(57)【要約】【課題】  ＡｌＧａＮ層とＩｎＧａＮ層の間にＧａＮ層を配置した反射鏡において、高い反射率かつ広反射帯域を実現させる。【解決手段】  ＧａＮを含む基板１０の上に、ＡｌｘＧａ１−ｘＮを含む第１の層１と、ＩｎｙＧａ１−ｙＮを含む第２の層２と、ＧａＮを含む第３の層３と、有する反射鏡であって、第１の層１と第２の層２は交互に積層され、第３の層３は第１の層１と第２の層２の間の少なくとも一部に配置され、ｘとｙが特定の式を満たし、第１の層１の厚さは第２の層２の厚さよりも小さく、反射鏡の反射帯域の中心波長をλとすると、第２の層２の光学厚さがλ／８以上３λ／８以下である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａＮを含む基板の上に、ＡｌｘＧａ１−ｘＮを含む第１の層と、ＩｎｙＧａ１−ｙＮを含む第２の層と、ＧａＮを含む第３の層と、を有する反射鏡であって、
前記第１の層と前記第２の層は、交互に積層され、
前記第３の層は、前記第１の層と前記第２の層の間の少なくとも一部に配置され、
前記ｘと前記ｙが０．００＜４．６６ｙ＜ｘ≦１．００を満たし、
前記第１の層の厚さは、前記第２の層の厚さよりも小さく、
前記反射鏡の反射帯域の中心波長をλとすると、前記第２の層の光学厚さは、λ／８以上３λ／８以下であることを特徴とする反射鏡。
【請求項２】
前記第２の層の光学厚さが、３λ／１６以上５λ／１６以下であることを特徴とする請求項１に記載の反射鏡。
【請求項３】
前記第３の層が、複数の第２の層のうち一つの第２の層と、複数の第１の層のうち前記一つの第２の層の前記基板の側とは反対側で前記一つの第２の層に最も近い第１の層と、の間に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の反射鏡。
【請求項４】
前記第３の層の厚さが、５ｎｍ以上であ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】
前記第３の層の厚さが、前記第１の層の厚さよりも小さいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の反射鏡。
【請求項６】
前記第３の層の厚さが、前記第１の層の厚さの半分以下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７】
ＧａＮを含む第４の層をさらに有し、
第４の層が、複数の第２の層のうち一つの第２の層と、複数の第１の層のうち前記一つの第２の層の前記基板の側で前記一つの第２の層に最も近い第１の層と、の間に配置されていることを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の反射鏡。
【請求項８】
前記第４の層の厚さが、５ｎｍ以上であることを特徴とする請求項７に記載の反射鏡。
【請求項９】
前記第４の層の厚さが、前記第１の層の厚さよりも小さいことを特徴とする請求項７又は８に記載の反射鏡。
【請求項１０】
前記第４の層の厚さが、前記第１の層の厚さの半分以下であることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の反射鏡。
【請求項１１】
前記ｙが、０．０２以上０．２１以下であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の反射鏡。
【請求項１２】
前記ｙが、０．０２以上０．１１以下であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の反射鏡。
【請求項１３】
前記ｙが、０．０２以上０．０９以下であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の反射鏡。
【請求項１４】
前記ｘが、０．０９以上０．５０以下であることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の反射鏡。
【請求項１５】
前記ｘが、０．０９以上０．４０以下であることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の反射鏡。
【請求項１６】
前記第１の層の歪みをε１、前記第１の層の厚さをｔ１、前記第２の層の歪みをε２、前記第２の層の厚さをｔ２とすると、下記式を満たすことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の反射鏡。
０．８０≦｜ε２ｔ２｜／｜ε１ｔ１｜≦１．２０
【請求項１７】
一対の反射鏡と、前記一対の反射鏡との間に配置された活性層と、を有する面発光レーザであって、前記一対の反射鏡の少なくとも一方の反射鏡が請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の反射鏡であることを特徴とする面発光レーザ。
【請求項１８】
請求項１７に記載の面発光レーザと、前記面発光レーザが発する光によって励起される固体レーザ媒体と、を有することを特徴とする固体レーザ。
【請求項１９】
請求項１８に記載の固体レーザと、
前記固体レーザが発する光を被検体に照射することにより発生した弾性波を検出して電気信号を変換する探触子と、
前記電気信号に基づき、前記被検体の光学特性の情報を取得する取得部と、を有する光音響装置。
【請求項２０】
請求項１７に記載の面発光レーザと、面発光レーザが発する光によって露光される感光ドラムと、を有する画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射鏡、及び面発光レーザ、固体レーザ、光音響装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
垂直共振器型の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）は、一対の反射鏡で活性層を挟み、基板に垂直な方向に共振器を形成したレーザである。反射鏡には、屈折率の異なる２種類の材料をそれぞれ１／４波長に相当する光学的厚さで複数回積層したブラッグ反射鏡（ＤＢＲ）が用いられる。ＶＣＳＥＬのレーザ出力を向上させるには、ＤＢＲの反射率を高め、損失を抑えることが課題である。また、デバイス作製時の発光波長のバラツキや、発熱による発光波長が変化することに対応するために、ＤＢＲの反射帯域の広帯域化も求められる。通常、ＤＢＲの反射率を高め、かつ反射帯域を広げるために、２種類の材料の屈折率差が大きいことが望まれる。
【０００３】
一方、２種類の異なる材料を用いる場合、互い異なる格子歪みを有すると、結晶欠陥が生じるという課題がある。これに対して、特許文献１には、ＧａＮ基板の上に、ＧａＮに対して引張り歪みを有するＡｌＧａＮ層と、圧縮歪みを有するＩｎＧａＮ層と、を多数積層し、歪み補償型のＤＢＲについて開示されている。さらに、特許文献１には、ＡｌＧａＮ層とＩｎＧａＮ層の間に歪みのないＧａＮ層を挿入することで、結晶品質をより高めると開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３４９３９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＧａＮの屈折率はＡｌＧａＮとＩｎＧａＮの中間であるため、特許文献１の構成では、ＡｌＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層、ＧａＮ層の光学厚さが適切でないため、各層の界面での反射する時の位相がずれて反射膜の反射率が小さくなってしまう。よって、ＤＢＲの反射率が低下し反射帯域が狭くなる。
本発明は、ＡｌＧａＮ層とＩｎＧａＮ層の間にＧａＮ層を配置した反射鏡において、高い反射率かつ広反射帯域を実現させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、ＧａＮを含む基板の上に、ＡｌｘＧａ１−ｘＮを含む第１の層と、ＩｎｙＧａ１−ｙＮを含む第２の層と、ＧａＮを含む第３の層と、を有する反射鏡であって、前記第１の層と前記第２の層は交互に積層され、前記第３の層は前記第１の層と前記第２の層の間の少なくとも一部に配置され、前記ｘと前記ｙが０．００＜４．６６ｙ＜ｘ≦１．００を満たし、前記第１の層の厚さは前記第２の層の厚さよりも小さく、前記反射鏡の反射帯域の中心波長をλとすると、前記第２の層の光学厚さがλ／８以上３λ／８以下であることを特徴とする反射鏡。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ＡｌＧａＮ層とＩｎＧａＮ層の間にＧａＮ層を配置した反射鏡において、高い反射率かつ広反射帯域を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態１に係る反射鏡の一例を示す模式図
【図２】実施形態２に係る面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）の一例を示す模式図
【図３】実施形態３に係る固体レーザの一例を示す模式図
【図４】実施形態４に係る情報取得装置の一例を示す模式図である。
【図５】実施形態５に係る画像形成装置の一例を示す模式図
【図６】実施例１の反射鏡の反射特性を示す図
【図７】実施例２の反射鏡の反射特性を示す図
【図８】実施例３の反射鏡の反射特性を示す図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（実施形態１）
本発明の反射鏡は、ＧａＮを含む基板の上に、ＡｌｘＧａ１−ｘＮを含む第１の層と、ＩｎｙＧａ１−ｙＮを含む第２の層と、第１の層と第２の層の間の少なくとも一部に配置されたＧａＮを含む第３の層と、を有している。ＡｌｘＧａ１−ｘＮを含む第１の層は引張り歪みを有し、ＩｎｙＧａ１−ｙＮを含む第２の層は圧縮歪みを有しており、第１の層と第２の層とを交互に積層することで、歪みを補償することができる。より具体的には、ＧａＮを含む基板の上にエピタキシャル成長された引張り歪みを有する第１の層の歪みε１と厚さｔ１との積と、圧縮歪みを有する第２の層の歪みε２と厚さｔ２の積の絶対値と、をほぼ等しくする。この構成により、反射鏡全体の歪みを補償し、格子歪みに起因するクラックやピットの発生を抑制する。
【００１０】
なお、層の歪みεは式１で定義される。
ε＝（ａｓ−ａ０）／ａ０  ・・・式１
ここで、ａ０は、層の結晶が無歪みの時の格子定数、ａｓは層の結晶が歪んでいる時の格子定数である。εが正の値であればその層の歪みは引張り歪みであり、負の値であればその層の歪みは圧縮歪みである。例えば、ＧａＮ基板の上に臨界膜厚を超えない厚さでエピタキシャル成長したＩｎＧａＮ層の場合を考える。この場合、ＩｎＧａＮ層は基板であるＧａＮの格子定数で成長する。従って、式１において、ａｓにＧａＮの格子定数、ａ０に混晶組成から計算される歪みがない時のＩｎＧａＮの格子定数を代入することで、この場合のＩｎＧａＮの歪みεを求めることができる。よってＩｎＧａＮはＧａＮより格子定数が大きいため、εは負の値になる。
【００１１】
なお、第１の層の歪みε１と厚さｔ１の積の絶対値と第２の層２の歪みε２と厚さｔ２の積の絶対値とをほぼ等しくすることは製造上難しい。従って、本発明においては、第１の層の歪みε１と厚さｔ１の積の絶対値と第２の層の歪みε２と厚さｔ２の積の絶対値が式２を満たしていればよい。さらに好ましくは、第１の層の歪みε１と厚さｔ１の積の絶対値と第２の層の歪みε２と厚さｔ２の積の絶対値が式３を満たし、最適には式４を満たすことである。
０．８０≦｜ε２ｔ２｜／｜ε１ｔ１｜≦１．２０  ・・・式２
０．８５≦｜ε２ｔ２｜／｜ε１ｔ１｜≦１．１５  ・・・式３
０．９０≦｜ε２ｔ２｜／｜ε１ｔ１｜≦１．１０  ・・・式４
第１の層と第２の層の間にＧａＮを有する第３の層を備えた反射鏡において反射率を上げるために第２の層のＩｎ含有率を増やすと、第２の層のバンドギャップが小さくなり、光吸収率が大きくなる。そのため、反射鏡の反射帯域の中心波長λの光のエネルギーよりバンドギャップが大きくなる範囲で、後述するように第２の層のＩｎ含有率を設定する。
【００１２】
そして、第１の層の歪みε１の絶対値を第２の層の歪みε２の絶対値よりも大きくする。つまり、｜ε１｜＞｜ε２｜となる。この関係式を第１の層のＡｌ含有率ｘと第２の層のＩｎ含有率ｙで表すと、式５になる。
（ａ１−ａ２）ｙ／（ａ２−ａ３）＜ｘ  ・・・式５
ここで、ａ１はＩｎＮのａ軸格子定数で、その値は３．５４８Åである。ａ２はＧａＮのａ軸格子定数で、その値は３．１８９Åである。ａ３はＡｌＮのａ軸格子定数で、その値は３．１１２Åである。また、ｙは０．００より大きく、ｘが１．００以下であることを用いると、式５は、式６のように変換できる。
０．００＜４．６６ｙ＜ｘ≦１．００  ・・・式６
例えば、ｙが０．０５の時、ｘは０．２３より大きくすればよい。式６から、ｘが１．００以下であるためには、ｙが０．２１以下である必要がある。一方、Ｉｎ含有率ｙが小さいと、第２の層の屈折率はＧａＮに近づき、第１の層と第２の層との屈折率差は小さくなる。このため、Ｉｎ含有率ｙは０．０２以上とすることが好ましい。つまり、ｙは０．０２以上０．２１以下である。
【００１３】
ｙが０．０２のとき、Ａｌ含有率ｘは、０．０９となる。このため、ｘは、０．０９以上１．００以下である。ただし、Ａｌ含有率ｘが０．５０より大きいＡｌｘＧａ１−ｘＮは抵抗率が高いため、後述するような反射鏡を介してキャリアを注入する面発光レーザで用いる用途では使用が困難である。このため、面発光レーザで用いる用途ではｘは０．０９以上０．５０以下にすること好ましい。さらに好ましくはｘは０．０９以上０．４０以下である。これに応じて、Ｉｎ含有率ｙの範囲は、式７から、０．０２以上０．１１以下、０．０２以上０．０９以下となる。
【００１４】
そして、歪みを補償するために、第１の層の歪みε１と厚さｔ１の積の絶対値と第２の層２の歪みε２と厚さｔ２の積の絶対値とをほぼ等しくすると、第１の層の厚さｔ１は、第２の層の厚さｔ２より小さくなる。つまり、ｔ１＜ｔ２となる。
【００１５】
ここで反射率を大きくするために、第２の層の光学厚さをλ／４とする。このような光学厚さとすることで、位相が揃いやすくなり反射率が大きくなる。その結果、第１の層の光学厚さはλ／４より薄くなる。そこで、この光学厚さの不足分を補うようにＧａＮを含む層（第３の層）の厚さが設定される。第１の層と第２の層とＧａＮを含む層の１周期の合計の光学厚さがλ／２になるようにする。
【００１６】
なお、製造誤差、歪み補償を考慮して、第２の層の光学厚さをλ／４から±λ／８程度の範囲で変えてもよい。より好ましくは、第２の層の光学厚さはλ／４から±λ／１６程度の範囲内で設定する。具体的には、第２の層の光学厚さは、λ／８以上３λ／８以下を満たせばよく、より好ましくは３λ／１６以上５λ／１６以下である。
【００１７】
ＧａＮを含む層（第３の層）は、第１の層と第２の層の間の少なくとも一部に配置されればよい。少なくともＧａＮを含む層は、複数の第２の層のうち一つの第２の層と、この一つの第２の層の基板の側とは反対側でその一つの第２の層に最も近い第１の層と、の間に配置されているのが好ましい。これは、ＧａＮを含む層が、第２の層に含まれるＩｎｙＧａ１−ｙＮの分解を抑制するための保護層として機能するためである。また、別のＧａＮを含む層（後述する、第４の層）が、その一つの第２の層と、その一つの第２の層の基板の側でその一つの第２の層に最も近い第１の層と、の間に配置されていてもよい。ＧａＮを含む層は第１の層の光学厚さの不足分を補いつつ、第１の層と第２の層を結晶性良く成長するための中間層として機能する。
【００１８】
本発明の反射鏡について図１を用いてより具体的に説明する。図１（ａ）で示す反射鏡は、ＧａＮを含む基板１０の上に、ＡｌｘＧａ１−ｘＮを含む低屈折率層（第１の層）１と、ＩｎｙＧａ１−ｙＮを含む高屈折率層（第２の層）２と、ＧａＮを含む第１の中間層（第３の層）３を備えている。そして、低屈折率層１と高屈折率層２は交互に積層されている。また、第１の中間層３は低屈折率層１と高屈折率層２との間に配置されている。さらに、低屈折率層１と高屈折率層２と第１の中間層３とを１つの構造体とすると、反射膜は複数の構造体が積層されて構成されている。さらに、第１の中間層３は、複数の高屈折率層２のうち一つの高屈折率層２ａと、低屈折率層１のうち高屈折率層２ａの基板１０の側とは反対側で高屈折率層２ａに最も近い低屈折率層１ｂと、の間に配置されている。つまり、基板１０側から低屈折率層１、高屈折率層２、第１の中間層３の順に、各層が積層されている。
【００１９】
一方、図１（ｂ）で示す反射鏡は、図１（ａ）で示した反射鏡の構成に加えてＧａＮを含む第２の中間層（第４の層）４を備えている。そして、低屈折率層１と第２の中間層４と高屈折率層２と第１の中間層３とを１つの構造体として、反射膜は複数の構造体が積層されて構成されている。さらに、第２の中間層４は、複数の高屈折率層２のうち一つの高屈折率層２ａと、低屈折率層１のうち高屈折率層２ａの基板１０の側で高屈折率層２ａに最も近い低屈折率層１ａと、の間に配置されている。つまり、高屈折率層２は、第１の中間層３と第２の中間層４との間に配置されている。つまり、基板１０側から低屈折率層１、第２の中間層４、高屈折率層２、第１の中間層３の順に、各層が積層されている。
【００２０】
基板１０は、ＧａＮの格子定数を有する基板であればよい。例えば、基板１０としては、ＧａＮ基板や、ＧａＮを成長できる基材の上（例えば、サファイア、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＧａＡｓなど）にＧａＮを形成したものが挙げられる。
【００２１】
低屈折率層１は引張りの歪ε１を有するＡｌｘＧａ１−ｘＮを含む。Ａｌ含有率及び低屈折率層１の厚さは、後述するように、歪みと厚さの関係を満たすよう調整される。また、低屈折率層１の屈折率は、高屈折率層２の屈折率よりも小さく、２．００以上２．４５以下が好ましい。低屈折率層１と高屈折率層２との屈折率差は、０．１０以上あればよい。
【００２２】
高屈折率層２は圧縮の歪ε２を有するＩｎｙＧａ１−ｙＮを含む。高屈折率層２の光吸収を抑えるため、ＩｎｙＧａ１−ｙＮのバンドギャップが反射させる光のエネルギーより大きくなるようにＩｎ含有率が調整されている。高屈折率層２の厚さｔ２はλ／４ｎである。ここでλは反射鏡の反射帯域の中心波長、ｎは高屈折率層２の屈折率である。上述したように、高屈折率層２の光学厚さは、λ／８以上３λ／８以下を満たせばよく、より好ましくは３λ／１６以上５λ／１６以下である。また、高屈折率層２の屈折率は、低屈折率層１の屈折率よりも大きく、２．５０以上２．８０以下が好ましい。
【００２３】
第１の中間層３はＧａＮを含む。低屈折率層１と高屈折率層２との間に配置される。低屈折率層１ｂと、低屈折率層１ｂに対して基板１０側にあって、低屈折率層１ｂに最も近い高屈折率層２ａと、の間に配置される。基板１０と同じ材料であるため第１の中間層３は、歪みが発生しない。第１の中間層３の厚さは、低屈折率層１の光学厚さを補うだけの厚さが必要である。ただし、高屈折率層２の保護層としての機能を持たせるには、第１の中間層３の厚さは５ｎｍ以上あればよい。また、第１の中間層３が厚いと、低屈折率層１の割合が少なくなり、実効的に低屈折率層１と高屈折率層２との屈折率差が小さくなる。そのため、第１の中間層３の厚さは、低屈折率層１の厚さよりも小さいことが好ましい。さらには、低屈折率層１の厚さの半分以下がより好ましい。
【００２４】
また、第１の中間層３のＧａＮは、低屈折率層１のＡｌｘＧａ１−ｘＮよりも熱伝導率が高いため、低屈折率層１の厚さを小さくして第１の中間層３を設けることで、基板１０の面内方向及び垂直方向への放熱性がよくなる。また、電気抵抗率も第１の中間層３のＧａＮの方が低屈折率層１のＡｌｘＧａ１−ｘＮよりも小さいため、第１の中間層３のＧａＮを設けることで電気抵抗率が下がる。
【００２５】
第２の中間層４はＧａＮを含み、低屈折率層１ａと、その低屈折率層１ａに対して基板１０とは反対側にあって、低屈折率層１ａに最も近い高屈折率層２ａと、の間に配置される。第２の中間層４も基板１０と同じ材料であるため歪みが発生しない。また、第２の中間層４を設ける場合は、第１の中間層３と第２の中間層４の合計の光学厚さが、低屈折率層１の光学厚さの不足分を補うようにすればよい。つまり、第２の中間層４を設けない場合は、低屈折率層１の光学厚さと高屈折率層２の光学厚さと第１の中間層３の光学厚さの合計がほぼλ／２であればよい。一方、第２の中間層４を設ける場合は、低屈折率層１の光学厚さと高屈折率層２の光学厚さと第１の中間層３の光学厚さと第２の中間層４の光学厚さの合計がほぼλ／２となればよい。また、第２の中間層４の厚さも、５ｎｍ以上で低屈折率層１の厚さよりも小さくことが好ましく、さらには低屈折率層１の厚さの半分以下がより好ましい。
【００２６】
なお、低屈折率層１、高屈折率層２、第１の中間層３、第２の中間層４のいずれにも、導電性を付与する目的で、例えば、ドナー不純物としてＳｉ、アクセプタ不純物としてＭｇをドーピングすることが可能である。
【００２７】
＜製造方法＞
次に、本発明の反射鏡の製造方法について説明する。各層は、最適な成長条件でエピタキシャル成長する。より具体的には、高屈折率層２を構成するＩｎｙＧａ１−ｙＮは、６００℃乃至９００℃の範囲内で、窒素ガス中でエピタキシャル成長される。低屈折率層１を構成するＡｌｘＧａ１−ｘＮは１０００℃以上で、水素ガス中でエピタキシャル成長する。第１の中間層３を構成するＧａＮは、高屈折率層２と連続して成膜させるため、ＩｎｙＧａ１−ｙＮと同じ成長条件でエピタキシャル成長される。また、第２の中間層４を構成するＧａＮは、低屈折率層１と連続して成膜させるため、ＡｌｘＧａ１−ｘＮと同じ成長条件でエピタキシャル成長される。
【００２８】
エピタキシャル成長の中でも、特に有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）が用いられる。使用原料は、ＩＩＩ族源としてトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、窒素源としてアンモニア（ＮＨ３）などである。導電性の反射鏡にする場合には、ドナー不純物のＳｉ源としてシラン（ＳｉＨ４）やジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、アクセプタ不純物のＭｇ源としてシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いることができる。結晶成長の制御は窒素源であるＮＨ３を供給したまま、ＩＩＩ族原料のバルブをオン、オフすることで制御する。ＮＨ３を供給したままにする理由は、成長中の窒化物半導体から窒素の脱離を防ぐためである。
【００２９】
はじめに、ＧａＮを含む基板１０を用意し、製造装置の反応炉内へセットする。製造装置の反応炉内に窒素（Ｎ２）とＮＨ３を供給して、基板１０をＡｌｘＧａ１−ｘＮが結晶成長する最適温度（例えば１０００℃）まで昇温させる。その温度（例えば１０００℃）まで到達したら、ＮＨ３を供給したまま窒素を水素に代えて、基板１０の上にＴＭＧａとＴＭＡｌを供給しＡｌｘＧａ１−ｘＮをエピタキシャル成長させて、低屈折率層１を形成する。
【００３０】
次に、ＩｎｙＧａ１−ｙＮを成長するために、ＮＨ３を供給したまま水素を窒素に代えて、基板１０の温度をＩｎｙＧａ１−ｙＮが結晶成長する最適温度（例えば８５０℃）まで下げる。その温度（例えば８５０℃）に到達したら、ＮＨ３と窒素を供給したまま、低屈折率層１の上にＴＭＧａとＴＭＩｎを供給しＩｎｙＧａ１−ｙＮをエピタキシャル成長させて、高屈折率層２を形成する。
【００３１】
次に、ＮＨ３と窒素を供給したまま、高屈折率層２の上に、ＧａＮを５ｎｍ以上の厚さでエピタキシャル成長させて、第１の中間層３を形成する。第１の中間層３は、高屈折率層２と同じ成長条件で結晶成長することができるので、ＴＭＩｎの供給のみをストップさせて、高屈折率層２と連続で成長させることが望ましい。
【００３２】
なお、高屈折率層２の上に第１の中間層３であるＧａＮを形成していない場合、次に成膜される低屈折率層１のＡｌｘＧａ１−ｘＮを成長するための昇温工程や水素ガスによって、高屈折率層２のＩｎｙＧａ１−ｙＮの表面が分解する。その結果、Ｉｎのドロップレットの発生等が原因で表面の平坦性が悪化する。表面平坦性の悪化はＩｎｙＧａ１−ｙＮがＩｎＮとＧａＮの混晶であるために発生する問題である。第１の中間層３のＧａＮも、ＩｎｙＧａ１−ｙＮほどではないが、１０００℃以上において僅かに分解が生じる。しかし、分解したＧａ原子の一部は表面で盛んにマイグレーションして、再び窒素と結合する。そのため、第１の中間層３の表面では、分解による平坦性の低下の影響は小さい。そして、第１の中間層３は、高屈折率層２に熱分解を生じさせないような厚さで成長させることが望ましく、具体的には５ｎｍ以上の厚さで成長させればよい。また、第１の中間層３の分解する量を少なくするために、低屈折率層１の形成に備えた昇温時間を極力短くすることが望ましい。
【００３３】
以降は、低屈折率層１、高屈折率層２、第１の中間層３の成長を交互に繰り返し、所望の反射率が得られる構成になるまで複数回繰り返す。また、本実施形態の製造方法において、基板１０上に低屈折率層１から形成される場合の説明を始めたが、高屈折率層２から形成される場合であってもよい。
【００３４】
なお、必要であれば、低屈折率層１と高屈折率層２の形成工程の間に、第２の中間層４を形成してもよい。具体的には、第２の中間層４は、低屈折率層１と同じ成長条件でエピタキシャル成長をすることができるので、低屈折率層１を形成後、ＴＭＡｌの供給のみをストップさせて連続して成長させることが望ましい。その後、高屈折率層２の形成に備えて、基板１０の温度を下げるようにする。
【００３５】
第２の中間層４を設ける技術的意味としては以下のことが挙げられる。低屈折率層１のＡｌ含有率が高いと、大きな格子歪みが生じるため、低屈折率層１の表面が荒れながら成長する。そのため、高屈折率層２の結晶品質を向上させるために、第２の中間層４として原子がマイグレーションしやすいＧａＮを形成することが好ましい。よって、低屈折率層１の表面荒れが高屈折率層２の結晶成長または反射鏡の反射率に影響が出ない程度であれば、第２の中間層４は形成しなくてもよい。また第２の中間層４は、数周期に１回形成してもよいし、毎周期形成してもよい。
【００３６】
（実施形態２）
本実施形態では、実施形態１の反射鏡を用いた面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）について説明する。図２は本実施形態に係るＶＣＳＥＬの一例を示す断面模式図である。ＶＣＳＥＬは、一対の反射鏡２０，２１と、一対の反射鏡２０，２１との間に配置された活性層１２と、を有する。なお、図２の構成では、反射鏡２０と反射鏡２１の両方が実施形態１の図１（ｂ）の反射鏡で構成されているが、反射鏡２０と反射鏡２１のうち少なくとも一方の反射鏡が実施形態１の反射鏡であればよい。
【００３７】
より具体的に、本実施形態のＶＣＳＥＬについて説明する。基板１０の上に実施形態１の反射鏡２０が形成されている。また、基板１０の反射鏡２０とは反対側には電極１９が形成されている。その反射鏡２０の上に、スペーサ層１１、活性層１２、スペーサ層１３が基板１０側から順に形成されている。
【００３８】
活性層１２は、３周期のＩｎＧａＮ／ＧａＮの量子井戸構造を有している。また、スペーサ層１３の上には、電流狭窄層１４が形成されている。この電流狭窄層１４は、活性層１２へのキャリア注入領域を電流狭窄層１４の開口部に限定することでＶＣＳＥＬの横モードのマルチモード化を抑制する機能を有する。
【００３９】
そして電流狭窄層１４の上にキャリアブロック層１５、トンネル接合層１６が形成されている。トンネル接合層１６の上には、実施形態１の反射鏡２１が形成されている。この反射鏡２１の上には、コンタクト層１７と電極１８が形成されている。
【００４０】
電極１８と電極１９のうち一方からは電子が、他方からは正孔が注入される。その電子と正孔が活性層１２で再結合することによって、活性層が発光する。そして発光された光は、一対の反射鏡２０，２１の間で、一対の反射鏡２０，２１の間の膜厚に応じた波長でレーザ発振される。また、一対の反射鏡２０，２１の間の定在波の腹が活性層１２に重なるようにスペーサ層１１，１３の厚さを調整する。
【００４１】
キャリアブロック層１５は、電極１９から注入されたキャリアが活性層１２を通過し電極１８に移動することを抑制している。またトンネル接合層１６は、電極１８から注入されたキャリアが反射鏡２１からキャリアブロック層１５に移動することを助ける機能を有する。
【００４２】
各層は、公知の材料を用いることができ、公知の方法で製造することができる。また、各層の厚さは、レーザ発振波長などに応じて適宜設定されればよい。
【００４３】
なお、一対の反射鏡２０，２１のうち一方の反射鏡が可動されるように構成されていてもよい。
【００４４】
また、このＶＣＳＥＬを照明装置として使用することも可能である。具体的には、照明装置は、複数のＶＣＳＥＬがアレイ状に配置された構成である。
【００４５】
（実施形態３）
本実施形態では、実施形態２の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を用いた固体レーザ１１０について図３を用いて説明する。固体レーザ１１０は、実施形態２のＶＣＳＥＬを有する光源１１１と、ＶＣＳＥＬが発する光によって励起される固体レーザ媒体１１３と、を有している。また、固体レーザ１１０は、２つの反射部材１１５ａ，１１５ｂを有する。なお、光源１１１は、出力を上げるために、ＶＣＳＥＬがアレイ状に配列して集積された光源であってもよい。
【００４６】
光源１１１から発せられたＶＣＳＥＬのレーザ発振波長の光１１２は固体レーザ媒体１１３に照射される。固体レーザ媒体１１３は、光１１２を吸収し、レーザ遷移に伴い光１１４を発する。光１１４は２つの反射部材１１５ａ，１１５ｂで反射を繰り返すことにより、固体レーザ１１０はレーザ発振状態となる。そして、発振状態の固体レーザ１１０から反射部材１１５ｂを透過した固体レーザ光１１６が射出される。
【００４７】
固体レーザ媒体１１３の吸収スペクトルに応じて、光源１１１から射出される光１１２の波長λを決定することが好ましい。すなわち、固体レーザ媒体１１３の吸収スペクトルに合わせて、ＶＣＳＥＬの反射鏡の反射帯域の中心波長を設計することが好ましい。さらに、固体レーザ媒体１１３の吸収スペクトルの最大ピーク付近の波長が、反射鏡の反射率の最大ピーク波長となるように反射鏡を構成する各層の組成や厚さを設計することがより好ましい。例えば、固体レーザ媒体１１３としてアレキサンドライト結晶を用いる場合、反射鏡の反射率の最大ピークの波長をアレキサンドライト結晶の吸収スペクトルの最大ピーク付近の４００ｎｍとすることで効率よく固体レーザ１１０を発振させることができる。
【００４８】
（実施形態４）
本実施形態では、実施形態３の固体レーザ１１０を用いた光音響装置について図４を用いて説明する。光音響装置は、固体レーザ１１０と、固体レーザ１１０が発する光を被検体１２０に照射することにより発生した弾性波を検出して電気信号を変換する探触子１２１と、その電気信号に基づき被検体１２０の光学特性の情報を取得する取得部１２２を有する。さらに、光音響装置は、固体レーザ１１０が発する光を被検体１２０に照射する光学系１２３を有する。また、光音響装置は、取得部１２２で取得した情報を表示する表示部１２４を有していてもよい。
【００４９】
固体レーザ１１０が発する光は、光学系１２３を介してパルス光１２５として被検体１２０に照射される。そして、光音響効果により被検体１２０内の光吸収体１２６によって光音響光音響波１２７が発生する。そして、探触子１２１が被検体１２０内を伝搬した光音響波１２８を検出して時系列の電気信号を取得する。そして、取得部１２２が時系列の電気信号に基づいて被検体１２０内部の情報を取得し、表示部１２４に被検体１２０内部の情報を表示させる。
【００５０】
なお、固体レーザ１１０が発することのできる光の波長は、被検体１２０の内部まで光が伝搬する波長を使うことが望ましい。具体的には、被検体１２０が生体の場合、好適な波長は、５００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下である。ただし、比較的生体表面付近の生体組織の光学特性の情報を取得する場合は、上記の波長領域よりも範囲の広い、例えば４００ｎｍ以上１６００ｎｍ以下の波長領域を使用することも可能である。
【００５１】
被検体の光学特性の情報は、光音響波の初期音圧、光エネルギー吸収密度、吸収係数、および被検体を構成する物質の濃度などである。ここで、物質の濃度とは、酸素飽和度、オキシヘモグロビン濃度、デオキシヘモグロビン濃度、および総ヘモグロビン濃度などである。総ヘモグロビン濃度とは、オキシヘモグロビン濃度およびデオキシヘモグロビン濃度の和である。また、本実施形態において被検体の光学特性の情報は、数値データとしてではなく、被検体内の各位置の分布情報であってもよい。すなわち、取得部１２２は、吸収係数分布や酸素飽和度分布などの分布情報を被検体の光学特性の情報として取得してもよい。
【００５２】
（実施形態５）
本実施形態では、実施形態２のＶＣＳＥＬを用いた画像形成装置について図５を用いて、説明する。画像形成装置は、光源１３０と、感光ドラム（感光体）１３１と、帯電器１３２と、現像器１３３と、転写帯電器１３４と、定着器１３５とを有している。さらに、画像形成装置は、回転多面鏡１３６と、モータ１３７と、コリメータレンズ１３８と、ｆθレンズ１３９と反射部材１４０と、を有している。
【００５３】
なお、光源１３０は、単一のＶＣＳＥＬであってもよいし、ＶＣＳＥＬがアレイ状に配列して集積された光源であってもよい。
【００５４】
光源１３０は、ドライバ（図示せず）により画像信号に応じて点灯または消灯するように構成されている。光源１３０から発せられたレーザ光は、コリメータレンズ１３８を介し回転多面鏡１３６に照射される。回転多面鏡１３６はモータ１３７によって回転されている。このため、光源１３０から照射された光が、回転多面鏡１３６の回転に伴い、その回転多面鏡の反射面で反射角度が変えられて偏向ビームとしてｆθレンズ１３９に照射される。
【００５５】
この偏向ビームは、ｆθレンズ１３９により歪曲収差の補正等を受け、反射部材１４０で反射されて感光ドラム１３１に照射され、感光ドラム１３１上で主走査方向に走査される。
【００５６】
感光ドラム１３１は、予め帯電器１３２により帯電されており、レーザ光の走査により順次露光され、その表面に静電潜像が形成される。また、感光ドラム１３１は矢印方向に回転していて、形成された静電潜像は現像器１３３により現像され、現像された可視像は転写帯電器１３４により、転写紙（不図示）に転写される。可視像が転写された転写紙は、定着器１３５に搬送され、定着を行った後に装置外に排出される。
【００５７】
なお、光源１３０として、アレイ状に複数のＶＣＳＥＬ並べた光源を用いて、回転多面鏡１３６の１面に複数のレーザ光を照射する構成としてもよい。この構成は、感光ドラム１３１の主走査方向に、その複数のレーザ光に対応した複数のライン分を一括で露光することができるため好ましい。
【実施例】
【００５８】
（実施例１）
本実施例では、反射帯域の中心波長が４５０ｎｍである反射鏡について説明する。本実施例の反射鏡の構成は、図１（ａ）で示されている。
【００５９】
まず、ＧａＮを含む基板１０をＭＯＣＶＤ装置にセットし、窒素とＮＨ３を供給しながら基板１０下部に設置したヒータで基板１０を加熱し、１１５０℃まで加熱する。温度の測定はヒータ周辺に設置した熱電対で測定する。
【００６０】
次に、基板１０の温度が１１５０℃まで到達したら、窒素を水素に切換え、ＴＭＧａ、ＴＭＡｌを供給して、基板１０の上に低屈折率層１としてＡｌｘＧａ１−ｘＮをエピタキシャル成長させる。
【００６１】
次に、高屈折率層２としてＩｎｙＧａ１−ｙＮを成長するために、ＮＨ３を供給したまま、水素から窒素に切換えて、基板１０の温度を８５０℃まで下げる。温度が８５０℃まで下がったら、ＴＭＧａとＴＭＩｎを供給し、第２の中間層４の上に高屈折率層２としてＩｎｙＧａ１−ｙＮをエピタキシャル成長させる。
【００６２】
続けて、成長条件を変えずに第１の中間層３としてＧａＮを高屈折率層２の上にエピタキシャル成長させる。このときＴＭＩｎの供給をオフにする。第１の中間層３の厚さは、次の基板１０の昇温工程における高屈折率層２の表面の分解を防ぐために１０ｎｍとする。
【００６３】
再び、基板温度を３分間で１１５０℃に昇温する。この工程により第１の中間層３の厚さは、分解して６．５ｎｍになる。以降、低屈折率層１、高屈折率層２、第１の中間層３の順に合計５５周期、積層する。
【００６４】
次に、各層の組成、屈折率、歪み、歪みと厚さの積の絶対値、｜ε２ｔ２｜／｜ε１ｔ１｜を表１に示す。表１から明らかのように、式２を満たす。また、｜ε２ｔ２｜／｜ε１ｔ１｜は式２乃至４を満たしている。さらに、Ｉｎ含有率ｙとＡｌ含有率ｘは、式５を満たしている。
【００６５】
また、高屈折率層２の光学厚さは、１１２．５０ｎｍである。この値は、λ／８以上３λ／８以下の範囲内、３λ／１６以上５λ／１６以下の範囲内にある。また、低屈折率層１の光学厚さと高屈折率層２の光学厚さと第１の中間層３の光学厚さの合計は、２２５．１９ｎｍであり、λ／２の値とほぼ等しい。
【００６６】
図６は、本実施例の反射鏡の反射特性を表している。本実施例は、反射帯域が波長４４４ｎｍ乃至４５７ｎｍで反射率が９９．５％以上の反射鏡が得られる。
【００６７】
【表１】
2015076552.tif 000003
【００６８】
（実施例２）
本実施例では、反射帯域の中心波長λが４０５ｎｍである反射鏡ついて説明する。本実施例の反射鏡の構成は、図１（ｂ）で示されている。
【００６９】
まず、ＧａＮを含む基板１０をＭＯＣＶＤ装置にセットし、窒素とＮＨ３を供給しながら基板１０下部に設置したヒータで基板１０を加熱し、１１５０℃まで加熱する。温度の測定はヒータ周辺に設置した熱電対で測定する。
【００７０】
次に、基板１０の温度が１１５０℃まで到達したら、窒素を水素に切換え、ＴＭＧａ、ＴＭＡｌを供給して、基板１０の上に低屈折率層１としてＡｌｘＧａ１−ｘＮをエピタキシャル成長させる。続けて、成長条件を変えずに、第２の中間層４として、低屈折率層１の上にＧａＮ４を厚さ５ｎｍでエピタキシャル成長させる。このときＴＭＡｌの供給をオフにする。
【００７１】
次に、高屈折率層２としてＩｎｙＧａ１−ｙＮを成長するために、ＮＨ３を供給したまま、水素から窒素に切換えて、基板１０の温度を８５０℃まで下げる。温度が８５０℃まで下がったら、ＴＭＧａとＴＭＩｎを供給し、第２の中間層４の上に高屈折率層２としてＩｎｙＧａ１−ｙＮをエピタキシャル成長させる。
【００７２】
続けて、成長条件を変えずに第１の中間層３としてＧａＮを高屈折率層２の上にエピタキシャル成長させる。このときＴＭＩｎの供給をオフにする。第１の中間層３の厚さは、次の基板１０の昇温工程における高屈折率層２の表面の分解を防ぐために１０ｎｍとする。
【００７３】
再び、基板温度を３分間で１１５０℃に昇温する。この工程により第１の中間層３の厚さは、分解して５ｎｍになる。以降、低屈折率層１、第２の中間層４、高屈折率層２、第１の中間層３の順に合計５０周期、積層する。
【００７４】
各層の組成、屈折率、歪み、歪みと厚さの積の絶対値、｜ε２ｔ２｜／｜ε１ｔ１｜を表２に示す。表２から明らかのように、式２を満たす。また、｜ε２ｔ２｜／｜ε１ｔ１｜は式２乃至４を満たしている。さらに、Ｉｎ含有率ｙとＡｌ含有率ｘは、式５を満たしている。
【００７５】
また、高屈折率層２の光学厚さは、１０５．０２ｎｍである。この値は、λ／８以上３λ／８以下の範囲内、３λ／１６以上５λ／１６以下の範囲内にある。また、低屈折率層１の光学厚さと高屈折率層２の光学厚さと第１の中間層３の光学厚さと第２の中間層４の光学厚さの合計は、２０２．５９ｎｍであり、λ／２の値とほぼ等しい。
【００７６】
図７は、本実施例の反射鏡の反射特性を表している。本実施例は、反射帯域が波長４０１ｎｍ乃至４２１ｎｍで反射率が９９．５％以上の反射鏡が得られる。
【００７７】
【表２】
2015076552.tif 000004
【００７８】
（実施例３）
本実施例では、反射帯域の中心波長λが５３０ｎｍである反射鏡について説明する。本実施例の反射鏡の構成は、図１（ｂ）で示されている。なお、製造方法は、実施例２と同じであるため、省略する。
【００７９】
各層の組成、屈折率、歪み、歪みと厚さの積の絶対値、｜ε２ｔ２｜／｜ε１ｔ１｜を表３に示す。表２から明らかのように、式２を満たす。また、｜ε２ｔ２｜／｜ε１ｔ１｜は式２乃至４を満たしている。さらに、Ｉｎ含有率ｙとＡｌ含有率ｘは、式５を満たしている。
【００８０】
また、高屈折率層２の光学厚さは、１００．８０ｎｍである。この値は、λ／８以上３λ／８以下の範囲内、３λ／１６以上５λ／１６以下の範囲内にある。また、低屈折率層１の光学厚さと高屈折率層２の光学厚さと第１の中間層３の光学厚さと第２の中間層４の光学厚さの合計は、２５９．７４ｎｍであり、λ／２の値とほぼ等しい。
【００８１】
図８は本実施例の反射鏡の反射特性を表している。本実施例は、反射帯域が波長５１８ｎｍ乃至５３９ｎｍで反射率が９９．５％以上の反射鏡が得られる。
【００８２】
【表３】
2015076552.tif 000005
【００８３】
（実施例４）
本実施例では、実施例２の反射鏡を用いた面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）について説明する。本実施例のＶＣＳＥＬの構成は、図２に示されている。
【００８４】
まず、ＧａＮを含む基板１０上に反射鏡２０として実施例２に記載の反射鏡を形成する。反射鏡２０は、ｎ型の電気特性を持たせるためにＳｉドーピングして成長させる。なお、反射鏡２０は、Ｓｉドーピングしてｎ型導電性を持たせたこと以外は実施例２と同じであるので、製造方法は省略する。
【００８５】
反射鏡２０を形成した後、スペーサ層１１、活性層１２を形成する。活性層１２の構造は３周期のＩｎ０．１１Ｇａ０．８９Ｎ／ＧａＮの量子井戸構造で、Ｉｎ０．１１Ｇａ０．８９ＮとＧａＮの厚さはそれぞれ３ｎｍ、７ｎｍである。
【００８６】
その後、スペーサ層１３を形成し、ＡｌＮを含む層を形成する。次に、ＡｌＮを含む層に電流狭窄構造を形成する。一度、基板１０を製造装置から取り出してフォトリグラフィーとドライエッチングを用いてＡｌＮを含む層に直径が１０μｍの開口部を形成することで電流狭窄層１４を形成する。
【００８７】
再び基板１０を製造装置にセットし、電子のオーバーフローを抑制するためのキャリアブロック層１５とトンネル接合層１６を形成する。電子ブロック層は厚さ２０ｎｍのｐ−Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ｎからなる。トンネル接合層１６は、Ｍｇを１×１０２０ｃｍ−３ドーピングした厚さ５ｎｍのＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎと、Ｓｉを１×１０２０ｃｍ−３ドーピングした厚さ１０ｎｍのＧａＮの２層構造からなる。
【００８８】
次に、反射鏡２１を形成する。反射鏡２１は反射鏡２０と同じくＳｉドーピングした実施例２の反射鏡である。
【００８９】
そして、電極を形成するためのコンタクト層１７として厚さ２０ｎｍのｐ−ＧａＮを成長させる。最後に、コンタクト層１７の上に開口部をもつｐ型の電極１８と、基板１０の裏面にｎ型の電極１９を形成する。
【００９０】
このようにして、ＶＣＳＥＬが形成される。
【符号の説明】
【００９１】
１０  基板
１  低屈折率層（第１の層）
２  高屈折率層（第２の層）
３  第１の中間層（第３の層）
４  第２の中間層（第４の層）
【図１】
2015076552.tif 000006
【図２】
2015076552.tif 000007
【図３】
2015076552.tif 000008
【図４】
2015076552.tif 000009
【図５】
2015076552.tif 000010
【図６】
2015076552.tif 000011
【図７】
2015076552.tif 000012
【図８】
2015076552.tif 000013