(57)【要約】【課題】この発明の課題は、電気励起ＶＣＳＥＬとその製造方法を提示することである。【解決手段】このＶＣＳＥＬは、上部および下部ＤＢＲスタック間に挟まれた活性共振器材料を有し、この上部ＤＢＲは、少なくとも一つのｎ−半導体層を持つ。この素子は、この活性共振器材料の構造化された表面とこの上部ＤＢＲスタックのｎ−半導体との間の注入径領域を規定する。この構造化された表面は、ｐ++／ｎ++トンネル接合の少なくとも上側のｎ++層を含むメサの上部表面とこのメサ以外のｐ−型層の表面によって形成される。この構造化された表面を、ＤＢＲスタックのｎ−半導体層の表面に融着させて、これらの表面を変形させ、このことによって、これらの融着された表面間のメサの近傍に空隙を形成する。この活性領域は、この空隙によって囲まれたメサを含む電流注入径によって規定され、このことによって、この空隙がＶＣＳＥＬにおける屈折率の横方向の変化を生み出す一方、電流の流れをこの活性領域に制限できるようにするものである。
2004538621.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）素子であって、この素子構造は、上部および下部分布ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ）スタック間に挟まれた半導体活性共振器材料構造を有し、この上部ＤＢＲは、少なくとも一つのｎ型半導体層を持ち、そしてこの素子構造は、素子の接点への直流電圧の印加に応じて光を生成する活性領域を規定するものであり、その際、
この活性共振器材料は、下部および上部スペーサ領域間に挟まれた多重量子井戸層のスタックを持ち、この上部スペーサ領域は、ｐ−層とこのｐ−層の上にあるｐ++／ｎ++トンネル接合で終端されており、これらのｐ++−層とｐ−層は、それぞれｐ型層を構成し、このトンネル接合の少なくとも上側のｎ++−層は、その下にあるｐ型層から出現しているメサであって、この活性共振器材料の構造化された表面は、このメサの上側の表面とこのメサ以外のｐ型層の上側の表面によって構成されるとともに、
この活性領域は、この活性共振器材料の融着されて構造化された表面とこの上部ＤＢＲスタックのｎ型半導体層の表面との間の空隙によって囲まれた、メサを含む電流注入径によって規定される素子。
【請求項２】
前記のトンネル接合が、この素子構造の、定在波における光電場が最小になる位置に配置されている請求項１に記載の素子。
【請求項３】
前記の活性共振器材料は、さらに前記のメサ以外のこの共振器材料内に電気を閉じ込める層を有する請求項１に記載の素子。
【請求項４】
前記の閉じ込める層がイオン注入層である請求項３に記載の素子。
【請求項５】
請求項１に記載の素子であって、さらに前記の上部および下部ＤＢＲ間に挟まれた少なくとも一つの追加の活性領域を有し、この活性領域は、前記の活性共振器材料構造とＤＢＲスタックとの間に、この領域を通して電流を流すための追加の電気接点を持つ形で形成され、この少なくとも一つの追加の活性領域は、この活性共振器材料の融着されて構造化された表面とこの上部ＤＢＲスタックのｎ型半導体層の表面との間の空隙によって囲まれた、追加のメサによって規定され、これらの少なくとも二つの活性領域は、間隔を空けて離された状態で並べられている素子。
【請求項６】
前記の少なくとも二つのメサは、異なる高さを持ち、前記の少なくとも二つの活性領域は、これらの二つの活性領域内のＤＢＲを通して放射される光がそれぞれ異なる波長を持つように動作する請求項５に記載の素子。
【請求項７】
前記の少なくとも一つの追加のメサは、前記のトンネル接合のｎ++層の上の追加のｎ型層で終端され、この追加のｎ型層は、前記のＶＣＳＥＬ構造内で放射される光の波長の１／８を超えない厚さを持つ請求項６に記載の素子。
【請求項８】
前記の追加のｎ型層は、一定数の対の層から構成され、これらの各対が異なる化学組成の二つの層を持つ請求項７に記載の素子。
【請求項９】
Ｎ個の追加のメサが配備され、これらの追加のメサは、それぞれその他の追加のメサのものと比較して、異なる厚さの追加のｎ型層を有する請求項８に記載の素子。
【請求項１０】
位置的に隣接する二つの活性領域の各々によって規定される前記の活性共振器材料の厚さの数値間における差が等しく、そのことによってこれらの位置的に隣接する二つの活性領域の各々を挟むＤＢＲを通して放射される光の波長において等しい間隔が生み出される請求項９に記載の素子。
【請求項１１】
垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）素子構造の製造方法であって、以下の措置を有する方法。
（ｉ）下部および上部スペーサ領域間に挟まれた多重量子井戸層のスタックを持つ半導体活性共振器材料を成長させ、この上部スペーサ領域は、ｐ−層とこのｐ−層の上にあるｐ++／ｎ++トンネル接合構造で終端されており、これらのｐ++−層とｐ−層は、それぞれｐ型層を構成するものである。
（ii）措置（ｉ）で形成した活性共振器材料をエッチングして、その下にあるｐ型層から出現しているトンネル接合の少なくとも上側のｎ++層を含むメサを形成し、そうすることによってこのメサの上側の表面とこのメサ以外のｐ型層の上側の表面によって形成される活性共振器材料の構造化された表面を製作する。
（iii ）この活性共振器材料の構造化された表面と第一の分布ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ）スタックのｎ型半導体層の実質的に平坦な表面との間にウエハー融着を起こし、そのことによってこのメサの周りの融着された表面の変形を起こすとともに、注入径領域を規定してそこに電流の流れを通し、この注入径領域は、この変形され融着された表面間の空隙によって囲まれたメサを含むとともに、この素子の活性領域を規定するものである。
（iv）この構造化された表面の反対側にある、この活性共振器材料の表面上に、第二のＤＢＲスタックを形成する。
（ｖ）このＶＣＳＥＬ素子構造上に、この電流注入径を通って、この活性領域に至る電流の流れを発生させるためのオーム接触を形成する。
【請求項１２】
前記の活性共振器材料をＩｎＰ基板上に成長させる請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記のトンネル接合は、この素子構造の、定在波における光電場が最小になる位置に配置されるとともに、約２０〜５０ｎｍの厚さを持つ請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
請求項１１に記載の方法であって、さらに前記のメサ以外の共振器材料構造内に電気を閉じ込める層を形成する措置を有する方法。
【請求項１５】
前記の電気を閉じ込める層の形成には、マスクとしてフォトレジストディスクを用い、このディスクを前記のメサと同心となるように配置して、このメサ上の活性共振器材料の表面へイオンを注入する措置が含まれ、そのことによって前記の空隙の外側の境界に達し、前記の活性領域以外に位置するイオン注入電流閉じ込め層を形成する請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
請求項１１に記載の方法であって、さらに前記の活性共振器材料から始めて、前記の第一と第二のＤＢＲ間に挟まれた少なくとも一つの追加の活性領域を形成し、この追加の活性領域を通る電流の流れを発生させるために、このＶＣＳＥＬ素子構造上に追加のオーム接触を形成し、この少なくとも一つの追加の活性領域が、この活性共振器材料の融着され構造化された表面と前記のＤＢＲスタックのｎ型半導体層の表面との間の空隙によって囲まれた一つの追加のメサを含むようにする措置を有する方法。
【請求項１７】
前記の少なくとも一つの追加の活性領域の形成には、このＶＣＳＥＬ構造内で放射される光の波長の１／８を超えない厚さを持つ一つの追加のｎ型層を設定し、前記のエッチングを前記の少なくとも一つの追加のメサが前記の追加のｎ型層で終端するように形成する形態で実施する措置が含まれる請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記のエッチングを、少なくとも二つの追加のメサを形成する形態で実施し、これらの追加のメサの各々が、その他の追加のメサのものと異なる厚さの前記の追加のｎ型層の部分を含むようにする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記の両方のＤＢＲを、ＡｌＡｓおよびＧａＡｓ層から構成する請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
前記の第二のＤＢＲスタックを、ウエハー融着によって、前記の活性共振器材料の表面に接合させる請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、特に電気励起長波長ＶＣＳＥＬと多波長ＶＣＳＥＬ、ならびにこれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＶＣＳＥＬは、半導体の分布ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ）[N. M. Margalit et al., "Laterally Oxidized Long Wavelength CW Vertical cavity Lasers", Appl. Phys. Lett., 69 (4), July 22 1996, pp. 471-472] 、または半導体と誘電体のＤＢＲを組み合わせたもの[Y. Oshio et al, "1.55μm Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers with Wafer-Fused inGaAsP/InP-GaAs/AlAs DBRs", Electronics Letters, Vol. 32, No. 16, 1st August 1996]とすることができるミラースタック間に挟まれた活性領域を有する半導体レーザである。これらのミラースタックの一つは、活性領域を挟むミラースタックによって形成された共振空洞内で起こるコヒーレントな光の一部を通過させるために、典型的には部分的にしか光を反射させない。ＶＣＳＥＬは、この活性領域を通過させられる電流によって駆動される。ミラースタックは、典型的には複数の対を成す層から構成され、これらの層は一般的には異なった屈折率を持つ二つの材料から成り、ＶＣＳＥＬの他の部分と容易に格子整合する材料組織から構成されている。例えば、ＧａＡＳをベースとするＶＣＳＥＬは、典型的にはＡｌＡｓ／ＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓ／ＡｌＡｓ材料組織を用いており、その際一つの対の各層の屈折率の違いは、層内のアルミニウム含有量を変えることによって実現されている。
【０００３】
ＶＣＳＥＬは、次の有利な特徴により、通信分野での利用における好ましい光源として良く適合している。ＶＣＳＥＬからのシングルモードの信号は、光ファイバーに容易にカップリングされ、ビーム発散度が小さく、そして本質的に単一周波数で動作する。
【０００４】
ＶＣＳＥＬの動作に関する重要な要件の一つは、その小型である特徴によりＶＣＳＥＬに特有である小さい体積の利得媒体を補償することである。これは、励起閾値に達するためには、ＶＣＳＥＬの総利得がＶＣＳＥＬの総光損失に等しくなければならないという事実と関連している。小さい体積の利得媒体を補償するため、ならびに励起閾値の達成と維持を可能とするためには、９９．５％以上の反射率値を有するように、活性領域に対するミラースタックの一つまたは両方のウエハー融着を利用することが知られている。ウエハー融着は、異なった格子定数の材料を圧力と熱を加えて原子的に結合させて、実際に物理的な結合を形成するための処理である。
【０００５】
長波長を持つＶＣＳＥＬ放射光は、電気通信光学産業において非常に興味を持たれている。長波長ＶＣＳＥＬは、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ活性共振器材料を有するＶＣＳＥＬを用いて得ることができ、その場合ＩｎＰとの格子整合を実現するためには、ミラースタックに対してＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ材料組織を用いなければならない。しかし、この材料組織における屈折率の差は小さいので、この組織では、実際に十分に高い反射率を有するＤＢＲをベースとするミラーを実現することはできない。この問題を解決するために、ＤＢＲミラーを別の基板上で成長させて、活性領域に融着させるウエハー融着法を含む多くの試みが行われてきた。
【０００６】
ＶＣＳＥＬの基本モード動作と単一モードファイバへの光のカップリングに対する他の重要な用件は、電流と光の閉じ込めである。ＶＣＳＥＬの光放射領域を小さくする（実際には約５〜１０μｍにまで）ために、アルミニウムを含む層の横方向の酸化によって、電流の流れの広がり（電流注入径）を制限し、これは、これらの素子の基本的な光学モード動作に対して横方向の屈折率の変化も発生させる。そのような横方向酸化技術では、ＶＣＳＥＬウエハーの上部表面にメサをエッチングして形成し、アルミニウムを含む層（典型的にはＡｌＧａＡｓ層）の露出した側壁を、高い温度の水蒸気に晒す。水蒸気に晒すことは、酸化の時間に依存して、側壁から中央の垂直軸に向かって、ある程度の距離のＡｌＧａＡｓのＡｌＧａＯｘへの変換を起こす。横方向の屈折率の変化は、放射される光のモード構造の制御を可能とする一方、電流注入径の形成は、活性共振器材料を含む素子の活性領域を規定することになり、そこでは電流の流れが有り、光が生成される。このアプローチは、実際にあらゆる短波長ＡｌＧａＡｓ／Ｇａ（Ｉｎ）Ａｓ（Ｐ）のＶＣＳＥＬ（すなわち、０．６５〜１．１μｍでの放射）に対して用いられてきているとともに、活性領域として同じ材料組織で成長させたＤＢＲミラー[S. Rapp et al., "Near-Room-Temperature Continuous-Wave Operation of Electrically Pumped 1.55 μm Vertical cavity Lasers with InGaAsP/InP Bottom Mirror", Electronic Letters, Vol. 35, No. 1, 7 th January 1999]、結晶成長直後（as-grown）の[W. Yuen et al., "High Perforamance 1.6 μm Single-Epitaxy Top-Emitting VCSEL, Electronic Letters, Vol. 36, No. 13, 22nd June 2000] 、またはＩｎＰ上で成長させた活性共振器材料にウエハー融着させた（N. M. Margalit他の上記文献内のものと同じ）ＡｌＧａＡｓベースのＤＢＲを有する長波長ＶＣＳＥＬ（すなわち、１．２５〜１．６５μｍでの放射）にも適用されている。しかし、このアプローチは、平坦でない構造となり、メサのエッチングが必要なので、処理のメカニズムが複雑で歩留まりが低くなる。横方向の酸化は、温度、表面の品質および欠陥のような種々の要素に対して非常に敏感であり、精密な寸法の電流注入径を得ることはできず、そして結局は、共振器長の操作による多重波長アレーの製作に利用するのに十分に安定した形では行えない。横方向酸化素子の場合、他のＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓのＤＢＲと比較して、最高の屈折率の違いと最良な温度特性を持った高効率なＡｌＡｓ／ＧａＡｓのＤＢＲを利用することは、非常に難しい。
【０００７】
ウエハー融着技術を利用することにより、ｐ型のＧａＡｓベースのＤＢＲをＩｎＰウエハー上に成長させた活性共振器材料のｐ側に融着する時に、電流と光の両方の閉じ込めを行うことができる。このために、二つの接触しているウエハーの一つの特別な構造化が行われる。この構造化された表面は、浅くエッチングされた領域によって囲まれた中央のメサと大部分のエッチングされていない半導体領域から構成されている。中央のメサの融着面と大部分のエッチングされていない半導体領域は、同じ面内にある。電流の閉じ込めは、中央のメサ以外の融着された境界面に本来の酸化物層を配置すること[A. V. Syrbu, V. P. Iakovlev, C. A. Berseth, O. Dahaese, A. Rudra, E. Kapon, J. Jacquet, J. Boucart, C. Stark, F. Gaborit, I. Sagnes, J. C. Harmand and R. Raj, "30 °CW Operation of 1.52μm InGaAsP/AlGaAs Vertical Cavity Lasers with in situ built-in lateral current confinement by localized fusion", Electronic Letters, Vol. 34, No. 18, 3rd September 1998]、または中央のメサ以外の融着された境界面に陽子注入領域を配置すること（米国特許第５，９８５，６８６号）によって得られる。しかし、このアプローチは、次の欠点を持つ。融着されたｐ−ＧａＡｓベースおよびｐ−ＩｎＰベースの境界面は、通常高抵抗であり、素子を相当に加熱する結果となり、ｐ−ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓのＤＢＲを最適化して、長波長ＶＣＳＥＬが高い反射率（低い吸収）と低い抵抗率を持つようにすることは非常に難しい。
【０００８】
長波長ＶＣＳＥＬ製造技術の別のアプローチにおいては、活性領域に正孔を注入するためにトンネル接合を利用することができ、活性共振器材料の両側にｎ型ＤＢＲの利用を可能とするものである。米国特許の国際公開第９８／０７２１８号では、ＩｎＰベースの活性共振器材料のｐ側が、ｎ型ＤＢＲスタックとｎ++／ｐ++トンネル接合を含むＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓベースの構造のｐ−ＧａＡｓ側に融着される。これらの素子における横方向の光と電流の閉じ込めのために、標準的なメサエッチングとＡｌＧａＡｓの湿式酸化が行われる。このアプローチは、この特別な横方向閉じ込め技術と高抵抗のｐ−ＧａＡｓ／ｐ−ＩｎＰ融着接合に関連した上記の欠点以外に、低いバンドギャップの材料と比べて、ＧａＡｓで低抵抗の逆バイアスのトンネル接合を達成することの周知の難しさを持っている。
【０００９】
より最近のアプローチでは、いわゆる低いバンドギャップのＩｎＰベースの活性共振器材料で構成した「埋込型トンネル接合構造(buried tunnel junction structure)」が用いられている。[M. Ortsiefer et al., "Room-Temperature Operation of Index-Guided 1.55μm In-P-Based Vertical cavity Surface-Emitting Laser", Electronic Letters, Vol. 36, No. 13, 2nd March 2000]。このＶＣＳＥＬの構造は、一つの酸化物ＤＢＲと一つの半導体ＤＢＲを有する。ｎ型半導体ＤＢＲ、ｐ型材料で終端された共振器材料、およびｐ++／ｎ++トンネル接合構造は、最初のエピタキシャル処理で成長させる。そして、このｐ++領域に到達するまで、浅いメサ構造をトンネル接合をくり貫く形でエッチングし、２回目のエピタキシャル処理でｎ型ＩｎＰ層を再び成長させている。これに続いて、ｎ−ＩｎＰ上に酸化物ＤＢＲを被覆している。この構造では、この埋込型トンネル接合が、横方向の電流の閉じ込めのための手段を提供している。しかし、活性領域とヒートシンクの間には、本質的に熱伝導性の低い酸化物ＤＢＲが配置されることとなる。最終的な素子は、基板を持たない自立型のエピタキシャル構造を示し、そのことによってそのような素子の取り扱いと処理を複雑にし、歩留まりを低下させている。
【００１０】
文献「"Metamorphic DBR and Tunnel-Junction Injection: A CW RT Monolithic Long-Wavelength VCSEL", J. Boucart et al., IEEE Jounal of Selected Topics in Quantum Electronics, Vol. 5, No. 3, 1999, pp. 520-529 」は、同じエピタキシャル処理で、活性共振器材料に組み込んだトンネル接合と活性共振器材料上に成長させた単結晶ｎ型ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓのＤＢＲを有するＶＣＳＥＬを開示している。この場合、ｎ−ＡＬＧａＡｓのＤＢＲの良好な熱伝導率のために、熱の拡散は改善されている。横方向の電流の閉じ込めは、上部のＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓのＤＢＲとトンネル接合に陽子を深く注入させた結果として得られている。しかし、そのような構造は、ＧａＡｓベースとＩｎＰベースの化合物間に３．７％の格子不整合があるという特徴を持ち、変成ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓのＤＢＲにおいて、高密度の欠陥を生じさせることとなる。これらの欠陥は、活性領域に増殖し、素子を速く劣化させてしまう場合がある。陽子の注入も、欠陥、特にＩｎＰベースの活性共振器材料における欠陥を生じさせる。さらに、出来上がった構造は、横方向の光の閉じ込めに対する手段を持たない。
【００１１】
次世代のＬＡＮは、広帯域伝送を実現するために、波長分割多重（ＷＤＭ）方式を用いるであろう。多重波長ＶＣＳＥＬアレーは、これらのシステムにおいて重要な役割を果たすことができる。文献「"WDM Array Using Long-Wavelength Vertical Cavity Lasers" V. Jayaraman and M. Kilcoyne in Proc. SPIE: Wavelength Division Multiplexing Components, Vol. 2690, 1996, pp. 325-336」は、１５５０ｎｍの光を放射する光励起ＶＣＳＥＬを開示しており、そこではＶＣＳＥＬの共振器内に含まれるＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰの超格子を選択エッチングすることによって、アレー内の各々のＶＣＳＥＬの共振器長を変化させている。この素子構造の弱点は、それがまた横方向の光の閉じ込めに対する手段を持っていないことである。
【特許文献１】
米国特許第５，９８５，６８６号
【特許文献２】
国際公開第９８／０７２１８号
【非特許文献１】
N. M. Margalit et al., "Laterally Oxidized Long Wavelength CW Vertical cavity Lasers", Appl. Phys. Lett., 69 (4), July 22 1996, pp. 471-472
【非特許文献２】
Y. Oshio et al, "1.55 μm Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers with Wafer-Fused inGaAsP/InP-GaAs/AlAs DBRs", Electronics Letters, Vol. 32, No. 16, 1 st August 1996
【非特許文献３】
S. Rapp et al., "Near-Room-Temperature Continuous-Wave Operation of Electrically Pumped 1.55μm Vertical cavity Lasers with InGaAsP/InP Bottom Mirror", Electronic Letters, Vol. 35, No. 1, 7 th January 1999
【非特許文献４】
W. Yuen et al., "High Perforamance 1.6μm Single-Epitaxy Top-Emitting VCSEL, Electronic Letters, Vol. 36, No. 13, 22nd June 2000
【非特許文献５】
A. V. Syrbu, V. P. Iakovlev, C. A. Berseth, O. Dahaese, A. Rudra, E. Kapon, J. Jacquet, J. Boucart, C. Stark, F. Gaborit, I. Sagnes, J. C. Harmand and R. Raj, "30°CW Operation of 1.52μm InGaAsP/AlGaAs Vertical Cavity Lasers with in situ built-in lateral current confinement by localized fusion", Electronic Letters, Vol. 34, No. 18, 3rd September 1998
【非特許文献６】
M. Ortsiefer et al., "Room-Temperature Operation of Index-Guided 1.55 μm In-P-Based Vertical cavity Surface-Emitting Laser", Electronic Letters, Vol. 36, No. 13, 2nd March 2000
【非特許文献７】
"Metamorphic DBR and Tunnel-Junction Injection: A CW RT monolithic Long-Wavelength VCSEL", J. Boucart et al., IEEE Jounal of Selected Topics in Quantum Electronics, Vol. 5, No. 3, 1999, pp. 520-529
【非特許文献８】
"WDM Array Using Long-Wavelength Vertical Cavity Lasers" V. Jayaraman and M. Kilcoyne in Proc. SPIE: Wavelength Division Multiplexing Components, Vol. 2690, 1996, pp. 325-336
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
したがって、新しいＶＣＳＥＬ素子構造を提供することにより長波長ＶＣＳＥＬの動作を改善する方法、およびその製造方法に関する技術ニーズがある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明の主要な考えは、次のことから成る。二つのＤＢＲに挟まれた活性共振器材料を含むＶＣＳＥＬ素子構造を、この活性共振器材料の構造化された表面と一方のＤＢＲのｎ型層の実質的に平坦な表面との間の電流注入径によって規定される活性領域を持つように形成し、この構造化された表面とこのｎ型層の平坦な表面は互いに融着される。この構造化された表面は、この活性共振器材料の一部であるｐ−半導体層の上に構成されたｐ++／ｎ++トンネル接合の少なくとも上側のｎ++層を含むメサの上部表面と、このメサ以外のｐ型層（すなわち、それぞれの場合に応じて、トンネル接合のｐ++層か、ｐ半導体層のどちらか）の上部表面によって構成される。この構造化された表面（すなわち、このメサの上部表面とメサ以外のｐ型層の表面の両方）を、このＤＢＲのｎ型層の平坦な表面と融着させ、その結果としてこれらの表面を変形させる。その結果、融着させた表面間のメサの近傍に空隙が形成され、それはこれらの融着された表面間における電流注入径を構成する。このことは、電流の流れをこの活性共振器材料に制限する（すなわち、活性領域を規定する電流注入径を形成する）とともに、この活性領域内において屈折率の横方向の変化を実現するものである。
【００１４】
このようにして、活性領域を規定する電流注入径は、活性共振器材料の構造化された表面とＤＢＲスタックのｎ型層の実質的に平坦な表面との間に、ウエハー融着によって締め付けられたメサ（トンネル接合の少なくとも上側のｎ++層）を有することとなる。この融着された表面間にある空隙は、この発明で提案している素子構造における横方向の屈折率の変化を生み出すものである。
【００１５】
ここで使われている「メサ以外のｐ型層」という用語は、ｐ++／ｎ++トンネル接合構造の下にあるｐ層か、このトンネル接合の下側のｐ++層である、活性共振器材料の層を意味する。この「融着」という用語は、融着させる表面間に本当の物理的な結合を形成するために、圧力と熱を加えて二つの表面を電子的に結合させることから成るウエハー融着技術を意味する。
【００１６】
このようにして、この発明にもとづく技術においては、活性共振器材料の一部であるｐ層の上のトンネル接合（ｐ++とｎ++層のスタック）にメサを形成し、ＤＢＲの下側のｎ型の平坦な層と活性共振器材料の構造化された表面との間でウエハー融着を行う。この処理は、これらのウエハー（ＤＢＲ構造と活性共振器材料）の変形のために、メサの周囲に特定の幾何構造の層を形成するとともに、メサの高さと融着温度で印加される圧力によって規定される空隙を生じさせることとなる。この空隙を設けることにより、この素子の活性領域において横方向の屈折率の変化を生じさせることができる。上部から下部に向かって電界を加えることによって、メサのトンネル接合とｎ−ｐ（またはｎ−ｐ++）の融着された境界面の両方に逆バイアスがかかり、そのことによって電流の流れがメサに制限される。
【００１７】
この発明にもとづくＶＣＳＥＬ素子は、以下の方法で製造される。
【００１８】
ｐ++／ｎ++トンネル接合で終端された活性共振器材料をＩｎＰ基板上に成長させる。この活性共振器材料は、下部のｎ型スペーサ、多重量子井戸構造、およびその上にトンネル接合を成長させたｐ層で終端された上部スペーサを組み込んでいる。次に、ｐ層またはｐ++層（一般的には、ｐ型層）のどちらかまで、トンネル接合をエッチングでくり貫いてメサ構造を作り、それによってメサの上にあるｎ++層とメサ以外のｐ型層で終端された活性共振器材料の構造化された表面を得る。その後、ｎ型ＡｌＡｓ／ＧａＡｓのＤＢＲと活性共振器材料の構造化された表面との融着を、これらのウエハーの面と面を接触させ、高い温度で圧力を加えることによって実行する。これによって、これらのウエハーが変形するために、メサの上のｎ++材料とメサ以外のｐ（またはｐ++）材料の両方とｎ型ＡｌＡｓ／ＧａＡｓのＤＢＲとの高品質な融着が得られる。そして、ＩｎＰ基板を選択エッチングするとともに、下部のｎ型ＡｌＡｓ／ＧａＡｓのＤＢＲを活性共振器材料構造のｎ側に融着する。上部のＤＢＲのＧａＡｓ基板を選択エッチングするとともに、素子の両側にオーム接触を被覆する。
【００１９】
対応する電界が上部から下部に（直流電圧）向かうように、素子の接点にバイアス電圧を適切に印加すると、メサ内のトンネル接合とｎ−ｐ（またはｎ−ｐ++）の融着境界面の両方は、逆バイアスを印加されることとなる。この逆バイアスをかけられたトンネル接合は、良く電気を通し、この逆バイアスをかけられたｎ−ｐ（またはｎ−ｐ++）の融着境界面は、電気を通さない。そのため、電流の流れのメサへの制限（すなわち、電流注入径の形成）が実現される。この電流注入径を通過した後に電流が流れる、活性共振器材料の部分は、光が生成される、素子の活性領域である。ｎ−ＤＢＲへの融着を実施する前に、メサの周辺の活性共振器材料構造上における陽子注入層のような、追加の電気を閉じ込める層を形成することによって、さらに電気が局在化するように改善することができる。
【００２０】
このようにして、この発明の一つの特徴にもとづき、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）の素子構造が提供され、この素子構造は、上部および下部分布ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ）スタック間に挟まれた半導体活性共振器材料構造を有し、この上部ＤＢＲは、少なくとも一つのｎ型半導体層を持ち、そしてこの素子構造は、素子の接点への直流電圧の印加に応じて光を生成する活性領域を規定するものであり、その際、
この活性共振器材料は、下部および上部スペーサ領域間に挟まれた多重量子井戸層のスタックを持ち、この上部スペーサ領域は、ｐ−層とこのｐ−層の上にあるｐ++／ｎ++トンネル接合で終端されており、これらのｐ++−層とｐ−層は、それぞれｐ型層を構成し、このトンネル接合の少なくとも上側のｎ++−層は、その下にあるｐ型層から出現しているメサであって、この活性共振器材料の構造化された表面は、このメサの上側の表面とこのメサ以外のｐ型層の上側の表面によって構成されるとともに、
この活性領域は、この活性共振器材料の融着されて構造化された表面とこの上部ＤＢＲスタックのｎ型半導体層の表面との間の空隙によって囲まれた、メサを含む電流注入径によって規定される。
【００２１】
この発明にもとづくＶＣＳＥＬ素子構造は、同じ上部と下部のＤＢＲ間に挟まれた少なくとも一つの追加の活性領域を有し、この活性領域は、同じ活性共振器材料から開始して製造される。これらの活性領域は、それぞれ別々の接点を持つとともに電気絶縁されており、そのことによって各活性領域を別々に電気励起することが可能である。ＤＢＲを通じて放射される光が異なった波長を持つように、これらの活性領域は、それぞれ相異なる共振器長を持つように設計することができる。このため、各活性領域を規定するメサを異なった高さで作ることができ、その結果各活性領域が相異なる共振器長を持つこととなる。これは、トンネル接合のｎ++層の上にある追加のｎ型層で終端される、前記の少なくとも一つの追加のメサを作ることによって実現される。好ましくは、この追加のｎ型層は、ＶＣＳＥＬ構造内で放射される波長の１／８を超えない厚さを持つとともに、一定数の対の層から構成され、各対の層は相異なる化学組成を有するものである。そのようなｎ個の追加のメサ（活性領域）が設けられると、これらの追加のメサの各々は、その他の追加のメサのものと異なる厚さの追加のｎ型層の部分を持つ。異なる活性領域を挟むＤＢＲを通じて放射される光の間における波長の違いを等しく最小にするためには、対応する活性領域内の追加のｎ型層を含む活性共振器材料の厚さの値間における違いを等しくする。
【００２２】
この発明の別の特徴にもとづき、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）素子構造の製造方法が提供され、その方法は、
（ｉ）下部および上部スペーサ領域間に挟まれた多重量子井戸層のスタックを持つ半導体活性共振器材料を成長させ、この上部スペーサ領域は、ｐ−層とこのｐ−層の上にあるｐ++／ｎ++トンネル接合構造で終端されており、これらのｐ++−層とｐ−層は、それぞれｐ型層を構成するものである。
【００２３】
（ii）措置（ｉ）で形成した活性共振器材料をエッチングして、その下にあるｐ型層から出現しているトンネル接合の少なくとも上側のｎ++層を含むメサを形成し、そうすることによってこのメサの上側の表面とこのメサ以外のｐ型層の上側の表面によって形成される活性共振器材料の構造化された表面を製作する。
【００２４】
（iii ）この活性共振器材料の構造化された表面と第一の分布ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ）スタックのｎ型半導体層の実質的に平坦な表面との間にウエハー融着を起こし、そのことによってこのメサの周りの融着された表面の変形を起こすとともに、注入径領域を規定してそこに電流の流れを通し、この注入径領域は、この変形され融着された表面間の空隙によって囲まれたメサを含むとともに、この素子の活性領域を規定するものである。
【００２５】
（iv）この構造化された表面の反対側にある、この活性共振器材料の表面上に、第二のＤＢＲスタックを形成する。
【００２６】
（ｖ）このＶＣＳＥＬ素子構造上に、この電流注入径を通って、この活性領域に至る電流の流れを発生させるためのオーム接触を形成する。
というの措置を有する。
【００２７】
同じ活性共振器材料から出発して、少なくとも一つの追加の活性領域を含むＶＣＳＥＬ素子構造を形成するために、措置（ii）を実行する前に、追加のｎ型層をトンネル接合のｎ++層の上に設ける。この場合、措置（ii）の間に、この追加のｎ型層の部分も含む少なくとも一つの追加のメサを形成する。
【発明の効果】
【００２８】
トンネル接合のアプローチにもとづく長波長ＶＣＳＥＬの周知の製造技術と異なり、この発明の技術は、非常に良好な熱伝導率を持つ高品質な構造のＡｌＡｓ／ＧａＡｓのＤＢＲを利用可能とするものである。ＡｌＡｓ／ＧａＡｓのＤＢＲと活性共振器材料との融着を行い、低い抵抗率のｎ++ＩｎＰベース／ｎ−ＧａＡｓの融着接合を得る一方、横方向の電気および光の閉じ込めが実現されている。
【００２９】
この発明にもとづく素子の製造方法は、簡単であり、標準的でない処理を含まず、ならびに多波長ＶＣＳＥＬアレーの製造を可能とするということに留意すべきである。最終的な素子は、機械的に安定しており、大規模で低コストの生産を可能とするものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
ここでは、この発明を理解するとともに、この発明が実際にどのように実施されるのかを見るために、添付した図面を参照し、限定されない例だけを用いて、いくつかの実施形態を記載する。
【００３１】
図．１Ａは、この発明の一つの実施形態にもとづくＶＣＳＥＬ素子構造（一般的に１０で表す）を描いている。この素子１０は、下部と上部のｎ−ＡｌＡｓ／ＧａＡｓのＤＢＲ１２ａと１２ｂと、これらの間にある活性共振器材料（一般的に１４で表す）から構成されている。これらのＤＢＲ１２ａと１２ｂは、それぞれウエハー融着によって、この活性共振器材料１４の下部の表面１４ａと上側の構造された表面１４ｂに接合されている。オーム接触（一般的に１５で表す）は、この素子１０の相対する側に設けられている。
【００３２】
この活性共振器材料１４は、下部ｎ型スペーサ１６ａ、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造１８、ｐ型層２０で終端された上部スペーサ１６ｂ、およびｐ++下部層と上部ｎ++層から成るｐ++／ｎ++トンネル接合であるメサ２２を組み込んだ構造である。それゆえ、この構造化された表面１４ｂは、メサ２２とメサ２２以外のｐ型層２０の上側の表面によって構成されている。片側にあるｎ型ＤＢＲ１２ｂ（すなわち、ミラー構造のｎ−半導体層）の下側の表面ともう一方の側にある構造化された表面１４ｂは、融着された境界面を構成する。このメサ２２は、融着された表面間において、その変形のために締め付けられており、細長い空隙２４がメサ２２の近傍に形成されている。この空隙は、光モードの閉じ込めのための横方向の屈折率の変化を起こす一方、この融着され、変形された表面間の空隙内のメサは、電流注入径領域２５を構成し、そこを電流の流れが通る。この電流注入径２５は、活性共振器材料１４の一部としての活性領域を規定し、電流は、電流注入径２５を通過した後にここを流れるとともに、ここで光が生成される。
【００３３】
接点１５にバイアス電圧を印加すると、上部から下部に向かっての電界が発生し、その結果メサ２２のトンネル接合とｎ−ｐ融着境界面に逆バイアスがかかり、それぞれ電気を通す状態と通さない状態となる。これによって、このメサを通る電流の制限が実現される。
【００３４】
図．１Ｂは、ＶＣＳＥＬ素子構造１０の活性共振器材料と隣接するＤＢＲ内における屈折率の変化と放射波長における定在波（電界）の形状を示している。トンネル接合ＴＪが定在波の最小のところに位置する一方、多重量子井戸構造１８の領域が電界の最大のところに位置しているのが図示されており、このため、このＶＣＳＥＬ素子構造１０によって放射される光が吸収されることがない。
【００３５】
ここで、図．２〜４を参照して、この素子１０を製造する場合の主要な措置を記載する。
【００３６】
第一の措置（図．２）では、ｎ型ＩｎＰ基板２６上に、ＩｎＧａＡｓＰ−エッチストップ層１７、下部ｎ−ＩｎＰスペーサ層１６ａ、非ドープＭＱＷ構造１８、ｐ型ＩｎＰ層２０で終端された上部ＩｎＰスペーサ層１６ｂ、およびｐ++／ｎ++トンネル接合ＴＪを順次成長させることにより、活性共振器材料１４（ウエハー構造）を作る。
【００３７】
この例では、以下の層に関するパラメータが用いられている。ＩｎＧａＡｓＰ−エッチストップ層１７は、１．４μｍにおいて光ルミネセンスの最大（ＰＬmax ）（すなわち、ＰＬmax ＝１．４μｍ）と１１３ｎｍの厚さを持つ。下部ｎ−ＩｎＰスペーサ層１６ａは、３・１０17ｃｍ-3のドーピングレベルｎと３０５ｎｍの厚さを持つ。非ドープＭＱＷ構造１８は、ＰＬmax ＝１．５４μｍと厚さ８ｎｍのＩｎＧａＡｓＰの６つの量子井戸と、ＰＬmax ＝１．３８μｍと厚さ９．４ｎｍのＩｎＧａＡｓＰの７つの障壁を有する。上部ＩｎＰスペーサ層１６ｂは、１０１ｎｍの非ドープＩｎＰを有する。このｐ型ＩｎＰ層２０は、厚さ１９２ｎｍとドーピングレベルｐ＝５・１０17ｃｍ-3を持つ。このｐ++／ｎ++トンネル接合ＴＪは、ドーピングレベルｐ＝５・１０19ｃｍ-3と厚さ１５ｎｍのｐ++−ＩｎＧａＡｓ層２２ａとドーピングレベルｎ＝５・１０19ｃｍ-3と厚さ１５ｎｍのｎ++−ＩｎＧａＡｓ層２２ｂによって構成され、そのためこのトンネル接合ＴＪの全体の厚さは３０ｎｍである。一般的に、このトンネル接合の厚さは、２０〜５０ｎｍの範囲にある。
【００３８】
第二の措置（図．３）では、Ｈ3 ＰＯ4 ：Ｈ2 Ｏ2 ：Ｈ2 Ｏベースの溶液での選択エッチングを用いて、このトンネル接合をエッチングしてくり貫いてメサ構造２２を作り、これによって活性共振器材料構造１４の構造化された表面１４ｂを得る。この例では、このエッチングは、直径１０μｍのフォトレジストマスクを用いて行うとともに、ｐ型層２０に到達するまで続けられ、これによってこの層２０の表面が、ｎ型ＤＢＲ１２ｂに融着されるメサ以外のｐ型層を構成するものである。しかし、このエッチングをトンネル接合のｐ++層２２ａに到達するまで続けることができることに留意すべきであり、その場合この層２２ａの表面は、融着されるメサ以外のｐ型層を構成することとなる。
【００３９】
第三の措置（図．４）では、ｎ型ＤＢＲスタック１２ｂと活性共振器材料１４の面と面を接触させて、高い温度で圧力をかけ、それによってこのＤＢＲ１２ｂの下側のｎ−半導体層の表面と構造化された表面１４ｂとの融着が行われる。このＤＢＲスタック１２ｂは、ＧａＡｓ基板上に有機金属化学気相蒸着法（ＭＯＣＶＤ）によって成長させたＡｌＡｓ／ＧａＡｓのＤＢＲ構造であり、ドーピングレベルｎ＝１０18ｃｍ-3と厚さ１３０ｎｍのＡｌＡｓと、ドーピングレベルｎ＝１０18ｃｍ-3と厚さ１１４ｎｍのＧａＡｓの対を２５個持っている。
【００４０】
基本的に空気による加圧である融着の設定では、融着処理の各段階において接触しているウエハーに加えられる圧力を変化させて行うことができる。活性領域における欠陥の形成を回避するためには、室温での換気時において、ウエハーに加える圧力が０．５バールを超えないことが非常に重要である。加熱サイクル時には、６５０°Ｃの融着温度に到達するまで、この低い圧力を維持する。次に、この圧力を２．０バールまで徐々に増加させて、３０分間ウエハ−をこの状態に維持する。融着処理の間に、ウエハーを変形させて、メサ２２の上のｎ++材料とメサ以外のｐ型材料の両方のｎ型ＡｌＡｓ／ＧａＡｓのＤＢＲ１２ｂへの高品質な融着を実現し、空隙２４を形成する。
【００４１】
最後の措置では、ＩｎＧａＡｓＰエッチストップ層１７に到達するまで、ＩｎＰ基板をＨＣｌで選択エッチングし、ＩｎＧａＡｓＰエッチストップ層もＨ3 ＰＯ4 ：Ｈ2 Ｏ2 ：Ｈ2 Ｏ溶液で選択エッチングする。次に、下部のｎ型ＡｌＡｓ／ＧａＡｓのＤＢＲ１２ａを活性共振器材料のｎ側に融着させる。この例では、このＤＢＲ１２ａは、上部ＤＢＲスタック１２ｂの層のものと同じ厚さとドーピングレベルのＡｌＡｓとＧａＡｓ層の対を２７個持っている。エッチストップとして機能する最初のＡｌＡｓ層に到達するまで、上部ＤＢＲのＧａＡｓ基板をＨ2 Ｏ2 −ＮＨ3 ＯＨ溶液で選択エッチングするとともに、この最初のＡｌＡｓ層もＨＦで選択エッチングし、素子の両側にＮｉ−Ａｕ−Ｇｅ−Ａｕのオーム接触１５を被覆する。この処理にもとづき得られるＶＣＳＥＬ素子構造１０は、１５２０ｎｍの光を放射する。
【００４２】
図．５と６を参照すると、この発明の別の実施形態にもとづくＶＣＳＥＬ素子構造１００が描かれている。理解を容易にするために、素子１０と１００において同一である構成要素を識別するために、同じ符号が使われている。この素子１００は、上部ＤＢＲ１２ｂの融着を行う前に、メサ２２以外の活性共振器材料１４への陽子注入を用いて作られ、それによって電流がＶＣＳＥＬ素子構造１００の電流注入径領域２５に集中して通るようにさらに改善することができる。
【００４３】
この素子１００を製造するためには、素子１０の製造に関して上述したとおり、構造化された活性共振器材料の準備を行い、その後図．６に示すように、メサ２２上にフォトレジストディスク２７を、このディスクがメサと同心となるように形成する。このディスク２７は、３０μｍの直径と２μｍの厚さを持つマスクとして機能する。このメサのマスキングに続いて、８０ｋｅＶのエネルギーと５・１０14の線量で活性共振器材料の表面への陽子注入を行う。注入エネルギーと線量は、注入層２８（図．５）が下部ｎ−ＩｎＰスペーサ１６ａに到達するように選定される。
【００４４】
陽子注入後に、アセトンと酸素のプラズマでフォトレジストマスク２７を取り除き、その後の措置は、素子１０の製造に関して上述した措置と同様である。その結果、追加の陽子注入電流閉じ込め層２８を持つＶＣＳＥＬ素子１００が得られ、この層は、ただメサ２２を囲む空隙２４の外側の境界に到達し、この層が活性領域の外に位置するとともに、そこから相当に離れているので、電流注入径２５で規定される活性領域内に欠陥を生じさせない。この目的のためには、酸素またはその他のイオンの注入を用いることもできる。
【００４５】
図．７は、この発明のさらに別の実施形態にもとづくＶＣＳＥＬ素子構造２００の構造を描いている。同様に、前に記述した例と共通の構成要素を識別するために、同じ符号を用いている。図．７の例では、上部ＤＢＲ１２ｂは、ＡｌＡｓ／ＧａＡｓスタックであり、そこでは上部ＧａＡｓ層３０だけが５・１０18ｃｍ-3のキャリア濃度でｎ型にドープされており、その他のすべての層は、ドーピングされていない。上述した方法で、このＤＢＲスタック１２ｂを活性共振器材料１４と接触させて、このＤＢＲスタック１２ｂの上部ｎ−ＧａＡｓ層３０を活性共振器材料１４の構造化された表面１４ｂに融着させる。その後、この上部ＤＢＲ１２ｂのＧａＡｓ基板をＨ2 Ｏ2 −ＮＨ3 ＯＨ溶液で選択エッチングする。Ｃｌ2 −ＣＨ4 −Ａｒでの反応性プラズマドライエッチングを用いて、ｎ型ＧａＡｓ層３０に到達するまで、この上部ＤＢＲスタック１２ｂ内に環状の窪み３１を形成し、それによってこの環状の窪み３１で囲まれた上部ＤＢＲ１２ｂの中央のスタック領域２９を規定する。この処理に続いて、この窪み３１内に上部のオーム接触３２を被覆する。
【００４６】
上部の接点３２と下部の接点１５ｂ間に直流電圧を印加すると、電流が電流注入径領域２５に向かってｎ型層３０に沿って流れ、そして次に活性領域を通過する。上部層３０以外のすべての層をドーピングしない形の上部ＤＢＲ１２ｂを利用する利点は、この素子からはＤＢＲを通して光が取り出され、そのＤＢＲにおける光の吸収を低減できることであり、そのことによってＶＣＳＥＬの放射電力を向上させることができるものである。
【００４７】
ここで、図．８〜１０に移り、そこには、この発明のさらに別の実施形態が描かれている。図．８は、多波長ＶＣＳＥＬアレーの構成におけるＶＣＳＥＬ素子構造３００の構造を示しており、それは、この例では、それぞれ相異なる波長λ1 ，λ2 およびλ3 を放射する三つのＶＣＳＥＬ素子３００ａ，３００ｂおよび３００ｃのアレーを有する。図．９と１０は、この素子構造３００の製造方法を描いている。
【００４８】
相異なる波長の光の放射は、それぞれ隣接する素子３００ａ，３００ｂおよび３００ｃ内に、メサ３３，３４および３５の高さが異なるために、長さＬ1 ，Ｌ2 ，Ｌ3 の相異なる構造化された活性共振器材料を設けることにより得られる。
【００４９】
上部ＧａＡｓ基板を選択エッチングした後に、上部ｎ型ＤＢＲ１２ｂ上に環状のオーム接点３６，３７および３８を形成する。次に、Ｃｌ2 −ＣＨ4 −Ａｒでの反応性プラズマエッチングにより、上部ＤＢＲ１２ｂ内に絶縁メサ構造３９，４０および４１を形成する。この環状の接点３６，３７，３８のそれぞれとそれに対応する絶縁メサ構造３９，４０，４１は、それぞれそれらに対応するメサ３３，３４，３５の中心を通る垂直軸に中心がある。上部の接点３６，３７または３８の一つと下部の接点１５ｂ間に直流電圧を印加することによって、各ＶＣＳＥＬ素子（３００ａ，３００ｂまたは３００ｃ）の活性領域を通る電流の流れを起こして、これらの各素子の共振器長に依存した波長でそれぞれ光を放射する。
【００５０】
電気通信における利用に対しては、アレーにおけるＶＣＳＥＬ間で等しい波長偏差Δλを得るように、多波長ＶＣＳＥＬアレーにおけるレーザの放射波長を精密に制御することが重要である。このことは、隣接する素子において等しい共振器長の偏差ΔＬを保証することにより実現される。この発明のこの実施形態においては、図．９に示すとおり、トンネル接合の層２２ａと２２ｂをＩｎＰベースの共振器材料上に成長させ、そして次に二つの対のＩｎＰ−ＩｎＧａＡｓＰ層を成長させる。ＩｎＰ−ＩｎＧａＡｓＰの層の対における各層は、１０ｎｍの厚さと５・１０17ｃｍ-3のｎ型ドーピングレベルを持つ。ＩｎＧａＡｓＰ層の組成は、１．４μｍのＰＬmax に相当する。一般的に、この追加のｎ型層は、所望の数のＮｐ対の層から構成され、各対は相異なる化学組成の二つの層を有する。別々の波長に対する所望の数ＮとＮｐ間の関係は、Ｎｐ＝Ｎ−１である。
【００５１】
この層構成の上記の処理に続いて、ＩｎＰベースの共振器材料のｐ型層２０に到達するまで、層４２とトンネル接合層２２ａと２２ｂをＨ3 ＰＯ4 ：Ｈ2 Ｏ2 ：Ｈ2 Ｏベースの溶液とＨＣｌで選択エッチングし、メサ４３，４４および４５を形成する（図．１０）。これらのメサ４３，４４および４５は、それぞれ１０μｍの直径を持つ。
【００５２】
図．８に戻って、上記の選択エッチング処理に続いて、フォトリソグラフィーとＨ3 ＰＯ4 ：Ｈ2 Ｏ2 ：Ｈ2 Ｏベースの溶液とＨＣｌによる選択エッチングを用いて、精密なメサを切り出し、その結果異なる高さのメサ３３，３４および３５を形成する。メサ３５は、トンネル接合層２２ａと２２ｂと全体の長さが７０ｎｍの二つの対の層４２から構成されている。メサ３４は、トンネル接合層２２ａと２２ｂと全体の長さが５０ｎｍの対の層４２から構成されている。メサ３３は、トンネル接合層２２ａと２２ｂだけから構成され、３０ｎｍの高さを持つ。このアレーにおける各々の二つの隣接するＶＣＳＥＬ素子（３００ａおよび３００ｂ，３００ｂと３００ｃ）の光学的共振器長間の違いは、同じ（２０ｎｍとＩｎＰ−ＩｎＧａＡｓＰの対の層の実効屈折率を掛けたもの）であり、隣接するＶＣＳＥＬの放射される光の波長間において等しい違いΔλを得ることを可能とするものである。この特定の例においては、メサ３３，３４および３５を持つ素子の放射される光の波長の値は、それぞれ１５２０ｎｍ、１５３８ｎｍおよび１５５６ｎｍと測定され、Δλが１８ｎｍとなる。
【００５３】
一般的に、異なる高さのメサを設定するために、いくつかのメサをトンネル接合のｎ++層２２ｂの上の追加のｎ型層で終端させる。この追加のｎ型層は、一定数の対の層から構成され、各対は異なる化学組成の二つの層を持つ。各メサにおける追加のｎ型層の部分は、他のメサのものとは異なる厚さを持つ。被覆された状態での、エッチングしてＮ個の異なるメサを形成する前の、この追加のｎ型層の厚さをｄとすると、この層を選択エッチングした後では、ｉ番目のメサ（ｉ＝１，２，... ，Ｎ）におけるその残りの部分の厚さｄｉは、ｄi ' ≒（ｉ−１）ｄ／（Ｎ−１）となる。この厚さｄi は、各ＶＣＳＥＬ内で放射される光の波長の１／８、すなわち約６０ｎｍを超えない。
【００５４】
当業者は、この前に説明したこの発明の好ましい実施構成には、この発明の請求項内にならびにこの請求項によって定義される範囲を逸脱することなく、様々な修正や変更を加えることができることを容易に理解することであろう。さらに、括弧［］で括られたすべての出版物は、それへの参照として、ここに組み込まれていることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１Ａ】この発明の一つの実施形態にもとづくＶＣＳＥＬ素子の層構造を描いた図
【図１Ｂ】図１Ａの素子の活性共振器材料と隣接するＤＢＲ内における屈折率の変化と光の定在波を描いた図
【図２】図１ＡのＶＣＳＥＬ素子の製造方法を描いた図
【図３】図１ＡのＶＣＳＥＬ素子の製造方法を描いた図
【図４】図１ＡのＶＣＳＥＬ素子の製造方法を描いた図
【図５】この発明の別の実施形態にもとづくＶＣＳＥＬ素子の構造を示す図
【図６】図５のＶＣＳＥＬ素子の製造方法を描いた図
【図７】この発明のさらに別の実施形態にもとづくＶＣＳＥＬ素子の構造を示す図
【図８】この発明にもとづく電気励起多波長ＶＣＳＥＬアレーの構造を示す図
【図９】図８の素子の製造方法を描いた図
【図１０】図８の素子の製造方法を描いた図
【符号の説明】
【００５６】
１０，１００，２００，３００  この発明にもとづくＶＣＳＥＬ素子構造
３００ａ，３００ｂ，３００ｃ  ＶＣＳＥＬ素子アレー
１２ａ，ｂ          分布ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ）
１４                活性共振器材料
１４ａ              活性共振器材料１４の下部の表面
１４ｂ              活性共振器材料１４の構造化された表面
１５                オーム接触（接点）
１５ｂ              下部接点
１６ａ              下部スペーサ
１６ｂ              上部スペーサ
１７                エッチストップ層
１８                多重量子井戸（ＭＱＷ）構造
２０                ｐ型層
２２                メサ
２２ａ，２２ｂ      トンネル接合層
２４                空隙
２５                電流注入径
２６                基板
２７                フォトレジストマスク
２９                中央スタック領域
３０                上部ＧａＡｓ層
３１                窪み
３２                上部オーム接触（接点）
３３，３４，３５    メサ
３６，３７，３８    環状オーム接点
３９，４０，４１    絶縁メサ構造
４２                対を成す層
４３，４４，４５    メサ
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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