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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023163950
(43)【公開日】2023-11-10
(54)【発明の名称】半導体レーザ及び半導体レーザの製造方法
(51)【国際特許分類】
H01S 5/11 20210101AFI20231102BHJP
【ＦＩ】
H01S5/11
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022075205
(22)【出願日】2022-04-28
(71)【出願人】
【識別番号】000226057
【氏名又は名称】日亜化学工業株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】504132272
【氏名又は名称】国立大学法人京都大学
(74)【代理人】
【識別番号】100145403
【弁理士】
【氏名又は名称】山尾 憲人
(74)【代理人】
【識別番号】100138863
【弁理士】
【氏名又は名称】言上 惠一
(72)【発明者】
【氏名】道上 敦生
(72)【発明者】
【氏名】大前 邦途
(72)【発明者】
【氏名】湊 俊介
(72)【発明者】
【氏名】野田 進
【テーマコード（参考）】
5F173
【Ｆターム（参考）】
5F173AB13
5F173AB52
5F173AB90
5F173AH22
5F173AP05
5F173AP33
5F173AQ03
5F173AR99
(57)【要約】
【課題】 フォトニック結晶を含む半導体レーザ及び半導体レーザの製造方法を提供する。
【解決手段】 第１導電型の半導体層を含む第１半導体層部と、第１半導体層部上に設けられた活性層と、活性層上に設けられた第２導電型の半導体層を含む第２半導体層部と、第２半導体層部上に設けられた第１導電型の不純物を第１濃度で含有する半導体層を含む第３半導体層部と、第３半導体層部上に設けられた第１導電型の不純物を第２濃度で含有する半導体層を含む第４半導体層部と、を備え、第１濃度は、第２濃度よりも高く、第３半導体層部は、第４半導体層部と直接接合しており、第３半導体層部と第４半導体層部の少なくとも一方にフォトニック結晶を含む。
【選択図】図１Ａ
【解決手段】 第１導電型の半導体層を含む第１半導体層部と、第１半導体層部上に設けられた活性層と、活性層上に設けられた第２導電型の半導体層を含む第２半導体層部と、第２半導体層部上に設けられた第１導電型の不純物を第１濃度で含有する半導体層を含む第３半導体層部と、第３半導体層部上に設けられた第１導電型の不純物を第２濃度で含有する半導体層を含む第４半導体層部と、を備え、第１濃度は、第２濃度よりも高く、第３半導体層部は、第４半導体層部と直接接合しており、第３半導体層部と第４半導体層部の少なくとも一方にフォトニック結晶を含む。
【選択図】図１Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１導電型の半導体層を含む第１半導体層部と、
前記第１半導体層部上に設けられた活性層と、
前記活性層上に設けられた第２導電型の半導体層を含む第２半導体層部と、
前記第２半導体層部上に設けられた第１導電型の不純物を第１濃度で含有する半導体層を含む第３半導体層部と、
前記第３半導体層部上に設けられた第１導電型の不純物を第２濃度で含有する半導体層を含む第４半導体層部と、
を備え、
前記第１濃度は、前記第２濃度よりも高く、
前記第３半導体層部は、前記第４半導体層部と直接接合しており、
前記第３半導体層部と前記第４半導体層部の少なくとも一方にフォトニック結晶を含む、半導体レーザ。
前記第１半導体層部上に設けられた活性層と、
前記活性層上に設けられた第２導電型の半導体層を含む第２半導体層部と、
前記第２半導体層部上に設けられた第１導電型の不純物を第１濃度で含有する半導体層を含む第３半導体層部と、
前記第３半導体層部上に設けられた第１導電型の不純物を第２濃度で含有する半導体層を含む第４半導体層部と、
を備え、
前記第１濃度は、前記第２濃度よりも高く、
前記第３半導体層部は、前記第４半導体層部と直接接合しており、
前記第３半導体層部と前記第４半導体層部の少なくとも一方にフォトニック結晶を含む、半導体レーザ。
【請求項2】
前記第３半導体層部は、
前記第１導電型の不純物を前記第１濃度で含有する半導体層である第１層と、
第１導電型の不純物を、前記第２濃度よりも大きくかつ前記第１濃度よりも小さい第３濃度で含有する半導体層である第２層と、
を含み、
前記第２半導体層部側から順に、前記第１層および前記第２層が設けられている、請求項１に記載の半導体レーザ。
前記第１導電型の不純物を前記第１濃度で含有する半導体層である第１層と、
第１導電型の不純物を、前記第２濃度よりも大きくかつ前記第１濃度よりも小さい第３濃度で含有する半導体層である第２層と、
を含み、
前記第２半導体層部側から順に、前記第１層および前記第２層が設けられている、請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項3】
前記第３半導体層部が前記フォトニック結晶を含み、
前記フォトニック結晶を構成する穴の上端は、前記第４半導体層部の接合面に位置する、請求項１又は２に記載の半導体レーザ。
前記フォトニック結晶を構成する穴の上端は、前記第４半導体層部の接合面に位置する、請求項１又は２に記載の半導体レーザ。
【請求項4】
前記フォトニック結晶を構成する穴の下端は、前記第２半導体層部内に位置する、請求項１又は２に記載の半導体レーザ。
【請求項5】
前記活性層は、１以上の井戸層と、複数の障壁層とを含み、
前記障壁層は、前記第１半導体層部と接する第１障壁層と、前記第２半導体層部と接する第２障壁層と、を少なくとも含み、
前記フォトニック結晶を構成する穴の下端は、前記第２障壁層内に位置する、請求項１又は２に記載の半導体レーザ。
前記障壁層は、前記第１半導体層部と接する第１障壁層と、前記第２半導体層部と接する第２障壁層と、を少なくとも含み、
前記フォトニック結晶を構成する穴の下端は、前記第２障壁層内に位置する、請求項１又は２に記載の半導体レーザ。
【請求項6】
前記第３半導体層部と前記第４半導体層部とは、同一材料で構成されている、請求項１又は２に記載の半導体レーザ。
【請求項7】
前記第１半導体層部、前記第２半導体層部、前記第３半導体層部および前記第４半導体層部はいずれも窒化物半導体層部である、請求項１又は２に記載の半導体レーザ。
【請求項8】
前記第１導電型はｎ型であり、
前記第２導電型はｐ型である、請求項１又は２に記載の半導体レーザ。
前記第２導電型はｐ型である、請求項１又は２に記載の半導体レーザ。
【請求項9】
第１導電型の半導体層を含む第１半導体層部と、前記第１半導体層部上に設けられた活性層と、前記活性層上に設けられた第２導電型の半導体層を含む第２半導体層部と、前記第２半導体層部上に設けられ、第１導電型の不純物を第１濃度で含有する半導体層を含む第３半導体層部と、を備える半導体部を準備する工程と、
第１導電型の不純物を、前記第１濃度よりも低い第２濃度で含有する半導体層を含む第４半導体層部を準備する工程と、
前記第３半導体層部と前記第４半導体層部の少なくとも一方に、フォトニック結晶を形成する工程と、
前記第３半導体層部の、前記第２半導体層部が配置される面と反対側に位置する第１接合面及び前記第４半導体層部の第２接合面を直接接合する工程と、
を含む、半導体レーザの製造方法。
第１導電型の不純物を、前記第１濃度よりも低い第２濃度で含有する半導体層を含む第４半導体層部を準備する工程と、
前記第３半導体層部と前記第４半導体層部の少なくとも一方に、フォトニック結晶を形成する工程と、
前記第３半導体層部の、前記第２半導体層部が配置される面と反対側に位置する第１接合面及び前記第４半導体層部の第２接合面を直接接合する工程と、
を含む、半導体レーザの製造方法。
【請求項10】
前記直接接合する工程は、表面活性化接合により行う、請求項９に記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項11】
前記半導体部を準備する工程において、
前記第３半導体層部は、
前記第１導電型の不純物を第１濃度で含有する半導体層である第１層と、
前記第１導電型の不純物を、第２濃度よりも大きくかつ前記第１濃度よりも小さい第３濃度で含有する第２層と、
を含む、請求項９又は１０に記載の半導体レーザの製造方法。
前記第３半導体層部は、
前記第１導電型の不純物を第１濃度で含有する半導体層である第１層と、
前記第１導電型の不純物を、第２濃度よりも大きくかつ前記第１濃度よりも小さい第３濃度で含有する第２層と、
を含む、請求項９又は１０に記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項12】
前記フォトニック結晶を形成する工程において、前記第３半導体層部に複数の穴を形成することで、前記フォトニック結晶を形成し、
前記複数の穴の上端は、前記第４半導体層部の接合面に配置される、請求項９又は１０に記載の半導体レーザの製造方法。
前記複数の穴の上端は、前記第４半導体層部の接合面に配置される、請求項９又は１０に記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項13】
前記半導体部を準備する工程において、
前記第３半導体層部は、前記第４半導体層部と同一材料である、請求項９又は１０に記載の半導体レーザの製造方法。
前記第３半導体層部は、前記第４半導体層部と同一材料である、請求項９又は１０に記載の半導体レーザの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、半導体レーザ及び半導体レーザの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、フォトニック結晶構造を利用した半導体発光素子の開発が盛んに行われている。このような半導体発光素子は、半導体レーザ等に利用される。例えば、特許文献１には、窒化ガリウム系半導体面発光素子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００９－５４８６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、フォトニック結晶構造を利用した半導体レーザ等はまだ開発途上にあり、改善の余地がある。
【0005】
そこで、本開示は、フォトニック結晶を含む半導体レーザ及び半導体レーザの製造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】
本開示の一実施形態に係る半導体レーザは、第１導電型の半導体層を含む第１半導体層部と、前記第１半導体層部上に設けられた活性層と、前記活性層上に設けられた第２導電型の半導体層を含む第２半導体層部と、前記第２半導体層部上に設けられた第１導電型の不純物を第１濃度で含有する半導体層を含む第３半導体層部と、前記第３半導体層部上に設けられた第１導電型の不純物を第２濃度で含有する半導体層を含む第４半導体層部と、を備え、前記第１濃度は、前記第２濃度よりも高く、前記第３半導体層部は、前記第４半導体層部と直接接合しており、前記第３半導体層部と前記第４半導体層部の少なくとも一方にフォトニック結晶を含む。
【0007】
また、本開示の一実施形態に係る半導体レーザの製造方法は、第１導電型の半導体層を含む第１半導体層部と、前記第１半導体層部上に設けられた活性層と、前記活性層上に設けられた第２導電型の半導体層を含む第２半導体層部と、前記第２半導体層部上に設けられ、第１導電型の不純物を第１濃度で含有する半導体層を含む第３半導体層部と、を備える半導体部を準備する工程と、第１導電型の不純物を、前記第１濃度よりも低い第２濃度で含有する半導体層を含む第４半導体層部を準備する工程と、前記第３半導体層部と前記第４半導体層部の少なくとも一方に、フォトニック結晶を形成する工程と、前記第３半導体層部の、前記２半導体層部が配置される面と反対側に位置する第１接合面及び前記第４半導体層部の第２接合面を直接接合する工程と、を含む。
【発明の効果】
【0008】
本開示の一実施形態に係る半導体レーザ及び半導体レーザの製造方法は、フォトニック結晶を含む半導体レーザ及び半導体レーザの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1A】本開示の実施形態１に係る半導体レーザの概略断面図である。
【図4B】分布ブラッグ反射膜を有する半導体レーザの概略断面図である。
【図4C】分布ブラッグ反射膜を有する半導体レーザの別の概略断面図である。
【図5A】光取り出し面に光反射防止コーティングを施した半導体レーザの概略断面図である。
【図6】本開示の実施形態２に係る半導体レーザの概略断面図である。
【図7】本開示の実施形態３に係る半導体レーザの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、図面を参照しながら、本開示に係る発明を実施するための実施形態や実施例を説明する。なお、以下に説明する、本開示に係る半導体レーザは、本開示に係る発明の技術思想を具体化するためのものであって、特定的な記載がない限り、本開示に係る発明を以下のものに限定しない。
各図面中、同一の機能を有する部材には、同一符号を付している場合がある。要点の説明または理解の容易性を考慮して、便宜上実施形態や実施例に分けて示す場合があるが、異なる実施形態や実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせは可能である。後述の実施形態や実施例では、前述と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については、実施形態や実施例ごとには逐次言及しないものとする。各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張して示している場合もある。
各図面中、同一の機能を有する部材には、同一符号を付している場合がある。要点の説明または理解の容易性を考慮して、便宜上実施形態や実施例に分けて示す場合があるが、異なる実施形態や実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせは可能である。後述の実施形態や実施例では、前述と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については、実施形態や実施例ごとには逐次言及しないものとする。各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張して示している場合もある。
【0011】
本明細書において、フォトニック結晶とは、活性層から出射される光の波長の長さと同程度の周期で屈折率が変化する、屈折率分布を有する構造をいう。フォトニック結晶は、１つの層において構成される場合もあるし、複数の層にわたって構成される場合もある。フォトニック結晶は、第１屈折率媒質からなる第１屈折率領域中に、屈折率が第１屈折率媒質とは異なる第２屈折率媒質からなる複数の第２屈折率領域が配置され、少なくとも第２屈折率領域の一部が周期的に配列されたものである。また、フォトニック結晶は、好ましくは、第１屈折率媒質からなる第１屈折率領域中に、屈折率が第１屈折率媒質とは異なる第２屈折率媒質からなる複数の第２屈折率領域の全てが周期的に配列されることにより構成される。これら第２屈折率領域の周期配列が１次元的であるとき、半導体レーザは、分布帰還型レーザ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｌａｓｅｒ； ＤＦＢ Ｌａｓｅｒ）である。また、これら第２屈折率領域の周期配列が２次元的であるとき、半導体レーザは、フォトニック結晶面発光レーザ（Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ； ＰＣＳＥＬ）である。なお、周期配列が１次元的であるとは、各図における面内方向のうち１方向、すなわち、第１方向（例えばｘ方向）および第２方向（例えばｙ方向）のうちの一方向において屈折率に周期変化があることを指す。また、周期配列が２次元的であるとは、図における面内方向のうち２方向、すなわち、第１方向（例えばｘ方向）および第２方向（例えばｙ方向）の両方において屈折率に周期変化があることを指す。周期配列が２次元的である場合、第１方向の周期と第２方向の周期は同じであってもよいし、異なっていてもよい。なお、フォトニック結晶中の複数の第２屈折率領域に着目するとき、当該第２屈折率領域と隣りあう第２屈折率領域との組を最小単位として、１周期としてもよい。また、３以上の第２屈折率領域を含むような組を屈折率変化の１周期とみなすこともできる。この３以上の第２屈折率領域を含むような組における屈折率の変化は、ｘ方向および／またはｙ方向に屈折率のうねりが生じるように形成されてもよい。また、フォトニック結晶中には、DFBレーザおよびPCSELのレーザ発振を妨げない程度の結晶欠陥が含まれていてもよい。結晶欠陥は、例えば、結晶成長やエッチング等のプロセスダメージに起因するものが挙げられる。
【0012】
本明細書において、直接接合とは、樹脂や接着剤を介さずに第３半導体層部３０と第４半導体層部４０とが直接接触していることを指す。第３半導体層部３０と第４半導体層部４０とが直接接合している場合、第３半導体層部３０と第４半導体層部４０との間で単なる接触ではなく原子間の結合が起きており、大きな接合強度が得られる。原子間の結合は、例えば、高分解能電子顕微鏡により観察することができる。直接接合は、例えば、表面活性化接合、原子拡散接合により行うことができる。
【0013】
実施形態
１．実施形態１
実施形態１に係る半導体レーザ１００は、フォトニック結晶面発光レーザ（ＰＣＳＥＬ）である。以下、図１Ａ～図５Ｂを参照して、実施形態１の半導体レーザ１００について説明する。
図１Ａに示すように、半導体レーザ１００は、基板６０上に設けられた第１半導体層部１０と、第１半導体層部１０上に設けられた活性層５０と、活性層５０上に設けられた第２半導体層部２０と、第２半導体層部２０上に設けられた第３半導体層部３０と、第３半導体層部３０上に設けられた第４半導体層部４０と、を含む。
第１半導体層部１０は、第１導電型の半導体層を含む。
第２半導体層部２０は、第２導電型の半導体層を含む。
第３半導体層部３０は、第１導電型の不純物を第１濃度で含有する半導体層を含む。
第４半導体層部４０は、第１導電型の不純物を第２濃度で含有する半導体層を含む。第２濃度は第１濃度より小さい。すなわち、第１濃度は第２濃度よりも高い。
本実施形態において、第１導電型はｎ型であり、第２導電型はｐ型である。
第３半導体層部３０は、第４半導体層部４０と直接接合している。第３半導体層部３０は、フォトニック結晶を含む。
また、第４半導体層部４０には第１電極１が電気的に接続されており、第１半導体層部１０には基板６０を介して第２電極２が電気的に接続されている。
フォトニック結晶面発光レーザである半導体レーザ１００では、活性層５０から発せられた光がフォトニック結晶内に定在波を形成して共振する。共振した光はレーザ光として、フォトニック結晶から上下方向（図面における＋ｚ方向および－ｚ方向）に発振する。この半導体レーザ１００から上下に発振したレーザ光は、例えば、それぞれ同一波長であり、また、同強度でありうる。本実施形態では、下方に出射された光と、上方に出射し、第１電極１で反射された光とが、半導体レーザ１００の下方から出射される。また、基板６０の下面６０ａには、透光性電極４が設けられていてもよい。従って、透光性電極４が設けられていない場合の半導体レーザ１００の光取り出し面は、基板６０の下面６０ａに含まれる。また、透光性電極４が設けられている場合の半導体レーザ１００の光取り出し面５は、透光性電極４の下面４ａに含まれる。
１．実施形態１
実施形態１に係る半導体レーザ１００は、フォトニック結晶面発光レーザ（ＰＣＳＥＬ）である。以下、図１Ａ～図５Ｂを参照して、実施形態１の半導体レーザ１００について説明する。
図１Ａに示すように、半導体レーザ１００は、基板６０上に設けられた第１半導体層部１０と、第１半導体層部１０上に設けられた活性層５０と、活性層５０上に設けられた第２半導体層部２０と、第２半導体層部２０上に設けられた第３半導体層部３０と、第３半導体層部３０上に設けられた第４半導体層部４０と、を含む。
第１半導体層部１０は、第１導電型の半導体層を含む。
第２半導体層部２０は、第２導電型の半導体層を含む。
第３半導体層部３０は、第１導電型の不純物を第１濃度で含有する半導体層を含む。
第４半導体層部４０は、第１導電型の不純物を第２濃度で含有する半導体層を含む。第２濃度は第１濃度より小さい。すなわち、第１濃度は第２濃度よりも高い。
本実施形態において、第１導電型はｎ型であり、第２導電型はｐ型である。
第３半導体層部３０は、第４半導体層部４０と直接接合している。第３半導体層部３０は、フォトニック結晶を含む。
また、第４半導体層部４０には第１電極１が電気的に接続されており、第１半導体層部１０には基板６０を介して第２電極２が電気的に接続されている。
フォトニック結晶面発光レーザである半導体レーザ１００では、活性層５０から発せられた光がフォトニック結晶内に定在波を形成して共振する。共振した光はレーザ光として、フォトニック結晶から上下方向（図面における＋ｚ方向および－ｚ方向）に発振する。この半導体レーザ１００から上下に発振したレーザ光は、例えば、それぞれ同一波長であり、また、同強度でありうる。本実施形態では、下方に出射された光と、上方に出射し、第１電極１で反射された光とが、半導体レーザ１００の下方から出射される。また、基板６０の下面６０ａには、透光性電極４が設けられていてもよい。従って、透光性電極４が設けられていない場合の半導体レーザ１００の光取り出し面は、基板６０の下面６０ａに含まれる。また、透光性電極４が設けられている場合の半導体レーザ１００の光取り出し面５は、透光性電極４の下面４ａに含まれる。
【0014】
（基板）
基板６０は、第１導電型の不純物が含有されており、導電性を有する。基板６０は、例えば、ｎ型ＧａＮ基板である。基板６０の厚さは、半導体レーザ１００に注入される電流が所定の範囲で面内方向に広がる厚さであればよく、例えば、１０μｍ以上５００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以上５００μｍ以下、より好ましくは５０μｍ以上１００μｍ以下である。基板６０と第１半導体層部１０との間には、バッファ層を設けてもよい。半導体レーザ１００は基板６０を有していなくてもよい。
基板６０は、第１導電型の不純物が含有されており、導電性を有する。基板６０は、例えば、ｎ型ＧａＮ基板である。基板６０の厚さは、半導体レーザ１００に注入される電流が所定の範囲で面内方向に広がる厚さであればよく、例えば、１０μｍ以上５００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以上５００μｍ以下、より好ましくは５０μｍ以上１００μｍ以下である。基板６０と第１半導体層部１０との間には、バッファ層を設けてもよい。半導体レーザ１００は基板６０を有していなくてもよい。
【0015】
（第１半導体層部）
第１半導体層部１０に含まれる第１導電型の半導体層は、例えば、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）等のｎ型不純物を含んだ窒化物半導体層である。すなわち、第１導電型はｎ型であり、第１半導体層部１０はｎ型窒化物半導体層を含む。第１半導体層部１０におけるｎ型不純物の不純物濃度は、例えば、１×１０１８ｃｍ－３以上５×１０１９ｃｍ－３以下であってよい。本実施形態では、第１半導体層部１０は、窒化物半導体層部である。また、後述するように、本実施形態では、第２半導体層部２０、第３半導体層部３０及び第４半導体層部４０も、窒化物半導体層部である。このように、各層部を窒化物半導体層部とすることで、各層部に発振波長に対する透光性を持たすことができる。第１半導体層部１０、第２半導体層部２０、第３半導体層部３０及び第４半導体層部４０は、後述の井戸層のバンドギャップエネルギーより大きいバンドギャップエネルギーを有することができる。これにより、各半導体層部が活性層から発せられる光を透過して、効率よく光を取り出すことができる。
第１半導体層部１０は、１以上の第１導電型の半導体層を含む。第１半導体層部１０は、アンドープの半導体層を一部に含んでいてもよい。ここで、アンドープの半導体層とは、ｎ型不純物及び／又はｐ側不純物を意図的に添加していない層のことをいう。アンドープの半導体層のｎ型不純物及びｐ型不純物の濃度は、例えば、二次イオン質量分析法（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ；ＳＩＭＳ）等の分析結果において検出限界以下の濃度である。アンドープの半導体層は、例えば、Ｓｉがｎ型不純物として含まれる場合は、１×１０１６ｃｍ－３以下であり、Ｇｅがｎ型不純物として含まれる場合は、１×１０１７ｃｍ－３以下である。第１半導体層部１０の厚さは、例えば、１μｍ以上５μｍ以下である。第１半導体層部１０は、例えば、ｎ型ＧａＮ層を含み、ｎ型ＧａＮ層の厚さは、０．１μｍ以上５μｍ以下、好ましくは０．１μｍ以上０．５μｍ以下とすることができる。ｎ型ＧａＮ層がｎ型不純物としてＳｉを含む場合、ｎ型ＧａＮ層の不純物濃度は、例えば、１×１０１８ｃｍ－３以上５×１０１９ｃｍ－３以下とすることができる。また、第１半導体層部１０は、ＧａＮに限定されず、Ｉｎ及び／又はＡｌを含んでいてもよい。
第１半導体層部１０に含まれる第１導電型の半導体層は、例えば、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）等のｎ型不純物を含んだ窒化物半導体層である。すなわち、第１導電型はｎ型であり、第１半導体層部１０はｎ型窒化物半導体層を含む。第１半導体層部１０におけるｎ型不純物の不純物濃度は、例えば、１×１０１８ｃｍ－３以上５×１０１９ｃｍ－３以下であってよい。本実施形態では、第１半導体層部１０は、窒化物半導体層部である。また、後述するように、本実施形態では、第２半導体層部２０、第３半導体層部３０及び第４半導体層部４０も、窒化物半導体層部である。このように、各層部を窒化物半導体層部とすることで、各層部に発振波長に対する透光性を持たすことができる。第１半導体層部１０、第２半導体層部２０、第３半導体層部３０及び第４半導体層部４０は、後述の井戸層のバンドギャップエネルギーより大きいバンドギャップエネルギーを有することができる。これにより、各半導体層部が活性層から発せられる光を透過して、効率よく光を取り出すことができる。
第１半導体層部１０は、１以上の第１導電型の半導体層を含む。第１半導体層部１０は、アンドープの半導体層を一部に含んでいてもよい。ここで、アンドープの半導体層とは、ｎ型不純物及び／又はｐ側不純物を意図的に添加していない層のことをいう。アンドープの半導体層のｎ型不純物及びｐ型不純物の濃度は、例えば、二次イオン質量分析法（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ；ＳＩＭＳ）等の分析結果において検出限界以下の濃度である。アンドープの半導体層は、例えば、Ｓｉがｎ型不純物として含まれる場合は、１×１０１６ｃｍ－３以下であり、Ｇｅがｎ型不純物として含まれる場合は、１×１０１７ｃｍ－３以下である。第１半導体層部１０の厚さは、例えば、１μｍ以上５μｍ以下である。第１半導体層部１０は、例えば、ｎ型ＧａＮ層を含み、ｎ型ＧａＮ層の厚さは、０．１μｍ以上５μｍ以下、好ましくは０．１μｍ以上０．５μｍ以下とすることができる。ｎ型ＧａＮ層がｎ型不純物としてＳｉを含む場合、ｎ型ＧａＮ層の不純物濃度は、例えば、１×１０１８ｃｍ－３以上５×１０１９ｃｍ－３以下とすることができる。また、第１半導体層部１０は、ＧａＮに限定されず、Ｉｎ及び／又はＡｌを含んでいてもよい。
【0016】
（活性層）
図１Ａ及び図１Ｂに示すように、活性層５０は、第１半導体層部１０上に設けられる発光層である。活性層５０が発する光は、例えば、発光ピーク波長が２００ｎｍ以上７６０ｎｍ以下の範囲の光である。活性層５０は、例えば、１以上の井戸層５２と複数の障壁層を有する量子井戸構造を有する。量子井戸構造は、例えば、複数の井戸層と複数の障壁層とを有する多重量子井戸構造であってよい。活性層５０が上記の波長範囲の光を発光する量子井戸構造である場合、井戸層および障壁層は、例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮである。井戸層は、例えばＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮであり、障壁層よりバンドギャップの小さい窒化物半導体である。なお、第１半導体層部１０と活性層５０との間に、アンドープのＧａＮ層とアンドープのＩｎＧａＮ層とを交互に積層した超格子層を形成してもよい。障壁層は、第１半導体層部１０と接する第１障壁層５１と、第２半導体層部２０と接する第２障壁層５３と、を少なくとも含む。
図１Ａ及び図１Ｂに示すように、活性層５０は、第１半導体層部１０上に設けられる発光層である。活性層５０が発する光は、例えば、発光ピーク波長が２００ｎｍ以上７６０ｎｍ以下の範囲の光である。活性層５０は、例えば、１以上の井戸層５２と複数の障壁層を有する量子井戸構造を有する。量子井戸構造は、例えば、複数の井戸層と複数の障壁層とを有する多重量子井戸構造であってよい。活性層５０が上記の波長範囲の光を発光する量子井戸構造である場合、井戸層および障壁層は、例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮである。井戸層は、例えばＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮであり、障壁層よりバンドギャップの小さい窒化物半導体である。なお、第１半導体層部１０と活性層５０との間に、アンドープのＧａＮ層とアンドープのＩｎＧａＮ層とを交互に積層した超格子層を形成してもよい。障壁層は、第１半導体層部１０と接する第１障壁層５１と、第２半導体層部２０と接する第２障壁層５３と、を少なくとも含む。
【0017】
（第２半導体層部）
第２半導体層部２０に含まれる第２導電型の半導体層は、例えば、マグネシウム（Ｍｇ）等のｐ型不純物を含む窒化物半導体層である。第２半導体層部２０は、１以上の第２導電型の半導体層を含む。ｐ型不純物の不純物濃度は、例えば、１×１０１６ｃｍ－３以上３×１０２２ｃｍ－３以下であってよい。第２導電型の半導体層は、例えばｐ型ＧａＮ層である。第２導電型の半導体層は、Ｉｎ及び／又はＡｌを含んでいてもよい。ｐ型ＧａＮ層の厚さは、０．０４μｍ以上１．５μｍ以下、好ましくは０．０４μｍ以上０．５μｍ以下とすることができる。また、ｐ型ＧａＮ層がｐ型不純物としてＭｇを含む場合、ｐ型ＧａＮ層の不純物濃度は、例えば、１×１０１６ｃｍ－３以上３×１０２２ｃｍ－３以下、好ましくは、５×１０１６ｃｍ－３以上１×１０２１ｃｍ－３以下とすることができる。また、第２半導体層部２０は、例えば、アンドープの半導体層を含んでいてもよい。後述する第１層３１とトンネル接合を形成するために、少なくとも第１層３１と接する層はｐ型不純物を含む窒化物半導体層であることが好ましく、１×１０２０ｃｍ－３以上３×１０２２ｃｍ－３以下の不純物濃度もとりうる。
第２半導体層部２０に含まれる第２導電型の半導体層は、例えば、マグネシウム（Ｍｇ）等のｐ型不純物を含む窒化物半導体層である。第２半導体層部２０は、１以上の第２導電型の半導体層を含む。ｐ型不純物の不純物濃度は、例えば、１×１０１６ｃｍ－３以上３×１０２２ｃｍ－３以下であってよい。第２導電型の半導体層は、例えばｐ型ＧａＮ層である。第２導電型の半導体層は、Ｉｎ及び／又はＡｌを含んでいてもよい。ｐ型ＧａＮ層の厚さは、０．０４μｍ以上１．５μｍ以下、好ましくは０．０４μｍ以上０．５μｍ以下とすることができる。また、ｐ型ＧａＮ層がｐ型不純物としてＭｇを含む場合、ｐ型ＧａＮ層の不純物濃度は、例えば、１×１０１６ｃｍ－３以上３×１０２２ｃｍ－３以下、好ましくは、５×１０１６ｃｍ－３以上１×１０２１ｃｍ－３以下とすることができる。また、第２半導体層部２０は、例えば、アンドープの半導体層を含んでいてもよい。後述する第１層３１とトンネル接合を形成するために、少なくとも第１層３１と接する層はｐ型不純物を含む窒化物半導体層であることが好ましく、１×１０２０ｃｍ－３以上３×１０２２ｃｍ－３以下の不純物濃度もとりうる。
【0018】
（第３半導体層部）
第３半導体層部３０は、第２半導体層部２０とｐｎ接合を形成しており、いわゆるトンネル接合を形成することができる。また、第３半導体層部３０の、第２半導体層部２０が配置される面とは反対側の第１接合面３０ａは、後述する第４半導体層部４０の第２接合面４０ａと、例えば、表面活性化接合等により直接接合することができる。
第３半導体層部３０は、第２半導体層部２０とｐｎ接合を形成しており、いわゆるトンネル接合を形成することができる。また、第３半導体層部３０の、第２半導体層部２０が配置される面とは反対側の第１接合面３０ａは、後述する第４半導体層部４０の第２接合面４０ａと、例えば、表面活性化接合等により直接接合することができる。
【0019】
トンネル接合は、ｐ型半導体層中のｐ型不純物とｎ型半導体層中のｎ型不純物のうち少なくとも一方を高濃度とすることにより形成することができる。このトンネル接合において、電子が空乏層を通過する確率を向上させるためには、ｐ型半導体層と、ｎ型半導体層のｐｎ接合によって形成される空乏層の幅が狭いほど好ましい。空乏層の幅は、ｐ型不純物濃度とｎ型不純物濃度の少なくとも一方が高ければ高いほど狭くすることができる。
【0020】
本実施形態に係る第３半導体層部３０は、例えば、第２半導体層部２０側から順に、第１層３１及び第２層３２が設けられている。そのため、本実施形態では、トンネル接合を形成する第１層３１のｎ型不純物濃度を高くすることにより、ｐｎ接合の空乏層の幅を比較的狭くして、電子が空乏層を通過しやすくしている。第１層３１は、第１導電型（ｎ型）の不純物を第１濃度で含有する窒化物半導体層である。第１濃度は、例えば、１×１０１９ｃｍ－３以上５×１０２２ｃｍ－３以下であってよい。第２層３２は、第１導電型（ｎ型）の不純物を、第１濃度よりも小さい第３濃度で含有する窒化物半導体層である。第３濃度は、第１濃度よりも小さい。これにより、第２層３２の結晶性を第１層３１の結晶性よりも高くすることができるので、第２層３２と後述する第４半導体層部４０とを直接接合するときに十分な平坦面を形成することができる。また、後述する第４半導体層部４０のｎ型不純物濃度と比べて、第２層３２の第３濃度は高いので、半導体レーザを駆動する際に注入される電流は、面内方向（図面における幅方向（ｘ方向）及び奥行き方向（ｙ方向））に広がりやすくなる。第３濃度は、例えば、１×１０１８ｃｍ－３以上１×１０２０ｃｍ－３以下であってよい。
第１層３１の不純物濃度は、例えば、１×１０１９ｃｍ－３以上５×１０２２ｃｍ－３以下、好ましくは、５×１０１９ｃｍ－３以上１×１０２１ｃｍ－３以下であり、より好ましくは１×１０２０ｃｍ－３以上１×１０２１ｃｍ－３以下とすることができる。また、第１層３１の厚さは、例えば、１ｎｍ以上５００ｎｍ以下、好ましくは１ｎｍ以上３００ｎｍ以下とすることができる。第１層３１はｎ型ＧａＮを含むことができる。ｎ型ＧａＮ層がｎ型不純物としてＳｉを含む場合、ｎ型ＧａＮ層の不純物濃度は、例えば、１×１０１９ｃｍ－３以上５×１０２２ｃｍ－３以下、好ましくは、５×１０１９ｃｍ－３以上１×１０２１ｃｍ－３以下であり、より好ましくは１×１０２０ｃｍ－３以上１×１０２１ｃｍ－３以下とすることができる。これにより、第２半導体層部２０と第３半導体層部３０との間でトンネル接合を形成することができ、順方向電圧の上昇を低減させることができる。また、面内方向（図面における幅方向（ｘ方向）及び奥行き方向（ｙ方向））に電流を広げることができる。第２層３２は、例えば、ｎ型ＧａＮ層を含み、ｎ型ＧａＮ層の厚さは、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、好ましくは、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下とすることができる。第２層３２に含まれるｎ型ＧａＮ層がｎ型不純物としてＳｉを含む場合、ｎ型ＧａＮ層の不純物濃度は、第１層３１に含まれるｎ型ＧａＮ層の不純物濃度よりも小さく、例えば、１×１０１８ｃｍ－３以上１×１０２０ｃｍ－３以下、このましくは、１×１０１９ｃｍ－３以上５×１０１９ｃｍ－３以下とすることができる。
第１層３１の不純物濃度は、例えば、１×１０１９ｃｍ－３以上５×１０２２ｃｍ－３以下、好ましくは、５×１０１９ｃｍ－３以上１×１０２１ｃｍ－３以下であり、より好ましくは１×１０２０ｃｍ－３以上１×１０２１ｃｍ－３以下とすることができる。また、第１層３１の厚さは、例えば、１ｎｍ以上５００ｎｍ以下、好ましくは１ｎｍ以上３００ｎｍ以下とすることができる。第１層３１はｎ型ＧａＮを含むことができる。ｎ型ＧａＮ層がｎ型不純物としてＳｉを含む場合、ｎ型ＧａＮ層の不純物濃度は、例えば、１×１０１９ｃｍ－３以上５×１０２２ｃｍ－３以下、好ましくは、５×１０１９ｃｍ－３以上１×１０２１ｃｍ－３以下であり、より好ましくは１×１０２０ｃｍ－３以上１×１０２１ｃｍ－３以下とすることができる。これにより、第２半導体層部２０と第３半導体層部３０との間でトンネル接合を形成することができ、順方向電圧の上昇を低減させることができる。また、面内方向（図面における幅方向（ｘ方向）及び奥行き方向（ｙ方向））に電流を広げることができる。第２層３２は、例えば、ｎ型ＧａＮ層を含み、ｎ型ＧａＮ層の厚さは、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、好ましくは、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下とすることができる。第２層３２に含まれるｎ型ＧａＮ層がｎ型不純物としてＳｉを含む場合、ｎ型ＧａＮ層の不純物濃度は、第１層３１に含まれるｎ型ＧａＮ層の不純物濃度よりも小さく、例えば、１×１０１８ｃｍ－３以上１×１０２０ｃｍ－３以下、このましくは、１×１０１９ｃｍ－３以上５×１０１９ｃｍ－３以下とすることができる。
【0021】
第３半導体層部３０は、フォトニック結晶７を含む。半導体レーザ１００において、フォトニック結晶７は、活性層５０から発せられる光を面内方向（図のｘおよびｙ方向）において共振させ、上下方向（図の＋ｚ方向および－ｚ方向）にレーザ光を発振させる。半導体レーザ１００は、フォトニック結晶７を備えることにより、高次モードの発生を低減したレーザ光を出射することができる。半導体レーザ１００は、例えば、縦モード及び横モードのそれぞれにおいて単一モードの光を出射することができる。
【0022】
（フォトニック結晶）
本実施形態におけるフォトニック結晶７は、少なくとも第３半導体層部３０に設けられる。第１屈折率領域は、例えば窒化物半導体を第１屈折率媒質とする第３半導体層部３０である。また、第２屈折率領域は第１屈折率領域内に配置される複数の穴７０であり、第２屈折率媒質は例えば空気である。フォトニック結晶７は、例えば、円柱形状の複数の穴７０を含み、例えば、第３半導体層部３０及び／又は第２半導体層部２０の一部を含む。各穴７０の直径は、例えば、２０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であってよく、２０ｎｍ以上８０ｎｍ以下であってよい。また、穴７０の深さは５０ｎｍ以上２５００ｎｍ以下であってよく、１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であってよく、３００ｎｍ以上６００ｎｍ以下であってよい。各穴７０の形状は柱状、錐状であってもよい。また、各穴７０の断面形状は円形に限定されず、例えば、楕円、多角形等であってもよい。各穴７０の中は、第２屈折率媒質として、例えば、真空、空気、アルゴンのような希ガスまたはＧａＮよりも屈折率が小さい誘電体を充填することができる。誘電体は、例えば、ＳｉＯ２である。これにより、フォトニック結晶と共振器光の結合効率を上げることができる。
本実施形態におけるフォトニック結晶７は、少なくとも第３半導体層部３０に設けられる。第１屈折率領域は、例えば窒化物半導体を第１屈折率媒質とする第３半導体層部３０である。また、第２屈折率領域は第１屈折率領域内に配置される複数の穴７０であり、第２屈折率媒質は例えば空気である。フォトニック結晶７は、例えば、円柱形状の複数の穴７０を含み、例えば、第３半導体層部３０及び／又は第２半導体層部２０の一部を含む。各穴７０の直径は、例えば、２０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であってよく、２０ｎｍ以上８０ｎｍ以下であってよい。また、穴７０の深さは５０ｎｍ以上２５００ｎｍ以下であってよく、１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であってよく、３００ｎｍ以上６００ｎｍ以下であってよい。各穴７０の形状は柱状、錐状であってもよい。また、各穴７０の断面形状は円形に限定されず、例えば、楕円、多角形等であってもよい。各穴７０の中は、第２屈折率媒質として、例えば、真空、空気、アルゴンのような希ガスまたはＧａＮよりも屈折率が小さい誘電体を充填することができる。誘電体は、例えば、ＳｉＯ２である。これにより、フォトニック結晶と共振器光の結合効率を上げることができる。
【0023】
フォトニック結晶に含まれる複数の穴７０は、上面視において、例えば、正方形の正方格子、長方形の長方格子または三角形の三角格子をなすように形成することができる。また、λを真空における波長、ｎeｆｆを実効屈折率としたとき、単位格子内に、ｘ方向およびｙ方向にそれぞれ１／（４×ｎeｆｆ×λ）ずつ離して２つの穴を形成することができる。このような構造は、ダブルホール格子点構造と呼ばれる。ダブルホール格子点構造により、発光面積を大面積にしても、高次モードの発生を低減したレーザ光を出射することができる。例えば、縦モードと横モードを単一モードとして維持することができる。他にも、２つの異なる周期からなる格子点構造が重なるように複数の穴７０を設けてもよい。例えば、ｘ方向およびｙ方向のいずれも格子定数a１の正方格子と、面内方向のうちｘ方向またはｙ方向の一方の格子定数がａ１であり、他方の格子定数がa２の長方格子が重なるようにしてもよい。これにより、格子点構造が１種類だけ設けられた場合と比較して、面内に対応する波数ベクトル方向に対して所定の波数δｋ＝π（１／a１－１／a２）だけΓ点からずれた位置に、新たなバンド端を形成することができる。このようなバンド端を利用することで、発光面に垂直な方向に対して角度θ＝ｓiｎ－１（δｋ／ｋ０）、ｋ０＝２π／λだけ、レーザ光の出射方向を傾斜させることができる。したがって、これにより、レーザ光の出射方向を制御することができる。この格子定数ａ２は、所定の範囲内で連続的に変化させることができる。
【0024】
フォトニック結晶７を構成する穴７０の上端７ｂは、第４半導体層部４０の第２接合面４０ａに位置する。本実施形態では、フォトニック結晶７を構成する穴７０の下端７ａは、図１Ａに示すように第２半導体層部２０内に位置する。また、例えば、穴７０の下端７ａは、図４Ａに示すように第３半導体層部３０内に位置していてもよい。穴７０の下端７ａが活性層５０に近いほど、活性層５０で発せられた光が、光強度の減衰が小さいうちにフォトニック結晶７に到達するので、フォトニック結晶７内での光強度を高めることができる。従って、穴７０の下端７ａは、第３半導体層部３０内に位置するよりも、第２半導体層部２０内に位置することが望ましい。また、穴７０の下端７ａは、活性層５０内に位置してもよく、第１半導体層部１０内に位置してもよい。穴７０の下端７ａが第３半導体層部３０または第２半導体層部２０に位置する場合と比べて、穴７０の下端７ａが活性層５０内に位置する場合、もしくは第１半導体層部１０内に位置する場合は、活性層５０の体積が減少するので、閾値電流を下げることができる。また、この場合は、フォトニック結晶７に閉じ込められる光が多くなるので、半導体レーザ１００がレーザ光を発振する電流である閾値電流を下げることができる。また、穴７０の下端７ａが活性層５０内に位置する場合、図１Ｂに示すように、穴７０の下端７ａは第２障壁層５３内に位置してもよい。これにより、閾値電流密度を下げつつ、フォトニック結晶における光の２次元回折の割合を高めることができる。このとき、例えば、穴７０の直径は２０ｎｍ以上８０ｎｍ以下であってよく、穴７０の深さは３００ｎｍ以上６００ｎｍ以下であってよい。なお、穴７０の深さとは、穴７０の上端７ｂから下端７ａまでの距離を指す。
半導体レーザ１００は、第２半導体層部２０とトンネル接合をしている第３半導体層部３０及び第２半導体層部２０で電流を面内方向に広げることができる。これにより、絶縁性である穴７０の直下にも電流を広げることができる。
半導体レーザ１００は、第２半導体層部２０とトンネル接合をしている第３半導体層部３０及び第２半導体層部２０で電流を面内方向に広げることができる。これにより、絶縁性である穴７０の直下にも電流を広げることができる。
【0025】
本実施形態では、図２に示すように、上面視における半導体レーザ１００の外形は、幅方向（ｘ方向）の長さ及び奥行き方向（ｙ方向）の長さが等しい正方形である。また、図２の破線で示すように、上面透視におけるフォトニック結晶７が形成される領域は、幅方向の長さ及び奥行き方向の長さが等しい長さＬである正方形に近似できる。ここで、長さＬは、図１Ａに示される幅方向の断面、及び奥行き方向の断面において、フォトニック結晶７の最も外側の第１端７１と、第１端７１とは反対側の最も外側の第２端７２との間の長さである。長さＬは、例えば、０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下であり、好ましくは、０．８ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である。なお、上面透視におけるフォトニック結晶７の外形は、上述のような矩形に限定されない。例えば、直径がＬの円形であってもよい。直径は例えば、０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下であり、好ましくは、０．８ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である。
【0026】
図３に示すフォトニック結晶の格子定数ａと、真空における波長λと、実効屈折率ｎｅｆｆとは、ａ＝λ／ｎｅｆｆの関係式を満たす。
ここで、実効屈折率ｎｅｆｆとは、基板の屈折率、各半導体層部の屈折率及び活性層の屈折率をそれぞれの層に伝搬する光の強度分布に基づいて重みづけされた平均屈折率である。実施形態１における実効屈折率ｎｅｆｆは、基板６０、第１半導体層部１０、活性層５０、第２半導体層部２０、第３半導体層部３０及び第４半導体層部４０それぞれの屈折率を、各半導体層部及び活性層に伝搬する光の強度分布に基づいて重みづけされた平均屈折率である。実効屈折率ｎｅｆｆは、シミュレーションによって狙いとする値を見積もることができる。実際の製造においては、フォトニック結晶の格子定数ａと、真空における波長λが測定可能であるから、上記関係式を変形して得られるｎｅｆｆ＝λ／ａの関係式により、実効屈折率ｎｅｆｆは見積もることができる。フォトニック結晶７の格子定数ａおよび真空における波長λは製造バラツキによって変化し得るため、シミュレーションから見積もられる実効屈折率ｎｅｆｆと、実際の製造において上記関係式から見積もられる実効屈折率ｎｅｆｆと、が一致するとは限らない。
半導体レーザ素子が青色光を発する場合、例えば、実効屈折率ｎｅｆｆは２．４以上２．５以下であり、フォトニック結晶７の格子定数aは１８０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲で形成することができる。また、半導体レーザ素子が緑色光を発する場合、例えば、実効屈折率ｎｅｆｆは２．３以上２．４以下であり、フォトニック結晶７の格子定数aは２１０ｎｍ以上２３０ｎｍ以下の範囲で形成することができる。また、半導体レーザ素子が赤色光を発する場合、例えば、実効屈折率ｎｅｆｆは２．２以上２．３以下であり、フォトニック結晶７の格子定数aは２５０ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の範囲で形成することができる。
ここで、実効屈折率ｎｅｆｆとは、基板の屈折率、各半導体層部の屈折率及び活性層の屈折率をそれぞれの層に伝搬する光の強度分布に基づいて重みづけされた平均屈折率である。実施形態１における実効屈折率ｎｅｆｆは、基板６０、第１半導体層部１０、活性層５０、第２半導体層部２０、第３半導体層部３０及び第４半導体層部４０それぞれの屈折率を、各半導体層部及び活性層に伝搬する光の強度分布に基づいて重みづけされた平均屈折率である。実効屈折率ｎｅｆｆは、シミュレーションによって狙いとする値を見積もることができる。実際の製造においては、フォトニック結晶の格子定数ａと、真空における波長λが測定可能であるから、上記関係式を変形して得られるｎｅｆｆ＝λ／ａの関係式により、実効屈折率ｎｅｆｆは見積もることができる。フォトニック結晶７の格子定数ａおよび真空における波長λは製造バラツキによって変化し得るため、シミュレーションから見積もられる実効屈折率ｎｅｆｆと、実際の製造において上記関係式から見積もられる実効屈折率ｎｅｆｆと、が一致するとは限らない。
半導体レーザ素子が青色光を発する場合、例えば、実効屈折率ｎｅｆｆは２．４以上２．５以下であり、フォトニック結晶７の格子定数aは１８０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲で形成することができる。また、半導体レーザ素子が緑色光を発する場合、例えば、実効屈折率ｎｅｆｆは２．３以上２．４以下であり、フォトニック結晶７の格子定数aは２１０ｎｍ以上２３０ｎｍ以下の範囲で形成することができる。また、半導体レーザ素子が赤色光を発する場合、例えば、実効屈折率ｎｅｆｆは２．２以上２．３以下であり、フォトニック結晶７の格子定数aは２５０ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の範囲で形成することができる。
【0027】
（第４半導体層部）
第４半導体層部４０は、ｎ型不純物（第１導電型の不純物）を第２濃度で含有する。第２濃度は、第１濃度及び第３濃度よりも小さい。第２濃度は、第１濃度及び第３濃度よりも小さく、例えば、１×１０１８ｃｍ－３以上５×１０１９ｃｍ－３以下とすることができる。上述したように、第４半導体層部４０は、第３半導体層部３０と、例えば、表面活性化接合により直接接合をしている。すなわち、第４半導体層部４０と第３半導体層部３０とが、接着剤を介することなく互いに接している。第４半導体層部４０と第３半導体層部３０とを、直接接合することで、第４半導体層部４０と第３半導体層部３０との間の接触抵抗を小さくすることができる。
第４半導体層部４０を構成する材料は、第３半導体層部３０を構成する材料と同一であることが望ましい。すなわち、第３半導体層部３０と第４半導体層部４０とは、同一材料で構成されていることが望ましい。第４半導体層部４０を構成する材料と第３半導体層部３０を構成する材料を同一にすることで、実効屈折率を制御しやすくなる。また、第４半導体層部４０を構成する材料と第３半導体層部３０を構成する材料を同一にすることで、第４半導体層部４０の熱膨張係数と第３半導体層部３０の熱膨張係数が同一となり、第４半導体層部４０と第３半導体層部３０の接合強度を高くすることができる。ただし、第４半導体層部４０と第３半導体層部３０とを構成する材料が同一であるとは、両半導体層部を構成する母材が同一であればよく、不純物濃度は異なっていてもよい。例えば、第４半導体層部４０と第３半導体層部３０は、ともに窒化物半導体層であり、例えば、ｎ型ＧａＮ層である。
第４半導体層部４０は、ｎ型不純物（第１導電型の不純物）を第２濃度で含有する。第２濃度は、第１濃度及び第３濃度よりも小さい。第２濃度は、第１濃度及び第３濃度よりも小さく、例えば、１×１０１８ｃｍ－３以上５×１０１９ｃｍ－３以下とすることができる。上述したように、第４半導体層部４０は、第３半導体層部３０と、例えば、表面活性化接合により直接接合をしている。すなわち、第４半導体層部４０と第３半導体層部３０とが、接着剤を介することなく互いに接している。第４半導体層部４０と第３半導体層部３０とを、直接接合することで、第４半導体層部４０と第３半導体層部３０との間の接触抵抗を小さくすることができる。
第４半導体層部４０を構成する材料は、第３半導体層部３０を構成する材料と同一であることが望ましい。すなわち、第３半導体層部３０と第４半導体層部４０とは、同一材料で構成されていることが望ましい。第４半導体層部４０を構成する材料と第３半導体層部３０を構成する材料を同一にすることで、実効屈折率を制御しやすくなる。また、第４半導体層部４０を構成する材料と第３半導体層部３０を構成する材料を同一にすることで、第４半導体層部４０の熱膨張係数と第３半導体層部３０の熱膨張係数が同一となり、第４半導体層部４０と第３半導体層部３０の接合強度を高くすることができる。ただし、第４半導体層部４０と第３半導体層部３０とを構成する材料が同一であるとは、両半導体層部を構成する母材が同一であればよく、不純物濃度は異なっていてもよい。例えば、第４半導体層部４０と第３半導体層部３０は、ともに窒化物半導体層であり、例えば、ｎ型ＧａＮ層である。
【0028】
また、第４半導体層部４０の屈折率は、フォトニック結晶７の平均屈折率よりも大きい方が好ましい。フォトニック結晶７の平均屈折率とは、穴７０の屈折率と穴７０が設けられる半導体層部の屈折率との平均屈折率である。このような第４半導体層部４０をフォトニック結晶７の上に設けることで、第４半導体層部４０にも光強度を配分することができる。これに伴ってこれにより、第４半導体層部が設けられておらず、第３半導体層部３０の上面が空気と接している場合と比較して、フォトニック結晶の光強度を増やし、共振に寄与する光量を増やして、効果的にレーザ発振することができる。
【0029】
第４半導体層部４０の厚さは、例えば１μｍ以上５００μｍ以下であってよく、好ましくは１μｍ以上４００μｍ以下あってよく、より好ましくは１μｍ以上１０μｍ以下であってよい。ｎ型ＧａＮ層がｎ型不純物としてＳｉを含む場合、ｎ型ＧａＮ層の不純物濃度は、例えば、１×１０１８ｃｍ－３以上５×１０１９ｃｍ－３以下とすることができる。第４半導体層部４０の厚さは、後述する第１電極１との接触面積の大きさに応じて適宜調整することが望ましい。
【0030】
上記のように、第４半導体層部４０を設けることで、第４半導体層部４０に光強度をもたせるとともに、フォトニック結晶を含む半導体層部の光強度を高めることができる。また、第４半導体層部４０の厚さ、屈折率等の条件を所定の範囲とすることにより、活性層５０において光強度を最大とすることができる。フォトニック結晶を含む層部の光強度を高めた状態で、活性層５０の光強度を最大とすることにより、効率的に面発光をする半導体レーザ１００を得ることができる。
【0031】
また、図４Ｂ及び図４Ｃに示すように、第４半導体層部４０内、又は第４半導体層部４０の上面４０ｂに分布ブラッグ反射膜（ＤＢＲ膜）４５を配置してもよい。ＤＢＲ膜は、例えば、ＳｉＯ２／Ｎｂ２Ｏ５のペアを２ペア以上積層させることで得ることができる。ＤＢＲ膜を構成するペアは、他にも、ＳｉＯ２／Ｔａ２Ｏ５のペア、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３のペア、またはＳｉドープＧａＮ／ＳｉドープＡｌＩｎＮのペアであってよい。これにより、フォトニック結晶７で共振され上方に出射した光を下方へ反射させることができ、半導体レーザの光取り出し効率を高めることができる。
【0032】
（第１電極及び第２電極）
第１電極１は、光反射性部材であり、かつ導電性部材である。第１電極１の材料は、例えばＡｇまたはＡｌである。第１電極１は、平面視において、フォトニック結晶７と重なる位置に配置されている。本実施形態において、第１電極１は正電極であり、第４半導体層部４０の上面４０ｂに配置されている。フォトニック結晶７で共振した光は、上下方向へレーザ発振するので、このように、第１電極１がフォトニック結晶７と重なるように第４半導体層部４０上に配置されることにより、上方に発振したレーザ光を半導体レーザ１００の下方に向けて反射させることができる。これにより、光取り出し効率を向上させることができる。
第１電極１は、光反射性部材であり、かつ導電性部材である。第１電極１の材料は、例えばＡｇまたはＡｌである。第１電極１は、平面視において、フォトニック結晶７と重なる位置に配置されている。本実施形態において、第１電極１は正電極であり、第４半導体層部４０の上面４０ｂに配置されている。フォトニック結晶７で共振した光は、上下方向へレーザ発振するので、このように、第１電極１がフォトニック結晶７と重なるように第４半導体層部４０上に配置されることにより、上方に発振したレーザ光を半導体レーザ１００の下方に向けて反射させることができる。これにより、光取り出し効率を向上させることができる。
【0033】
第１電極１の上面視形状は、例えば、図２に示されるように、上面視において、直径がＬ１の円であってよい。これにより、面内方向に電流を等方的に広げることができるので、効率的に電流注入が行える。第１電極１の直径に制限はないが、上面透視におけるフォトニック結晶７が形成される領域の長径よりも小さい方が好ましい。また、第１電極１が設けられる位置は、上面透視におけるフォトニック結晶７が形成される領域の内部である方が好ましい。これにより、フォトニック結晶７において、電流が注入される領域と電流が注入されにくい領域を形成することができる。フォトニック結晶７に閉じ込められる光の空間分布はフォトニック結晶の構造により決まるので、電極の大きさに依存しない。したがって、電流が注入される領域が制限されるような電極構造をとることで、ゲインが発生する領域を制限することができる。そして、上面視において、フォトニック結晶７の中央部に第１電極１を設けることで、フォトニック結晶の外へ光が漏れることを低減できる。これにより、半導体レーザ１００の駆動に必要な電流を小さくすることができる。また、フォトニック結晶７において、電流が注入されにくい領域は、面内方向に漏れる光を電流が注入される領域の方向へ戻す反射鏡の役割を有し、共振に寄与する光が減少するのを抑制することができる。なお、第１電極１の形状は円に限られず、正方形、長方形、三角形、その他多角形などであってもよい。
第４半導体層部４０の上面４０ｂに、平面視においてフォトニック結晶７と少なくとも一部が重なるようにＤＢＲ膜４５が配置されている場合、第１電極１の少なくとも一部がＤＢＲ膜４５と重ならないように配置してもよいし、図４Ｂおよび４Ｃに示すように、第１電極１の少なくとも一部がＤＢＲ膜４５と重なるように配置してもよい。ＤＢＲ膜４５を設ける場合は、第１電極１は、光反射性部材でなくてもよい。ＤＢＲ膜４５を設ける場合は、第１電極１は、平面視において、フォトニック結晶７と重なる位置に配置されていなくてもよい。なお、図４Ｃに示すように、第１電極１の少なくとも一部がＤＢＲ膜４５と重なるように配置されている場合、第４半導体層部４０は、例えば、厚さが１μｍ以上４５０μｍ以下であってよい。これにより、ＤＢＲ膜４５の直下にも電流を広げることができる。なお、図４Ｃに示すように、ＤＢＲ膜４５の側面に配置された第１電極１の直下から第２電極２側へ電流が流れることを抑制するために、第３半導体層部３０および第４半導体層部４０の少なくとも一方に絶縁領域３５を設けることが好ましい。例えば、ＤＢＲ膜４５の側面に配置される第１電極１の直下にある第３半導体層部３０の第２層３２に対するイオン注入や溝の形成により、絶縁領域３５は設けられる。あるいは同様な方法で第４半導体層部４０に絶縁領域３５を設けてもよい。この絶縁領域３５は、例えば、接合界面から厚さ５ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下まで設けられる。これにより、電流をＤＢＲ膜４５の直下へ効果的に広げることができる。したがって、ＤＢＲ膜４５直下の領域に含まれる活性層が電流注入により発光し、共振した光の一部はＤＢＲ膜４５で反射され、光取り出し面５から取り出すことができる。
第４半導体層部４０の上面４０ｂに、平面視においてフォトニック結晶７と少なくとも一部が重なるようにＤＢＲ膜４５が配置されている場合、第１電極１の少なくとも一部がＤＢＲ膜４５と重ならないように配置してもよいし、図４Ｂおよび４Ｃに示すように、第１電極１の少なくとも一部がＤＢＲ膜４５と重なるように配置してもよい。ＤＢＲ膜４５を設ける場合は、第１電極１は、光反射性部材でなくてもよい。ＤＢＲ膜４５を設ける場合は、第１電極１は、平面視において、フォトニック結晶７と重なる位置に配置されていなくてもよい。なお、図４Ｃに示すように、第１電極１の少なくとも一部がＤＢＲ膜４５と重なるように配置されている場合、第４半導体層部４０は、例えば、厚さが１μｍ以上４５０μｍ以下であってよい。これにより、ＤＢＲ膜４５の直下にも電流を広げることができる。なお、図４Ｃに示すように、ＤＢＲ膜４５の側面に配置された第１電極１の直下から第２電極２側へ電流が流れることを抑制するために、第３半導体層部３０および第４半導体層部４０の少なくとも一方に絶縁領域３５を設けることが好ましい。例えば、ＤＢＲ膜４５の側面に配置される第１電極１の直下にある第３半導体層部３０の第２層３２に対するイオン注入や溝の形成により、絶縁領域３５は設けられる。あるいは同様な方法で第４半導体層部４０に絶縁領域３５を設けてもよい。この絶縁領域３５は、例えば、接合界面から厚さ５ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下まで設けられる。これにより、電流をＤＢＲ膜４５の直下へ効果的に広げることができる。したがって、ＤＢＲ膜４５直下の領域に含まれる活性層が電流注入により発光し、共振した光の一部はＤＢＲ膜４５で反射され、光取り出し面５から取り出すことができる。
【0034】
第２電極２は、導電性部材である。第２電極２の材料は、例えば、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕなどの単層膜又は多層膜により形成することができる。多層膜としては、例えば、Ｔｉ、ＰｔおよびＡｕの多層膜である。本実施形態において、第２電極２は負電極である。第２電極２は、例えば、平面視において、フォトニック結晶７を囲むように配置されたリング形状の電極である。また、第２電極２は、平面視においてフォトニック結晶７と重なるように配置されたリング形状であってもよい。また、図５Ａに示すように、リングの内側に位置する基板６０の下面６０ａに光反射防止コーティング３を施してもよい。このように光反射防止コーティング３を施すことで、基板６０と空気との間で生じる反射による戻り光を抑制し、光の損失を低減することができる。このとき、光反射防止コーティング３の下面が光取り出し面５となる。なお、基板６０と第２電極２との間に透光性電極４をさらに配置することができる。透光性電極４は、例えば、ＩＴＯが挙げられる。
【0035】
ここで、図５Ｂに示すように、光反射性及び導電性を有する第１電極１を、基板６０の下面６０ａであって、平面視において、フォトニック結晶７と重なる位置に配置してもよい。また、導電性を有する第２電極２を、第４半導体層部４０の上面４０ｂ側に配置してもよい。第２電極２と第４半導体層部４０との間には、透光性電極４をさらに設けてもよい。基板６０の下面６０ａに配置された第１電極１は負電極として機能し、第４半導体層部４０の上面４０ｂに配置された第２電極２は正電極として機能する。第１電極１及び第２電極２をこのように配置することで、第４半導体層部４０の上面４０ｂから光を取り出すことができる。つまり、透光性電極４が設けられていない場合の光取り出し面は、第４半導体層部４０の上面４０ｂに含まれ、透光性電極４が設けられている場合の光取り出し面５は、透光性電極４の上面４ｂに含まれる。このような形態において、ＤＢＲ膜４５を、基板６０の下面６０ａ側に配置してもよい。この場合、第１電極１は、ＤＢＲ膜４５の周囲又は、ＤＢＲ膜４５の周囲及びＤＢＲ膜４５の下に配置することができる。
【0036】
以上、フォトニック結晶７が、少なくとも第３半導体層部３０を含む第１屈折率領域と複数の穴７０による第２屈折率領域からなる場合のＰＣＳＥＬについて説明したが、本実施形態はこれに限定されない。フォトニック結晶７は、例えば、真空、空気、希ガス、またはＳｉＯ２などの誘電体による第１屈折率媒質からなる第１屈折率領域と、周期的に配置された複数の柱状の半導体層部による第２屈折率媒質からなる第２屈折率領域を備えていてもよい。これにより、ＰＣＳＥＬの閾値電流を下げることができる。
【0037】
２．実施形態２
図６に示す本実施形態に係る半導体レーザ２００は、分布帰還型レーザである点で実施形態１の半導体レーザ１００と異なる。フォトニック結晶７は、少なくとも第３半導体層部３０の一部を含む第１屈折率領域と、半導体層中に配置される溝７５からなる第２屈折率領域による屈折率の周期変化を備える。第１屈折率領域を形成する第１屈折率媒質は、例えばＧａＮ系半導体であり、第２屈折率領域を形成する第２屈折率媒質は、例えば真空または空気である。フォトニック結晶の格子定数ａと、真空における発振波長λと、実効屈折率ｎｅｆｆとは、ａ＝λ／（２×ｎｅｆｆ）の関係式を満たす。これにより、劈開端面から高次モードの発生を低減したレーザ光を出射することができる。例えば、半導体レーザ２００は、縦モードが単一モードのレーザ光を出射することができる。
本実施形態に係る半導体レーザ２００は、半導体積層体の両端面２００ａ及び２００ｂに光反射膜２０３ａ、２０３ｂが施されている。光反射膜２０３ａ、２０３ｂは、例えばＡｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２またはＳｉＯ２の単層膜もしくは多層膜である。光反射膜２０３ｂの反射率は、光反射膜２０３ａの反射率よりも低い。半導体レーザ２００では活性層５０から発せられる光が、両方の端面で共振し、他方の端面２００ｂである光取り出し面２０５から出射する。
図６に示す本実施形態に係る半導体レーザ２００は、分布帰還型レーザである点で実施形態１の半導体レーザ１００と異なる。フォトニック結晶７は、少なくとも第３半導体層部３０の一部を含む第１屈折率領域と、半導体層中に配置される溝７５からなる第２屈折率領域による屈折率の周期変化を備える。第１屈折率領域を形成する第１屈折率媒質は、例えばＧａＮ系半導体であり、第２屈折率領域を形成する第２屈折率媒質は、例えば真空または空気である。フォトニック結晶の格子定数ａと、真空における発振波長λと、実効屈折率ｎｅｆｆとは、ａ＝λ／（２×ｎｅｆｆ）の関係式を満たす。これにより、劈開端面から高次モードの発生を低減したレーザ光を出射することができる。例えば、半導体レーザ２００は、縦モードが単一モードのレーザ光を出射することができる。
本実施形態に係る半導体レーザ２００は、半導体積層体の両端面２００ａ及び２００ｂに光反射膜２０３ａ、２０３ｂが施されている。光反射膜２０３ａ、２０３ｂは、例えばＡｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２またはＳｉＯ２の単層膜もしくは多層膜である。光反射膜２０３ｂの反射率は、光反射膜２０３ａの反射率よりも低い。半導体レーザ２００では活性層５０から発せられる光が、両方の端面で共振し、他方の端面２００ｂである光取り出し面２０５から出射する。
【0038】
３．実施形態３
本実施形態に係る半導体レーザ３００は、ＰＣＳＥＬである点において実施形態１に係る半導体レーザ１００とは同一であるが、図７に示すように、フォトニック結晶が第４半導体層部３４０に形成されている点で実施形態１に係る半導体レーザ１００と異なる。半導体レーザ３００において、フォトニック結晶７を構成する穴７０の下端７ａは、第４半導体層部３４０の第２接合面３４０ａに位置する。フォトニック結晶７を構成する穴７０の上端７ｂは、第４半導体層部３４０内に位置する。
本実施形態に係る半導体レーザ３００は、ＰＣＳＥＬである点において実施形態１に係る半導体レーザ１００とは同一であるが、図７に示すように、フォトニック結晶が第４半導体層部３４０に形成されている点で実施形態１に係る半導体レーザ１００と異なる。半導体レーザ３００において、フォトニック結晶７を構成する穴７０の下端７ａは、第４半導体層部３４０の第２接合面３４０ａに位置する。フォトニック結晶７を構成する穴７０の上端７ｂは、第４半導体層部３４０内に位置する。
【0039】
製造方法
１．実施形態１に係る半導体レーザの製造方法の一例（製造方法１）
製造方法１は、
（１）第１導電型の半導体層を含む第１半導体層部１０と、第１半導体層部１０上に設けられた活性層５０と、活性層５０上に設けられた第２導電型の半導体層を含む第２半導体層部２０と、第２半導体層部２０上に設けられ、第１導電型の不純物を第１濃度で含有する半導体層を含む第３半導体層部３０と、を備える半導体部９０を準備する工程と、
（２）第１導電型の不純物を、第１濃度よりも低い第２濃度で含有する半導体層を含む第４半導体層部４０を準備する工程と、
（３）第３半導体層部３０に、フォトニック結晶を形成する工程と、
（４）第３半導体層部３０の、第２半導体層部２０が配置される面と反対側に位置する第１接合面３０ａ及び第４半導体層部４０の第２接合面４０ａを直接接合する工程と、
を含む。
１．実施形態１に係る半導体レーザの製造方法の一例（製造方法１）
製造方法１は、
（１）第１導電型の半導体層を含む第１半導体層部１０と、第１半導体層部１０上に設けられた活性層５０と、活性層５０上に設けられた第２導電型の半導体層を含む第２半導体層部２０と、第２半導体層部２０上に設けられ、第１導電型の不純物を第１濃度で含有する半導体層を含む第３半導体層部３０と、を備える半導体部９０を準備する工程と、
（２）第１導電型の不純物を、第１濃度よりも低い第２濃度で含有する半導体層を含む第４半導体層部４０を準備する工程と、
（３）第３半導体層部３０に、フォトニック結晶を形成する工程と、
（４）第３半導体層部３０の、第２半導体層部２０が配置される面と反対側に位置する第１接合面３０ａ及び第４半導体層部４０の第２接合面４０ａを直接接合する工程と、
を含む。
【0040】
半導体レーザ１００は、圧力および温度の調整が可能な炉内において、ＭＯＣＶＤ（ｍｅｔａｌ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって製造される。各半導体層部及び半導体層は、炉内にキャリアガスおよび原料ガスを導入することで形成することができる。キャリアガスとしては、水素（Ｈ２）ガスまたは窒素（Ｎ２）ガスを用いることができる。Ｎ源の原料ガスとしては、アンモニア（ＮＨ３）ガスを用いることができる。Ｇａ源の原料ガスとしては、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガス、またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）ガスを用いることができる。Ｉｎ源の原料ガスとしては、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）ガスを用いることができる。Ａｌ源の原料ガスとしては、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）ガスを用いることができる。Ｓｉ源の原料ガスとしては、モノシラン（ＳｉＨ４）ガスを用いることができる。Ｍｇ源の原料ガスとしては、ビス（シクロペンタジエニル）マグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）ガスを用いることができる。以下に説明する製造方法の一例は、各層部及び層をＭＯＣＶＤ法によってエピタキシャル成長させる方法である。ＭＯＣＶＤ法は量産性に優れる製造方法である。また、ＭＯＣＶＤ法以外にも、リモートプラズマＣＶＤ法を利用してもよい。リモートプラズマＣＶＤ法を利用することにより、半導体層中のキャリア密度を高めることができる。他にも、物理気相成長法（物理蒸着法（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＰＶＤ）ともいう）により形成することができる。ＰＶＤ法を利用することにより、キャリアを多く導入することができる。ＰＶＤ法としては、スパッタリング法や分子線エピタキシー法（Ｍｏｒｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ；ＭＢＥ法）が挙げられる。
【0041】
（半導体部を準備する工程）
図８Ａを参照しながら半導体部９０を準備する工程を説明する。
まず、例えばｎ型ＧａＮからなる基板６０を準備する。
次に、基板６０上に、基板６０側から順に、第１導電型（ｎ型）の半導体層を含む第１半導体層部１０、活性層５０、第２導電型（ｐ型）の半導体層を含む第２半導体層部２０、第１導電型の不純物を第１濃度で含有する半導体層を含む第３半導体層部３０を形成し、半導体部９０を準備する。第３半導体層部３０の形成は、基板６０側から順に、第１層３１、第２層３２を形成する。
図８Ａを参照しながら半導体部９０を準備する工程を説明する。
まず、例えばｎ型ＧａＮからなる基板６０を準備する。
次に、基板６０上に、基板６０側から順に、第１導電型（ｎ型）の半導体層を含む第１半導体層部１０、活性層５０、第２導電型（ｐ型）の半導体層を含む第２半導体層部２０、第１導電型の不純物を第１濃度で含有する半導体層を含む第３半導体層部３０を形成し、半導体部９０を準備する。第３半導体層部３０の形成は、基板６０側から順に、第１層３１、第２層３２を形成する。
【0042】
第１半導体層部１０は、例えば、基板６０側にｎ型クラッド層を成長させることにより形成される。尚、基板６０上にバッファ層を設けてから第１半導体層部１０を形成してもよい。また、バッファ層とｎ型クラッド層との間に、さらにアンドープの半導体層を設けてもよい。
【0043】
次に、第１半導体層部１０の上に活性層５０を形成する。例えば、活性層５０が多重量子井戸構造である場合、基板６０側から順に障壁層と井戸層とを所望の層数だけ交互に形成し、活性層５０を形成する。なお、この場合、活性層５０を形成する工程は、障壁層を形成する工程で終了される。
【0044】
次に、活性層５０の上に、例えば、ｐ型クラッド層を成長させることにより第２半導体層部２０を形成する。
【0045】
次に、第２半導体層部２０の上に第１層３１と第２層３２とを含む第３半導体層部３０を形成する。
まず、第２半導体層部２０の上に、第１濃度のｎ型不純物（第１導電型の不純物）を含有する半導体層である第１層３１を形成させる。第１層３１は、例えば、ｎ型ＧａＮであり、Ｉｎ及び／又はＡｌを含んでいてもよい。第１濃度は、例えば、５×１０１９ｃｍ－３以上５×１０２２ｃｍ－３以下であり、好ましくは１×１０２０ｃｍ－３以上１×１０２１ｃｍ－３以下である。
第１濃度のｎ型不純物を含む第１層３１は、キャリアガスと、第１層３１を形成する原料ガスと、ｎ型不純物となる元素を含む原料ガスとを導入することで形成することができる。例えば、ｎ型不純物がＳｉである場合、第１層３１を形成する原料ガスにＳｉを含む原料ガスを所定の流量で供給することで、第１濃度のｎ型不純物を含む第１層３１を形成することができる。
まず、第２半導体層部２０の上に、第１濃度のｎ型不純物（第１導電型の不純物）を含有する半導体層である第１層３１を形成させる。第１層３１は、例えば、ｎ型ＧａＮであり、Ｉｎ及び／又はＡｌを含んでいてもよい。第１濃度は、例えば、５×１０１９ｃｍ－３以上５×１０２２ｃｍ－３以下であり、好ましくは１×１０２０ｃｍ－３以上１×１０２１ｃｍ－３以下である。
第１濃度のｎ型不純物を含む第１層３１は、キャリアガスと、第１層３１を形成する原料ガスと、ｎ型不純物となる元素を含む原料ガスとを導入することで形成することができる。例えば、ｎ型不純物がＳｉである場合、第１層３１を形成する原料ガスにＳｉを含む原料ガスを所定の流量で供給することで、第１濃度のｎ型不純物を含む第１層３１を形成することができる。
【0046】
次に、第１層３１の上に、第３濃度のｎ型不純物（第１導電型の不純物）を含有する第２層３２を形成させる。第３濃度は、第１濃度よりも小さい。第３濃度は、後述する第４半導体層部４０に含有されるｎ型不純物の第２濃度よりも大きい。第２層３２を構成する材料は、第１層３１を構成する材料と同一であることが望ましい。第２層３２は、例えば、ｎ型ＧａＮであり、Ｉｎ及び／又はＡｌを含んでいてもよい。第３濃度は、例えば、１×１０１8ｃｍ－３以上１×１０20ｃｍ－３以下、このましくは、１×１０１９ｃｍ－３以上５×１０１９ｃｍ－３以下である。
第３濃度のｎ型不純物を含む第２層３２は、第２層３２を形成する原料ガスに、ｎ型不純物となる元素を導入することで形成することができる。例えば、ｎ型不純物がＳｉである場合、第２層３２を形成する原料ガスにＳｉを含む原料ガスを所定の流量で供給することで、第３濃度のｎ型不純物を含む第２層３２を形成することができる。
第３濃度のｎ型不純物を含む第２層３２は、第２層３２を形成する原料ガスに、ｎ型不純物となる元素を導入することで形成することができる。例えば、ｎ型不純物がＳｉである場合、第２層３２を形成する原料ガスにＳｉを含む原料ガスを所定の流量で供給することで、第３濃度のｎ型不純物を含む第２層３２を形成することができる。
【0047】
（第４半導体層部を準備する工程）
次に、ｎ型不純物を第２濃度で含有する第４半導体層部４０を準備する。第４半導体層部４０を構成する材料は、第３半導体層部３０を構成する材料と同一であることが望ましい。第４半導体層部４０は、例えば、ＧａＮである。第４半導体層部４０の厚さは、例えば１μｍ以上５００μｍ以下であってよく、好ましくは１μｍ以上４００μｍ以下あってよく、より好ましくは１μｍ以上１０μｍ以下であってよい。第４半導体層部４０は、まず、図８Ｂに示すように、例えば、サファイアからなる成長基板８５上にｎ型不純物を含む窒化物半導体からなる第４半導体層部４０をＭＯＣＶＤ法により成長させる。次に、図８Ｃに示すように、第４半導体層部４０上に樹脂層８６および支持基板８７をこの順に設けて、その後、成長基板８５を除去する。
次に、ｎ型不純物を第２濃度で含有する第４半導体層部４０を準備する。第４半導体層部４０を構成する材料は、第３半導体層部３０を構成する材料と同一であることが望ましい。第４半導体層部４０は、例えば、ＧａＮである。第４半導体層部４０の厚さは、例えば１μｍ以上５００μｍ以下であってよく、好ましくは１μｍ以上４００μｍ以下あってよく、より好ましくは１μｍ以上１０μｍ以下であってよい。第４半導体層部４０は、まず、図８Ｂに示すように、例えば、サファイアからなる成長基板８５上にｎ型不純物を含む窒化物半導体からなる第４半導体層部４０をＭＯＣＶＤ法により成長させる。次に、図８Ｃに示すように、第４半導体層部４０上に樹脂層８６および支持基板８７をこの順に設けて、その後、成長基板８５を除去する。
【0048】
（フォトニック結晶を形成する工程）
次に少なくとも第３半導体層部に複数の穴を形成することで、フォトニック結晶を形成する。フォトニック結晶は、例えば、以下のような方法で形成することができる。図８Ｄに示すように、ＳｉＯ２等で形成された第１マスク８１で第３半導体層部３０の第１接合面３０ａを覆う。これにより、後述するエッチング工程において、第１マスク８１に対する第３半導体層部３０の選択比を大きくすることができる。さらに第１マスク８１の上面に、樹脂等で形成された第２マスク８２を配置する。これにより、後述するリソグラフィー工程において、第１マスク８１に対する第２マスク８２の選択比を大きくすることができる。第２マスク８２は、所定の周期で設けられた複数の穴を含む穴集合部８が設けられている。穴集合部８は、例えば、電子ビームリソグラフィーやナノインプリントによって形成される。例えば、図３に示すような正方格子をなすように各穴８０が設けられる場合、穴集合部８の各穴８０において、その中心が隣りあう穴８０の中心となす距離が、フォトニック結晶７の格子定数ａである。なお、格子定数ａと、真空における波長λと、実効屈折率ｎｅｆｆとは、ａ＝λ／ｎｅｆｆの関係式を満たす。
次に少なくとも第３半導体層部に複数の穴を形成することで、フォトニック結晶を形成する。フォトニック結晶は、例えば、以下のような方法で形成することができる。図８Ｄに示すように、ＳｉＯ２等で形成された第１マスク８１で第３半導体層部３０の第１接合面３０ａを覆う。これにより、後述するエッチング工程において、第１マスク８１に対する第３半導体層部３０の選択比を大きくすることができる。さらに第１マスク８１の上面に、樹脂等で形成された第２マスク８２を配置する。これにより、後述するリソグラフィー工程において、第１マスク８１に対する第２マスク８２の選択比を大きくすることができる。第２マスク８２は、所定の周期で設けられた複数の穴を含む穴集合部８が設けられている。穴集合部８は、例えば、電子ビームリソグラフィーやナノインプリントによって形成される。例えば、図３に示すような正方格子をなすように各穴８０が設けられる場合、穴集合部８の各穴８０において、その中心が隣りあう穴８０の中心となす距離が、フォトニック結晶７の格子定数ａである。なお、格子定数ａと、真空における波長λと、実効屈折率ｎｅｆｆとは、ａ＝λ／ｎｅｆｆの関係式を満たす。
【0049】
次に、図８Ｅに示すように、第２マスク８２から露出した第１マスク８１、第３半導体層部３０及び第２半導体層部２０を除去し、下端７ａが第２半導体層部２０内に位置し、所望の深さの穴７０を形成することでフォトニック結晶７を形成する。第１マスク８１、第３半導体層部３０及び第２半導体層部２０の除去方法は、例えば、塩素系ガスを用いた反応性イオンエッチング等のエッチングである。第１マスク８１および第２マスク８２を用いて穴７０を形成することで、穴７０のアスペクト比を高くすることができる。なお、このとき、エッチングする深さを変えることで、穴７０の下端７ａを第３半導体層部３０内に位置させることができる。その後、第１マスク８１を除去する。なお、第２マスク８２は、この反応性イオンエッチングの際に、多くの場合除去される。しかしながら、穴７０の深さを調整することで、第２マスク８２の一部は残る場合がある。このときは、第１マスク８１だけでなく第２マスク８２も除去する。
【0050】
（直接接合する工程）
次に、図８Ｆに示すように、第３半導体層部３０の、第２半導体層部２０が配置される面と反対側に位置する第１接合面３０ａ及び第４半導体層部４０の第２接合面４０ａを直接接合する。第１接合面３０ａと第２接合面４０ａとは、例えば、表面活性化接合で直接接合することができる。表面活性化接合は、第１接合面３０aおよび第２接合面４０aの両方を平坦化および清浄化した後、接合する方法である。
次に、図８Ｆに示すように、第３半導体層部３０の、第２半導体層部２０が配置される面と反対側に位置する第１接合面３０ａ及び第４半導体層部４０の第２接合面４０ａを直接接合する。第１接合面３０ａと第２接合面４０ａとは、例えば、表面活性化接合で直接接合することができる。表面活性化接合は、第１接合面３０aおよび第２接合面４０aの両方を平坦化および清浄化した後、接合する方法である。
【0051】
平坦化の工程は、例えば、各接合面を化学機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ；ＣＭＰ）したり、酸又はアルカリで浸漬したりすることにより行われる。これらの処理によって、算術平均粗さRaが例えば１ｎｍ以下、好ましくは０．５ｎｍ以下の平坦面を形成することができる。平坦化の工程は、平坦化する対象がＧａＮの＋ｃ面である場合、酸又はアルカリ溶液で浸漬することが好ましい。これにより、第１主面上の雑晶を除去することができる。酸又はアルカリ溶液は、例えば、Ｈ２ＳＯ４（硫酸）、ＨＦ（フッ酸）、ＨＣｌ（塩酸）、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムヒドロキシド）、ＫＯＨ（水酸化カリウム）を用いることができる。酸又はアルカリ溶液は、好ましくはＴＭＡＨを用いることができる。また、平坦化する対象がＧａＮのーｃ面である場合は、ＣＭＰを行うことで平坦化することが好ましい。これにより、算術平均粗さが１ｎｍ以下、好ましくは０．５ｎｍ以下の第２接合面を形成することができる。
【0052】
接合工程は、アルゴン等のイオンビームやプラズマなどでスパッタエッチングを行うことで活性化された第１接合面３０aと第２接合面４０aとが、所定の条件で直接接合される。接合時の温度は、例えば、０℃以上１００℃以下、好ましくは０℃以上７０℃以下、さらに好ましくは０℃以上５０℃以下である。表面活性化接合は、例えば、融着のように高温を必要とせず、比較的低温で強固に接合することができる。また、フォトニック結晶７を形成したあとで、フォトニック結晶７の上端を閉じるためにＭＯＣＶＤ法やＰＶＤ法などによって、第４半導体層部４０を成長させる場合と比較して、活性層が受ける熱ダメージを低減することができる。また、結晶成長により上端を閉じる場合は、穴の形状や大きさなどが上端を閉じるための条件に制約を受けるが、直接接合により上端を閉じる場合は自由に穴の設計が可能になる。なお、表面活性化接合時の圧力は、例えば、１０ＭＰａ以上、２００ＭＰａ以下、好ましくは５０ＭＰａ以上、１００ＭＰａ以下である。
【0053】
また、直接接合する工程において、接合する際、第１結晶面の面内における結晶軸方向と、第２結晶面の面内における結晶軸方向は一致していてもよいし、一致していなくてもよい。例えば、第１結晶面が＋ｃ面であり、第２結晶面が－ｃ面であるとした場合、第１結晶面（＋ｃ面）の面内におけるａ軸方向と、第２結晶面（－ｃ面）の面内におけるａ軸方向と、をずらして接合してもよい。これにより、直接接合する工程において、各接合面内の方位を揃える工程が不要となり、製造工程を簡略化することができる。本実施形態１の製造方法によれば、直接接合の際における第１結晶面の面内における結晶軸方向と第２結晶面の面内における結晶軸方向とがずれていても、結晶面どうし（第１結晶面と第２結晶面）を接合させることができる。結晶軸がずれていることは、非対称面の回転対称性を、X線回折のφスキャンを行うことで、確認することができる。第１結晶面と第２結晶面のずれは、回転対称性に応じて繰り返し観察される。非対称面は、例えば、窒化ガリウムの（１０２）面である。
【0054】
また、直接接合する工程において、第１接合面３０ａと第２接合面４０ａとを直接接合した後に、アニールすることができる。これにより、得られる半導体レーザの電気抵抗を低減することできる。このアニールにより接合界面近傍の結晶性を維持しつつ、密着性が向上するためと考えられる。このアニールは、例えば、圧力を印加することなく行う。アニールの温度範囲は、例えば、３００℃～５００℃、好ましくは３５０℃～４５０℃である。このアニール温度は、第３半導体層部３０及び第４半導体層部４０を構成する材料に応じて上記温度範囲に適宜設定するが、例えば、第３半導体層部３０及び第４半導体層部４０をいずれもＧａＮにより構成する場合には、上記温度範囲でアニールすることにより、例えば、結晶性を維持しつつ、第３半導体層部３０及び第４半導体層部４０との密着性を向上させることができると考えられる。
また、このアニールにより、第４半導体層部４０上に設けられた樹脂層８６および支持基板８７を同時に加熱することができる。つまり、このアニールにより、樹脂層８６を溶融または焼いて除去することにより支持基板８７を取り除くことができる。これにより、支持基板８７を樹脂層８６から除去する際に、第４半導体層部４０が第３半導体層部３０から剥がれることを抑制することができる。樹脂層８６および支持基板８７を取り除いたあと、第４半導体層部４０の表面を洗浄し、洗浄した面に第１電極１を形成することができる。なお、樹脂層８６および支持基板８７を、他の方法により除去して、その後、第１電極１を形成することもできる。また、樹脂層８６および支持基板８７を用いずに、第４半導体層部４０を含む基板を第３半導体層部３０に直接接合することもできる。
上記のフォトニック結晶を形成する工程と、直接接合をする工程とにより、フォトニック結晶７が第３半導体層部３０に形成され、フォトニック結晶７を構成する複数の穴７０の上端７ｂが第４半導体層部４０の第２接合面４０ａに配置される。
また、このアニールにより、第４半導体層部４０上に設けられた樹脂層８６および支持基板８７を同時に加熱することができる。つまり、このアニールにより、樹脂層８６を溶融または焼いて除去することにより支持基板８７を取り除くことができる。これにより、支持基板８７を樹脂層８６から除去する際に、第４半導体層部４０が第３半導体層部３０から剥がれることを抑制することができる。樹脂層８６および支持基板８７を取り除いたあと、第４半導体層部４０の表面を洗浄し、洗浄した面に第１電極１を形成することができる。なお、樹脂層８６および支持基板８７を、他の方法により除去して、その後、第１電極１を形成することもできる。また、樹脂層８６および支持基板８７を用いずに、第４半導体層部４０を含む基板を第３半導体層部３０に直接接合することもできる。
上記のフォトニック結晶を形成する工程と、直接接合をする工程とにより、フォトニック結晶７が第３半導体層部３０に形成され、フォトニック結晶７を構成する複数の穴７０の上端７ｂが第４半導体層部４０の第２接合面４０ａに配置される。
【0055】
（電極形成工程）
次に、図８Ｇに示すように、第４半導体層部４０の上面４０ｂに所定のパターンの第１電極１を形成し、基板６０の下面６０ａに所定のパターンの第２電極２を形成する。さらに、第２電極２と基板６０との間に透光性電極４を形成してもよい。第１電極１は、平面視においてフォトニック結晶７と少なくとも一部が重なるように設けられる。
第１電極１及び第２電極２は、公知の方法を適宜用いて形成することができる。第１電極１及び第２電極２は、例えば、レジストを用いたリフトオフプロセスやエッチングプロセスにより形成することができる。
次に、図８Ｇに示すように、第４半導体層部４０の上面４０ｂに所定のパターンの第１電極１を形成し、基板６０の下面６０ａに所定のパターンの第２電極２を形成する。さらに、第２電極２と基板６０との間に透光性電極４を形成してもよい。第１電極１は、平面視においてフォトニック結晶７と少なくとも一部が重なるように設けられる。
第１電極１及び第２電極２は、公知の方法を適宜用いて形成することができる。第１電極１及び第２電極２は、例えば、レジストを用いたリフトオフプロセスやエッチングプロセスにより形成することができる。
【0056】
（個片化工程）
次に、半導体レーザ１００毎に個片化する。この個片化は、レーザスクライブもしくはダイシングなどにより、図８Ｇに示す所定の個片化位置ＣＬに沿って行う。レーザスクライブは、基板内部にレーザ光を集光させて、改質領域を形成し、これから伸展する亀裂を起点としてウェハを分割する方法である。
次に、半導体レーザ１００毎に個片化する。この個片化は、レーザスクライブもしくはダイシングなどにより、図８Ｇに示す所定の個片化位置ＣＬに沿って行う。レーザスクライブは、基板内部にレーザ光を集光させて、改質領域を形成し、これから伸展する亀裂を起点としてウェハを分割する方法である。
【0057】
２．実施形態２に係る半導体レーザの製造方法の一例（製造方法２）
製造方法２は、実施形態１に係る半導体レーザの製造方法１に加えて、端面２００ａに光反射膜２０３ａおよび端面２００ｂに光反射膜２０３ｂを施す工程を有する点で、実施形態１に係る半導体レーザ１００の製造方法１と異なる。
光反射膜２０３ａおよび２０３ｂを施す工程は、個片化工程の後または個片化工程の途中に実施される。光反射膜２０３ａおよび２０３ｂは、例えば、真空蒸着方法、スパッタリング法で実施される。
なお、本製造方法のフォトニック結晶７を形成する工程において、格子定数ａと、真空における波長λと、実効屈折率ｎｅｆｆとは、ａ＝λ／（２×ｎｅｆｆ）の関係式を満たすように溝７５が設けられる。溝７５による屈折率の周期変化は、１次元的である。すなわち、本製造方法２により製造される半導体レーザは、ＤＦＢレーザである。
製造方法２は、実施形態１に係る半導体レーザの製造方法１に加えて、端面２００ａに光反射膜２０３ａおよび端面２００ｂに光反射膜２０３ｂを施す工程を有する点で、実施形態１に係る半導体レーザ１００の製造方法１と異なる。
光反射膜２０３ａおよび２０３ｂを施す工程は、個片化工程の後または個片化工程の途中に実施される。光反射膜２０３ａおよび２０３ｂは、例えば、真空蒸着方法、スパッタリング法で実施される。
なお、本製造方法のフォトニック結晶７を形成する工程において、格子定数ａと、真空における波長λと、実効屈折率ｎｅｆｆとは、ａ＝λ／（２×ｎｅｆｆ）の関係式を満たすように溝７５が設けられる。溝７５による屈折率の周期変化は、１次元的である。すなわち、本製造方法２により製造される半導体レーザは、ＤＦＢレーザである。
【0058】
３．実施形態３に係る半導体レーザの製造方法の一例（製造方法３）
製造方法３は、フォトニック結晶７を形成する工程において、実施形態１に係る半導体レーザの製造方法１と異なる。
製造方法３におけるフォトニック結晶７を形成する工程では、第４半導体層部３４０にフォトニック結晶７を形成する。具体的には、図９Ａに示すように、第４半導体層部３４０の第２接合面３４０ａに、第１マスク８１及び穴集合部８を有する第２マスク８２を配置する。その後、図９Ｂに示すように、第２マスク８２から露出した第１マスク８１及び第４半導体層部３４０を除去し、フォトニック結晶７を構成する穴７０の上端７ｂが第４半導体層部３４０内に位置するように穴７０を形成する。
半導体部９０を準備する工程、第４半導体層部４０を準備する工程、図９Ｃに示す直接接合する工程、及び図９Ｄに示す電極形成工程と個片化工程とは、製造方法１におけるそれらの工程と同様である。
製造方法３は、フォトニック結晶７を形成する工程において、実施形態１に係る半導体レーザの製造方法１と異なる。
製造方法３におけるフォトニック結晶７を形成する工程では、第４半導体層部３４０にフォトニック結晶７を形成する。具体的には、図９Ａに示すように、第４半導体層部３４０の第２接合面３４０ａに、第１マスク８１及び穴集合部８を有する第２マスク８２を配置する。その後、図９Ｂに示すように、第２マスク８２から露出した第１マスク８１及び第４半導体層部３４０を除去し、フォトニック結晶７を構成する穴７０の上端７ｂが第４半導体層部３４０内に位置するように穴７０を形成する。
半導体部９０を準備する工程、第４半導体層部４０を準備する工程、図９Ｃに示す直接接合する工程、及び図９Ｄに示す電極形成工程と個片化工程とは、製造方法１におけるそれらの工程と同様である。
【0059】
以上のような製造方法では、活性層５０を有さない第４半導体層部３４０にフォトニック結晶７を形成し、その後、活性層５０を有する半導体部９０と第４半導体層部３４０を接合している。この方法は、エッチング等による活性層５０へのダメージを抑制することができる。
【0060】
また、例えば、本開示は、以下のような構成をとることができる。
項（１）
第１導電型の半導体層を含む第１半導体層部と、
前記第１半導体層部上に設けられた活性層と、
前記活性層上に設けられた第２導電型の半導体層を含む第２半導体層部と、
前記第２半導体層部上に設けられた第１導電型の不純物を第１濃度で含有する半導体層を含む第３半導体層部と、
前記第３半導体層部上に設けられた第１導電型の不純物を第２濃度で含有する半導体層を含む第４半導体層部と、
を備え、
前記第１濃度は、前記第２濃度よりも高く、
前記第３半導体層部は、前記第４半導体層部と直接接合しており、
前記第３半導体層部と前記第４半導体層部の少なくとも一方にフォトニック結晶を含む、半導体レーザ。
項（２）
前記第３半導体層部は、
前記第１導電型の不純物を前記第１濃度で含有する半導体層である第１層と、
第１導電型の不純物を、前記第２濃度よりも大きくかつ前記第１濃度よりも小さい第３濃度で含有する半導体層である第２層と、
を含み、
前記第２半導体層部側から順に、前記第１層および前記第２層が設けられている、項１に記載の半導体レーザ。
項（３）
前記第３半導体層部が前記フォトニック結晶を含み、
前記フォトニック結晶を構成する穴の上端は、前記第４半導体層部の接合面に位置する、項１又は２に記載の半導体レーザ。
項（４）
前記フォトニック結晶を構成する穴の下端は、前記第２半導体層部内に位置する、項１～３のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
項（５）
前記活性層は、１以上の井戸層と、複数の障壁層とを含み、
前記障壁層は、前記第１半導体層部と接する第１障壁層と、前記第２半導体層部２０と接する第２障壁層と、を少なくとも含み、
前記フォトニック結晶を構成する穴の下端は、前記第２障壁層内に位置する、項１～３のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
項（６）
前記第３半導体層部と前記第４半導体層部とは、同一材料で構成されている、項１～５のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
項（７）
前記第１半導体層部、前記第２半導体層部、前記第３半導体層部および前記第４半導体層部はいずれも窒化物半導体層部である、項１～６のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
項（８）
前記第１導電型はｎ型であり、
前記第２導電型はｐ型である、項１～７のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
項（９）
第１導電型の半導体層を含む第１半導体層部と、前記第１半導体層部上に設けられた活性層と、前記活性層上に設けられた第２導電型の半導体層を含む第２半導体層部と、前記第２半導体層部上に設けられ、第１導電型の不純物を第１濃度で含有する半導体層を含む第３半導体層部と、を備える半導体部を準備する工程と、
第１導電型の不純物を、前記第１濃度よりも低い第２濃度で含有する半導体層を含む第４半導体層部を準備する工程と、
前記第３半導体層部と前記第４半導体層部の少なくとも一方に、フォトニック結晶を形成する工程と、
前記第３半導体層部の、前記第２半導体層部が配置される面と反対側に位置する第１接合面及び前記第４半導体層部の第２接合面を直接接合する工程と、
を含む、半導体レーザの製造方法。
項（１０）
前記直接接合する工程は、表面活性化接合により行う、項９に記載の半導体レーザの製造方法。
項（１１）
前記半導体部を準備する工程において、
前記第３半導体層部は、
前記第１導電型の不純物を第１濃度で含有する半導体層である第１層と、
前記第１導電型の不純物を、第２濃度よりも大きくかつ前記第１濃度よりも小さい第３濃度で含有する第２層と、
を含む、項９又は１０に記載の半導体レーザの製造方法。
項（１２）
前記フォトニック結晶を形成する工程において、前記第３半導体層部に複数の穴を形成することで、前記フォトニック結晶を形成し、
前記複数の穴の上端は、前記第４半導体層部の接合面に配置される、項９～１１のいずれか１項に記載の半導体レーザの製造方法。
項（１３）
前記半導体部を準備する工程において、
前記第３半導体層部は、前記第４半導体層部と同一材料である、項９～１２のいずれか１項に記載の半導体レーザの製造方法。
項（１）
第１導電型の半導体層を含む第１半導体層部と、
前記第１半導体層部上に設けられた活性層と、
前記活性層上に設けられた第２導電型の半導体層を含む第２半導体層部と、
前記第２半導体層部上に設けられた第１導電型の不純物を第１濃度で含有する半導体層を含む第３半導体層部と、
前記第３半導体層部上に設けられた第１導電型の不純物を第２濃度で含有する半導体層を含む第４半導体層部と、
を備え、
前記第１濃度は、前記第２濃度よりも高く、
前記第３半導体層部は、前記第４半導体層部と直接接合しており、
前記第３半導体層部と前記第４半導体層部の少なくとも一方にフォトニック結晶を含む、半導体レーザ。
項（２）
前記第３半導体層部は、
前記第１導電型の不純物を前記第１濃度で含有する半導体層である第１層と、
第１導電型の不純物を、前記第２濃度よりも大きくかつ前記第１濃度よりも小さい第３濃度で含有する半導体層である第２層と、
を含み、
前記第２半導体層部側から順に、前記第１層および前記第２層が設けられている、項１に記載の半導体レーザ。
項（３）
前記第３半導体層部が前記フォトニック結晶を含み、
前記フォトニック結晶を構成する穴の上端は、前記第４半導体層部の接合面に位置する、項１又は２に記載の半導体レーザ。
項（４）
前記フォトニック結晶を構成する穴の下端は、前記第２半導体層部内に位置する、項１～３のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
項（５）
前記活性層は、１以上の井戸層と、複数の障壁層とを含み、
前記障壁層は、前記第１半導体層部と接する第１障壁層と、前記第２半導体層部２０と接する第２障壁層と、を少なくとも含み、
前記フォトニック結晶を構成する穴の下端は、前記第２障壁層内に位置する、項１～３のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
項（６）
前記第３半導体層部と前記第４半導体層部とは、同一材料で構成されている、項１～５のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
項（７）
前記第１半導体層部、前記第２半導体層部、前記第３半導体層部および前記第４半導体層部はいずれも窒化物半導体層部である、項１～６のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
項（８）
前記第１導電型はｎ型であり、
前記第２導電型はｐ型である、項１～７のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
項（９）
第１導電型の半導体層を含む第１半導体層部と、前記第１半導体層部上に設けられた活性層と、前記活性層上に設けられた第２導電型の半導体層を含む第２半導体層部と、前記第２半導体層部上に設けられ、第１導電型の不純物を第１濃度で含有する半導体層を含む第３半導体層部と、を備える半導体部を準備する工程と、
第１導電型の不純物を、前記第１濃度よりも低い第２濃度で含有する半導体層を含む第４半導体層部を準備する工程と、
前記第３半導体層部と前記第４半導体層部の少なくとも一方に、フォトニック結晶を形成する工程と、
前記第３半導体層部の、前記第２半導体層部が配置される面と反対側に位置する第１接合面及び前記第４半導体層部の第２接合面を直接接合する工程と、
を含む、半導体レーザの製造方法。
項（１０）
前記直接接合する工程は、表面活性化接合により行う、項９に記載の半導体レーザの製造方法。
項（１１）
前記半導体部を準備する工程において、
前記第３半導体層部は、
前記第１導電型の不純物を第１濃度で含有する半導体層である第１層と、
前記第１導電型の不純物を、第２濃度よりも大きくかつ前記第１濃度よりも小さい第３濃度で含有する第２層と、
を含む、項９又は１０に記載の半導体レーザの製造方法。
項（１２）
前記フォトニック結晶を形成する工程において、前記第３半導体層部に複数の穴を形成することで、前記フォトニック結晶を形成し、
前記複数の穴の上端は、前記第４半導体層部の接合面に配置される、項９～１１のいずれか１項に記載の半導体レーザの製造方法。
項（１３）
前記半導体部を準備する工程において、
前記第３半導体層部は、前記第４半導体層部と同一材料である、項９～１２のいずれか１項に記載の半導体レーザの製造方法。
【0061】
以上、本開示の実施形態及び変形例を説明したが、開示内容は構成の細部において変化してもよく、実施形態及び変形例における要素の組合せや順序の変化等は請求された本開示の範囲および思想を逸脱することなく実現し得るものである。
【符号の説明】
【0062】
１ 第１電極
２ 第２電極
３ 光反射防止コーティング
４ 透光性電極
５、２０５ 光取り出し面
７ フォトニック結晶
７ａ 下端
７ｂ 上端
８ 穴集合部
１０ 第１半導体層部
２０ 第２半導体層部
３０ 第３半導体層部
３０ａ 第１接合面
３１ 第１層
３２ 第２層
４０、３４０ 第４半導体層部
４０ａ、３４０ａ 第２接合面
４０ｂ 上面
４５ 分布ブラッグ反射膜（ＤＢＲ膜）
５０ 活性層
５１ 第１障壁層
５２ 井戸層
５３ 第２障壁層
６０ 基板
６０ａ、４ａ 下面
７０ 穴
７１ 第１端
７２ 第２端
７５ 溝
８０ 穴
８１ 第１マスク
８２ 第２マスク
８５ 成長基板
８６ 樹脂層
８７ 支持基板
９０ 半導体部
１００、２００、３００ 半導体レーザ
２０３ａ、２０３ｂ 光反射膜
２ 第２電極
３ 光反射防止コーティング
４ 透光性電極
５、２０５ 光取り出し面
７ フォトニック結晶
７ａ 下端
７ｂ 上端
８ 穴集合部
１０ 第１半導体層部
２０ 第２半導体層部
３０ 第３半導体層部
３０ａ 第１接合面
３１ 第１層
３２ 第２層
４０、３４０ 第４半導体層部
４０ａ、３４０ａ 第２接合面
４０ｂ 上面
４５ 分布ブラッグ反射膜（ＤＢＲ膜）
５０ 活性層
５１ 第１障壁層
５２ 井戸層
５３ 第２障壁層
６０ 基板
６０ａ、４ａ 下面
７０ 穴
７１ 第１端
７２ 第２端
７５ 溝
８０ 穴
８１ 第１マスク
８２ 第２マスク
８５ 成長基板
８６ 樹脂層
８７ 支持基板
９０ 半導体部
１００、２００、３００ 半導体レーザ
２０３ａ、２０３ｂ 光反射膜
【図1A】
【図1B】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図8D】
【図8E】
【図8F】
【図8G】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図9D】