(57)【要約】【課題】放熱性を向上することができる反射鏡、面発光レーザ、反射鏡の製造方法及び面発光レーザの製造方法を提供する。【解決手段】反射鏡１００は、第１の平均屈折率を有する低屈折率層１０２と、第１の平均屈折率よりも高い第２の平均屈折率を有する高屈折率層１０３とを備える。低屈折率層１０２はＡｌＮ層１０２ａとＧａＮ層１０２ｂとが交互に積層された積層構造を有し、高屈折率層１０３はＩｎＧａＮ層を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の平均屈折率を有する低屈折率層と、前記第１の平均屈折率よりも高い第２の平均屈折率を有する高屈折率層とを備え、
前記低屈折率層はＡｌＮ層とＧａＮ層とが交互に積層された積層構造を有し、前記高屈折率層はＩｎＧａＮ層を有することを特徴とする反射鏡。
【請求項２】
前記高屈折率層の光学膜厚と前記低屈折率層の光学膜厚とが互いに相違していることを特徴とする請求項１に記載の反射鏡。
【請求項３】
前記高屈折率層の光学膜厚が前記低屈折率層の光学膜厚より大きいことを特徴とする請求項２に記載の反射鏡。
【請求項４】
前記高屈折率層は、前記ＩｎＧａＮ層とＧａＮ層とが交互に積層された積層構造を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の反射鏡。
【請求項５】
前記ＩｎＧａＮ層のＩｎ組成が０．０２以上０．２０未満であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の反射鏡。
【請求項６】
前記低屈折率層中の前記高屈折率層に隣接するＧａＮ層が、前記低屈折率層中の２つの前記ＡｌＮ層の間に位置するＧａＮ層より厚いことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の反射鏡。
【請求項７】
前記低屈折率層及び前記高屈折率層はアンドープであり、
前記低屈折率層と前記高屈折率層との界面に含まれる不純物の濃度が１×１０１７ｃｍ−３以下であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の反射鏡。
【請求項８】
前記低屈折率層及び前記高屈折率層に不純物がドーピングされており、
前記低屈折率層と前記高屈折率層との界面に含まれる不純物の濃度が１×１０２０ｃｍ−３以下であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の反射鏡。
【請求項９】
活性層と、
前記活性層を挟んで設けられた第１の反射鏡及び第２の反射鏡と、
を有し、
前記第１の反射鏡は、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の反射鏡を有することを特徴とする面発光レーザ。
【請求項１０】
前記活性層と前記第１の反射鏡の間に配置された第１の半導体層と、
前記活性層と前記第２の反射鏡の間に配置された第２の半導体層と、
をさらに有し、
前記第１の反射鏡は導電性の基板上に形成され、
少なくとも前記第２の半導体層及び前記活性層の積層体はメサ構造を有し、
少なくとも前記第１の反射鏡に開口部が形成され、
前記開口部内に前記基板と前記第１の半導体層とを電気的に接続する導電部を有することを特徴とする請求項９に記載の面発光レーザ。
【請求項１１】
前記第１の半導体層の膜厚が１μｍ以上であることを特徴とする請求項１０に記載の面発光レーザ。
【請求項１２】
前記メサ構造を複数備える、請求項１０又は１１に記載の面発光レーザ。
【請求項１３】
前記開口部は、各々の前記メサ構造の周囲に設けられていることを特徴とする請求項１２に記載の面発光レーザ。
【請求項１４】
前記開口部は、前記メサ構造ごとに当該メサ構造を取り囲むように複数設けられ、かつ複数の前記メサ構造で共有されていることを特徴とする請求項１２に記載の面発光レーザ。
【請求項１５】
前記メサ構造の配列が格子を構成し、
前記開口部は、前記格子の最近接の２つの格子点の重心の位置に設けられていることを特徴とする請求項１４に記載の面発光レーザ。
【請求項１６】
前記第２の反射鏡は、第２の低屈折率層と前記第２の低屈折率層よりも屈折率が高い第２の高屈折率層とが交互に積層された第２の積層構造を有し、
前記第２の高屈折率層の光学膜厚と前記第２の低屈折率層の光学膜厚とが互いに相違していることを特徴とする請求項９乃至１５のいずれか１項に記載の面発光レーザ。
【請求項１７】
前記第２の反射鏡は、前記第２の積層構造を複数有し、
複数の前記第２の積層構造の間で、前記第２の低屈折率層及び前記第２の高屈折率層の組み合わせの材料が相違していることを特徴とする請求項１６に記載の面発光レーザ。
【請求項１８】
請求項９乃至１７のいずれか１項に記載の面発光レーザと、
前記面発光レーザから出射された光を調整する光学素子と、
を備えることを特徴とする光源装置。
【請求項１９】
基板上に平均屈折率が相対的に低い低屈折率層と平均屈折率が相対的に高い高屈折率層を有する反射鏡を製造する方法であって、
ＡｌＮ層とＧａＮ層とが交互に積層された積層構造を有する低屈折率層を形成する工程と、
ＩｎＧａＮ層を有する高屈折率層を形成する工程と、
を有し、
前記低屈折率層を形成する工程において、当該低屈折率層の少なくとも最初の１層を形成する際のガス雰囲気を、直近に形成した前記高屈折率層を形成する際のガス雰囲気と同一とすることを特徴とする反射鏡の製造方法。
【請求項２０】
導電性を備え、ＧａＮを含む基板上に、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導電型の第１の半導体層を形成する工程と、
前記第１の半導体層上に活性層を形成する工程と、
前記活性層上に第２導電型の第２の半導体層を形成する工程と、
少なくとも前記第２の半導体層及び前記活性層の積層体をエッチングしてメサ構造を形成する工程と、
前記第１の半導体層及び前記第１の反射鏡をエッチングして開口部を形成する工程と、
前記開口部内に前記基板と前記第１の半導体層とを電気的に接続する導電部を形成する工程と、
を有し、
前記第１の反射鏡を形成する工程は、請求項１９に記載の反射鏡の製造方法を含むことを特徴とする面発光レーザの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射鏡、面発光レーザ、反射鏡の製造方法及び面発光レーザの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
垂直共振器型の面発光レーザ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER：ＶＣＳＥＬ）は一対の反射鏡で薄い活性層を挟み、基板に垂直な方向に共振器を形成したレーザである。そのため、面発光レーザの共振器を形成する反射鏡（distributed Bragg reflector：ＤＢＲ）には、９９％以上の反射率が求められることがある。
【０００３】
反射鏡の構成に関し、ＩｎＧａＮ及びＡｌＧａＮが周期的に積層されたＤＢＲが提案されている（特許文献１）。
【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、上記のＩｎＧａＮ及びＡｌＧａＮが周期的に積層されたＤＢＲには、放熱性が低いという問題点がある。
【０００５】
本発明は、放熱性を向上することができる反射鏡、面発光レーザ、反射鏡の製造方法及び面発光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】
反射鏡の一態様は、第１の平均屈折率を有する低屈折率層と、前記第１の平均屈折率よりも高い第２の平均屈折率を有する高屈折率層とを備え、前記低屈折率層はＡｌＮ層とＧａＮ層とが交互に積層された積層構造を有し、前記高屈折率層はＩｎＧａＮ層を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
開示の技術によれば、放熱性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係る反射鏡を示す断面図である。
【図２】第２の実施形態に係る面発光レーザを示す断面図である。
【図３Ａ】第２の実施形態に係る面発光レーザの製造方法を示す断面図（その１）である。
【図３Ｂ】第２の実施形態に係る面発光レーザの製造方法を示す断面図（その２）である。
【図３Ｃ】第２の実施形態に係る面発光レーザの製造方法を示す断面図（その３）である。
【図４】第３の実施形態に係る２次元アレイ光源を示す断面図である。
【図５Ａ】２次元アレイ光源のレイアウトの例（その１）を示す図である。
【図５Ｂ】２次元アレイ光源のレイアウトの例（その２）を示す図である。
【図５Ｃ】２次元アレイ光源のレイアウトの例（その３）を示す図である。
【図５Ｄ】２次元アレイ光源のレイアウトの例（その４）を示す図である。
【図６】第４の実施形態に係る反射鏡を示す断面図である。
【図７】第５の実施形態に係る面発光レーザを示す断面図である。
【図８】第６の実施形態に係る面発光レーザを示す断面図である。
【図９Ａ】第７の実施形態に係る２次元アレイ光源を示す断面図である。
【図９Ｂ】第７の実施形態に係る２次元アレイ光源のレイアウトを示す図である。
【図１０Ａ】第８の実施形態に係る２次元アレイ光源を示す断面図である。
【図１０Ｂ】第８の実施形態に係る２次元アレイ光源のレイアウトを示す図である。
【図１１Ａ】第９の実施形態に係る２次元アレイ光源を示す断面図である。
【図１１Ｂ】第９の実施形態に係る２次元アレイ光源のレイアウトを示す図である。
【図１２】第１０の実施形態に係る投影装置のレイアウトを示す図である。
【図１３Ａ】第１１の実施形態に係る投光装置のレイアウトを示す図である。
【図１３Ｂ】第１１の実施形態に係る投光装置の光源のレイアウトを示す図である。
【図１４】第１２の実施形態に係る投影装置のレイアウトを示す図である。
【図１５】第１のスペーサ層の厚さと電極間の抵抗との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本開示の実施形態について添付の図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省くことがある。
【００１０】
（第１の実施形態）
先ず、第１の実施形態について説明する。第１の実施形態は反射鏡に関する。図１は、第１の実施形態に係る反射鏡を示す断面図である。
【００１１】
図１に示すように、第１の実施形態に係る反射鏡１００では、ＡｌＮ層１０２ａとＧａＮ層１０２ｂとが交互に積層された積層構造を有する低屈折率層１０２と、ＩｎＧａＮ層を有する高屈折率層１０３とが交互に積層されている。低屈折率層１０２の平均屈折率（第１の平均屈折率の一例）は、高屈折率層１０３の平均屈折率（第２の平均屈折率の一例）よりも小さい。低屈折率層１０２の平均屈折率とは、当該低屈折率層１０２に含まれる層毎の光学膜厚と屈折率との積の総和を当該低屈折率層１０２の総光学膜厚で除して得られる値である。同様に、高屈折率層１０３の平均屈折率とは、当該高屈折率層１０３に含まれる層毎の光学膜厚と屈折率との積の総和を当該高屈折率層１０３の総光学膜厚で除して得られる値である。高屈折率層１０３はＩｎＧａＮ層のみから構成されていてもよく、その場合の高屈折率層１０３の平均屈折率は当該ＩｎＧａＮ層の屈折率そのものである。
【００１２】
反射鏡１００は、例えばＧａＮを含む基板１０１上に設けられて使用される。例えば、基板１０１の材料はＧａＮの格子定数を有し、基板１０１としてＧａＮ基板又はＧａＮ層を異種基板上に成長したＧａＮテンプレートを用いることができる。異種基板としては、例えば、サファイア基板、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ基板、ＳｉＣ基板等を用いることができる。
【００１３】
反射鏡１００によれば、適切な低屈折率層１０２及び高屈折率層１０３の組み合わせにより、極めて高い反射率、例えば９９．９％以上の反射率を実現することができる。また、ＡｌＮ層１０２ａとＧａＮ層１０２ｂの熱伝導率がＡｌＧａＮの熱伝導率よりも高いため、放熱性を向上することができる。
【００１４】
低屈折率層１０２及び高屈折率層１０３はアンドープの半導体層であってもよく、低屈折率層１０２及び高屈折率層１０３に不純物がドーピングされていてもよい。ここでいうアンドープとは不純物を意図的なドーピングをせず、結晶中の残留不純物濃度が１×１０１７ｃｍ−３以下であることをいう。
【００１５】
なお、低屈折率層１０２には、ＡｌＮ層１０２ａのＡｌＮと基板１０１に含まれるＧａＮとの間の格子不整合による引張歪が生じる。その一方で、高屈折率層１０３には、高屈折率層１０３のＩｎＧａＮと基板１０１に含まれるＧａＮとの間の格子不整合による圧縮歪が生じる。従って、低屈折率層１０２に生じる変形量と高屈折率層１０３に生じる変形量との差が大きい場合、これらの界面にクラックやピットが発生して反射率が低下することがある。このようなクラックやピットを抑制するために、ＡｌＮ層１０２ａに生じる歪とＡｌＮ層１０２ａの総膜厚との積ＰＡｌＮと、ＩｎＧａＮ層に生じる歪とＩｎＧａＮ層の総膜厚との積ＰＩｎＧａＮとの差が小さいことが好ましい。例えば、積ＰＡｌＮが積ＰＩｎＧａＮの０．８〜１．２倍であることが好ましく、０．９〜１．１倍であることがより好ましく、１．０倍であることが更に好ましい。なお、歪εの定義は次の式で表される。分母は、基板のａ軸格子定数（ａＳ）、ここではＧａＮのａ軸格子定数であり、分子は変形量（Δａ）、ここではＩｎＧａＮやＡｌＮのａ軸格子定数（ａｅ）からＧａＮのａ軸格子定数（ａＳ）を引いた値である。
【００１６】
ε＝Δａ／ａＳ＝（ａｅ−ａＳ）／ａＳ
【００１７】
反射鏡１００の反射波長をλとしたとき、低屈折率層１０２及び高屈折率層１０３の光学膜厚は、例えばλ／４である。低屈折率層１０２及び高屈折率層１０３の光学膜厚の和がλ／２であれば、低屈折率層１０２の光学膜厚と高屈折率層１０３の光学膜厚とが互いに相違していてもよい。例えば、高屈折率層１０３の光学膜厚がλ／４より大きく、低屈折率層１０２の光学膜厚がλ／４より小さくてもよい。低屈折率層１０２の光学膜厚が小さいほど、低屈折率層１０２中のＡｌＮ層１０２ａの総膜厚が大きく、ＧａＮ層１０２ｂの総膜厚が小さく、低屈折率層１０２の屈折率が低く、低屈折率層１０２と高屈折率層１０３との間の実効的な屈折率差が大きい。このため、高屈折率層１０３の光学膜厚をλ／４より大きく、低屈折率層１０２の光学膜厚をλ／４より小さくすることで、積ＰＡｌＮとの積ＰＩｎＧａＮとの差を小さくしながら、実効的な屈折率差を大きくすることができる。
【００１８】
ＧａＮ基板上に反射鏡１００を成長させる場合にＡｌＮ層１０２ａの膜厚を２０ｎｍ超とすると、ＧａＮとの格子歪によってミスフィット転位が発生したり、歪の蓄積による表面荒れが生じたりして、反射率が低下することがある。従って、ＡｌＮ層１０２ａの膜厚は２０ｎｍ以下であることが好ましく、１５ｎｍ以下であることがより好ましく、１０ｎｍ以下であることが更に好ましい。各ＡｌＮ層１０２ａの膜厚が小さくても、低屈折率層１０２中に２以上のＡｌＮ層１０２ａを含ませることで、低屈折率層１０２中のＡｌＮ層１０２ａの総膜厚を大きくすることができる。その一方で、ＡｌＮ層１０２ａの膜厚が５ｎｍ未満であると、十分な平坦性が得られないことがある。従って、ＡｌＮ層１０２ａの膜厚は５ｎｍ以上であることが好ましい。
【００１９】
低屈折率層１０２中において、高屈折率層１０３と隣接する層はＡｌＮ層１０２ａではなくＧａＮ層１０２ｂであることが好ましい。これは、ＧａＮ層１０２ｂがＡｌＮとＩｎＧａＮとの間のバッファとして機能し、良好な結晶品質が得やすいからである。
【００２０】
低屈折率層１０２中の高屈折率層１０３に隣接する層がＧａＮ層１０２ｂであり、低屈折率層１０２中において、２つのＡｌＮ層１０２ａの間に位置するＧａＮ層１０２ｂより、高屈折率層１０３とＡｌＮ層１０２ａとの間に位置するＧａＮ層１０２ｂが厚いことがより好ましい。これは、実効的な屈折率差をより大きくすることができるからである。また、ＧａＮ層１０２ｂの膜厚に関しては、歪が圧縮歪から引張歪に、又は引張歪から圧縮歪に変わる高屈折率層１０３と低屈折率層１０２の界面に位置するＧａＮ層１０２ｂの膜厚を５ｎｍ以上とすることが好ましい。これは、結晶品質を大きく損なわずに反射鏡を形成することができるからである。このように、高屈折率層１０３に隣接するＧａＮ層１０２ｂの膜厚を５ｎｍ以上とし、ＡｌＮ層１０２ａに挟まれたＧａＮ層１０２ｂの膜厚を５ｎｍ以下として低屈折率層１０２の中央側にＡｌＮ層１０２ａを寄せることで、実効的な屈折率を極めて大きくすることができる。
【００２１】
ただし、低屈折率層１０２のＧａＮ層１０２ｂの膜厚は上記に限定されず、すべてのＧａＮ層１０２ｂの膜厚を５ｎｍ以上としてもよい。この場合、十分な平坦性を得ることができる。
【００２２】
高屈折率層１０３に含まれるＩｎＧａＮ層のＩｎ組成が０．２０超であると、十分な熱伝導性が得られないことがある。従って、熱伝導性の観点から、ＩｎＧａＮ層のＩｎ組成は０．２０未満であることが好ましく、０．１０未満であることがより好ましい。一方、ＩｎＧａＮ層のＩｎ組成が０．０２未満であると、ＩｎＧａＮ層に生じる圧縮歪が小さくなり、ＡｌＮ層１０２ａの歪を十分に補償できないことがある。従って、歪の観点から、ＩｎＧａＮ層のＩｎ組成は０．０２以上であることが好ましく、０．０３以上であることがより好ましい。
【００２３】
高屈折率層１０３が、ＩｎＧａＮ層とＧａＮ層とが交互に積層された積層構造を有していてもよい。高屈折率層１０３がＧａＮ層を含むことで、より優れた放熱性を得ることができる。この場合、高屈折率層１０３の全体で、熱伝導性及び歪の観点から、Ｉｎ組成が０．０２以上０．２０未満であることが好ましく、０．０３以上０．１０未満であることがより好ましい。
【００２４】
次に、第１の実施形態に係る反射鏡１００の製造方法について説明する。この製造方法では、基板１０１上に低屈折率層１０２及び高屈折率層１０３を交互にエピタキシャル成長させる。エピタキシャル成長の方法としては、有機金属気相成長（metal organic chemical vapor deposition：ＭＯＣＶＤ）法、分子ビーム法（molecular beam epitaxy：ＭＢＥ）法、プラズマ堆積（plasma chemical vapor deposition：ＰＣＶＤ）法、ハイドライド気相成長（hydride vapor phase epitaxy：ＨＶＰＥ）法などが挙げられる。
【００２５】
ここでは、ＭＯＣＶＤ法について説明する。使用原料は、ＩＩＩ族原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）などである。窒素原料はアンモニア（ＮＨ３）などである。導電性制御用不純物に関し、ドナー不純物として、Ｓｉ源のシランやジシラン、Ｇｅ源のモノゲルマンなどを用いることができ、アクセプター不純物として、Ｍｇ源のシクロペンタジエニルマグネシウムなどを用いることができる。各層の成長は、ＮＨ３を供給したまま、ＩＩＩ族原料や不純物原料のバルブを開／閉することで制御する。
【００２６】
先ず、基板を製造装置の反応炉内へセットする。窒素及びＮＨ３を反応炉内に供給して、基板を８００〜１０００℃程度に昇温する。その後、ＩＩＩ族原料を供給して低屈折率層１０２及び高屈折率層１０３を交互に成長させる。
【００２７】
このようにして、反射鏡１００を製造することができる。
【００２８】
なお、ＡｌＮ層の歪と総膜厚との積ＰＡｌＮ、及びＩｎＧａＮ層の歪と総膜厚との積ＰＩｎＧａＮは、例えばこれらの膜厚で調整することができる。
【００２９】
後述の第５の実施形態のように、基板上に導電性を備えたバッファ層を形成した後に、バッファ層上に低屈折率層１０２及び高屈折率層１０３を交互に成長させてもよい。バッファ層を形成することでより優れた結晶品質を得ることができる。この場合、バッファ層が形成された基板を、導電性を備えた一つの基板とみなすことができる。
【００３０】
低屈折率層１０２及び高屈折率層１０３の成長温度は一定に保つことが好ましい。低屈折率層１０２と高屈折率層１０３との成長温度を変化させた場合、温度の切り替え後に温度が安定するまでの間、次の成長を行うことができず、生産性が下がる。特に、ＩｎＧａＮ層のＩｎ組成は温度の影響を受けやすい。温度の安定のための時間は、例えば数分〜数十分程度である。更に、成長を中断している期間中に、反応炉や基板を設置するトレイなどに用いられる石英部材からＳｉが脱離したり、導電性を持たせるために低屈折率層１０２や高屈折率層１０３に不純物をドーピングしている場合にドーピングした不純物が表面に濃縮したりすることがある。不純物の濃縮は、低屈折率層１０２と高屈折率層１０３との間の界面に欠陥を引き起こすことがあり、結晶性の低下及び反射率の低下につながりかねない。これらのことから、低屈折率層１０２及び高屈折率層１０３の成長温度は一定に保つことが好ましい。
【００３１】
また、低屈折率層１０２及び高屈折率層１０３の成長温度は７００℃以上１０００℃未満とすることが好ましい。成長温度が７００℃未満であると、優れた結晶性が得られないことがある。一方、成長温度が１０００℃以上であると、ＩｎＧａＮ層にＩｎが取り込まれにくく、ＩｎＧａＮ層の形成が困難になることがある。従って、低屈折率層１０２及び高屈折率層１０３の成長温度は７００℃以上１０００℃未満とすることが好ましい。更に、ＧａＮ層を９００℃前後の温度で成長させると、優れた平坦性を得やすい。従って、低屈折率層１０２及び高屈折率層１０３の成長温度は８００℃以上９５０℃未満とすることがより好ましい。
【００３２】
ＩｎＧａＮ層は窒素雰囲気中で成長させる。水素雰囲気中でＩｎＧａＮ層を行おうとしても、層中にＩｎを全く取り込めない。ＡｌＮ層及びＧａＮ層は窒素雰囲気又は水素雰囲気のどちらの雰囲気中で成長させてもよいが、窒素雰囲気中で成長させることが好ましい。ＡｌＮ層及びＧａＮ層を水素雰囲気中で成長させた場合、ＩｎＧａＮ層を成長させるための窒素雰囲気から水素雰囲気に切り替えた時に、ＩｎＧａＮ層の表面からＩｎが離脱するおそれがある。低屈折率層１０２を成長させる際に、最初のＡｌＮ層１０２ａ及びＧａＮ層１０２ｂの一組を窒素雰囲気中で成長させ、残りを水素雰囲気中で成長させてもよい。
【００３３】
低屈折率層１０２及び高屈折率層１０３を成長させる際のＶ／ＩＩＩ比は１０００以上とすることが好ましい。ＧａＮ層及びＩｎＧａＮ層からの窒素の脱離を抑え、優れた結晶品質を得るためである。１０００以上のＶ／ＩＩＩ比でＡｌＮ層を成長させると、気相中での原料の不可逆反応によって基板表面へのＡｌの供給量が低下し、成長速度が若干低下するが、ＧａＮ層及びＩｎＧａＮ層を高速で成長できるため、反射鏡１００全体では良好な生産性が得られる。
【００３４】
また、ＡｌＮ層の結晶品質は、ＧａＮ層やＩｎＧａＮ層よりもＶ／ＩＩＩ比の影響を受けにくい。更に、ＮＨ３の供給量の変更に追従するのに必要な時間は数秒程度であり、これはマスフローコントローラの応答時間と同程度である。そこで、ＡｌＮ層の成長時のＶ／ＩＩＩ比をＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層の成長時よりも低くしてもよい。ＡｌＮ層の成長時のＶ／ＩＩＩ比を低くすることで、寄生反応を抑制して成長速度を向上させ、より生産性を高めることができる。ガス供給量の変更による成長中断は短時間であるため、反射鏡１００の各層の界面への不純物の混入も抑制できる。ＡｌＮ層を成長させる際のＶ／ＩＩＩ比は１０以上１０００未満とすることが好ましい。
【００３５】
特に、低屈折率層１０２及び高屈折率層１０３に１×１０１８ｃｍ−３程度の不純物をドーピングする場合は界面の不純物濃度を１×１０２１ｃｍ−３以下に抑制することができ、アンドープの場合は１×１０１７ｃｍ−３以下に抑制することができる。ここでいうアンドープとは不純物を意図的なドーピングをせず、結晶中の残留不純物濃度が１×１０１７ｃｍ−３以下であることをいう。
【００３６】
このような方法によれば、ガス条件にもよるが低屈折率層１０２及び高屈折率層１０３の１ペア（１周期）は５分前後で成長することができ、約４時間〜５時間で５０〜６０周期の低屈折率層１０２及び高屈折率層１０３を含む反射鏡１００を製造することができる。
【００３７】
なお、低屈折率層にＡｌＧａＮ層を用いる場合、上記の放熱性の問題点に加えて、下記のように製造プロセスに関する問題点もある。
【００３８】
第一に、ＡｌＧａＮ層のＡｌ原料として用いられるＴＭＡは、窒素原料として用いられるＮＨ３と気相中で成長に寄与しない不可逆の寄生反応を起こすことがある。ＡｌＧａＮ層は、窒素の脱離を抑えて良好な結晶品質を得るために、１０００〜１００００程度の高Ｖ／ＩＩＩ比で成長することが好ましいが、このような高Ｖ／ＩＩＩ比で寄生反応が顕著になりやすく、固相でのＡｌ組成の低下や成長速度の低下が生じることがある。また、ＡｌＧａＮ層は、ＧａＮ層にＡｌが取り込まれながら成長していくところ、寄生反応を抑制しやすい条件を採用すると、例えばＶ／ＩＩＩ比を下げると、窒素脱離などが生じて欠陥が発生し、結晶品質が低下しやすい。
【００３９】
第二に、高屈折率層に用いられるＩｎＧａＮ層の特に好ましい成長温度が７００〜９００℃程度であるのに対し、ＡｌＧａＮ層の好ましい成長温度は１０００〜１１００℃程度である。ＩｎＧａＮ層及びＡｌＧａＮ層を異なる温度で成長させる場合、ＡｌＧａＮ層の成長温度によっては、ＩｎＧａＮ層の形成後の昇温中にＩｎＧａＮ層に熱分解が生じ得る。また、昇降温後に反応炉の温度が安定するまでに数分〜数十分の成長中断が必要となり、特にＩｎＧａＮ層のＩｎ組成が反応炉の温度に敏感なため、降温後の温度の安定化に少なくとも１０分間以上の時間を要する。成長中断は、生産性の低下と共に、ＡｌＧａＮ層とＩｎＧａＮ層との界面への不純物の混入を招くことがある。
【００４０】
成長温度を異ならせる場合に、昇温に要する時間及びその後の安定に要する時間の合計が５分間、降温に要する時間及びその後の安定に要する時間の合計が１５分間と見積もると、上記の本実施形態の製造方法と比較して、約１７〜２０時間も時間がかかると計算される。
【００４１】
ＩｎＧａＮ層及びＡｌＧａＮ層を一定温度で成長させる場合、ＩｎＧａＮ層の熱分解を抑制する観点から、ＩｎＧａＮ層に適した温度で成長させることとなる。この場合、１０００〜１１００℃の成長温度と比べてＮＨ３の分解効率が低下し、実効的なＶ／ＩＩＩ比が下がるため、ＡｌＧａＮ層中に欠陥が発生しやすい。ＮＨ３供給量を増加してＶ／ＩＩＩ比を高めると、上記のように、寄生反応が生じやすく、高反射率に好適なＡｌ組成が高いＡｌＧａＮ層の成長が困難になる。
【００４２】
反射鏡にＡｌＩｎＮ層を含ませることも考えられるが、ＡｌＩｎＮ層にもＡｌＧａＮ層と同様の製造プロセスに関する問題点がある。
【００４３】
ここで、第１の実施形態の具体例について説明する。
【００４４】
この具体例は、反射波長λが４０５ｎｍの用途を前提とする。低屈折率層１０２は２層のＡｌＮ層１０２ａ及び３層のＧａＮ層１０２ｂから構成され、ＡｌＮ層１０２ａ及びＧａＮ層１０２ｂの膜厚はいずれも６ｎｍである。高屈折率層１０３は膜厚が５０ｎｍのＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層から構成される。そして、ＧａＮの基板１０１上に低屈折率層１０２及び高屈折率層１０３が交互に合計で４６周期積層されている。反射波長λが４０５ｎｍの場合、ＧａＮの屈折率は２．５４、ＡｌＮの屈折率は２．１２、Ｉｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎの屈折率は２．６１である。従って、低屈折率層１０２の光学膜厚は７１．１６ｎｍ、高屈折率層１０３の光学膜厚は１３０．５ｎｍであり、低屈折率層１０２の光学膜厚はλ／４（＝１０１．２５ｎｍ）から約３０％薄く、高屈折率層１０３の光学膜厚はλ／４から約３０％厚い。この場合、ＡｌＮ層１０２ａの歪と膜厚との積ＰＡｌＮは、ＩｎＧａＮ層（高屈折率層１０３）の歪と膜厚との積ＰＩｎＧａＮの１．０６倍になり、ＡｌＮ層１０２ａの変形量とＩｎＧａＮ層（高屈折率層１０３）の変形量が互いにほぼ等しくなる。
【００４５】
この具体例の反射鏡の製造に際しては、先ず、ＧａＮの基板１０１をＭＯＣＶＤ装置の反応炉にセットし加熱する。基板１０１の温度を８５０℃まで加熱し、低屈折率層１０２として厚さが６ｎｍのＡｌＮ層１０２ａ及び厚さが６ｎｍのＧａＮ層１０２ｂの積層構造を成長させる。このとき、ＧａＮ層１０２ｂから先に成長させ、合計で２．５周期成長させる。ＡｌＮ層１０２ａのガス条件は、窒素雰囲気、ＴＭＡ供給量を８０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３供給量を４０ｍｍｏｌ／ｍｉｎでＶ／ＩＩＩ比を５００とする。ＧａＮ層１０２ｂのガス条件は、窒素雰囲気、ＴＭＧ供給量を１００μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３供給量を２００ｍｍｏｌ／ｍｉｎでＶ／ＩＩＩ比を２０００とする。ＧａＮ層１０２ｂの成長とＡｌＮ層１０２ａの成長との間で、ＮＨ３供給量を変更しているため、ＮＨ３のガス供給量の安定待ち時間として５秒の成長中断を設ける。
【００４６】
低屈折率層１０２の成長後には、基板１０１の温度を８５０℃に保持したまま、高屈折率層１０３として厚さが５０ｎｍのＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層を成長させる。ＩｎＧａＮ層のガス条件は、窒素雰囲気、ＴＭＧ供給量を１００μｍｏｌ／ｍｉ、ＴＭＩ供給量を７０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３供給量を２００ｍｍｏｌ／ｍｉｎでＶ／ＩＩＩ比を１１７６とする。ＴＭＧ、ＮＨ３の供給量は、直前のＧａＮの成長時と同じであるため、成長中断は設けず継続して成長させる。
【００４７】
以降は、ＡｌＮ層１０２ａ及びＧａＮ層１０２ｂの積層構造の成長とＩｎＧａＮ層の成長とを交互に合計で４６回繰り返す。
【００４８】
このようにして、反射率が９９．９％、反射波長が４０５ｎｍの反射鏡１００が得られる。
【００４９】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、面発光レーザに関する。図２は、第２の実施形態に係る面発光レーザを示す断面図である。
【００５０】
図２に示すように、第２の実施形態に係る面発光レーザ２００は、導電性を備え、ＧａＮを含む基板２０１と、基板１０１上の第１の反射鏡２０４と、第１の反射鏡２０４上の第１導電型の第１のスペーサ層（第１の半導体層）２０５と、を有する。面発光レーザ２００は、更に、第１のスペーサ層２０５上の活性層２０６と、活性層２０６上の第２導電型の第２のスペーサ層（第２の半導体層）２０７と、第２のスペーサ層２０７上の第２の反射鏡２０８と、を有する。第１の反射鏡２０４は、第１の実施形態に係る反射鏡１００を有する。活性層２０６及び第２のスペーサ層２０７の積層体はメサ構造２１１を有する。第１の反射鏡２０４及び第１のスペーサ層２０５に開口部２０９が形成され、開口部２０９内に導電部２１０が設けられている。すなわち、面発光レーザ２００は、開口部２０９内に基板２０１と第１のスペーサ層２０５とを電気的に接続する導電部２１０を有する。面発光レーザ２００は、更に、第２のスペーサ層２０７の表面上の上部電極２１２と、基板２０１の裏面上の下部電極２１３と、を有する。
【００５１】
基板２０１は、例えばＧａＮ基板である。第１のスペーサ層２０５は第１導電型の半導体層、例えばＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層又はＩｎＧａＮ層である。第１導電型はｎ型又はｐ型のいずれでもよいが、抵抗率の観点から、ｎ型であることが好ましい。例えば、ｎ型半導体層は不純物としてＳｉ、Ｇｅなどを含み、ｐ型半導体層はＭｇなどを含む。
【００５２】
活性層２０６は、例えば、ＩｎＧａＮ／ＧａＮやＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮなどの多重量子井戸構造を有する。このような多重量子井戸構造は、第１のスペーサ層２０５や第２のスペーサ層２０７から注入されたキャリアを効率よく閉じ込め、優れた発光効率を得るのに好適である。
【００５３】
第２のスペーサ層２０７は第２導電型の半導体層、例えばＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層又はＩｎＧａＮ層である。第１導電型がｎ型であれば、第２導電型はｐ型であり、第１導電型がｐ型であれば、第２導電型はｎ型である。例えば、ｐ型半導体層はＭｇなどを含み、ｎ型半導体層は不純物としてＳｉ、Ｇｅなどを含む。
【００５４】
活性層２０６及び第２のスペーサ層２０７の積層体はメサ構造２１１を有する。素子分離のためである。
【００５５】
導電部２１０の材料は、例えば、導電性の半導体又は金属である。導電性の半導体が用いられる場合、導電部２１０の導電型は第１のスペーサ層２０５の導電型と同一であり、その材料は、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ又はＩｎＧａＮである。金属が用いられる場合、基板２０１や第１のスペーサ層２０５とオーミック接触が形成できる材料が用いられ、例えば、Ｔｉ／Ａｌ、Ｃｒ／Ａｕなどが挙げられる。基板２０１と導電部２１０とが物理的に直接接している必要はなく、これらの間に不純物を１×１０１８ｃｍ−３以上ドーピングしたバッファ層（第３の半導体層）が設けられていてもよい。このようなバッファ層は、基板２０１と導電部２１０との間の接触抵抗の低減に寄与する。バッファ層が形成された基板２０１を、導電層を備えた一つの基板とみなすことができる。
【００５６】
第２の反射鏡２０８は、例えば、半導体若しくは誘電体又はこれらの組み合わせを用いた多層膜反射鏡である。第２の反射鏡２０８に反射鏡１００が用いられてもよい。反射鏡１００が用いられる場合、活性層２０６で発生した熱を第２の反射鏡２０８からも高効率で放出することができる。第２の反射鏡２０８が、ＡｌＩｎＮ層とＧａＮ層とが交互に積層された積層構造を有していてもよい。第２の反射鏡２０８が、他の半導体材料を用いた多層膜反射鏡であってもよい。誘電体としては、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５などが挙げられる。
【００５７】
第２の反射鏡２０８の反射率は、次のようにして調整することができる。例えば、第２の反射鏡２０８を構成する低屈折率層及び高屈折率層の膜厚を適切に決定することで反射率を調整することができる。例えば、Ｔａ２Ｏ５層及びＳｉＯ２層の膜厚を適切に決定することで反射率を調整することができる。また、屈折率差が異なる複数組の積層体を適切に組み合わせることで反射率を調整することができる。例えば、ＳｉＮ層とＳｉＯ２層とが交互に積層された第１の積層体、及び／又はＴａ２Ｏ５層とＳｉＯ２層とが交互に積層された第２の積層体を適切な周期数で組み合わせることで反射率を調整することができる。低屈折率層及び高屈折率層とは平均屈折率が異なる層を加えることで反射率を調整してもよい。
【００５８】
第２の反射鏡２０８の反射率を第１の反射鏡２０４の反射率よりも低くすることで第２の反射鏡２０８側から光を取り出すことができる。
【００５９】
誘電体の放熱性は半導体の放熱性よりも低いが、第２の反射鏡２０８に誘電体を用いたとしても、第１の反射鏡２０４の放熱性が優れているため、活性層２０６で発した熱は基板２０１を通じて高効率で放出される。
【００６０】
上部電極２１２及び下部電極２１３には半導体とオーミック接触が形成できる材料が用いられる。ｐ−ＧａＮと接触させる場合はＮｉ／Ａｕが好適であり、ｎ−ＧａＮと接触させる場合はＴｉ／Ａｌが好適であるが、これらに限定されない。
【００６１】
面発光レーザ２００は放熱性が優れた第１の反射鏡２０４が活性層２０６の基板２０１側にあるため、光を第２の反射鏡２０８側から取り出す構造にするとメリットが大きい。例えば、面発光レーザ２００を２次元アレイ状に集積し、面内で個別にレーザを動作させる場合、面発光レーザ２００の個別駆動のための回路を上部電極２１２側へ形成することになる。基板２０１の裏面側から光を取り出し、熱を第２の反射鏡２０８側へ放出するジャンクションダウン構造では、実装するパッケージにも駆動回路用の電極パターンの形成が必要になりコストアップにつながる。一方、光を第２の反射鏡２０８側から取り出し、熱を基板２０１側から放出するジャンクションアップ構造では、パッケージ側に回路が不要で、上部電極２１２上に形成した個別動作のための回路上にワイヤーを形成するだけで良くコストを低くできる。
【００６２】
電気抵抗が高いＡｌＮ層１０２ａが第１の反射鏡２０４に含まれているが、本実施形態では、導電部２１０を介して基板２０１と第１のスペーサ層２０５とが電気的に接続されているため、基板２０１側から第１のスペーサ層２０５を通じて活性層２０６にキャリアを注入することができる。なお、ＡｌＮは、Ｓｉなどの不純物をドーピングしても、抵抗を十分に下げることは難しい。
【００６３】
第１のスペーサ層２０５の膜厚が１μｍ未満では、第１のスペーサ層２０５の抵抗が高く、導電部２１０から活性層２０６へのキャリア注入が妨げられることがある。従って、第１のスペーサ層２０５の膜厚は１μｍ以上であることが好ましい。その一方で、第１のスペーサ層２０５の膜厚が２μｍ超であると、第１のスペーサ層２０５を含む共振器が過剰に長くなって光の回折損が大きくなることがある。従って、第１のスペーサ層２０５の膜厚は２μｍ以下であることが好ましい。
【００６４】
なお、図２では、開口部２０９の全体が導電部２１０により埋め込まれているが、第１のスペーサ層２０５と基板２０１とが十分に電気的に接続されていれば、開口部２０９の全体が導電部２１０により埋め込まれている必要はない。
【００６５】
次に、第２の実施形態に係る面発光レーザ２００の製造方法について説明する。図３Ａ〜図３Ｃは、第２の実施形態に係る面発光レーザ２００の製造方法を工程順に示す断面図である。
【００６６】
先ず、図３Ａに示すように、ＭＯＣＶＤ法により、基板２０１上に第１の反射鏡２０４を成長させる。第１の反射鏡２０４としては、第１の実施形態に係る反射鏡１００を形成する。次いで、ＭＯＣＶＤ法により、第１の反射鏡２０４上に、第１のスペーサ層２０５、活性層２０６及び第２のスペーサ層２０７を順次成長させる。これらの化合物半導体層をＭＢＥ法、ＰＣＶＤ法又はＨＶＰＥ法などで成長させてもよい。
【００６７】
次いで、図３Ｂに示すように、リソグラフィー及びドライエッチングを用いて、第２のスペーサ層２０７及び活性層２０６をエッチングすることにより、メサ構造２１１を形成する。第１のスペーサ層２０５の表面で活性層２０６のエッチングを厳密に停止することは困難であるため、第１のスペーサ層２０５の表面を若干エッチングして凹部２２１を形成してもよい。リソグラフィーは、例えば、フォトリソグラフィー、電子線リソグラフィー、ナノインプリントなどであり、ドライエッチングは、例えば、反応性イオンエッチング（reactive ion etching：ＲＩＥ）などである。
【００６８】
次いで、図３Ｃに示すように、第１のスペーサ層２０５及び第１の反射鏡２０４に開口部２０９を形成する。開口部２０９は、メサ構造２１１の形成と同様の方法で第１のスペーサ層２０５及び第１の反射鏡２０４をエッチングすることで形成することができる。次いで、開口部２０９内に導電部２１０を形成する。導電部２１０に金属材料を用いる場合、例えば、少なくともメサ構造２１１を覆い、導電部２１０を形成する部分を開口するレジストパターンを形成し、その後、蒸着法、スパッタ法、メッキ法などを用いて金属膜を形成し、レジストパターンを除去してリフトオフする。導電部２１０に半導体材料を用いる場合、例えば、少なくともメサ構造２１１を覆い、導電部２１０を形成する部分を開口するように、半導体の成長を阻害するマスクを形成し、結晶成長法により、マスクを形成していない部分に半導体膜を成長させる。この結果、開口部２０９の第１のスペーサ層２０５と第１の反射鏡２０４の側壁部分から結晶が成長し、最終的には、基板２０１と第１のスペーサ層２０５との間に窒化物半導体からなる導電部２１０が形成される。マスクの材料としては、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮなどを用いることができる。
【００６９】
導電部２１０の形成後には、第２のスペーサ層２０７の表面上に上部電極２１２を形成し、基板２０１の裏面上に下部電極２１３を形成する。次いで、第２のスペーサ層２０７上に第２の反射鏡２０８を形成する。
【００７０】
このようにして第２の実施形態に係る面発光レーザ２００を製造することができる。
【００７１】
この製造方法では、放熱性が優れた第１の反射鏡２０４を優れた生産性で形成することができる。従って、優れた生産性で放熱性が優れた面発光レーザ２００を製造することができる。
【００７２】
なお、第２の反射鏡２０８に半導体材料を用いる場合、メサ構造２１１の形成前に、第２の反射鏡２０８の層を第２のスペーサ層２０７に引き続いて成長させてもよい。この場合、化合物半導体層を連続して形成することができるため、生産性を向上することができる。また、開口部２０９、導電部２１０、上部電極２１２及び下部電極２１３などの形成順序は、適宜入れ替えてもよい。
【００７３】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態は、２次元アレイ光源に関する。２次元光源アレイは面発光レーザの一例である。図４は、第３の実施形態に係る２次元アレイ光源を示す断面図である。
【００７４】
第３の実施形態に係る２次元アレイ光源３００は、面発光レーザ２００と同様の面発光レーザを複数面内に配置した構造を有する。ただし、第２の実施形態では、１個の面発光レーザ２００に１個の上部電極２１２が設けられているのに対し、第３の実施形態では、複数の面発光レーザに共通の上部共通電極３１２が設けられている。つまり、１個の上部共通電極３１２が複数の第２のスペーサ層２０７に電気的に接続されている。また、上部共通電極３１２と、第１のスペーサ層２０５及び導電部２１０とを電気的に絶縁する絶縁層３２０が設けられている。絶縁層３２０は、第１のスペーサ層２０５及び導電部２１０を覆うと共に、メサ構造２１１の側壁も覆っている。絶縁層３２０の材料としては、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮなどの無機材料や、ポリイミドなどの有機材料を用いることができる。
【００７５】
第３の実施形態に係る２次元アレイ光源３００では、上部共通電極３１２と下部電極２１３との間に電圧を印加することで、各面発光レーザにキャリアが注入され、各面発光レーザが発光する。
【００７６】
ここで、２次元アレイ光源を構成する面発光レーザのレイアウトの例について説明する。図５Ａ〜図５Ｄは、２次元アレイ光源のレイアウトの例を示す図である。ここでは、メサ構造２１１及び開口部２０９のレイアウトについて説明する。
【００７７】
図５Ａに示す例では、メサ構造２１１が正三角形の格子状に配置され、メサ構造２１１毎に独立して開口部２０９が設けられている。すなわち、メサ構造２１１がそれぞれ一つの開口部２０９により囲まれている。
【００７８】
図５Ｂに示す例では、メサ構造２１１が正三角形の格子状に配置され、複数のメサ構造２１１の周囲に単一の開口部２０９が設けられている。すなわち、開口部２０９が複数の面発光レーザに共有されている。
【００７９】
図５Ｃに示す例では、一つのメサ構造２１１の周囲に複数、ここでは六つの開口部２０９が設けられ、かつ、開口部２０９が隣り合うメサ構造２１１間で共有されている。すなわち、メサ構造２１１が正三角形の格子状に配置され、格子点を形成する隣接するメサ構造２１１の重心部分に一つの開口部２０９が設けられている。図５Ｃに示す例は、図５Ａ、図５Ｂに示す例よりも、面発光レーザの密度を高められる構造である。
【００８０】
図５Ｄに示す例は、図５Ｃに示す例において、メサ構造２１１同士を隣接させた例であり、面発光レーザをより高密度に配置することができる。メサ構造２１１に囲まれた領域の全てを開口部２０９とすることができる。
【００８１】
なお、図５Ａ〜図５Ｄに示す例ではメサ構造２１１の平面形状を円形とし、図５Ａ〜図５Ｃに示す例では開口部２０９の平面形状を円形としているが、これらが四角形、三角形などの多角形であってもよく、円形又は多角形以外の形状であってもよい。また、メサ構造２１１の配置について正三角形の格子状の例を示したが、メサ構造２１１が四角形の格子状など別の形態で配置されていてもよい。
【００８２】
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について説明する。第４の実施形態は反射鏡に関する。図６は、第４の実施形態に係る反射鏡を示す断面図である。
【００８３】
図６に示すように、第４の実施形態に係る反射鏡４００では、ＡｌＮ層４０２ａとＧａＮ層４０２ｂとが交互に積層された積層構造を有する低屈折率層４０２と、Ｉｎ０．１０Ｇａ０．９０Ｎ層４０３ａとＧａＮ層４０３ｂとが交互に積層された積層構造を有する高屈折率層１０３とが交互に積層されている。低屈折率層４０２の平均屈折率（第１の平均屈折率の一例）は、高屈折率層４０３の平均屈折率（第２の平均屈折率の一例）よりも小さい。低屈折率層４０２の平均屈折率とは、当該低屈折率層４０２に含まれる層毎の光学膜厚と屈折率との積の総和を当該低屈折率層４０２の総光学膜厚で除して得られる値である。同様に、高屈折率層４０３の平均屈折率とは、当該高屈折率層４０３に含まれる層毎の光学膜厚と屈折率との積の総和を当該高屈折率層４０３の総光学膜厚で除して得られる値である。
【００８４】
反射鏡４００は、例えば基板４０１上に形成されたＧａＮを含むバッファ層４０５上に設けられて使用される。例えば、バッファ層４０５の材料はＧａＮの格子定数を有する。また、基板４０１の材料もＧａＮの格子定数を有し、基板４０１としては、ＧａＮ基板又はＧａＮ層を異種基板上に成長したＧａＮテンプレートを用いることができる。異種基板としては、例えば、サファイア基板、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ基板、ＳｉＣ基板等を用いることができる。
【００８５】
反射鏡４００によれば、適切な低屈折率層４０２及び高屈折率層４０３の組み合わせにより、極めて高い反射率、例えば９９．９％以上の反射率を実現することができる。また、ＡｌＮ層１０２ａとＧａＮ層１０２ｂの熱伝導率がＡｌＧａＮの熱伝導率よりも高いため、放熱性を向上することができる。更に、高屈折率層４０３がＧａＮ層４０３ｂを含むため、より優れた放熱性を得ることができる。
【００８６】
ここで、第４の実施形態の具体例について説明する。
【００８７】
この具体例は、反射波長λが４５０ｎｍの用途を前提とする。低屈折率層４０２は２層のＡｌＮ層４０２ａ及び３層のＧａＮ層４０２ｂから構成され、ＡｌＮ層４０２ａの膜厚は５ｎｍ、ＧａＮ層４０２ｂの膜厚は１４ｎｍである。高屈折率層４０３は２層のＩｎ０．１０Ｇａ０．９０Ｎ層４０３ａ及び２層のＧａＮ層４０３ｂから構成され、Ｉｎ０．１０Ｇａ０．９０Ｎ層４０３ａ及びＧａＮ層４０３ｂの膜厚はいずれも１０ｎｍである。そして、ＧａＮの基板４０１上に厚さが２μｍのＧａＮのバッファ層４０５を介して低屈折率層４０２及び高屈折率層４０３が交互に合計で７３周期積層されている。反射波長λが４５０ｎｍの場合、ＧａＮの屈折率は２．４６、ＡｌＮの屈折率は２．２０、Ｉｎ０．１０Ｇａ０．９０Ｎの屈折率は２．６０である。従って、低屈折率層４０２の光学膜厚は１２５．３２ｎｍ、高屈折率層４０３の光学膜厚は１０１．２ｎｍであり、低屈折率層４０２の光学膜厚はλ／４（＝１１２．５ｎｍ）から約１０％薄く、高屈折率層４０３の光学膜厚はλ／４から約１０％厚い。この場合、ＡｌＮ層４０２ａの歪と膜厚との積ＰＡｌＮは、Ｉｎ０．１０Ｇａ０．９０Ｎ層４０３ａの歪と膜厚との積ＰＩｎＧａＮの１．１１倍になり、ＡｌＮ層４０２ａの変形量とＩｎ０．１０Ｇａ０．９０Ｎ層４０３ａの変形量がほぼ等しくなる。
【００８８】
この具体例の反射鏡の製造に際しては、先ず、基板４０１としてＧａＮ基板をＭＯＣＶＤ装置の反応炉にセットし加熱する。基板４０１の温度を１１００℃まで加熱し、結晶品質を向上するためのバッファ層４０５として膜厚が２μｍのＧａＮ層を基板４０１上に成長させる。次いで、基板４０１の温度を８００℃まで下げ、低屈折率層４０２として厚さが５ｎｍのＡｌＮ層４０２ａ及び厚さが１４ｎｍのＧａＮ層４０２ｂの積層構造を成長させる。このとき、ＧａＮ層４０２ｂから先に成長させ、合計で２．５周期成長させる。ＡｌＮ層４０２ａのガス条件は、窒素雰囲気、ＴＭＡ供給量を８０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３供給量を２００ｍｍｏｌ／ｍｉｎでＶ／ＩＩＩ比を２５００とする。ＧａＮ層４０２ｂのガス条件は、窒素雰囲気、ＴＭＧ供給量を１００μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３供給量を２００ｍｍｏｌ／ｍｉｎでＶ／ＩＩＩ比を２０００とする。ＧａＮ層４０２ｂの成長とＡｌＮ層４０２ａの成長との間でＮＨ３供給量を同一にしているため、成長中断は設けず継続して成長させる。
【００８９】
低屈折率層４０２の成長後には、基板４０１の温度を８００℃に保持したまま、高屈折率層４０３として厚さが１０ｎｍのＩｎ０．１０Ｇａ０．９０Ｎ層４０３ａ及び厚さが１０ｎｍのＧａＮ層４０３ｂの積層構造を成長させる。このとき、Ｉｎ０．１０Ｇａ０．９０Ｎ層４０３ａから先に成長させ、合計で２周期成長させる。Ｉｎ０．１０Ｇａ０．９０Ｎ層４０３ａのガス条件は、窒素雰囲気、ＴＭＧ供給量を１００μｍｏｌ／ｍｉ、ＴＭＩ供給量を７０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３供給量を２００ｍｍｏｌ／ｍｉｎでＶ／ＩＩＩ比を１１７６とする。ＧａＮ層４０３ｂのガス条件は、窒素雰囲気、ＴＭＧ供給量を１００μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３供給量を２００ｍｍｏｌ／ｍｉｎでＶ／ＩＩＩ比を２０００とする。Ｉｎ０．１０Ｇａ０．９０Ｎ層４０３ａの成長とＧａＮ層４０３ｂの成長との間でＴＭＧ、ＮＨ３の供給量を同一にしているため、成長中断は設けず継続して成長させる。
【００９０】
以降は、ＡｌＮ層４０２ａ及びＧａＮ層４０２ｂの積層構造の成長とＩｎ０．１０Ｇａ０．９０Ｎ層４０３ａ及びＧａＮ層４０３ｂの積層構造の成長とを交互に合計で７３回繰り返す。
【００９１】
このようにして、反射率が９９．９％、反射波長が４５０ｎｍの反射鏡４００が得られる。
【００９２】
（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態について説明する。第５の実施形態は、面発光レーザに関する。図７は、第５の実施形態に係る面発光レーザを示す断面図である。
【００９３】
図７に示すように、第５の実施形態に係る面発光レーザ５００は、導電性を備え、ＧａＮを含む基板５０１と、基板５０１上のバッファ層５１７と、バッファ層５１７上の第１の反射鏡５０４と、第１の反射鏡５０４上の第１導電型の第１のスペーサ層（第１の半導体層）５０５と、を有する。面発光レーザ５００は、更に、第１のスペーサ層５０５上の活性層５０６と、活性層５０６上の電子ブロック層５１４と、電子ブロック層５１４上の第２導電型の第２のスペーサ層（第２の半導体層）５０７と、を有する。活性層５０６、電子ブロック層５１４及び第２のスペーサ層５０７の積層体はメサ構造５１１を有する。
【００９４】
面発光レーザ５００は、絶縁膜５１５及び透明電極５１６を含む電流狭窄構造を有する。絶縁膜５１５はメサ構造５１１の側壁を覆うと共に、メサ構造５１１の上面をその中心部を除いて覆っている。つまり、絶縁膜５１５には、メサ構造５１１の上面の一部を露出する開口部５１８が形成されている。透明電極５１６は、開口部５１８を通じてメサ構造５１１の上面に接している。面発光レーザ５００は、透明電極５１６上の第２の反射鏡５０８と、透明電極５１６の表面上の上部電極５１２と、基板５０１の裏面上の下部電極５１３と、を有する。第１の反射鏡５０４及び第１のスペーサ層５０５に開口部５０９が形成され、開口部５０９内に導電部５１０が設けられている。すなわち、面発光レーザ５００は、開口部５０９内に基板５０１と第１のスペーサ層５０５とを電気的に接続する導電部５１０を有する。
【００９５】
基板５０１は、例えばＧａＮ基板である。バッファ層５１７は、例えばＳｉを３×１０１８ｃｍ−３の濃度でドーピングした膜厚が１μｍのｎ−ＧａＮ層である。第１の反射鏡５０４は、反射鏡１００又は反射鏡４００を有する。第１のスペーサ層５０５は、例えば膜厚が１μｍのｎ−ＧａＮ層である。バッファ層５１７が形成された基板５０１を、導電性を備えた一つの基板とみなすことができる。
【００９６】
活性層５０６は、例えばＩｎ０．０９Ｇａ０．９１Ｎ／ＧａＮの３周期の多重量子井戸構造を有する。例えば、井戸層であるＩｎ０．０９Ｇａ０．９１Ｎ層の膜厚及び障壁層であるＧａＮ層の膜厚は、それぞれ、６ｎｍ、４ｎｍである。
【００９７】
電子ブロック層５１４は、例えば膜厚が２０ｎｍのｐ−Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ層である。電子ブロック層５１４は活性層５０６への電子の閉じ込めを強くする作用を有する。第２のスペーサ層５０７は、例えば膜厚が５０ｎｍのｐ−ＧａＮ層である。
【００９８】
絶縁膜５１５は、例えばＳｉＯ２膜であり、透明電極５１６は、例えば酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）膜である。
【００９９】
導電部５１０は、例えばＴｉ／Ａｌの金属膜である。上部電極５１２は、例えばＮｉ／Ａｕの金属電極であり、下部電極５１３は、例えばＴｉ／Ａｌの金属電極である。
【０１００】
第２の反射鏡５０８は、例えば高屈折率層としてのＴａ２Ｏ５層と低屈折率層としてのＳｉＯ２層とが交互に８周期積層された積層構造を有する誘電体の反射鏡である。活性層５０６は４０５ｎｍの発振波長λが得られるように構成されており、Ｔａ２Ｏ５層の光学膜厚はλ／４から２０％程度厚く、ＳｉＯ２層の光学膜厚はλ／４から２０％程度薄い。このような第２の反射鏡５０８の反射率は９９．５７％である。Ｔａ２Ｏ５層の光学膜厚及びＳｉＯ２層の光学膜厚がいずれもλ／４の場合の第２の反射鏡５０８の反射率は９９．６９％である。
【０１０１】
このように構成された第５の実施形態に係る面発光レーザ５００では、第２の反射鏡５０８の反射率が第１の反射鏡５０４の反射率よりも低い。そして、第５の実施形態に係る面発光レーザ５００では、上部電極５１２と下部電極５１３との間に電圧を印加すると、活性層５０６にキャリアが注入され、面発光レーザ５００がレーザ発振し、第２の反射鏡５０８側から光を十分に取り出すことができる。
【０１０２】
また、第１の反射鏡５０４の放熱性が良好であるため、活性層５０６で発生した熱は基板５０１を通じて高効率で放出することができる。
【０１０３】
（第６の実施形態）
次に、第６の実施形態について説明する。第６の実施形態は、面発光レーザに関する。図８は、第６の実施形態に係る面発光レーザを示す断面図である。
【０１０４】
図８に示すように、第６の実施形態に係る面発光レーザ６００は、導電性を備え、ＧａＮを含む基板６０１と、基板６０１上の第１の反射鏡６０４と、第１の反射鏡６０４上の第１導電型の第１のスペーサ層（第１の半導体層）６０５と、を有する。面発光レーザ６００は、更に、第１のスペーサ層６０５上の活性層６０６と、活性層６０６上の電子ブロック層６１４と、電子ブロック層６１４上の第２導電型の第２のスペーサ層（第２の半導体層）６０７と、を有する。
【０１０５】
面発光レーザ６００は、第２のスペーサ層６０７上のトンネル接合部６１５と、トンネル接合部６１５を覆う、第２のスペーサ層６０７上のコンタクト層（第４の半導体層）６１６と、を有する。活性層６０６、電子ブロック層６１４、第２のスペーサ層６０７、トンネル接合部６１５及びコンタクト層６１６の積層体はメサ構造６１１を有する。トンネル接合部６１５は、第２のスペーサ層６０７の中央部上に設けられている。面発光レーザ６００は、コンタクト層６１６上の第２の反射鏡６０８と、コンタクト層６１６の表面上の上部電極６１２と、基板６０１の裏面上の下部電極６１３と、を有する。第１の反射鏡６０４及び第１のスペーサ層６０５に開口部６０９が形成され、開口部６０９内に導電部６１０が設けられている。すなわち、面発光レーザ６００は、開口部６０９内に基板６０１と第１のスペーサ層６０５とを電気的に接続する導電部６１０を有する。
【０１０６】
基板６０１は、例えばＧａＮ基板である。第１の反射鏡６０４は、反射鏡１００又は反射鏡４００を有する。第１のスペーサ層６０５は、例えば膜厚が１μｍのｎ−ＧａＮ層である。活性層６０６は、例えばＩｎ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ／ＧａＮの多重量子井戸構造を有する。
【０１０７】
電子ブロック層６１４は、例えば膜厚が２０ｎｍのｐ−Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ層である。電子ブロック層５１４は活性層５０６への電子の閉じ込めを強くする作用を有する。第２のスペーサ層５０７は、例えば膜厚が５０ｎｍのｐ−ＧａＮ層である。
【０１０８】
トンネル接合部６１５は、Ｍｇを１×１０２０ｃｍ−３程度の濃度でドーピングしたｐ−ＧａＮ層及びＳｉを１×１０２０ｃｍ−３程度の濃度でドーピングしたｎ−ＧａＮ層を含み、円柱状に形成されている。コンタクト層は、例えばｎ−ＧａＮ層である。
【０１０９】
導電部６１０は、例えばｎ−ＧａＮ層である。上部電極６１２は、例えばＴｉ／Ａｌの金属電極であり、下部電極６１３は、例えばＴｉ／Ａｌの金属電極である。
【０１１０】
第２の反射鏡６０８は、例えばＳｉＯ２層とＳｉＮ層とが交互に２周期積層された積層体の上に、ＳｉＯ２層とＴａ２Ｏ５層とが交互に６周期積層された積層構造を有する誘電体の反射鏡である。活性層６０６は４５０ｎｍの発振波長λが得られるように構成されており、第２の反射鏡６０８の反射率は９９．４９％である。
【０１１１】
このように構成された第６の実施形態に係る面発光レーザ６００では、第２の反射鏡６０８の反射率が第１の反射鏡６０４の反射率よりも低い。そして、第６の実施形態に係る面発光レーザ６００では、上部電極６１２と下部電極６１３との間に電圧を印加すると、活性層６０６にキャリアが注入され、面発光レーザ６００がレーザ発振し、第２の反射鏡６０８側から光を十分に取り出すことができる。
【０１１２】
また、第１の反射鏡６０４の放熱性が良好であるため、活性層６０６で発生した熱は基板６０１を通じて高効率で放出することができる。
【０１１３】
トンネル接合部６１５及びコンタクト層６１６の形成に関し、トンネル接合部６１５に含まれるｐ−ＧａＮ層及びｎ−ＧａＮ層は、例えば、第２のスペーサ層６０７に引き続いて成長させ、その後に、フォトリソグラフィー及びドライエッチングによりｐ−ＧａＮ層及びｎ−ＧａＮ層を円柱状に加工してトンネル接合部６１５を形成する。その後、トンネル接合部６１５を覆うようにコンタクト層６１６を成長させ、活性層６０６、電子ブロック層６１４、第２のスペーサ層６０７、トンネル接合部６１５及びコンタクト層６１６の積層体を加工してメサ構造６１１を形成する。
【０１１４】
導電部６１０の形成に関し、メサ構造６１１の形成後に、少なくともメサ構造６１１を覆い、導電部６１０を形成する部分を開口するように、半導体の成長を阻害するマスクを形成し、結晶成長法により、マスクを形成していない部分にｎ−ＧａＮ層を成長させる。この結果、開口部６０９の第１のスペーサ層６０５と第１の反射鏡６０４の側壁部分から結晶が成長し、最終的には、基板６０１と第１のスペーサ層６０５との間に導電部６１０が形成される。マスクの材料としては、例えば、ＳｉＯ２などを用いることができる。
【０１１５】
（第７の実施形態）
次に、第７の実施形態について説明する。第７の実施形態は、２次元アレイ光源に関する。２次元アレイ光源は面発光レーザの一例である。図９Ａは、第７の実施形態に係る２次元アレイ光源を示す断面図であり、図９Ｂは、第７の実施形態に係る２次元アレイ光源のレイアウトを示す図である。図９Ａは、図９Ｂ中のＩ−Ｉ線に沿った断面図に相当する。
【０１１６】
図９Ａに示すように、第７の実施形態に係る２次元アレイ光源７００は、面発光レーザ５００と同様の面発光レーザを複数面内に配置した構造を有する。ただし、第５の実施形態では、１個の面発光レーザ５００に１個の上部電極５１２が設けられているのに対し、第７の実施形態では、複数の面発光レーザに共通の上部共通電極７１２が設けられている。つまり、１個の上部共通電極７１２が複数の第２のスペーサ層５０７に電気的に接続されている。上部共通電極７１２は、例えばＴｉ／Ａｌ金属電極である。また、上部共通電極７１２と、第１のスペーサ層５０５及び導電部５１０とを電気的に絶縁する絶縁層７２０が設けられている。絶縁層７２０は、第１のスペーサ層５０５及び導電部５１０を覆うと共に、メサ構造５１１の側壁も覆っている。絶縁層７２０は、例えばＳｉＯ２層である。
【０１１７】
また、図９Ｂに示すように、メサ構造５１１は正三角形の格子状に配置され、メサ構造５１１毎に独立して開口部５０９が設けられている。すなわち、メサ構造５１１がそれぞれ一つの開口部５０９により囲まれている。
【０１１８】
第７の実施形態に係る２次元アレイ光源７００では、上部共通電極７１２と下部電極５１３との間に電圧を印加することで、各面発光レーザにキャリアが注入され、各面発光レーザが発光する。
【０１１９】
面発光レーザのピッチ（最近接の面発光レーザ同士の中心間距離）を５４μｍ、メサ構造５１１の直径を２８μｍ、開口部５０９の幅を５μｍ、メサ構造５１１と開口部５０９との距離を３μｍとした場合、チップ１ｃｍ角あたりに面発光レーザを約２００００個配置できる。
【０１２０】
（第８の実施形態）
次に、第８の実施形態について説明する。第８の実施形態は、２次元アレイ光源に関する。２次元アレイ光源は面発光レーザの一例である。図１０Ａは、第８の実施形態に係る２次元アレイ光源を示す断面図であり、図１０Ｂは、第８の実施形態に係る２次元アレイ光源のレイアウトを示す図である。図１０Ａは、図１０Ｂ中のＩ−Ｉ線に沿った断面図に相当する。
【０１２１】
図１０Ａに示すように、第８の実施形態に係る２次元アレイ光源８００は、面発光レーザ５００と同様の面発光レーザを複数面内に配置した構造を有する。ただし、第５の実施形態では、１個の面発光レーザ５００に１個の上部電極５１２が設けられているのに対し、第８の実施形態では、複数の面発光レーザに共通の上部共通電極８１２が設けられている。つまり、１個の上部共通電極８１２が複数の第２のスペーサ層５０７に電気的に接続されている。上部共通電極８１２は、例えばＴｉ／Ａｌ金属電極である。また、上部共通電極８１２と、第１のスペーサ層５０５及び導電部５１０とを電気的に絶縁する絶縁層８２０が設けられている。絶縁層８２０は、第１のスペーサ層５０５及び導電部５１０を覆うと共に、メサ構造５１１の側壁も覆っている。絶縁層８２０は、例えばＳｉＯ２層である。
【０１２２】
また、図１０Ｂに示すように、メサ構造５１１は正三角形の格子状に配置され、複数のメサ構造５１１の周囲に単一の開口部８０９が設けられている。すなわち、開口部８０９が複数の面発光レーザに共有されている。
【０１２３】
第８の実施形態に係る２次元アレイ光源８００では、上部共通電極８１２と下部電極５１３との間に電圧を印加することで、各面発光レーザにキャリアが注入され、各面発光レーザが発光する。
【０１２４】
面発光レーザのピッチ（最近接の面発光レーザ同士の中心間距離）を４０μｍ、メサ構造５１１の直径を２８μｍ、メサ構造５１１と開口部５０９との距離を３μｍとした場合、チップ１ｃｍ角あたりに面発光レーザを約３６０００個配置できる。
【０１２５】
（第９の実施形態）
次に、第９の実施形態について説明する。第９の実施形態は、２次元アレイ光源に関する。２次元アレイ光源は面発光レーザの一例である。図１１Ａは、第９の実施形態に係る２次元アレイ光源を示す断面図であり、図１１Ｂは、第９の実施形態に係る２次元アレイ光源のレイアウトを示す図である。図１１Ａは、図１１Ｂ中のＩ−Ｉ線に沿った断面図に相当する。
【０１２６】
図１１Ａに示すように、第９の実施形態に係る２次元アレイ光源９００は、面発光レーザ６００と同様の面発光レーザを複数面内に配置した構造を有する。ただし、第６の実施形態では、１個の面発光レーザ６００に１個の上部電極６１２が設けられているのに対し、第９の実施形態では、複数の面発光レーザに共通の上部共通電極９１２が設けられている。つまり、１個の上部共通電極９１２が複数のコンタクト層６１６に電気的に接続されている。上部共通電極９１２は、例えばＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ金属電極である。また、上部共通電極９１２と、第１のスペーサ層６０５及び導電部６１０とを電気的に絶縁する絶縁層９２０が設けられている。絶縁層９２０は、第１のスペーサ層６０５及び導電部６１０を覆うと共に、メサ構造６１１の側壁も覆っている。絶縁層９２０は、例えばＳｉＯ２層である。
【０１２７】
また、図１１Ｂに示すように、メサ構造６１１は正三角形の格子状に配置され、一つのメサ構造６１１の周囲に複数、ここでは六つの開口部６０９が設けられ、かつ、開口部６０９が隣り合うメサ構造６１１間で共有されている。すなわち、格子点を形成する隣接するメサ構造６１１の重心部分に一つの開口部６０９が設けられている。
【０１２８】
第９の実施形態に係る２次元アレイ光源９００では、上部共通電極９１２と下部電極６１３との間に電圧を印加することで、各面発光レーザにキャリアが注入され、各面発光レーザが発光する。
【０１２９】
面発光レーザのピッチ（最近接の面発光レーザ同士の中心間距離）を３４μｍ、メサ構造６１１の直径を２８μｍ、開口部６０９の直径を６μｍ、メサ構造６１１と開口部６０９との距離を３μｍとした場合、チップ１ｃｍ角あたりに面発光レーザを約５００００個配置できる。
【０１３０】
なお、導電性を備えた基板とスペーサ層との間に本開示の第１の反射鏡のように電気抵抗が高い層を含む反射鏡が設けられた面発光レーザにおいても、当該反射鏡に開口部が形成され、当該開口部内に基板とスペーサ層とを電気的に接続する導電部が設けられていれば、スペーサ層と基板との間に優れた導電性を得ることができる。すなわち、基板とスペーサ層との間の反射鏡の層構成に拘わらず、上記の開口部及び導電部が設けられていれば、優れた導電性を得るという効果が得られる。
【０１３１】
（第１０の実施形態）
次に、第１０の実施形態について説明する。第１０の実施形態は、レーザを走査して画像を描画する投影装置に関する。投影装置は光源装置の一例である。図１２は、第１０の実施形態に係る投影装置のレイアウトを示す図である。
【０１３２】
第１０の実施形態に係る投影装置１０００は、光源１００１及び光走査部１００２を備えている。光源１００１は、例えば、第２の実施形態に係る面発光レーザ２００、又は第３の実施形態に係る２次元アレイ光源３００を、１又は２以上備えている。面発光レーザ２００又は２次元アレイ光源３００が１つの場合、投影装置１０００は、単色の画像を対象物１００３に投影する。複数の面発光レーザ２００又は２次元アレイ光源３００を備える場合、投影装置１０００は、各面発光レーザの光軸を同軸上に揃えて出射面から出射し、面発光レーザ毎に発振波長を変えることで、複数の色の画像を対象物１００３に投影できる。
【０１３３】
光走査部１００２は光源１００１から出射されたレーザ光を走査し対象物１００３へ投影するための素子を含む。このような素子として、２軸方向に可動するＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）ミラーや１軸方向に可動するＭＥＭＳミラーを２個組み合わせた素子等を用いることができる。光走査部１００２は、光源１００１から出射されたレーザ光の進行方向を調整する光学素子の一例である。
【０１３４】
画像の生成の際には、光走査部１００２の走査に合わせて、レーザ光の強度を変調して対象物１００３上にレーザ光を照射する。このようにして、対象物１００３上に直接画像を生成することができる。
【０１３５】
光源１００１に面発光レーザ２００を用いる場合、μＷオーダーから数ｍＷ程度のレーザ光を出力し、微小な領域に画像を描画することができる。このような投影装置１０００は、例えば、網膜ディスプレイとして用いることができる。
【０１３６】
光源１００１に２次元アレイ光源を用いる場合、ｍＷオーダーからｋＷオーダーのレーザ光を出力し、大面積な領域に画像を描画することができる。このような投影装置は、例えば、プロジェクターとして用いることができる。
【０１３７】
（第１１の実施形態）
次に、第１１の実施形態について説明する。第１１の実施形態は、投光装置に関する。投光装置は光源装置の一例である。図１３Ａは、第１１の実施形態に係る投光装置のレイアウトを示す図である。図１３Ｂは、第１１の実施形態に係る投光装置の光源のレイアウトを示す図である。
【０１３８】
第１１の実施形態に係る投光装置１１００は、光源１１０１、蛍光部材１１０２及び投光部材１１０３を備えている。光源１１０１としては、例えば第３の実施形態に係る２次元アレイ光源３００が用いられ、光源１１０１から出射された光で蛍光部材１１０２を励起させる。光源１１０１から出射された光と、蛍光部材１１０２が励起されて放射された光とを投光部材１１０３で２次元状に拡げて投光する。図１３Ａには、投光部材１１０３の例として、反射鏡を図示してある。
【０１３９】
蛍光部材１１０２としては、例えば、光源１１０１から出射される光が青色光の場合、黄色光を発する蛍光部材が用いられ、光源１１０１から出射される光が紫外光の場合、白色光を発する蛍光部材が用いられる。蛍光部材１１０２は、光源１１０１から出射されたレーザ光の波長を調整する光学素子の一例である。また、投光部材１１０３は、光源１１０１から出射され、蛍光部材１１０２により波長が調整されたレーザ光の進行方向を調整する光学素子の一例である。
【０１４０】
図１３Ｂに示すように、光源１１０１は、例えば面内に数千個〜数万個の面発光レーザ１１０４を２次元アレイ状に並べた２次元アレイ光源であり、複数の上部共通電極１１０５を有している。図１３Ｂには、上部共通電極１１０５として、４つの上部共通電極１１０５ａ〜１１０５ｄを図示してある。
【０１４１】
複数の上部共通電極１１０５のうちから、電圧を印加する上部共通電極を選択することで、１つの光源１１０１で、任意の場所や空間に投光することができる。例えば、投光装置１１００を車載用のヘッドライトモジュールとして使う場合、配光可変型前照灯として使うことができる。
【０１４２】
（第１２の実施形態）
次に、第１２の実施形態について説明する。第１２の実施形態は、投影装置に関する。投影装置は光源装置の一例である。図１４は、第１２の実施形態に係る投影装置のレイアウトを示す図である。
【０１４３】
第１２の実施形態に係る投影装置１２００は、光源１２０１及び投影光学部１２０２を備えている。光源１２０１は、第３の実施形態に係る２次元アレイ光源３００を備える。
【０１４４】
投影光学部１２０２は、少なくとも、蛍光部材１２０３、フィルター１２０４及び画像生成素子１２０５を備え、必要に応じて、投影レンズ１２０６等のレンズやミラー等を更に備えてもよい。
【０１４５】
蛍光部材１２０３は、光源１２０１から投影光学部１２０２へ入射した光の一部によって励起されることで、白色光を作り出す。蛍光部材１２０３としては、例えば、光源１２０１から出射される光が青色光の場合、黄色光を発する蛍光部材が用いられ、光源１２０１から出射される光が紫外光の場合、白色光を発する蛍光部材が用いられる。
【０１４６】
フィルター１２０４は、白色光から色を分離するフィルターであり、可動部も備えている。フィルター１２０４としては、例えば赤色、青色、緑色の光を透過させるカラーホイール等が用いられる。
【０１４７】
画像生成素子１２０５は、フィルター１２０４を透過した光から画像を生成する素子である。画像生成素子１２０５としては、例えば、２次元アレイ状に微細なミラーを備えたＭＥＭＳデバイスや、反射型液晶素子等が用いられる。
【０１４８】
投影レンズ１２０６は、画像生成素子１２０５により生成された画像を所望の倍率に拡大し対象物へ投影する。
【０１４９】
投影光学部１２０２は、光源１２０１から出射されたレーザ光の波長及び進行方向等を調整する光学素子の一例である。
【０１５０】
本実施形態では、投影光学部１２０２にフィルター１２０４が含まれているが、フィルター１２０４の代わりに、プリズムやダイクロイックミラーが用いられてもよい。プリズムやダイクロイックミラーが用いられる場合、光を例えば赤色、緑色、青色に分離し、３つの画像生成素子で各色の画像を生成し、最後にプリズム等で合成する構成等にすることができる。
【０１５１】
（第１の変形例）
第１の変形例は、反射波長λが４０５ｎｍの第１の実施形態の具体例の変形例である。第１の実施形態の具体例では、低屈折率層１０２に含まれる３層のＧａＮ層１０２ｂの膜厚がいずれも６ｎｍである。これに対し、第１の変形例では、２つのＡｌＮ層１０２ａの間のＧａＮ層１０２ｂの膜厚を２ｎｍと薄くし、高屈折率層１０３とＡｌＮ層１０２ａとの間のＧａＮ層１０２ｂの膜厚を８ｎｍと厚くする。また、第１の実施形態の具体例では、低屈折率層１０２及び高屈折率層１０３の積層周期を４６としているのに対し、第１の変形例では、積層周期を４０とする。他の構成は第１の実施形態の具体例と同様である。
【０１５２】
このような構成の第１の変形例によれば、４０積層周期で反射率を９９．９％とすることができる。このように、低屈折率層１０２の中央側にＡｌＮ層１０２ａを寄せることで、第１の実施形態の具体例と比べて同じ反射率で６積層周期少なくできる。
【０１５３】
（第２の変形例）
第２の変形例は、反射波長λが４５０ｎｍの第４の実施形態の具体例の変形例である。第４の実施形態の具体例では、低屈折率層４０２に含まれる３層のＧａＮ層４０２ｂの膜厚がいずれも１４ｎｍである。これに対し、第２の変形例では、２つのＡｌＮ層４０２ａの間のＧａＮ層４０２ｂの膜厚を５ｎｍと薄くし、高屈折率層４０３とＡｌＮ層４０２ａとの間のＧａＮ層４０２ｂの膜厚を１８．５ｎｍと厚くする。また、第４の実施形態の具体例では、低屈折率層４０２及び高屈折率層４０３の積層周期を７３としているのに対し、第２の変形例では、積層周期を６１とする。他の構成は第４の実施形態の具体例と同様である。
【０１５４】
このような構成の第２の変形例によれば、６１積層周期で反射率を９９．９％とすることができる。このように、低屈折率層４０２の中央側にＡｌＮ層４０２ａを寄せることで、第４の実施形態の具体例と比べて同じ反射率で１２積層周期少なくできる。
【０１５５】
（第３の変形例）
第３の変形例は、第４の実施形態の具体例の変形例であり、反射波長λが５３０ｎｍの用途を前提とする。低屈折率層４０２は３層のＡｌＮ層４０２ａ及び４層のＧａＮ層４０２ｂから構成される。ＡｌＮ層４０２ａの膜厚は３層とも７．５ｎｍである。高屈折率層４０３とＡｌＮ層４０２ａとの間のＧａＮ層４０２ｂの膜厚は６ｎｍであり、隣り合う２つのＡｌＮ層４０２ａの間のＧａＮ層４０２ｂの膜厚は５ｎｍである。高屈折率層４０３は５層のＩｎ０．１０Ｇａ０．９０Ｎ層４０３ａ及び４層のＧａＮ層４０３ｂから構成され、Ｉｎ０．１０Ｇａ０．９０Ｎ層４０３ａ及びＧａＮ層４０３ｂの膜厚は、それぞれ、１０ｎｍ、５ｎｍである。そして、低屈折率層４０２及び高屈折率層４０３が交互に合計で５３周期積層されている。反射波長λが５３０ｎｍの場合、ＧａＮの屈折率は２．３５、ＡｌＮの屈折率は２．０８、Ｉｎ０．１０Ｇａ０．９０Ｎの屈折率は２．４０である。従って、低屈折率層４０２の光学膜厚は９８．５ｎｍ、高屈折率層４０３の光学膜厚は１６７ｎｍであり、低屈折率層４０２の光学膜厚はλ／４（＝１３２．５ｎｍ）から約２５％薄く、高屈折率層４０３の光学膜厚はλ／４から約２５％厚い。この場合、ＡｌＮ層４０２ａの歪と膜厚との積ＰＡｌＮは、Ｉｎ０．１０Ｇａ０．９０Ｎ層４０３ａの歪と膜厚との積ＰＩｎＧａＮの０．９６倍になり、ＡｌＮ層４０２ａの変形量とＩｎ０．１０Ｇａ０．９０Ｎ層４０３ａの変形量がほぼ等しくなる。
【０１５６】
このような構成の第３の変形例によれば、５３積層周期で反射率を９９．９％とすることができる。
【０１５７】
（第１のシミュレーション）
次に、放熱性に関するシミュレーション（第１のシミュレーション）について説明する。
【０１５８】
第１のシミュレーションでは第５の実施形態を用い、第１の反射鏡５０４に第１の実施形態の具体例の反射鏡を用いるとする。すなわち、低屈折率層１０２は２層のＡｌＮ層１０２ａ及び３層のＧａＮ層１０２ｂから構成され、ＡｌＮ層１０２ａ及びＧａＮ層１０２ｂの膜厚はいずれも６ｎｍである。高屈折率層１０３は膜厚が５０ｎｍのＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層から構成される。また、基板５０１は、厚さが１５０μｍのＧａＮ基板であり、第２の反射鏡５０８は、Ｔａ２Ｏ５層とＳｉＯ２層とが交互に８周期積層された積層構造を有する誘電体の反射鏡である。開口部５１８の直径（電流狭窄径）は５μｍφであるとする。そして、出力３．２ｍＷで効率２０％とし、基板５０１の下部を２７℃に固定し、有限要素法により熱分布を計算する。
【０１５９】
また、比較のために、低屈折率層１０２に代えて、Ａｌ０．５０Ｇａ０．５０Ｎ層を用いる第１の比較例についても同様の熱分布を有限要素法により計算する。
【０１６０】
このようなシミュレーションによれば、活性層５０６の中心温度は、第１の比較例では４９．８℃になるのに対し、第５の実施形態では４１．８℃になり、８℃もの差が生じる。このことは、第５の実施形態の放熱性が極めて高いことを示す。また、熱分布として面発光レーザの中心から基板面の面内方向で基板５０１の温度（２７℃）よりも２℃高くなる２９℃になる点の距離は、第１の比較例では２７μｍになるのに対して、第５の実施形態では２３．５μｍになり、３．５μｍもの差が生じる。このことは、第５の実施形態を用いた２次元アレイにおいて、面発光レーザ同士の距離を狭めても、隣り合う面発光レーザ間で熱の影響を受けにくいことを示す。
【０１６１】
（第２のシミュレーション）
次に、第１のスペーサ層に関するシミュレーション（第２のシミュレーション）について説明する。
【０１６２】
第２のシミュレーションでは第６の実施形態を用いる。第１のスペーサ層６０５としてのｎ−ＧａＮ層の抵抗率が７×１０−３Ωｃｍ、第２のスペーサ層６０７としてのｐ−ＧａＮ層の抵抗率が１Ωｃｍ、トンネル接合部６１５の抵抗率が１×１０−５Ωｃｍ２、トンネル接合部６１５の直径（電流狭窄径）が５μｍφであるとする。そして、第１のスペーサ層６０５の厚さを変化させて、上部電極６１２と下部電極６１３との間の抵抗を計算する。
【０１６３】
この結果を図１２に示す。図１２に示すように、第１のスペーサ層６０５の厚さが１μｍ未満の場合、第１のスペーサ層６０５の厚さにより抵抗が大きく変化する。一方、第１のスペーサ層６０５の厚さが１μｍ以上である場合、第１のスペーサ層６０５が厚くなっても抵抗はあまり低下せず、厚さの増加に対する抵抗の低下率が小さい。このことは、第１のスペーサ層６０５の厚さが１μｍ以上であれば、抵抗を低く抑えながら、抵抗のばらつきを抑制できることを示す。
【０１６４】
（第３のシミュレーション）
次に、第２の反射鏡に関するシミュレーション（第３のシミュレーション）について説明する。
【０１６５】
第３のシミュレーションでは発振波長が４０５ｎｍの第５の実施形態を用い、第２の反射鏡５０８を構成する８周期のＴａ２Ｏ５層（高屈折率層）及びＳｉＯ２層（低屈折率層）の厚さと第２の反射鏡５０８の反射率との関係を計算する。この結果を表１に示す。表１中の数値は、発振波長λの１／４の厚さ（λ／４）に対しての増減値を示している。
【０１６６】
【表１】
2019153779.tif 000003
【０１６７】
（第４のシミュレーション）
次に、第２の反射鏡に関するシミュレーション（第４のシミュレーション）について説明する。
【０１６８】
第４のシミュレーションでは発振波長が４５０ｎｍの第６の実施形態を用い、第２の反射鏡５０８の構成と反射率との関係を計算する。ここでは、第２の反射鏡５０８が、ＳｉＮ層とＳｉＯ２層とが交互に積層された第１の積層体、及び／又はＴａ２Ｏ５層とＳｉＯ２層とが交互に積層された第２の積層体を総計で８周期含むとする。この結果を表２に示す。
【０１６９】
【表２】
2019153779.tif 000004
【符号の説明】
【０１７０】
１００、４００  反射鏡
１０１、４０１  基板
１０２、４０２  低屈折率層
１０２ａ、４０２ａ  ＡｌＮ層
１０２ｂ、４０２ｂ  ＧａＮ層
１０３、４０３  高屈折率層
４０３ａ  Ｉｎ０．１０Ｇａ０．９０Ｎ層
４０３ｂ  ＧａＮ層
２００、５００、６００、１１０４  面発光レーザ
２０１、５０１、６０１  基板
２０４、５０４、６０４  第１の反射鏡
２０５、５０５、６０５  第１のスペーサ層
２０６、５０６、６０６  活性層
２０７、５０７、６０７  第２のスペーサ層
２０８、５０８、６０８  第２の反射鏡
２０９、５０９、６０９  開口部
２１０、５１０、６１０  導電部
２１１、５１１、６１１  メサ構造
３００、７００、８００、９００  ２次元アレイ光源
５１４、６１４  電子ブロック層
５１５  絶縁膜
５１６  透明電極
５１７  バッファ層
５１８  開口部
６１５  トンネル接合部
６１６  コンタクト層
１０００、１２００  投影装置
１００１、１１０１、１２０１  光源
１００２  光走査部
１００３  対象物
１１００  投光装置
１１０２、１２０３  蛍光部材
１１０３  投光部材
１１０５  上部共通電極
１２０２  投影光学部
１２０４  フィルター
１２０５  画像生成素子
１２０６  投影レンズ
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１７１】
【特許文献１】特開２０００−３４９３９３号公報
【非特許文献】
【０１７２】
【非特許文献１】Applied Physics Express 9, 102101(2016)
【図１】
2019153779.tif 000005
【図２】
2019153779.tif 000006
【図３Ａ】
2019153779.tif 000007
【図３Ｂ】
2019153779.tif 000008
【図３Ｃ】
2019153779.tif 000009
【図４】
2019153779.tif 000010
【図５Ａ】
2019153779.tif 000011
【図５Ｂ】
2019153779.tif 000012
【図５Ｃ】
2019153779.tif 000013
【図５Ｄ】
2019153779.tif 000014
【図６】
2019153779.tif 000015
【図７】
2019153779.tif 000016
【図８】
2019153779.tif 000017
【図９Ａ】
2019153779.tif 000018
【図９Ｂ】
2019153779.tif 000019
【図１０Ａ】
2019153779.tif 000020
【図１０Ｂ】
2019153779.tif 000021
【図１１Ａ】
2019153779.tif 000022
【図１１Ｂ】
2019153779.tif 000023
【図１２】
2019153779.tif 000024
【図１３Ａ】
2019153779.tif 000025
【図１３Ｂ】
2019153779.tif 000026
【図１４】
2019153779.tif 000027
【図１５】
2019153779.tif 000028