特許 7101374 垂直共振器型発光素子及び垂直共振器型発光素子の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-07-07

(45)【発行日】2022-07-15

(54)【発明の名称】垂直共振器型発光素子及び垂直共振器型発光素子の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/183 20060101AFI20220708BHJP

【ＦＩ】

H01S5/183

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2021128821

(22)【出願日】2021-08-05

(62)【分割の表示】P 2017060345の分割

【原出願日】2017-03-27

(65)【公開番号】P2021170686

(43)【公開日】2021-10-28

【審査請求日】2021-08-05

(73)【特許権者】

【識別番号】599002043

【氏名又は名称】学校法人 名城大学

(73)【特許権者】

【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】竹内 哲也

(72)【発明者】

【氏名】赤▲崎▼ 勇

(72)【発明者】

【氏名】清原 一樹

(72)【発明者】

【氏名】滝沢 勝

(72)【発明者】

【氏名】梁 吉鎬

【審査官】高椋 健司

(56)【参考文献】

【文献】特開２００１－２８４２９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－１７２２３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２２７９８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／０５５４９０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－２４３８５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２００４７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－０８２８６６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ５／００－５／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の反射鏡と、
前記第１の反射鏡上に積層された、第１の導電型を有する第１の半導体層、活性層及び前記第１の導電型とは反対の第２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、
前記半導体構造層上に積層され前記第１の反射鏡に対向する第２の反射鏡と、
部分的に露出した前記第１の半導体層の上面上に形成された第１電極と、
前記第２の半導体層上に形成された第２電極と、を有し、
前記第１の反射鏡は、ノンドープのＩｎＡｌＮ層からなる低屈折率半導体層と前記低屈折率半導体層上に形成されかつドーパントを含むＧａＮ層からなる高屈折率半導体層とが複数回積層された半導体多層膜からなり、前記半導体多層膜は全体として非導電性であることを特徴とする垂直共振器型発光素子。

【請求項2】

前記第１の半導体層及び前記第２の半導体層はＧａＮであることを特徴とする請求項１に記載の垂直共振器型発光素子。

【請求項3】

前記第２電極は、前記第２の半導体層側に形成された透光電極と、当該透光電極上に形成された接続電極と、を含み、
前記第２の反射鏡は、前記透光電極及び前記半導体構造層を挟んで前記第１の反射鏡に対向している誘電体多層膜反射鏡であることを特徴とする請求項１又は２に記載の垂直共振器型発光素子。

【請求項4】

前記活性層はＩｎＧａＮ層及びＧａＮ層からなる多重量子井戸構造を有し、
前記活性層と前記第２の半導体層との間にＡｌＧａＮ層からなる電子ブロック層をさらに有していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の垂直共振器型発光素子。

【請求項5】

前記ドーパントはＳｉもしくはＭｇであることを特徴とする請求項１乃至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】

前記ドーパントはＳｉであり、
前記高屈折率半導体層は、３×１０^１８個／ｃｍ^３以上のＳｉ濃度を有することを特徴とする請求項５に記載の垂直共振器型発光素子。

【請求項7】

前記高屈折率半導体層の各々は第１のＧａＮ層、第２のＧａＮ層がこの順に前記低屈折率半導体層上に積層された層構造を有し、前記ドーパントは前記第２のＧａＮ層に含まれることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の垂直共振器型発光素子。

【請求項8】

基板を準備する工程と、
前記基板上に、ノンドープのＩｎＡｌＮ層からなる低屈折率半導体層と、前記低屈折率半導体層上にドーパントを含むＧａＮ層からなる高屈折率半導体層とを複数回積層して、全体としては非導電性の半導体多層膜である第１の反射鏡を形成する工程と、
前記第１の反射鏡上に、第１の導電型を有する第１の半導体層、活性層及び前記第１の導電型とは反対の第２の導電型を有する第２の半導体層を含む半導体構造層を積層する工程と、
前記半導体構造層上に第２の反射鏡を形成する工程と、
前記第２の半導体層及び前記活性層を部分的に除去し露出された前記第１の半導体層の上面上に第１電極を形成する工程と、
前記第２の半導体層上に第２電極を形成する工程と、を有することを特徴とする垂直共振器型発光素子の製造方法。

【請求項9】

前記第１の反射鏡を形成する工程において、
前記高屈折率半導体層の形成は、前記低屈折率半導体層上に相対的に低温で第１のＧａＮ層を積層する工程と、前記第１のＧａＮ層上に相対的に高温で第２のＧａＮ層を積層する工程と、によって行われ、
前記ドーパントは少なくても前記第２のＧａＮ層に含ませることを特徴とする請求項８に記載の垂直共振器型発光素子の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体材料からなる多層膜反射鏡及び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】

垂直共振器型面発光レーザ（以下、単に面発光レーザと称する）は、基板上に多層膜反射鏡を有し、当該多層膜によって基板面に対して垂直に光を共振させる半導体レーザである。例えば、非特許文献１には、ＩｎＧａＮ及びＧａＮからなる多層膜反射鏡が開示されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【文献】Journal of Crystal Growth (2014), citations 6, reads 136

【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は、活性層を挟んで互いに対向する反射鏡を有し、当該反射鏡は共振器を構成する。また、面発光レーザにおいては、活性層から放出された光を共振器内で共振（レーザ発振）させ、当該共振した光を外部に取り出す。面発光レーザの発振閾値を下げるためには、高い反射率の反射鏡が設けられていることが好ましい。

【0005】

垂直共振器型発光素子に用いられる反射鏡としては、互いに屈折率が異なる複数の薄膜が積層された多層膜反射鏡が挙げられる。多層膜反射鏡において少ない層数で所望の反射率を得るためには、各層の界面で屈折率が急峻に変化していること、すなわち各層の界面での屈折率差が明確であることが好ましい。また、各層の界面が平坦であることが好ましい。

【0006】

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、少ない層数で高い反射率を有する多層膜反射鏡、及び当該多層膜反射鏡を有して低い発振閾値を有する垂直共振器型発光素子及び垂直共振器型発光素子の製造方法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、第１の反射鏡と、前記第１の反射鏡上に積層された、第１の導電型を有する第１の半導体層、活性層及び前記第１の導電型とは反対の第２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、前記半導体構造層上に積層され前記第１の反射鏡に対向する第２の反射鏡と、部分的に露出した前記第１の半導体層の上面上に形成された第１電極と、前記第２の半導体層上に形成された第２電極と、を有し、前記第１の反射鏡は、ノンドープのＩｎＡｌＮ層からなる低屈折率半導体層と前記低屈折率半導体層上に形成されかつドーパントを含むＧａＮ層からなる高屈折率半導体層とが複数回積層された半導体多層膜からなり、前記半導体多層膜は全体として非導電性であることを特徴としている。

【0008】

また、本発明による垂直共振器型発光素子の製造方法は、基板を準備する工程と、前記基板上に、ノンドープのＩｎＡｌＮ層からなる低屈折率半導体層と、前記低屈折率半導体層上にドーパントを含むＧａＮ層からなる高屈折率半導体層とを複数回積層して、全体としては非導電性の半導体多層膜である第１の反射鏡を形成する工程と、前記第１の反射鏡上に、第１の導電型を有する第１の半導体層、活性層及び前記第１の導電型とは反対の第２の導電型を有する第２の半導体層を含む半導体構造層を積層する工程と、前記半導体構造層上に第２の反射鏡を形成する工程と、前記第２の半導体層及び前記活性層を部分的に除去し露出された前記第１の半導体層の上面上に第１電極を形成する工程と、前記第２の半導体層上に第２電極を形成する工程と、を有することを特徴としている。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施例１に係る面発光レーザの断面図である。

【図2】実施例１に係る面発光レーザの多層膜反射鏡の断面図である。

【図3】実施例１に係る多層膜反射鏡の電子顕微鏡による観察画像である。

【図4】比較例に係る多層膜反射鏡の電子顕微鏡による観察画像である。

【図5】（ａ）は、実施例２に係る多層膜反射鏡の電子顕微鏡による観察画像であり、（ｂ）は、実施例３に係る多層膜反射鏡の電子顕微鏡による観察画像である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施例について詳細に説明する。なお、以下の実施例においては、面発光レーザ（半導体レーザ）について説明する。しかし、本発明は、面発光レーザのみならず、垂直共振器型発光素子に適用することができる。

【実施例1】

【0011】

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、面発光レーザと称する）である。面発光レーザ１０は、活性層１４Ｂを含む半導体構造層（発光構造層）１４を介して互いに対向して配置された第１及び第２の反射鏡１３及び１５を有する。

【0012】

面発光レーザ１０は、基板１１上に第１の反射鏡１３、半導体構造層１４及び第２の反射鏡１５が積層された構造を有している。具体的には、基板１１上にバッファ層１２が形成され、バッファ１２層上に第１の反射鏡１３が形成されている。また、第１の反射鏡１３上には半導体構造層１４が、半導体構造層１４上には第２の反射鏡１５が形成されている。本実施例においては、基板１１はＧａＮ基板である。また、バッファ層１２はＧａＮの組成を有する。

【0013】

第１の反射鏡１３は、低屈折率半導体層Ｌ１及び低屈折率半導体層Ｌ１よりも大きな屈折率を有する高屈折率半導体層Ｈ１が交互に複数回積層された半導体多層膜からなる。本実施例においては、低屈折率半導体層Ｌ１は、ＩｎＡｌＮ層である。また、高屈折率半導体層Ｈ１は、ＧａＮ層である。なお、本実施例においては、基板１１、バッファ層１２及び第１の反射鏡１３は、第１の反射鏡１３を半導体多層膜として有する半導体多層膜反射鏡ＭＬを構成する。

【0014】

また、本実施例においては、第２の反射鏡１５は、低屈折誘電体層Ｌ２及び低屈折率誘電体層Ｌ２よりも大きな屈折率を有する高屈折率誘電体層Ｈ２が交互に積層された誘電体多層膜反射鏡である。本実施例においては、低屈折率誘電体層Ｌ２はＳｉＯ_２層からなり、高屈折率誘電体層Ｈ２はＮｂ_２Ｏ_５層からなる。

【0015】

換言すれば、本実施例においては、第１の反射鏡１３は半導体材料からなる分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）であり、第２の反射鏡１５は誘電体材料からなる分布ブラッグ反射器である。

【0016】

半導体構造層（発光構造層）１４は、ｎ型半導体層（第１の導電型を有する第１の半導体層）１４Ａと、活性層１４Ｂと、電子ブロック層１４Ｃと、ｐ型半導体層（第１の導電型とは反対の第２の導電型を有する第２の半導体層）１４Ｄとが積層された構造を有する。本実施例においては、半導体構造層１４は、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の組成を有する。

【0017】

例えば、ｎ型半導体層１４Ａ及びｐ型半導体層１４Ｄは、ＧａＮ層からなる。活性層１４Ｂは、ＩｎＧａＮ層及びＧａＮ層からなる多重量子井戸構造を有する。また、電子ブロック層１４Ｃは、ＡｌＧａＮ層からなる。なお、半導体構造層１４は、ｎ型半導体層１４Ａ、活性層１４Ｂ及びｐ型半導体層１４Ｄを有していればよく、電子ブロック１４Ｃは有していなくてもよい。

【0018】

面発光レーザ１０は、半導体構造層１４のｎ型半導体層１４Ａに接続されたｎ電極（第１の電極）１６と、ｐ型半導体層１４Ｄに接続されたｐ電極（第２の電極）１７とを有する。ｎ電極１７は、ｎ型半導体層１４Ａ上に形成されている。また、ｐ電極１７は、ｐ型半導体層１４Ｄ上に形成されている。

【0019】

具体的には、本実施例においては、半導体構造層１４は、ｐ型半導体層１４Ｄ、電子ブロック層１４Ｃ及び活性層１４Ｂは部分的に除去されており、当該除去後に露出したｎ型半導体層１４Ａの上面上にｎ電極１６が形成されている。

【0020】

また、半導体構造層１４上には、半導体構造層１４の側面及び上面を覆い、ｐ型半導体層１４Ｄの一部を露出させる開口部を有する絶縁膜１８が形成されている。ｐ電極１７は、当該開口部を埋め込んで絶縁膜１８上に形成され、当該開口部から露出したｐ型半導体層１４Ｄに接触された透光電極１７Ａと、透光電極１７Ａ上に形成された接続電極１７Ｂとからなる。なお、絶縁膜１８は、電流狭窄層として機能する。

【0021】

また、本実施例においては、第２の反射鏡１５は、ｐ電極１８の透光電極１７Ａ上における絶縁膜１８の開口部上の領域に形成されている。接続電極１７Ｂは、透光電極１７Ａ上において第２の反射鏡１５を取り囲むように形成されている。第２の反射鏡１５は、透光電極１７Ａ及び半導体構造層１４を介して第１の反射鏡１３に対向している。

【0022】

図１を参照し、面発光レーザ１０の発光動作の概略について説明する。まず、面発光レーザ１０においては、互いに対向する第１及び第２の反射鏡１３及び１５が共振器を構成する。半導体構造層１４（活性層１４Ｂ）から放出された光は、第１及び第２の反射鏡１３及び１５間において反射を繰り返し、共振状態に至る（レーザ発振を行う）。また、当該共振光は、その一部が第２の反射鏡１５を透過し、外部に取出される。このようにして、面発光レーザ１０は、基板１１に垂直な方向に光を出射する。

【0023】

図２は、第１の反射鏡１３（半導体多層膜反射鏡ＭＬ）の断面図である。図２を用いて、第１の反射鏡１３の構造について説明する。第１の反射鏡１３は、低屈折率半導体層Ｌ１としてのノンドープのＩｎＡｌＮ層を有する。また、第１の反射鏡１３は、高屈折率半導体層Ｈ１として、Ｓｉをドーパントとして含む第１のＧａＮ層Ｈ１１と、ノンドープのＧａＮ層Ｈ１２とからなる。

【0024】

換言すれば、第１の反射鏡１３は、ノンドープのＩｎＡｌＮ層Ｌ１と、ＩｎＡｌＮ層Ｌ１上に形成され、Ｓｉをドーパントとして含む第１のＧａＮ層Ｈ１１と、第１のＧａＮ層Ｈ１２上に形成され、ノンドープの第２のＧａＮ層とが複数回積層された半導体多層膜からなる。また、本実施例においては、第１のＧａＮ層Ｈ１１は、３×１０^１８個／ｃｍ^３以下のＳｉ濃度を有する。

【0025】

ここで、面発光レーザ１０、特に第１の反射鏡１３の製造方法について説明する。本実施例においては、基板１１としてのＧａＮ基板を用意し、当該ＧａＮ基板上に有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用いて第１の反射鏡１３としての半導体多層膜を成長した。なお、以下においては、低屈折率層Ｌ１がＩｎＡｌＮ層であり、高屈折率層Ｈ１がＧａＮ層である場合について説明する。

【0026】

具体的には、まず、ＧａＮ基板１１を成長装置の反応炉内に設置し、反応炉内にＨ_２及びＮＨ_３を供給して、基板温度を１０７０℃まで昇温させた。その後、ＧａＮ基板１１上にＴＭＧを供給し、バッファ層１２としてのＧａＮ層を１００ｎｍエピタキシャル成長させた（工程１）。

【0027】

次に、基板温度を９３０℃（第１の温度）に降温した後、供給ガスをＨ_２からＮ_２に切替え、ＴＭＩ及びＴＭＡを供給することで、ノンドープのＩｎＡｌＮ層Ｌ１を５０ｎｍ成長した（工程２）。

【0028】

次に、基板温度を９３０℃に維持した状態でＴＥＧ及びＳｉＨ_６を供給することで、ＧａＮ層Ｈ１の第１のＧａＮ層Ｈ１１としてＳｉドープのＧａＮ層を５ｎｍ成長した（工程３）。

【0029】

続いて、供給ガスをＮ_２からＨ_２に切替え、基板温度を１０７０℃（第２の温度）まで昇温し、ＴＭＧを供給することで、ＧａＮ層Ｈ１の第２のＧａＮ層Ｈ１２としてノンドープのＧａＮ層を４０ｎｍ成長した（工程４）。

【0030】

これ以降、工程２～４を繰り返し、４０ペアのＩｎＡｌＮ／ＧａＮからなる非導電性ＤＢＲを成長した。なお、工程２～４の繰り返し時においては、工程４の後は工程２に戻る。すなわち、第２のＧａＮ層Ｈ１２を形成した後は、ＩｎＡｌＮ層Ｌ１の成長を行った。従って、本実施例においては、第２のＧａＮ層Ｈ１２上にはＩｎＡｌＮ層Ｌ１が形成されている。

【0031】

このようにして、第１の反射鏡１３を形成することができる。なお、上記した各層の層厚及び層数は一例に過ぎない。各層の層厚は、設計上の活性層１４Ｂからの放出光の波長に応じて調節されることができる。また、上記した基板温度及び供給ガスは一例に過ぎない。

【0032】

なお、この後、最上層のＧａＮ層Ｈ１（第２のＧａＮ層Ｈ１２）上にｎ型半導体層１４Ａ、活性層１４Ｂ、電子ブロック層１４Ｃ及びｐ型半導体層１４Ｄを成長し、半導体構造層１４を成長した（工程５）。また、基板１１上にｎ電極１６及びｐ電極１７を形成し（工程６）、面発光レーザ１０を作製した。

【0033】

図３は、第１の反射鏡１３の断面の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）による観察画像である。図３に示すように、ＩｎＡｌＮ層Ｌ１とＧａＮ層Ｈ１との界面が非常に急峻なものとなっている。また、両者の界面は平坦なものとなっている。これは、ＩｎＡｌＮ層Ｌ１を成長した後、比較的低温でＳｉドープの第１のＧａＮ層Ｈ１１を成長したことによる。

【0034】

具体的には、まず、ＧａＮは、結晶性を考慮すると、ＩｎＡｌＮよりも高温で成長される。ＧａＮをＩｎＡｌＮ上に成長する場合、その高い成長温度によって、ＩｎＡｌＮ内のＩｎが脱離を起こし、ＧａＮに向かって拡散する。従って、ＩｎＡｌＮとＧａＮとの間に明確な（急峻に組成が変化する）界面が形成されにくい。これに対し、ＩｎＡｌＮ層Ｌ１上に低温で第１のＧａＮ層Ｈ１１を成長することで、ＧａＮ層Ｈ１へのＩｎの拡散が抑制される。従って、ＩｎＡｌＮ層Ｌ１とＧａＮ層Ｈ１との界面の組成差、すなわち屈折率差が急峻なものとなる。

【0035】

また、ＧａＮ基板１１上にこれとは格子定数の異なるＩｎＡｌＮ層Ｌ１を成長することで、両者の格子不整合に起因するピット（凹凸）が形成される。このピットによってＩｎＡｌＮ層Ｌ１の表面は平坦性が低下する。これに対し、ＩｎＡｌＮ層Ｌ１上にＳｉドープのＧａＮ層（第１のＧａＮ層Ｈ１１）を成長することで、Ｓｉがピットに入り込み、ピットを埋め込む働きをする。

【0036】

従って、ＳｉドープのＧａＮ層Ｈ１１を成長する際にＩｎＡｌＮ層Ｌ１の平坦性が向上する。従って、ＩｎＡｌＮ層Ｌ１と第１のＧａＮ層Ｈ１１との界面の高い平坦性が確保される。また、上記したＩｎの脱離は、ピットから多く生じやすい性質を持っている。Ｓｉがピットに入り込むことで、Ｉｎの脱離及びＧａＮ層Ｈ１への拡散を効果的に抑制する。従って、Ｓｉがドープされた第１のＧａＮ層Ｈ１１は、ＩｎＡｌＮ層Ｈ１とＧａＮ層Ｈ１との界面の平坦性及び屈折率差の急峻さの両方を向上させる。

【0037】

なお、本願の発明者らは、第１のＧａＮ層Ｈ１１に代えてＳｉをドープしないＧａＮ層を成長した場合に比べて、明確にＩｎＡｌＮとの界面の平坦性及び屈折率差の急峻さが向上したことを確認している。

【0038】

具体的には、本実施例の比較例として、ＩｎＡｌＮ層Ｌ１を成長した後、第１のＧａＮ層Ｈ１１に代えてノンドープのＧａＮ層を低温で成長し、その後第２のＧａＮ層Ｈ１２を高温で成長した半導体多層膜を作製した。図４は、比較例の多層膜反射鏡におけるＴＥＭ像である。この比較例を分析すると、ＩｎＡｌＮ層とＧａＮ層との界面に、ＧａＮ層に向かってＩｎ組成が徐々に減少するＩｎＡｌＧａＮ層が形成されていた。これは、ＧａＮ層の成長時にＩｎＡｌＮ層からＩｎが脱離した結果と考えられる。

【0039】

なお、当該比較例における両者の界面の屈折率差は、本実施例のＩｎＡｌＮ層Ｌ１とＧａＮ層Ｈ１との界面の屈折率差よりも緩やかなものであった。また、比較例の多層膜は、本実施例の第１の反射鏡１３よりも各層の平坦性が低かった。従って、本実施例のように、Ｓｉドープの第１のＧａＮ層Ｈ１１を設けることで第１の反射鏡１３における各層間の屈折率段差及び平坦性が向上することがわかる。

【0040】

なお、本実施例においては、第１のＧａＮ層Ｈ１１のＳｉ濃度を３×１０^１８個／ｃｍ^３以下としているが、第１のＧａＮ層Ｈ１１のＳｉ濃度はそれ以上であってもよく、例えば１×１０^１９個／ｃｍ^３以上であってもよい。一方、本実施例においては、第１の反射鏡１３の他の層であるＩｎＡｌＮ層Ｌ１及び第２のＧａＮ層Ｈ１２は、ノンドープ層であり、例えば１×１０^１７個／ｃｍ^３以下のドーパント濃度を有する。すなわち、ＩｎＡｌＮ層Ｌ１はノンドープ層であり、ＧａＮ層Ｈ１はドープ層（ドーパントを含む層）である。

【0041】

従って、本実施例においては、第１の反射鏡１３は、全体としては非導電性の半導体膜からなる。これによって、第１の反射鏡１３の結晶性が向上し、高い反射率を示す。なお、第１の反射鏡１３における第１のＧａＮ層Ｈ１１のＳｉ濃度及び他の層のドーパント濃度は一例に過ぎない。

【0042】

また、本実施例においては、第２のＧａＮ層Ｈ１２上にはＩｎＡｌＮ層Ｌ１が形成されている。具体的には、ＧａＮの成長後にＩｎＡｌＮを成長する場合には、Ｉｎの脱離を考慮する必要がない。従って、第２のＧａＮ層Ｈ１２上にＩｎＡｌＮ層Ｌ１を成長した場合でも両者の界面には、十分に急峻な屈折率差が生じる。また、プロセス時間やコストなどを考慮した場合、第２のＧａＮ層Ｈ１２上にＩｎＡｌＮ層Ｌ１が形成されていることが好ましい。

【0043】

このように、本実施例においては、面発光レーザ１０（垂直共振器型発光素子）は、半導体構造層１４と、半導体構造層１４を介して互いに対向する第１及び第２の反射鏡１３及び１５と、を有する。また、第１の反射鏡１３は、ノンドープのＩｎＡｌＮ層Ｌ１と、ＩｎＡｌＮ層Ｌ１上に形成され、Ｓｉをドーパントとして含む第１のＧａＮ層Ｈ１１と、第１のＧａＮ層Ｈ１１上に形成されたノンドープの第２のＧａＮ層Ｈ１２とが複数回積層された半導体多層膜からなる。従って、少ない層数で高い反射率を有する多層膜反射鏡１３を有して低い発振閾値を有する垂直共振器型発光素子１０を提供することができる。

【0044】

また、半導体多層膜反射鏡ＭＬは、ＧａＮ基板１１と、ＧａＮ基板１１上に形成され、ノンドープのＩｎＡｌＮ層Ｌ１と、ＩｎＡｌＮ層Ｌ１上に形成され、Ｓｉをドーパントとして含む第１のＧａＮ層Ｈ１１と、第１のＧａＮ層Ｈ１１上に形成されたノンドープの第２のＧａＮ層Ｈ１２とが複数回積層された半導体多層膜（第１の反射鏡１３）とからなる。従って、少ない層数で高い反射率を有する半導体多層膜反射鏡ＭＬを提供することができる。

【実施例2】

【0045】

図５（ａ）は、実施例２に係る面発光レーザにおける半導体多層膜反射鏡のＴＥＭ像である。本実施例に係る半導体多層膜反射鏡は、第１のＧａＮ層Ｈ１１がドーパントとしてＳｉではなくＭｇを有する点を除いては実施例１に係る半導体多層膜反射鏡ＭＬと同様の構成を有する。なお、第１のＧａＮ層Ｈ１１へのＭｇ濃度は、２×１０^１８個／ｃｍ^３とした。しかし、第１のＧａＮ層Ｈ１１へのドーパント濃度は、２×１０^１８個／ｃｍ^３以上であってもよい。

【0046】

図５（ａ）に示すように、第１のＧａＮ層Ｈ１１がドーパントとしてＭｇを有する場合でも、実施例１と同様にＩｎＡｌＮ層Ｌ１及びＧａＮ層Ｈ１の界面の平坦性が向上していることがわかる。すなわち、第１のＧａＮ層Ｈ１がＳｉのようなｎ型ドーパントのみならずＭｇのようなｐ型ドーパントを有していてもよい。

【実施例3】

【0047】

図５（ｂ）は、実施例３に係る面発光レーザにおける半導体多層膜反射鏡のＴＥＭ像である。本実施例に係る半導体多層膜反射鏡は、ＧａＮ層Ｈ１が第１のＧａＮ層Ｈ１１ではなく第２のＧａＮ層Ｈ１２がドーパントを含む点を除いては実施例１と同様の構成を有する。本実施例においては、第２のＧａＮ層Ｈ１２がドーパントとしてＳｉを含み、そのドーパント濃度は６×１０^１８個／ｃｍ^３である。なお、第２のＧａＮ層Ｈ１２のドーパント濃度は、３×１０^１８個／ｃｍ^３以上であればよい。

【0048】

図５（ｂ）に示すように、第２のＧａＮ層Ｈ１２にドーピングを行った場合でも、実施
例１と同様に、ＩｎＡｌＮ層Ｌ１及びＧａＮ層Ｈ１の界面の平坦性が向上していることがわかる。従って、ＧａＮ層Ｈ１が第１及び第２のＧａＮ層Ｈ１１及びＨ１２を有する場合、第１及び第２のＧａＮ層Ｈ１１及びＨ１２のいずれか一方がドーパントを有していればよい。なお、実施例２のように、第２のＧａＮ層Ｈ１２がドーパントを有する場合でも、そのドーパントはＭｇでもよいことが推察される。

【0049】

なお、上記した実施例においては、基板１１はＧａＮ基板であり、ＧａＮ基板を成長用基板としてＩｎＡｌＮ層Ｌ１及びＧａＮ層Ｈ１を成長して半導体多層膜反射鏡を作製する場合について説明した。しかし、半導体多層膜反射鏡の基板１１は、他の基板、例えばサファイア基板であってもよい。

【0050】

上記した実施例においては、面発光レーザは半導体多層膜反射鏡を有し、当該半導体多層膜反射鏡は、基板１１と、基板１１上に形成され、ノンドープのＩｎＡｌＮ層Ｌ１とＩｎＡｌＮ層Ｌ１上に形成されかつドーパントを含むＧａＮ層Ｈ１とが複数回積層された半導体多層膜とを有する。従って、少ない層数で高い反射率を有する多層膜反射鏡、及び当該多層膜反射鏡を有して低い発振閾値を有する垂直共振器型発光素子を提供することができる。

【符号の説明】

【0051】

１０ 半導体レーザ（垂直共振器型発光素子）
ＭＬ 半導体多層膜反射鏡
Ｌ１ ＩｎＡｌＮ層
Ｈ１１ 第１のＧａＮ層
Ｈ１２ 第２のＧａＮ層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】