(57)【要約】光半導体デバイスは、ｎ型化合物半導体層２１、活性層２３及びｐ型化合物半導体層２２がこの順に積層された積層構造体２０を有し、活性層２３はトンネルバリア層３３を有する多重量子井戸構造を備えており、ｐ型化合物半導体層２２に隣接した井戸層３１2の組成揺らぎは他の井戸層３１1の組成揺らぎよりも大きく、また、ｐ型化合物半導体層２２に隣接した井戸層３１2のバンドギャップエネルギーは他の井戸層３１1のバンドギャップエネルギーよりも小さく、また、ｐ型化合物半導体層２２に隣接した井戸層３１2の厚さは他の井戸層３１1の厚さよりも厚い。
2016103835.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型化合物半導体層、活性層、及び、ｐ型化合物半導体層がこの順に積層された積層構造体を有し、
活性層は、トンネルバリア層を有する多重量子井戸構造を備えており、
ｐ型化合物半導体層に隣接した井戸層の組成揺らぎは、他の井戸層の組成揺らぎよりも大きい光半導体デバイス。
【請求項２】
ｐ型化合物半導体層に隣接した井戸層のバンドギャップエネルギーは、他の井戸層のバンドギャップエネルギーよりも小さい請求項１に記載の光半導体デバイス。
【請求項３】
ｐ型化合物半導体層に隣接した井戸層の厚さは、他の井戸層の厚さよりも厚い請求項１に記載の光半導体デバイス。
【請求項４】
ｐ型化合物半導体層に隣接した井戸層のバンドギャップエネルギーは、他の井戸層のバンドギャップエネルギーよりも小さい請求項３に記載の光半導体デバイス。
【請求項５】
トンネルバリア層は、井戸層と障壁層との間に形成されている請求項１に記載の光半導体デバイス。
【請求項６】
ｎ型化合物半導体層、活性層、及び、ｐ型化合物半導体層がこの順に積層された積層構造体を有し、
活性層は、トンネルバリア層を有する多重量子井戸構造を備えており、
ｐ型化合物半導体層に隣接した井戸層のバンドギャップエネルギーは、他の井戸層のバンドギャップエネルギーよりも小さい光半導体デバイス。
【請求項７】
ｐ型化合物半導体層に隣接した井戸層の厚さは、他の井戸層の厚さよりも厚い請求項６に記載の光半導体デバイス。
【請求項８】
トンネルバリア層は、井戸層と障壁層との間に形成されている請求項６に記載の光半導体デバイス。
【請求項９】
ｎ型化合物半導体層、活性層、及び、ｐ型化合物半導体層がこの順に積層された積層構造体を有し、
活性層は、トンネルバリア層を有する多重量子井戸構造を備えており、
ｐ型化合物半導体層に隣接した井戸層の厚さは、他の井戸層の厚さよりも厚い光半導体デバイス。
【請求項１０】
トンネルバリア層は、井戸層と障壁層との間に形成されている請求項９に記載の光半導体デバイス。
【請求項１１】
トンネルバリア層の厚さは４ｎｍ以下である請求項１、請求項６及び請求項９のいずれか１項に記載の光半導体デバイス。
【請求項１２】
活性層は、ＡｌＩｎＧａＮ系化合物半導体から成る請求項１、請求項６及び請求項９のいずれか１項に記載の光半導体デバイス。
【請求項１３】
トンネルバリア層はＧａＮから成る請求項１２に記載の光半導体デバイス。
【請求項１４】
ｎ型化合物半導体層は、ＧａＮ基板のｃ面上に形成されている請求項１２に記載の光半導体デバイス。
【請求項１５】
発光波長は４４０ｎｍ以上である請求項１２に記載の光半導体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は光半導体デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
各種発光ダイオードや半導体レーザ素子における発光効率の改善、閾値電流の低減は、高出力化や消費電力等の改善に必須の事項であり、現在においても鋭意検討が進められている。ところで、青色あるいは緑色を発光する窒化物化合物半導体発光素子においては、発光波長が長くなるに従い電流注入量が増加し、結果として、発光効率が低下し、また、閾値電流が増加するといった問題が生じている。これらの原因の１つとして、活性層（発光層）内でのキャリアの不均一性を挙げることができる。即ち、発光波長が長くなるに従い、多重量子井戸構造を構成する障壁層と井戸層のエネルギーギャップ差が大きくなり、また、ＧａＮ基板のｃ面上に活性層を形成するとピエゾ電界の影響が井戸層や障壁層に生じるため、一旦、井戸層に入ったキャリア（電子やホール）が井戸層の外に出にくくなることに起因した、活性層（発光層）内でのキャリアの不均一性を挙げることができる。【０００３】
これらの現象を数値計算で示した例が、非特許文献１、IEEE, Journal of Selected Topics in Quantum Electronics Vol.15 No.5 (2011) p.1390 に示されている。この非特許文献１に依れば、ＧａＮ基板のｃ面上に活性層を形成した場合、発光波長が４００ｎｍ以上になると、また、ＧａＮ基板の非極性面上に活性層を形成した場合、発光波長が４５０ｎｍ以上になると、井戸層内のキャリアが井戸層の外に出にくくなる様子が、発光再結合時間と井戸層からのキャリアエスケープ時間との関係で示されている(図１２参照）。尚、図１２において、「Ａ」はＧａＮ基板のｃ面上に活性層を形成した場合のホールの挙動を示し、「Ｂ」はＧａＮ基板のｃ面上に活性層を形成した場合の電子の挙動を示し、「ａ」はＧａＮ基板の非極性面上に活性層を形成した場合のホールの挙動を示し、「ｂ」はＧａＮ基板の非極性面上に活性層を形成した場合の電子の挙動を示す。通常、２つ以上の井戸層を有する多重量子井戸構造における井戸層間のキャリア移動は、１００フェムト秒程度以下の非常に短い時間で行われるが、上記の理由により、井戸層からのキャリアエスケープ時間が長くなり、電子やホールが井戸層間を自由に行き来できなくなる。その結果、各井戸層における電子濃度及びホール濃度が異なるようになり、余ったキャリアは発光に寄与しないので、発光効率が低下する。また、井戸層間のキャリア濃度が大きく変わるため、発光波長のズレや利得ピーク（波長）のズレにつながり、これも、発光効率の低下や閾値電流の増加の要因となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１７４３２８
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】IEEE, Journal of Selected Topics in Quantum Electronics Vol.15 No.5 (2011) p.1390
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような各井戸層の電子濃度とホール濃度の違いを緩和するために、トンネルバリア層を形成する技術が、例えば、特開２０００−１７４３２８に開示されている。具体的には、この特許公開公報に開示された技術にあっては、トンネルバリア層におけるトンネル確率を変えるために、トンネルバリア層の厚さを制御する。しかしながら、電子とホールの有効質量差が大きい場合、このようなトンネルバリア層を設けてもキャリア不均一の解消は十分とは云えない。トンネルバリア層を形成せず、障壁層のみを薄膜化することも考えられるが、障壁層を薄くすると、隣接する井戸層の発光効率が低下するといった問題が生じる。例えば、５２０ｎｍの発光波長を有する発光素子（光半導体デバイス）において、障壁層の厚さを１０ｎｍとした場合と２．５ｎｍとした場合とでは、後者の発光効率は、前者の約１／４になることが知られている。【０００７】
従って、本開示の目的は、発光効率の低下や閾値電流の増加の抑制を可能とする構成、構造を有する光半導体デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するための本開示の第１の態様、第２の態様あるいは第３の態様に係る光半導体デバイスは、
ｎ型化合物半導体層、活性層、及び、ｐ型化合物半導体層がこの順に積層された積層構造体を有し、
活性層は、トンネルバリア層を有する多重量子井戸構造を備えている。【０００９】
そして、本開示の第１の態様に係る光半導体デバイスにあっては、ｐ型化合物半導体層に隣接した井戸層の組成揺らぎは、他の井戸層の組成揺らぎよりも大きい。【００１０】
また、本開示の第２の態様に係る光半導体デバイスにあっては、ｐ型化合物半導体層に隣接した井戸層のバンドギャップエネルギーは、他の井戸層のバンドギャップエネルギーよりも小さい。【００１１】
更には、本開示の第３の態様に係る光半導体デバイスにあっては、ｐ型化合物半導体層に隣接した井戸層の厚さは、他の井戸層の厚さよりも厚い。
【発明の効果】
【００１２】
本開示の第１の態様〜第３の態様に係る光半導体デバイスにあっては、トンネルバリア層を導入することによって電子の分布がｐ型化合物半導体層側に多く偏る結果、ｐ型化合物半導体層に隣接した井戸層の発光ピーク波長や光学利得ピーク波長が、他の井戸層の発光ピーク波長や光学利得ピーク波長と異なる。具体的には、ｐ型化合物半導体層に隣接した井戸層にあっては、これらの波長が短くなる。本開示の第１の態様に係る光半導体デバイスにあっては、ｐ型化合物半導体層に隣接した井戸層の組成揺らぎを他の井戸層の組成揺らぎよりも大きくするので、また、本開示の第２の態様に係る光半導体デバイスにあっては、ｐ型化合物半導体層に隣接した井戸層のバンドギャップエネルギーを他の井戸層のバンドギャップエネルギーよりも小さくするので、また、本開示の第３の態様に係る光半導体デバイスにあっては、ｐ型化合物半導体層に隣接した井戸層の厚さを他の井戸層の厚さよりも厚くするので、発光ピーク波長や光学利得ピーク波長を、井戸層間で揃えることができるし、あるいは又、乖離を抑制することができる。そして、以上の結果として、発光効率の向上、閾値電流の低減を図ることが可能となる。尚、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また、付加的な効果があってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１Ａ及び図１Ｂは、実施例１の光半導体デバイスの模式的な一部断面図、及び、活性層における多重量子井戸構造の構造概略図である。
【図２】図２Ａ及び図２Ｂは、実施例５の光半導体デバイス及びその変形例の模式的な一部断面図である。
【図３】図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃは、実施例５の面発光レーザ素子の製造方法を説明するための基板等の模式的な一部端面図である。
【図４】図４Ａ及び図４Ｂは、それぞれ、実施例６の面発光レーザ素子及びその変形例の模式的な一部断面図である。
【図５】図５Ａ及び図５Ｂは、実施例６の面発光レーザ素子の製造方法を説明するための積層構造体等の模式的な一部端面図である。
【図６】図６は、実施例７の面発光レーザ素子の模式的な一部断面図である。
【図７】図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ、実施例８及び実施例９の面発光レーザ素子の模式的な一部断面図である。
【図８】図８Ａ、図８Ｂ及び図８Ｃは、実施例８の面発光レーザ素子の製造方法を説明するための積層構造体等の模式的な一部端面図である。
【図９】図９Ａ及び図９Ｂは、図８Ｃに引き続き、実施例７の面発光レーザ素子の製造方法を説明するための積層構造体等の模式的な一部端面図である。
【図１０】図１０は、図９Ｂに引き続き、実施例７の面発光レーザ素子の製造方法を説明するための積層構造体等の模式的な一部端面図である。
【図１１】図１１Ａ及び図１１Ｂは、実施例１０の面発光レーザ素子の模式的な一部断面図である。
【図１２】図１２は、発光再結合時間と井戸層からのキャリアエスケープ時間との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、実施例に基づき本開示を説明するが、本開示は実施例に限定されるものではなく、実施例における種々の数値や材料は例示である。尚、説明は、以下の順序で行う。
１．本開示の第１の態様〜第３の態様に係る光半導体デバイス、全般に関する説明
２．実施例１（本開示の第１の態様に係る光半導体デバイス、半導体レーザ素子）
３．実施例２（本開示の第２の態様に係る光半導体デバイス、半導体レーザ素子）
４．実施例３（本開示の第３の態様に係る光半導体デバイス、半導体レーザ素子）
５．実施例４（実施例１〜実施例３の変形、発光ダイオード）
６．実施例５（実施例１〜実施例３の変形、面発光レーザ素子）
７．実施例６（実施例５の変形）
８．実施例７（実施例５〜実施例６の別の変形）
９．実施例８（実施例６の変形）
１０．実施例９（実施例８の別の変形）
１１．実施例１０（実施例８〜実施例９の変形）
１２．その他
【００１５】
〈本開示の第１の態様〜第３の態様に係る光半導体デバイス、全般に関する説明〉
本開示の第１の態様〜第３の態様に係る光半導体デバイスにおいて、活性層と接するｎ型化合物半導体層の面をｎ型化合物半導体層の第２面、この第２面と対向する面をｎ型化合物半導体層の第１面と呼ぶ。また、活性層と接するｐ型化合物半導体層の面をｐ型化合物半導体層の第１面、この第１面と対向する面をｐ型化合物半導体層の第２面と呼ぶ。
【００１６】
本開示の第１の態様に係る光半導体デバイスにおいて、ｐ型化合物半導体層に隣接した井戸層のバンドギャップエネルギーは、他の井戸層のバンドギャップエネルギーよりも小さい形態とすることができる。あるいは又、ｐ型化合物半導体層に隣接した井戸層の厚さは、他の井戸層の厚さよりも厚い形態とすることができ、この場合、ｐ型化合物半導体層に隣接した井戸層のバンドギャップエネルギーは、他の井戸層のバンドギャップエネルギーよりも小さい形態とすることができる。
【００１７】
本開示の第２の態様に係る光半導体デバイスにおいて、ｐ型化合物半導体層に隣接した井戸層の厚さは、他の井戸層の厚さよりも厚い形態とすることができる。
【００１８】
上記の各種の好ましい形態を含む本開示の第１の態様〜第３の態様に係る光半導体デバイスにおいて、トンネルバリア層は、井戸層と障壁層との間に形成されている形態とすることができる。一例として、活性層が２層の井戸層と１層の障壁層から構成されている場合、ｎ型化合物半導体層側から、第１の井戸層、第１のトンネルバリア層、障壁層、第２のトンネルバリア層、第２の井戸層といった構造となる。但し、活性層を構成する井戸層の数は、これに限定するものではなく、３層以上であってもよいことは云うまでもない。
【００１９】
以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の第１の態様〜第３の態様に係る光半導体デバイスにおいて、トンネルバリア層の厚さは４ｎｍ以下であることが好ましい。トンネルバリア層の厚さの下限値は、トンネルバリア層が形成される限りにおいて、特段、制限は無い。トンネルバリア層の厚さは、一定であってもよいし、異なっていてもよい。
【００２０】
更には、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の第１の態様〜第３の態様に係る光半導体デバイスにおいて、活性層は、ＡｌＩｎＧａＮ系化合物半導体から成る構成とすることができ、この場合、トンネルバリア層はＧａＮから成る構成とすることができ、これらの場合、ｎ型化合物半導体層は、ＧａＮ基板のｃ面上に形成されている構成とすることができ、更には、これらの場合、発光波長は４４０ｎｍ以上である構成とすることができる。
【００２１】
本開示の第１の態様に係る光半導体デバイスにおける井戸層の組成揺らぎや組成は、例えば、３次元アトムプローブ（３ＤＡＰ）に基づき測定することができる。活性層がＡｌＩｎＧａＮ系化合物半導体から成る場合、Ｉｎの組成揺らぎや組成を３次元アトムプローブに基づき測定すればよい。３次元アトムプローブに関しては、例えば、http://www.nanoanalysis.co.jp/business/case_example_49.html を参照のこと。尚、３次元アトムプローブにおいて、Ｉｎ組成及びその組成の数をカウントすることが可能であり、横軸にＩｎ組成、縦軸にＩｎ組成のカウント数をヒストグラム等を用いて表記したとき、ｐ型化合物半導体層に隣接した井戸層のヒストグラムの半値幅や分散、標準偏差等が他の井戸層のヒストグラムのこれらの値に比べて大きい場合、ｐ型化合物半導体層に隣接した井戸層の組成揺らぎは、他の井戸層の組成揺らぎよりも大きいと云える。
【００２２】
本開示の第２の態様に係る光半導体デバイスにおけるバンドギャップエネルギーの値は、例えば、上記３次元アトムプローブで測定されたＩｎ組成の平均値で確認することができるし、本開示の第３の態様に係る光半導体デバイスにおける井戸層の厚さは、例えば、高分解能の電子顕微鏡等によって求めることができる。
【００２３】
本開示の第２の態様に係る光半導体デバイス、あるいは、本開示の第１の態様、第３の態様に係る光半導体デバイスの好ましい形態において、ｐ型化合物半導体層に隣接した井戸層のバンドギャップエネルギーは他の井戸層のバンドギャップエネルギーよりも小さいが、ｐ型化合物半導体層に隣接した井戸層のバンドギャップエネルギーから他の井戸層のバンドギャップエネルギーの内の最大値を減じた値として、限定するものではないが、１×１０-4ｅＶ乃至２×１０-1ｅＶを例示することができる。
【００２４】
本開示の第３の態様に係る光半導体デバイス、あるいは、本開示の第１の態様〜第２の態様に係る光半導体デバイスの好ましい形態において、ｐ型化合物半導体層に隣接した井戸層の厚さは他の井戸層の厚さよりも厚いが、ｐ型化合物半導体層に隣接した井戸層の厚さから他の井戸層の厚さの最大値を減じた値として、限定するものではないが、０．０５ｎｍ乃至２ｎｍを例示することができる。
【００２５】
本開示の第１の態様〜第３の態様に係る光半導体デバイスにおいて、活性層を構成する材料、更には、積層構造体を構成する材料として、ＧａＮ系化合物半導体、具体的には、上述したとおり、ＡｌＩｎＧａＮ系化合物半導体を挙げることができるが、より具体的には、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮを挙げることができる。更には、これらの化合物半導体に、所望に応じて、ホウ素（Ｂ）原子やタリウム（Ｔｌ）原子、ヒ素（Ａｓ）原子、リン（Ｐ）原子、アンチモン（Ｓｂ）原子が含まれていてもよい。（井戸層を構成する化合物半導体，障壁層を構成する化合物半導体）の組合せとして、（ＩｎyＧａ(1-y)Ｎ，ＩｎzＧａ(1-z)Ｎ）［但し、ｙ＞ｚ］、（ＩｎyＧａ(1-y)Ｎ，ＡｌＧａＮ）を例示することができる。井戸層の厚さは、１ｎｍ以上、１０ｎｍ以下、好ましくは、１ｎｍ以上、８ｎｍ以下であり、障壁層の不純物ドーピング濃度は、１×１０18ｃｍ-3以上、１×１０20ｃｍ-3以下、好ましくは、１×１０18ｃｍ-3以上、１×１０19ｃｍ-3以下とすることが好ましいが、これらに限定するものではない。
【００２６】
ｐ型化合物半導体層においては、活性層の近傍には、あるいは、活性層に隣接して、電子障壁層が形成されていてもよいし、活性層と電子障壁層との間に、ノンドープ化合物半導体層（例えば、ノンドープＩｎＧａＮ層、あるいは、ノンドープＡｌＧａＮ層）が形成されていてもよい。更には、活性層とノンドープ化合物半導体層との間に、光ガイド層としてのノンドープＩｎＧａＮ層が形成されていてもよい。ｐ型化合物半導体層の最上層を、ＭｇドープＧａＮ層（ｐ側コンタクト層、ｐ−コンタクト層）が占めている構造とすることもできる。電子障壁層、ノンドープ化合物半導体層、光ガイド層、ｐ側コンタクト層（ｐ−コンタクト層）は、ｐ型化合物半導体層を構成する。
【００２７】
ｎ型化合物半導体層は、ＧａＮ基板のｃ面、即ち、｛０００１｝面上に形成されていることが好ましいが、これに限定するものではなく、｛１１−２０｝面であるａ面、｛１−１００｝面であるｍ面、｛１−１０２｝面といった無極性面上、あるいは又、｛１１−２４｝面や｛１１−２２｝面を含む｛１１−２ｎ｝面、｛１０−１１｝面、｛１０−１２｝面、｛２０−２１｝面といった半極性面上に形成することもできる。更には、ＧａＮ基板以外にも、その他、サファイア基板、ＧａＡｓ基板、ＧａＮ基板、ＳｉＣ基板、アルミナ基板、ＺｎＳ基板、ＺｎＯ基板、ＡｌＮ基板、ＬｉＭｇＯ基板、ＬｉＧａＯ2基板、ＭｇＡｌ2Ｏ4基板、ＩｎＰ基板、Ｓｉ基板、これらの基板の表面（主面）に下地層やバッファ層が形成されたものを挙げることができる。
【００２８】
本開示の光半導体デバイスを構成する各種の化合物半導体層（例えば、ＧａＮ系化合物半導体層）の形成方法として、有機金属化学的気相成長法（ＭＯＣＶＤ法，ＭＯＶＰＥ法）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）、ハロゲンが輸送あるいは反応に寄与するハイドライド気相成長法等を挙げることができる。
【００２９】
ここで、ＭＯＣＶＤ法における有機ガリウム源ガスとして、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガスやトリエチルガリウム（ＴＥＧ）ガスを挙げることができるし、窒素源ガスとして、アンモニアガスやヒドラジンガスを挙げることができる。また、ｎ型の導電型を有するＧａＮ系化合物半導体層の形成においては、例えば、ｎ型不純物（ｎ型ドーパント）としてケイ素（Ｓｉ）を添加すればよいし、ｐ型の導電型を有するＧａＮ系化合物半導体層の形成においては、例えば、ｐ型不純物（ｐ型ドーパント）としてマグネシウム（Ｍｇ）を添加すればよい。また、ＧａＮ系化合物半導体層の構成原子としてアルミニウム（Ａｌ）あるいはインジウム（Ｉｎ）が含まれる場合、Ａｌ源としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）ガスを用いればよいし、Ｉｎ源としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ）ガスを用いればよい。更には、Ｓｉ源としてモノシランガス（ＳｉＨ4ガス）を用いればよいし、Ｍｇ源としてシクロペンタジエニルマグネシウムガスやメチルシクロペンタジエニルマグネシウム、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）を用いればよい。ｎ型不純物（ｎ型ドーパント）として、Ｓｉ以外に、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｓｎ、Ｃ、Ｔｅ、Ｓ、Ｏ、Ｐｄ、Ｐｏを挙げることができるし、ｐ型不純物（ｐ型ドーパント）として、Ｍｇ以外に、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｂａ、Ｃ、Ｈｇ、Ｓｒを挙げることができる。
【００３０】
光半導体デバイスにおいて、ｐ型化合物半導体層（ｐ型導電型を有する化合物半導体層）の上にはｐ側電極が形成されている。ここで、ｐ側電極は、例えば、パラジウム（Ｐｄ）単層、ニッケル（Ｎｉ）単層、白金（Ｐｔ）単層、ＩＴＯ等の透明導電性材料層、パラジウム層がｐ型化合物半導体層に接するパラジウム層／白金層の積層構造、又は、パラジウム層がｐ型化合物半導体層に接するパラジウム層／ニッケル層の積層構造から構成することができる。下層金属層をパラジウムから構成し、上層金属層をニッケルから構成する場合、上層金属層の厚さを、０．１μｍ以上、好ましくは０．２μｍ以上とすることが望ましい。あるいは又、ｐ側電極を、パラジウム（Ｐｄ）単層から構成することが好ましく、この場合、厚さを、２０ｎｍ以上、好ましくは５０ｎｍ以上とすることが望ましい。あるいは又、ｐ側電極を、パラジウム（Ｐｄ）単層、ニッケル（Ｎｉ）単層、白金（Ｐｔ）単層、又は、下層金属層がｐ型化合物半導体層に接する下層金属層と上層金属層の積層構造から構成することが好ましい。
【００３１】
ｎ型化合物半導体層（ｎ型導電型を有する化合物半導体層）に電気的に接続されたｎ側電極は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）、タングステン（Ｗ）、Ｃｕ（銅）、Ｚｎ（亜鉛）、錫（Ｓｎ）及びインジウム（Ｉｎ）から成る群から選択された少なくとも１種類の金属を含む、単層構成又は多層構成を有することが望ましく、例えば、Ｔｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｌ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕを例示することができる。ｎ側電極はｎ型化合物半導体層に電気的に接続されているが、ｎ側電極がｎ型化合物半導体層上に形成された形態、ｎ側電極が導電材料層や導電性の基板や基体を介してｎ型化合物半導体層に接続された形態が包含される。ｎ側電極やｐ側電極は、例えば、真空蒸着法やスパッタリング法等の各種ＰＶＤ法にて成膜することができる。
【００３２】
ｎ側電極やｐ側電極上に、外部の電極あるいは回路と電気的に接続するために、パッド電極を設けてもよい。パッド電極は、Ｔｉ（チタン）、アルミニウム（Ａｌ）、Ｐｔ（白金）、Ａｕ（金）、Ｎｉ（ニッケル）から成る群から選択された少なくとも１種類の金属を含む、単層構成又は多層構成を有することが望ましい。あるいは又、パッド電極を、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの多層構成、Ｔｉ／Ａｕの多層構成に例示される多層構成とすることもできる。
【００３３】
光半導体デバイスとして、発光ダイオード（ＬＥＤ）、半導体レーザ素子（ＬＤ）、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）、垂直共振器レーザあるいはＶＣＳＥＬとも呼ばれる面発光レーザ素子、半導体光増幅器（Semiconductor Optical Amplifier，ＳＯＡ）を挙げることができる。活性層の構成、構造を除き、これらの光半導体デバイスの基本的な構成、構造、それ自体は、周知の構成、構造とすることができる。発光ダイオード（ＬＥＤ）にあっては、活性層において生成した光は、ｎ型化合物半導体層を介して外部に出射されてもよいし、ｐ型化合物半導体層を介して外部に出射されてもよい。半導体レーザ素子（ＬＤ）にあっては、活性層において生成した光は、積層構造体の端面から外部に出射される。即ち、積層構造体の第１端面の光反射率、及び、第１端面に対向する第２端面の光反射率の最適化を図ることで、共振器が構成され、光は第１端面から出射される。あるいは、外部共振器を配置してもよいし、モノリシック型の半導体レーザ素子とすることもできる。外部共振器型の半導体レーザ素子は、集光型であってもよいし、コリメート型であってもよい。スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）にあっては、積層構造体における第１端面の光反射率を非常に低い値とし、第２端面の光反射率を非常に高い値とし、共振器を構成することなく、活性層において生成した光が第１端面から出射される。第１端面には、無反射コート層（ＡＲ）あるいは低反射コート層が形成されているし、第２端面には、高反射コート層（ＨＲ）が形成されている。半導体光増幅器（ＳＯＡ）は、光信号を電気信号に変換せず、直接光の状態で増幅するものであり、共振器効果を極力排除したレーザ構造を有し、半導体光増幅器の光利得で入射光を増幅する。半導体光増幅器にあっては、積層構造体における第１端面及び第２端面の光反射率を非常に低い値とし、共振器を構成することなく、第２端面から入射した光を増幅して第１端面から出射する。面発光レーザ素子（ＶＣＳＥＬ）にあっては、ｎ型化合物半導体層の第１面上に第１光反射層が形成されており、ｐ型化合物半導体層の第２面上あるいは第２面の上方には第２光反射層が形成されている。第１端面及び第２端面には、無反射コート層（ＡＲ）あるいは低反射コート層が形成されている。無反射コート層（低反射コート層）や高反射コート層として、酸化チタン層、酸化タンタル層、酸化ジルコニウム層、酸化シリコン層、酸化アルミニウム層、窒化アルミニウム層、及び、窒化ケイ素層から成る群から選択された少なくとも２種類の層の積層構造を挙げることができ、スパッタリング法や真空蒸着法等のＰＶＤ法に基づき形成することができる。
【００３４】
本開示の光半導体デバイスにおいて、積層構造体がリッジストライプ構造を有する場合、このリッジストライプ構造は、ｐ型化合物半導体層の厚さ方向の一部分から構成されていてもよいし、ｐ型化合物半導体層のみから構成されていてもよいし、ｐ型化合物半導体層及び活性層から構成されていてもよいし、ｐ型化合物半導体層、活性層、及び、ｎ型化合物半導体層の厚さ方向の一部分から構成されていてもよい。リッジストライプ構造の形成にあっては、化合物半導体層を、例えば、ドライエッチング法でパターニングすればよい。
【実施例１】
【００３５】
実施例１は、本開示の第１の態様に係る光半導体デバイス、具体的には、半導体レーザ素子（ＬＤ）に関する。実施例１の光半導体デバイスの模式的な一部断面図、具体的には、共振器の延びる方向と直交する仮想平面（ＹＺ平面）で光半導体デバイスを切断したときの模式的な一部断面図を図１Ａに示し、活性層における多重量子井戸構造の構造概略図を図１Ｂに示す。尚、図１Ｂにおいては、便宜上、ピエゾ電界の影響は考慮しないバンド構造図としている。【００３６】
実施例１あるいは後述する実施例１〜実施例１０の半導体光デバイスは、ｎ型化合物半導体層２１、活性層２３、及び、ｐ型化合物半導体層２２がこの順に積層された積層構造体２０を有する。そして、活性層２３は、トンネルバリア層３３を有する多重量子井戸構造を備えている。具体的には、トンネルバリア層３３は、井戸層３１と障壁層３２との間に形成されている。実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例１０にあっては、活性層２３が、２層の井戸層３１1，３１2と１層の障壁層３２から構成されている。より具体的には、活性層２３は、ｎ型化合物半導体層２１側から、第１の井戸層３１1、第１のトンネルバリア層３３1、障壁層３２、第２のトンネルバリア層３３2、及び、第２の井戸層３１2を有する多重量子井戸構造を備えている。トンネルバリア層３３1，３３2の厚さは４ｎｍ以下である。【００３７】
積層構造体２０は、基板１１の上に形成されている。基板１１は、具体的には、ＧａＮ基板から成り、積層構造体２０、具体的には、ｎ型化合物半導体層２１は、ＧａＮ基板のｃ面、（０００１）面上に形成されている。基板１１の裏面にはｎ側電極２５が形成されており、ｐ型化合物半導体層２２の上にはｐ側電極２６が形成されている。積層構造体２０は、絶縁層２４によって覆われている。絶縁層２４を構成する材料の屈折率は、積層構造体２０を構成する材料の屈折率よりも小さいことが好ましい。絶縁層２４を構成する材料として、ＳｉＯ2を含むＳｉＯX系材料、ＳｉＮX系材料、ＳｉＯXＮZ系材料、ＴａＯX、ＺｒＯX、ＡｌＮX、ＡｌＯX、ＧａＯXを例示することができるし、あるいは又、ポリイミド樹脂等の有機材料を挙げることもできる。絶縁層２４の上にＳｉ層を形成してもよい。絶縁層２４の形成方法として、例えば真空蒸着法やスパッタリング法といったＰＶＤ法、あるいは、ＣＶＤ法を挙げることができるし、塗布法に基づき形成することもできる。【００３８】
ここで、半導体レーザ素子から成る実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例４の光半導体デバイスにあっては、積層構造体２０等の構成を以下の表１のとおりとした。また、実施例１の光半導体デバイスにおける活性層２３の構成を表２のとおりとした。尚、２層のトンネルバリア層３３1，３３2におけるＩｎ組成の値を、障壁層３２におけるＩｎ組成の値よりも小さな値とすればよい。活性層２３はＡｌＩｎＧａＮ系化合物半導体から成り、トンネルバリア層３３1，３３3はＧａＮから成る。実施例１の半導体レーザ素子の発光波長は４４０ｎｍ以上、具体的には、４６０ｎｍである。【００３９】
［表１］
ｐ側電極２６                      Ｐｄ／Ａｕ
ｐ型化合物半導体層２２
ｐ−コンタクト層２２Ｃ        ＧａＮ（厚さ０．１μｍ）
ｐ−クラッド層２２Ｂ          ＡｌＧａＮ（厚さ：０．３μｍ）
電子障壁層２２Ａ              ＡｌＧａＮ
活性層２３                        表２を参照
ｎ型化合物半導体層２１
ｎ−ガイド層２１Ｂ            ＩｎＧａＮ（厚さ：０．１μｍ）
ｎ−クラッド層２１Ａ          ＡｌＧａＮ（厚さ：０．４μｍ）
基板１１                          ＧａＮ基板、ｃ面
ｎ側電極２５                      Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ【００４０】
［表２］
活性層
第２の井戸層            Ｉｎ0.30Ｇａ0.70Ｎ（厚さ：２．５ｎｍ）
第２のトンネルバリア層  ＧａＮ（厚さ：２．０ｎｍ）
障壁層                  Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ（厚さ：４．０ｎｍ）
第１のトンネルバリア層  ＧａＮ（厚さ：２．０ｎｍ）
第１の井戸層            Ｉｎ0.30Ｇａ0.70Ｎ（厚さ：２．５ｎｍ）【００４１】
ここで、実施例１の光半導体デバイスにあっては、ｐ型化合物半導体層に隣接した井戸層の組成揺らぎは、他の井戸層の組成揺らぎよりも大きい。具体的には、積層構造体２０をＭＯＣＶＤ法に基づき成膜するとき、第１の井戸層３１1の成長速度や成膜温度及び／又は成膜圧力と、第２の井戸層３１2の成長速度や成膜温度及び／又は成膜圧力とを異ならせることで、井戸層３１1，３１2におけるＩｎ組成の揺らぎを大きくする。Ｉｎ組成の揺らぎや組成は、前述したとおり、３次元アトムプローブ（３ＤＡＰ）に基づき測定することができ、具体的には、３次元アトムプローブによる測定によって、横軸にＩｎ組成、縦軸にＩｎ組成のカウウト数をヒストグラム等を用いて表記したとき、ｐ型化合物半導体層に隣接した井戸層のヒストグラムの半値幅が他の井戸層のヒストグラムの値に比べて大きいといった結果が得られた。【００４２】
実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例３の光半導体デバイスは、以下の方法で製造することができる。【００４３】
［工程−１００］
先ず、基板１１上、具体的には、ｎ型ＧａＮ基板の（０００１）面上に、周知のＭＯＣＶＤ法に基づき、ｎ型化合物半導体層２１、活性層２３及びｐ型化合物半導体層２２が、順次、積層されて成る積層構造体２０を形成する。そして、ｐ型化合物半導体層２２を厚さ方向に一部分エッチングすることで、リッジストライプ構造２７を形成する。リッジストライプ構造２７を構成するｐ型化合物半導体層２２の部分の厚さを０．１２μｍとした。【００４４】
［工程−１１０］
その後、ｐ型化合物半導体層２２を覆うＳｉＯ2から成る絶縁層２４を形成した後、絶縁層２４上にＳｉ層（図示せず）を形成する。そして、ｐ側電極２６を形成すべき絶縁層２４及びＳｉ層を除去した後、ｐ型化合物半導体層２２上にｐ側電極２６を形成する。具体的には、真空蒸着法に基づきｐ側電極層を全面に成膜した後、ｐ側電極層上にフォトリソグラフィ技術に基づきエッチング用レジスト層を形成する。そして、エッチング用レジスト層に覆われていないｐ側電極層をエッチング法に基づき除去した後、エッチング用レジスト層を除去する。リフトオフ法に基づき、ｐ型化合物半導体層２２上にｐ側電極２６を形成してもよい。【００４５】
［工程−１２０］
次いで、基板１１を裏面から研磨することで基板１１の厚さを薄くし、その後、基板１１の裏面にｎ側電極２５を形成し、また、ｐ側電極２６にパッド電極を形成する。そして、基板１１の劈開等を行い、積層構造体２０の第１端面及び第２端面における光反射率の制御を行うために、第１端面に無反射コート層（ＡＲ）あるいは低反射コート層を形成し、第２端面に高反射コート層（ＨＲ）を形成する。そして、更に、パッケージ化を行うことで、光半導体デバイスを作製することができる。【００４６】
実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例１０の光半導体デバイスにあっては、トンネルバリア層を導入することによって電子の分布がｐ型化合物半導体層側に多く偏るようになる。その結果、ｐ型化合物半導体層に隣接した井戸層の発光ピーク波長や光学利得ピーク波長が、他の井戸層の発光ピーク波長や光学利得ピーク波長と異なってしまう。具体的には、ｐ型化合物半導体層に隣接した井戸層にあっては、これらの波長が短くなってしまう。然るに、実施例１の光半導体デバイスにあっては、ｐ型化合物半導体層に隣接した井戸層の組成揺らぎを他の井戸層の組成揺らぎよりも大きくするので、ｐ型化合物半導体層に隣接した井戸層の発光ピーク波長や光学利得ピーク波長が長くなる結果、発光ピーク波長や光学利得ピーク波長を、井戸層間で揃えることができるし、あるいは又、乖離を抑制することができる。そして、以上の結果として、発光効率の向上、閾値電流の低減を図ることが可能となる。また、ＧａＮ基板のｃ面上に活性層を形成しても井戸層や障壁層へのピエゾ電界の影響を排除することができる結果、活性層内でキャリアが不均一性となることを抑制することができる。【００４７】
尚、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）や半導体光増幅器（ＳＯＡ）は、前述したとおり、第１端面及び第２端面における光反射率の最適化、共振器の形成等が、半導体レーザ素子と異なる点を除き、実質的に、実施例１において説明した半導体レーザ素子、あるいは、後述する実施例２〜実施例３において説明する半導体レーザ素子と同じ構成、構造を有する。
【実施例２】
【００４８】
実施例２は、本開示の第２の態様に係る光半導体デバイス、具体的には、半導体レーザ素子（ＬＤ）に関する。実施例２の光半導体デバイスにあっては、ｐ型化合物半導体層に隣接した井戸層（第２の井戸層３１2）のバンドギャップエネルギーは、他の井戸層（具体的には、第１の井戸層３１1）のバンドギャップエネルギーよりも小さい（表４参照）。実施例２の光半導体デバイスにおける活性層２３の構成を表３のとおりとした。実施例２の半導体レーザ素子の発光波長は４４０ｎｍ以上、具体的には、４６０ｎｍである。積層構造体２０をＭＯＣＶＤ法に基づき成膜するとき、第２の井戸層３１2の成膜時のＩｎ源としてのトリメチルインジウム（ＴＭＩ）ガスの供給量を第１の井戸層３１1の成膜時のＩｎ源としてのトリメチルインジウムガスの供給量よりも多くしたり、成長速度を増加させることで、ｐ型化合物半導体層に隣接した井戸層（第２の井戸層３１2）のバンドギャップエネルギーを、他の井戸層（具体的には、第１の井戸層３１1）のバンドギャップエネルギーよりも小さくすることができる。【００４９】
［表３］
活性層
第２の井戸層            Ｉｎ0.19Ｇａ0.81Ｎ（厚さ：２．５ｎｍ）
第２のトンネルバリア層  ＧａＮ（厚さ：２．０ｎｍ）
障壁層                  Ｉｎ0.04Ｇａ0.96Ｎ（厚さ：４．０ｎｍ）
第１のトンネルバリア層  ＧａＮ（厚さ：２．０ｎｍ）
第１の井戸層            Ｉｎ0.18Ｇａ0.82Ｎ（厚さ：２．５ｎｍ）【００５０】
［表４］
第２の井戸層３１2のバンドギャップエネルギー    ２．６９５ｅＶ
第１の井戸層３１1のバンドギャップエネルギー    ２．６５４ｅＶ【００５１】
実施例２の光半導体デバイスにあっては、ｐ型化合物半導体層に隣接した井戸層のバンドギャップエネルギーを他の井戸層のバンドギャップエネルギーよりも小さくするので、発光ピーク波長や光学利得ピーク波長を、井戸層間で揃えることができるし、あるいは又、乖離を抑制することができる。そして、以上の結果として、発光効率の向上、閾値電流の低減を図ることが可能となる。
【実施例３】
【００５２】
実施例３は、本開示の第３の態様に係る光半導体デバイス、具体的には、半導体レーザ素子（ＬＤ）に関する。実施例３の光半導体デバイスにあっては、ｐ型化合物半導体層に隣接した井戸層（第２の井戸層３１2）の厚さは、他の井戸層（具体的には、第１の井戸層３１1）の厚さよりも厚い。実施例３の光半導体デバイスにおける活性層２３の構成を表５のとおりとした。実施例３の半導体レーザ素子の発光波長は４４０ｎｍ以上、具体的には、４６０ｎｍである。積層構造体２０をＭＯＣＶＤ法に基づき成膜するとき、第２の井戸層３１2の成膜時間を第１の井戸層３１1の成膜時間よりも長くしたり、成長速度を増加させることで、ｐ型化合物半導体層に隣接した井戸層（第２の井戸層３１2）の厚さを、他の井戸層（具体的には、第１の井戸層３１1）の厚さよりも厚くすることができる。【００５３】
［表５］
活性層
第２の井戸層            Ｉｎ0.18Ｇａ0.82Ｎ（厚さ：２．８ｎｍ）
第２のトンネルバリア層  ＧａＮ（厚さ：２．０ｎｍ）
障壁層                  Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ（厚さ：４．０ｎｍ）
第１のトンネルバリア層  ＧａＮ（厚さ：２．０ｎｍ）
第１の井戸層            Ｉｎ0.18Ｇａ0.82Ｎ（厚さ：２．５ｎｍ）【００５４】
実施例３の光半導体デバイスにあっては、ｐ型化合物半導体層に隣接した井戸層の厚さを他の井戸層の厚さよりも厚くするので、発光ピーク波長や光学利得ピーク波長を、井戸層間で揃えることができるし、あるいは又、乖離を抑制することができる。そして、以上の結果として、発光効率の向上、閾値電流の低減を図ることが可能となる。【００５５】
尚、実施例１と実施例２とを組み合わせることができるし、実施例１と実施例３とを組み合わせることができるし、実施例２と実施例３とを組み合わせることができるし、実施例１と実施例２と実施例３を組み合わせることができる。
【実施例４】
【００５６】
実施例４は、実施例１〜実施例３の変形であり、具体的には、発光ダイオード（ＬＥＤ）に関する。実施例４の光半導体デバイスにおける積層構造体の構成（組成）は、表１〜表５に示した実施例１〜実施例３の光半導体デバイスにおける積層構造体の構成（組成）と同じとすることができる。また、実施例４の光半導体デバイスの構造は、活性層で生成した光がｎ型化合物半導体層２１を介して外部に出射され、あるいは又、ｐ型化合物半導体層２２を介して外部に出射される構造である点、リッジストライプ構造を形成することが不要である点を除き、実質的に実施例１〜実施例３において説明した光半導体デバイスの構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
【実施例５】
【００５７】
実施例５も、実施例１〜実施例３の変形であり、具体的には、面発光レーザ素子（垂直共振器レーザ、ＶＣＳＥＬ）に関する。尚、実施例５あるいは後述する実施例６〜実施例７の面発光レーザ素子は、ＥＬＯ（Epitaxial Lateral Overgrowth）法等の横方向にエピタキシャル成長させる方法を用いて横方向成長に基づき、第１光反射層が形成された基板上にｎ型化合物半導体層を形成させた面発光レーザ素子とするが、このような形態の面発光レーザ素子に限定するものではない。また、以下の説明において、「光半導体デバイス」を『面発光レーザ素子』と呼ぶ場合がある。【００５８】
模式的な一部断面図を図２Ａに示すように、実施例５あるいは後述する実施例６〜実施例１０の面発光レーザ素子は、
第１光反射層５１、
第１光反射層５１上に形成されたｎ型化合物半導体層２１、活性層２３及びｐ型化合物半導体層２２から成る積層構造体２０、並びに、
ｐ型化合物半導体層２２上に形成されたｐ側電極４２及び第２光反射層５２、
を備えている。ｎ型化合物半導体層２１の第１面２１ａ上に第１光反射層５１が形成されており、ｐ型化合物半導体層２２の第２面２２ｂの上方には、第２光反射層５２が形成されている。そして、第２光反射層５２は第１光反射層５１と対向している。【００５９】
以下、実施例５あるいは後述する実施例６〜実施例１０の面発光レーザ素子の各種の形態を説明する。【００６０】
第１光反射層の平面形状は、正六角形を含む各種の多角形、円形、楕円形、格子状（矩形）、島状形状又はストライプ状である形態とすることができる。第１光反射層の断面形状は、矩形とすることもできるが、台形であることが、即ち、第１光反射層の側面は順テーパー状であることが、より好ましい。【００６１】
実施例５あるいは後述する実施例６〜実施例７の面発光レーザ素子において、基板は、残したままとしてもよい。あるいは又、実施例５あるいは後述する実施例６〜実施例１０の面発光レーザ素子において、ｎ型化合物半導体層上に活性層、ｐ型化合物半導体層、ｐ側電極、第２光反射層を順次形成した後、基板を除去してもよい。具体的には、ｎ型化合物半導体層上に活性層、ｐ型化合物半導体層、ｐ側電極、第２光反射層を順次形成し、次いで、第２光反射層を支持基板に固定した後、基板を除去して（場合によっては、例えば、第１光反射層を研磨ストッパ層として基板を除去して）、ｎ型化合物半導体層（ｎ型化合物半導体層の第１面）を露出させればよいし、予め第１光反射層が形成されている場合には第１光反射層も露出させればよい。そして、ｎ型化合物半導体層（ｎ型化合物半導体層の第１面）の上にｎ側電極を形成すればよい。基板を残したままとする場合には、基板の裏面にｎ側電極を形成すればよい。【００６２】
基板をＧａＮ基板から構成する場合、ＧａＮ基板の除去は、化学的／機械的研磨法（ＣＭＰ法）に基づき行う形態とすることができる。尚、先ず、水酸化ナトリウム水溶液や水酸化カリウム水溶液等のアルカリ水溶液、アンモニア溶液＋過酸化水素水、硫酸溶液＋過酸化水素水、塩酸溶液＋過酸化水素水、リン酸溶液＋過酸化水素水等を用いたウェットエッチング法や、ドライエッチング法、レーザを用いたリフトオフ法、機械研磨法等によって、あるいは、これらの組合せによって、ＧａＮ基板の一部の除去を行い、あるいは、ＧａＮ基板の厚さを薄くし、次いで、化学的／機械的研磨法を実行することで、ｎ型化合物半導体層（ｎ型化合物半導体層の第１面）を露出させればよいし、予め第１光反射層が形成されている場合には、第１光反射層も露出させればよい。【００６３】
実施例５あるいは後述する実施例６〜実施例１０の面発光レーザ素子において、ｐ型化合物半導体層（ｐ型化合物半導体層の第２面）の表面粗さＲａは、１．０ｎｍ以下であることが好ましい。表面粗さＲａは、ＪＩＳ  Ｂ−６１０：２００１に規定されており、具体的には、ＡＦＭや断面ＴＥＭに基づく観察に基づき測定することができる。第１光反射層から第２光反射層まで距離は、０．１５μｍ以上、５０μｍ以下であることが好ましい。【００６４】
更には、実施例５あるいは後述する実施例６〜実施例１０の面発光レーザ素子において、第１光反射層の面積重心点を通る第１光反射層に対する法線上に、第２光反射層の面積重心点は存在しない形態とすることが好ましい。あるいは又、第１光反射層の面積重心点を通る第１光反射層に対する法線上に、活性層の面積重心点（具体的には、素子領域を構成する活性層の面積重心点。以下においても同様）は存在しない形態とすることが好ましい。【００６５】
第１光反射層が形成された基板上に、ｎ型化合物半導体層を、ＥＬＯ（Epitaxial Lateral Overgrowth）法等の横方向にエピタキシャル成長させる方法を用いて横方向成長に基づき形成させたとき、第１光反射層の縁部から第１光反射層の中心部に向かってエピタキシャル成長するｎ型化合物半導体層が会合すると、会合部分に結晶欠陥が多く発生する場合がある。この結晶欠陥が多く存在する会合部分が素子領域（後述する）の中心部に位置すると、面発光レーザ素子の特性に悪影響が生じる虞がある。上記のとおり、第１光反射層の面積重心点を通る第１光反射層に対する法線上に第２光反射層の面積重心点が存在しない形態、第１光反射層の面積重心点を通る第１光反射層に対する法線上に活性層の面積重心点が存在しない形態とすることで、面発光レーザ素子の特性への悪影響の発生を確実に抑制することができる。【００６６】
実施例５あるいは後述する実施例６〜実施例１０の面発光レーザ素子において、活性層において生成した光は、第２光反射層を介して外部に出射される形態（以下、便宜上、『第２光反射層出射タイプの面発光レーザ素子』と呼ぶ）とすることができるし、第１光反射層を介して外部に出射される形態（以下、便宜上、『第１光反射層出射タイプの面発光レーザ素子』と呼ぶ）とすることもできる。尚、第１光反射層出射タイプの面発光レーザ素子にあっては、場合によっては、前述したとおり、基板を除去してもよい。【００６７】
そして、ｎ型化合物半導体層の第１面と接する第１光反射層の部分（第２光反射層と対向する第１光反射層の部分）の面積をＳ1、ｐ型化合物半導体層の第２面に対向する第２光反射層の部分（第１光反射層と対向する第２光反射層の部分）の面積をＳ2としたとき、第１光反射層出射タイプの面発光レーザ素子の場合、
Ｓ1＞Ｓ2
を満足することが望ましいし、第２光反射層出射タイプの面発光レーザ素子の場合、
Ｓ1＜Ｓ2
を満足することが望ましいが、これに限定するものではない。【００６８】
また、第１光反射層の面積重心点を通る第１光反射層に対する法線上に第２光反射層の面積重心点が存在しない形態、第１光反射層の面積重心点を通る第１光反射層に対する法線上に活性層の面積重心点が存在しない形態において、ｎ型化合物半導体層の第１面と接する第１光反射層の部分（第２光反射層と対向する第１光反射層の部分）であって、素子領域（後述する）を構成する部分の面積をＳ3、ｐ型化合物半導体層の第２面に対向する第２光反射層の部分（第１光反射層と対向する第２光反射層の部分）であって、素子領域を構成する部分の面積をＳ4としたとき、第１光反射層出射タイプの面発光レーザ素子の場合、
Ｓ3＞Ｓ4
を満足することが望ましいし、第２光反射層出射タイプの面発光レーザ素子の場合、
Ｓ3＜Ｓ4
を満足することが望ましいが、これに限定するものではない。【００６９】
実施例５あるいは後述する実施例６〜実施例１０の面発光レーザ素子において、第１光反射層出射タイプの面発光レーザ素子において、基板を除去する場合、前述したとおり、第２光反射層は支持基板に固定されている形態とすることができる。第１光反射層出射タイプの面発光レーザ素子において、基板を除去しない場合、基板の露出面にｎ側電極を形成すればよい。また、基板を除去する場合、ｎ型化合物半導体層の第１面における第１光反射層及びｎ側電極の配置状態として、第１光反射層とｎ側電極とが接している状態を挙げることができるし、あるいは又、第１光反射層とｎ側電極とが離間している状態を挙げることができるし、場合によっては、第１光反射層の縁部の上あるいは下にまでｎ側電極が形成されている状態を挙げることもできる。あるいは又、第１光反射層とｎ側電極とは離間しており、即ち、オフセットを有しており、離間距離は１ｍｍ以内である構成とすることができる。【００７０】
更には、以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の面発光レーザ素子において、ｎ側電極は金属又は合金又は透明導電性材料から成る形態とすることができるし、ｐ側電極は透明導電性材料から成る形態とすることができる。ｐ側電極を透明導電性材料から構成することで、電流を横方向（ｐ型化合物半導体層の面内方向）に広げることができ、効率良く素子領域（次に述べる）に電流を供給することができる。【００７１】
「素子領域」とは、狭窄された電流が注入される領域（電流狭窄領域）、あるいは又、屈折率差等により光が閉じ込められる領域、あるいは又、第１光反射層と第２光反射層で挟まれた領域の内、レーザ発振が生じる領域、あるいは又、第１光反射層と第２光反射層で挟まれた領域の内、実際にレーザ発振に寄与する領域を指す。【００７２】
面発光レーザ素子は、上述したとおり、ｎ型化合物半導体層の頂面から第１光反射層を介して光を出射する面発光レーザ素子から成る構成とすることができるし、あるいは又、ｐ型化合物半導体層の頂面から第２光反射層を介して光を出射する面発光レーザ素子から成る構成とすることもできる。【００７３】
ｐ側電極とｐ型化合物半導体層との間に、電流狭窄構造が形成されていることが好ましい。電流狭窄構造を得るためには、ｐ側電極とｐ型化合物半導体層との間に絶縁材料（例えば、ＳｉＯXやＳｉＮX、ＡｌＯX）から成る電流狭窄層を形成してもよいし、あるいは又、ｐ型化合物半導体層をＲＩＥ法等によりエッチングしてメサ構造を形成してもよいし、あるいは又、積層されたｐ型化合物半導体層の一部の層を横方向から部分的に酸化して電流狭窄領域を形成してもよいし、ｐ型化合物半導体層に不純物をイオン注入して導電性が低下した領域を形成してもよいし、あるいは、これらを、適宜、組み合わせてもよい。但し、ｐ側電極は、電流狭窄により電流が流れるｐ型化合物半導体層の部分と電気的に接続されている必要がある。【００７４】
支持基板は、例えば、ＧａＮ基板、サファイア基板、ＧａＡｓ基板、ＳｉＣ基板、アルミナ基板、ＺｎＳ基板、ＺｎＯ基板、ＬｉＭｇＯ基板、ＬｉＧａＯ2基板、ＭｇＡｌ2Ｏ4基板、ＩｎＰ基板といった各種の基板から構成すればよいし、あるいは又、ＡｌＮ等から成る絶縁性基板、Ｓｉ、ＳｉＣ、Ｇｅ等から成る半導体基板、金属製基板や合金製基板から構成することもできるが、導電性を有する基板を用いることが好ましく、あるいは又、機械的特性、弾性変形、塑性変形性、放熱性等の観点から金属製基板や合金製基板を用いることが好ましい。支持基板の厚さとして、例えば、０．０５ｍｍ乃至０．５ｍｍを例示することができる。第２光反射層の支持基板への固定方法として、半田接合法、常温接合法、粘着テープを用いた接合法、ワックス接合を用いた接合法等、既知の方法を用いることができるが、導電性の確保という観点からは半田接合法あるいは常温接合法を採用することが望ましい。例えば導電性基板であるシリコン半導体基板を支持基板として使用する場合、熱膨張係数の違いによる反りを抑制するために、４００゜Ｃ以下の低温で接合可能な方法を採用することが望ましい。支持基板としてＧａＮ基板を使用する場合、接合温度が４００゜Ｃ以上であってもよい。【００７５】
ｎ側電極は、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、Ｔｉ（チタン）、バナジウム（Ｖ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃｕ（銅）、Ｚｎ（亜鉛）、錫（Ｓｎ）及びインジウム（Ｉｎ）から成る群から選択された少なくとも１種類の金属（合金を含む）を含む、単層構成又は多層構成を有することが望ましく、具体的には、例えば、Ｔｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｌ、Ｔｉ／Ａｌ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｎｉ／Ａｕ、Ｎｉ／Ａｕ／Ｐｔ、Ｎｉ／Ｐｔ、Ｐｄ／Ｐｔ、Ａｇ／Ｐｄを例示することができる。尚、多層構成における「／」の前の層ほど、より活性層側に位置する。以下の説明においても同様である。ｎ側電極は、例えば、真空蒸着法やスパッタリング法等のＰＶＤ法にて成膜することができる。【００７６】
ｎ側電極あるいはｐ側電極を構成する透明導電性材料として、インジウム−錫酸化物（ＩＴＯ，Indium Tin Oxide，ＳｎドープのＩｎ2Ｏ3、結晶性ＩＴＯ及びアモルファスＩＴＯを含む）、インジウム−亜鉛酸化物（ＩＺＯ，Indium Zinc Oxide）、インジウム−ガリウム酸化物（ＩＧＯ）、インジウム・ドープのガリウム−亜鉛酸化物（ＩＧＺＯ，Ｉｎ−ＧａＺｎＯ4）、ＩＦＯ（ＦドープのＩｎ2Ｏ3）、酸化錫（ＳｎＯ2）、ＡＴＯ（ＳｂドープのＳｎＯ2）、ＦＴＯ（ＦドープのＳｎＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ、ＡｌドープのＺｎＯやＢドープのＺｎＯを含む）を例示することができる。あるいは又、ｐ側電極として、ガリウム酸化物、チタン酸化物、ニオブ酸化物、ニッケル酸化物等を母層とする透明導電膜を挙げることができる。但し、ｐ側電極を構成する材料として、第２光反射層とｐ側電極との配置状態に依存するが、透明導電性材料に限定するものではなく、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、コバルト（Ｃｏ）、ロジウム（Ｒｈ）等の金属を用いることもできる。ｐ側電極は、これらの材料の少なくとも１種類から構成すればよい。ｐ側電極は、例えば、真空蒸着法やスパッタリング法等のＰＶＤ法にて成膜することができる。【００７７】
ｎ側電極やｐ側電極上に、外部の電極あるいは回路と電気的に接続するために、パッド電極を設けてもよい。パッド電極は、Ｔｉ（チタン）、アルミニウム（Ａｌ）、Ｐｔ（白金）、Ａｕ（金）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｐｄ（パラジウム）から成る群から選択された少なくとも１種類の金属を含む、単層構成又は多層構成を有することが望ましい。あるいは又、パッド電極を、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの多層構成、Ｔｉ／Ａｕの多層構成、Ｔｉ／Ｐｄ／Ａｕの多層構成、Ｔｉ／Ｐｄ／Ａｕの多層構成、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕの多層構成、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ／Ｃｒ／Ａｕの多層構成に例示される多層構成とすることもできる。ｎ側電極をＡｇ層あるいはＡｇ／Ｐｄ層から構成する場合、ｎ側電極の表面に、例えば、Ｎｉ／ＴｉＷ／Ｐｄ／ＴｉＷ／Ｎｉから成るカバーメタル層を形成し、カバーメタル層の上に、例えば、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕの多層構成あるいはＴｉ／Ｎｉ／Ａｕ／Ｃｒ／Ａｕの多層構成から成るパッド電極を形成することが好ましい。【００７８】
光反射層（分布ブラッグ反射鏡層、Distributed Bragg Reflector 層、ＤＢＲ層）は、例えば、半導体多層膜や誘電体多層膜から構成される。誘電体材料としては、例えば、Ｓｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｔａ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｙ、Ｂ、Ｔｉ等の酸化物、窒化物（例えば、ＳｉＮX、ＡｌＮX、ＡｌＧａＮ、ＧａＮX、ＢＮX等）、又は、フッ化物等を挙げることができる。具体的には、ＳｉＯX、ＴｉＯX、ＮｂＯX、ＺｒＯX、ＴａＯX、ＺｎＯX、ＡｌＯX、ＨｆＯX、ＳｉＮX、ＡｌＮX等を例示することができる。そして、これらの誘電体材料の内、屈折率が異なる誘電体材料から成る２種類以上の誘電体膜を交互に積層することにより、光反射層を得ることができる。例えば、ＳｉＯX／ＳｉＮY、ＳｉＯX／ＮｂＯY、ＳｉＯX／ＺｒＯY、ＳｉＯX／ＡｌＮY等の誘電体多層膜が好ましい。所望の光反射率を得るために、各誘電体膜を構成する材料、膜厚、積層数等を、適宜、選択すればよい。各誘電体膜の厚さは、用いる材料等により、適宜、調整することができ、発光波長λ0、用いる材料の発光波長λ0での屈折率ｎによって決定される。具体的には、λ0／（４ｎ）の奇数倍とすることが好ましい。例えば、発光波長λ0が４５０ｎｍの面発光レーザ素子において、光反射層をＳｉＯX／ＮｂＯYから構成する場合、４０ｎｍ乃至７０ｎｍ程度を例示することができる。積層数は、２以上、好ましくは５乃至２０程度を例示することができる。光反射層の全体の厚さとして、例えば、０．６μｍ乃至１．７μｍ程度を例示することができる。【００７９】
あるいは又、第１光反射層は、少なくともＮ（窒素）原子を含んだ誘電体膜を備えていることが望ましく、更には、このＮ原子を含んだ誘電体膜は、誘電体多層膜の最上層であることが一層望ましい。あるいは又、第１光反射層は、少なくともＮ（窒素）原子を含んだ誘電体材料層によって被覆されていることが望ましい。あるいは又、第１光反射層の表面に対して窒化処理を施すことで、第１光反射層の表面を、少なくともＮ（窒素）原子を含んだ層（以下、便宜上、『表面層』と呼ぶ）とすることが望ましい。少なくともＮ原子を含んだ誘電体膜あるいは誘電体材料層、表面層の厚さは、λ0／（４ｎ）の奇数倍とすることが好ましい。少なくともＮ原子を含んだ誘電体膜あるいは誘電体材料層を構成する材料として、具体的には、ＳｉＮX、ＳｉＯXＮZを挙げることができる。このように、少なくともＮ原子を含んだ誘電体膜あるいは誘電体材料層、表面層を形成することで、第１光反射層を覆う化合物半導体層を形成したとき、第１光反射層を覆う化合物半導体層の結晶軸とＧａＮ基板の結晶軸のずれを改善することが可能となり、共振器となる積層構造体の品質を高めることが可能となる。【００８０】
光反射層は、周知の方法に基づき形成することができ、具体的には、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、ＥＣＲプラズマスパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法、イオンビームアシスト蒸着法、イオンプレーティング法、レーザアブレーション法等のＰＶＤ法；各種ＣＶＤ法；スプレー法、スピンコート法、ディップ法等の塗布法；これらの方法の２種以上を組み合わせる方法；これらの方法と、全体又は部分的な前処理、不活性ガス（Ａｒ、Ｈｅ、Ｘｅ等）又はプラズマの照射、酸素ガスやオゾンガス、プラズマの照射、酸化処理（熱処理）、露光処理のいずれか１種以上とを組み合わせる方法等を挙げることができる。【００８１】
また、基板はＧａＮ基板から成り、
ＧａＮ基板表面の面方位のオフ角は０．４度以内、好ましくは０．４０度以内であり、
ＧａＮ基板の面積をＳ0としたとき、第１光反射層の面積は０．８Ｓ0以下であり、
第１光反射層の最下層として熱膨張緩和膜がＧａＮ基板上に形成されており、あるいは又、ＧａＮ基板と接する第１光反射層の最下層の線熱膨張係数ＣＴＥは、
１×１０-6／Ｋ≦ＣＴＥ≦１×１０-5／Ｋ
好ましくは、
１×１０-6／Ｋ＜ＣＴＥ≦１×１０-5／Ｋ
を満足することが好ましい。【００８２】
このように、ＧａＮ基板表面の結晶面の面方位のオフ角及び第１光反射層の面積の割合を規定することで、ｐ型化合物半導体層の表面粗さを小さくすることができる。即ち、優れた表面モホロジーを有するｐ型化合物半導体層を形成することができる。それ故、平滑性に優れた第２光反射層を得ることができ、即ち、所望の光反射率を得ることができ、特性バラツキが生じ難い。しかも、熱膨張緩和膜を形成し、あるいは又、ＣＴＥの値を規定することで、ＧａＮ基板の線熱膨張係数と第１光反射層の線熱膨張係数の差に起因してＧａＮ基板から第１光反射層が剥がれるといった問題の発生を回避することができ、高い信頼性を有する面発光レーザ素子を提供することができる。更には、ＧａＮ基板を用いれば、化合物半導体層に転位が発生し難いし、面発光レーザ素子の熱抵抗が大きくなるといった問題を回避することができ、高い信頼性を面発光レーザ素子に付与することができるし、ＧａＮ基板を基準としてｐ側電極と異なる側（基板の裏面側）にｎ側電極を設けることができる。【００８３】
ＧａＮ基板表面の面方位のオフ角とは、ＧａＮ基板表面の結晶面の面方位と、巨視的に見たＧａＮ基板表面の法線との成す角度を指す。また、ＧａＮ基板の面積をＳ0としたとき、第１光反射層の面積は０．８Ｓ0以下であると規定されているが、「ＧａＮ基板の面積Ｓ0」とは、最終的に面発光レーザ素子が得られたときに残されたＧａＮ基板の面積を指す。これらの場合、第１光反射層の最下層は、光反射層としての機能は有していない。【００８４】
熱膨張緩和膜は、窒化ケイ素（ＳｉＮX）、酸化アルミニウム（ＡｌＯX）、酸化ニオブ（ＮｂＯX）、酸化タンタル（ＴａＯX）、酸化チタン（ＴｉＯX）、酸化マグネシウム（ＭｇＯX）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯX）及び窒化アルミニウム（ＡｌＮX）から成る群から選択された少なくとも１種類の材料から成る形態とすることができる。尚、各物質の化学式に付した添え字「Ｘ」あるいは後述する添え字「Ｙ」、添え字「Ｚ」の値は、各物質における化学量論に基づく値だけでなく、化学量論に基づく値から外れた値も包含する。以下においても同様である。そして、熱膨張緩和膜の厚さをｔ1、面発光レーザ素子の発光波長をλ0、熱膨張緩和膜の屈折率をｎ1としたとき、
ｔ1＝λ0／（４ｎ1）
好ましくは、
ｔ1＝λ0／（２ｎ1）
を満足することが望ましい。但し、熱膨張緩和膜の厚さｔ1の値は本質的に任意とすることができ、例えば、１×１０-7ｍ以下とすることができる。【００８５】
第１光反射層の最下層は、窒化ケイ素（ＳｉＮX）、酸化アルミニウム（ＡｌＯX）、酸化ニオブ（ＮｂＯX）、酸化タンタル（ＴａＯX）、酸化チタン（ＴｉＯX）、酸化マグネシウム（ＭｇＯX）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯX）及び窒化アルミニウム（ＡｌＮX）から成る群から選択された少なくとも１種類の材料から成る形態とすることができる。そして、第１光反射層の最下層の厚さをｔ1、面発光レーザ素子の発光波長をλ0、第１光反射層の最下層の屈折率をｎ1としたとき、
ｔ1＝λ0／（４ｎ1）
好ましくは、
ｔ1＝λ0／（２ｎ1）
を満足することが望ましい。但し、第１光反射層の最下層の厚さｔ1の値は本質的に任意とすることができ、例えば、１×１０-7ｍ以下とすることができる。【００８６】
以下、実施例５の面発光レーザ素子の説明を行う。【００８７】
実施例５の面発光レーザ素子において、第１光反射層５１の平面形状は、正六角形である。正六角形は、化合物半導体層が［１１−２０］方向若しくはこれと結晶学的に等価な方向に横方向にエピタキシャル成長するように、配置あるいは配列されている。但し、第１光反射層５１の形状はこれに限定するものではなく、例えば、円形、格子状又はストライプ状とすることもできる。【００８８】
積層構造体２０は、ｎ型化合物半導体層２１、活性層２３及びｐ型化合物半導体層２２はＧａＮ系化合物半導体から成るが、より具体的には、
ＧａＮ系化合物半導体から成り、第１面２１ａ、及び、第１面２１ａと対向する第２面２１ｂを有するｎ型化合物半導体層２１、
ＧａＮ系化合物半導体から成り、ｎ型化合物半導体層２１の第２面２１ｂと接する活性層（発光層）２３、及び、
ＧａＮ系化合物半導体から成り、第１面２２ａ、及び、第１面２２ａと対向する第２面２２ｂを有し、第１面２２ａが活性層２３と接するｐ型化合物半導体層２２、
が積層されて成る。そして、ｐ型化合物半導体層２２の第２面２２ｂ上には、ｐ側電極４２及び誘電体多層膜から成る第２光反射層５２が形成されており、積層構造体２０が形成された基板１１の表面１１ａと対向する基板１１の他方の面１１ｂにｎ側電極４１が形成されている。誘電体多層膜から成る第１光反射層５１は、基板１１の表面１１ａに形成されているし、ｎ型化合物半導体層２１の第１面２１ａと接して形成されている。【００８９】
ここで、実施例５の面発光レーザ素子は、ｐ型化合物半導体層２２の頂面から第２光反射層５２を介して光を出射する面発光レーザ素子から成る。具体的には、ｐ型化合物半導体層２２の第２面２２ｂから第２光反射層５２を介して光が出射される、第２光反射層出射タイプの面発光レーザ素子である。基板１１は残されたままである。積層構造体２０の構成、構造は、実施例１〜実施例３において説明した面発光レーザ素子における積層構造体２０の構成、構造と実質的に同様とすることができる。【００９０】
実施例５あるいは後述する実施例６〜実施例１０の面発光レーザ素子においては、ｐ側電極４２とｐ型化合物半導体層２２との間に、ＳｉＯX、ＳｉＮX、ＡｌＯXといった絶縁材料から成る電流狭窄層４３が形成されている。電流狭窄層４３には開口４３Ａが形成されており、この開口４３Ａの底部にｐ型化合物半導体層２２が露出している。ｐ側電極４２は、ｐ型化合物半導体層２２の第２面２２ｂ上から電流狭窄層４３上に亙り形成されており、第２光反射層５２はｐ側電極４２上に形成されている。更には、ｐ側電極４２の縁部の上には、外部の電極あるいは回路と電気的に接続するためのパッド電極４４が接続されている。実施例５あるいは後述する実施例６〜実施例７の面発光レーザ素子において、第１光反射層５１の平面形状は正六角形であり、第２光反射層５２、電流狭窄層４３に設けられた開口４３Ａの平面形状は円形である。第１光反射層５１及び第２光反射層５２は多層構造を有するが、図面の簡素化のため、１層で表している。電流狭窄層４３の形成は、必須ではない。【００９１】
そして、実施例５の面発光レーザ素子において、第１光反射層５１から第２光反射層５２まで距離は、０．１５μｍ以上、５０μｍ以下であり、具体的には、例えば、１０μｍである。尚、第１光反射層５１の面積重心点を通る第１光反射層５１に対する法線をＬＮ1で示し、第２光反射層５２の面積重心点を通る第２光反射層５２に対する法線をＬＮ2で示すが、図２Ａに図示した例では、ＬＮ1とＬＮ2とは一致している。【００９２】
ｎ型化合物半導体層２１は厚さ５μｍのｎ型ＧａＮ層から成り、活性層２３は実施例１〜実施例３において説明した構成、構造を有し、ｐ型化合物半導体層２２はｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層（厚さ１０ｎｍ）及びｐ型ＧａＮ層の２層構成を有する。尚、電子障壁層が活性層側に位置する。ｎ側電極４１はＴｉ／Ｐｔ／Ａｕから成り、ｐ側電極４２は透明導電性材料、具体的には、ＩＴＯから成り、パッド電極４４はＴｉ／Ｐｄ／Ａｕ又はＴｉ／Ｐｔ／Ａｕから成り、第１光反射層５１及び第２光反射層５２は、ＳｉＮX層とＳｉＯY層の積層構造（誘電体多層膜の積層総数：２０層）から成り、各層の厚さはλ0／（４ｎ）である。【００９３】
実施例５の面発光レーザ素子にあっては、ｎ型化合物半導体層２１の第１面２１ａと接する第１光反射層５１の部分（第２光反射層５２と対向する第１光反射層５１の部分）の面積をＳ1、ｐ型化合物半導体層２２の第２面２２ｂに対向する第２光反射層５２の部分（第１光反射層５１と対向する第２光反射層５２の部分）の面積をＳ2としたとき、Ｓ1＜Ｓ2を満足する。【００９４】
以下、基板等の模式的な一部端面図である図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃに基づき、実施例５の面発光レーザ素子の製造方法を説明する。【００９５】
［工程−５００］
基板（具体的には、ＧａＮ基板）１１の上に第１光反射層５１を形成する。具体的には、先ず、スパッタリング法に基づき全面に第１光反射層５１を形成するための誘電体多層膜を基板１１上に形成した後、フォトリソグラフィ技術及びドライエッチング技術に基づき誘電体多層膜をパターニングすることで、第１光反射層５１を得ることができる（図３Ａ参照）。【００９６】
［工程−５１０］
次に、全面にｎ型化合物半導体層２１、活性層２３及びｐ型化合物半導体層２２を形成する。具体的には、ＥＬＯ法といった横方向にエピタキシャル成長させるＭＯＣＶＤ法（ＴＭＧガス及びＳｉＨ4ガスを用いる）に基づき、全面にｎ型ＧａＮから成るｎ型化合物半導体層２１を形成する。引き続き、全面に活性層２３及びｐ型化合物半導体層２２を形成する。具体的には、エピタキシャル成長法に基づき、ｎ型化合物半導体層２１の上に、ＴＭＧガス及びＴＭＩガスを用いて活性層２３を形成した後、ＴＭＧガス、ＴＭＡガス、Ｃｐ2Ｍｇガスを用いて電子障壁層を形成し、ＴＭＧガス、Ｃｐ2Ｍｇガスを用いてｐ型ＧａＮ層を形成することで、ｐ型化合物半導体層２２を得る。以上の工程によって積層構造体２０を得ることができる。即ち、第１光反射層５１を含む基板（具体的には、ＧａＮ基板）１１上に、
ＧａＮ系化合物半導体から成り、第１面２１ａ、及び、第１面２１ａと対向する第２面２１ｂを有するｎ型化合物半導体層２１、
ＧａＮ系化合物半導体から成り、ｎ型化合物半導体層２１の第２面２１ｂと接する活性層２３、及び、
ＧａＮ系化合物半導体から成り、第１面２２ａ、及び、第１面２２ａと対向する第２面２２ｂを有し、第１面２２ａが活性層２３と接するｐ型化合物半導体層２２、
が積層されて成る積層構造体２０をエピタキシャル成長させる。こうして、図３Ｂに示す構造を得ることができる。【００９７】
［工程−５２０］
次いで、ｐ型化合物半導体層２２の第２面２２ｂ上に、周知の方法に基づき、厚さ０．２μｍの絶縁材料から成り、開口４３Ａを有する電流狭窄層４３を形成する。【００９８】
［工程−５３０］
その後、ｐ型化合物半導体層２２上に、第１光反射層５１と対向したｐ側電極及び第２光反射層を形成する。具体的には、ｐ型化合物半導体層２２の第２面２２ｂ上にｐ側電極４２及び誘電体多層膜から成る第２光反射層５２を形成する。より具体的には、例えば、リフトオフ法に基づき、ｐ型化合物半導体層２２の第２面２２ｂの上から電流狭窄層４３の上に亙り、厚さ５０ｎｍのＩＴＯから成るｐ側電極４２を形成し、更に、ｐ側電極４２の上から電流狭窄層４３の上に亙り、周知の方法に基づきパッド電極４４を形成する。こうして、図３Ｃに示す構造を得ることができる。その後、ｐ側電極４２の上からパッド電極４４の上に亙り、周知の方法に基づき第２光反射層５２を形成する。一方、基板１１の他方の面１１ｂに、周知の方法に基づきｎ側電極４１を形成する。こうして、図２Ａに示した構造を有する実施例５の面発光レーザ素子を得ることができる。【００９９】
［工程−５４０］
その後、所謂素子分離を行うことで面発光レーザ素子を分離し、積層構造体２０の側面や露出面を、例えば、ＳｉＯXから成る絶縁膜で被覆する。そして、ｎ側電極４１やパッド電極４４を外部の回路等に接続するために端子等を周知の方法に基づき形成し、パッケージや封止することで、実施例５の面発光レーザ素子を完成させる。【０１００】
前述したとおり、第１光反射層５１が形成された基板１１の上に、ｎ型化合物半導体層２１を、ＥＬＯ法等の横方向にエピタキシャル成長させる方法に基づき横方向成長により形成したとき、第１光反射層５１の縁部から第１光反射層５１の中心部に向かってエピタキシャル成長するｎ型化合物半導体層２１が会合すると、会合部分に結晶欠陥が多く発生する場合がある。【０１０１】
実施例５の変形例の面発光レーザ素子にあっては、図２Ｂに示すように、第１光反射層５１の面積重心点を通る第１光反射層５１に対する法線ＬＮ1上に、第２光反射層５２の面積重心点は存在しない。第２光反射層５２の面積重心点を通る第２光反射層５２に対する法線ＬＮ2と、活性層２３の面積重心点（具体的には、素子領域を構成する活性層２３の面積重心点）を通る活性層２３に対する法線とは一致している。あるいは又、第１光反射層５１の面積重心点を通る第１光反射層５１に対する法線ＬＮ1上に、活性層２３の面積重心点は存在しない。これによって、結晶欠陥が多く存在する会合部分（具体的には、法線ＬＮ1上あるいはその近傍に位置する）が素子領域の中心部に位置することが無くなり、面発光レーザ素子の特性に悪影響が生じることが無くなり、あるいは又、面発光レーザ素子の特性への悪影響が少なくなる。尚、ｎ型化合物半導体層２１の第１面２１ａと接する第１光反射層５１の部分（第２光反射層５２と対向する第１光反射層５１の部分）であって、素子領域を構成する部分の面積をＳ3、ｐ型化合物半導体層２２の第２面２２ｂに対向する第２光反射層５２の部分（第１光反射層５１と対向する第２光反射層５２の部分）であって、素子領域を構成する部分の面積をＳ4としたとき、Ｓ3＜Ｓ4を満足する。
【実施例６】
【０１０２】
実施例６は、実施例５の変形である。模式的な一部断面図を図４Ａに示すように、実施例６の面発光レーザ素子において、活性層２３において生成した光は、ｎ型化合物半導体層２１の頂面から第１光反射層５１を介して外部に出射される。即ち、実施例６の面発光レーザ素子は、第１光反射層出射タイプの面発光レーザ素子である。そして、実施例６の面発光レーザ素子において、第２光反射層５２は、金（Ａｕ）層あるいは錫（Ｓｎ）を含む半田層から成る接合層４５を介して、シリコン半導体基板から構成された支持基板４６に半田接合法に基づき固定されている。【０１０３】
実施例６にあっては、ｎ型化合物半導体層２１上に活性層２３、ｐ型化合物半導体層２２、ｐ側電極４２、第２光反射層５２を順次形成し、次いで、第２光反射層５２を支持基板４６に固定した後、第１光反射層５１を研磨ストッパ層として基板１１を除去して、ｎ型化合物半導体層２１（ｎ型化合物半導体層２１の第１面２１ａ）及び第１光反射層５１を露出させる。そして、ｎ型化合物半導体層２１（ｎ型化合物半導体層２１の第１面２１ａ）の上にｎ側電極４１を形成する。【０１０４】
第１光反射層５１から第２光反射層５２まで距離は、０．１５μｍ以上、５０μｍ以下であり、具体的には、例えば、１０μｍである。実施例６の面発光レーザ素子にあっては、第１光反射層５１とｎ側電極４１とは離間しており、即ち、オフセットを有しており、離間距離は１ｍｍ以内、具体的には、例えば、平均０．０５ｍｍである。【０１０５】
以下、積層構造体等の模式的な一部端面図である図５Ａ及び図５Ｂを参照して、実施例６の面発光レーザ素子の製造方法を説明する。【０１０６】
［工程−６００］
先ず、実施例５の［工程−５００］〜［工程−５３０］と同様の工程を実行することで、図２Ａに示した構造を得る。但し、ｎ側電極４１は形成しない。【０１０７】
［工程−６１０］
その後、第２光反射層５２を、接合層４５を介して支持基板４６に固定する。こうして、図５Ａに示す構造を得ることができる。【０１０８】
［工程−６２０］
次いで、基板（ＧａＮ基板）１１を除去して、ｎ型化合物半導体層２１の第１面２１ａ、第１光反射層５１を露出させる。具体的には、先ず、機械研磨法に基づき基板１１の厚さを薄くし、次いで、ＣＭＰ法に基づき基板１１の残部を除去する。こうして、ｎ型化合物半導体層２１の第１面２１ａ、第１光反射層５１を露出させ、図９Ｂに示す構造を得ることができる。【０１０９】
［工程−６３０］
その後、ｎ型化合物半導体層２１の第１面２１ａ上に、周知の方法に基づきｎ側電極４１を形成する。こうして、図４Ａに示す構造を有する実施例６の面発光レーザ素子を得ることができる。【０１１０】
［工程−６４０］
そして、所謂素子分離を行うことで面発光レーザ素子を分離し、積層構造体２０の側面や露出面を、例えば、ＳｉＯXから成る絶縁膜で被覆する。そして、ｎ側電極４１やパッド電極４４を外部の回路等に接続するために端子等を周知の方法に基づき形成し、パッケージや封止することで、実施例６の面発光レーザ素子を完成させる。【０１１１】
実施例６の面発光レーザ素子の製造方法にあっては、第１光反射層が形成されている状態で基板を除去する。それ故、第１光反射層が、基板の除去時に研磨ストッパ層として機能する結果、基板面内における基板の除去バラツキ、更には、ｎ型化合物半導体層の厚さバラツキの発生を抑制することができ、共振器の長さの均一化を図ることができる結果、得られる面発光レーザ素子の特性の安定化を達成することができる。しかも、第１光反射層とｎ型化合物半導体層との界面におけるｎ型化合物半導体層の面（平坦面）は平坦であるが故に、平坦面での光の散乱を最小限に抑えることができる。【０１１２】
図４Ａに示した面発光レーザ素子の例では、ｎ側電極４１の端部は第１光反射層５１から離間している。一方、図４Ｂに示す面発光レーザ素子の例では、ｎ側電極４１の端部は第１光反射層５１の外縁まで延在している。あるいは又、ｎ側電極の端部が第１光反射層と接するように、ｎ側電極を形成してもよい。
【実施例７】
【０１１３】
実施例７は、実施例５〜実施例６の変形である。実施例７の面発光レーザ素子の模式的な一部断面図を図６に示す。実施例７の面発光レーザ素子において、ＧａＮ基板１１の表面１１ａの結晶面の面方位のオフ角は０．４度以内、好ましくは０．４０度以内であり、ＧａＮ基板１１の面積をＳ0としたとき、第１光反射層５１の面積は０．８Ｓ0以下である。限定するものではないが、第１光反射層５１の面積の下限値として０．００４×Ｓ0を例示することができる。そして、第１光反射層５１の最下層として熱膨張緩和膜５３がＧａＮ基板１１の上に形成されているし、あるいは又、ＧａＮ基板１１と接する第１光反射層５１の最下層（熱膨張緩和膜５３が該当する）の線熱膨張係数ＣＴＥは、
１×１０-6／Ｋ≦ＣＴＥ≦１×１０-5／Ｋ
好ましくは、
１×１０-6／Ｋ＜ＣＴＥ≦１×１０-5／Ｋ
を満足する。【０１１４】
具体的には、熱膨張緩和膜５３（第１光反射層５１の最下層）は、例えば、
ｔ1＝λ0／（２ｎ1）
を満足する窒化ケイ素（ＳｉＮX）から成る。尚、このような膜厚を有する熱膨張緩和膜５３（第１光反射層５１の最下層）は、波長λ0の光に対して透明であり、光反射層としての機能は有していない。窒化ケイ素（ＳｉＮX）及びＧａＮ基板１１のＣＴＥの値は以下の表６のとおりである。ＣＴＥの値は２５゜Ｃにおける値である。【０１１５】
［表６］
ＧａＮ基板           ：５．５９×１０-6／Ｋ
窒化ケイ素（ＳｉＮX）：２．６〜３．５×１０-6／Ｋ【０１１６】
実施例７の面発光レーザ素子の製造にあっては、先ず、第１光反射層５１の最下層を構成する熱膨張緩和膜５３を形成し、更に、熱膨張緩和膜５３上に、誘電体多層膜から成る第１光反射層５１の残部を形成する。そして、パターニングを行うことで、第１光反射層５１を得る。以降、実施例５の［工程−５１０］〜［工程−５４０］と同様の工程を実行すればよい。【０１１７】
実施例７において、オフ角とｐ型化合物半導体層２２の表面粗さＲａとの関係を調べた。その結果を、以下の表７に示す。表７から、オフ角が０．４度を超えると、ｐ型化合物半導体層２２の表面粗さＲａの値が大きくなることが判る。即ち、オフ角を０．４度以下、好ましくは０．４０度以内とすることで、化合物半導体層の成長中のステップバンチングを抑制することができ、ｐ型化合物半導体層２２の表面粗さＲａの値を小さくすることができる結果、平滑性に優れた第２光反射層５２を得ることができ、光反射率等の特性バラツキが生じ難い。【０１１８】
［表７］
オフ角（度）        表面粗さＲａ（ｎｍ）
０．３５            ０．８７
０．３８            ０．９５
０．４３            １．３２
０．４５            １．５５
０．５０            ２．３０【０１１９】
また、ＧａＮ基板１１の面積Ｓ0と、第１光反射層５１の面積と、ｐ型化合物半導体層２２の表面粗さＲａとの関係を調べた。その結果を、以下の表８に示す。表８から、第１光反射層５１の面積を０．８Ｓ0以下にすることで、ｐ型化合物半導体層２２の表面粗さＲａの値を小さくすることができることが判った。【０１２０】
［表８］
第１光反射層５１の面積    表面粗さＲａ（ｎｍ）
０．８８Ｓ0               １．１２
０．８３Ｓ0               １．０５
０．７５Ｓ0               ０．９７
０．６９Ｓ0               ０．９１
０．６３Ｓ0               ０．８５【０１２１】
以上の結果から、ｐ型化合物半導体層２２（ｐ型化合物半導体層２２の第２面２２ｂ）の表面粗さＲａは、１．０ｎｍ以下であることが好ましいことが判る。【０１２２】
更には、熱膨張緩和膜５３を形成せずに、第１光反射層５１の最下層をＳｉＯX（ＣＴＥ：０．５１〜０．５８×１０-6／Ｋ）から構成し、その他は、実施例７と同様の構成、構造を有する面発光レーザ素子を製造したところ、製造条件に依るが、積層構造体２０の成膜中に第１光反射層５１がＧａＮ基板１１から剥離してしまう場合があった。一方、実施例７にあっては、積層構造体２０の成膜中に第１光反射層５１がＧａＮ基板１１から剥離することがなかった。【０１２３】
以上のとおり、実施例７の面発光レーザ素子にあっては、ＧａＮ基板表面の結晶面の面方位のオフ角、並びに、第１光反射層の面積の割合が規定されているので、ｐ型化合物半導体層の表面粗さを小さくすることができる。即ち、優れた表面モホロジーを有するｐ型化合物半導体層を形成することができる。その結果、平滑性に優れた第２光反射層を得ることができるので、所望の光反射率を得ることができ、面発光レーザ素子の特性にバラツキが生じ難い。しかも、熱膨張緩和膜が形成され、あるいは又、ＣＴＥの値が規定されているので、ＧａＮ基板の線熱膨張係数と第１光反射層の線熱膨張係数の差に起因してＧａＮ基板から第１光反射層が剥がれるといった問題の発生を回避することができ、高い信頼性を有する面発光レーザ素子を提供することができる。更には、ＧａＮ基板を用いるので、化合物半導体層に転位が発生し難いし、面発光レーザ素子の熱抵抗が大きくなるといった問題を回避することができるので、高い信頼性を面発光レーザ素子に付与することができるし、ＧａＮ基板を基準としてｐ側電極と異なる側（基板の裏面側）にｎ側電極を設けることができる。
【実施例８】
【０１２４】
実施例８は、実施例６の変形である。ところで、ｎ型化合物半導体層２１の厚さが厚い場合、第１光反射層５１と第２光反射層５２との間を光が帰還する際に光が共振器外へ散逸して損失となり、面発光レーザ素子の閾値上昇や微分効率の悪化、ひいては、動作電圧の上昇や信頼性の低下といった問題を引き起こす虞がある。しかしながら、ｎ型化合物半導体層２１の厚さを研磨法によって薄くすることには、ウェハの割れや、共振器長の不均一が生じる等、困難を伴う場合が多い。【０１２５】
模式的な一部断面図を図７Ａに示すように、実施例８の面発光レーザ素子において、ｎ型化合物半導体層２１の第１面２１ａには凸部２１ｃが形成され、第１光反射層５１はこの凸部２１ｃ上に形成されており、ｎ型化合物半導体層２１の第１面２１ａに形成された凸部２１ｃ周辺の凹部２１ｅにｎ側電極４１が形成されている。即ち、実施例８において、ｎ型化合物半導体層２１は所謂メサ形状を有する。凸部２１ｃの平面形状は円形である。このように、ｎ型化合物半導体層２１の形状をメサ形状とすることで、第１光反射層５１と第２光反射層５２との間を光が帰還する際に光が共振器外へ散逸することを抑制することができ、動作電圧の上昇や信頼性の低下といった問題を引き起こす虞が無くなる。【０１２６】
ｎ側電極４１の平面形状は環状（リング状）である。素子領域の平面形状は円形であり、第１光反射層５１、第２光反射層５２、電流狭窄層４３に設けられた開口４３Ａの平面形状も円形である。【０１２７】
凸部２１ｃの高さはｎ型化合物半導体層２１の厚さ未満であるし、凸部２１ｃの高さとして、１×１０-8ｍ以上、１×１０-5ｍ以下、具体的には、例えば、２×１０-6ｍを例示することができる。凸部２１ｃの大きさは、第１光反射層５１よりも大きく、素子領域よりも大きい。【０１２８】
凸部２１ｃの側面（側壁）２１ｄには、ＳｉＯ2や、ＳｉＮ、ＡｌＮ、ＺｒＯ2、Ｔａ2Ｏ5等から成る誘電体層２８が形成されており、これによって、一層確実に、第１光反射層５１と第２光反射層５２との間を光が帰還する際に光が共振器外へ散逸することを抑制することができる。尚、誘電体層２８を構成する材料の屈折率の値は、ｎ型化合物半導体層２１を構成する材料の平均屈折率の値よりも小さいことが好ましい。【０１２９】
以上の点を除き、実施例８の面発光レーザ素子の構成、構造は、実施例６の面発光レーザ素子の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。【０１３０】
以下、積層構造体等の模式的な一部端面図である図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃ、図９Ａ、図９Ｂ、図１０を参照して、実施例８の面発光レーザ素子の製造方法を説明する。尚、実施例８の面発光レーザ素子の製造方法にあっては、実施例６の面発光レーザ素子の製造方法と異なり、先ず、基板１１の上に積層構造体２０を形成する。そして、第１光反射層５１は、後の工程で形成する。【０１３１】
［工程−８００］
先ず、ＧａＮ基板から成る基板１１上に、ＧａＮ系化合物半導体から成り、第１面２１ａ、及び、第１面２１ａと対向する第２面を有するｎ型化合物半導体層２１、ＧａＮ系化合物半導体から成り、ｎ型化合物半導体層２１の第２面２１ｂと接する活性層２３、及び、ＧａＮ系化合物半導体から成り、第１面２２ａ、及び、第１面２２ａと対向する第２面２２ｂを有し、第１面２２ａが活性層２３と接するｐ型化合物半導体層２２が積層されて成る積層構造体２０を、周知のＭＯＣＶＤ法に基づき形成する。次いで、ｐ型化合物半導体層２２の上に、周知の方法に基づき、開口４３Ａを有する電流狭窄層４３を形成する。こうして、図８Ａに示す構造を得ることができる。【０１３２】
［工程−８１０］
次に、ｐ型化合物半導体層２２の第２面２２ｂ上にｐ側電極４２及び誘電体多層膜から成る第２光反射層５２を形成する。具体的には、例えば、リフトオフ法に基づき、ｐ型化合物半導体層２２の第２面２２ｂの上から電流狭窄層４３の上に亙り、ｐ側電極４２を形成し、更に、ｐ側電極４２の上から電流狭窄層４３の上に亙り、周知の方法に基づきパッド電極４４を形成する。こうして、図８Ｂに示す構造を得ることができる。その後、ｐ側電極４２の上からパッド電極４４の上に亙り、周知の方法に基づき第２光反射層５２を形成する。こうして、図８Ｃに示す構造を得ることができる。【０１３３】
［工程−８２０］
その後、第２光反射層５２を、接合層４５を介して支持基板４６に固定する。こうして、図９Ａに示す構造を得ることができる。【０１３４】
［工程−８３０］
次いで、基板１１を除去して、ｎ型化合物半導体層２１の第１面２１ａを露出させる。具体的には、先ず、機械研磨法に基づき基板１１の厚さを薄くし、次いで、ＣＭＰ法に基づき基板１１の残部を除去し、更に、露出したｎ型化合物半導体層２１を厚さ方向に部分的に除去し、ｎ型化合物半導体層２１の第１面２１ａに対する鏡面仕上げ処理を行う。こうして、図９Ｂに示す構造を得ることができる。【０１３５】
［工程−８４０］
そして、ｎ型化合物半導体層２１の第１面２１ａに凸部２１ｃ、凹部２１ｅを形成し、凸部２１ｃ上に誘電体多層膜から成る第１光反射層５１を形成し、凸部２１ｃ及び凹部２１ｅにｎ側電極４１を形成し、凸部２１ｃの側面（側壁）２１ｄに誘電体層２８を形成する。【０１３６】
具体的には、凸部２１ｃを形成すべきｎ型化合物半導体層２１の領域の上に、周知の方法に基づきエッチング用レジスト層を形成した後、露出したｎ型化合物半導体層２１の領域を、ＲＩＥ法に基づきエッチングすることで、凸部２１ｃ及び凹部２１ｅを形成する。こうして、図１０に示す構造を得ることができる。次に、周知の方法で、凸部２１ｃの側面（側壁）２１ｄに誘電体層２８を形成する。【０１３７】
次いで、ｎ型化合物半導体層２１の凸部２１ｃの上に、周知の方法に基づき第１光反射層５１を形成する。その後、ｎ型化合物半導体層２１の凹部２１ｅに、周知の方法に基づきｎ側電極４１を形成する。こうして、図７に示す構造を有する実施例８の面発光レーザ素子を得ることができる。【０１３８】
ｎ型化合物半導体層２１の第１面２１ａにおける凸部２１ｃの形成、誘電体層２８の形成、第１光反射層５１の形成、ｎ側電極４１の形成の順序は、ｎ型化合物半導体層２１の第１面２１ａにおける凸部２１ｃの形成、誘電体層２８の形成、第１光反射層５１の形成、ｎ側電極４１の形成といった、以上に説明した順序に限定されず、例えば、第１光反射層５１の形成、ｎ型化合物半導体層２１の第１面２１ａにおける凸部２１ｃの形成、誘電体層２８の形成、ｎ側電極４１の形成の順としてもよいし、ｎ型化合物半導体層２１の第１面２１ａにおける凸部２１ｃの形成、誘電体層２８の形成、ｎ側電極４１の形成、第１光反射層５１の形成の順としてもよく、本質的に任意の順序で、適宜、形成することができる。【０１３９】
［工程−８５０］
その後、所謂素子分離を行うことで面発光レーザ素子を分離し、積層構造体の側面や露出面を、例えば、ＳｉＯ2等から成る絶縁膜で被覆する。そして、ｎ側電極４１やパッド電極４４を外部の回路等に接続するために端子等を周知の方法に基づき形成し、パッケージや封止することで、実施例８の面発光レーザ素子を完成させる。
【実施例９】
【０１４０】
実施例９は、実施例８の変形である。模式的な一部断面図を図７Ｂに示すように、ｎ型化合物半導体層２１の第１面２１ａ上に形成された第１光反射層５１を取り囲むように環状の溝部２１ｆが形成されており、溝部２１ｆは絶縁材料で充填されている。即ち、溝部２１ｆ内には、ＳｉＯ2や、ＳｉＮ、ＡｌＮ、ＺｒＯ2、Ｔａ2Ｏ5等から成る絶縁材料層２９が形成されている。このように、ｎ型化合物半導体層２１の形状を一種のメサ形状とすることで、即ち、環状の溝部２１ｆを絶縁材料で充填することで、第１光反射層５１と第２光反射層５２との間を光が帰還する際に光が共振器外へ散逸することを抑制することができ、動作電圧の上昇や信頼性の低下といった問題を引き起こす虞が無くなる。【０１４１】
溝部２１ｆの深さはｎ型化合物半導体層２１の厚さ未満であるし、溝部２１ｆの深さとして、１×１０-8ｍ以上、１×１０-5ｍ以下、具体的には、例えば、２×１０-6ｍを例示することができる。溝部２１ｆの内径は第１光反射層５１よりも大きく、素子領域よりも大きい。【０１４２】
以上の点を除き、実施例９の面発光レーザ素子の構成、構造は、実施例６の面発光レーザ素子の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。【０１４３】
実施例９の面発光レーザ素子は、実施例８の面発光レーザ素子における［工程−８４０］と同様の工程において、ｎ型化合物半導体層２１の第１面２１ａに凸部２１ｃを形成する代わりに、溝部２１ｆを形成し、溝部２１ｆ内に絶縁材料層２９を形成すればよい。【０１４４】
あるいは又、実施例５の［工程−５００］と同様の工程において、基板（具体的には、ＧａＮ基板）１１に溝部２１ｆを形成し、溝部２１ｆ内に絶縁材料層２９を形成し、次いで、基板１１の上に第１光反射層５１を形成する。そして、実施例５の［工程−５１０］と同様の工程において、全面に、即ち、基板１１、第１光反射層５１及び溝部２１ｆ内に充填された絶縁材料層２９の上にｎ型化合物半導体層２１、活性層２３及びｐ型化合物半導体層２２を形成し、以降、実施例５の［工程−５２０］〜［工程−５４０］と同様の工程を実行すればよい。尚、この場合、実施例８の［工程−８３０］と同様の工程において、基板１１を除去してｎ型化合物半導体層２１の第１面２１ａを露出させるとき、絶縁材料層２９は研磨ストッパ層として機能するので、ｎ型化合物半導体層２１の厚さ方向のバラツキ発生を抑制することができる。
【実施例１０】
【０１４５】
実施例１０も、実施例８〜実施例９の変形であり、模式的な一部断面図を図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、第１光反射層の面積重心点を通る第１光反射層の法線ＬＮ1と、ｐ型化合物半導体層と対向する第２光反射層の部分の面積重心点を通る第２光反射層の法線ＬＮ2とは、一致していない。あるいは又、第１光反射層の面積重心点を通る第１光反射層に対する法線ＬＮ1上に、活性層の面積重心点（具体的には、素子領域を構成する活性層の面積重心点）は存在しない。尚、図１１Ａに示す面発光レーザ素子は、図７Ａに示した実施例８の面発光レーザ素子の変形であり、図１１Ｂに示す面発光レーザ素子は、図７Ｂに示した実施例９の面発光レーザ素子の変形である。【０１４６】
面発光レーザ素子においては、共振器の中心における光場強度が最も強くなるモード、即ち、基本モードが最も安定である場合が多い。実施例１０の面発光レーザ素子にあっては、第１光反射層５１の面積重心点を通る第１光反射層５１の法線ＬＮ1と、ｐ型化合物半導体層２２と対向する第２光反射層５２の部分の面積重心点を通る第２光反射層５２の法線ＬＮ2とは一致していないので、あるいは又、第１光反射層５１の面積重心点を通る第１光反射層５１に対する法線ＬＮ1上に、活性層２３の面積重心点は存在しないので、云い換えれば、素子領域（電流注入領域）とｎ型化合物半導体層２１における導波路となるメサ形状の中心軸を意図的にずらすことで、共振器の中心軸における光場強度を下げ、基本モードの安定性を削ぐことができる。これにより、ハイパワー動作時の基本モードの安定性を下げ、キンクを引き起こすことが可能になり、面発光レーザ素子の光出力の上限を低下させることができる。従って、例えば生体へのレーザ光の照射等、出力の上限を制限することが望ましい応用等に用いる場合、このような構成を採用することが好ましい。法線ＬＮ1と法線ＬＮ2のズレ量として、素子領域の平面形状を円形と想定した場合の直径をＲ0としたとき、０．０１Ｒ0乃至０．２５Ｒ0を例示することができる。【０１４７】
以上の点を除き、実施例１０の面発光レーザ素子の構成、構造は、実施例８〜実施例９の面発光レーザ素子の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。【０１４８】
以上、本開示を好ましい実施例に基づき説明したが、本開示はこれらの実施例に限定するものではない。実施例において説明した発光素子の構成、構造は例示であり、適宜、変更することができるし、実施例の発光素子の製造方法も、適宜、変更することができる。【０１４９】
尚、本開示は、以下のような構成を取ることもできる。
［Ａ０１］《光半導体デバイス：第１の態様》
ｎ型化合物半導体層、活性層、及び、ｐ型化合物半導体層がこの順に積層された積層構造体を有し、
活性層は、トンネルバリア層を有する多重量子井戸構造を備えており、
ｐ型化合物半導体層に隣接した井戸層の組成揺らぎは、他の井戸層の組成揺らぎよりも大きい光半導体デバイス。
［Ａ０２］ｐ型化合物半導体層に隣接した井戸層のバンドギャップエネルギーは、他の井戸層のバンドギャップエネルギーよりも小さい［Ａ０１］に記載の光半導体デバイス。
［Ａ０３］ｐ型化合物半導体層に隣接した井戸層の厚さは、他の井戸層の厚さよりも厚い［Ａ０１］に記載の光半導体デバイス。
［Ａ０４］ｐ型化合物半導体層に隣接した井戸層のバンドギャップエネルギーは、他の井戸層のバンドギャップエネルギーよりも小さい［Ａ０３］に記載の光半導体デバイス。
［Ａ０５］トンネルバリア層は、井戸層と障壁層との間に形成されている［Ａ０１］乃至［Ａ０４］のいずれか１項に記載の光半導体デバイス。
［Ｂ０１］《光半導体デバイス：第２の態様》
ｎ型化合物半導体層、活性層、及び、ｐ型化合物半導体層がこの順に積層された積層構造体を有し、
活性層は、トンネルバリア層を有する多重量子井戸構造を備えており、
ｐ型化合物半導体層に隣接した井戸層のバンドギャップエネルギーは、他の井戸層のバンドギャップエネルギーよりも小さい光半導体デバイス。
［Ｂ０２］ｐ型化合物半導体層に隣接した井戸層の厚さは、他の井戸層の厚さよりも厚い［Ｂ０１］に記載の光半導体デバイス。
［Ｂ０３］トンネルバリア層は、井戸層と障壁層との間に形成されている［Ｂ０１］又は［Ｂ０２］に記載の光半導体デバイス。
［Ｃ０１］《光半導体デバイス：第３の態様》
ｎ型化合物半導体層、活性層、及び、ｐ型化合物半導体層がこの順に積層された積層構造体を有し、
活性層は、トンネルバリア層を有する多重量子井戸構造を備えており、
ｐ型化合物半導体層に隣接した井戸層の厚さは、他の井戸層の厚さよりも厚い光半導体デバイス。
［Ｃ０２］トンネルバリア層は、井戸層と障壁層との間に形成されている［Ｃ０１］に記載の光半導体デバイス。
［Ｄ０１］トンネルバリア層の厚さは４ｎｍ以下である［Ａ０１］乃至［Ｃ０２］のいずれか１項に記載の光半導体デバイス。
［Ｄ０２］活性層は、ＡｌＩｎＧａＮ系化合物半導体から成る［Ａ０１］乃至［Ｄ０１］のいずれか１項に記載の光半導体デバイス。
［Ｄ０３］トンネルバリア層はＧａＮから成る［Ｄ０２］に記載の光半導体デバイス。
［Ｄ０４］ｎ型化合物半導体層は、ＧａＮ基板のｃ面上に形成されている［Ｄ０２］又は［Ｄ０３］に記載の光半導体デバイス。
［Ｄ０５］発光波長は４４０ｎｍ以上である［Ｄ０２］乃至［Ｄ０４］のいずれか１項に記載の光半導体デバイス。
［Ｅ０１］面発光レーザ素子から成り、
ＧａＮ基板表面の面方位のオフ角は０．４度以内、好ましくは０．４０度以内であり、
ＧａＮ基板の面積をＳ0としたとき、第１光反射層の面積は０．８Ｓ0以下であり、
第１光反射層の最下層として熱膨張緩和膜がＧａＮ基板上に形成されている［Ｄ０３］又は［Ｄ０４］に記載の光半導体デバイス。
［Ｅ０２］熱膨張緩和膜は、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム及び窒化アルミニウムから成る群から選択された少なくとも１種類の材料から成る［Ｅ０１］に記載の光半導体デバイス。
［Ｅ０３］熱膨張緩和膜の厚さをｔ1、光半導体デバイスの発光波長をλ0、熱膨張緩和膜の屈折率をｎ1としたとき、
ｔ1＝λ0／（２ｎ1）
を満足する［Ｅ０１］又は［Ｅ０２］に記載の光半導体デバイス。
［Ｅ０４］面発光レーザ素子から成り、
ＧａＮ基板表面の面方位のオフ角は０．４度以内、好ましくは０．４０度以内であり、
ＧａＮ基板の面積をＳ0としたとき、第１光反射層の面積は０．８Ｓ0以下であり、
ＧａＮ基板と接する第１光反射層の最下層の線熱膨張係数ＣＴＥは、
１×１０-6／Ｋ≦ＣＴＥ≦１×１０-5／Ｋ
好ましくは、
１×１０-6／Ｋ＜ＣＴＥ≦１×１０-5／Ｋ
を満足する［Ｄ０３］又は［Ｄ０４］に記載の光半導体デバイス。
［Ｅ０５］第１光反射層の最下層は、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム及び窒化アルミニウムから成る群から選択された少なくとも１種類の材料から成る［Ｅ０４］に記載の光半導体デバイス。
［Ｅ０６］第１光反射層の最下層の厚さをｔ1、光半導体デバイスの発光波長をλ0、第１光反射層の最下層の屈折率をｎ1としたとき、
ｔ1＝λ0／（２ｎ1）
を満足する［Ｅ０４］又は［Ｅ０５］に記載の光半導体デバイス。
［Ｅ０７］ｐ型化合物半導体層の表面粗さＲａは、１．０ｎｍ以下である［Ｅ０１］乃至［Ｅ０６］のいずれか１項に記載の光半導体デバイス。
［Ｆ０１］面発光レーザ素子から成り、
活性層と対向するｎ型化合物半導体層の第１面には凸部が形成され、第１光反射層は凸部上に形成されており、ｎ型化合物半導体層の第１面に形成された凸部周辺の凹部にｎ側電極が形成されている［Ｄ０２］乃至［Ｅ０７］のいずれか１項に記載の光半導体デバイス。
［Ｆ０２］凸部の側面には誘電体層が形成されている［Ｆ０１］に記載の光半導体デバイス。
［Ｆ０３］誘電体層を構成する材料の屈折率の値は、ｎ型化合物半導体層を構成する材料の平均屈折率の値よりも小さい［Ｆ０２］に記載の光半導体デバイス。
［Ｆ０４］面発光レーザ素子から成り、
活性層と対向するｎ型化合物半導体層の第１面上には第１光反射層が形成されており、
第１光反射層を取り囲むようにｎ型化合物半導体層の第１面には溝部が形成されており、
溝部は絶縁材料で充填されている［Ｄ０２］乃至［Ｅ０７］のいずれか１項に記載の光半導体デバイス。
［Ｆ０５］面発光レーザ素子から成り、
第１光反射層の面積重心点を通る第１光反射層の法線と、ｐ型化合物半導体層と対向する第２光反射層の部分の面積重心点を通る第２光反射層の法線とは、一致していない［Ｄ０２］乃至［Ｆ０４］のいずれか１項に記載の光半導体デバイス。
［Ｆ０６］面発光レーザ素子から成り、
第１光反射層の面積重心点を通る第１光反射層に対する法線上に、活性層の面積重心点は存在しない［Ｄ０２］乃至［Ｆ０４］のいずれか１項に記載の光半導体デバイス。
【符号の説明】
【０１５０】
１１・・・基板（ＧａＮ基板）、２０・・・積層構造体、２１・・・ｎ型化合物半導体層、２１Ａ・・・ｎ−クラッド層、２１Ｂ・・・ｎ−ガイド層、２１ａ・・・ｎ型化合物半導体層の第１面、２１ｂ・・・ｎ型化合物半導体層の第２面、２１ｃ・・・ｎ型化合物半導体層に設けられた凸部、２１ｄ・・・凸部の側面（側壁）、２１ｅ・・・凸部の周辺の凹部、２２・・・ｐ型化合物半導体層、２２Ａ・・・電子障壁層、２２Ｂ・・・ｐ−クラッド層、２２Ｃ・・・ｐ−コンタクト層、２２ａ・・・ｐ型化合物半導体層の第１面、２２ｂ・・・ｐ型化合物半導体層の第２面、２３・・・活性層、２４・・・絶縁層、２５・・・ｎ側電極、２６・・・ｐ側電極、２７・・・リッジストライプ構造、２８・・・誘電体層、２９・・・絶縁材料層、３１，３１1，３１2・・・井戸層、３２・・・障壁層、３３，３３1，３３2・・・トンネルバリア層、４１・・・ｎ側電極、４２・・・ｐ側電極、４３・・・電流狭窄層、４３Ａ・・・電流狭窄層の開口、４４・・・パッド電極、４５・・・接合層、４６・・・支持基板、５１・・・第１光反射層、５２・・・第２光反射層、５３・・・熱膨張緩和膜、５４・・・誘電体膜
【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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【国際調査報告】
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