特開 2025-4105 垂直共振器型発光素子

(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】P2025004105

(43)【公開日】2025-01-14

(54)【発明の名称】垂直共振器型発光素子

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/183 20060101AFI20250106BHJP

   H01S 5/343 20060101ALI20250106BHJP

【ＦＩ】

H01S5/183

H01S5/343 610

【審査請求】有

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024174188

(22)【出願日】2024-10-03

(62)【分割の表示】P 2021569805の分割

【原出願日】2020-12-18

(31)【優先権主張番号】P 2020001533

(32)【優先日】2020-01-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000002303

【氏名又は名称】スタンレー電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001025

【氏名又は名称】弁理士法人レクスト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】倉本 大

(57)【要約】      （修正有）

【課題】高い発光効率を有する垂直共振器型発光素子を提供する。
【解決手段】窒化ガリウム系半導体基板の上方に形成された第１の半導体層、第１の半導体層上に形成された活性層、及び活性層上に形成されかつ前記第１の半導体層とは反対の導電型を有する第２の半導体層を含む半導体構造層と、第１の半導体層に電気的に接触している第１の電極層と、半導体構造層の上面に形成され上面の１の領域において第２の半導体層に電気的に接触している第２の電極層と、半導体構造層の第１の半導体層側に配置された第１の多層膜反射鏡と、半導体構造層の第２の半導体層側に配置され、第１の多層膜反射鏡との間で共振器を構成する第２の多層膜反射鏡と、を有し、半導体構造層は、当該１の領域を囲繞する領域に上面から前記活性層を貫通する１または複数の凹部を含む１の凹構造を有し、当該凹構造は、当該１の領域の外縁から５０μｍ以内に設けられていることを特徴とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

窒化ガリウム系半導体基板と、
前記窒化ガリウム系半導体基板の上方に形成された第１の導電型を有する窒化物半導体よりなる第１の半導体層、前記第１の半導体層上に形成された窒化物半導体よりなる活性層、及び前記活性層上に形成されかつ前記第１の導電型とは反対の第２の導電型を有する窒化物半導体よりなる第２の半導体層を含む半導体構造層と、
前記半導体構造層の前記第１の半導体層に電気的に接触している第１の電極層と、
前記半導体構造層の上面に形成され前記上面の１の領域において前記半導体構造層の前記第２の半導体層に電気的に接触している第２の電極層と、
前記半導体構造層の前記第１の半導体層側に配置された第１の多層膜反射鏡と、
前記半導体構造層の前記第２の半導体層側に配置され、前記第１の多層膜反射鏡との間で共振器を構成する第２の多層膜反射鏡と、を有し、
前記半導体構造層は、前記１の領域を囲繞する領域に前記上面から前記活性層を貫通する１または複数の凹部を含む１の凹構造を有し、
前記凹構造は、前記１の領域の外縁から５０μｍ以内に設けられている垂直共振器型発光素子。

【請求項2】

前記凹構造は、前記垂直共振器型発光素子を上方から見た際の前記活性層の発光強度が、前記活性層の発光強度のピークの１．８％以下になる領域に形成されている請求項１に記載の垂直共振器型発光素子。

【請求項3】

前記凹構造は、前記半導体構造層の面内方向に対して垂直な方向からみて、前記第２の多層膜反射鏡と重なるように形成されている請求項１または請求項２に記載の垂直共振器型発光素子。

【請求項4】

前記凹構造は、前記半導体構造層の面内方向に対して垂直な方向からみて、前記第２の多層膜反射鏡の周囲に形成されている請求項１乃至３のいずれか１つに記載の垂直共振器型発光素子。

【請求項5】

前記窒化ガリウム系半導体基板の前記半導体構造層が形成されている面は、ｃ面からｍ面及びａ面のうちの１の結晶面にオフセットした面であり、前記１または複数の凹部は、半導体構造層の上面において、前記１の領域から見て前記１の結晶面に垂直な１の軸に沿った方向にある領域に延在しており、前記１の軸に沿った方向と垂直な方向にある領域に形成されていない請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の垂直共振器型発光素子。

【請求項6】

前記半導体構造層の上面の前記１の領域を囲繞する領域において前記第２の半導体層と前記第２の電極層は、電気的に絶縁されている請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の垂直共振器型発光素子。

【請求項7】

前記１の領域を囲繞する領域における前記第２の半導体層と前記第２の電極層の間は、絶縁層によって電気的に絶縁されている請求項６に記載の垂直共振器型発光素子。

【請求項8】

前記１の領域を囲繞する領域における前記第２の半導体層と前記第２の電極層の間は、エッチングされた前記第２の半導体層表面によって電気的に絶縁されている請求項６に記載の垂直共振器型発光素子。

【請求項9】

前記１の領域を囲繞する領域における前記第２の半導体層と前記第２の電極層の間は、イオン注入された前記第２の半導体層表面によって電気的に絶縁されている請求項６に記載の垂直共振器型発光素子。

【請求項10】

前記第１の多層膜反射鏡は、半導体多層膜反射鏡である請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の垂直共振器型発光素子。

【請求項11】

前記第１の多層膜反射鏡は、前記窒化ガリウム系半導体基板と前記半導体構造層の間に配置されている請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の垂直共振器型発光素子。

【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（VCSEL:vertical cavity surface emitting laser）などの垂直共振器型発光素子に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、半導体レーザの１つとして、電圧の印加によって光を放出する半導体層と、当該半導体層を挟んで互いに対向する多層膜反射鏡と、を有する垂直共振器型の半導体面発光レーザ（以下、単に面発光レーザとも称する）が知られている。例えば、特許文献１には、ｎ型半導体層及びｐ型半導体層にそれぞれ接続されたｎ電極及びｐ電極を有する垂直共振器型の半導体レーザが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開2017-98328号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

例えば、面発光レーザなどの垂直共振器型発光素子には、対向する反射鏡によって光共振器が形成されている。例えば、面発光レーザ内においては、電極を介して半導体層に電圧が印加されることで、当該半導体層から放出された光が当該光共振器内で共振し、レーザ光が生成される。

【0005】

しかし、垂直共振器型の半導体レーザ素子には、例えば、活性層を含む半導体層の面内方向に共振器を有する水平共振器型の半導体レーザに比べ発光効率が低いということが課題の一例として挙げられる。

【0006】

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、高い発光効率を有する垂直共振器型発光素子を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明による垂直共振器型発光素子は、窒化ガリウム系半導体基板と、前記窒化ガリウム系半導体基板の上方に形成された第１の導電型を有する窒化物半導体よりなる第１の半導体層、前記第１の半導体層上に形成された窒化物半導体よりなる活性層、及び前記活性層上に形成されかつ前記第１の導電型とは反対の第２の導電型を有する窒化物半導体よりなる第２の半導体層を含む半導体構造層と、前記半導体構造層の前記第１の半導体層に電気的に接触している第１の電極層と、前記半導体構造層の上面に形成され前記上面の１の領域において前記半導体構造層の前記第２の半導体層に電気的に接触している第２の電極層と、前記半導体構造層の前記第１の半導体層側に配置された第１の多層膜反射鏡と、前記半導体構造層の前記第２の半導体層側に配置され、前記第１の多層膜反射鏡との間で共振器を構成する第２の多層膜反射鏡と、を有し、前記半導体構造層は、前記１の領域を囲繞する領域に前記上面から前記活性層を貫通する１または複数の凹部を含む１の凹構造を有し、前記凹構造は、前記１の領域の外縁から５０μｍ以内に設けられていることを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施例１の面発光レーザの斜視図である

【図2】実施例１の面発光レーザの上面図である。

【図3】実施例１の面発光レーザの断面図である。

【図4】実施例２の面発光レーザの斜視図である。

【図5】実施例２の面発光レーザの断面図である。

【図6】実施例３の面発光レーザの斜視図である。

【図7】実施例３の面発光レーザの上面図である。

【図8】実施例３の面発光レーザの断面図である。

【図9】実施例４の面発光レーザの斜視図である。

【図10】実施例４の面発光レーザの断面図である。

【図11】変形例の面発光レーザの上面図である。

【図12】変形例の面発光レーザの上面図である。

【図13】変形例の面発光レーザの上面図である。

【図14】実施例５の面発光レーザの斜視図である。

【図15】実施例５の面発光レーザの上面図である。

【図16】変形例の面発光レーザの上面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施例について詳細に説明する。以下の説明においては、半導体面発光レーザ素子を例に説明する（半導体レーザ）が、本発明は、面発光レーザのみならず、垂直共振器型発光ダイオードなど、種々の垂直共振器型発光素子に適用することができる。

【実施例0010】

図１は、実施例１に係る垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser、以下、単に面発光レーザとも称する）１０の斜視図である。

【0011】

基板１１は、窒化ガリウム系半導体基板、例えばＧａＮ基板である。基板１１は、例えば、上面形状が矩形の基板である。基板１１の上には、基板１１の上に成長させられた半導体層からなる第１の多層膜反射鏡１３が形成されている。

【0012】

第１の多層膜反射鏡１３は、ＡｌＩｎＮの組成を有する低屈折率半導体膜と、ＧａＮ組成を有し低屈折率半導体膜よりも屈折率が高い高屈折率半導体膜とが交互に積層された半導体多層膜反射鏡である。言い換えれば、第１の多層膜反射鏡１３は、半導体材料からなる分布フラッグ反射器（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）である。例えば、基板１１の上面には、ＧａＮ組成を有するバッファ層が設けられ、当該バッファ層上に上記高屈折率半導体膜と低屈折半導体膜とを交互に成膜されることで第１の多層膜反射鏡１３が形成される。

【0013】

なお、基板１１の上面、すなわちＧａＮ組成を有するバッファ層が設けられている面はＣ面またはＣ面から０．５°以内にオフした面であることが好ましい。後述する半導体構造層１５の結晶性などが良好となるためである。

【0014】

半導体構造層１５は、第１の多層膜反射鏡１３上に形成された複数の半導体層からなる積層構造体である。半導体構造層１５は、第１の多層膜反射鏡１３上に形成されたｎ型半導体層（第１の半導体層）１７と、ｎ型半導体層１７上に形成された発光層（または活性層）１９と、活性層１９上に形成されたｐ型半導体層（第２の半導体層）２１と、を有する。

【0015】

ｎ型半導体層１７は、第１の多層膜反射鏡１３上に形成された半導体層である。ｎ型半導体層１７は、ＧａＮ組成を有し、ｎ型不純物としてＳｉがドーピングされている半導体層である。ｎ型半導体層１７は、角柱状の下部１７Ａとその上に配された円柱状の上部１７Ｂとを有する。具体的には、例えば、ｎ型半導体層１７は、角柱状の下部１７Ａの上面１７Ｓから突出した円柱状の上部１７Ｂを有している。言い換えれば、ｎ型半導体層１７は、上部１７Ｂを含むメサ形状の構造を有する。

【0016】

活性層１９は、ｎ型半導体層１７の上部１７Ｂ上に形成されており、ＩｎＧａＮ組成を有する井戸層及びＧａＮ組成を有する障壁層を含む量子井戸構造を有する層である。面発光レーザ１０においては、活性層１９において光が発生する。

【0017】

ｐ型半導体層２１は、活性層１９上に形成されたＧａＮ組成を有する半導体層である。ｐ型半導体層２１には、ｐ型の不純物としてＭｇがドーピングされている。

【0018】

ｎ電極２３は、ｎ型半導体層１７の下部１７Ａの上面１７Ｓに設けられ、ｎ型半導体層１７と電気的に接続されている金属電極である。ｎ電極２３は、ｎ型半導体層１７の上部１７Ｂを囲繞するように環状に形成されている。

【0019】

絶縁層２５は、ｐ型半導体層２１上に形成されている絶縁体からなる層である。絶縁層２５は、例えばＳｉＯ_２等のｐ型半導体層２１を形成する材料よりも低い屈折率を有する物質によって形成されている。絶縁層２５は、ｐ型半導体層２１上において環状に形成されており、中央部分にｐ型半導体層２１を露出する開口部（図示せず）を有している。

【0020】

ｐ電極２７は、絶縁層２５上に形成された金属電極である。ｐ電極２７は、絶縁層２５の上記開口部から露出したｐ型半導体層２１の上面に、ＩＴＯ又はＩＺＯなどの金属酸化膜からなる透明電極（図示せず）介して電気的に接続されている。

【0021】

第２の多層膜反射鏡２９は、Ａｌ_２Ｏ_３からなる低屈折率誘電体膜と、Ｔａ_２Ｏ_５からなり低屈折率誘電体膜よりも屈折率が高い高屈折率誘電体膜とが交互に積層された誘電体多層膜反射鏡である。言い換えれば、第２の多層膜反射鏡２９は、誘電体材料からなる分布フラッグ反射器（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）である。

【0022】

図２は、面発光レーザ１０の上面図である。上述したように、面発光レーザ１０は、矩形の上面形状を有する基板１１上に形成されたｎ型半導体層１７、上面形状が円形の活性層１９及びｐ型半導体層２１を含む半導体構造層１５を有している（図１参照）。ｐ型半導体層２１上には、絶縁層２５及びｐ電極２７が形成されている。ｐ電極２７上には、第２の多層膜反射鏡２９が形成されている。

【0023】

絶縁層２５は、上述した絶縁層２５のｐ型半導体層２１を露出する円形の開口部である開口部２５Ｈを有している。図２に示すように、開口部２５Ｈは、面発光レーザ１０の上方からみて絶縁層２５の中央部に形成されており、面発光レーザ１０の上方からみて第２の多層膜反射鏡２９に覆われている。言い換えれば、開口部２５Ｈは、ｐ型半導体層２１の上面において第２の多層膜反射鏡２９に覆われている。さらに言い換えれば、開口部２５Ｈは、絶縁層２５の多層膜反射鏡２９の下面と対向する領域に形成されている。

【0024】

ｐ電極２７は、面発光レーザ１０の上方からみて絶縁層２５の中央部に形成されており、開口部２５Ｈを囲む開口部２７Ｈを有している。すなわち、開口部２７Ｈは、開口部２５Ｈよりも大きい開口である。例えば、開口部２７Ｈの形状は、開口部２５Ｈの形状と同心円の円形形状である。

【0025】

図２に破線で示すように、ｐ型半導体層２１の上面、すなわち半導体構造層１５の上面には、円環状の溝１５Ｇが形成されている。溝１５Ｇは、開口部２５Ｈ及び開口部２７Ｈの外側の領域に形成されている。すなわち、溝１５Ｇは、半導体構造層１５の面内方向に対して垂直な方向から見て環状に設けられている溝である。

【0026】

本実施例においては、溝１５Ｇは、ｐ型半導体層２１の上面において第２の多層膜反射鏡２９によって覆われるように形成されている。すなわち、本実施例においては、溝１５Ｇは、第２の多層膜反射鏡２９の下面と対向する位置に形成されている。

【0027】

図３は、面発光レーザ１０の図２の３－３線に沿った断面図である。上述のように、面発光レーザ１０は、ＧａＮ基板である基板１１を有し、基板１１上に第１の多層膜反射鏡１３が形成されている。なお、基板１１の下面には、ＡＲコートが施されていてもよい。

【0028】

第１の多層膜反射鏡１３上には、半導体構造層１５が形成されている。半導体構造層１５は、ｎ型半導体層１７、活性層１９及びｐ型半導体層２１がこの順に形成されてなる積層体である。

【0029】

半導体構造層１５に形成されている溝１５Ｇは、ｐ型半導体層２１の上面の中央部において突出している突出部２１Ｐを囲むように形成されており、ｐ型半導体層２１の上面から活性層１９を貫通してｎ型半導体層１７に至っている。

【0030】

このように、実施例１の面発光レーザ１０においては、溝１５Ｇが活性層１９を貫通するように形成されている。言い換えれば、溝１５Ｇによって活性層１９に隙間が形成されている。

【0031】

絶縁層２５は、ｐ型半導体層２１の上面及び溝１５Ｇの内面を覆うように形成されている。絶縁層２５は、上述のようにｐ型半導体層２１よりも低い屈折率を有している材料からなっている。絶縁層２５は、突出部２１Ｐを露出せしめる開口部２５Ｈを有している。例えば、図２に示すように開口部２５Ｈは円形である。例えば、開口部２５Ｈと突出部２１Ｐとは同様の形状を有しており、開口部２５Ｈの内側面と突出部２１Ｐの外側面は接している。

【0032】

透光電極層３１は、絶縁層２５及び絶縁層２５の開口部２５Ｈから露出している突出部２１Ｐを覆うように形成された透光性を有する導電体からなる層である。すなわち、透光電極層３１は、ｐ型半導体層２１の上面の開口部２５Ｈによって露出している領域において、ｐ型半導体層２１と電気的に接触している。透光電極層３１は、例えば、ＩＴＯまたはＩＺＯ等の活性層１９からの出射光に対して透光性を有する金属酸化物によって形成されている。

【0033】

ｐ電極２７は、上述したように金属電極であり、透光電極層３１を覆うように形成されている。すなわち、ｐ電極２７は、透光電極層３１と電気的に接触している。従って、ｐ電極２７は、ｐ型半導体層２１の上面の開口部２５Ｈによって露出している領域において、透光電極層３１を介してｐ型半導体層２１と電気的に接触または接続している。ｐ電極２７は、中央部において、透光電極層３１を露出する開口部２７Ｈを有する。開口部２７Ｈは、開口部２５Ｈよりも幅が大きい開口である。

【0034】

第２の多層膜反射鏡２９は、開口部２７Ｈ及び溝１５Ｇを覆うように形成されている。第２の多層膜反射鏡２９は、開口部２７Ｈによって形成される空間を埋めて、透光電極層３１に接するように形成されている。また、第２の多層膜反射鏡２９は、溝１５Ｇによって形成される空間を埋めるように形成されている。

【0035】

面発光レーザ１０において、第１の多層膜反射鏡１３は、第２の多層膜反射鏡２９よりもわずかに低い反射率を有する。従って、第１の多層膜反射鏡１３と第２の多層膜反射鏡２９との間で共振した光は、その一部が第１の多層膜反射鏡１３及び基板１１を透過し、外部に取り出される。

【0036】

上述のように、実施例１の面発光レーザ１０においては、溝１５Ｇが活性層１９を貫通するように形成されている。言い換えれば、溝１５Ｇによって活性層１９に隙間が形成されている。この溝１５Ｇは、半導体構造層１５が形成された後に形成される。その後、絶縁層２５が、透光電極層３１、ｐ電極２７及び第２の多層膜反射鏡２９が形成される前に形成される。

【0037】

従って、半導体構造層１５が形成された後に、活性層１９に至る溝１５Ｇが形成されることで、活性層１９の面内に沿った方向において空間または隙間が形成される。この隙間によって、活性層１９の形成時に活性層１９の層内方向または半導体構造層１５の層面方向において発生した歪みが緩和される。

【0038】

具体的に言えば、活性層１９はその形成時に量子井戸構造を形成するＩｎＧａＮとＧａＮの格子定数の差によって結晶構造が歪んで圧電分極が生じて、ピエゾ電界が生ずる。このピエゾ電界の発生により、発光層に注入される電子と正孔との再結合確率が低下し、これが内部量子効率が低くなる一因となる。

【0039】

面発光レーザ１０においては、半導体構造層１５に活性層１９に至る溝１５Ｇが形成される。この溝による間隙により、活性層１９の成長時において活性層１９の層内方向に生じた歪みが緩和され、活性層１９における内部量子効率が向上すると考えられる。

【0040】

ここで、面発光レーザ１０の動作について説明する。面発光レーザ１０において、ｎ電極２３及びｐ電極２７との間に電圧が印加されると、図中太線一点鎖線に示す様に、半導体構造層１５内に電流が流れ、活性層１９から光が放出される。活性層１９から放出された光は、第１の多層膜反射鏡１３と第２の多層膜反射鏡２９との間において反射を繰り返し、共振状態に至る（レーザ発振する）。

【0041】

面発光レーザ１０においては、ｐ型半導体層２１には、開口部２５Ｈによって露出している部分のみから電流が注入される。また、ｐ型半導体層２１は非常に薄いため、ｐ型半導体層２１内では面内方向、すなわち半導体構造層１５の面内に沿った方向には電流は拡散しない。従って、面発光レーザ１０においては、活性層１９のうち、開口部２５Ｈの直下の領域にのみ電流が供給されて、当該領域からのみ光が放出される。すなわち、面発光レーザ１０において、開口部２５Ｈが活性層１９における電流の供給範囲を制限する電流狭窄構造となっている。

【0042】

上述のように、本実施例においては、第１の多層膜反射鏡１３は、第２の多層膜反射鏡２９よりもわずかに低い反射率を有する。従って、第１の多層膜反射鏡１３と第２の多層膜反射鏡２９との間で共振した光は、その一部が第１の多層膜反射鏡１３及び基板１１を透過し、外部に取り出される。このようにして、面発光レーザ１０は、基板１１の下面から、基板１１の下面及び半導体構造層１５の各層の面内方向に対して垂直な方向に光を出射する。

【0043】

なお、半導体構造層１５のｐ型半導体層２１の突出部２１Ｐ及び絶縁層２５の開口部２５Ｈは、活性層１９における発光領域の中心である発光中心を画定し、共振器ＯＣの中心軸（発光中心軸）ＡＸを画定する。共振器ＯＣの中心軸ＡＸは、ｐ型半導体層２１の突出部２１Ｐの中心を通り、半導体構造層１５の面内方向に対して垂直な方向に沿って延びる。

【0044】

なお、活性層１９の発光領域とは、例えば、活性層１９内における所定の強度以上の光が放出される所定の幅を有する領域であり、その中心が発光中心である。また、例えば、活性層１９の発光領域とは、活性層１９内において所定の密度以上の電流が注入される領域であり、その中心が発光中心である。また、当該発光中心を通る基板１１の上面または半導体構造層１５の各層の面内方向に対して垂直な直線が中心軸ＡＸである。発光中心軸ＡＸは、第１の多層膜反射鏡１３と第２の多層膜反射鏡２９とによって構成される共振器ＯＣの共振器長方向に沿って延びる直線である。また、中心軸ＡＸは、面発光レーザ１０から出射されるレーザ光の光軸に対応する。

【0045】

ここで、面発光レーザ１０における第１の多層膜反射鏡１３、半導体構造層１５及び第２の多層膜反射鏡２９各層の例示的な構成及び溝１５Ｇの例示的な寸法について説明する。本実施例においては、第１の多層膜反射鏡１３は、基板１１の上面に形成された１μｍのＧａＮ下地層、及び４２ペアのｎ－ＧａＮ層及びＡｌＩｎＮ層からなる。

【0046】

ｎ型半導体層１７は、１５８０ｎｍの層厚のｎ－ＧａＮ層である。活性層１９は、４ｎｍのＧａＩｎＮ層及び５ｎｍのＧａＮ層が４ペア積層された多重量子井戸構造の活性層からなる。活性層１９上には、ＭｇドープされたＡｌＧａＮの電子障壁層が形成され、その上に５０ｎｍのｐ－ＧａＮ層からなるｐ型半導体層２１が形成されている。第２の多層膜反射鏡２９は、Ｎｂ_２Ｏ_５及びＳｉＯ_２を１０．５ペア積層したものである。この場合の共振波長は、440nmであった。

【0047】

半導体構造層１５に形成される溝部１５Ｇは、8μｍの外径を有し、深さが１２０ｎｍ、幅2μｍである。なお、半導体構造層１５上に形成される透光電極層３１は、２０ｎｍのＩＴＯからなる層であり、透光電極層３１及びｐ電極２７の上に４０ｎｍのＮｂＯ_５のスペーサー層を挟んで第２の多層膜反射鏡２９が形成されている。

【0048】

また、基板１１の裏面は、研磨面となっており、当該研磨面にＮｂ_２Ｏ_５及びＳｉＯ_２の二層のＡＲコートが形成されている。

【0049】

また、ｐ型半導体層２１は、突出部２１Ｐにおいて５０ｎｍの層厚を有し、それ以外の領域において３０ｎｍの層厚を有することとしてもよい。すなわち、ｐ型半導体層２１は、突出部２１Ｐとそれ以外の部分で層厚が異なっていてもよい。また、絶縁層２５の上面は、ｐ型半導体層２１の突出部２１Ｐの上面と同一の高さ位置に配置されるように構成されている。なお、これらは一例に過ぎない。

【0050】

以下、面発光レーザ１０内部の光学的な特性について説明する。上述のように、面発光レーザ１０において、絶縁層２５は、ｐ型半導体層２１よりも低い屈折率を有する。また、第１の多層膜反射鏡１３と第２の多層膜反射鏡２９との間における他の層の層厚は、面内のいずれの箇所においても同じ層内であれば同一である。

【0051】

従って、面発光レーザ１０の第１の多層膜反射鏡１３と第２の多層膜反射鏡２９との間で形成される共振器ＯＣ内における等価的な屈折率（第１の多層膜反射鏡１３と第２の多層膜反射鏡２９との間の光学的距離であり、共振波長に対応する）は、ｐ型半導体層２１と絶縁層２５との屈折率の差によって、上面形状が開口部２５Ｈによって画定される円柱状の中央領域ＣＡとその周りの筒状の周辺領域ＰＡとで異なる。

【0052】

具体的には、第１の多層膜反射鏡１３と第２の多層膜反射鏡２９との間において、周辺領域ＰＡの等価屈折率は中央領域の等価屈折率よりも低い、すなわち、中央領域ＣＡにおける等価的な共振波長は、周辺領域ＰＡ等価的な共振波長よりも小さい。なお、上述のように、活性層１９において光が放出されるのは、開口部２５Ｈの直下の領域である。すなわち、活性層１９において光が放出される発光領域は、活性層１９のうち中央領域ＣＡと重なる部分、言い換えれば上面視において絶縁層２５の開口部２５Ｈ内となる領域である。

【0053】

このように、面発光レーザ１０においては、活性層１９の発光領域を含む中央領域ＣＡと、中央領域ＣＡを囲繞しかつ中央領域ＣＡよりも屈折率が低い周辺領域ＰＡとが形成されている。これによって、中央領域ＣＡ内の定在波が周辺領域ＰＡに発散（放射）することによる光損失が抑制される。すなわち、中央領域ＣＡに多くの光が留まり、またその状態でレーザ光ＬＢが外部に取り出される。従って、多くの光が共振器ＯＣの発光中心軸ＡＸの周辺の中央領域ＣＡに集中し、高出力かつ高密度なレーザ光を生成及び出射することができる。

【0054】

上述のように、本実施例の面発光レーザ１０では、半導体構造層１５にｐ型半導体層２１の上面から活性層１９に至る溝１５Ｇが形成されている。この溝１５Ｇによって、活性層１９において、活性層１９の層内方向に生じた歪みが緩和され、活性層１９における内部量子効率が改善し、発光効率を向上が実現可能となる。
［製造方法］
以下に、面発光レーザ１０の製造方法の一例について説明する。まず、基板１１として、ｃ面ｎ－ＧａＮ基板を用意し、当該基板上に、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）により、下地層としてｎ－ＧａＮ（層厚１μｍ）層を形成する。その後、当該下地層上にｎ－ＧａＮ／ＡｌＩｎＮの層を４２ペア成膜し、第１の多層膜反射鏡１３を形成する。

【0055】

次に、第１の多層膜反射鏡１３上に、Ｓｉドープｎ－ＧａＮ（層厚１５８０ｎｍ）を形成してｎ型半導体層１７を形成し、その上に、ＧａＩｎＮ（層厚４ｎｍ）及びＧａＮ（層厚５ｎｍ）からなる層を４ペア積層することで、活性層１９を形成する。

【0056】

次に、活性層１９上に、ＭｇドープＡｌＧａＮからなる電子障壁層を形成し（図示せず）、当該電子障壁層上にｐ－ＧａＮ層（層厚５０ｎｍ）を成膜してｐ型半導体層２１を形成する。

【0057】

次に、ｐ型半導体層２１、活性層１９及びｎ型半導体層１７の周囲の部分をエッチングして、当該周囲の部分においてｎ型半導体層１７の上面１７Ｓが露出するようなメサ形状を形成する。言い換えれば、この工程で、図１のｎ型半導体層１７、活性層１９及びｐ型半導体層２１からなる円柱上の部分を有する半導体構造層１５が完成する。

【0058】

次に、ｐ型半導体層２１の上面から活性層１９を貫通する溝１５Ｇをエッチングで形成する。その後、半導体構造層１５上に、ＳｉＯ_２を成膜して、その一部を除去して開口部２５Ｈを形成することで絶縁層２５を形成する。

【0059】

次に、絶縁層２５上にＩＴＯを２０ｎｍ成膜して透光電極層３１を形成し、透光電極層３１上及びｎ型半導体層１７の上面１７ＳにそれぞれＡｕを成膜してｐ電極２７及びｎ電極２３を形成する。

【0060】

次に、ｐ電極２７及び透光電極層３１上にＮｂ_２Ｏ_５を４０ｎｍ、スペーサー層（図示せず）として成膜し、当該スペーサー層上に、１ペアがＮｂ₂Ｏ₅／ＳｉＯ₂からなる層を１０．５ペア成膜して、第２の多層膜反射鏡２９を形成する。

【0061】

次に、基板１１の裏面を研磨し、当該研磨面に、Ｎｂ₂Ｏ₅／ＳｉＯ₂からなるＡＲコートを形成することで、面発光レーザ１０が完成する。

【実施例0062】

以下、本発明の実施例２である面発光レーザ４０について説明する。面発光レーザ４０は、半導体構造層１５の溝１５Ｇが、上面視においては第２の多層膜反射鏡２９の外側に形成されている点において、面発光レーザ１０とは異なる。

【0063】

図４に実施例２の面発光レーザ４０の斜視図を示す。また、図５に、面発光レーザ４０を、上記実施例１に示したのと同様の断面で切断した断面図を示す。図４及び図５に示すように、面発光レーザ４０においては、半導体構造層１５の溝１５Ｇが、ｐ型半導体層２１の上面において、第２の多層膜反射鏡２９の外側に形成されている。すなわち、ｐ型半導体層２１の上面において、溝１５Ｇが第２の形成領域から露出している。

【0064】

ｐ型半導体層２１上に絶縁層２５を介して形成されたｐ電極２７の上面には、溝１５Ｇの形状が引き継がれて形成された溝構造２７Ｇが形成されている。すなわち、溝構造２７Ｇは、溝１５Ｇ上に溝１５Ｇとほぼ同一の形で形成されている。

【0065】

図５に示すように、面発光レーザ４０においても、面発光レーザ１０と同様に、半導体構造層１５にｐ型半導体層２１の上面から活性層１９に至る溝１５Ｇが形成されている。この溝１５Ｇによって、活性層１９において、活性層１９の層内方向に生じた歪みが緩和され、活性層１９における内部量子効率が改善し、発光効率を向上が実現可能となる。なお、面発光レーザ１０においては、第２の多層膜反射鏡２９をｐ電極２７上に形成しなくともよい。すなわち、段差を跨いで、第２の多層膜反射鏡２９を形成しなくとも良いので、第２の多層膜反射鏡２９の形成の精度をより高めることが可能である。