(57)【要約】【課題】高い反射率を有し、ストップバンドの波長幅が広く、製造が容易なＤＢＲを提供することによって、効率が高く、動作が安定しており、歩留まりが高い光素子及びそれらの製造方法を提供する。【解決手段】窒化物半導体からなる複数の半導体層が互いにほぼ等間隔に離間して積層された分布ブラック反射鏡（ＤＢＲ）を用いる。また、窒化物半導体からなる半導体層と、有機膜からなる有機膜層と、を交互に積層した分布ブラック反射鏡（ＤＢＲ）を用いる。【選択図】図１２
2006074070.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を反射する反射鏡を備えた光素子であって、
前記反射鏡は、アルミニウムを含有する窒化物半導体からなるほぼ同一の膜厚の複数の半導体層と、有機膜からなるほぼ同一の膜厚の複数の有機膜層と、が交互に積層された積層体であることを特徴とする光素子。
【請求項２】
前記反射鏡が波長λの光を反射する反射鏡であり、前記半導体層の屈折率がｎ３で膜厚がλ／４ｎ３であり、前記有機膜層の屈折率がｎ４で膜厚がλ／４ｎ４であることを特徴とする請求項１記載の光素子。
【請求項３】
前記有機膜が、透明な有機系高分子材料を含み、前記透明な高分子材料が、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーネート、ポリジエチレングリコールビスアリルカーボネート、ポリスチレン、硬質ポリ塩化ビニル、スチレン−メタクリル酸メチル共重合体、アクリロニトリル−スチレン共重合体、ポリメタクリル酸シクロヘキシル、ポリ（４−メチルペンテン−１）、のいずれかであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光素子。
【請求項４】
前記有機膜が、導電性を有する有機材料を含み、前記導電性を有する有機材料が、π電子共役系高分子、直鎖状全π共役系高分子、非共役系高分子、のいずれかであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光素子。
【請求項５】
前記有機膜が、フォトクロミズムを示す有機材料を含み、前記フォトクロミズムを示す有機材料が、スペロベンゾピラン系高分子、フルギト系分子、ジアリールエテン系分子、シクロファン係分子のいずれかであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光素子。
【請求項６】
前記光素子が面発光型素子であり、前記反射鏡を活性層からの光を反射するように配置したことを特徴とする、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の光素子。
【請求項７】
前記光素子が面発光素子であり、活性層からの光を反射する第１の反射鏡と、前記活性層からの光を反射する第２の反射鏡と、が前記活性層を挟み込んで配置され、前記第１の反射鏡と前記第２の反射鏡との少なくとも一方が前記反射鏡であることを特徴とする、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の光素子。
【請求項８】
前記活性層が窒化物半導体からなることを特徴とする請求項６または請求項７記載の光素子。
【請求項９】
光を反射する反射鏡を備える光素子の製造方法であって、
前記反射鏡を、
アルミニウムを含有する第１の窒化物半導体からなる半導体層と、前記第１の窒化物半導体よりもアルミニウムの含有割合が小さい第２の窒化物半導体からなるエッチング層と、を交互に積層した積層体を形成する工程と、
前記積層体を水素を含有する雰囲気中で加熱することにより、前記積層体の端面に露出した前記エッチング層をエッチングして隣接する前記半導体層の間に間隙を形成する工程と、
前記間隙に有機膜層を形成する工程と、により形成することを特徴とする光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記水素を含有する雰囲気は、窒素、アンモニア、ヘリウム、アルゴン、キセノン及びネオンのうちの少なくとも１種と水素との混合気体、または水素のみ、のいずれかであることを特徴とする、請求項９記載の光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記水素を含有する雰囲気は、窒素と水素の混合ガスであることを特徴とする請求項１０に記載の光素子の製造方法。
【請求項１２】
前記第１の窒化物半導体がＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）であり、前記第２の窒化物半導体がＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ＜ｘ）またはＩｎｚＧａ１−ｚＮ（０≦ｚ≦１）であることを特徴とする請求項９乃至請求項１１のいずれかに記載の光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光素子及びそれらの製造方法に関し、特に、反射特性が顕著に優れた分布ブラッグ反射鏡を備えた光素子及びそれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光機能、光検出機能、光変調機能、などを有する各種の光素子においては、高い反射率を有する分布ブラッグ反射鏡（Distributed Bragg Reflector、以下ＤＢＲ）が用いられている。このＤＢＲは、屈折率が異なる２種類の材料を交互に積層し、その屈折率の違いを利用して光を反射する反射鏡である。このＤＢＲを用いた光素子の１つとして、以下、面発光レーザを例にあげて説明する。
【０００３】
面発光レーザは、基板に対して垂直方向にレーザ光を出射する面発光型素子である。この素子は、2次元的な集積化が容易であり、並列光情報処理や光インターコネクションあるいは光ディスクなどのデータストレージ分野への応用が期待されている。この面発光レーザとしては、現在までに、波長０．９８μｍのＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓ系面発光レーザ、波長０．７８〜０．８５μｍ帯のＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓ系面発光レーザ、波長０．６３〜０．６７μｍのＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ系面発光レーザなどが開発されている。これらの面発光レーザは、一般に、活性層と、この活性層を挟んで位置するｐ型およびｎ型クラッド層と、からなる共振器を具備し、共振器を挟んでＤＢＲが形成される。面発光レーザでは、レーザ光を得るために、活性層の上下のＤＢＲの反射率を各々９９％以上にする必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近時、レーザでは、バンドギャップが大きい窒化物半導体を用いた波長約０．４μｍの短波長の窒化物半導体系レーザが注目されている。このような短波長のレーザには、ＤＶＤ等の光ディスクの記録密度を高めることができるなど、さまざまな利点がある。このため、この窒化物半導体系レーザは、次世代の高密度光ディスクシステムの光源等として注目されている。
【０００５】
しかしながら、従来、この窒化物半導体系レーザにおいて、面発光レーザは実用化されていなかった。この理由の１つは、窒化物半導体では、上記のような高い反射率のＤＢＲを作ることが困難であったからである。
【０００６】
即ち、窒化ガリウム系レーザの場合、ＤＢＲとして使用可能な半導体材料の組み合わせはＧａＮとＡｌＧａＮまたはＧａＮとＡｌＮなどが挙げられる。しかし、屈折率ｎの差が大きいＧａＮ（ｎ＝２．５７）とＡｌＮ（ｎ＝２．１５）でＤＢＲを構成する場合でも、必要とされる高反射率を得るためには最小でも２０層以上の多層膜を成長する必要がある。従って、面発光レーザでは、活性層の上下で合計４０層以上の多層膜を形成する必要がある。ところが、ＧａＮとＡｌＮの積層構造では、格子定数の差が大きく、Ａｌの結晶が硬いために、クラックが発生しやすい。このため、４０層もの多層膜を形成するとクラックの発生が避けられず、歩留まりが著しく低下してしまった。また、ＧａＮとＡｌＮの多層膜の成長速度が遅いために、４０層もの多層膜を形成すると、生産性が著しく低下してしまうという問題もあった。このように、窒化物半導体では、高反射率の反射鏡を得ようとすると層数が多い積層構造になり、その結果、歩留まりや生産性が低下してまった。さらに、このＤＢＲの場合、高反射帯域（ストップバンドの波長幅）が非常に狭く、ＤＢＲの各層の厚さ、共振器の厚さ、活性層の組成、等が設計値よりわずかにずれただけでも発振条件を満足できなくなるので、安定したレーザ光が得られないという問題もあった。これらの理由から、従来、窒化物半導体面発光レーザは実用化されていなかった。
【０００７】
本発明は、上述した課題の認識に基づいてなされたものであり、その目的は、
高い反射率を有し、ストップバンドの波長幅が広く、製造が容易なＤＢＲを提供することによって、効率が高く、動作が安定しており、歩留まりが高い光素子及びそれらの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の光素子は、光を反射する反射鏡を備えた光素子であって、前記反射鏡は、アルミニウムを含有する第１の窒化物半導体からなるほぼ同一の膜厚の複数の半導体層が互いにほぼ等間隔に離間して積層された積層体を有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の光素子は、光を反射する反射鏡を備えた光素子であって、前記反射鏡は、アルミニウムを含有する窒化物半導体からなるほぼ同一の膜厚の複数の半導体層と、有機膜からなるほぼ同一の膜厚の複数の有機膜層と、が交互に積層された積層体であることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の光素子の製造方法は、光を反射する反射鏡を備える光素子の製造方法であって、前記反射鏡を、アルミニウムを含有する第１の窒化物半導体からなる半導体層と、前記第１の窒化物半導体よりもアルミニウムの含有割合が小さい第２の窒化物半導体からなるエッチング層と、を交互に積層した積層体を形成する工程と、前記積層体を水素を含有する雰囲気中で加熱することにより、前記積層体の端面に露出した前記エッチング層をエッチングして隣接する前記半導体層の間に間隙を形成する工程と、により形成することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の光素子の製造方法は、光を反射する反射鏡を備える光素子の製造方法であって、前記反射鏡を、アルミニウムを含有する第１の窒化物半導体からなる半導体層と、前記第１の窒化物半導体よりもアルミニウムの含有割合が小さい第２の窒化物半導体からなるエッチング層と、を交互に積層した積層体を形成する工程と、前記積層体を水素を含有する雰囲気中で加熱することにより、前記積層体の端面に露出した前記エッチング層をエッチングして隣接する前記半導体層の間に間隙を形成する工程と、前記間隙に有機膜層を形成する工程と、により形成することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の面発光型素子の製造方法は、活性層からの光を反射する第１の反射鏡と、前記活性層からの光を反射する第２の反射鏡と、が前記活性層を挟み込んで配置された面発光型素子の製造方法であって、前記第１の反射鏡と前記第２の反射鏡との少なくとも一方を、アルミニウムを含有する第１の窒化物半導体からなる半導体層と、前記第１の窒化物半導体よりもアルミニウムの含有割合が小さい第２の窒化物半導体からなるエッチング層と、を交互に積層した積層体を形成する工程と、前記積層体を水素を含有する雰囲気中で加熱することにより、前記積層体の端面に露出した前記エッチング層をエッチングして隣接する前記半導体層の間に間隙を形成する工程と、により形成することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の面発光型素子の製造方法は、活性層からの光を反射する第１の反射鏡と、前記活性層からの光を反射する第２の反射鏡と、が前記活性層を挟み込んで配置された面発光型素子の製造方法であって、前記第１の反射鏡と前記第２の反射鏡との少なくとも一方を、アルミニウムを含有する第１の窒化物半導体からなる半導体層と、前記第１の窒化物半導体よりもアルミニウムの含有割合が小さい第２の窒化物半導体からなるエッチング層と、を交互に積層した積層体を形成する工程と、前記積層体を水素を含有する雰囲気中で加熱することにより、前記積層体の側面に露出した前記エッチング層をエッチングして隣接する前記半導体層の間に間隙を形成する工程と、前記間隙に有機膜層を形成する工程と、により形成することを特徴とする。
【００１４】
ここで、本願明細書において窒化物半導体とは、Ｂ１−ｘ−ｙ−ｚＩｎｘＡｌｙＧａｚＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、０≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）なる化学式において組成比ｘ，ｙ及びｚをそれぞれの範囲内で変化させたすべての組成の半導体を含むものとする。例えば、ＩｎＧａＮ（ｘ＝０．４、ｙ＝０、ｚ＝０．６）も窒化物半導体に含まれるものとする。さらに、Ｖ族元素であるＮ（窒素）の一部をＡｓ（砒素）やＰ（リン）に置き換えたものも含まれるものとする。この際、III族元素としては上記の３つの元素（Ｉｎ，Ａｌ，Ｇａ）のいずれか１つが含まれ、また、V族元素としては必ずＮ（窒素）が含まれるものとする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、III−Ｖ族化合物半導体からなる半導体層と空気等からなるギャップ層とを交互に積層した分布ブラック反射鏡（ＤＢＲ）を用いたので、効率が高く、動作が安定しており、歩留まりが高い光素子を提供することができる。また、本発明によれば、III−Ｖ族化合物半導体からなる半導体層と、有機膜からなる有機膜層と、を交互に積層した分布ブラック反射鏡（ＤＢＲ）を用いたので、効率が高く、動作が安定しており、歩留まりが高い光素子を提供することができ、さらに、ＤＢＲに導電性機能や光スイッチとしての機能を持たせることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態の光素子について説明する。本実施形態の光素子の特徴の１つは、反射率が高く、ストップバンドの波長幅が広く、製造が容易な分布ブラック反射鏡（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ、以下ＤＢＲ）備えたことである。まず、第１の実施の形態では、ＡｌＧａＮと、空気と、を交互に積層したＤＢＲを用いた光素子について説明する。次に、第２の実施の形態では、ＡｌＧａＮと、有機膜と、を交互に積層したＤＢＲを備えた光素子について説明する。その後、この第１及び第２の実施の形態に関して、具体例としての実施例を挙げつつ、さらに詳細に説明する。
【００１７】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態の光素子の特徴の１つは、図１から分かるように、ＡｌＧａＮと、空気と、を交互に積層した分布ブラック反射鏡Ｍを備えている点である。以下では、まず図１を参照にして分布ブラック反射鏡Ｍの作用について簡単に説明し、次に図２〜図５を参照にして分布ブラック反射鏡Ｍの構造について説明し、次に図６〜図７を参照にして分布ブラック反射鏡Ｍの特性を従来例と比較しながら説明し、次に図８〜図９を用いて分布ブラック反射鏡Ｍの製造方法について説明する。なお、以下では、分布ブラック反射鏡を、反射鏡と呼ぶ場合がある。
【００１８】
図１は、本発明の第１の実施の形態の光素子ＯＤの構成を表す概念断面図である。光素子ＯＤは、発光素子でも受光素子でも光変調素子でも良く、あるいはこれらを組み合わせたものであっても良い。この光素子ＯＤは、基体Ｂ上に、分布ブラック反射鏡Ｍを有する。反射鏡Ｍは、特定の波長の入射光Ｌを反射する。反射する方向は、図示の如く反射鏡Ｍの主面に対して斜め方向でも良く、または主面に対して垂直方向でもよい。入射光Ｌの放出源は、図示の如く光素子ＯＤの中に設けられていても良く、また外部に設けられていても良い。また、反射された入射光Ｌは、光素子ＯＤの内部で変調あるいは光電変換などの処理を受けてもよく、または、そのまま外部に放出されてもよい。さらに、反射鏡Ｍに入射した入射光Ｌの一部は、反射されずに、反射鏡Ｍを透過するようにしてもよい。
【００１９】
次に、図２〜図５を参照にして、反射鏡Ｍの構造について説明する。
図２は、分布ブラック反射鏡Ｍの構造を示す概念斜視図である。反射鏡Ｍは、Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎからなる半導体層Ｍ１と、空気からなるギャップ層Ｍ２と、が交互に積層された構造である。言い換えると、反射鏡Ｍは、複数の半導体層Ｍ１が互いにほぼ等間隔に離間して積層された積層構造を有する。そして、それぞれの半導体層Ｍ１は、隣接する前記半導体層の間に介在して設けられた支持部Ｓによって支持されており、この支持部ＳはＧａＮからなる。反射鏡Ｍにおいて、波長λの入射光に対して高い反射率を得るためには、半導体層Ｍ１およびギャップ層Ｍ２の厚さを、それぞれλ／４ｎ１およびλ／４ｎ２とする。ここで、ｎ１はＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎの屈折率約２．５７、ｎ２は空気の屈折率約１、である。例えば、４００ｎｍの入射光Ｌに対して高い反射率の反射鏡Ｍを得るためには、半導体層Ｍ１の厚さを約４０ｎｍ、ギャップ層Ｍ２の厚さを約１００ｎｍにする。この反射鏡Ｍでは、半導体層Ｍ１のＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎと、ギャップ層Ｍ２の空気と、の大きな屈折率の差を利用して、入射光Ｌを高効率で反射する。
【００２０】
ここで、図２の反射鏡Ｍでは、ギャップ層Ｍ２を空気からなる層にしたが、その他の気体あるいは真空空間からなる層とるすることもできる。また、図２の反射鏡では、半導体層Ｍ１をＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎからなる層にしたが、他の窒化物半導体からなる層にすることもできる。ただし、半導体層Ｍ１はＡｌを含有する窒化物半導体であることが望ましい。例えば、図２のようにＡｌＧａＮを用いると、ＡｌＧａＮはＧａＮと比較して基礎吸収端の波長が大幅に短いので、反射鏡Ｍが反射する最短波長を大幅に短くすることができる。ただし、半導体層Ｍ１には、光素子ＯＤの入射光Ｌのの波長に応じて、窒化物半導体以外のIII−Ｖ族半導体やＳｉを使用してもよい。また、各部の膜厚、層数、寸法などの関係は適宜変更することができる。
【００２１】
図３は、反射鏡Ｍの他の具体例を表す概念斜視図である。同図の例においては、反射鏡Ｍの一方のみに支持部Ｓが設けられ、いわば、半導体層Ｍ１は、「片持ち梁状」に支持されている。そして、層Ｍ１の間には、ギャップ層Ｍ２が形成されている。
【００２２】
図４及び図５は、反射鏡Ｍの他の具体例を表す概念斜視図である。これらの例においては、支持部Ｓが反射鏡Ｍのいずれかの側面において連続して設けられ、ここから半導体層Ｍ１のそれぞれが延在してＤＢＲを形成している。換言すると、半導体層Ｍ１のそれぞれの端部が支持部Ｓに連結された構成を有する。図４及び図５の反射鏡Ｍでは、支持部Ｓにも半導体層Ｍ１と同様に、Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎを用いている。図４は、反射鏡Ｍの両端に支持部Ｓが設けられた例で、図５は、反射鏡Ｍの一端に支持部Ｓが設けられた例を、それぞれ表す。但し、本発明は、これらの具体例に限定されず、支持部Ｓは、反射鏡Ｍの周囲を取り囲むように設けられていても良く、または、反射鏡Ｍの内部の一部分を貫通するよう支柱状に設けられていても良い。
【００２３】
次に、図６〜図７を参照にして、反射鏡Ｍの特性について説明する。図６は、図２に示した反射鏡Ｍの反射率特性を表すグラフ図である。この図６は、図２の反射鏡Ｍの各層の膜厚を波長４００ｎｍ前後の入射光Ｌに対して高い反射率が得られるように設計した場合のデータである。横軸は入射光Ｌの波長Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈを、縦軸はこの入射光に対する反射率Ｒを、示している。この図６では、図２の反射鏡Ｍにおいて、Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎからなる半導体層Ｍ１と、空気からなるギャップ層Ｍ２と、を３ペア組み合わせた場合、及び４ペア組み合わせた場合の反射率Ｒを示している。
【００２４】
図６から分かるように、図２に示した反射鏡Ｍでは、３ペア積層しただけで、９９％以上の高反射率が得られる。例えば、面発光レーザでは、閾電流密度を低減するために、ＤＢＲの反射率は高いほど好ましく、９９％以上の高反射率の反射鏡が必要とされるが、図２の反射鏡Ｍでは、３ペア積層しただけで、このような高反射率が得られる。また、図２の反射鏡で、４ペア積層すれば９９．９％以上の反射率が得られ、しかもその高反射帯域（ストップバンドの波長幅）は約６０ｎｍと非常に広くなる。また、反射率９９．５％の高反射帯域は約１４０ｎｍにもなる。このため、半導体層Ｍ１の厚さが設計値から５ｎｍ程度ずれても、４００ｎｍの波長の入射光Ｌに対して９９．５％以上の反射率が得られる。このように、図２の反射鏡Ｍは、積層する層数が少なくても、高い特性を得ることができる。
【００２５】
これに対し、比較例として、図７に、従来のＤＢＲの反射率特性を示す。図７は、ＧａＮ層とＡｌＮ層とを交互に１５ペアあるいは２０ペア積層したＤＢＲのデータである。図６と同様に、横軸は入射光Ｌの波長Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈを、縦軸はこの入射光Ｌに対する反射率Ｒを、示している。この反射鏡も、波長が４００ｎｍ前後において高い反射率が得られるように形成された反射鏡である。
【００２６】
図７から分かるように、ＧａＮ層とＡｌＮ層とを組み合わせた従来のＤＢＲにおいては、１５ペアの多層膜では９９％の高反射率を得ることができない。９９％の高反射率を得るためには、２０ペア以上の多層膜を成長する必要がある。また、図７の従来のＤＢＲにおいては、２０ペアの多層膜を成長した場合でも、反射率９９．５％以上の高反射帯域（ストップバンドの波長幅）は、約１５ｎｍ程度と非常に狭い。このため、半導体層Ｍ１の厚さが設計値から１ｎｍ程度以上ずれると、４００ｎｍの波長の入射光Ｌに対して９９．５％以上の反射率が得られなくなる。
【００２７】
以上のように、図６に示す本実施形態のＤＢＲは、図７に示す従来のＤＢＲに比べ、少ない層数で高い特性が得られる。
【００２８】
もっとも、図２のようなギャップ層Ｍ２を用いた反射鏡Ｍを形成することは、従来、極めて困難であると考えられていた。なぜなら、従来のエッチング方法では、ギャップ層Ｍ２を図２のような形状にエッチングすることができなかったからである。即ち、前述のように、図２のギャップ層Ｍ２の厚さは１００ｎｍ程度と薄く、図２のような形状にエッチングするには微細加工が要求される。しかし、窒化物半導体は結晶が硬いために、ドライ・エッチングを用いてこのような微細加工を行うことは困難である。また、ウェット・エッチングを用いた場合も、エッチング液が厚さ約１００ｎｍの間隙を浸入することが困難であるために、図２のような形状にエッチングすることは難しい。しかも、図２から分かるように、ギャップ層Ｍ２は、周期的に３〜４層形成する必要があり、高い加工精度が要求される。このため、従来の技術常識では、図２のようなギャップ層Ｍ２を形成することは極めて困難であると考えられていた。しかしながら本発明者は、ギャップ層Ｍ２を形成して高い反射率のＤＢＲを得るべく各種の実験を繰り返した。その結果、独自に発明した気相エッチング法を用いて、これを実現できることを知得した。以下、図８〜図９を参照にして、この気相エッチング法を説明する。
【００２９】
図８は、図２に示した反射鏡Ｍの製造方法を示す概念断面図である。
【００３０】
まず、図８（ａ）に示すように、所定の基体Ｂの上に、ＭＯＣＶＤ法（matal organic chemical vapor deposition：有機金属化学気相成長法）またはＭＢＥ法（molecular beam epitaxy：分子線エピタキシー）により、Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎからなる半導体層Ｍ１と、ＧａＮからなるエッチング層Ｅと、の積層構造を形成する。
【００３１】
次に、図８（ｂ）に示すように、積層構造の一部を選択的に除去してその側面ＳＦを露出させる。この除去は例えば、レジストなどのマスクとＲＩＥ（reactive ion etching：反応性イオンエッチング）あるいはイオン・ミリングなどのエッチング方法を用いて行うことができる。なお、図８（ｂ）においては、積層構造のみを選択的にエッチングした例を表したが、基体Ｂまでエッチングしても良い。
【００３２】
次に、図８（ｃ）に示すように、本発明者が独自に発明した気相エッチング法を用いて、側面ＳＦからエッチング層Ｅを選択的にエッチング除去する。即ち、
図８（ｂ）の積層体を、水素を含有する雰囲気中で１０００℃前後に昇温すると、エッチング層Ｅはエッチングされ、半導体層Ｍ１は殆どエッチングされない。これにより、エッチング層Ｅのみを選択的にエッチング除去することができる。
【００３３】
次に、図８（ｄ）に示すように、エッチングが所定量進行した段階でエッチングを停止する。その結果、エッチング層Ｅの一部が半導体層Ｍ１を支える支持部Ｓとして残留し、図２のＤＢＲ反射鏡Ｍが完成する。
【００３４】
上記の気相エッチング法では、Ａｌを含有しない窒化物半導体に比べて、Ａｌを僅かでも含有した窒化物半導体のエッチング速度が大幅に低下することを利用している。即ち、図８（ｂ）の積層体を水素を含有する雰囲気中で１０００℃前後に昇温すると、ＧａＮからなるエッチング層Ｅはエッチングされるのに対し、Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎからなる半導体層Ｍ１はほとんどエッチングされない。これは本発明者の独自の検討で得られた結果である。このようにＧａＮがエッチングされる理由について、本発明者は、ＧａＮが高温で水素と反応し、Ｇａ（気相）とＮＨ３（気相）とに分解して昇華するからであると考えている。また、ＡｌＧａＮがエッチングされないのは、Ａｌを含有することにより、Ｖ属元素との結合力が強くなって分解が生じにくくなるからであると考えられる。そして、このエッチング速度の違いを利用して、選択的なエッチングを行うことができる。
【００３５】
ここで、図８では、半導体層Ｍ１がＡｌＧａＮからなり、エッチング層ＥがＧａＮからなる場合について説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。即ち、半導体層Ｍ１のＡｌ含有割合をエッチング層ＥのＡｌ含有割合よりも高くすれば、エッチング層Ｅのエッチング速度が半導体層Ｍ１のエッチング速度よりも早くなるので、選択的なエッチングを行うことができる。例えば、半導体層Ｍ１をＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ≦１）とし、エッチング層ＥをＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ＜ｘ）とすることができる。
【００３６】
また、本発明者の実験によれば、Ｉｎを含有する量が多い窒化物半導体はエッチング速度が早くなることも判明している。従って、例えば、半導体層Ｍ１をＧａＮやＡｌＧａＮとし、エッチング層ＥをＩｎＧａＮとしても、選択的なエッチングを行うことができる。
【００３７】
また、本発明者の検討の結果、気相エッチングの雰囲気として、窒素、アンモニア、ヘリウム、アルゴン、キセノン及びネオンのうちのいずれかと水素との混合雰囲気、またはこれらのうちの２以上と水素との混合雰囲気、または水素雰囲気、を用いた場合に、良好なエッチングを行うことができた。
【００３８】
以上説明した気相エッチング法では、高いエッチング速度が得られる。例えば、本発明者の実験によれば、半導体層Ｍ１として厚さ４０ｎｍのＡｌＧａＮ層を用い、エッチング層Ｅとして厚さ１００ｎｍのＧａＮを用いた場合に、水素と窒素を体積比で１：３の割合で混合した１気圧の雰囲気中で約１１００℃に２分間保持したところ、エッチング層Ｅを、側面ＳＦから約５μｍの距離までサイドエッチングすることができた。このように高いエッチング速度が得られるので、図２のようなＤＢＲを容易に形成することができる。
【００３９】
これに対して、従来のウェット・エッチングを用いた場合には、エッチング液が厚さ１００ｎｍの間隙を浸入することが困難であるために、側面ＳＦからサイドエッチングすることは極めて困難であった。また、ＡｌＧａＮに対してＧａＮを優先的にエッチングするエッチング液もなかった。
【００４０】
また、気相エッチングは、上述のように、水素を含有する雰囲気で行うことができる。この雰囲気は、従来のＣＤＥやＲＩＥなどのドライエッチングにおいて用いられてきたいわゆるエッチングガスとは異なり、窒化物半導体に対して化学的な反応を顕著には生じない。また、気相エッチング法においては、従来用いられてきた腐食性の反応性ガスは用いない。このため、気相エッチングでは、腐食性のエッチング・ガスやプラズマなどによる結晶の損傷を生ずることなく、ＤＢＲを形成することができる。
【００４１】
次に、気相エッチング法を用いた、他のＤＢＲの製造方法を説明する。図９は、図４または図５に示した反射鏡の製造方法を示す概念断面図である。図９については、図８に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。
【００４２】
図９に例示した製造方法においては、同図（ｂ）の工程において、積層体の一部を選択的に除去し、この除去部分にＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎを形成することにより、支持部Ｓを形成する。このように支持部Ｓを埋め込み形成した後は、図８に関して前述したものと同様の工程により、エッチング層Ｅを気相エッチングする。但し、図９の反射鏡Ｍの場合には、支持部ＳがＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎなので、この支持部Ｓはエッチングされない。従って、この支持部Ｓによって気相エッチングを容易且つ確実に停止させることができる。その結果として、半導体層Ｍ１とギャップ層Ｍ２とにより形成される反射領域の寸法を厳密に制御することができる。
【００４３】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態の光素子の特徴の１つは、ＡｌＧａＮと、有機材料と、を
交互に積層した分布ブラック反射鏡Ｍを備えている点である。光素子の全体の構成は第１の実施の形態（図１）と同様であり、詳細な説明は省略する。
【００４４】
図１０は、第２の実施の形態の光素子の分布ブラック反射鏡Ｍの構造を示す概念断面図である。反射鏡Ｍは、ＡｌＧａＮからなる半導体層Ｍ３と、透明な有機系高分子材料であるポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）からなる有機膜Ｍ４と、が交互に７ペア積層された構造である。ここで、透明な有機系高分子材料としては、他に、ポリカーネート（ＰＣ）、ポリジエチレングリコールビスアリルカーボネート、ポリスチレン（ＰＳ）、硬質ポリ塩化ビニル（硬質ＰＶＣ）、スチレン−メタクリル酸メチル共重合体（ＭＳ樹脂）、アクリロニトリル−スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）、ポリメタクリル酸シクロヘキシル（ＰＣＨＭＡ）、ポリ（４−メチルペンテン−１）（ＴＰＸ）等を用いることもできる。また、後述の実施例で説明するように、有機膜Ｍ４に導電性を有する有機材料や、フォトクロミズムを示す有機材料を用いることもできる。図１０の反射鏡Ｍにおいて、有機膜Ｍ４を構成する有機材料の屈折率は約１．３〜１．７であり、半導体層Ｍ３を構成するＡｌＧａＮの屈折率は約２．５７である。図１０の反射鏡Ｍでは、この有機材料と、ＡｌＧａＮと、の大きな屈折率の差を利用して、入射光Ｌを高い効率で反射する。
【００４５】
図１１は、図１０に示した反射鏡Ｍの反射率特性を、従来の反射鏡と比較しながら示した図である。この図１１は、反射鏡Ｍの各層の膜厚を波長４００ｎｍ前後の入射光Ｌに対して高い反射率が得られるように設計した場合のデータである。また、従来例は、ＧａＮとＡｌＮとを２０ペア組み合わせ、各層の膜厚を波長４００ｎｍ前後の入射光Ｌに対して高い反射率が得られるように設計した場合のデータである。図１１の横軸は入射光Ｌの波長Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈを、縦軸はこの入射光Ｌに対する反射率Ｒを示している。
【００４６】
図１１から分かるように、図１０に示したＡｌＧａＮ／ＰＭＭＡの組み合わせによるＤＢＲでは、７ペアで９９．５％以上の高反射率を得ることができる。しかもその高反射帯域は約６０ｎｍと広く、さらに反射率９９％以上の高反射帯域は約１００ｎｍにも及ぶ。これに対し、従来のＡｌＮ／ＧａＮ多層膜ＤＢＲでは、２０ペア以上の多層膜を形成したＤＢＲでも、反射率９９．５％以上になる高反射帯域は約１０ｎｍ程度と狭い。
【００４７】
図１０に示したような有機膜Ｍ４を用いた反射鏡Ｍを形成することも、第１の実施の形態と同様に、従来は、極めて困難であると考えられていた。しかしながら、本発明者は、前述の気相エッチング法を用いて、このような反射鏡Ｍを形成できることを独自に知得した。この具体的な方法については、後述の実施例２で説明する。
【００４８】
（実施例）
次に、上述した本発明の実施の形態の光素子について、実施例を参照しつつ、さらに詳細に説明する。以下、第１の実施例では第１の実施の形態の光素子のＤＢＲを用いた窒化物半導体面発光レーザについて、第２の実施例では第２の実施の形態の光素子のＤＢＲを用いた窒化物半導体面発光レーザについて、第３および第４の実施の形態ではその他の光素子について説明する。
【００４９】
（第１の実施例）
まず、本発明の第１の実施例として、第１の実施の形態の光素子のＤＢＲを、窒化物半導体面発光レーザに適用した具体例について説明する。
【００５０】
図１２は、第１の実施例の窒化物半導体面発光レーザの概念断面図である。図１２は概念図であり、説明をしやすくするため、各層の倍率は変えて示している。サファイア基板１２の上には、バッファ層１４を介して、約１００ｎｍのＧａＮ層１８と、約４０ｎｍのＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層１６と、を交互に４ペア積層した下側積層体ＭＬが形成されている。この下側積層体ＭＬの一部においてＧａＮ層１８が除去されてギャップ層２０が形成され、ＡｌＧａＮ層（半導体層）１６とギャップ層２０との４ペアの積層による下側ＤＢＲが形成されている。この下側ＤＢＲの上には、ＳｉドープのＧａＮからなりるｎ型コンタクト層２４、ＭｇドープのＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎからなる膜厚０．１μｍのｐ型電流ブロック層２６、が順次積層されている。このｎ型コンタクト層２４、ｐ型電流ブロック層２６には開口が形成されている。そして、この開口はＳｉドープのＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎからなる第１のｎ型クラッド層２８Ａで埋め込まれている。この第１のｎ型クラッド層２８Ａと、ｐ型電流ブロック層２６と、の上には、ＳｉドープのＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎからなる第２のｎ型クラッド層２８Ｂ、ＩｎＧａＮを含むＭＱＷ構造の活性層３０、ＭｇドープのＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎからなるｐ型クラッド層３２が順次形成されている。このｐ型クラッド層３２の上には、約１００ｎｍのＧａＮ層４０と、約４０ｎｍのＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層４２と、を交互に４ペア積層した上側積層体ＭＬが形成されている。この上側積層体ＭＬにおいても、ＧａＮ層４０の一部が除去されてギャップ層４４が形成され、Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層４２とギャップ層４４との４ペアの積層による上側ＤＢＲが形成されている。
【００５１】
図１２の面発光レーザでは、ｎ型コンタクト層２４の露出部に設けられたｎ側電極５０と、ｐ型クラッド層３２の露出部に設けられたｐ側電極６０と、から活性層３０に電流が注入される。ここで、ｐ型電流ブロック層２６は、活性層３０に注入される電流を絞り込む働きをする。即ち、ｎ側電極５０からの電流は、ｐ型電流ブロック層２６を通らず、第１のｎ型クラッド層２８Ａを通り、この第１のｎ型クラッド層２８Ａの上方の活性層３０に絞り込んで注入される。その結果、第１のクラッド層２８Ａの上方部分の活性層３０から光が放射される。この光の波長は、活性層３０の組成により調整することができ、図１２のレーザでは約４００ｎｍになるようにした。放射された光は、活性層３０の上下のＤＢＲで増幅され、レーザ光となり、図中上下方向に放射される。ここで、前述のように、レーザ光を得るためにはＤＢＲの反射率を９９％以上にする必要がある。
【００５２】
以上説明した、図１２の窒化物半導体面発光レーザでは、Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ（ｎ＝２．５７）層１６、４２と、空気（ｎ＝１）層２０、４４と、を用いることにより、屈折率の差が大きい材料を組み合わせたＤＢＲを得ることができる。このため、図６に関して前述したように、わずか３ペア積層しただけでも、面発光レーザに必要な９９％以上の反射率のＤＢＲが得られる。そして、図１０のように４ペア積層すれば９９．９％の反射率が得られる。また、この図１０のレーザでは、ＤＢＲを、低Ａｌ組成のＡｌＧａＮを用いて作ることができる。このように図１０の窒化物半導体面発光レーザでは、少ない積層数で、かつ低Ａｌ組成の層により、高反射率のＤＢＲを得ることができるので、製造が容易で、クラックが発生しにくく、歩留まりを高くすることができるる。
【００５３】
また、図１２の窒化物半導体面発光レーザでは、図６に関して前述したように、９９．９％以上の高反射帯域（ストップバンドの波長幅）が約６０ｎｍと非常に広く、また９９．５％の高反射帯域が約１４０ｎｍと非常に広いＤＢＲを得ることができる。このため、ＤＢＲの各層の厚さ、共振器の厚さ、活性層の組成、等が設計値からある程度ずれてもレーザ光に大きな影響を与えず、安定したレーザ光を得ることができる。例えば、ＤＢＲの半導体層１６、４２の厚さが設計値から５ｎｍ程度ずれても、レーザー光に大きな影響を与えない。また、ＤＢＲのギャップ層２０、４４の厚さが設計値から１５ｎｍ程度ずれても、レーザ光に大きな影響を与えない。
【００５４】
また、図１２の窒化物半導体面発光レーザでは、９９．９％以上の高い反射率のＤＢＲが得られるので、発振閾電流密度を極めて小さくすることができる。
【００５５】
また、図１２の窒化物半導体面発光レーザでは、ＤＢＲの積層数が少ないので、生産性も低くならない。
【００５６】
これに対し、従来、このような窒化物半導体面発光レーザのＤＢＲとして、ＧａＮ層と、ＡｌＧａＮ層またはＡｌＮ層と、の組み合わせを用いることが考えられていた。このような従来のＤＢＲを用いた場合には、図７に関して前述したように、９９％以上の高反射率を得るために２０ペア以上の多層膜を成長する必要がある。従って、図１２の面発光レーザでは、活性層３０の下側と上側のＤＢＲで合わせて４０ペア以上の多層膜を成長する必要がある。しかしながら、前述のように、このような４０ペア以上の多層膜を成長させるとクラックが発生するのが避けられず、歩留まりが著しく低下してしまった。また、このＤＢＲは、反射率９９．５％以上の高反射帯域（ストップバンドの波長幅）が、約１５ｎｍ程度と非常に狭く、ＤＢＲの各層の厚さ、共振器の厚さ、活性層の組成、等が設計値よりわずかにずれただけでも発振条件を満足できなくなるので、安定したレーザ光が得られなかった。
【００５７】
次に、図１３〜図１７を参照にして、本実施例の面発光レーザの製造方法について説明する。図１３〜図１７は、本実施例の面発光レーザの製造方法を概念的に示す斜視図である。図１３〜図１７では、サファイア基板１２は実際は直径約５×１０４μｍの円形であるが、この一部を切り取った状態を概念的に示している。また、図１３〜図１７では、説明をしやすくするため、各層の倍率を変えて示している。なお、図１２の基板１２は、図１３の基板１２を細かく切断したものであり、その一辺の長さは約５×１０２μｍである。
【００５８】
まず、図１３に表したように、サファイア基板１２の上にＭＯＣＶＤ法により、バッファ層１４を１０〜２００ｎｍ程度の膜厚で成長する。そして、バッファ層１４上に、膜厚約４０ｎｍのＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層１６と、膜厚約１００ｎｍのＧａＮ層１８と、を交互に４ペア積層する。その後、ＳｉドープのＧａＮからなるｎ型コンタクト層２４を積層し、ＭｇドープＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎからなるｐ型電流ブロック層２６を０．１μｍの厚みに積層する。
【００５９】
次に、ウェーハをＭＯＣＶＤ装置より取り出し、図１４から分かるように、光露光プロセスによりレジストあるいはＳｉＯ２などからなるマスク３００を形成する。そして、図１４に示すように、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）や反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）等のドライエッチング法により、最下層のＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層１６に達する矩形状の開口Ｈを形成する。その後、必要に応じてマスク３００を除去した後、雰囲気の調整が可能な加熱炉へウェーハをセットする。そして、窒素ガスを４ＳＬＭ流し、ウェーハ温度を１０００℃まで約４分で昇温する。この過程においては、窒素雰囲気で加熱昇温することにより、ウェーハに付着していた水分や不純物ガスが除去される。なお、この昇温過程でのＧａＮ層１８の分解蒸発によるエッチングはほとんど無視できる。
【００６０】
次に、図１５から分かるように、ウェーハ温度が１０００℃に達したところで、４ＳＬＭの窒素ガスに加えて、１ＳＬＭの水素ガスを導入し、ＳｉドープＧａＮ層１８の気相エッチングを開始する。そして、この雰囲気において、１０００℃で２分間保持した。この工程において、ＧａＮ層１８は水素との反応により分解蒸発が促進され、気相エッチングが進行する。一方、Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層１６のエッチングはほとんど進行せず、選択エッチングが行われる。すなわち、ＧａＮ層１８およびＧａＮからなるｎ型コンタクト層２４は、矩形状の穴Ｈの側面よりサイドエッチングされるが、Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層１６のサイドエッチングは生じない。この選択エッチングにより、図１５に示すように、矩形状の開口Ｈの側面より約２０μｍの範囲内のＧａＮ層１８は完全にエッチング除去され、その結果として、Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層１６とギャップ層２０とのＤＢＲ構造が形成された。その後、水素ガスの供給を停止して再び窒素雰囲気に戻し、室温まで降温した。なお、図１５においては、ＧａＮ層１８と共にＧａＮコンタクト層２４も気相エッチングされる場合を例示した。これに対して、図１２に例示したように、コンタクト層２４の開口のサイズをＤＢＲのギャップ層２０のサイズよりも小さく形成したい場合には、ＧａＮコンタクト層２４にＡｌＧａＮ層１６よりも少量のＡｌを含有させれば良く、微量のＡｌを含有させれば足りる。このようにすれば、コンタクト層２４の抵抗は上昇させることなく、気相エッチングの速度を大幅に低下させることが可能となる。その結果として、図１０に表したように、コンタクト層２４の開口のサイズをＤＢＲのギャップ層２０よりも小さく形成することも可能となる。
【００６１】
次に、図１６に示すように、電流狭窄用の窓Ｗを形成する。具体的には、ウェーハを加熱炉より取り出し、再び光露光プロセスによりｐ型電流ブロック層２６上に図示しないマスクを形成し、ドライエッチング法あるいはＫＯＨによるウエットエッチング法などにより幅約１０μｍの矩形状の窓Ｗを形成した。
【００６２】
次に、図１７に示すように、レーザ構造を積層形成する。具体的には、まず、窓Ｗを形成するために用いたレジストあるいはＳｉＯ２などのマスク（図示せず）を除去し、ウェーハを再びＭＯＣＶＤ装置へセットする。次に、アンモニアガスを供給し、窒素ガス２０ＳＬＭ、アンモニアガス１０ＳＬＭの混合ガスを流し、基板温度を１０８０℃まで昇温する。次に、基板温度が１０８０℃に達すると同時に、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）およびシランガスおよび水素ガスの供給を開始し、ＳｉドープのＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎからなるｎ型クラッド層の２８Ｂを成長する。この層の成長中に、ｐ型電流ブロック層２６に形成したストライプ状の窓Ｗは、埋め込まれて埋め込み部２８Ａが形成される。次に、ＩｎＧａＮを含むＭＱＷ構造の活性層３０、ＭｇドープのＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎからなるｐ型クラッド層３２を積層する。その後、ＧａＮ層４０と、Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層４２と、を交互に４ペア積層する。この時、ＧａＮ層４０とＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層４２の膜厚は、下側ＤＢＲと同様にする。次に、ＭＯＣＶＤ装置よりウェーハを取り出し、光露光プロセスによりマスクを形成し、ドライエッチング法により、ｐ型クラッド層３２に達する矩形上の穴Ｈを開口する。その後、上述した下側ＤＢＲの形成と同様の気相エッチング法により、Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層４２とギャップ層４４とのＤＢＲ構造を形成する。
【００６３】
次に、光露光プロセスでマスクを形成し、ドライエッチング法によりｐ型クラッド層３２およびｎ型コンタクト層２６の一部をそれぞれを露出させ、素子分離を行う。そして、リフトオフ法により、ｎ側電極５０、ｐ側電極６０を形成して、図１２に表した面発光レーザが完成する。
【００６４】
以上説明した製造方法では、本発明者が独自に発明した気相エッチング法を用いることにより反射率が高いＤＢＲを形成して、面発光の窒化物半導体レーザを得ることができる。これに対し、従来は、窒化物半導体をエッチングする有効な方法が存在せず、反射率の高いＤＢＲを形成することが困難で、面発光の窒化物半導体レーザを得ることは困難であった。
【００６５】
（第２の実施例）
次に、第２の実施例として、第２の実施の形態のＤＢＲを、窒化物半導体面発光レーザに適用した具体例について説明する。
【００６６】
図１８は、第２の実施例の窒化物半導体面発光レーザの概念断面図である。サファイア基板１１２の上には、バッファ層１１４を介して、ＧａＮバッファ層１１５が形成されている。そしてＧａＮバッファ層１１５の上には、ＡｌＮ層１１６とＧａＮ層１１８とを交互に２０ペア積層した下側ＤＢＲ１１７が形成されている。この下側ＤＢＲ１１７の上には、ｎ型コンタクト層１２４、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１２８、ＩｎＧａＮを含むＭＱＷ構造の活性層１３０、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１３２、が順次形成されている。このｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１３２上には、ｎ型ＡｌＧａＮ電流狭窄層１３４、第１のｐ型ＧａＮコンタクト層１３６Ａが形成され、これらの上には第２のｐ型ＧａＮコンタクト層１３６Ｂが形成されている。この第２のｐ型ＧａＮコンタクト層１３６Ｂの上には、ＭｇドープのＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎからなる半導体層１４２と、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）からなる有機膜層１４４と、を交互に７ペア積層した上側ＤＢＲ１４１が形成されている。半導体層１４２および有機膜層１４４の膜厚は、それぞれ、λ／４ｎ３およびλ／４ｎ４である。ここで、ｎ３はＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎの屈折率、ｎ４はＰＭＭＡの屈折率、λは面発光レーザの発振波長である。
【００６７】
図１８の面発光レーザでは、ｎ型コンタクト層１２４の露出部に設けられたｎ側電極１５０と、第１のｐ型クラッド層１３６Ｂおよび上側ＤＢＲ１４１の露出部に設けられたｐ側電極１６０と、から活性層１３０に電流が注入される。ここで、ｎ型電流ブロック層１３４は、活性層１３０に注入される電流を絞り込む働きをする。即ち、電流は第１のｐ型クラッド層１３６Ａの下方の活性層１３０に絞り込んで注入される。その結果、第１のｐ型クラッド層１３６Ａの下方部分の活性層１３０から光が放射される。放射された光は、活性層１３０の上側ＤＢＲ１４１と下側ＤＢＲ１１７で増幅され、レーザ光となり、図中上下方向に放射される。
【００６８】
以上説明した、図１８の窒化物半導体面発光レーザでは、上側ＤＢＲ１４１に、Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎからなる半導体層１４２とＰＭＭＡからなる有機膜層１４４とを用いることにより、屈折率の差が大きい材料を組み合わせたＤＢＲを得ることができる。このため、図１１に関して前述したように、７ペアの積層で９９．５％以上の反射率のＤＢＲを得ることができる。また、図１４の窒化物半導体面発光レーザでは、後述の製造方法からも分かるように、上側ＤＢＲを、低Ａｌ組成のＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層（半導体層）１４２を用いて作ることができる。このように図１８の窒化物半導体面発光レーザでは、少ない積層数で、かつ低Ａｌ組成の層により、高反射率のＤＢＲを得ることができるので、クラックが発生しにくくなり、歩留まりを高くすることができるる。
【００６９】
ここで、図１８の窒化物半導体面発光レーザでは、下側ＤＢＲ１２１には、従来用いられていた、ＧａＮ層１１８とＡｌＮ層１１６の組み合わせのＤＢＲを用いた。しかし上側ＤＢＲ１４１に、半導体層１４２と有機膜層１４４の組み合わせのＤＢＲを用いたので、クラックは発生しなかった。これに対し、上側ＤＢＲ１４１にも従来のＤＢＲを用いた場合には、クラックが発生し、歩留まりが著しく低下した。
【００７０】
また、図１８の窒化物半導体面発光レーザでは、図１１に関して前述したように、９９．９％以上の高い反射率の上側ＤＢＲが得られるので、発振閾電流密度を小さくすることができる。
【００７１】
以上説明した図１８の窒化物半導体面発光レーザでは、下側ＤＢＲにＧａＮ層１１８とＡｌＮ層１１６の組み合わせのＤＢＲを用いた例を示したが、これを、上側ＤＢＲと同様に、半導体層と有機膜層の組み合わせのＤＢＲにすることもできる。このようにすると、安定したレーザ光を得ることができる。即ち、半導体層と有機膜層の組み合わせのＤＢＲでは、図１１に関して前述したように、９９．９％以上の高反射帯域（ストップバンドの波長幅）が約６０ｎｍと非常に広く、また９９．５％の高反射帯域が約１００ｎｍにも及ぶ。このため、ＤＢＲの各層の厚さ、共振器の厚さ、活性層の組成、等が設計値からある程度ずれてもレーザ光の反射率が大きく影響されず、安定したレーザ光を得ることができる。例えば、ＤＢＲの半導体層の厚さが設計値から５ｎｍ程度ずれても、レーザー光に大きな影響を与えない。また、ＤＢＲの有機膜層の厚さが設計値から１０ｎｍ程度ずれても、レーザ光に大きな影響を与えない。
【００７２】
また、図１８の窒化物半導体面発光レーザでは、ＰＭＭＡからなる有機膜層１４４を用いたＤＢＲを示したが、有機膜層１４４に、第２の実施の形態で説明した各種の透明な有機系高分子材料を用いることもできる。また、この有機膜層１４４に、導電性を有する有機材料を用いることもできる。このような導電性を有する有機材料には、π電子共役系高分子、直鎖状全π共役系高分子、非共役高分子がある。これらの有機材料は、それ自身あるいはドーピングにより金属領域の高い導電性を示す。さらに具体的には、π電子共役系高分子および直鎖状全π共役系高分子として、(1)脂肪族共役系：ポリアセチレン類、ポリジアセチレン類、(2)芳香族共役系：ポリ（ｐ−フェニレン）類、(3)混合型共役系：ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）、ポリ（フェニレンカルコゲナイド）類、(4)複素環式共役系：ポリピロール、ポリチオフェン、ポリフラン、ポリカルバゾール、ポリキノリン類、(5)含ヘテロ原子共役系：ポリアニリン類、(6)複鎖型共役系（はしご型共役系）が挙げられる。また、非共役系高分子として、(1)側鎖にπ電子共役系基（カルバゾール、フェロセン、ピレン、ペリレン、フタロシアニン）を含む高分子、(2)大環状金属錯体（フタロシアニンなど）を主鎖に含む高分子：ニッケルフタロシアニン、(3)高分子ポリカチオン−ＴＣＮＱラジカルアニオン塩、等が挙げられる。これらの、導電性を示す有機膜を用いると、上側ＤＢＲ１４１を通して活性層１３０へ電流注入を行うことができ、ｐ側電極１６０の形成を容易にすることができる。
【００７３】
次に、図１９〜図２５の概念斜視図を参照にして、図１８の面発光レーザの製造方法について説明する。
【００７４】
まず、図１９に示すように、サファイア基板１１２の上に、ＭＯＣＶＤ法により、バッファ層１１４を１０〜２００ｎｍ程度の膜厚で成長する。そして、バッファ層１１４上に、ＧａＮバッファ層１１５を０．３μｍの膜厚で成長する。続いて、ＡｌＮ層１１６と、ＧａＮ層１１８と、を交互に２０ペア積層して、下側ＤＢＲ１１７を形成する。その後、ＳｉドープのＧａＮからなるｎ型コンタクト層１２４、ＳｉドープのＡｌ０．９５Ｇａ０．０５Ｎからなるｎ型クラッド層１２８、ＩｎＧａＮを含むＭＱＷ構造の活性層１３０、ＭｇドープのＡｌ０．９５Ｇａ０．０５Ｎからなるｐ型クラッド層１３２、ＳｉドープのＧａＮからなる電流狭窄層１３４、を順次積層する。
【００７５】
次に、図２０に示すように、ウェーハをＭＯＣＶＤ装置から取り出してエッチングマスクとなるＳｉＯ２を堆積し、光露光プロセスにより電流狭窄層１３４の一部を露出させて、ＳｉＯ２に開口パターンＨを形成する。
【００７６】
次に、図２１に示すように、電流狭窄層１３４に窓部ＣＨを形成する。即ち、まず、図２０のウェーハを加熱路にセットし、窒素ガスを４ＳＬＭ流して、ウェーハを１０００℃まで４分間で昇温する。この昇温過程では、ＧａＮからなる電流狭窄層１３４の分解蒸発はほとんど無視できる。そして、ウェーハが１０００℃に達したところで、水素ガスを導入し、窒素ガス４ＳＬＭと水素ガス１ＳＬＭの混合ガスを流した雰囲気において２分間保持した。その後、水素ガスの供給を停止して再び窒素雰囲気に戻し、室温まで降温した。この工程において、ＧａＮからなる電流狭窄層１３４の、開口パターンＨに露呈した部分は、水素との反応によって分解蒸発し、エッチングされる。一方、ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層１３２は、この条件ではエッチングされないため、このｐ型クラッド層１３２でエッチングは止まる。この工程により、ＧａＮからなる電流狭窄層１３４に、ｐ型クラッド層１３２に達する窓部ＣＨが形成される。その後ＳｉＯ２マスクを除去する。
【００７７】
次に、図２２に示すように、レーザ構造を積層形成する。即ち、図２１の積層体を再びＭＯＣＶＤ装置にセットし、窒素ガス雰囲気で基板温度を１０８０℃まで昇温する。そして、基板温度が１０８０℃に達すると同時にアンモニアガスおよび水素ガスの供給を開始し、さらにＧａとＭｇの原料ガスの供給を開始する。これにより、ＭｇドープのＧａＮからなる第１のｐ型クラッド層１３６Ａ（図１８）、および第２のｐ型クラッド層１３６Ｂを形成する。次に、ＭｇドープのＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層１４２と、ＭｇドープのＧａＮ層１４０と、を交互に７ペア積層し、Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５ＮとＧａＮの多層膜１３８を形成する。その後、ＭＯＣＶＤ装置からウェーハを取り出す。
【００７８】
次に、図２３から分かるように、光露光プロセスによりマスクを形成し、ドライエッチングにより多層膜１３８の一部をエッチングして、メサを形成する。この際、多層膜１３８の一番下側のＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層１４２はエッチングしない。その後、マスクを除去する。
【００７９】
次に、図２４に示すように、上側ＤＢＲ１４１を形成する。即ち、まず、前述の気相エッチング法を行うことにより、図２４に点線で示した部分の下側のＧａＮ層１４０を選択的にエッチングする。その後、溶媒に溶かしたＰＭＭＡを図２３の積層体にスピンコートするか、あるいはＰＭＭＡを溶かした溶媒中にこの積層体をディップすることにより、上記の気相エッチングされた部分にＰＭＭＡからなる有機膜層１４４を形成する。この工程によって、Ａｌ０．９５Ｇａ０．０５Ｎ層（半導体層）１４２と、有機膜層１４４と、を交互に７ペア積層したＤＢＲ１４１を形成する。
【００８０】
次に、図２５から分かるように、光露光プロセスでマスクを形成後、多層膜１３８の一番下側のＡｌ０．９５Ｇａ０．０５Ｎ層１４２をエッチングして、第２のｐ型コンタクト層１３６Ｂの一部を露出させる。その後、光露光プロセスおよびドライエッチングによりｎ型コンタクト層１２４の一部を露出させ、リフトオフによりｐ側電極１６０およびｎ側電極１５０（図１８）を形成して、図１８の面発光レーザが完成する。なお、図１８は、図２５の積層体を切断線ＣＣに沿って切断した断面図である。ただし、図２５ではｎ側電極１５０付近は示していない。
【００８１】
以上説明した製造方法では、本発明者が独自に発明した気相エッチング法を用いることにより反射率が高いＤＢＲを形成して、面発光の窒化物半導体レーザを得ることができる。これに対し、従来は、窒化物半導体をエッチングする有効な方法が存在せず、反射率の高いＤＢＲを形成することが困難で、面発光の窒化物半導体レーザを得ることは困難であった。
【００８２】
（第３の実施例）
次に、本発明の第３の実施例として、第１の実施の形態のＤＢＲと、端面出射型のＩｎＧａＡｓＰ系半導体レーザと、を組み合わせた光素子について説明する。
【００８３】
図２６は、第３の実施例の光素子の概念断面図である。基板ＳＵの上には、発振波長１．５５μｍの端面出射型のＩｎＧａＡｓＰ系半導体レーザＬＤがマウントされている。基板ＳＵの表面には、窒化物半導体レーザＬＤの前面に斜面Ｐが形成され、この斜面Ｐの上に反射鏡Ｍが設けられている。この反射鏡Ｍは、Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎからなる半導体層Ｍ１と、空気からなるギャップ層Ｍ２と、を交互に３ペア積層した構造である。そして、レーザ素子ＬＢから放出されたレーザ光Ｌは、反射鏡Ｍにより反射されて基板ＳＵに対して略垂直上方に出射される。基板ＳＵには、主面が（１００）面から所定の傾斜方位を有するシリコンウェーハを用いた。そして、斜面Ｐは、このシリコンウェーハの（１１１）面により形成した。
【００８４】
図２６の反射鏡Ｍの基本構造は図２に関して前述したものと同様であるが、
波長１．５５μｍの光に対する反射率が高くなるように、半導体層Ｍ１の膜厚を約１５０ｎｍ、ギャップ層Ｍ２の膜厚を約３９０ｎｍとした。この反射鏡Ｍの反射率特性を、図２７に示す。図２７に示したように、この反射鏡Ｍは、波長１．５５ｎｍを中心として非常に広い波長範囲において高い反射率が得られる。
【００８５】
以上説明した図２６の光素子では、Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎからなる半導体層Ｍ１と、空気からなるギャップ層Ｍ２と、からなる反射鏡Ｍを用いたので、発振波長１．５５μｍのレーザ光を極めて高い反射率で反射することができる。このため、基板ＳＵに対して垂直方向に波長１．５５μｍのレーザ光を出射する光素子において、発光効率を極めて高くすることができる。
【００８６】
また、図２６の光素子の反射鏡Ｍは、図２７に示したように、反射する光の波長範囲が非常に広い。従って、レーザＬＤのマウント位置、反射鏡Ｍの各層の膜厚、レーザ光Ｌの波長、等が多少ずれても反射率がほとんど変化しない。このため、図２６の光素子では、安定した動作が得られる。
【００８７】
また、図２６の光素子の反射鏡Ｍは、図２に関して前述したように、少ない積層数で高い反射率が得られる。このため、図２６の光素子を用いることで、製造を容易にし、歩留まりを高くすることがきる。
【００８８】
以上説明した、図２６の光素子の反射鏡Ｍは、半導体層Ｍ１、ギャプ層Ｍ２の膜厚を必要に応じて調整することで、反射するレーザー光Ｌの波長を変えることができる。これにより、図２６のＩｎＧａＡｓＰ系半導体レーザＬＤの替わりに、ＩｎＧａＡｓ系レーザ、ＩｎＧａＡｌＰ系レーザ、ＧａＩｎＮＡｓ系レーザを用いることもできる。
【００８９】
また、図２６光素子の反射鏡Ｍは、半導体層Ｍ１、ギャプ層Ｍ２の膜厚を必要に応じて調整することで、異なる波長のレーザ光Ｌに対する共通の反射鏡として用いることが可能である。即ち、この反射鏡は図２７及び図１１から分かるように、高反射率で、かつ、光反射率領域が広いので、波長の異なる数種類のレーザ光Ｌに対する共通の反射鏡として用いることができる。例えば、この反射鏡を、光ディスクの信号読み取り・書き込み用の光ピックアップの一部に用いることができる。この光ピックアップでは、ＤＶＤ用のレーザと、ＣＤ用のレーザと、を併用する場合が多いが、この反射鏡を用いることで、両方のレーザ光に対して高い反射率を得ることが出来る。
【００９０】
（第４の実施例）
次に、本発明の第４の実施例として、第２の実施の形態のＤＢＲと、端面出射型の窒化物系半導体レーザと、を組み合わせた光素子について説明する。
【００９１】
図２８は、第４の実施例の光素子の概念斜視図である。サファイア基板ＳＵの上には、端面放出型の窒化物半導体レーザＬＤがマウントされている。サファイア基板ＳＵの表面には、レーザ固定層２３０を介して窒化物半導体レーザＬＤがマウントされている。そして、この窒化物半導体レーザＬＤの前面に斜面Ｐが形成され、この斜面Ｐの上に反射鏡Ｍが設けられている。この反射鏡Ｍの構造は、図６に関して前述したものと同様である。そして、窒化物半導体レーザＬＤから放出されたレーザ光Ｌは、反射鏡Ｍにより反射されて基板ＳＵに対して略垂直上方に出射される。
【００９２】
図２８の光素子では、半導体層Ｍ３と有機膜層Ｍ４とからなる反射鏡Ｍを用いたので、端面出射型の窒化物半導体レーザＬＤからのレーザ光を極めて高い反射率で反射することができる。このため、基板ＳＵに対して垂直方向にレーザ光を出射する光素子において、発光効率を高くすることができる。
【００９３】
また、図２８の光素子の反射鏡Ｍは、図１１に示したように、反射する光の波長範囲が非常に広い。従って、レーザＬＤのマウント位置、反射鏡Ｍの各層の膜厚、レーザ光Ｌの波長、等が多少ずれても反射率がほとんど変化しない。このため、図２８の光素子では、安定した動作が得られる。
【００９４】
また、図２８の光素子の反射鏡Ｍは、図１１に関して前述したように、少ない積層数で高い反射率が得られる。このため、図２８の光素子を用いることで、製造を容易にし、歩留まりを高くすることがきる。
【００９５】
次に、この製造方法について、図２９（ａ）〜（ｂ）を参照にして説明する。
【００９６】
まず、図２９（ａ）から分かるように、サファイア（０００１）基板ＳＵ上に、低温バッファ層を介して、約２μｍの厚さの第１のＧａＮ層２００を形成し、その上にＳｉＯ２パターン２１０を形成する。その後、図１９Ａに示すように、ＳｉＯ２パターン２１０の<１１−２０>方向に、ストライプ状の窓を持つパターンＴを形成する。なお、ここで、（０００１）面を主面とするＧａＮ基板を用いることもできる。
【００９７】
次に、図２９（ｂ）に示すように、上記のＳｉＯ２パターン２１０の窓Ｔを利用して、ＭＯＣＶＤ法によりＧａＮを選択成長させることにより、｛１−１０１｝ファセット面Ｐを有する第２のＧａＮ層２２０を形成する。
【００９８】
次に、露呈されたＳｉＯ２パターン２２０を除去した後、ファセット面Ｐ上に、ＡｌＧａＮ層Ｍ３と、ＧａＮ層（図示しない）と、の多層膜を形成する。そして、第２の実施例で説明した方法によりＧａＮ層を選択的にエッチングして、有機膜層Ｍ４を形成する。その後、レーザ固定層２３０を介してレーザＬＤをマウントし、図２８の光素子が得られる。
【００９９】
以上説明した図２８の光素子では、ＤＢＲの有機膜Ｍ４の材料としてフォトクロミズムを示す材料を使っても良い。その材料としては、(1)スペロベンゾピラン系高分子、(2)フルギト系分子、(3)ジアリールエテン系分子、(4)シクロファン系分子、等を用いることができる。一般に、フォトクロミズムを示す材料は、光励起状態において化学結合を組み替える性質を持つため、光を受けると、電子状態の異なる別の異性体へ変換する。このため、吸収スペクトルの異なる二つの異性体を可逆的に生成することができる。これにより、光スイッチ機能を持つ高反射率のＤＢＲを形成することができる。
【０１００】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。
【０１０１】
例えば、本実施形態の反射鏡を、ＬＥＤ（light emitting diode：発光ダイオード）の裏面側における反射ミラーとして使用できる。
【０１０２】
また、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）層とギャップ層との多層構造、またはＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）層と有機膜層との多層構造、により形成された反射鏡を、異種材料同士の接着技術により、ＩｎＧａＡｓ系レーザ、ＩｎＧａＡｓＰ系レーザ、ＩｎＧａＡｌＰ系レーザ、ＧａＡｌＮＡｓ系レーザなどの上下に接着することもできる。これにより、例えば従来良好なＤＢＲ材料のなかったＩｎＧａＡｓＰ系などにおいても面発光レーザが実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明の第１の実施の形態の光素子を示す概念図。
【図２】本発明の第１の実施の形態の光素子の反射鏡Ｍの概念斜視図。
【図３】本発明の第１の実施の形態の光素子の反射鏡Ｍの他の具体例の概念斜視図。
【図４】本発明の第１の実施の形態の光素子の反射鏡Ｍの他の具体例の概念斜視図。
【図５】本発明の第１の実施の形態の光素子の反射鏡Ｍの他の具体例の概念斜視図。
【図６】本発明の第１の実施の形態の光素子の反射鏡Ｍの反射率特性を示す図。
【図７】従来の反射鏡の反射率特性を示す図。
【図８】図２のの反射鏡Ｍの製造方法を示す概略工程断面図。
【図９】図４または図５の反射鏡Ｍの製造方法を示す概略工程断面図。
【図１０】本発明の第２の実施の形態の光素子の反射鏡Ｍの概念斜視図。
【図１１】本発明の第２の実施の形態の反射鏡Ｍの反射率特性、および従来の反射鏡の反射率特性、を示す図。
【図１２】本発明の第１の実施例の窒化物半導体面発光レーザの概念斜視図。
【図１３】本発明の第１の実施例の窒化物半導体面発光型レーザの製造方法を示す概念斜視図。
【図１４】本発明の第１の実施例の窒化物半導体面発光型レーザの製造方法を示す概念斜視図で、図１３に続く図。
【図１５】本発明の第１の実施例の窒化物半導体面発光型レーザの製造方法を示す概念斜視図で、図１４に続く図。
【図１６】本発明の第１の実施例の窒化物半導体面発光型レーザの製造方法を示す概念斜視図で、図１５に続く図。
【図１７】本発明の第１の実施例の窒化物半導体面発光型レーザの製造方法を示す概念斜視図で、図１６に続く図。
【図１８】本発明の第２の実施例の窒化物半導体面発光レーザの概念断面図。
【図１９】本発明の第２の実施例の窒化物半導体面発光型レーザの製造方法を示す概念斜視図。
【図２０】本発明の第２の実施例の窒化物半導体面発光型レーザの製造方法を示す概念斜視図で、図１９に続く図。
【図２１】本発明の第２の実施例の窒化物半導体面発光型レーザの製造方法を示す概念斜視図で、図２０に続く図。
【図２２】本発明の第２の実施例の窒化物半導体面発光型レーザの製造方法を示す概念斜視図で、図２１に続く図。
【図２３】本発明の第２の実施例の窒化物半導体面発光型レーザの製造方法を示す概念斜視図で、図２２に続く図。
【図２４】本発明の第２の実施例の窒化物半導体面発光型レーザの製造方法を示す概念斜視図で、図２３に続く図。
【図２５】本発明の第２の実施例の窒化物半導体面発光型レーザの製造方法を示す概念斜視図で、図２４に続く図。
【図２６】本発明の第３の実施例の光素子の概念断面図。
【図２７】本発明の第３の実施例の光素子の反射鏡Ｍの反射率特性を示す図。
【図２８】本発明の第４の実施例の光素子の概念斜視図。
【図２９】本発明の第４の実施例の光素子の製造方法を示す概念斜視図。
【符号の説明】
【０１０４】
ＯＤ  光素子
Ｍ    分布ブラック反射鏡
Ｍ１  半導体層
Ｍ２  ギャップ層
Ｓ    支持部
Ｅ    エッチング層
Ｍ３  半導体層
Ｍ４  有機膜層
ＭＬ  反射鏡
１６  Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎからなる半導体層
２０  空気からなるギャップ層
３０  活性層
４２  Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎからなる半導体層
４４  空気からなるギャップ層
１１７  下側ＤＢＲ
１３０  活性層
１４１  上側ＤＢＲ
１４２  Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎからなる半導体層
１４４  ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）からなる有機膜層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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