(57)【要約】【課題】分布型ブラッグ反射鏡で構成された反射鏡を備えた面発光レーザを構成するに当たり、放熱性を向上させることが可能となる面発光レーザを提供する。【解決手段】基体の上に、前記基体の面に対して垂直方向に共振器を構成するために対向して配置された第１の反射鏡と第２の反射鏡とを備え、前記第１の反射鏡と前記第２の反射鏡の間に活性層を含み構成された垂直共振器型面発光レーザであって、  前記第２の反射鏡は、前記基体に対して前記第１の反射鏡よりも遠い側に形成され、多層膜よりなる複数の反射媒質と、前記反射媒質よりも熱伝導率の高い高熱伝導率媒質とが、前記第２の反射鏡に対する面内方向にストライプ状に配置された構造を有している。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体の上に、前記基体の面に対して垂直方向に共振器を構成するために対向して配置された第１の反射鏡と第２の反射鏡とを備え、前記第１の反射鏡と前記第２の反射鏡の間に活性層を含み構成された垂直共振器型面発光レーザであって、  前記第２の反射鏡は、前記基体に対して前記第１の反射鏡よりも遠い側に形成され、多層膜よりなる複数の反射媒質と、前記反射媒質よりも熱伝導率の高い高熱伝導率媒質とが、前記第２の反射鏡に対する面内方向にストライプ状に配置された構造を有していることを特徴とする垂直共振器型面発光レーザ。
【請求項２】
前記高熱伝導率媒質の横幅は、
該高熱伝導率媒質によって離間された隣り合う前記反射媒質間の距離を、前記隣り合う各々の反射媒質により反射および回折された前記活性層の発光が干渉し合うことが可能な前記反射媒質間の距離とする大きさ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面発光レーザ。
【請求項３】
前記反射媒質と前記高熱伝導率媒質とが、周期的に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の垂直共振器型面発光レーザ。
【請求項４】
前記反射媒質の横幅と、前記高熱伝導率媒質の横幅とが、等しい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面発光レーザ。
【請求項５】
前記高熱伝導率媒質の反射率は、前記第２の反射鏡における反射媒質の反射率よりも低い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面発光レーザ。
【請求項６】
前記高熱伝導率媒質の反射率は０％であることを特徴とする請求項５に記載の垂直共振器型面発光レーザ。
【請求項７】
前記第１の反射鏡は、複数の反射媒質が、前記基体に対する面内方向にストライプ状に離間して配置された構造を有し、
前記第１の反射鏡における反射媒質の少なくとも一部が、前記第２の反射鏡の面垂直方向から見て、前記第２の反射鏡における反射媒質の少なくとも一部と重なるように配置されてい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面発光レーザ。
【請求項８】
前記第１の反射鏡における複数の反射媒質の形状と周期とが、前記第２の反射鏡における反射媒質の形状と周期と一致していることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の垂直共振器型面発光レーザ。
【請求項９】
前記第２の反射鏡における反射媒質は誘電体で構成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の垂直共振器型面発光レーザ。
【請求項１０】
前記高熱伝導率媒質は、電極として機能することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の垂直共振器型面発光レーザ。
【請求項１１】
前記高熱伝導率媒質は、ｐ型電極であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の垂直共振器型面発光レーザ。
【請求項１２】
前記高熱伝導率媒質は、Ａｕ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｗ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｓｎのいずれかを含む材料により形成されていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項
に記載の垂直共振器型
面発光レーザ。
【請求項１３】
前記高熱伝導率媒質は、前記第２の反射鏡における反射媒質を覆うように形成されていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の垂直共振器型面発光レーザ。
【請求項１４】
前記活性層は、窒化物半導体で構成されていることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の垂直共振器型面発光レーザ。
【請求項１５】
前記活性層は、窒化物半導体で構成され、
前記高熱伝導率媒質の反射率は０％であり、
前記第２の反射鏡が、前記反射媒質と前記高熱伝導率媒質との横幅が等しい周期構造で構成され、
前記第２の反射鏡における反射媒質の横幅（μｍ）をＸ、前記共振器の共振器長（μｍ）をＹとするとき、前記反射媒質の横幅Ｘと前記共振器の共振器長Ｙとが、
（Ｘ、Ｙ）座標上の（１、０．３）、（１、０．４８）、（５、８．４９）、（５、０．３）の各座標で囲まれた範囲内の値であることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の垂直共振器型面発光レーザ。
【請求項１６】
前記活性層は、窒化物半導体で構成され、
前記高熱伝導率媒質の反射率は０％であり、
前記第１の反射鏡は、前記第２の反射鏡における反射媒質と等しい形状と周期とを有した、ストライプ状に離間して配置された複数の反射鏡で構成され、
前記第２の反射鏡における反射媒質の横幅（μｍ）をＸ、前記共振器の共振器長（μｍ）をＹとするとき、前記反射媒質の横幅Ｘと前記共振器の共振器長Ｙとが、
（Ｘ、Ｙ）座標上の（１、０．３）、（１、０．７５）、（５、１２．７）、（５、０．３）の各座標で囲まれた範囲内の値であることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の垂直共振器型面発光レーザ。
【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に関する。
【背景技術】
【０００２】
垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ）は、半導体基板の面内方向に対して垂直方向にレーザ光を出射するレーザである。
この面発光レーザの反射層としては、通常、分布型ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）が用いられる。
このＤＢＲは、一般的には、高屈折率層と低屈折率層とを、λ／４の光学的厚さで交互に積層して形成する。ここで、λとは、光学素子から出力される光の波長のことをいう。また、光学的厚さとは、ある層の厚さに、その層を構成する材料の屈折率を掛けたものをいう。
既に実用化されている砒化ガリウム系半導体を用いた面発光レーザでは、ＧａＡｓとＡｌＡｓとを組み合わせた半導体ＤＢＲが用いられている。この場合、ＧａＡｓが高屈折率層を構成し、ＡｌＡｓが低屈折率層を構成する。
また、Ａｌ組成の少ないＡｌＧａＡｓとＡｌ組成の多いＡｌＧａＡｓを構成層として組み合わせた半導体ＤＢＲも用いられている。
【０００３】
一方、窒化ガリウム系半導体を用いた面発光レーザでは、材料間の屈折率差を大きくすることが困難であり、半導体ＤＢＲの反射特性が制約される。
また、材料間の格子定数差が大きく、半導体ＤＢＲの結晶成長は困難である。
そこで、非特許文献１に記載のように、誘電体多層膜よりなる誘電体ＤＢＲを反射鏡に用いた面発光レーザが提案されている。
具体的には、サファイア基板上に、下部ＤＢＲとして半導体ＤＢＲを結晶成長させ、その上に、ｎ型半導体層と、活性層と、ｐ型半導体層と、をこの順番に結晶成長させる。
そして、上記ｐ型半導体層の上に、ＩＴＯからなるｐ型透明電極を形成した後、上部ＤＢＲとして誘電体ＤＢＲを形成する。
これにより、面発光レーザの共振器を構成する一対の反射鏡の少なくとも一方の反射鏡が誘電体ＤＢＲによる面発光レーザが構成される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ９７，０７１１１４（２０１０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、誘電体ＤＢＲは半導体ＤＢＲを比べて、熱伝導率が非常に低いことが一般的に知られている。また、半導体ＤＢＲの熱伝導率は、金属の熱伝導率と比べて、低いことが一般的に知られている。
ここで、ｐ型半導体の電気抵抗は、ｎ型半導体の電気抵抗と比べて、一般的に高い。そのため、ｐ型半導体層の厚みは、ｎ型半導体層の厚みと比べて、薄くするのが一般的である。
このようなことから、最も熱が発生する活性層に近い側、すなわち、前記ｐ型半導体層の側から、該活性層で発生した熱を放熱させることが好ましい。
しかしながら、上記従来例における非特許文献１に記載の面発光レーザは、前記ｐ型半導
体層側の反射鏡を誘電体ＤＢＲで構成しているため、放熱性を向上し難いという課題を有している。
【０００６】
そこで、本発明は、上記課題に鑑み、分布型ブラッグ反射鏡で構成された反射鏡を備えた面発光レーザを構成するに当たり、放熱性を向上させることが可能となる面発光レーザ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】
本発明の垂直共振器型面発光レーザは、
基体の上に、前記基体の面に対して垂直方向に共振器を構成するために対向して配置された第１の反射鏡と第２の反射鏡とを備え、前記第１の反射鏡と前記第２の反射鏡の間に活性層を含み構成された垂直共振器型面発光レーザであって、  前記第２の反射鏡は、前記基体に対して前記第１の反射鏡よりも遠い側に形成され、多層膜よりなる複数の反射媒質と、前記反射媒質よりも熱伝導率の高い高熱伝導率媒質とが、前記第２の反射鏡に対する面内方向にストライプ状に配置された構造を有していることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、分布型ブラッグ反射鏡で構成された反射鏡を備えた面発光レーザを構成するに当たり、放熱性を向上させることが可能となる面発光レーザを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態および実施例１における垂直共振器型面発光レーザの構成例を説明する断面図である。
【図２】本発明の実施形態における共振器の周回損失と、該共振器の内部での光強度分布についての計算に用いた構造の模式図である。
【図３】本発明の実施形態において、共振器の共振器長に対する、該共振器における片道分の回折損失を計算した結果を示す図である。
【図４】本発明の実施形態において、共振器の共振器長に対する、該共振器における片道分の回折損失を計算した結果を示す図である。
【図５】本発明の実施形態において、共振器の内部での光強度分布を計算した結果を示す図である。
【図６】本発明の実施形態において、第１の反射鏡を構成する反射媒質の横幅に対する、共振器の片道分の回折損失が１％になるときの該共振器の共振器長を計算した結果を示す図である。
【図７】本発明の実施形態において、共振器の共振器長に対する、該共振器における片道分の回折損失を計算した結果を示す図である。
【図８】本発明の実施例１における垂直共振器型面発光レーザの他の構成例を説明する断面図である。
【図９】本発明の実施例２における垂直共振器型面発光レーザの構成例を説明する断面図である。
【図１０】本発明の実施例２における垂直共振器型面発光レーザの他の構成例を説明する断面図である。
【図１１】本発明の実施例３における垂直共振器型面発光レーザの構成例を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明を適用した実施形態における垂直共振器型面発光レーザの構成例について、図１を用いて説明する。
図１において、１００は垂直共振器型面発光レーザ、１０１は基体、１０２はｎ型半導体
層、１０３は活性層、１０４はｐ型半導体層、１０５は電流狭窄層、１０６は透明電極、１１０は第１の反射鏡、１１１は第２の反射鏡である。
１５０は該垂直共振器型面発光レーザ１００の共振器である。
該共振器１５０は、対向して配置された１対の反射鏡、すなわち、第１の反射鏡１１０と第２の反射鏡１１１とから構成されている。
【００１１】
ここで、第２の反射鏡１１１の製造プロセスについて説明する。
まず、例えば、ＩＴＯからなる透明電極１０６上に、誘電体多層膜よりなるＤＢＲのリフトのためのレジストを塗布し、ストライプ状のパターンを形成する。
次に、前記ストライプ状のパターンを有するレジストが形成された透明電極１０６上に、誘電体多層膜よりなるＤＢＲを形成する。
前記誘電体多層膜は、異なる屈折率を有する誘電体層を、それぞれλ／４（またはその奇数倍）の光学的厚さで交互に積層して形成される。
前記誘電体層の材料は、該誘電体多層膜を構成する一方の誘電体層と、もう一方の誘電体層との屈折率差を大きくすることができる、例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）と二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）とを用いることが好ましい。
しかしながら、これに特に限定されるものではなく、例えば、窒化ケイ素（ＳｉxＮy）、酸化チタン（ＴｉxＯy）、酸化タンタル（ＴａxＯy）、ＭｇＦ2、ＣａＦ2、ＢａＦ2、Ａｌ2Ｏ3、ＬｉＦなどを用いることもできる。
続いて、前記透明電極１０６上に形成された誘電体多層膜をリフトオフすることで、ストライプ状に配置された、複数の前記ＤＢＲからなる反射媒質１２０が形成される。
【００１２】
次に、前記ストライプ状に配置されたＤＢＲ上にレジストを形成し、該レジストをマスクとして、例えば電子ビーム蒸着装置を用いて、例えば金（Ａｕ）よりなる高熱伝導媒質を形成する。
その後、前記レジストを除去することで、誘電体多層膜よりなる複数の反射媒質１２０と、反射媒質１２０よりも熱伝導率の高い、金よりなる高熱伝導率媒質１２１とが、面内方向にストライプ状に配置されて構成される、第２の反射鏡１１１を形成することができる。
【００１３】
ここで、非特許文献１と比較した場合、第２の反射鏡１１１の構成が異なる。非特許文献１では、第２の反射鏡１１１は、連続して形成された１つの反射鏡で構成され、第１の反射鏡１１０と第２の反射鏡１１１との間で共振器を構成している。
これに対して、本実施形態では、反射媒質１２０と高熱伝導率媒質１２１とが、面内方向に交互に繰り返し配置されたストライプ状の構造を有している。
そして、これら反射媒質と高熱伝導率媒質によってストライプ状に形成された全体として１つの反射鏡である第２の反射鏡１１１が形成され、これらの第２の反射鏡１１１と第１の反射鏡１１０との間で共振器１５０が構成されている。
このように、第２の反射鏡１１１を、ストライプ状に離間して形成された複数の反射媒質１２０から構成することにより、該反射媒質１２０の間に高熱伝導率媒質１２１を配置することが可能となる。これにより、面発光レーザ１００の内部で発生した熱を、高熱伝導率媒質１２１から効率良く外部へ放熱させることが可能となる。
【００１４】
しかしながら、一方ではこのように異なる媒質によってストライプ状に形成された第２の反射鏡１１１を用いた場合には、回折現象が生じることから、つぎのように回折現象に起因する回折損失に対する配慮が求められる。
本実施形態の面発光レーザでは、活性層１０３の発光が第１の反射鏡１１０と第２の反射鏡１１１との間で共振してレーザ発振する。
ここで、前記第２の反射鏡１１１は、ストライプ状に交互に配置された反射率の異なる２種類の媒質、すなわち、反射媒質１２０と高熱伝導率媒質１２１とから構成されている。
そのため、前記活性層１０３の発光が該第２の反射鏡１１１で反射されるときに、回折現象が生じる。
すなわち、第２の反射鏡で反射された光は、回折現象により、該第２の反射鏡１１１の面内方向に広がりながら、前記第１の反射鏡１１０に戻っていく。
そのため、前記第１の反射鏡１１０と前記第２の反射鏡１１１とから構成される共振器において、前記活性層１０３の発光が共振する際に、前記回折現象に起因した回折損失が生じるようになる。
その結果、前記面発光レーザの閾値が増加してしまうこととなる。
これに対して、本発明者らは、前記反射媒質１２０の横幅と前記共振器の共振器長とを制御することで、前記回折損失の増加を前記面発光レーザが発振できる範囲内に抑制できることを見出した。
その具体的内容については以下で説明するが、要するに、反射媒質１２０の横幅と共振器長の上限との関係を決めることにより、レーザが発振できる範囲内に抑制できることを見出した。
これにより、前記回折損失の増加を抑制し、本実施の形態の面発光レーザにおいて、発振閾値の増加を抑制することが可能となる。
【００１５】
前記反射媒質１２０の横幅が、前記共振器１５０の回折損失に及ぼす影響を確認するため、次のような計算を行った。
すなわち、図２（ａ）に示す共振器２００の周回損失について計算を行った。
共振器長や反射鏡の反射率などを、次のような値として計算を行った。
回折損失のみを計算するために、共振器２００の内部での光吸収損失は無いとした。
第１の反射鏡２１０の反射率を１００％、第２の反射鏡２１１を構成する反射媒質２２０の反射率を１００％、高熱伝導率媒質２２１の反射率を０％、共振器内部の層の屈折率を２．５とした。
また、反射媒質２２０と高熱伝導率媒質２２１の横幅は等しいとした。
また、共振器２００の内部で共振する光の波長を４００ｎｍとした。
【００１６】
図２（ａ）における、反射媒質２２０の横幅Ｗをパラメータとして、共振器２００の共振器長Ｌに対する、該共振器２００における半周分（片道分）の周回損失、すなわち、片道分の回折損失を計算した結果を図３（ａ）に示す。
反射媒質２２０の横幅Ｗに依らず、前記共振器長Ｌの増加に伴い、回折損失が増加していることが分かる。
これは、第２の反射鏡２２１で反射された光が、回折により該第２の反射鏡の面内方向に広がりながら、第１の反射鏡２１０に戻っていくときに、前記共振器長Ｌが長いほど、より光が該面内方向に広がってしまうためである。
その結果、前記共振器２００の内部を周回する光のうち、前記第１の反射鏡２１０の面に対して垂直方向に共振することに利用される光が減少する。
また、反射媒質２２０の横幅Ｗの減少に伴い、前記共振器長Ｌに対する回折損失の増加率が増加していることが分かる。
これは、前記反射媒質２２０の横幅Ｗが狭いほど、前記回折がより大きく生じ、前記第２の反射鏡の面内方向への光の広がりが大きくなるためである。
また、本発明者らは、第２の反射鏡２１１が図２（ａ）に示すようなストライプ形状の場合、第１の反射鏡２１０もストライプ形状にすることで、回折損失を低減できることを見出した。
これにより、第２の反射鏡２１１をストライプ形状にすることによる、共振器２００の回折損失の増加を抑制し、本実施の形態の面発光レーザの発振閾値をより低減できるようになる。
【００１７】
前記第１の反射鏡２１０の形状が回折損失に及ぼす影響をより詳細に検討するため、図
２（ｂ）に示す共振器２５０の回折損失について計算を行った。
すなわち、第１の反射鏡２１０が、第２の反射鏡２１１と同様に、ストライプ形状を有しているときの、回折損失の計算を行った。
第１の反射鏡２１０の形状および反射率は、第２の反射鏡２１１と同一とし、該第２の反射鏡２１１の面に対して垂直方向に平行移動させた位置に配置した。
図２（ｂ）における、反射媒質２２０の横幅Ｗをパラメータとして、共振器２５０の共振器長Ｌに対する、該共振器２５０における回折損失を計算した結果を図３（ｂ）に示す。第１の反射鏡２１０が、図２（ａ）に示した連続して形成された１つの反射鏡で構成された場合と比較して、反射鏡２２０の横幅Ｗに依らず、共振器長Ｌに対する回折損失が減少していることが分かる。
これは、第２の反射鏡２１１での回折により該第２の反射鏡２１１の面内方向に広がった光が、第１の反射鏡２１０で反射される際にも回折され、該面内方向への光の広がりが補正されるためである。
第１の反射鏡２１０が連続して形成された１つの反射鏡で構成された場合、第２の反射鏡２１１で回折により広がった光は、該第１の反射光２１０で反射され、さらに広がりながら、該第２の反射鏡２１１に戻る。
すなわち、第２の反射鏡２１１で反射および回折された光は、共振器２００を１周して、該第２の反射鏡２１１に戻った際に、再度、回折され、該共振器２００のモードが補正される。
これに対して、第１の反射鏡２１０が第２の反射鏡２１１と同様にストライプ形状を有している場合、光は共振器２５０を半周する毎に回折され、モード補正される。
したがって、第２の反射鏡２１１で回折され、該第２の反射鏡２１１の面内方向に広がることによる回折損失の増加を半周する毎に補正でき、その結果、該回折損失の増加を抑制できる。
以上のように、第１の反射鏡２１０をストライプ形状にした場合、共振器２５０の回折損失の低減が可能となり、本実施の形態の面発光レーザの発振閾値をより低減することが可能となる。
【００１８】
つぎに、前記第１の反射鏡２１０および前記第２の反射鏡２１１のストライプ形状が、共振器の回折損失に及ぼす影響をより詳細に検討するために、次のような計算を行った。すなわち、図２（ｂ）に示した共振器２５０に加え、図２（ｃ）および（ｄ）に示す共振器２６０および２７０における回折損失および該共振器の内部での光強度分布の計算を行った。
共振器２５０、２６０、および２７０における反射媒質２２０の横幅Ｗは全て３μｍとし、該反射媒質２２０の反射率は１００％、高熱伝導率媒質２２１の反射率は０％とした。また、共振器２６０における、反射媒質２２０に挟まれた高熱伝導率媒質２２１の横幅は全て６μｍとした。
また、共振器２７０における、反射媒質２２０に挟まれた高熱伝導率媒質２２１の横幅は、一方を３μｍ、他方を６μｍとした。
図２（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）における、共振器の共振器長Ｌに対する該共振器における回折損失を計算した結果を図４に示す。
高熱伝導率媒質２２１の横幅を変えても、該回折損失はほとんど変わらないことが分かる。
すなわち、該回折損失は、該高熱伝導率媒質２２１の横幅には依らず、反射媒質２２０の横幅で決まっている。
【００１９】
次に、図２（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）における、共振器の内部での光強度分布、すなわち、該共振器の共振モードのプロファイルを計算した結果を図５（ａ）、（ｂ）および（ｃ）にそれぞれ示す。
ここで、横方向の位置ｘ＝０の位置での該光強度を１となるように規格化して示してある
。
図５（ｂ）に示すように、共振器２６０においては、反射媒質２２０が形成されている個所に、それぞれ光が分布することが分かる。
一方、図５（ａ）に示すように、共振器２５０においては、横方向の位置ｘ＝０に形成されている反射媒質２２０の領域にのみ、光が分布することが分かる。
また、図５（ｃ）に示すように、共振器２７０においては、横方向の位置ｘ＝０に形成されている反射媒質２２０に対して、６μｍ離れた位置に形成されている反射媒質２２０の領域には光が分布する。
しかしながら、横方向の位置ｘ＝０に形成されている反射媒質２２０に対して、３μｍ離れた位置に形成されている反射媒質２２０の領域には光が分布しない。これらは、隣り合う反射媒質２２０の距離が近い場合には、該隣り合う反射媒質２２０で反射および回折された光がそれぞれ強く干渉し合い、共振器の共振モードが決定されるためである。
一方、隣り合う反射媒質２２０の距離が離れている場合には、該隣り合う反射媒質２２０で反射および回折された光の干渉は弱く、該反射媒質２２０が形成されている個所でそれぞれ独立に光が分布し、共振器の共振モードが決定される。
以上の結果から、該共振モードを単一横モードにするには、
前記高熱伝導率媒質の横幅は、該高熱伝導率媒質によって離間された隣り合う前記反射媒質間の距離を、
前記隣り合う各々の反射媒質により反射および回折された前記活性層の発光が干渉し合うことが可能な前記反射媒質間の距離とする大きさに設定することが好ましく、該高熱伝導率媒質２２１の横幅は狭い方がより好ましい。
さらに、該反射媒質２２０と該高熱伝導率媒質２２１とが周期的に配置されていることがより好ましい。
【００２０】
ここで、本実施の形態の面発光レーザでは、図１を参照して、活性層１０３の発光が第１の反射鏡１１０と第２の反射鏡１１１との間で共振してレーザ発振する。
このとき、利得媒質である前記活性層１０３での光の増幅率は、一般的に、約１％である。
したがって、前記第１の反射鏡１１０と前記第２の反射鏡１１１とで構成される共振器の回折損失が１％以下であれば、前記活性層１０３での光の増幅が上回り、レーザ発振が可能となる。
そこで、上述の共振器２００および２５０の回折損失の計算において、前記反射媒質２２０の横幅Ｗに対する、該回折損失が１％になる該共振器２００および２５０の共振器長Ｌ、すなわち、該共振器長Ｌの上限をプロットした結果を図６（ａ）および（ｂ）にそれぞれ示す。
これより、前記反射媒質２２０の横幅Ｗに対して、前記共振器長Ｌは、図６（ａ）および（ｂ）にそれぞれ示した実線よりも小さいことが好ましい。
ところで、誘電体ＤＢＲよりなる該反射媒質１２０の反射率を高めるには、該誘電体ＤＢＲを構成する誘電体多層膜の周期数を増加させることが好ましく、通常、１０周期程度積層される。
このときの該反射媒質１２０の膜厚は、約１μｍである。
ここで、第２の反射鏡１１１は、リフトオフ技術を用いて形成される。すなわち、透明電極１０６上の、リフトのためのレジストが形成されていない領域に反射媒質１２０となる誘電体多層膜を成膜し、その後、リフトオフすることで形成される。
該誘電体多層膜の成膜時、該誘電体多層膜を形成する領域の幅、すなわち、該リフトのためのレジストの開口部が狭いと、該開口部から露出した透明電極１０６の表面に、該誘電体多層膜の材料を供給することが困難となり、該反射媒質１２０を形成することが困難となる。
したがって、該反射媒質１２０の横幅は、該反射媒質１２０の膜厚と同程度以上、すなわち、１μｍ以上であることが好ましい。
【００２１】
一方、図５（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に示したように、該共振器の共振モードを単一横モードにするには、反射媒質２２０と高熱伝導率媒質２２１とが周期的に形成されていることが好ましい。
ところで、面発光レーザ１００の内部で発生した熱を、該高熱伝導率媒質１２１から効率良く外部へ放熱させるには、該第２の反射鏡１１１における該高熱伝導率媒質１２１の構成比を高めることが好ましい。すなわち、該高熱伝導率媒質１２１の横幅を広くすることが好ましい。
しかしながら、該高熱伝導率媒質２２１の横幅が６μｍになると、該共振モードを単一横モードにすることが困難になる。したがって、該高熱伝導率媒質１２１の横幅は５μｍ以下であることが好ましい。
また、第１の反射鏡１１０と第２の反射鏡１１１とで構成される共振器の内部には、ｎ型半導体層１０２と、活性層１０３と、ｐ型半導体層１０４とが少なくとも形成される。
ここで、該共振器の共振器長を短くするために、該ｎ型半導体層１０２および該ｐ型半導体層１０４の膜厚を薄くし過ぎると、該ｎ型半導体層１０２および該ｐ型半導体層１０４の抵抗が増大し、該共振器を用いた面発光レーザの内部抵抗が増大してしまう。
そのため、該ｎ型半導体層１０２と該ｐ型半導体層１０４とを足した合計の膜厚は、通常、０．３μｍ以上であることが好ましい。
すなわち、該共振器長は、０．３μｍ以上にすることが好ましい。
【００２２】
以上より、該第２の反射鏡１１１を、該反射媒質１２０と該高熱伝導率媒質１２１との横幅が等しい周期構造で形成する場合には、該共振器２００において、図６（ａ）を参照して、該反射媒質２２０の横幅Ｗと該共振器長Ｌとが、（Ｘ、Ｙ）座標上における点線で囲まれた範囲内の値であることが好ましい。
すなわち、該反射媒質２２０の横幅Ｗ（μｍ）をＸ軸、該共振器長Ｌ（μｍ）をＹ軸とするとき、添付図面の図６（ａ）に示すａ（１、０．３）、ｂ（１、０．４８）、ｃ（５、８．４９）、ｄ（５、０．３）の各座標で囲まれた範囲内の値であることが好ましい。
同様に、該共振器２５０において、図６（ｂ）を参照して、該反射媒質２２０の横幅Ｗと該共振器長Ｌとが、点線で囲まれた範囲内、
すなわち、添付図面の図６（ｂ）に示すｅ（１、０．３）、ｆ（１、０．７５）、ｇ（５、１２．７）、ｈ（５、０．３）の各座標で囲まれた範囲内の値であることが好ましい。
【００２３】
つぎに、前記高熱伝導率媒質２２１の反射率が、回折損失に及ぼす影響をより詳細に検討するために、次のような計算を行った。
すなわち、前記共振器２５０において、前記高熱伝導率媒質２２１の反射率を６０％としたときの、前記反射媒質２２０の横幅Ｗをパラメータとした、共振器長Ｌに対する回折損失の計算を行った。
前記共振器２００における、上述した前記高熱伝導率媒質２２１の反射率が０％としたときの計算結果もあわせて、該共振器２５０の回折損失を計算した結果を図７に示す。
また、前記共振器２５０における、前記反射媒質２２０の横幅Ｗを３μｍ、共振器長Ｌを１２μｍ、前記高熱伝導率媒質２２１の反射率を６０％としたときの、該共振器２５０の共振モードのプロファイルを計算した結果を図５（ｄ）に示す。
【００２４】
図７に示すように、前記高熱伝導率媒質２２１の反射率が６０％の場合と比較して、該高熱伝導率媒質２２１の反射率を０％にした方が、回折損失を減少させることができる。これは、前記高熱伝導率媒質２２１の反射率により、前記共振モードのプロファイルが変化するためである。
すなわち、例えば図５（ａ）および（ｄ）に示したように、該高熱伝導率媒質２２１の反射率を６０％から０％に減少させることで、前記共振モードを単一横モードにより近づけ
ることができる。
これにより、横方向の位置ｘ＝０の領域付近、すなわち、発振に寄与する領域にのみ、光分布を集中させることができる。
その結果、光をより有効活用できるようになり、損失を減少させることができる。
また、前記共振器２００においても、同様の計算を行ったところ、同様の結果が得られた。
以上より、前記高熱伝導率媒質２２１の反射率は低い方が好ましく、０％であることがより好ましい。ここで、本願明細書において０％の反射率とは、実質的に反射の影響を無視できる程度の反射率を含む。
光の波長４００ｎｍ付近での反射率が低い高熱伝導率媒質２２１として、例えばＡｕ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｗ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｓｎなどの金属材料を用いることができる。
【実施例】
【００２５】
つぎに、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１として、本発明を適用して構成した垂直共振器型面発光レーザの構成例について、図１を用いて説明する。
本実施例の垂直共振器型面発光レーザ１００は、
基体１０１と、第１の反射鏡１１０と、第２の反射鏡１１１と、活性層１０３と、ｎ型コンタクト層であるｎ型半導体層１０２と、ｐ型コンタクト層であるｐ型半導体層１０４と、電流狭窄層１０５と、透明電極１０６と、電極１０７および１０８とを備えている。第１の反射鏡１１０と第２の反射鏡１１１は、面発光レーザ１００の共振器１５０を構成する。
基体１０１は、ｎ型ＧａＮ基板からなる。
ｎ型半導体層１０２およびｐ型半導体層１０４は、それぞれｎ型およびｐ型ＧａＮからなる。
【００２６】
活性層１０３は、窒化物半導体材料を用いた多重量子井戸構造からなっており、該量子井戸構造の井戸層および障壁層は、それぞれＩｎＧａＮおよびＧａＮからなる。
該井戸層のバンドギャップは、該障壁層、ｎ型半導体層１０２、ｐ型半導体層１０４のバンドギャップより小さい。
該活性層１０３は、キャリアの注入により発光する。なお、本実施例における活性層１０３は、上記の多重量子井戸構造であるが、単一量子井戸構造であってもよい。
ｐ型半導体層１０４の表面には、開口部を有する、二酸化ケイ素からなる電流狭窄層１０５が形成されている。なお、本実施例における電流狭窄層の材料は、二酸化ケイ素に特に限定されるものではなく、電流を狭窄する機能を有すればよい。
例えば、ｎ型の窒化物半導体、若しくは窒化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化チタン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化ハフニウムなどの誘電体を用いることも出来る。
電流狭窄層１０５の開口部から露出したｐ型半導体層１０４および電流狭窄層１０５の表面には、ＩＴＯからなる透明電極１０６が形成されている。なお、本実施例における透明電極材料は、ＩＴＯに特に限定されるものではなく、他の材料であってもよい。
例えば、ＺｎＯを用いることもできる。
透明電極１０６の周辺部の表面および基体１０１の裏面には、それぞれＡｕからなるｐ型電極１０７およびｎ型電極１０８が形成されている。
なお、本実施例における電極材料は、Ａｕに特に限定されるものではなく、他の材料であってもよい。
【００２７】
第１の反射鏡１１０は、基体１０１上に、窒化物半導体ＤＢＲを結晶成長することで形成されている。
すなわち、第１の反射鏡１１０は、ＧａＮとＡｌＧａＮとを、それぞれλ／４の光学的厚さで交互に積層して形成される。
なお、本実施例における前記ＤＢＲを構成する材料は、ＧａＮおよびＡｌＧａＮに特に限定されるものではなく、基体１０１であるｎ型ＧａＮの上に結晶成長でき、材料間の屈折率差をある程度大きくすることが可能な材料であれば、他の材料であってもよい。
例えば、ＩｎＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＮなどを用いることもできる。
【００２８】
第２の反射鏡１１１は、透明電極１０６上に、誘電体ＤＢＲよりなる反射媒質１２０とＡｕからなる高熱伝導率媒質１２１とが、該第２の反射鏡１１１の面内方向に交互に繰り返し配置されたストライプ状の構造を有している。
そして、これら反射媒質１２０と高熱伝導率媒質１２１によってストライプ状に形成された全体として１つの反射鏡である第２の反射鏡１１１が形成されている。
前記反射媒質１２０は、ＳｉＯ2とＴａ2Ｏ5とを、それぞれλ／４の光学的厚さで交互に、１０周期積層して形成される。
このとき、反射媒質１２０の反射率は９９．９５％である。
電極１０７、１０８間に電圧を印加することにより注入されたキャリアが、電流狭窄層１０５で狭窄され、活性層１０３のキャリアが注入された領域が発光する。
活性層１０３からの発光が、第１の反射鏡１１０と第２の反射鏡１１１との間で共振して増幅され、コヒーレントな光が該第１の反射鏡１１０の面の垂直方向に面発光される。
【００２９】
つぎに、本実施例における面発光レーザ１００の製造方法について説明する。まず、ｎ型ＧａＮ基板からなる基体１０１の上に、ＭＯＶＰＥ法を用いて、次のように第１の反射鏡１１０を結晶成長させる。
すなわち、ＧａＮとＡｌＧａＮとを、それぞれλ／４の光学的厚さで交互に４３周期積層して形成する。
本実施例における第１の反射鏡を構成する窒化物半導体ＤＢＲの周期数は４３周期であるが、これに特に限定されるものではない。
該窒化物半導体ＤＢＲの反射率を高めることにより本実施例における面発光レーザ１００の閾値を低減させるには、該周期数は３０周期以上であることが好ましいが、少なくとも１周期以上積層されていれば良い。
また、本実施例における第１の反射鏡を構成する前記窒化物半導体ＤＢＲの材料は、ＧａＮおよびＡｌＧａＮに特に限定されるものではなく、他の材料であってもよい。
例えば、ＩｎＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＮなどを用いることもできる。引き続き、第１の反射鏡１１０上に、ｎ型半導体層１０２と活性層１０３とｐ型半導体層１０４とをこの順番で積層する。
なお、本実施例においては、結晶成長にＭＯＶＰＥ法を用いたが、特に限定されず、例えばＭＢＥ法を用いても良い。
ｐ型半導体層１０４を形成した後、該ｐ型半導体層１０４上に、二酸化ケイ素を成膜する。
【００３０】
次に、前記二酸化ケイ素の膜上に、レジストマスクを形成し、所定のパターンを施した後、前記ｎ型半導体層１０２が露出するまでドライエッチングを行うことで、メサ構造が形成される。
次に、前記ｐ型半導体層１０４上に、中央部に開口部を有する、二酸化ケイ素などよりなる電流狭窄層１０５を形成する。
そのために、まず、前記ｐ型半導体層１０４の上に、中央部に直径１０μｍの円形パターンを施したレジストを形成する。
次に、例えば電子ビーム蒸着装置やスパッタリング装置などを用いて、二酸化ケイ素を１００ｎｍの厚みで成膜する。続いて、リフトオフを行うことにより、円形の開口部を有する電流狭窄層１０５が形成される。
なお、前記開口部の形状は、円形に特に限定されるものではなく、例えば、六角形、四角形などであってもよい。
また、前記開口部の大きさは、直径１０μｍに特に限定されるものではないが、電流を局所的に集中させるために、１００／μｍ2よりも小さくすることが好ましい。
また、本実施例における電流狭窄層１０５の形成方法は、上記形成方法に特に限定されるものではなく、例えばドライエッチング法などであってもよい。この場合は、先ず、ｐ型半導体層１０４の上に、二酸化ケイ素を成膜する。
【００３１】
次に、前記二酸化ケイ素の膜上に、レジストマスクを形成し、所定のパターンを施した後、ドライエッチングを行うことで、電流狭窄層１０５が完成する。
また、本実施例における電流狭窄層１０５の膜厚は、１００ｎｍに特に限定されるものではなく、電流を狭窄できる範囲の膜厚であればよい。
一方、該電流狭窄層１０５と前記ｐ型半導体層１０４との上に連続的に透明電極１０６を形成するため、前記開口部における該電流狭窄層１０５と該ｐ型半導体層１０４との段差、すなわち、該電流狭窄層１０５の膜厚は薄い方が好ましい。したがって、該電流狭窄層１０５の膜厚は、１０ｎｍ以上、２００ｎｍ以下の範囲であることが好ましい。
【００３２】
次に、電流狭窄層１０５と該電流狭窄層１０５の開口部から露出したｐ型半導体層１０４との上に、例えば電子ビーム蒸着装置やスパッタリング装置などを用いて、ＩＴＯを５０ｎｍの厚みで成膜することで、透明電極１０６を形成する。なお、本実施例における透明電極１０６の膜厚は、５０ｎｍに特に限定されるものではない。
該透明電極１０６の膜厚を増加させると、該透明電極１０６の抵抗が減少し、電流狭窄層１０５の開口部にキャリアを注入しやすくなるため、該透明電極１０６の膜厚は厚い方が好ましい。
一方、該透明電極１０６の膜厚が増加すると、該透明電極１０６による光吸収により、光吸収損失が増加してしまうため、該透明電極１０６の膜厚は、３０ｎｍ以上、１００ｎｍ以下の範囲であることが好ましい。
【００３３】
次に、前記透明電極１０６の上に、ライン幅３μｍ、スペース幅３μｍのストライプ状のパターンを有するレジストを形成する。
続いて、前記レジストが形成された前記透明電極１０６上に、電子ビーム蒸着装置を用いて、誘電体多層膜よりなるＤＢＲを形成する。
該ＤＢＲは、ＳｉＯ2とＴａ2Ｏ5とをそれぞれλ／４の光学的厚さで交互に１０周期積層して形成する。
なお、本実施例における前記ＤＢＲを構成する誘電体層（ＳｉＯ2およびＴａ2Ｏ5）の周期数は１０周期であるが、これに特に限定されるものではない。
該ＤＢＲの反射率を高めることにより本実施例における面発光レーザ１００の閾値を低減させるには、該周期数は６周期以上であることが好ましいが、少なくとも１周期以上積層されていれば良い。
また、本実施例における前記ＤＢＲを構成する材料は、ＳｉＯ2およびＴａ2Ｏ5に特に限定されるものではなく、他の材料であってもよい。
好ましくは、前記ＤＢＲを構成する一方の誘電体層と、もう一方の誘電体層との屈折率差を大きくすることができる、例えば、ＳｉＯ2とＺｒＯ2とを用いる。
しかしながら、これに特に限定されるものではなく、例えば、ＳｉxＮy、ＴｉxＯy、ＴａxＯy、ＭｇＦ2、ＣａＦ2、ＢａＦ2、Ａｌ2Ｏ3、ＬｉＦなどを用いることもできる。
また、本実施例における前記ＤＢＲは、電子ビーム蒸着装置を用いて形成したが、これに特に限定されるものではなく、例えば、スパッタ装置や化学気相蒸着（ＣＶＤ）装置を用いてもよい。
続いて、前記透明電極１０６上に形成された誘電体多層膜をリフトオフすることで、ストライプ状に配置された、複数の前記ＤＢＲからなる反射媒質１２０が形成される。
なお、本実施例においては、反射媒質１２０の形成にリフトオフ法を用いたが、特に限定されるものではなく、例えばウェットエッチング法やドライエッチング法を用いてもよい。
ドライエッチング法を用いる場合は、前記透明電極１０６上に、先ず、前記ＤＢＲを形成する。
次に、前記ＤＢＲ上に、所定の形状のレジストマスクを形成する。
【００３４】
続いて、前記レジストをマスクとして前記ＤＢＲをドライエッチングする。
その後、前記レジストを除去することで、ストライプ状に配置された、前記ＤＢＲからなる反射媒質１２０が形成される。
次に、前記ストライプ状に配置されたＤＢＲからなる反射媒質１２０の上にレジストを形成し、該レジストをマスクとして、例えば電子ビーム蒸着装置を用いて、例えば金（Ａｕ）よりなる高熱伝導率媒質を形成する。
その後、前記レジストを除去することで、誘電体多層膜よりなる複数の反射媒質１２０と、該反射媒質１２０よりも熱伝導率の高い、金よりなる高熱伝導率媒質１２１とが、面内方向にストライプ状に配置されて構成される、第２の反射鏡１１１が形成される。
なお、本実施例における高熱伝導率媒質の材料は、Ａｕに特に限定されるものではなく、他の材料であってもよい。
好ましくは、本実施例における面発光レーザ１００の発光波長での反射率が低い、例えば、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｗなどの金属材料を用いる。
しかしながら、これに特に限定されるものではなく、例えば、セラミック材料などを用いることもできる。
また、本実施例においては、反射媒質１２０および高熱伝導率媒質１２１の横幅がそれぞれ３μｍの場合について示したが、これに特に限定されるものではなく、該反射媒質１２０および該高熱伝導率媒質１２１の横幅はそれぞれ異なる幅であってもよい。
次に、第２の反射鏡１１１が形成されていない透明電極１０６の周辺部の表面にｐ型電極１０７を、メサ構造の形成によって露出したｎ型半導体層１０２の表面にｎ型電極１０８を、それぞれ形成し、面発光レーザ１００が完成する。
【００３５】
なお、本実施例における第２の反射鏡１１１の反射率は、面発光レーザ１００のレーザ光を該第２の反射鏡１１１の側から取り出すために、第１の反射鏡１１０の反射率と比較して、低くしてある。
しかしながら、これに特に限定されるものではなく、該第２の反射鏡の反射率を、該第１の反射鏡の反射率よりも高くしてもよい。
このとき、該面発光レーザ１００のレーザ光は、該第１の反射鏡の側から取り出すようにする。
また、この場合は、該第１の反射鏡の反射率を比較的減少させても良いため、該第１の反射鏡を構成する窒化物半導体ＤＢＲの周期数を減少させることができる。
そのため、結晶成長による該第１の反射鏡の形成がより容易になる。
【００３６】
なお、本実施例における第２の反射鏡１１１は、図１に示した形態に特に限定されるものではなく、例えば、図８に示したような形態であってもよい。
すなわち、図８を参照して、透明電極１０６の上にストライプ状に形成した反射媒質１２０を覆うように、高熱伝導率媒質１２１を形成することで、第２の反射鏡１１１を形成してもよい。
この場合、該反射媒質１２０の上にリフトのためのレジストを形成し、該高熱伝導率媒質１２１を形成した後、該レジストをリフトオフする工程が不要となる。すなわち、ストライプ状に形成された該反射媒質１２０の上に、該高熱伝導率媒質１２１を形成すればよく、形成プロセスがより簡便になる。
また、該反射媒質１２０の上に形成される該高熱伝導率媒質１２１の体積分だけ放熱性を
より向上させることが可能となる。
一方、該反射媒質１２０の上に該高熱伝導率媒質１２１が形成されたことにより、面発光レーザ１００のレーザ光を該第２の反射鏡１１１の側から取り出すことが困難になる。
したがって、該面発光レーザ１００のレーザ光は、該第１の反射鏡１１０の側から取り出すことが好ましい。
そのため、第２の反射鏡１１１の反射率は、面発光レーザ１００のレーザ光を該第１の反射鏡１１０の側から取り出すために、第１の反射鏡１１０の反射率と比較して、高くする必要がある。
【００３７】
なお、本実施例においては、第１の反射鏡１１０をアンドープＧａＮおよびアンドープＡｌＧａＮで形成する場合について示したが、これに特に限定されるものではなく、例えば、ｎ型ＧａＮおよびｎ型ＡｌＧａＮで形成してもよい。
この場合は、ｎ型ＧａＮからなる基体１０１から活性層１０３にキャリアを注入できるようになる。すなわち、基体１０１の裏面にｎ型電極１０８を形成でき、面発光レーザ１００におけるｎ型半導体層に起因した内部抵抗を減少させることができるようになる。
また、本実施例においては、基体１０１として、ｎ型ＧａＮ基板を用いる場合について示したが、特にこれに限定されるものではない。
例えば、サファイア基板上に、ＭＯＶＰＥ法により、歪緩衝層を介してＧａＮからなる転位低減のためのＧａＮバッファ層を形成し、その上に、例えばｎ型ＧａＮを形成することで、基体１０１としてもよい。
また、サファイア基板ではなく、シリコン基板などを用いてもよい。
この場合は、シリコン基板上に、ＭＯＶＰＥ法により、歪緩衝層を介してＧａＮからなる転位低減のためのＧａＮバッファ層を形成し、その上に、例えばｎ型ＧａＮを形成することで、基体１０１とする。
ここで、基体１０１の少なくとも上部および第１の反射鏡１１０をｎ型半導体で形成することにより、該基体１０１の少なくとも上部から該第１の反射鏡１１０を介して活性層１０３にキャリアを注入できるようになる。
すなわち、該基体１０１の少なくとも上部及び該第１の反射鏡１１０を、ｎ型半導体層１０２の一部として機能させることができる。
これにより、共振器１５０の共振器長を変えずに、ｎ型半導体層１０２の膜厚を増加させることと等価となり、該ｎ型半導体層１０２の抵抗を減少できるという副次的効果も期待できる。
したがって、基体１０１の少なくとも上部および第１の反射鏡１１０は、ｎ型半導体からなることがより好ましい。
しかしながら、特にそれに限定されるものではなく、アンドープ半導体であってもよい。
【００３８】
また、本実施例では、電流狭窄層１０５をｐ型半導体層１０４の表面に配置する場合について示したが、これに特に限定されるものではない。
例えば、該電流狭窄１０５を、活性層１０３の表面や、ｎ型半導体層１０２の表面に配置してもよい。
この場合は、例えば、活性層１０３の表面に電流狭窄層１０５を形成し、該電流狭窄層１０５の開口部から露出した活性層１０３の表面から、ｐ型半導体層１０４を横方向成長させ、該電流狭窄層１０５を埋め込む。
同様に、該電流狭窄層１０５を、ｐ型半導体層１０４の内部や、ｎ型半導体層１０２の内部に形成してもよい。
この場合は、例えば、ｎ型半導体層１０２を、該電流狭窄層１０５を配置する膜厚まで、該ｎ型半導体層１０２を成長させる。
次に、該電流狭窄層１０５を形成し、該電流狭窄層１０５の開口部から露出した該ｎ型半導体層１０２の表面から、該ｎ型半導体層１０２を横方向成長させ、該電流狭窄層１０５を埋め込む。
それにより、該ｎ型半導体層１０２の内部に、該電流狭窄層１０５を配置することができる。
ここで、本実施例では透明電極１０６を用いたが、電流狭窄層１０５をｐ型半導体層１０４の表面以外の個所に配置する場合には、これに特に限定されるものではない。
すなわち、透明電極１０６を用いずに、ｐ型半導体層１０４の表面に、第１の反射鏡１１０の面垂直方向から見て、電流狭窄層１０５の開口部を覆うように、第２の反射鏡１１１を形成する。
続いて、第２の反射鏡１１１が形成されていないｐ型半導体層１０４の周辺部の表面にｐ型電極１０７を形成し、面発光レーザ１００を完成させてもよい。
一方、電流狭窄層１０５をｐ型半導体層１０４の表面以外の個所に配置する場合には、該電流狭窄層１０５を結晶成長により埋め込むため、共振器１５０の共振器長が増加してしまう。
したがって、該共振器長の増加を抑制する場合には、該電流狭窄層１０５は、ｐ型半導体層１０４の表面に配置することが好ましい。
【００３９】
また、本実施例では、ｎ型半導体層と、活性層と、ｐ型半導体層と、をこの順番に形成しているが、この順番に特に限定されるものではなく、ｐ型半導体層と、活性層と、ｎ型半導体層と、をこの順番で形成してもよい。
この場合は、基体１０１の少なくとも上部をｐ型半導体で形成することにより、該基体１０１の少なくとも上部を、該ｐ型半導体層の一部として機能させることができる。
ここで、ｐ型ＧａＮは、ｎ型ＧａＮと比較して、高抵抗である。
これより、該基体１０１の少なくとも上部を、該ｐ型半導体層の一部として機能させることにより、該ｐ型半導体層の抵抗を減少させることが可能となる。
また、本実施例では、ｎ型半導体層１０２およびｐ型半導体層１０４に、それぞれｎ型およびｐ型ＧａＮを用いたが、これに特に限定されるものではなく、例えばそれぞれｎ型およびｐ型ＡｌＧａＮを用いても良い。
また、本実施例においては、ｎ型半導体層１０２およびｐ型半導体層１０４をそれぞれ単層で形成したが、これに特に限定されるものではない。
例えば、ｎ型半導体層１０２を、ｎ型ＧａＮとｎ型ＡｌＧａＮとから構成することで、該ｎ型ＡｌＧａＮをクラッド層として機能させても良い。
同様に、ｐ型半導体層１０４を、ｐ型ＧａＮとｐ型ＡｌＧａＮとから構成することで、該ｐ型ＡｌＧａＮをクラッド層として機能させても良い。
【００４０】
［実施例２］
実施例２では、実施例１と異なり、透明電極を用いずに、ｐ型半導体層の表面にｐ型電極としても機能する第２の反射鏡を直接形成した、面発光レーザについて、図９を用いて説明する。
図９において、１２１はｐ型電極を兼ねた金属材料からなる高熱伝導率媒質である。
まず、図１に示す実施例１と同様の構成で、電流狭窄層１０５まで形成する。
次に、少なくとも該電流狭窄層１０５の開口部から露出したｐ型半導体層１０４の表面に、実施例１と同様の工程で、反射媒質１２０を形成する。
続いて、該電流狭窄層１０５の開口部を覆うように、該露出したｐ型半導体層１０４の表面と、該反射媒質１２０の表面と、該電流狭窄層１０５の開口部の周辺の該電流狭窄層１０５の表面とに、ｐ型電極としても機能する、例えば、Ａｕからなる高熱伝導率媒質１２１を連続的に形成し、第２の反射鏡１１１を形成する。
次に、ｎ型電極１０８を形成し、面発光レーザが完成する。
なお、本実施例における高熱伝導率媒質１２１の材料は、Ａｕに特に限定されるものではなく、ｐ型電極として機能させることができれば、他の材料であってもよい。
例えば、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｗなどの金属材料を用いることもできる。
また、本実施例における高熱伝導率媒質１２１は、電流狭窄層１０５の開口部を全て覆っ
ていることが好ましい。
しかしながら、これに特に限定されるものではなく、活性層１０３に電流を注入できれば、ｐ型半導体層１０４の表面の少なくとも一部に形成されていてもよい。
ここで、本実施例では、該面発光レーザのレーザ光を第１の反射鏡１１０の側から取り出すため、第１の反射鏡１１０の反射率と比較して、第２の反射鏡１１１の反射率を高めておく必要がある。
【００４１】
本実施例によれば、高熱伝導率媒質１２１と比較して熱伝導率の低い透明電極を介さずに、ｐ型半導体層１０４の表面に該高熱伝導率媒質１２１を形成するため、該面発光レーザの放熱性をより向上できる。
また、透明電極と比較して低抵抗である材料で該高熱伝導率媒質１２１を形成することで、該面発光レーザの内部抵抗を低減できる。
その結果、活性層１０３へのキャリア注入効率を向上でき、面発光レーザの特性を向上させることができるという副次的効果も期待できる。
【００４２】
つぎに、図１０を用いて、本実施例における他の構成例について説明する。
図１０において、１３０は、例えば、Ａｕメッキが施されたＣｕからなるヒートシンクである。
ここで、該ヒートシンク１３０にフリップチップ実装することで該面発光レーザが完成する。
この場合、該面発光レーザ１００の内部で発生した熱を、該ヒートシンク１３０へ効率良く放熱させることが可能となる。
これにより、該面発光レーザの温度特性を向上させることができる。
【００４３】
［実施例３］
実施例３では、実施例１と異なり、第１の反射鏡が、第２の反射鏡と同様に、ストライプ状に離間して配置された複数の反射鏡で構成された、面発光レーザについて、図１１を用いて説明する。
まず、図１に示す実施例１と同様の構成で、第１の反射鏡１１０を構成するＧａＮとＡｌＧａＮからなる窒化物半導体ＤＢＲまで形成する。
次に、該窒化物半導体ＤＢＲ上に、反射媒質１２０を形成する工程で用いるストライプ状のパターンと同様のパターンを有するレジストを形成する。
このとき、該レジストの開口部が、第２の反射鏡１１１の面垂直方向から見て、該反射媒質１２０を形成する工程で用いるレジストの開口部と重なるように、該窒化物半導体ＤＢＲ上に該レジストを形成する。
続いて、前記レジストをマスクとして前記窒化物半導体ＤＢＲをドライエッチングする。その後、前記レジストを除去することで、ストライプ状に離間して配置された該窒化物半導体ＤＢＲを形成される。
なお、本実施例においては、該ストライプ状に離間して配置された窒化物半導体ＤＢＲの形状と周期が、第２の反射鏡１１１の面垂直方向から見て、反射媒質１２０の形状と周期と一致して配置されていることが好ましい。
しかしながら、これに特に限定されるものではなく、該窒化物半導体ＤＢＲの少なくとも一部が、該第２の反射鏡１１１の面垂直方向から見て、該反射媒質１２０の少なくとも一部と重なっていれば、本発明の効果は少なからず生じる。
次に、窒化物半導体ＤＢＲがストライプ状に形成された基体１０１上に、ＭＯＶＰＥ法を用いて、例えばｎ型ＧａＮからなる薄膜半導体層を結晶成長させ、該窒化物半導体ＤＢＲを埋め込むことで、該窒化物半導体ＤＢＲから構成された第１の反射鏡１１０が形成される。
引き続き、該薄膜半導体層を所望の膜厚まで結晶成長させることで、ｎ型半導体層１０２を形成する。
これにより、基体１０１上に、ストライプ状に離間して配置された複数の窒化物半導体ＤＢＲで構成された第１の反射鏡１１０を含むｎ型半導体層１０２を形成することができる。
ここで、ストライプ状に離間して配置された隣り合う該窒化物半導体ＤＢＲの間の領域の反射率は、ｎ型半導体層１０２と同一の材料で形成されているため、０％である。
【００４４】
本実施例によれば、第１の反射鏡１１０と第２の反射鏡１１１とで構成される共振器１５０の回折損失を、より低減できる。
その結果、面発光レーザの特性を向上させることが可能となる。
なお、本実施例においては、第１の反射鏡１１０を窒化物半導体ＤＢＲで構成する場合について示した。
しかしながら、これに限定されるものではなく、該第１の反射鏡１１０を、例えば、誘電体ＤＢＲで構成してもよい。
この場合は、まず、ｎ型ＧａＮ基板からなる基体１０１の上に、電子ビーム蒸着装置を用いて、誘電体多層膜よりなるＤＢＲを形成する。
該ＤＢＲは、ＳｉＯ2とＴａ2Ｏ5とをそれぞれλ／４の光学的厚さで交互に１０周期積層して形成する。
なお、本実施例における前記ＤＢＲを構成する材料は、ＳｉＯ2およびＴａ2Ｏ5に特に限定されるものではなく、ｎ型半導体層１０２であるｎ型ＧａＮの成長温度１０５０℃の温度に耐えられる材料であれば、他の材料であってもよい。
好ましくは、前記ＤＢＲを構成する一方の誘電体層と、もう一方の誘電体層との屈折率差を大きくすることができる、例えば、ＳｉＯ2とＺｒＯ2とを用いる。
しかしながら、これに特に限定されるものではなく、例えば、ＳｉxＮy、ＴｉxＯy、ＭｇＦ2、ＣａＦ2、ＢａＦ2、Ａｌ2Ｏ3、ＬｉＦなどを用いることもできる。
また、本実施例における前記ＤＢＲは、電子ビーム蒸着装置を用いて形成したが、これに特に限定されるものではなく、例えば、スパッタ装置やＣＶＤ装置を用いてもよい。
次に、前記ＤＢＲ上に、反射媒質１２０を形成する工程で用いるストライプ状のパターンと同様のパターンを有するレジストを形成する。
続いて、前記レジストをマスクとして前記ＤＢＲをドライエッチングする。
その後、前記レジストを除去することで、ストライプ状に配置された、前記ＤＢＲが形成される。
【００４５】
なお、本実施例においては、反射媒質１２０の形成にドライエッチング法を用いたが、特に限定されるものではなく、例えばウェットエッチング法やリフトオフ法を用いてもよい。
次に、前記ＤＢＲが形成された基体１０１上に、ＭＯＶＰＥ法を用いて、次のように薄膜半導体層を結晶成長させる。
すなわち、前記ＤＢＲが設けられていない個所から、例えばｎ型ＧａＮからなる薄膜半導体層を結晶成長させ、該ＤＢＲを埋め込み、該ＤＢＲを含むｎ型半導体層１０２を形成する。
このような構造体は、非特許文献１（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ，Ｖｏｌ．２２１，ｐｐ．３１６−３２６，２０００）に開示されているような、横方向成長を促進するような成長条件を用いて形成することができる。
例えば、成長圧力を３００Ｔｏｒｒ、成長温度を１０５０℃に設定する。
そして、前記ＤＢＲが設けられていない個所から、ｎ型ＧａＮからなる薄膜半導体層を結晶成長させる。
引き続き、該ＤＢＲ上へ該薄膜半導体層を横方向成長させ、該ＤＢＲを埋め込み、ｎ型半導体層１０２を所望の膜厚になるように形成する。これにより、基体１０１の上に、第１の反射鏡１１０を形成することができる。
【００４６】
なお、本実施例においては、結晶成長にＭＯＶＰＥ法を用いたが、特に限定されず、例えばＭＢＥ法を用いても良い。
また、本実施例における前記ＤＢＲを構成する誘電体層（ＳｉＯ2およびＴａ2Ｏ5）の周期数は１０周期であるが、これに特に限定されるものではない。
該ＤＢＲの反射率を高めることにより本実施例における面発光レーザ１００の閾値を低減させるには、該周期数は６周期以上であることが好ましいが、少なくとも１周期以上積層されていれば良い。
このとき、該面発光レーザ１００のレーザ光は、該第１の反射鏡の側から取り出すようにする。
また、この場合は、該第１の反射鏡の反射率を比較的減少させても良いため、該第１の反射鏡を構成する誘電体ＤＢＲの周期数を減少させることができる。
すなわち、該誘電体ＤＢＲの総膜厚を減少させることができる。
そのため、該誘電体ＤＢＲを結晶成長により埋め込むことにより該第１の反射鏡を形成することがより容易になる。
なお、本実施例においては、隣り合う該誘電体ＤＢＲの間の領域にｎ型ＧａＮを形成する場合について示したが、これに特に限定されるものではなく、例えば、アンドープＧａＮで形成してもよい。
この場合は、基体１０１上の該誘電体ＤＢＲが設けられていない個所から、先ず、アンドープＧａＮからなる半導体層を結晶成長させ、該誘電体ＤＢＲを埋め込む。
続いて、例えばｎ型ＧａＮからなるｎ型半導体層１０２を形成する。
【符号の説明】
【００４７】
１００：面発光レーザ
１０１：基体
１０２：ｎ型半導体層
１０３：活性層
１０４：ｐ型半導体層
１０５：電流狭窄層
１０６：透明電極
１０７：ｐ型電極
１０８：ｎ型電極
１１０：第１の反射鏡
１１１：第２の反射鏡
１２０：反射媒質
１２１：高熱伝導率媒質
１５０：共振器
【図５】
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【図７】
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【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６】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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