の詳細を示す図である。図４は、図２の符号Ｂ部分の積層方向における屈折率の概略を示す図である。
【００３３】
ここで、ミラーおよびコンファインメント層は、たとえばＡｌＧａＡｓからなり、Ａｌ組成比を変更することによって、屈折率を変化させることができる。
【００３４】
１−２−１．ミラー
第１ミラー１０２および第２ミラー１０４は、複数の膜を有する多層反射膜である。第１ミラー１０２は、第１ミラー屈折率整合層１０３０と、ｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層１０２２と、第２ミラー屈折率整合層１０２６と、ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層１０２４と、第３ミラー屈折率整合層１０２８とを有する。以下、下層から順に説明する。
【００３５】
第１ミラー屈折率整合層１０３０は、第１ミラー１０２の最下層である、ｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層１０２２と半導体基板１０１（ＧａＡｓ基板）との間に形成されている。
【００３６】
図４に示すように、第１ミラー屈折率整合層１０３０は、半導体基板１０１との隣接面、およびｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層１０２２との隣接面において屈折率が連続的になるように形成されている。また第１ミラー屈折率整合層１０３０は、半導体基板１０１からｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層１０２２へ向かって、屈折率が連続的に減少するように形成されている。
【００３７】
ここで屈折率の減少は、直線的な減少であってもよいし、たとえば２次関数や３角関数曲線のような曲線的な減少であってもよい。また図示の例では、第１ミラー屈折率整合層１０３０の屈折率は、連続的に減少しているが、段階的に減少してもよい。
【００３８】
上述したように、第１ミラー屈折率整合層１０３０は、ＡｌＧａＡｓからなるため、Ａｌの組成比を変化させることによって、屈折率を変化させることができる。上述したように屈折率を変化させるためには、第１ミラー屈折率整合層１０３０のＡｌ組成比は、半導体基板１０１のＡｌ組成比から、上方に向かって、ｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層１０２２のＡｌ組成比まで連続的に増加するように設定される。
【００３９】
このように、垂直共振器型面発光レーザ１００は、第１ミラー屈折率整合層１０３０を有さない場合と比べて、半導体基板１０１とｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層１０２２との間の屈折率の不連続を小さくすることができるため、レーザ光の放射角を狭くすることができる。
【００４０】
第２ミラー屈折率整合層１０２６は、ｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層１０２２と、ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層１０２４との間に形成されている。
【００４１】
図４に示すように、第２ミラー屈折率整合層１０２６は、ｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層１０２２との隣接面、およびｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層１０２４との隣接面において、屈折率が連続的になるように形成される。また第２ミラー屈折率整合層１０２６は、ｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層１０２２からｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層１０２４へ向かって、屈折率が連続的に増加するように形成されている。
【００４２】
ここで屈折率の増加は、直線的な増加であってもよいし、たとえば２次関数や３角関数曲線のような曲線的な増加であってもよい。また図示の例では、第２ミラー屈折率整合層１０２６の屈折率は、連続的に増加しているが、段階的に増加してもよい。
【００４３】
上述したように、第２ミラー屈折率整合層１０２６は、ＡｌＧａＡｓからなるため、Ａｌの組成比を変化させることによって、屈折率を変化させることができる。上述したように屈折率を変化させるためには、第２ミラー屈折率整合層１０２６のＡｌ組成比は、ｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層１０２２からｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層１０２４へ向かって、連続的に減少するように設定される。
【００４４】
第３ミラー屈折率整合層１０２８は、ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層１０２４と、ｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層１０２２との間に形成されている。
【００４５】
第３ミラー屈折率整合層１０２８は、ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層１０２４との隣接面、およびｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層１０２２との隣接面において、屈折率が連続的になるように形成されている。また第３ミラー屈折率整合層１０２８は、ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層１０２４からｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層１０２２へ向かって、屈折率が連続的に減少するように形成されている。
【００４６】
ここで屈折率の減少は、直線的な減少であってもよいし、たとえば２次関数や３角関数曲線のような曲線的な減少であってもよい。また図示の例では、第３ミラー屈折率整合層１０２８の屈折率は、連続的に減少しているが、段階的に減少してもよい。
【００４７】
上述したように、第３ミラー屈折率整合層１０２８は、ＡｌＧａＡｓからなるため、Ａｌの組成比を変化させることによって、屈折率を変化させることができる。上述したように屈折率を変化させるためには、第３ミラー屈折率整合層１０２８のＡｌ組成比は、ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層１０２４からｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層１０２２へ向かって、連続的に増加するように設定される。
【００４８】
第１ミラー１０２は、上述したように最下層に第１ミラー屈折率整合層１０３０を有し、その上にｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層１０２２と、第２ミラー屈折率整合層１０２６と、ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層１０２４と、第３ミラー屈折率整合層１０２８とを積層した層１０２０をたとえば４０ペア積層して形成される。
【００４９】
このように、本実施の形態に係る垂直共振器型面発光レーザ１００は、第２ミラー屈折率整合層１０２６と、第３ミラー屈折率整合層１０２８とを有することにより、ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層１０２４とｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層１０２２との界面における屈折率差が緩和されている。一方、光は屈折率の異なる界面で屈折する特性を有し、界面間の屈折率差が大きいほど、屈折角は大きくなる。従って、本実施の形態に係る垂直共振器型面発光レーザ１００は、第２ミラー屈折率整合層１０２６と、第３ミラー屈折率整合層１０２８とを有さない場合と比べて、垂直共振器型面発光レーザ１００から放射されるレーザ光の屈折角をより小さくし、放射角をより狭くすることができる。
【００５０】
第２ミラー１０４は、半導体基板１０１と隣接する第１ミラー屈折率整合層１０３０を有さない点と、ｐ型にドーピングされている点で、ｎ型にドーピングされている第１ミラー１０２と異なるが、層間に第１ミラー１０２と同様のミラー屈折率整合層を有し、同様の周期構造を有する点で共通するため、説明を省略する。
【００５１】
１−２−２．コンファインメント層
次にｎ型コンファインメント層１２２およびｐ型コンファインメント層１２０について説明する。
【００５２】
まず、ｎ型コンファインメント層１２２について説明する。ｎ型コンファインメント層１２２は、第１ミラー１０２と活性層１０３の間に形成される。また図４に示すように、ｎ型コンファインメント層１２２は、活性層１０３の屈折率と第１ミラー１０２の屈折率の間の屈折率を有する。また、ｎ型コンファインメント層１２２は、活性層１０３から第１ミラー１０２に向かって、第１ミラー１０２との屈折率差が減少するように屈折率が変化する。
【００５３】
具体的には図３に示すように、第１ミラー１０２の最上層には、ｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層１０２２が設けられ、活性層１０３の最下層には、第１バリア層１０３２が設けられている。屈折率については、図４に示すように、ｎ型コンファインメント層１２２は、ｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層１０２２との隣接面および第１バリア層１０３２との隣接面において屈折率が連続的である。また、第１バリア層１０３２からｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層１０２２に向かって、ｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層１０２２との屈折率差が連続的に減少するように、屈折率が変化する。そして、図４に示すように、第１バリア層１０３２の屈折率は、ｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層１０２２より高い屈折率であるため、ｎ型コンファインメント層１２２の屈折率は、上方に向かって連続的に増加する。
【００５４】
ここで屈折率の増加は、直線的な増加であってもよいし、たとえば２次関数や３角関数曲線のような曲線的な増加であってもよい。また図示の例では、ｎ型コンファインメント層１２２の屈折率は、連続的に増加しているが、段階的に増加してもよい。
【００５５】
上述したように、第３ミラー屈折率整合層１０２８は、ＡｌＧａＡｓからなるため、Ａｌの組成比を変化させることによって、屈折率を変化させることができる。上述したように屈折率を変化させるためには、ｎ型コンファインメント層１２２のＡｌ組成比は、ｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層１０２２から第１バリア層１０３２に向かって連続的に減少するように設定される。
【００５６】
続いてｐ型コンファインメント層１２０について説明する。ｐ型コンファインメント層１２０は、図３に示すように、活性層１０３と第２ミラー１０４の間に形成され、活性層１０３と第２ミラー１０４の間の屈折率を有する。図４に示すようにｐ型コンファインメント層１２０は、第２ミラー１０４から活性層１０３に向かって、活性層１０３との屈折率差が減少するように屈折率が変化する。
【００５７】
具体的には図３に示すように、活性層１０３の最上層には、第２バリア層１０３６が設けられ、第２ミラー１０４の最下層には、ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層１０４２が設けられている。屈折率については、図４に示すように、ｐ型コンファインメント層１２０は、第２バリア層１０３６との隣接面およびｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層１０４２との隣接面において屈折率が連続的である。またｐ型コンファインメント層１２０は、ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層１０４２から第２バリア層１０３６に向かって、第２バリア層１０３６との屈折率差が減少するように屈折率が変化する。図４に示すように、ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層１０４２の屈折率は、第２バリア層１０３６の屈折率より低い屈折率であるため、ｐ型コンファインメント層１２０の屈折率は、上方に向かって連続的に減少する。
【００５８】
ここで屈折率の減少は、直線的な減少であってもよいし、たとえば２次関数や３角関数曲線のような曲線的な減少であってもよい。また図示の例では、ｐ型コンファインメント層１２０の屈折率は、連続的に減少しているが、段階的に減少してもよい。
【００５９】
なお、第１ミラー１０２、ｎ型コンファインメント層１２２、活性層１０３、ｐ型コンファインメント層１２０、および第２ミラー１０４を構成する各層の組成および層数はこれに限定されるわけではない。
【００６０】
２．デバイスの動作および作用効果
本実施の形態の垂直共振器型面発光レーザ１００の一般的な動作を以下に示す。なお、下記の垂直共振器型面発光レーザ１００の駆動方法は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の変更が可能である。
【００６１】
まず、第１電極１０７と第２電極１０９とで、ｐｉｎダイオードに順方向の電圧を印加すると、活性層１０３において、電子と正孔との再結合が起こり、かかる再結合による発光が生じる。そこで生じた光が第２ミラー１０４と第１ミラー１０２との間を往復する際に誘導放出が起こり、光の強度が増幅される。光利得が光損失を上まわると、レーザ発振が起こり、柱状部１３０上面にある出射面１０８から、半導体基板１０１に対して垂直方向にレーザ光が出射される。
【００６２】
そして垂直共振器型面発光レーザ１００は、以下のような特徴を有する。レーザ光は、屈折率の異なる界面で屈折する特性を有し、界面間の屈折率差が大きいほど、屈折角は大きくなる。本実施の形態に係る垂直共振器型面発光レーザ１００では、図３および図４に示すように、ｎ型コンファインメント層１２２を有しているため、第１ミラー１０２と活性層１０３の間において、屈折率が連続的に変化している。従って、ｎ型コンファインメント層１２２を有さない場合と比べて、界面間の屈折率差が小さいため、屈折角が小さい。よって、垂直共振器型面発光レーザ１００から出射されるレーザ光の放射角が広がらないようにすることができる。
【００６３】
活性層１０３と第２ミラー１０４間におけるｐ型コンファインメント層１２０についても、ｎ型コンファインメント層１２２と同様の効果が得られる。
【００６４】
また第１ミラー１０２および第２ミラー１０４にミラー屈折率整合層を設けることにより、ミラーを構成する層間の屈折率差を緩和することができる。従って、レーザ光の放射角をより広がらないようにすることができる。
【００６５】
３．デバイスの製造方法
次に、本発明を適用した本実施の形態に係る垂直共振器型面発光レーザ１００の製造方法の一例について、図５〜図８を用いて述べる。図５〜図８は、図１〜図３に示す本実施の形態の垂直共振器型面発光レーザ１００の製造工程を模式的に示す断面図であり、それぞれ図２に示す断面に対応している。
【００６６】
（１）まず、ｎ型ＧａＡｓからなる半導体基板１０１の表面に、組成を変調させながらエピタキシャル成長させることにより、図５に示すように、半導体多層膜１５０を形成する。ここで、半導体多層膜１５０は、第１ミラー１０２と、ｎ型コンファインメント層１２２と、ＧａＡｓ井戸層１０３４とＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓバリア層からなり、３層で構成される量子井戸構造を含む活性層１０３と、ｐ型コンファインメント層１２０と、第２ミラー１０４とからなる。これらの層を順に半導体基板１０１上に積層させることにより、半導体多層膜１５０が形成される。
【００６７】
第１ミラー１０２は、たとえば最下層に第１ミラー屈折率整合層１０３０を有し、その上部に、ｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層１０２２、第２ミラー屈折率整合層１０２６、ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層１０２４、および第３ミラー屈折率整合層１０２８を１ペアとして周期的に積層した４０ペアの多層反射膜である。
【００６８】
第２ミラー１０４は、第１ミラー１０２と同様に、ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層との間に２種のミラー屈折率整合層を有する２５ペアの多層反射膜である。
【００６９】
ｐ型コンファインメント層１２０およびｎ型コンファインメント層１２２は、Ａｌの供給量を連続的に変化させてエピタキシャル成長させることにより形成される。
【００７０】
なお、第２ミラー１０４を成長させる際に、ｐ型コンファインメント層１２０近傍の少なくとも１層を、後に酸化されて電極狭窄用の絶縁層１０５となるＡｌＡｓ層またはＡｌＧａＡｓ層に形成することができる。この絶縁層１０５となるＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成は、０．９５以上である。また、第２ミラー１０４の最表面の層は、キャリア密度を高くし、電極（第１電極１０７）とのオーミック接触をとりやすくしておくのが望ましい。
【００７１】
エピタキシャル成長を行う際の温度は、成長方法や原料、半導体基板１０１の種類、あるいは形成する半導体多層膜１５０の種類、厚さ、およびキャリア密度によって適宜決定されるが、一般に、４５０℃〜８００℃であるのが好ましい。また、エピタキシャル成長を行う際の所要時間も、温度と同様に適宜決定される。また、エピタキシャル成長させる方法としては、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ：Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法や、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法、あるいはＬＰＥ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法などを用いることができる。
【００７２】
続いて、半導体多層膜１５０上に、レジストを塗布した後リソグラフィ法により該レジストをパターニングすることにより、図５に示すように、所定のパターンのレジスト層Ｒ１００を形成する。レジスト層Ｒ１００は、柱状部１３０（図１および図２参照）の形成予定領域の上方に形成する。次いで、このレジスト層Ｒ１００をマスクとして、たとえばドライエッチング法により、第２ミラー１０４、ｐ型コンファインメント層１２０、活性層１０３、およびｎ型コンファインメント層１２２の一部をエッチングして、図６に示すように、柱状の半導体堆積体（柱状部）１３０を形成する。その後、レジスト層Ｒ１００を除去する。
【００７３】
続いて、図７に示すように、たとえば４００℃程度の水蒸気雰囲気中に、上記工程によって柱状部１３０が形成された半導体基板１０１を投入することにより、前述の第２ミラー１０４中のＡｌ組成が高い層（Ａｌ組成が０．９５以上の層）を側面から酸化して、電流狭窄用の絶縁層１０５を形成する。酸化レートは、炉の温度、水蒸気の供給量、酸化すべき層のＡｌ組成および膜厚に依存する。
【００７４】
（２）次いで、図８に示すように、柱状部１３０、すなわち第１ミラー１０２の一部、ｐ型コンファインメント層１２０、活性層１０３、およびｎ型コンファインメント層１２２を取り囲む埋込み絶縁層１０６を形成する。
【００７５】
ここでは、埋込み絶縁層１０６を形成するための材料として、ポリイミド樹脂を用いた場合について述べる。まず、たとえばスピンコート法を用いて前駆体（ポリイミド前駆体）を、柱状部１３０を有する半導体基板１０１上に塗布して、前駆体層を形成する。この際、前記前駆体層の膜厚が柱状部１３０の高さより大きくなるように形成する。なお、前記前駆体層の形成方法としては、前述したスピンコート法のほか、ディッピング法、スプレーコート法、液滴吐出法等の公知技術が利用できる。
【００７６】
次いで、この半導体基板１０１を、たとえばホットプレート等を用いて加熱して溶媒を除去した後、たとえば３５０℃程度の炉に入れて、前駆体層をイミド化させることにより、ほぼ完全に硬化したポリイミド樹脂層を形成する。続いて、図８に示すように、柱状部１３０の上面１３０ａを露出させて、埋込み絶縁層１０６を形成する。柱状部１３０の上面１３０ａを露出させる方法としては、ＣＭＰ法、ドライエッチング法、ウェットエッチング法などが利用できる。また、感光性を有する樹脂で埋込み絶縁層１０６を形成することもできる。埋込み絶縁層１０６は、必要に応じてリソグラフィーなどによってパターニングすることができる。
【００７７】
（３）次に、活性層１０３に電流を注入するための第１電極１０７、第２電極１０９およびレーザ光の出射面１０８（図２参照）を形成する工程について述べる。
【００７８】
まず、第１電極１０７および第２電極１０９を形成する前に、必要に応じて、プラズマ処理法等を用いて、柱状部１３０および半導体基板１０１の露出している上面を洗浄する。これにより、より安定した特性の素子を形成することができる。つづいて、図２に示すように、たとえば真空蒸着法により埋込み絶縁層１０６および柱状部１３０の上面に、たとえばＡｕとＺｎの合金とＡｕとの積層膜を形成した後、リフトオフ法により、柱状部１３０の上面に、前記積層膜が形成されていない部分を形成する。この部分が出射面１０８となる。なお、前記工程において、リフトオフ法のかわりに、ドライエッチング法あるいはウェットエッチング法を用いることもできる。
【００７９】
また、半導体基板１０１の露出している面に、たとえば真空蒸着法により、たとえばＡｕとＧｅの合金とＡｕとの積層膜を形成する。次いで、アニール処理する。アニール処理の温度は電極材料に依存する。本実施の形態で用いた電極材料の場合は、通常４００℃前後で行う。以上の工程により、第１電極１０７および第２電極１０９が形成される。
【００８０】
以上のプロセスにより、図１および図２に示す垂直共振器型面発光レーザ１００が得られる。
【００８１】
以上、本発明の好適な実施の形態について述べたが、本発明はこれらに限定されず、各種の態様を取りうる。たとえば、上述した本発明の本実施の形態では、ｎ型コンファインメント層１２２およびｐ型コンファインメント層１２０の全体が、屈折率が変化する屈折率変化領域であるが、ｎ型コンファインメント層１２２およびｐ型コンファインメント層１２０の一部が屈折率変化領域であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本実施の形態に係る垂直共振器型面発光レーザの平面図。
【図２】図１に示す垂直共振器型面発光レーザの断面図。
【図３】図２に示す垂直共振器型面発光レーザのＢ部分の拡大図。
【図４】垂直共振器型面発光レーザの積層方向における屈折率の概略図。
【図５】本実施の形態に係る垂直共振器型面発光レーザの製造方法を示す断面図。
【図６】本実施の形態に係る垂直共振器型面発光レーザの製造方法を示す断面図。
【図７】本実施の形態に係る垂直共振器型面発光レーザの製造方法を示す断面図。
【図８】本実施の形態に係る垂直共振器型面発光レーザの製造方法を示す断面図。
【符号の説明】
【００８３】
１００  垂直共振器型面発光レーザ、１０１  半導体基板、１０２  第１ミラー、１０３  活性層、１０４  第２ミラー、１０５  絶縁層、１０６  埋め込み絶縁層、１０７  第１電極、１０８  出射面、１０９  第２電極、１２０  ｐ型コンファインメント層、１２２  ｎ型コンファインメント層
【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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