(57)【要約】【課題】  窒化物を含み構成される半導体多層膜ミラーの構成材料としてＩｎを用いた場合であっても内部光吸収を抑制し得る、新規な半導体レーザ装置を提供する。【解決手段】  共振器を構成するために対向して配置される２つのミラーと、該ミラー間に配置される活性層とを有する半導体レーザ装置において、前記２つのミラーのうち少なくとも一方は、Ｇａを含む第１窒化物半導体層と、Ａｌを含む第２窒化物半導体層とが交互に積層されてなる多層膜ミラーである。また、前記第２窒化物半導体層は、前記第１窒化物半導体層よりも屈折率が低く、Ｉｎを含む第１の領域と、前記第１窒化物半導体層よりも屈折率が低く、該第１の領域に含まれるＩｎ濃度より低いＩｎ濃度を有する第２の領域とを備えている。そして、前記第２窒化物半導体層内において、前記第２の領域は、前記第１の領域よりも、活性層に対して近い位置に配されている。【選択図】図１
2008060459.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振器を構成するために対向して配置される２つのミラーと、該ミラー間に配置される活性層とを有する半導体レーザ装置において、
前記２つのミラーのうち少なくとも一方は、Ｇａを含む第１窒化物半導体層と、Ａｌを含む第２窒化物半導体層とが交互に積層されてなる多層膜ミラーであり、
前記第２窒化物半導体層は、
前記第１窒化物半導体層よりも屈折率が低く、Ｉｎを含む第１の領域と、
前記第１窒化物半導体層よりも屈折率が低く、該第１の領域に含まれるＩｎ濃度より低いＩｎ濃度を有する第２の領域とを備え、
前記第２窒化物半導体層内において、前記第２の領域は、前記第１の領域よりも、活性層に対して近い位置に配されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記第２の領域にはＩｎが含まれないことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記第２窒化物半導体層を構成する前記第１の領域は窒化アルミニウムインジウムであり、前記第２の領域は、窒化アルミニウムであることを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記Ｇａを含む第１窒化物半導体層は窒化ガリウムであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載された半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記第１の領域又は前記第２の領域に含有されるＩｎ濃度は、前記多層膜ミラーの積層方向に勾配を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載された半導体レーザ装置。
【請求項６】
前記第１の領域は圧縮歪みを有し、前記第２の領域は引張り歪みを有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載された半導体レーザ装置。
【請求項７】
共振器を構成するために対向して配置される２つのミラーと、該ミラー間に配置される活性層とを有する半導体レーザ装置において、
前記２つのミラーのうち少なくとも一方は、Ｇａを含む第１窒化物半導体層と、Ａｌを含む第２窒化物半導体層とが交互に積層されてなる多層膜ミラーであり、
前記第２窒化物半導体層は、前記第１窒化物半導体層よりも屈折率が低く、
該第２窒化物半導体層を光学的膜厚に対して２つの部分に等分割した場合に、活性層に対して近い部分のＩｎ濃度は、活性層に対して離れた部分のＩｎ濃度よりも低いことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項８】
共振器を構成するために対向して配置される２つのミラーと、該ミラー間に配置される活性層とを有する半導体レーザ装置において、
前記２つのミラーのうち少なくとも一方は、Ｇａを含む第１窒化物半導体層と、Ａｌを含む第２窒化物半導体層とが交互に積層されてなる多層膜ミラーであり、
前記第１窒化物半導体層は、
前記第２窒化物半導体層よりも屈折率が高く、Ｉｎを含む第１の領域と、
前記第２窒化物半導体層よりも屈折率が高く、該第１の領域に含まれるＩｎ濃度より低いＩｎ濃度を有する第２の領域とを備え、
前記第１窒化物半導体層内において、前記第１の領域は、前記第２の領域よりも、活性層に対してより近い位置に配されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項９】
前記第２の領域にはＩｎが含まれていないことを特徴とする請求項８に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１０】
前記第１の領域は窒化アルミニウムガリウムインジウムであり、前記第２の領域は窒化アルミニウムガリウムであることを特徴とする請求項９に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１１】
前記第１の領域又は前記第２の領域の少なくともいずれか一方に含有されるＩｎ濃度は、前記多層膜ミラーの積層方向に勾配を有することを特徴とする請求項８から１０のいずれか一つに記載された半導体レーザ装置。
【請求項１２】
前記第１の領域は圧縮歪みを有し、前記第２の領域は引張り歪みを有することを特徴とする請求項８から１１のいずれか一つに記載された半導体レーザ装置。
【請求項１３】
共振器を構成するために対向して配置される２つのミラーと、該ミラー間に配置される活性層とを有する半導体レーザ装置において、
前記２つのミラーの少なくとも一方は、Ｇａを含む第１窒化物半導体層と、Ａｌを含む第２窒化物半導体層とが交互に積層されてなる多層膜ミラーであり、
前記第１窒化物半導体層は、前記第２窒化物半導体層よりも屈折率が高く、
該第１窒化物半導体層を光学的膜厚に対して２つの部分に等分割した場合に、活性層に対して近い部分のＩｎ濃度は、活性層に対して離れた部分のＩｎ濃度よりも高いことを特徴とする半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信機や電子写真のプリンタ等に用いられる半導体レーザ装置に関する。特に、共振器として用いられる多層膜ミラーが改良された半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
面発光レーザは、半導体基板と垂直に光が取り出せるように考え出された半導体レーザの一種である。この面発光レーザは、二次元アレイ状に多数の素子を集積することができる。そのため、電子写真プリンタの露光光源として面発光レーザアレイを用いる場合には、マルチビームによる印字工程の並列処理による、印刷速度の高速化が可能となる。
【０００３】
現在実用化されている面発光レーザは、赤外領域のレーザ光を出力する素子である。しかし、赤外領域から青色や紫外領域へと、発振波長の短波長化が進めば、ビーム径をより小さく絞ることができることから、更なる高解像度を得ることができる。そこで、青色から紫外領域での面発光レーザの実用化が求められている。このような短波長化による高解像度化とマルチビーム化による並列処理の組み合わせの効果は大きく、プリンタへの応用以外の様々な分野への貢献も期待されている。
【０００４】
面発光レーザは、基板の面内方向に対して垂直に共振器を備えていることが特徴であり、室温で連続動作可能な面発光レーザを実現するためには、９９％以上の反射率を確保できるミラーが必要となる。
【０００５】
このようなミラーとして、屈折率が互いに異なる二つの材料を、例えば１／４波長に相当する光学的膜厚で、交互に複数回積層した多層膜ミラーが用いられている。
【０００６】
既に実用化されているＧａＡｓ系半導体を用いた近赤外面発光レーザでは、結晶性が極めて高いＧａＡｓとＡｌＡｓを構成層として組み合わせた半導体多層膜ミラーが用いられている。また、Ａｌ組成の少ないＡｌＧａＡｓとＡｌ組成の多いＡｌＧａＡｓを構成層として組み合わせた半導体多層膜ミラーも用いられている。
【０００７】
また、ＧａＡｓ系半導体レーザよりも短波長光を出力できるＧａＮ系半導体レーザ用の半導体多層膜ミラーも種々検討がされている（特許文献１、非特許文献１、非特許文献２）。
【特許文献１】特開平７−２９７４７６号公報
【非特許文献１】４ｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  ｏｆ  Ｌｉｇｈｔ−Ｍａｔｔｅｒ  Ｃｏｕｐｌｉｎｇ  ｉｎ  Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，Ｗ４−１，２００４，Ｓｔ．Ｐｅｔｅｓｂｕｒｇ，Ｒｕｓｓｉａ
【非特許文献２】Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．８６，０３１１０７（２００５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
半導体多層膜ミラーで高い反射率を得るためには、高屈折率層を形成する材料と低屈折率層を形成する材料との屈折率差を大きくし、かつ、高屈折率層と低屈折率層の積層ペア数を増やす必要がある。半導体多層膜ミラーをエピタキシャル成長で形成する場合には、格子歪を抑制するために、材料の格子定数差は小さい方が望ましい。格子歪の累積量が大きくなると、ペア数の増大に伴ない、クラックが入ってしまうからである。
【０００９】
ＧａＡｓ系半導体レーザに用いられる多層膜ミラーを構成するＧａＡｓとＡｌＡｓは、図１４に示すように格子定数の差が極めて小さく（約０．１４％）、その屈折率の差が十分に大きい（約１５％）。したがって、ＧａＡｓ系半導体レーザにおいては、反射率が高い半導体多層膜ミラーを提供することができる。
【００１０】
これに対して、ＧａＮ系半導体レーザに用いる半導体多層膜ミラーは、反射率を向上させることが難しい。
【００１１】
図１５にＧａＮ系半導体レーザの半導体多層膜ミラーに用いる材料の各組成における格子定数と屈折率との関係を示す。高屈折率層としてＧａＮを利用し、屈折率差を大きくとるために、低屈折率層としてＡｌ組成を増やした組成のＡｌＧａＮを利用すると（図中矢印の方向）、格子不整合が大きくなる。例えば、屈折率差を大きくするために、ＧａＮ基板の上に、ＧａＮとＡｌＮを数１０ペア成長させると、多層膜中のＡｌＮ層に大きな引張り歪が導入され、ミラーにクラックが生じてしまう。このように、ＡｌＮや、Ａｌの組成を増やしたＡｌＧａＮを使用した場合には、積層するペア数を増大させることができないことから、９９％以上の反射率を達成することは困難となる。
【００１２】
これを解決する方法のひとつとして、ＡｌＮやＡｌＧａＮの代わりに、ＧａＮに格子整合させることが可能なＡｌＩｎＮを構成層とする半導体多層膜ミラーが検討されている。
【００１３】
前記特許文献１には、ＧａＮ／ＡｌＩｎＮのペアで構成された半導体多層膜ミラーに関する記載がある。また、前記非特許文献１や２には、ＧａＮ（高屈折率層）と、ＧａＮと格子整合するＡｌ０．８３Ｉｎ０．１７Ｎ（低屈折率層）を４０ペア積層することにより、９９．４％という高反射率が実現できたことが記載されている。
【００１４】
しかしながら、本発明者が検討したところ、高屈折率層としてＧａＮを用いて、低屈折率層としてＡｌ０．８３Ｉｎ０．１７Ｎを用いた場合には、素子内部における光吸収が高く、更なる改良が必要であるという認識に至った。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、窒化物を含み構成される半導体多層膜ミラーの構成材料としてＩｎを用いた場合であっても内部光吸収を抑制し得る、新規な半導体レーザ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係る半導体レーザ装置は、共振器を構成するために対向して配置される２つのミラーと、該ミラー間に配置される活性層とを有する半導体レーザ装置であって、前記２つのミラーのうち少なくとも一方は、Ｇａを含む第１窒化物半導体層と、Ａｌを含む第２窒化物半導体層とが交互に積層されてなる多層膜ミラーであり、前記第２窒化物半導体層は、前記第１窒化物半導体層よりも屈折率が低く、Ｉｎを含む第１の領域と、前記第１窒化物半導体層よりも屈折率が低く、該第１の領域に含まれるＩｎ濃度より低いＩｎ濃度を有する第２の領域とを備え、前記第２窒化物半導体層内において、前記第２の領域は、前記第１の領域よりも、活性層に対して近い位置に配されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、窒化物を含み構成される半導体多層膜ミラーの構成材料としてＩｎを用いた場合であっても内部光吸収による損失を抑制し得る、半導体レーザ装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
まず、Ｉｎを含む窒化物半導体を用いると素子内部の光吸収が大きくなる理由について説明する。Ｉｎを含む窒化物半導体としては、たとえば窒化アルミニウムインジウム（ＡｌＩｎＮ）がある。なお、以下で特に断りのない限り、ＡｌＩｎＮというような表記で記載した場合には組成比は限定されないことを意味する。
【００１９】
複数のＧａＮ／Ａｌ０．８３Ｉｎ０．１７Ｎのペアを積層する場合、ＧａＮは１０００℃程度の高温で成膜することが可能である。しかし、ＡｌＩｎＮは、７００℃から８００℃程度の低い温度で成膜を行わなければならない。ＧａＮの成膜時と同じ高い温度では、成長表面でＩｎが激しく脱離し、ＡｌＩｎＮ中にＩｎがほとんど取り込まれない。
【００２０】
つまり、ＡｌＩｎＮを成膜するときには、上述のように窒化物半導体一般に最適な高い結晶成長温度よりも低温に設定せざるを得ず、その結果として、結晶性が低下し、光吸収が増大してしまう。
【００２１】
本発明は、以上のような知見に基づいて構成されたものである。以下、具体的に説明する。
【００２２】
（第１の実施形態：半導体レーザ装置１）
本実施形態に係る半導体レーザ装置に関する発明について、図１を用いて説明する。
【００２３】
図１において、１２００は、半導体レーザ装置を構成する共振器であり、活性層１０７０の上下に、スペーサ層１０７１と１０７２とを介して、２つのミラー１０００と１０５０とが設けられている。不図示の基板は、いずれか一方のミラー側に配置されることになる。
【００２４】
以下、本発明の特徴事項である多層膜ミラー１０００について説明する。なお、本発明においては、多層膜ミラー１０５０も１０００と同様の構成を採用し得る。
【００２５】
この多層膜ミラー１０００は、高屈折率層としての第１窒化物半導体層１０２０と、低屈折率層としての第２窒化物半導体層１０３０とが交互に積層されて構成されている。
【００２６】
ここで、第２窒化物半導体層１０３０は、Ｉｎを含む第１の領域１０３１と、この第１の領域１０３１に含まれるＩｎ濃度より低いＩｎ濃度を有する第２の領域１０３２（Ｉｎ濃度が０の場合も含む）とを備えている。また、第１の領域１０３１と第２の領域１０３２は、第１窒化物半導体層１０２０よりも屈折率が低い。
【００２７】
なお、多層膜ミラー１０００における、第１窒化物層１０２０及び第２窒化物半導体層１０３０のペアの積層数は、２〜５００から適宜設定することできる。
【００２８】
本実施形態に係る発明においては、第２窒化物半導体層１０３０が有する第１及ぶ第２の領域１０３１、１０３２は以下のように配置する。
【００２９】
すなわち、レーザ発振時における多層膜ミラー１０００内における光強度分布（電界分布の自乗）に関して、光強度が低い場所（電界分布の節に相当）に光吸収が大きい第１の領域１０３１を配置する。一方、光強度が高い場所（電界分布の腹に相当）に第１の領域１０３１よりも光吸収が少ない第２の領域１０３２を配置する。このように本実施形態に係る発明は、光強度分布を考慮して、第１の領域１０３１及び第２の領域１０３２を配置することから、光吸収を抑制することができる。
【００３０】
次に、第１の領域１０３１及び第２の領域１０３２と、活性層１０７０との関係を図２により説明する。
【００３１】
多層膜ミラーは、活性層１０７０、位相合わせをするためのスペーサ層１０７２、低屈折率層としての第２窒化物半導体層１０３０、高屈折率層としての第１窒化物半導体層１０２０が順に積層されている。図２（ａ）はこのことを示したもので、縦軸には前述の層に用いられる材料の屈折率をとっている。ここで、スペーサ層１０７２は、活性層１０７０に効率よくキャリアを注入できるように、バンドギャップが活性層１０７０よりも広い材料が用いられる。例えば、第一窒化物半導体層１０２０と同じ材料を用いることができる。
【００３２】
このように、高屈折率層と低屈折率層が交互に積層されている場合において、活性層で発生した光が高屈折率層から低屈折率層へと進行する場合の境界では、電界分布は腹（自由端）となる。一方、光が低屈折率層から高屈折率層へと進行する場合の境界では、電界分布は節（固定端）となる。このため、電界分布を自乗することにより導かれる光強度分布は図２（ｂ）に示すような波形となる。
【００３３】
上述のように、本実施形態に係る発明は光強度分布を考慮して、２つの領域を配置する。そこで、図２（ｃ）に示すように、第２窒化物半導体層１０３０の中で、光吸収の多い第１の領域１０３１を第２の領域１０３２よりも活性層１０７０に対して離れた場所に配置する。一方、光吸収の少ない第２の領域１０３２を第１の領域１０３１よりも活性層１０７０に対して近い場所に配置する。
【００３４】
なお、図２（ｃ）では、第１の領域１０３１と第２の領域１０３２の光学的膜厚が等しい図となっている。すなわち、１／４波長で第１窒化物半導体層と第２窒化物半導体層を積層する場合において、第１の領域１０３１と第２の領域１０３２は、それぞれ１／８波長の光学的厚さになっている。しかし、この場合、第１の領域と第２の領域の膜厚の和が１／４波長の光学的厚さになっていればよく、それぞれの厚さは２ｎｍ以上の厚さから適宜選択することが可能である。
【００３５】
このうち、光吸収の効果的な低減という点からは、第２の領域の膜厚が１／１６波長の光学的厚さ以上が好ましい。また、累積歪の効果的な低減という点からは、第２の領域の膜厚が３／１６波長の光学的厚さ以下がより好ましい。
【００３６】
また、第１の領域１０３１または第２の領域１０３２が含有するＩｎの濃度は、前記多層膜ミラー１０００の積層方向に濃度勾配をもつように構成することもできる。例えば、図２（ｄ）に示すように、濃度勾配の変化は直線状、曲線状、階段（ステップ）状であってもよい（（ｉ）〜（iii））。また、第１の領域１０３１と第２の領域１０３２とは異なる他の領域を設けてもよい（図２（ｄ）（iv））。
【００３７】
さらに、上述のような具体例は、光学的膜厚を基準として第２窒化物半導体層を２つの部分に等分割した場合に、活性層に対して遠い部分のＩｎ濃度は、活性層に対して近い部分のＩｎ濃度よりも高いと表現することも可能である。例えば、高屈折率層と低屈折率層を１／４波長の光学的膜厚で積層する場合、光学的膜厚を基準として等分割すれば、１／８波長の光学的膜厚の部分が２つできる。この２つの部分のうち、活性層に対して近い部分のＩｎ濃度よりも、離れた部分（遠い部分）のＩｎ濃度の方が高ければ、光吸収を抑制することができる。
【００３８】
なお、多層膜ミラーとして機能させるためには、高屈折率層、低屈折率層としての第１及び第２窒化物半導体層は、ｍ／４波長（ｍ：奇数の整数）の光学的膜厚で交互に形成されていればよい。
【００３９】
本実施形態に係る第１窒化物半導体層１０２０としては、ＧａＮや、ＡｌＧａＮやＡｌＧａＩｎＮなど、屈折率が比較的大きい材料により構成することができる。例えば、出射するビームの波長を４００ｎｍに設定する場合には、バンド間吸収が起こらないように第１窒化物半導体層１０２０としてＧａＮを選択できる。
【００４０】
また、本実施形態に係る発明は、第２窒化物半導体層１０３０を、少なくとも２つの領域に分けて構成する。そして、第１の領域１０３１は、Ｉｎを含む材料であるＡｌＩｎＮやＡｌＧａＩｎＮからなる。一方、第２の領域１０３２は、第１の領域１０３１に含まれるＩｎ濃度より低いＩｎ濃度である材料からなる。
【００４１】
この第２の領域を構成する材料として、内部光吸収を抑制するという点からは、Ｉｎを含まないＡｌＮやＡｌＧａＮが好ましい。さらに、２元系の材料が作りやすいという点からは、ＡｌＮがより好ましい。もっとも、第１の領域におけるＩｎ濃度より低ければ、第２の領域を構成する材料として、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮを利用することもできる。
【００４２】
内部光吸収を抑制するために、Ｉｎの少ない材料からなる第２の領域１０３２を選択すると、引張歪みによる結晶欠陥が発生する可能性が高い。そこで、前記第１の領域１０３１には圧縮歪みが加わるように材料を選択することは好ましい形態である。
【００４３】
特に、両者の歪み量を互いに打ち消しあうようにしておけば、該第２窒化物半導体層１０３０内における累積歪み量を大幅に低減することができる。多層膜ミラーとして積層するペア数が非常に多い場合などには、累積歪み量の増大を抑制できるので効果的である。
【００４４】
例えば、第１窒化物半導体層としてＧａＮを選択し、第２窒化物半導体層を構成する第１の領域１０３１を２９ｎｍのＡｌ０．７３Ｉｎ０．２７Ｎとし、第２の領域１０３２を１５ｎｍのＡｌＮとすると累積歪み量をきわめて少なくすることができる。このように、（累積歪み）＝（歪み量）×（膜厚）という関係を考慮して材料を適宜選択するとよい。
【００４５】
また、第１の領域と第２の領域のＩｎ濃度は種々の観点から適宜選択することが可能である。
【００４６】
第１窒化物半導体層（高屈折率層）としてＧａＮを、第二窒化物半導体層（低屈折率層）としてＡｌＩｎＮを採用し、第二窒化物半導体層の第１の領域が第２の領域の２倍の膜厚を有している場合を考える。この場合、第２の領域のＩｎ濃度として０以上０．１７以下、第１の領域のＩｎ濃度として０．１７以上０．４以下を選択することができる。このうち、吸収をより低減するという観点からは、第２の領域のＩｎ濃度として０以上０．０５以下が好ましい。また、累積歪をより低減させるという観点からは、第２の領域のＩｎ濃度が０以上０．０５以下で、第１の領域のＩｎ濃度として０．２４以上０．３以下がより好ましい。
【００４７】
次に、第１窒化物半導体層（高屈折率層）としてＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎを、第二窒化物半導体層（低屈折率層）としてＡｌＩｎＮを採用し、第二窒化物半導体層の第１の領域が第２の領域の２倍の膜厚を有している場合を考える。この場合、第２の領域のＩｎ濃度として０以上０．１５以下、第１の領域のＩｎ濃度として０．１５以上０．３６以下から選択することができる。このうち、吸収をより低減するという観点からは、第２の領域のＩｎ濃度として０以上０．０５以下が好ましい。また、累積歪をより低減させるという観点からは、第２の領域のＩｎ濃度が０以上０．０５以下で、第１の領域のＩｎ濃度として０．２１以上０．２７以下がより好ましい。
【００４８】
さらに、第１窒化物半導体層（高屈折率層）としてＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎを、第二窒化物半導体層（低屈折率層）としてＡｌＩｎＮを採用し、第二窒化物半導体層の第１の領域が第２の領域の２倍の膜厚を有している場合を考える。この場合、第２の領域のＩｎ濃度として０以上０．２５以下、第１の領域のＩｎ濃度として０．２５以上０．４６以下から選択することができる。このうち、吸収をより低減するという観点からは、第２の領域のＩｎ濃度として０以上０．０５以下が好ましい。また、累積歪をより低減させるという観点からは、第２の領域のＩｎ濃度が０以上０．０５以下で、第１の領域のＩｎ濃度として０．３１以上０．３７以下がより好ましい。
【００４９】
なお、上記ではできるだけ大きな屈折率差のために第二窒化物半導体層として三元化合物であるＡｌＩｎＮを採用した。また一方で、電流注入を容易にするために低抵抗多層膜反射鏡作製を目的とした場合には、バンドギャップの小さい四元化合物であるＡｌＧａＩｎＮを採用することも可能である。
【００５０】
活性層１０７０を構成する材料としては、例えばＩｎＧａＮやＡｌＧａＮである。また、これらの材料を含む量子井戸層とすることも好ましい。
【００５１】
スペーサ層１０７１、１０７２は、所望の共振波長を得るために位相を調節するために用いられる層である。例えばＧａＮやＡｌＧａＮなどにより構成される。なお、スペーサ層はクラッド層と呼ばれる場合がある。
【００５２】
本実施形態に係る発明においては、多層膜ミラー１０００の支持基板としてＧａＮ基板やサファイア基板、あるいはＡｌＧａＮ基板などを利用することができる。
【００５３】
また、この支持基板と多層膜ミラー１０００との間には、バッファ層としてＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮなどを介在させることもできる。
【００５４】
本実施形態に係る半導体レーザ装置には、光励起によりレーザ発振するタイプも、電流注入によりレーザ発振するタイプのいずれの方式も含まれる。
図３は、電流注入タイプの場合の面発光レーザの構成例を示す断面図である。
【００５５】
図３（ａ）において、１０００、２０５０は既述の多層膜ミラーであり、例えば、活性層１０７０の上部にはｐ型のＤＢＲ２０５０を、下部にはｎ型のＤＢＲ１０００を設ける。活性層の上下に設ける多層膜ミラーは同じ層構成でもよい。この場合は、活性層を中心に、高屈折率層と低屈折率層の配置は対称になる。また、一方の多層膜ミラー、例えば上部のミラーを誘電体多層膜ミラー（例えば、ＳｉＯ２のような酸化シリコンとＴｉＯ２のような酸化チタンとの積層体や、ＳｉＯ２のような酸化シリコンとＺｒＯ２のような酸化ジルコニウムとの積層体）とすることができる。更にまた、いわゆるフォトニック結晶と呼ばれる、二次元の屈折率周期構造体を用いることもできる。このような構造体は、例えば面内方向に並んだ三角格子点や四角格子点位置に、細孔を周期的形成して得られる。
【００５６】
活性層１０７０は、ＧａＩｎＮなどを用いた量子井戸構造とすることができる。１０７１および１０７２は、スペーサ層であり、抵抗値を低くしたＡｌＧａＮやＧａＮを用いる。２０９０はＧａＮ基板であり、２０９１はＧａＮバッファ層（エピタキシャル層）である。２０９２は、ｎ側の電極（負極）であり、例えば、Ｔｉ／Ａｌで構成される。２０９３は、ＳｉＯ２あるいはＳｉＮからなる絶縁層であり、２０９４は、Ｎｉ／ＡｕあるいはＰｄ／Ａｕからなるｐ側の電極（正極）である。なお、電極は例示したように、２層で形成されている場合には、半導体層側にＮｉ、Ｐｄ、Ｔｉが配置される。
【００５７】
このように構成された電流注入タイプの面発光レーザは、活性層の上部側のＤＢＲの反射率を下部側のＤＢＲの反射率よりも高く設定することにより、基板側から光を出射させることができる。
【００５８】
また、図３（ｂ）は、別の構成例を示すものである。
１０７０は活性層、１０７１はｐ型スペーサ層、１０７２はｎ型スペーサ層であり、それぞれの構成材料は、上記（ａ）の場合と同様である。２０９０はＧａＮ基板、２０９１はＧａＮバッファ層である。なお、ｐ型スペーサ層１０７１と誘電体多層膜ミラー２０９５との間に、トンネル接合領域を有するｎ型の層２０９９を設けている。このｎ型の層２０９９内には、ｐ＋領域４０９８と、ｎ＋領域４０９９が設けられている。
【００５９】
これら２つの領域のキャリアドープ量は、１０１９から１０２０／ｃｍ３程度である。これにより、活性層１０７０への注入電流を狭窄することができる。
【００６０】
また、１０００は、本実施形態において説明した多層膜ミラーであり、例えばアンドープＤＢＲとする。２０９５は、誘電体多層膜ミラー（例えばＳｉＯ２とＺｒＯ２のペアを複数積層）である。２０９３は上記（ａ）と同様の絶縁膜である。
【００６１】
２０９８は第１のｎ側リング電極（負極）、２０９７は、第２のｎ側リング電極（正極）である。電極材料は、図３（ａ）で説明したものを適用できる。
【００６２】
なお、図３（ａ）および（ｂ）において、説明する面発光レーザの構成は、その一例を示したに過ぎず、上記特許文献１（特開平７−２９７４７６号公報）などに記載の構成に対しても、本実施形態に係る多層膜ミラーは適用できる。
【００６３】
なお、本実施形態に係る発明は、面発光レーザなどの半導体レーザ装置のみならず、ＩＩＩ族窒化物半導体多層膜ミラーを含む他の光学素子などにも適用できる。
【００６４】
（第２の実施形態：半導体レーザ装置２）
上記第１の実施形態では、低屈折率層の構成材料にＩｎを含む場合の発明について説明した。本実施形態では、高屈折率層の構成材料にＩｎを含む場合の発明について説明する。
【００６５】
高屈折率層をＩｎを含む材料で構成する場合にも、Ｉｎを含む領域のみで構成するのでなく、少なくとも２つの領域に分けて構成する。これにより、Ｉｎを用いたことによるメリットを享受しつつ、内部光吸収を低減できる。
【００６６】
本実施形態に係る半導体レーザ装置について、図４を用いて説明する。ＧａＮ基板３０９０上に、該半導体レーザ装置の共振器３２００を構成する２つのミラーが設けられている。そして、このミラーの少なくとも一方が、高屈折率層としての第１窒化物半導体層３０２０と、低屈折率層としての第２窒化物半導体層３０３０とが交互に積層されている多層膜ミラー３０００である。なお、３０９１は必要に応じて採用されるＧａＮなどからなるバッファ層である。また、図３において、図１と符号を付しているものは、上記実施形態１と同様であるので説明を省略する。
【００６７】
ここで、第１窒化物半導体層３０２０は、Ｉｎを含む第１の領域と、該第１の領域に含まれるＩｎ濃度より低いＩｎ濃度の第２の領域とを備えている。また、第１の領域と第２の領域は第２窒化物半導体層３０３０よりも屈折率が高い。
【００６８】
さらに、第１の領域は第２の領域よりも、活性層に対してより近い位置に配されている。つまり、実施形態１では、光吸収の多い第１の領域が活性層に対して離れた場所に配置されている点に対して、実施形態２では、光吸収の多い第１の領域が活性層に対しての近くに配置されている点において両者は異なる。このことは、図２（ａ）および（ｂ）に示した屈折率と光強度分布の関係を参照すると容易に理解できる。なお、実施形態２に係る発明は、後述の実施例２において詳細に説明を行う。
【００６９】
以下、本発明について、実施例を用いて具体的に説明する。
【実施例】
【００７０】
（実施例１：（ＡｌＮ／ＡｌＩｎＮ）／ＧａＮからなる多層膜ミラー）
図５は本発明の第一の形態を示す面発光レーザの断面模式図である。
【００７１】
本実施例のレーザの共振器４２００は、量子井戸活性層４０７０の上下に、スペーサ層４０４０、そしてそれらの上下に多層膜ミラー４０００、４０５０が積層されることにより構成されている。
【００７２】
ここで用いられる量子井戸活性層４０７０は、例えば４個のＩｎＧａＮ井戸層を含む。この場合、発光中心波長は４００ｎｍである。
【００７３】
また、スペーサ層４０４０としてＧａＮを用い、二波長の光学的厚さを有する共振器となるように厚さを調節している。なお、必要に応じて発光波長、井戸数、あるいはスペーサ層の調整を行うことが可能である。
【００７４】
窒化物多層膜ミラーは、低屈折率層４０３０と高屈折率層４０２０とが交互に積層されている。低屈折率層４０３０は、ＡｌＮ４０３２とＡｌ０．７３Ｉｎ０．２７Ｎ４０３１の２つの領域を組み合わせることにより構成されており、高屈折率層４０２０は、ＧａＮ層で構成される。低屈折率層および高屈折率層の光学的厚さは、ともにそれぞれ１／４波長の光学的厚さになっている。また、ＡｌＮ層とＡｌ０．７３Ｉｎ０．２７Ｎ層の層厚の比は１：２になっている。
【００７５】
続いて、この窒化物多層膜ミラーの構造について説明する。
図６の（１）は、図５で示した（ＡｌＮ／Ａｌ０．７３Ｉｎ０．２７Ｎ）／ＧａＮ多層膜ミラー４０００と、ＩｎＧａＮ量子井戸活性層４０７０を含む共振器構造の拡大図である。
【００７６】
図６の（２）は比較のため、従来の方法どおり高屈折率層４０２０としてＧａＮを、低屈折率層４０３９としてＡｌ０．８３Ｉｎ０．１７Ｎのみを用いた場合である。
【００７７】
なお、この図では簡単のため、活性層、スペーサ層、３ペアのみ積層した下部多層膜ミラーを示している。
【００７８】
また、図６の（１）、（２）の右側には、構成層と対応した内部光強度分布を示した。図６の（１）で示すように、低屈折率層における光強度分布の腹側（５３０２）にＩｎを含まないＡｌＮ層４０３２を配置し、節側（５３０３）にＩｎを含むＡｌ０．７３Ｉｎ０．２７Ｎ層４０３１を配置している。
【００７９】
つまり、低屈折率層内においては活性層に対して近い側にＩｎを含まないＡｌＮ層４０３２が、離れた側にＩｎを含むＡｌ０．７３Ｉｎ０．２７Ｎ層４０３１が配置されている。
【００８０】
また、前述の図５に示すように、上部窒化物半導体多層膜ミラーにおいても同様にそれぞれの層を配置する。この場合、共振器を中心として上部および下部多層膜ミラーの層構成は鏡面対称構造となる。もっとも、上部と下部の多層膜ミラーにおいて、それぞれのミラーのペア数は異なっても良い。
【００８１】
図６の（２）の構造では、低屈折率層がＡｌ０．８３Ｉｎ０．１７Ｎ層４０３９で構成されており、このときの光吸収は５０ｃｍ−１と前述の非特許文献１において報告されている。
【００８２】
しかしながら、この５０ｃｍ−１という値はＧａＡｓ系材料の値（１０〜２０ｃｍ−１）と比較すると２倍以上の値となっている。ＧａＮ系材料とＧａＡｓ系材料を比較すると、同一の利得を得るために必要な注入キャリア密度は、ＧａＮ系材料はＧａＡｓ系材料に比べ数倍以上である。そのため、ミラー内での内部吸収を下げる改良を施さないと、発熱の影響を受けて室温での連続動作の実現は困難である。
【００８３】
光吸収におけるＡｌＮ層の膜厚依存性を調べた結果を図７に示す。
【００８４】
ＡｌＮ層が０ｎｍで、Ａｌ０．８３Ｉｎ０．１７Ｎ層が１／４波長の光学的厚さ（４３ｎｍ）の場合、すなわち図６の（２）の場合は約５０ｃｍ−１であるが、ＡｌＩｎＮ層厚を薄くし、その分ＡｌＮ層厚を厚くして二層合わせて１／４波長の光学的厚さを保つようにすると、光吸収は低下することが判明した。
【００８５】
ＡｌＮ層が１５ｎｍで、Ａｌ０．７３Ｉｎ０．２７Ｎ層が２９ｎｍ（二層合わせて１／４波長の光学的厚さ）の場合には、約２０ｃｍ−１まで低下する。
【００８６】
この構造で、それぞれ２０、３０、４０および６０ペア積層した場合の反射率を算出し、その結果を図８に示した。
【００８７】
図６の（２）の構成の場合は、６０ペアでも９９．５％に達しない。しかし、図６（１）の場合は４０ペアで９９．７％に達した。
【００８８】
すなわち、本発明の構造を用いれば室温連続動作に必要と思われる低内部損失および高反射率を同時に達成することができる。
【００８９】
次に、格子不整合による累積歪について説明する。
【００９０】
図６の（２）のようにＡｌＩｎＮ層だけの場合には、この層をＧａＮ層に格子整合させるようにＩｎ組成を制御すれば、歪は０に近づき、累積歪量（歪×層厚）も０に近づく。
【００９１】
図６の（１）のようにＡｌＮとＡｌＩｎＮ層の場合には、ＡｌＮ層はＧａＮ層よりも格子定数が小さいため、ＡｌＮ層中には引張歪が内在し、厚さが厚くなるに従ってその累積歪量は大きくなる。
【００９２】
ここでＡｌＩｎＮ層のＩｎ組成を制御して、ＡｌＮ層で生じる引張歪をちょうど打ち消すような圧縮歪をＡｌＩｎＮ層に導入する。その模式図を図６に示す。５３０８の矢印向きに対して、左方向へ突出しているのが圧縮歪を示し、右方向に突出しているのが引張歪を示す。
【００９３】
このように、ＡｌＩｎＮ層のＩｎ組成を制御して歪補償を行うことでＩｎを含まない層が存在してもその歪量を累積的に０に近づけることが可能となる。これにより、クラックなど反射率や歩留まりを低下させる結晶欠陥の導入を防ぐことができる。
【００９４】
なお、図５などでは、電流注入のために必要なドーピング、および電極形成等は図示していない。しかし、適切なドーピング、電極形成および電流狭窄構造形成を行うことにより、電流注入可能な構造にすることができる。
【００９５】
また、多層膜ミラーの抵抗成分を低減させるために、低屈折率層と高屈折率層間に組成傾斜層を挿入することも可能である。
【００９６】
続いて、上記構造のＩＩＩ族窒化物半導体多層膜ミラーの具体的な作製方法について述べる。
【００９７】
成長方法として、ここでは有機金属化合物気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用いる。高品質な窒化物半導体結晶が精度よく作製できる方法であれば、上記ＭＯＣＶＤ法に限定されず、分子線エピタキシー法などを用いることができる。
【００９８】
最初に、下部窒化物半導体多層膜ミラーの成長手順について述べる。
【００９９】
基板としてＧａＮ基板を使用する。表面平坦化のために、まずＧａＮバッファ層をＭＯＣＶＤにより成長させる。具体的には、基板温度１０５０℃とし、原料ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）と窒素またはアンモニアを用い、キャリアガスとして水素キャリアガスを用いる。
【０１００】
３００〜５００ｎｍ程度成長した後に、Ｖ族原料であるアンモニアを供給したまま、ＩＩＩ族原料であるＴＭＧの供給を中断してＧａＮの成長を中断し、水素キャリアガスから窒素キャリアガスに変更する。こうして、下部多層膜ミラー成長のための前準備が整う。
【０１０１】
引き続き、低屈折率層の成長手順を説明する。
【０１０２】
まず、基板温度を８００℃まで下げ、温度が安定したところでＩＩＩ族元素の原料であるトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）とトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）を供給して成長を開始する。この際、所望のＩｎ組成、および成長速度が得られるようにＴＭＡｌとＴＭＩｎの供給量を調整する。
【０１０３】
約２８ｎｍ成長させたところでＴＭＩｎの供給を中断し、そのままの温度でＡｌＮ層を約２ｎｍ成長させる。通常、図９に示すように、Ｉｎを含む層が最表面の場合、そのまま温度を上昇させるとその表面でＩｎの脱離が起こり、その界面の荒れによる反射率の低下が生じる場合がある。
【０１０４】
そこで、図１０に示すように、最表面の約２ｎｍをＩｎを含まない層でカバーすることにより、この後の温度上昇の際において表面でのＩｎの脱離を防ぎ、界面の荒れによる反射率の低下を防ぐことができる。このＩｎを含まない層、ここではＡｌＮ層を約２ｎｍ成長させた後、ＴＭＡｌの供給を中断して基板温度を１０５０℃まで上昇させる。温度が安定した後に、再度ＴＭＡｌを供給してＡｌＮ層を約１４ｎｍ成長させる。その後、ＴＭＡｌの供給を中断してＡｌＮ層の成長を中断する。ここまでで、低屈折率層一層分の成長が終了する。続いてこのままの温度でＴＭＧａを供給して高屈折率層であるＧａＮを１／４波長の光学的厚さだけ成長させ、その後ＴＭＧａの供給を中断してＧａＮの成長を終了する。ここまでで高屈折率層一層分の成長が終了する。すなわち、低屈折率層と高屈折率層の一ペア分の成長が終了する。以下この成長手順を６０回繰り返せば良い。
【０１０５】
続いて、上部窒化物半導体多層膜ミラーの成長手順を、図１１を用いて説明する。
まず、低屈折率層の成長手順を説明する。
【０１０６】
ＩｎＧａＮ活性層および共振器まで成長が終了した後に、基板温度が１０５０℃であること、および窒素キャリアガスであることを確認する。ＴＭＡｌの供給を開始してＡｌＮ層を約１４ｎｍ成長し、ＴＭＡｌの供給を中断して成長を中断する。その後、基板温度を８００℃まで降下させる。温度が安定した後に、ＴＭＡｌとＴＭＩｎを供給してＡｌＩｎＮ層の成長を開始する。この際、所望のＡｌ組成、Ｉｎ組成、および成長速度が得られるようにＴＭＡｌとＴＭＩｎの供給量を調整する。約２８ｎｍ成長させたところでＴＭＩｎの供給を中断し、そのままの温度でＡｌＮ層を約２ｎｍ成長させる。これによりＩｎを含まない層が最表面になり、この後の温度上昇の際において表面でのＩｎの脱離を防ぎ、界面の荒れによる反射率の低下を防ぐことができる。ここではＩｎを含む層を覆うために、ＴＭＩｎの供給を止めてＡｌＮ層を成長させたが、ＡｌＮ層の代わりにＴＭＧａを供給してＧａＮ層を数２ｎｍそのまま同じ温度（８００℃）で成長させても良い。上記で低屈折率層の成長が終了する。
【０１０７】
続いて、高屈折率層の成長手順を説明する。
低屈折率層の成長が終了し、Ｉｎの脱離を防ぐための層が最表面になっており、窒素キャリアガスとアンモニアが供給されている状態を確認した後、基板温度を１０５０℃まで上昇させる。温度が安定した後、ＴＭＧａを供給してＧａＮ層の成長を開始する。１／４波長の光学的厚さになった時点でＴＭＧａの供給を止めて成長を中断する。以上で高屈折率層一層の成長が終了する。すなわち下部多層膜ミラーの一ペア分の成長が終了する。
【０１０８】
以下この成長手順を４０回繰り返せば良い。
Ｉｎを含まないＩＩＩ族窒化物半導体、例えばＧａＮやＡｌＧａＮは成長温度を１０００℃以上と十分高くできるため、吸収の少ない光学的に高品質な膜が成長できる。
【０１０９】
一方、Ｉｎを含むＩＩＩ族窒化物半導体層を成長させるためには、成長時におけるＩｎの脱離を防ぐために、上述のように、その成長温度を７００〜８００℃まで下げる必要がある。これにより、結晶性が劣化するため、光吸収が増加し、多層膜ミラーに用いたときに無視できないほどの内部損失となってしまう。
【０１１０】
本実施例によれば、Ｉｎを含む吸収の多い層が光強度分布の低い領域（節付近）に存在し、Ｉｎを含まない吸収の少ない層は光強度分布の高い領域（腹付近）に存在する。したがって、Ｉｎを含む層を備える多層膜ミラーで生じる光吸収を抑制することが可能で、反射率が高く、光吸収損失の少ない高品質多層膜ミラーが得られる。
【０１１１】
もっとも、Ｉｎを含まない層が入ることにより、その層は基板との格子整合条件からずれる可能性がある。しかし、この場合、Ｉｎを含む層にＩｎを含まない層に入る歪と反対方向の歪を意図的に導入することで構成層全体の累積歪量を実質的に０に近づけることも可能である。
【０１１２】
以上のように、本実施例によれば、低内部損失、高反射率、クラックの少ないＩＩＩ族窒化物半導体多層膜ミラーが作製でき、高性能面発光レーザの実現が可能となる。
【０１１３】
（実施例２：（ＡｌＮ／ＡｌＩｎＮ）／（ＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＩｎＮ）からなる多層膜ミラー）
実施例２では、低屈折率層および高屈折率層を２層構成とする多層膜ミラーを用いた面発光レーザについて説明する。
【０１１４】
図１２は本実施例を説明するための面発光レーザの断面模式図である。
【０１１５】
本実施例のレーザの共振器９２００は、量子井戸活性層９０７０の上下に、スペーサ層９０４０、そしてそれらの上下に多層膜ミラー９０００、９０５０が積層されることにより構成されている。基板９０９０としてＧａＮ、多層膜ミラー９０００として（ＡｌＮ／Ａｌ０．７３Ｉｎ０．２７Ｎ）／（Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ／Ａｌ０．１５Ｇａ０．８Ｉｎ０．０５Ｎ）、量子井戸活性層９０７０としてＧａＮ量子井戸、多層膜ミラー９０５０としてＳｉＯ２／ＴｉＯ２が用いられている。
【０１１６】
ここで用いられているＧａＮ量子井戸活性層９０７０は、例えば４個のＧａＮ井戸層を含み、発光中心波長は３５０ｎｍである。また、スペーサ層９０４０としてＡｌＧａＮを用いる。具体的には、ＧａＮ量子井戸活性層９０７０からの発光が吸収されないように、Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎを使用する。なお、必要に応じて発光波長、井戸数、あるいはスペーサ層の調整を行うことが可能である。
【０１１７】
多層膜ミラー９０００は、ＡｌＮ９０３２とＡｌ０．７３Ｉｎ０．２７Ｎ９０３１の二層を組み合わせた低屈折率層９０３０と、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ９０２４とＡｌ０．１５Ｇａ０．８Ｉｎ０．０５Ｎ９０２３の二層を組み合わせた高屈折率層９０２０で構成される。
【０１１８】
ここでも活性層からの発光が吸収されないように、各層のＡｌおよびＩｎ組成を決定する。これら低屈折率層９０３０と高屈折率層９０２０の厚さは、それぞれ１／４波長の光学的厚さになっている。また、ＡｌＮ９０３２とＡｌ０．７３Ｉｎ０．２７Ｎ９０３１、およびＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ９０２４とＡｌ０．１５Ｇａ０．８Ｉｎ０．０５Ｎ９０２３の層厚の比は１：２になっている。
【０１１９】
この低屈折率層と高屈折率層を多数ペア積層することによって多層膜ミラーとして機能させる。
【０１２０】
なお、上部誘電体多層膜ミラーは電子ビーム蒸着等で堆積する。
続いて、この窒化物多層膜ミラーの構造について説明する。
【０１２１】
図１３は、図１２で示した（ＡｌＮ／Ａｌ０．７３Ｉｎ０．２７Ｎ）／（Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ／Ａｌ０．１５Ｇａ０．８Ｉｎ０．０５Ｎ）多層膜ミラー９０００と、ＧａＮ量子井戸活性層９０７０を含む共振器の拡大図である。
【０１２２】
なお、この図では簡単のため、活性層９０７０、スペーサ層９０４０、３ペアのみ積層した下部多層膜ミラー９０００を示している。また、右側には、内部光強度分布も示した。
【０１２３】
図１３に示すように、低屈折率層９０３０、高屈折率層９０２０ともに光強度分布の腹側（９００２）にＩｎを含まない層（ＡｌＮ層およびＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ層）を配置し、節側（９００３）にＩｎを含む層（Ａｌ０．７３Ｉｎ０．２７Ｎ層およびＡｌ０．１５Ｇａ０．８Ｉｎ０．０５Ｎ層）を配置している。つまり、低屈折率層９０３０内においては活性層９０７０に近い側に、Ｉｎを含まない層９０３２が、遠い側にＩｎを含む層９０３１が配置されている。一方、高屈折率層９０２０においては、活性層９０７０に近い側にＩｎを含む層９０２３、遠い側にＩｎを含まない層９０２４が配置されている。これによりＩｎを含む層で生じる吸収を実効的に抑えることができる。
【０１２４】
次に、格子不整合による累積歪について説明する。
図１３の９３０８で示すように、低屈折率層９０３０内のＡｌＮ９０３２とＡｌ０．７３Ｉｎ０．２７Ｎ９０３１において、ＡｌＮ層はＧａＮ層よりも格子定数が小さいためＡｌＮ層中には引張歪が内在し、厚さが厚くなるに従ってその累積歪量は大きくなる。そこで、ＡｌＩｎＮ層のＩｎ組成を調節して、ＡｌＮ層で生じる引張歪をちょうど打ち消すような圧縮歪をＡｌＩｎＮ層に導入する。このときＡｌＮ層とＡｌ０．７３Ｉｎ０．２７Ｎ層の層厚は１：２になっている。
【０１２５】
一方、高屈折率層９０２０内のＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ９０２４とＡｌ０．１５Ｇａ０．８Ｉｎ０．０５Ｎ９０２３において、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ層はＧａＮ層よりも格子定数が小さいためＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ層中には引張歪が内在し、厚さが厚くなるに従ってその累積歪量は大きくなる。そこで、ＡｌＧａＩｎＮ層のＩｎ組成を調節して、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ層で生じる引張歪をちょうど打ち消すような圧縮歪をＡｌＧａＩｎＮ層に導入する。
このときＡｌＧａＮ層とＡｌＧａＩｎＮ層の層厚は１：２になっている。
【０１２６】
以上のようにして、低屈折率層内、高屈折率層内どちらも累積歪量は実質的に０に近づけることができる。
【０１２７】
なお、図１３では、電流注入のために必要なドーピングおよび電極形成等は本発明に直接関与しないため省略している。しかし、適切なドーピング、電極形成および電流狭窄構造形成を行うことにより、電流注入可能な構造にすることができる。また、多層膜ミラーの抵抗成分を低減させるために、低屈折率層と高屈折率層間に組成傾斜層を挿入することも可能である。
【０１２８】
以上のように、本実施例によれば、低内部損失、高反射率、クラックの少ないＩＩＩ族窒化物半導体多層膜ミラーが作製でき、高性能面発光レーザの実現が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１２９】
【図１】第１の実施形態に係る半導体レーザ装置を説明する図である。
【図２】光強度とＩｎ濃度との関係を説明するための図である。
【図３】面発光レーザの構成例を示す断面図である。
【図４】第２の実施形態に係る半導体レーザ装置を説明する図である。
【図５】実施例１に係る半導体レーザ装置を説明する図である。
【図６】共振器構造、内部光強度分布、累積歪量を示した図である。
【図７】窒化アルミニウム層の膜厚と光吸収損失との関係を示す図である。
【図８】積層ペア数と反射率との関係を示す図である。
【図９】下部多層膜ミラーを作製する際に、Ｉｎを含まない層でカバーしない手順を示す図である。
【図１０】下部多層膜ミラーを作製する際に、Ｉｎを含まない層でカバーする手順を示す図である。
【図１１】上部多層膜ミラーを作製するための手順を示す図である。
【図１２】実施例２に係る半導体レーザ装置を説明する図である。
【図１３】共振器構造、内部光強度分布、累積歪量を示した図である。
【図１４】ＧａＡｓ系半導体レーザに用いる多層膜ミラーを構成する材料の格子定数と屈折率を示した図である。
【図１５】ＧａＮ系半導体レーザに用いる多層膜ミラーを構成する材料の各組成における格子定数と屈折率を示した図である。
【符号の説明】
【０１３０】
１０００  多層膜ミラー
１０２０  第１窒化物半導体層
１０３０  第２窒化物半導体層
１０３１  第１の領域
１０３２  第２の領域
１０７０  活性層
１２００  共振器
【図１】
2008060459.tif 000003
【図２】
2008060459.tif 000004
【図３】
2008060459.tif 000005
【図４】
2008060459.tif 000006
【図５】
2008060459.tif 000007
【図６】
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【図７】
2008060459.tif 000009
【図８】
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【図９】
2008060459.tif 000011
【図１０】
2008060459.tif 000012
【図１１】
2008060459.tif 000013
【図１２】
2008060459.tif 000014
【図１３】
2008060459.tif 000015
【図１４】
2008060459.tif 000016
【図１５】
2008060459.tif 000017