(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに隣接する第１及び第２のエリアと、該第１及び第２のエリアを囲い且つ該第１及び第２のエリアの両方に隣接した第３のエリアとを含む主面を有する基板と、
前記基板の前記主面上に設けられた第１の分布ブラッグリフレクタと、
前記第１及び第２のエリア上並びに前記第１のエリアと該第２のエリアとの境界線上に位置しており、前記第１の分布ブラッグリフレクタ上に設けられた活性層と、
前記活性層上に設けられた第１の半導体スペーサ層と、
前記第１の半導体スペーサ層上に設けられた第２の半導体スペーサ層と、
前記第１の半導体スペーサ層と前記第２の半導体スペーサ層との間において前記第１のエリア上に設けられたトンネル接合領域と、
前記第２の半導体スペーサ層上及び前記第１のエリア上に設けられた第２の分布ブラッグリフレクタと、
前記第２の半導体スペーサ層上に設けられており、前記第１及び第２のエリア上並びに前記境界線上に位置する第１の電極と
を備え、
前記活性層、前記第１の半導体スペーサ層、前記第２の半導体スペーサ層及び前記トンネル接合領域は、共振器メサを構成しており、
前記第１の分布ブラッグリフレクタ、前記活性層、前記トンネル接合領域及び前記第２の分布ブラッグリフレクタは、前記基板の前記主面及び裏面を貫く所定の軸に沿って配列されており、
前記第１及び第２の半導体スペーサ層の各々は、前記第１のエリア上に位置する低抵抗領域と、前記第２のエリア上に位置する高抵抗領域とを含み、
前記高抵抗領域は、前記第１及び第２の半導体スペーサ層の境界を横切ると共に、前記所定の軸の方向に前記共振器メサの側面に沿って延びるように設けられており、
前記低抵抗領域は、前記第１及び第２の半導体スペーサ層の境界を横切ると共に、前記高抵抗領域及び前記共振器メサの側面に沿って設けられており、
前記第１の半導体スペーサ層の導電型は、前記第２の半導体スペーサ層の導電型と異なる、ことを特徴とする面発光半導体レーザ。
【請求項２】
前記第１の分布ブラッグリフレクタ上に設けられた第３のスペーサ層と、
前記第３のスペーサ層上に設けられた第２の電極と
を更に備え、
前記第３のスペーサ層の主面は、第１のエリア、前記第１のエリアに隣接する第２のエリア、及び前記第２のエリアに隣接する第３のエリアを有しており、
前記高抵抗領域は、前記基板の前記第２のエリア上及び前記第３のスペーサ層の前記第１のエリア上に位置し、
前記トンネル接合領域は、前記基板の前記第１のエリア上及び前記第３のスペーサ層の前記第２のエリア上に位置し、
前記第２の電極は、前記第３のスペーサ層の前記第３のエリア上に位置する、ことを特徴とする請求項１に記載された面発光半導体レーザ。
【請求項３】
前記第１の電極は、前記基板の前記第３のエリア上に設けられた電極パッドを含み、
前記電極パッドと前記基板の前記第３のエリアとの間には、前記第３のスペーサ層は設けられていない、ことを特徴とする請求項２に記載された面発光半導体レーザ。
【請求項４】
前記共振器メサの断面形状は、円形または楕円形である、ことを特徴とする請求項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】
前記共振器メサは、前記共振器メサの中心軸を通る平面により第１及び第２の部分に分けられ、
前記トンネル接合領域は、前記共振器メサの前記第１の部分に含まれており、
前記高抵抗領域の側面は、前記トンネル接合領域の側面の形状に合わせて曲がっている、ことを特徴とする請求項４に記載された面発光半導体レーザ。
【請求項６】
前記高抵抗領域は、水素及び酸素の少なくともいずれか一方を含む、ことを特徴とする請求項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】
前記高抵抗領域はイオン注入法で形成される、ことを特徴とする請求項６に記載された面発光半導体レーザ。
【請求項８】
前記共振器メサおよび前記トンネル接合領域では、それぞれ、前記所定の軸に交差する基準面に沿って、共振器メサ横断面及びトンネル接合領域横断面が規定され、
前記共振器メサ横断面の形状は、対称性を有しており、
前記共振器メサ横断面の重心の位置は前記トンネル接合領域横断面の重心の位置と異なる、ことを特徴とする請求項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。
【請求項９】
前記共振器メサおよび前記高抵抗領域では、それぞれ、前記所定の軸に交差する基準面に沿って、共振器メサ横断面及び高抵抗領域横断面が規定され、
前記共振器メサ横断面の形状は、対称性を有しており、
前記共振器メサ横断面の重心の位置は前記高抵抗領域横断面の重心の位置と異なる、ことを特徴とする請求項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。
【請求項１０】
前記共振器メサ、前記トンネル接合領域および前記高抵抗領域では、それぞれ、前記所定の軸に交差する基準面に沿って、共振器メサ横断面、トンネル接合領域横断面及び高抵抗領域横断面が規定され、
前記共振器メサ横断面の形状は、対称性を有しており、
前記トンネル接合領域横断面の重心の位置は前記高抵抗領域横断面の重心の位置と異なる、ことを特徴とする請求項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、トンネル接合型面発光レーザが記載されている。基板上には、ＡｌＧａＩｎＡｓ／ＩｎＰの半導体分布ブラッグ反射器およびｎ型スペーサ層が設けられており、この分布ブラッグ反射器上には、半導体メサが設けられており、この半導体メサは、活性層、トンネル接合領域、および該トンネル接合領域を埋め込むＩｎＰスペーサ層を含む。半導体メサ上には、誘電体分布ブラッグ反射器が設けられている。誘電体分布ブラッグ反射器を囲むように、半導体メサ上に電極が設けられている。また、ｎ型スペーサ層上には、半導体メサを囲むように電極が設けられている。
【０００３】
非特許文献２には、イオン注入型面発光レーザが記載されている。この面発光レーザは、ＧａＡｓ基板上に設けられた３３周期のｎ型半導体ミラーと、３つの井戸層を含む活性層と、２２周期のｐ型半導体ミラーとを含む。ｐ型半導体ミラーの表面には、円形の開口を有する電極が設けられている。ｐ型半導体ミラーにおいては、上記開口の内側を含むように規定された円筒形の外側に、イオン注入が行われている。このイオン注入により、ｐ型半導体ミラーが部分的に高抵抗にされて、電流の閉じ込めを行っている。
【非特許文献１】N.  Nishiyamaet al.,  IEEE  Journal  of  Selected  Topics  in  Quantum  Electronics.,  vol.  11,  no.  5,  pp.  990-998,  2005.
【非特許文献２】K.  L.  Lear  et  al.,  IEEE  Photonics  Technology  Letters.,  vol.6,  no.7,  pp.778-781,  1994.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非特許文献１では、寄生キャパシタンスを低減するために、活性層を含む半導体メサ形状の共振器を用いてしている。しかしながら、この半導体メサのサイズを小さくすると、半導体レーザによって発生される熱の放出性能が低下して動作中の温度が上昇する。このため、寄生キャパシタンスが低減されるけれども、半導体レーザ変調帯域および光出力が低下することになる。
【０００５】
非特許文献２では、電流を閉じ込めるために、表面再結合電流がメサ側面を流れることを防ぐために半導体メサの外周部の抵抗を高くして、管状の電流通過領域を形成している。この高抵抗化は、イオン注入によって行われる。半導体メサの中心に合わせて分布ブラッグ反射器が設けられている。分布ブラッグ反射器は電流通過領域の直上に位置するので、半導体メサ上の電極は、分布ブラッグ反射器を囲むように、高抵抗の外周部上に位置する。このため、電極から電流通過領域に至る横方向への経路は、薄く比較的高い抵抗の半導体からなる。この構造に起因した素子抵抗の増加は避けられない。
【０００６】
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、放熱性能の低下による光出力飽和の回避することに加えて、寄生キャパシタンスの増加を避けながら素子抵抗の低減を可能にする構造の面発光半導体レーザ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】
【０００７】
本発明の一側面によれば、面発光半導体レーザは、（ａ）互いに隣接した第１及び第２のエリアと該第１及び第２のエリアを囲い且つ該第１及び第２のエリアの両方に隣接した第３のエリアとを含む主面を有する基板と、（ｂ）前記基板の前記主面上に設けられた第１の分布ブラッグリフレクタと、（ｃ）前記第１及び第２のエリア上並びに前記第１のエリアと該第２のエリアとの境界線上に位置しており、前記第１の分布ブラッグリフレクタ上に設けられた活性層と、（ｄ）前記活性層上に設けられた第１の半導体スペーサ層と、（ｅ）前記第１の半導体スペーサ層上に設けられた第２の半導体スペーサ層と、（ｆ）前記第１の半導体スペーサ層と前記第２の半導体スペーサ層との間において前記第１のエリア上に設けられたトンネル接合領域と、（ｇ）前記第２の半導体スペーサ層上及び前記第１のエリア上に設けられた第２の分布ブラッグリフレクタと、（ｈ）前記第２の半導体スペーサ層上に設けられており、前記第１及び第２のエリア上並びに前記境界線上に位置する第１の電極とを備え、前記活性層、前記第１の半導体スペーサ層、前記第２の半導体スペーサ層及び前記トンネル接合領域は、共振器メサを構成しており、前記第１の分布ブラッグリフレクタ、前記活性層、前記トンネル接合領域及び前記第２の分布ブラッグリフレクタは、前記基板の前記主面及び裏面を貫く所定の軸に沿って配列されており、前記第１及び第２の半導体スペーサ層の各々は、前記第１のエリア上に位置する低抵抗領域と、前記第２のエリア上に位置する高抵抗領域とを含み、前記高抵抗領域は、前記第１及び第２の半導体スペーサ層の境界を横切ると共に、前記所定の軸の方向に前記共振器メサの側面に沿って延びるように設けられており、前記低抵抗領域は、前記第１及び第２の半導体スペーサ層の境界を横切ると共に、前記高抵抗領域及び前記共振器メサの側面に沿って設けられており、前記第１の半導体スペーサ層の導電型は、前記第２の半導体スペーサ層の導電型と異なる。
【０００８】
この面発光半導体レーザによれば、高抵抗領域は、第１及び第２の半導体スペーサ層の境界を横切るように設けられ第２のエリア上に位置すると共に、低抵抗領域は、第１及び第２の半導体スペーサ層の境界を横切るように設けられ第１のエリア上に位置する。このため、共振器メサにおいて高抵抗領域のサイズを調整することによって寄生キャパシタの増加を全体として抑制して、放熱に必要な共振器メサのサイズを維持できる。また、トンネル接合領域が第１のエリア上に設けられていると共に高抵抗領域が第２のエリア上に位置しているので、高抵抗領域がトンネル接合領域の周囲に設けられておらず、低抵抗領域が、高抵抗領域及び共振器メサの側面に沿って設けられている。低抵抗領域の形状及びサイズを調整することによって、第２の分布ブラッグリフレクタをトンネル接合領域上に設けることが可能になる。また、共振器メサにおいて高抵抗領域が低抵抗領域に隣接するので、第１及び第２のエリア上並びに境界線上に位置する第１の電極のサイズ及び形状を調整して、第１の電極からトンネル接合領域への電流経路の抵抗の増加を抑制できる。
【０００９】
本発明に係る面発光半導体レーザは、前記第１の分布ブラッグリフレクタ上に設けられた第３のスペーサ層と、前記第３のスペーサ層上に設けられた第２の電極とを更に備えることができる。前記第３のスペーサ層の主面は、第１のエリア、前記第１のエリアに隣接する第２のエリア、及び前記第２のエリアに隣接する第３のエリアを有しており、前記高抵抗領域は、前記基板の前記第２のエリア上及び前記第３のスペーサ層の前記第１のエリア上に位置し、前記トンネル接合領域は、前記基板の前記第１のエリア上及び前記第３のスペーサ層の前記第２のエリア上に位置し、前記第２の電極は、前記第３のスペーサ層の前記第３のエリア上に位置する。
【００１０】
この面発光半導体レーザによれば、トンネル接合領域が、第３のスペーサ層の第２のエリア上に位置するので、第３のスペーサ層の第２のエリア上の活性層が発光に寄与する。また、高抵抗領域、トンネル接合領域及び第２の電極が、それぞれ、第３のスペーサ層の第１、第２及び第３のエリア上に位置するので、第２の電極を活性領域に近づけることができる。
【００１１】
本発明に係る面発光半導体レーザでは、前記第１の電極は、前記基板の前記第３のエリア上に設けられた電極パッドを含み、前記電極パッドと前記基板の前記第３のエリアとの間には、前記第３のスペーサ層は設けられていない。
【００１２】
この面発光半導体レーザによれば、電極パッドと基板の第３のエリアとの間に、第３のスペーサ層が設けられていないので、電極パッドと第３のスペーサ層との間のキャパシタンスが低減される。
【００１３】
本発明に係る面発光半導体レーザでは、前記共振器メサ断面の形状は、円形または楕円形であることが好ましい。この面発光半導体レーザによれば、レーザビームの形状が対称性を保ちやすい。また、本発明に係る面発光半導体レーザでは、前記共振器メサは、前記共振器メサの中心軸を通る平面により第１及び第２の部分に分けられ、前記トンネル接合領域は、前記共振器メサの前記第１の部分に含まれており、前記高抵抗領域の側面は、前記トンネル接合領域の側面の形状に合わせて曲がっている。この面発光半導体レーザによれば、高抵抗領域の側面の曲がり、電流の流れの形状が調整されている。
【００１４】
本発明に係る面発光半導体レーザでは、前記高抵抗領域は、水素及び酸素の少なくともいずれか一方を含むことが好ましい。この面発光半導体レーザによれば、水素及び酸素の添加により高抵抗が実現される。また本発明に係る面発光半導体レーザでは、前記高抵抗領域はイオン注入法で形成されることができる。この面発光半導体レーザによれば、製造の際の熱処理を避けながら、所望の形状の高抵抗領域を作製可能である。
【００１５】
本発明に係る面発光半導体レーザでは、前記共振器メサおよび前記トンネル接合領域は、それぞれ、前記所定の軸に交差する基準面に沿って取られた共振器メサ横断面及びトンネル接合領域横断面を有しており、前記共振器メサ横断面の形状は対称性を有しており、前記共振器メサ横断面の重心の位置は前記トンネル接合領域横断面の重心の位置と異なる。
【００１６】
この面発光半導体レーザによれば、共振器メサ横断面の重心の位置がトンネル接合領域横断面の重心の位置と異なるので、第２の分布ブラッグリフレクタの位置が共振器メサの重心軸からシフトされている。
【００１７】
本発明に係る面発光半導体レーザでは、前記共振器メサおよび前記高抵抗領域は、それぞれ、前記所定の軸に交差する基準面に沿って取られた共振器メサ横断面及び高抵抗領域横断面を有しており、前記共振器メサ横断面の形状は、対称性を有しており、前記共振器メサ横断面の重心の位置は前記高抵抗領域横断面の重心の位置と異なる。この面発光半導体レーザによれば、共振器メサ横断面の重心の位置が高抵抗領域横断面の重心の位置と異なるので、第２の分布ブラッグリフレクタの位置が共振器メサの重心軸からシフトされている。
【００１８】
本発明に係る面発光半導体レーザでは、前記共振器メサ、前記トンネル接合領域および前記高抵抗領域は、それぞれ、前記所定の軸に交差する基準面に沿って取られた共振器メサ横断面、トンネル接合領域横断面及び高抵抗領域横断面を有しており、前記共振器メサ横断面の形状は対称性を有しており、前記トンネル接合領域横断面の重心の位置は前記高抵抗領域横断面の重心の位置と異なる。
【００１９】
この面発光半導体レーザによれば、トンネル接合領域横断面の重心の位置が高抵抗領域横断面の重心の位置と異なるので、第２の分布ブラッグリフレクタの位置が高抵抗領域横断面の重心軸からシフトされると共に、第１の電極の位置がトンネル接合領域横断面の重心軸からシフトされる。
【００２０】
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】
【００２１】
以上説明したように、本発明によれば、放熱性能の低下による光出力飽和の回避することに加えて、寄生キャパシタンスの増加を避けながら素子抵抗の低減を可能にする構造の面発光半導体レーザが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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、本発明の面発光半導体レーザ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。
【００２３】
図１は、本実施の形態に係る面発光半導体レーザを示す図面である。面発光半導体レーザ１１は、基板１３と、第１の分布ブラッグリフレクタ（以下「第１のＤＢＲ領域」と記す）１５と、活性層１７と、第１の半導体スペーサ層１９と、第２の半導体スペーサ層２１と、トンネル接合領域２３と、第２の分布ブラッグリフレクタ（以下「第２のＤＢＲ領域」と記す）２５と、第１の電極２７とを備える。第１のＤＢＲ領域１５は、交互に配列された第１及び第２の半導体層１５ａ、１５ｂを含み、第１の半導体層１５ａの屈折率は第２の半導体層１５ｂと異なる。第２のＤＢＲ領域２５は、交互に配列された第１及び第２の層２５ａ、２５ｂを含み、第１の層２５ａの屈折率は第２の層２５ｂと異なる。第１及び第２の層２５ａ、２５ｂの各々は、好ましくは誘電体からなることができる。トンネル接合領域２３は、高濃度第１導電型半導体層２３ａ及び高濃度第２導電型半導体層２３ｂを含み、これらの半導体層２３ａ、２３ｂはトンネル接合を成す。トンネル接合領域２３は、キャリア種の変換を行う。面発光半導体レーザ１１は、第２のＤＢＲ領域２５を介してレーザ光Ｌを提供する。
【００２４】
第１のＤＢＲ１５は、基板１３の主面１３ａ（直交座標形Ｓのｘｙ平面に平行）上に設けられている。活性層１７は、第１のＤＢＲ１５上に設けられている。第１の半導体スペーサ層１９は活性層１７上に設けられており、第２の半導体スペーサ層２１は第１の半導体スペーサ層１９上に設けられている。トンネル接合領域２３は、第１の半導体スペーサ層１９と第２の半導体スペーサ層２１との間に位置する。第１の電極２７は、第２の半導体スペーサ層２１上に設けられている。第１のＤＢＲ１５、活性層１７、トンネル接合領域２３及び第２のＤＢＲ領域２５は、基板１３の主面１３ａ及び裏面１３ｂを貫く所定の軸ＡＸ１（直交座標形Ｓのｚ軸）に沿って配列されている。
【００２５】
活性層１７、第１の半導体スペーサ層１９、第２の半導体スペーサ層２１及びトンネル接合領域２３は、共振器メサ２９を構成する。共振器メサ２９上には、第１の電極２７及び第２のＤＢＲ領域２５が設けられている。
【００２６】
第１及び第２の半導体スペーサ層１９、２１の各々は、低抵抗領域３１ａ及び高抵抗領域３１ｂを含む。高抵抗領域３１ｂは、第１及び第２の半導体スペーサ層１９、２１の境界３３ｂを横切ると共に、所定の軸ＡＸ１の方向に共振器メサ１９の側面１９ａに沿って延びるように設けられている。低抵抗領域３１ａにおいて、第１の半導体スペーサ層１９の導電型は第２の半導体スペーサ層２１の導電型と異なる。低抵抗領域３１ａは、第１及び第２の半導体スペーサ層１９、２１の境界（ｐｎ接合）３３ａを横切ると共に、高抵抗領域３１ｂの側面及び共振器メサ２９の側面２９ａに沿って設けられている。
【００２７】
図２は、図１に示された面発光半導体レーザを示す平面図である。基板１３の主面１３ａは、第１〜第３のエリア１３ｃ、１３ｄ、１３ｅを含む。第１及び第２のエリア１３ｃ、１３ｄは、互いに隣接する。第３のエリア１３ｅは、第１及び第２のエリア１３ｃ、１３ｄを囲い且つ該第１及び第２のエリア１３ｃ、１３ｄの両方に隣接している。境界線Ｂは、第１のエリア１３ｃと該第２のエリア１３ｄとの境界を示す。好適な実施例では、第１及び第２のエリア１３ｃ、１３ｄの全体としての形状は、円または楕円形であることができる。
【００２８】
第２のＤＢＲ２５は、第２の半導体スペーサ層２１上において第１のエリア１３ｃ上に設けられている。トンネル接合領域２３は、接合３３を成す第１の半導体スペーサ層１９と第２の半導体スペーサ層２１との間において第１のエリア上に位置する。活性層１７は、境界線Ｂ、第１及び第２のエリア１３ｃ、１３ｄ上に位置する。また、第１の電極２７は、第１及び第２のエリア１３ｃ、１３ｄ上並びに境界線Ｂ上に位置することができ、また、低抵抗領域３１ａ上に接触するように設けられることが好ましい。第１及び第２の半導体スペーサ層１９、２１の低抵抗領域及び高抵抗領域３１ａ、３１ｂは、それぞれ、第１及び第２のエリア１３ｃ、１３ｄ上に位置する。低抵抗領域３１ａの抵抗率は高抵抗領域３１ｂの抵抗率より小さい。
【００２９】
この面発光半導体レーザ１１によれば、高抵抗領域３１ｂは、第１及び第２の半導体スペーサ１９、２１層の境界３３ｂを横切るように設けられ第２のエリア１３ｄ上に位置すると共に、低抵抗領域３１ａは、第１及び第２の半導体スペーサ層１９、２１の境界３３ａを横切るように設けられ第１のエリア１３ｃ上に位置する。このため、共振器メサ２９において高抵抗領域３１ｂのサイズを調整することによって寄生キャパシタンスの増加を抑制して、放熱に必要な共振器メサ２９のサイズを維持できる。また、トンネル接合領域２３が第１のエリア１３ｃ上に設けられていると共に高抵抗領域３１ｂが第２のエリア１３ｄ上に位置しているので、高抵抗領域３１ｂがトンネル接合領域２３を囲って設けられておらず、低抵抗領域３１ａが高抵抗領域３１ｂ及び共振器メサ２９の側面２９ａに沿って設けられている。このため、低抵抗領域３１ａの形状及びサイズを調整することによって、第２のＤＢＲ２５をトンネル接合領域２３上に設けることが可能になる。また、共振器メサ２９において高抵抗領域３１ｂが低抵抗領域３１ａに隣接するので、第１及び第２のエリア１３ｃ、１３ｄ上並びに境界線Ｂ上に位置する第１の電極２７のサイズ及び形状を調整して、第１の電極２７からトンネル接合領域２３への電流経路における抵抗の増加を抑制できる。例えば、第１の電極２７は、コンタクト層３４に接続されている。
【００３０】
再び図１を参照すると、面発光半導体レーザ１１は、第３の半導体スペーサ層３５及び第２の電極３７を更に備えることができる。第３の半導体スペーサ層３５は、第１の分布ブラッグリフレクタ１３上に設けられている。第２の電極３７は、第３の半導体スペーサ層上に設けられている。第３の半導体スペーサ層３５の主面３５ａは、順に配列された第１、第２及び第３のエリア３５ｂ、３５ｃ、３５ｄを有する。第３の半導体スペーサ層３５においては、高抵抗領域３１ｂは第１のエリア３５ｂ上に位置し、トンネル接合領域２３は第２のエリア３５ｃ上に位置し、第２の電極３７は第３のエリア３５ｄ上に位置する。この面発光半導体レーザ１１によれば、トンネル接合領域２３が、第２のエリア３５ｃ上に位置するので、第２のエリア３５ｃ上の活性層１７が発光に寄与する。また、高抵抗領域３１ｂ、トンネル接合領域２３及び第２の電極３７が、それぞれ、第１、第２及び第３のエリア３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ上に位置するので、第２の電極３７を活性層１７に近づけることができ、抵抗の増加が抑制される。
【００３１】
面発光半導体レーザ１１では、第１の電極２７は、共振器メサ２９から基板１３の第３のエリア１３ｅ上に設けられた電極パッド３９を含む。この電極パッド３９と基板１３の第３のエリア１３ｅとの間には、第３の半導体スペーサ層３５は設けられていない。このため、電極パッド３９と第３の半導体スペーサ層３５との間のキャパシタンスが低減される。
【００３２】
高抵抗領域３１ｂは、水素及び酸素の少なくともいずれか一方を含むことが好ましい。水素及び酸素の添加により高抵抗が実現される。また、高抵抗領域３１ｂをイオン注入法で形成すれば、所望の形状の高抵抗領域３１ｂを作製可能であり、また製造の際の熱処理を避けることができる。
【００３３】
面発光半導体レーザ１１の半導体領域、例えば共振器メサ２９の表面は絶縁膜３８で覆われている。絶縁膜３８は、共振器メサ２９の上面に位置する開口３８ａと、第３の半導体スペーサ層３６上に位置する開口３８ｂとを含む。開口３８ａは、高抵抗領域３１ｂ及び低抵抗領域３１ａ上に設けられており、低抵抗領域３１ａ上に位置することが好ましい。必要な場合には、開口３８ａは、高抵抗領域３１ｂを避けて位置することができる。開口３８ａの一部分には電極２７が位置しており、電極２７はコンタクト層３４に接触している。開口３８ａの残りの部分には第２のＤＢＲ２５が設けられており、電極２７が設けられていない。絶縁膜３８は、例えばシリコン酸化物又はシリコン窒化物からなることができる。
【００３４】
図３（ａ）は、本実施の形態に係る面発光半導体レーザの平面図であり、図３（ｂ）は、比較のための面発光半導体レーザの平面図である。図３（ａ）に示されるように、共振器メサ２９の断面形状は、円形または楕円形であることが好ましい。共振器メサ２９の側面２９ａが曲面であるので、レーザビームの形状が対称性を保ちやすい。また、共振器メサ２９は、共振器メサ２９の中心軸Ｇ２９を通る平面により２つの部分に分けられ、トンネル接合領域２３は共振器メサ２９の一方の部分に含まれており、高抵抗領域３１ｂの側面は、トンネル接合領域２３の側面の形状に対応して曲がっている。高抵抗領域３１ｂの側面の凸状の曲がりにより、電流の流れの形状が調整されている。
【００３５】
また、共振器メサ２９およびトンネル接合領域２３は、それぞれ、所定の軸ＡＸ１に交差する基準面に沿って取られた共振器メサ横断面及びトンネル接合領域横断面を有しており、共振器メサ横断面の形状は対称性を有しており、共振器メサ横断面の重心Ｇ２９の位置はトンネル接合領域横断面の重心ＡＸ１の位置と異なる。ここで、ある対象物の断面における重心は、断面図形における一次モーメントがゼロになる点として規定される。この面発光半導体レーザ１１によれば、共振器メサ横断面の重心Ｇ２９の位置がトンネル接合領域横断面の重心Ｇ２３（軸ＡＸ１上の点）の位置と異なるので、第２のＤＢＲ２５の位置が共振器メサ２９の重心Ｇ２９からシフトされているので、共振器メサ２９の重心Ｇ２９から外れた領域に共振器が形成される。共振器メサ横断面が円形または楕円形であるとき、共振器メサ横断面の重心Ｇ２９の位置は円形及び楕円形の中心である。
【００３６】
また、面発光半導体レーザ１１では、共振器メサ横断面は、所定の軸ＡＸ１に交差する基準面に沿って取られた共振器メサ２９の形状によって規定される。高抵抗領域横断面は、所定の軸ＡＸ１に交差する基準面と高抵抗領域３１ｂとの交差領域の平面形状によって規定される。共振器メサ横断面の形状は、対称性を有しており、共振器メサ横断面の重心Ｇ２９の位置は高抵抗領域横断面の重心の位置と異なる。共振器メサ横断面の重心の位置が高抵抗領域横断面の重心の位置と異なる。第２のＤＢＲ２５の位置が共振器メサ２９の重心Ｇ２９からシフトされているので、第１のＤＢＲ１５と第２のＤＢＲ２５との間に位置し共振器のための低抵抗領域３１ａが、共振器メサ２９の重心Ｇ２９から外れた領域に形成される。
【００３７】
さらに、トンネル接合領域横断面は、所定の軸ＡＸ１に交差する基準面とトンネル接合領域２３との交差領域の平面形状によって規定される。共振器メサ横断面の形状は対称性を有しており、トンネル接合領域横断面の重心Ｇ２３の位置は高抵抗領域横断面の重心Ｇ２９の位置と異なるとき、第２のＤＢＲ２５の位置が高抵抗領域横断面の重心からシフトされると共に、第１の電極２７の位置が高抵抗領域横断面の重心からシフトされる。
【００３８】
図３（ｂ）に示されるように、面発光半導体レーザ１２では、第２のＤＢＲ２５、トンネル接合領域２３、低抵抗領域４１ａ及び高抵抗領域４１ｂの重心は、共振器メサ４９の重心Ｇ４９と一致している。
【００３９】
面発光半導体レーザの高速化には、素子キャパシタンスおよび抵抗の低減が必要である。非特許文献１のように、キャパシタンスの低減は共振器メサを形成することで可能である。ところが、共振器メサを小さくするにつれて放熱性が悪化し、発熱による光出力飽和で変調帯域が制限される。非特許文献２では、電流狭窄のためにイオン注入法を使用している。イオン注入された領域は高抵抗になるので、キャパシタンスの低減も可能である。しかし、電流を狭窄するためには共振器メサの外周にイオン注入を行い内側に低抵抗領域を残す必要がある。共振器メサの外周にイオンを注入しない場合、共振器メサの表面における再結合電流がメサ側面を流れてしまう。故に、この再結合電流のため、電流注入効率が著しく低下する。イオン注入した領域は結晶性が劣化するので、電極を形成するためには熱アニールによる結晶性の回復が必要である。
【００４０】
しかしながら、図３（ｂ）のような、トンネル接合領域を含む半導体レーザでは、回復のためのアニールによってトンネル接合のドーパントが拡散するので、素子抵抗が上昇する。また、イントラキャビティコンタクト構造では、電極からのキャリアは、イオン注入領域をよけて流れる。したがって、電極からの電流はイオンが注入されていない薄い層を横方向に流れた後に活性層に到達する。横方向に電流を流すことは、素子抵抗を増加させる。この抵抗増加は、イオン注入による容量低減の効果を打ち消してしまい、変調帯域の増大は得られない。
【００４１】
一方、図３（ａ）に示されるような、トンネル接合メサを含む面発光半導体レーザ１１において、容量低減のために共振器メサ２９を形成する。共振器メサ２９の重心をトンネル接合領域（トンネル接合メサ）２３の重心からずらして、共振器メサ２９及びトンネル接合領域２３を非対称に配置する。共振器メサ２９において、低抵抗領域３１ａを残すようにイオン注入を行って高抵抗領域３１ｂを形成してキャパシタンスを低減する。高抵抗領域３１ｂ上にエリアを避けて電極２７を形成する。電極２７は、イオン注入されていない結晶性の良い領域にも接しているので、イオン注入による結晶の損傷を回復するための熱アニールを行うことなく良好な電極形成が可能となると共に、トンネル接合の抵抗上昇を防止できる。図３（ａ）に示されるように、トンネル接合領域２３を高抵抗領域３１ｂと第２の電極３７との間に形成して、トンネル接合領域２３を第２の電極３７に近づけることができる。これによって、トンネル接合領域２３と第２の電極３７との距離を短縮でき、活性層１７から第２の電極３７への経路における横方向の電流の流れによる抵抗上昇を低減できる。また、共振器メサ２９では、電流閉じ込めを埋め込みトンネル接合領域２３によって行うので、低抵抗領域３１ａの周囲を高抵抗領域３１ｂで囲む必要がない。故に、イオン注入する領域を非対称に形成しても、共振器メサ２９の表面における再結合電流は発生しない。
【００４２】
図４、図５及び図６を参照しながら、面発光レーザの作製方法を説明する。図４（ａ）に示されるように、半絶縁ＧａＡｓ基板５１上に、第１のＤＢＲ領域（３２対のアンドープＧａＡｓ／Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ）５３、半導体スペーサ層（Ｓｉ添加のｎ型ＧａＡｓ）５５、活性層（３層のＩｎ０．２Ｇａ０．８Ａｓ井戸層）５７、半導体スペーサ（Ｃ添加のｐ型ＧａＡｓ、厚さ３００ｎｍ）５９、及びトンネル接合領域のための第１及び第２の高濃度半導体層（高濃度Ｃ添加のｐ＋＋型ＩｎＧａＡｓ／高濃度Ｓｉ添加のｎ＋＋型ＩｎＧａＡｓ、厚さ２０ｎｍ）６１、６３をＭＯＶＥＰ法で順に成長して、エピタキシャル基板Ｅ１を作製する。高濃度Ｃ添加ＩｎＧａＡｓの正孔濃度は５×１０１９ｃｍ−３であり、高濃度Ｓｉ添加ＩｎＧａＡｓの電子濃度は５×１０１８ｃｍ−３である。
【００４３】
エピタキシャル基板Ｅ１をリアクタから取り出した後に、図４（ｂ）に示されるように、フォトリソグラフィによってトンネル接合領域のためのマスク（例えば、レジストマスク）を形成する。マスクの直径は、例えば５μｍである。マスクを用いてウェットエッチングにより第１及び第２の高濃度半導体層６１、６３を部分的に除去して、トンネル接合領域６５を形成する。トンネル接合領域６５はトンネル接合６５ａを含む。トンネル接合領域６５の直径は、例えば５μｍである。
【００４４】
ウエハを洗浄した後に、再びリアクタにウエハを投入する。半導体スペーサ層（Ｓｉ添加のｎ型ＧａＡｓ、厚さ２００ｎｍ）６７及びコンタクト層（Ｓｉ添加のｎ型ＧａＡｓ、厚さ５０ｎｍ）６９を順に成長して、エピタキシャル基板Ｅ２を作製する。半導体スペーサ５９の厚さは３００ｎｍであり、半導体スペーサ層６７の厚さ２００ｎｍであり、コンタクト層の厚さは５０ｎｍである。
【００４５】
エピタキシャル基板Ｅ２をリアクタから取り出した後に、図５（ａ）に示されるように、フォトリソグラフィによってイオン注入のためのマスク（例えば、レジストマスク）７１をエピタキシャル基板Ｅ２上に形成する。マスク７１の開口の形状は、例えば円形である。マスク７１を用いて高抵抗領域のためのイオン注入７３を行う。イオン注入７３による高抵抗領域は、トンネル接合領域６５を避けて形成される。高抵抗領域７５ｂは、半導体スペーサ５９及び半導体スペーサ層６７にわたって形成されるけれども、コンタクト層６９を避ける形成される。イオン注入の注入加速エネルギーは、例えば１００ｋｅＶであり、ドーズ量は１×１０１５ｃｍ−２である。イオン種は、例えば水素イオン（Ｈ＋）である。水素イオンは、レジストマスクで覆われていない領域に注入される。また、表面から規定された深さ方向に関しては、水素原子は1００ｎｍから約５００ｎｍの範囲に主に分布する。イオン種は、水素イオンに替えて、酸素イオン（Ｏ＋）であってもよい。既に説明したように、イオン注入後に、熱アニールは行わない。
【００４６】
マスク７１を除去した後に、図５（ｂ）に示されるように、共振器メサのためのマスク７７を形成する。マスク７７を用いて、ドライエッチングによって共振器メサ７５を形成する。共振器メサ７５は、コンタクト層６９ａ、半導体スペーサ層６７ａ、トンネル接合領域６５、半導体スペーサ層５９ａ及び半導体スペーサ層５７ａを含む。共振器メサ７５は、高抵抗領域７５ｂ及び低抵抗領域７５ａを含み、高抵抗領域７５ｂは境界７５ｃを横切る。
【００４７】
図６（ａ）に示されるように、共振器メサ７５を形成した後に、半導体スペーサ層５５を部分的に除去して、コンタクト層５５ａを形成する。コンタクト層５５ａは、共振器メサ７５の下側に位置するベース部５５ｂを含み、また共振器メサ７５の低抵抗領域７５ａの隣に延びる延長部５５ｃを含む。
【００４８】
図６（ｂ）に示されるように、共振器メサ７５及びコンタクト層５５ａの表面を保護するためのパッシベーション膜（例えば、シリコン窒化膜）７９を成膜する。パッシベーション膜７９は、第１及び第２の電極窓７９ａ、７９ｂを含む。第１の電極窓７９ａは、共振器メサ７５の上面上に位置しており、第２の電極窓７９ｂはコンタクト層５５ａ上に位置する。
【００４９】
図７（ａ）に示されるように、低抵抗領域７５ａ、高抵抗領域７５ｂ及び境界Ｂ上にあり第１の電極窓７９ａの一部分を覆うように、上部電極８１をリフトオフにより形成すると共に、第２の電極窓７９ｂに下部電極８３をリフトオフにより形成する。
【００５０】
図７（ｂ）に示されるように、電極を蒸着により形成した後に、誘電体ＤＢＲ７７をリフトオフにより形成する。誘電体ＤＢＲ７７は、第１の電極窓７９ａの残りの部分を覆う。誘電体ＤＢＲ７７は、例えばＳｉＯ２／ＴｉＯ２の積層からなる。以上の説明が、面発光半導体レーザのための主要な工程であり、図３（ａ）に示される面発光半導体レーザが作製された。
【００５１】
この面発光半導体レーザでは、共振器メサ７５の直径は３０μｍであり、共振器メサ７５の中心とトンネル接合領域（トンネル接合メサ）６５の中心を意図的にずらしている。上部電極８１の端とトンネル接合メサ外周との間隔（水平方向に取られた距離）は５μｍである。水素イオンは共振器メサの上面面積の２／３のエリアに注入される。また、トンネル接合メサの全周を囲うのではなく、イオン注入されていない領域を残している。共振器メサ７５は、トンネル接合メサが下部電極８３に近くなる方向に形成している。
【００５２】
一方、図３（ｂ）に示される構造の面発光半導体レーザを比較のために作製した。共振器メサの直径は３０μｍであり、トンネル接合メサの直径は５μｍである。また、水素イオンをトンネル接合メサを中心とした内径１０μｍの外側のリング状領域に注入している。上部電極は内径１５μｍのリング形状を有する。
【００５３】
Ｓパラメータ装置により素子パラメータＳ１１を抽出した。実施例では、共振器メサキャパシタンスは１３５フェムトファラッド（ｆＦ）であり、および共振器メサの抵抗５０オーム（Ω）であった。一方、図３（ｂ）の構造では、共振器メサキャパシタンスは１３６ｆＦであり、および共振器メサの抵抗１１０オームであった。実施例における構造によれば、キャパシタンスを実質的に増加させることなく、大幅に抵抗を低減されている。イオン注入によって高抵抗領域を作ることによってキャパシタンスの低減を実現している。図３（ｂ）の構造では、上部電極からトンネル接合メサに至る経路で横方向電流が発生するので、素子抵抗が増加する。しかしながら、図３（ａ）の構造では、図７（ｂ）に示されるように、電流Ｉ１が電極８１からトンネル接合領域６５に流れ、電流Ｉ２がトンネル接合領域６５から活性層５７ａに流れ、電流Ｉ３が活性層５７ａから電極８３に流れる。共振器メサの中心をトンネル接合領域の中心に対してシフトすることによって、下部電極とトンネル接合の水平方向における距離ＬＨ（＜ＬＣ）が短縮可能になり、下部電極とトンネル接合領域との間の抵抗を低減できる。これによって、素子全体として低抵抗を維持しながらキャパシタンスを低減可能となる。
【００５４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】図１は、本実施の形態に係る面発光半導体レーザを示す図面である。
【図２】図２は、図１に示された面発光半導体レーザを示す平面図である。
【図３】図３（ａ）は、本実施の形態に係る面発光半導体レーザの平面図であり、図３（ｂ）は、比較のための面発光半導体レーザの平面図である。
【図４】図４は、本実施の形態に係る構造の面発光レーザの作製方法のための主要な工程を示す図面である。
【図５】図５は、本実施の形態に係る構造の面発光レーザの作製方法のための主要な工程を示す図面である。
【図６】図６は、本実施の形態に係る構造の面発光レーザの作製方法のための主要な工程を示す図面である。
【図７】図７は、本実施の形態に係る構造の面発光レーザの作製方法のための主要な工程を示す図面である。
【符号の説明】
【００５６】
１１…面発光半導体レーザ、１３…基板、１３ａ…基板の主面、１３ｂ…基板の裏面、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ…基板主面の第１〜第３のエリア、１５…第１の分布ブラッグリフレクタ（第１のＤＢＲ領域）、１７…活性層、１９…第１の半導体スペーサ層、２１…第２の半導体スペーサ層、２３…トンネル接合領域、２５…第２の分布ブラッグリフレクタ（第２のＤＢＲ領域）、２７…第１の電極、２９…共振器メサ、３１ａ…低抵抗領域、３１ｂ…高抵抗領域、３３ａ、３３ｂ…第１及び第２の半導体スペーサ層の境界、３４…コンタクト層、３５…第３の半導体スペーサ層、３５ａ…第３の半導体スペーサ層の主面、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ…第３の半導体スペーサ層の主面の第１、第２及び第３のエリア、３７…第２の電極、３９…電極パッド、Ｌ…レーザ光、Ｇ２９…共振器メサ横断面の重心、Ｇ２３…トンネル接合領域横断面の重心、Ｇ４９…共振器メサの重心  
【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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