(57)【要約】【課題】発光領域における発光が均一な面発光レーザ素子および面発光レーザアレイおよびそれらを歩留まりよく製造する製造方法を提供する。【解決手段】本面発光レーザ素子の製造方法は、高転位密度高導電領域１０ａと低転位密度高導電領域１０ｂと低転位密度低導電領域１０ｃとを含む導電性ＧａＮ基板１０を準備し、この基板の一方の主面１０ｍ上に発光層２００を含む複数のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０を形成し、この化合物半導体層の最上層上に半導体層側電極１５を形成し、導電性ＧａＮ基板の他方の主面１０ｎ上に基板側電極を形成する工程を含み、キャリア拡散層２０１を導電性ＧａＮ基板１０と発光層２００との間に形成するとともに、発光層２００中でキャリアが流入する発光領域２００ａが低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方に制限されるように形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
面発光レーザ素子の製造方法であって、
導電性ＧａＮ基板として、転位密度およびキャリア濃度が高い高転位密度高導電領域と、前記高転位密度高導電領域に比べて転位密度が低い低転位密度高導電領域と、前記高転位密度高導電領域に比べて転位密度およびキャリア濃度が低い低転位密度低導電領域とを含む導電性ＧａＮ複領域基板を準備する工程と、
前記導電性ＧａＮ複領域基板の一方の主面上に発光層を含む複数のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を形成する半導体層形成工程と、
前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の最上層上に半導体層側電極を形成し、前記導電性ＧａＮ複領域基板の他方の主面上に基板側電極を形成する電極形成工程とを含み、
前記半導体層形成工程において、前記発光層に流入するキャリアの面内分布を均一にするキャリア拡散層を前記導電性ＧａＮ複領域基板と前記発光層との間に形成し、
前記半導体形成工程および前記電極形成工程の少なくともいずれかの工程において、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層および前記半導体側電極の少なくともいずれかを前記発光層中でキャリアが流入する発光領域が前記低転位密度高導電領域および前記低転位密度低導電領域内の上方に制限されるように形成することを特徴とする面発光レーザ素子の製造方法。
【請求項２】
前記電極形成工程において、前記発光領域が前記低転位密度高導電領域および前記低転位密度低導電領域内の上方に制限されるように、前記半導体側電極を前記低転位密度高導電領域および前記低転位密度低導電領域内の上方の位置に形成することを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザ素子の製造方法。
【請求項３】
前記半導体形成工程において、前記発光領域が前記低転位密度高導電領域および前記低転位密度低導電領域内の上方に制限されるように、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層内にキャリア狭窄領域を形成することを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザ素子の製造方法。
【請求項４】
前記高転位密度高導電領域は転位密度が１×１０6ｃｍ-2以上でキャリア濃度１×１０18ｃｍ-3以上の領域であり、前記低転位密度高導電領域は転位密度が１×１０6ｃｍ-2未満でキャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3以上の領域であり、前記低転位密度低導電領域は転位密度が１×１０6ｃｍ-2未満でキャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3未満の領域である請求項１から請求項３までのいずれかに記載の面発光レーザ素子の製造方法。
【請求項５】
前記キャリア拡散層は、キャリア濃度が１×１０17ｃｍ-3以上であり厚さが４μｍ以上である請求項１から請求項４までのいずれかに記載の面発光レーザ素子の製造方法。
【請求項６】
導電性ＧａＮ基板と、前記導電性ＧａＮ基板の一方の主面上に形成されている発光層を含む複数のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の最上層上に形成されている半導体層側電極と、前記導電性ＧａＮ基板の他方の主面上に形成されている基板側電極とを含む面発光レーザ素子であって、
前記導電性ＧａＮ基板は、転位密度が１×１０6ｃｍ-2未満でキャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3以上の領域である低転位密度高導電領域と、転位密度が１×１０6ｃｍ-2未満でキャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3未満の領域である低転位密度低導電領域とを含み、
前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は、前記導電性ＧａＮ基板と前記発光層との間に形成され前記発光層に流入するキャリアの面内分布を均一にするキャリア拡散層を含み、
前記発光層中でキャリアが流入する発光領域が前記低転位密度高導電領域および前記低転位密度低導電領域内の上方に位置していることを特徴とする面発光レーザ素子。
【請求項７】
前記発光領域が前記低転位密度高導電領域および前記低転位密度低導電領域内の上方に位置するように、前記半導体側電極が前記低転位密度高導電領域および前記低転位密度低導電領域内の上方の位置に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の面発光レーザ素子。
【請求項８】
前記発光領域が前記低転位密度高導電領域および前記低転位密度低導電領域内の上方に位置するように、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層内にキャリア狭窄領域が形成されていること特徴とする請求項６に記載の面発光レーザ素子。
【請求項９】
前記キャリア拡散層は、キャリア濃度が１×１０17ｃｍ-3以上であり厚さが４μｍ以上である請求項６から請求項８までのいずれかに記載の面発光レーザ素子。
【請求項１０】
前記導電性ＧａＮ基板は、さらに、転位密度が１×１０6ｃｍ-2以上でキャリア濃度１×１０18ｃｍ-3以上の領域である高転位密度高導電領域を含む請求項６から請求項９までのいずれかに記載の面発光レーザ素子。
【請求項１１】
面発光レーザ素子を複数個含む面発光レーザアレイの製造方法であって、
前記導電性ＧａＮ基板として、転位密度およびキャリア濃度が高い高転位密度高導電領域と、前記高転位密度高導電領域に比べて転位密度が低い低転位密度高導電領域と、前記高転位密度高導電領域に比べて転位密度およびキャリア濃度が低い低転位密度低導電領域とを含む導電性ＧａＮ複領域基板を準備する工程と、
前記導電性ＧａＮ複領域基板の一方の主面上に発光層を含む複数のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を形成する半導体層形成工程と、
前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の最上層上に半導体層側電極を形成し、前記導電性ＧａＮ複領域基板の他の主面上に基板側電極を形成する電極形成工程とを含み、
前記半導体層形成工程において、前記発光層に流入するキャリアの面内分布を均一にするキャリア拡散層を前記導電性ＧａＮ複領域基板と前記発光層との間に形成し、
前記半導体形成工程および前記電極形成工程の少なくともいずれかの工程において、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層および前記半導体側電極の少なくともいずれかを、前記面発光レーザアレイに含まれる各々の前記面発光レーザ素子の前記発光層中でキャリアが流入する発光領域が前記低転位密度高導電領域および前記低転位密度低導電領域内の上方に制限されるように形成することを特徴とする面発光レーザアレイの製造方法。
【請求項１２】
前記電極形成工程において、前記発光領域が前記低転位密度高導電領域および前記低転位密度低導電領域内の上方に制限されるように、前記半導体側電極を前記低転位密度高導電領域および前記低転位密度低導電領域内の上方の位置に形成することを特徴とする請求項１１に記載の面発光レーザアレイの製造方法。
【請求項１３】
前記半導体層形成工程において、前記発光領域が前記低転位密度高導電領域および前記低転位密度低導電領域内の上方に制限されるように、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層内にキャリア狭窄領域を形成することを特徴とする請求項１１に記載の面発光レーザアレイの製造方法。
【請求項１４】
前記高転位密度高導電領域は転位密度が１×１０6ｃｍ-2以上でキャリア濃度１×１０18ｃｍ-3以上の領域であり、前記低転位密度高導電領域は転位密度が１×１０6ｃｍ-2未満でキャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3以上の領域であり、前記低転位密度低導電領域は転位密度が１×１０6ｃｍ-2未満でキャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3未満の領域である請求項１１から請求項１３のいずれかに記載の面発光レーザアレイの製造方法。
【請求項１５】
前記キャリア拡散層は、キャリア濃度が１×１０17ｃｍ-3以上であり厚さが４μｍ以上である請求項１１から請求項１４までのいずれかに記載の面発光レーザアレイの製造方法。
【請求項１６】
面発光レーザ素子を複数個含む面発光レーザアレイであって、
前記面発光レーザ素子は、導電性ＧａＮ基板と、前記導電性ＧａＮ基板の一方の主面上に形成されている発光層を含む複数のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の最上層上に形成されている半導体層側電極と、前記導電性ＧａＮ基板の他方の主面上に形成されている基板側電極とを含み、  前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は、前記導電性ＧａＮ基板と前記発光層との間に形成され前記発光層に流入するキャリアの面内分布を均一にするキャリア拡散層を含み、
前記面発光レーザアレイは、転位密度およびキャリア濃度が高い高転位密度高導電領域と、前記高転位密度高導電領域に比べて転位密度が低い低転位密度高導電領域と、前記高転位密度高導電領域に比べて転位密度およびキャリア濃度が低い低転位密度低導電領域とを含む導電性ＧａＮ複領域基板を含み、
前記面発光レーザアレイに含まれる各々の前記面発光レーザ素子の前記発光層中でキャリアが流入する発光領域が、前記低転位密度高導電領域および前記低転位密度低導電領域内の上方に位置していることを特徴とする面発光レーザアレイ。
【請求項１７】
前記発光領域が前記低転位密度高導電領域および前記低転位密度低導電領域内の上方に位置するように、前記半導体側電極が前記低転位密度高導電領域および前記低転位密度低導電領域内の上方の位置に形成され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アレイ。
【請求項１８】
前記発光領域が前記低転位密度高導電領域および前記低転位密度低導電領域内の上方に位置するように、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層内にキャリア狭窄領域が形成されていること特徴とする請求項１６に記載の面発光レーザアレイ。
【請求項１９】
前記高転位密度高導電領域は転位密度が１×１０6ｃｍ-2以上でキャリア濃度１×１０18ｃｍ-3以上の領域であり、前記低転位密度高導電領域は転位密度が１×１０6ｃｍ-2未満でキャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3以上の領域であり、前記低転位密度低導電領域は転位密度が１×１０6ｃｍ-2未満でキャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3未満の領域である請求項１６から請求項１８のいずれかに記載の面発光レーザアレイ。
【請求項２０】
前記キャリア拡散層は、キャリア濃度が１×１０17ｃｍ-3以上であり厚さが４μｍ以上である請求項１６から請求項１９までのいずれかに記載の面発光レーザアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面発光レーザ素子およびその製造方法ならびに面発光レーザアレイおよびその製造方法に関し、詳しくは、発光領域における発光が均一な面発光レーザ素子および面発光レーザアレイおよびそれらを歩留まりよく製造する製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光強度が高く信頼性の高い半導体発光素子を得るために、半導体発光素子用基板としては、導電性で転位密度が低いＧａＮ基板が必要とされている。このため、半導体発光素子用の導電性ＧａＮ基板は、その基板の結晶中に意図的に転位を集中させて転位密度が高い領域（以下、高転位密度領域という）を形成させ、この高転位密度領域以外の領域に転位密度が低い低転位密度領域を形成させる。こうして形成された導電性ＧａＮ基板の低転位密度領域上に、発光層を含む複数の半導体層を形成させて、ＬＥＤ（発光ダイオート）構造またはストライプレーザ構造を形成することにより発光強度および信頼性の高い半導体発光素子を製造することが提案されている（たとえば、特許文献１および特許文献２）。
【特許文献１】特開２００３−１２４１１５号公報
【特許文献２】特開２００３−１２４５７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記特許文献１または特許文献２で提案された半導体発光素子について、以下の問題があった。すなわち、導電性ＧａＮ基板を用いてストライプレーザ構造を有する半導体発光素子を形成する場合、ＧａＮ基板の劈開性が不十分であるため、たとえばファブリペロー共振器を形成する際の歩留まりが低くなる。
【０００４】
また、導電性ＧａＮ基板を用いてＬＥＤ構造を有する半導体発光素子を形成する場合、ＬＥＤ構造における発光領域を低転位密度領域内の上方に配置しても、発光領域内における発光が均一でない場合が生じ、半導体発光素子の歩留まりが低下する。この原因を調べたところ、導電性ＧａＮ基板の低転位密度領域内に、導電性の高い領域（以下、低転位密度高導電領域という）と低い領域が（以下、低転位密度低導電領域という）含まれていることによることが見出された。なお、導電性ＧａＮ基板の高転位密度領域は転位密度が高いとともにキャリア濃度が高く導電性が高い領域であることから、この高転位密度領域を高転位密度高導電領域という。
【０００５】
本発明は、上記の問題を解決して、発光領域における発光が均一な面発光レーザ素子および面発光レーザアレイおよびそれらを歩留まりよく製造する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】
本発明は、導電性ＧａＮ基板として、転位密度およびキャリア濃度が高い高転位密度高導電領域と、高転位密度高導電領域に比べて転位密度が低い低転位密度高導電領域と、高転位密度高導電領域に比べて転位密度およびキャリア濃度が低い低転位密度低導電領域とを含む導電性ＧａＮ複領域基板を準備する工程と、導電性ＧａＮ複領域基板の一方の主面上に発光層を含む複数のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を形成する半導体層形成工程と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の最上層上に半導体層側電極を形成し、導電性ＧａＮ複領域基板の他方の主面上に基板側電極を形成する電極形成工程とを含み、半導体層形成工程において、発光層に流入するキャリアの面内分布を均一にするキャリア拡散層を導電性ＧａＮ複領域基板と発光層との間に形成し、半導体形成工程および電極形成工程の少なくともいずれかの工程において、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層および半導体側電極の少なくともいずれかを発光層中でキャリアが流入する発光領域が低転位密度高導電領域および低転位密度低導電領域内の上方に制限されるように形成することを特徴とする面発光レーザ素子の製造方法である。
【０００７】
本発明にかかる面発光レーザ素子の製造方法によれば、発光層に流入するキャリアの面内分布を均一にするキャリア拡散層を導電性ＧａＮ複領域基板と発光層との間に形成するとともに、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層および半導体側電極の少なくともいずれかを、発光層中でキャリアが流入する発光領域が低転位密度高導電領域および低転位密度低導電領域内の上方に制限されるように形成することにより、発光領域内に流入するキャリアの面内分布が均一で、発光領域内の発光が均一な面発光レーザ素子が歩留まりよく得られる。
【０００８】
本発明にかかる面発光レーザ素子の製造方法においては、電極形成工程において、発光領域が低転位密度高導電領域および低転位密度低導電領域内の上方に制限されるように、半導体側電極を低転位密度高導電領域および低転位密度低導電領域内の上方の位置に形成することができる。また、半導体形成工程において、発光領域が低転位密度高導電領域および低転位密度低導電領域内の上方に制限されるように、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層内にキャリア狭窄領域を形成することができる。かかる製造方法により、発光領域を低転位密度高導電領域および低転位密度低導電領域内の上方に制限することができる。
【０００９】
また、本発明にかかる面発光レーザ素子の製造方法において、高転位密度高導電領域は転位密度が１×１０6ｃｍ-2以上でキャリア濃度１×１０18ｃｍ-3以上の領域であり、低転位密度高導電領域は転位密度が１×１０6ｃｍ-2未満でキャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3以上の領域であり、低転位密度低導電領域は転位密度が１×１０6ｃｍ-2未満でキャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3未満の領域であり得る。かかる製造方法によれば、発光層中の発光領域の転位密度が低く、発光領域内の発光がより均一で発光効率がより高い面発光レーザ素子が歩留まりよく得られる。
【００１０】
また、本発明にかかる面発光レーザ素子の製造方法において、キャリア拡散層は、キャリア濃度を１×１０17ｃｍ-3以上とし厚さを４μｍ以上とすることができる。かかる製造方法によれば、発光領域内に流入するキャリアの面内分布をより均一にすることができ、発光領域内の発光がより均一な面発光レーザ素子が歩留まりよく得られる。
【００１１】
本発明は、導電性ＧａＮ基板と、導電性ＧａＮ基板の一方の主面上に形成されている発光層を含む複数のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の最上層上に形成されている半導体層側電極と、導電性ＧａＮ基板の他方の主面上に形成されている基板側電極とを含む面発光レーザ素子であって、導電性ＧａＮ基板は、転位密度が１×１０6ｃｍ-2未満でキャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3以上の領域である低転位密度高導電領域と、転位密度が１×１０6ｃｍ-2未満でキャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3未満の領域である低転位密度低導電領域とを含み、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は、導電性ＧａＮ基板と発光層との間に形成され発光層に流入するキャリアの面内分布を均一にするキャリア拡散層を含み、発光層中でキャリアが流入する発光領域が低転位密度高導電領域および低転位密度低導電領域内の上方に位置していることを特徴とする面発光レーザ素子である。
【００１２】
本発明にかかる面発光レーザ素子は、発光層に流入するキャリアの面内分布を均一にするキャリア拡散層が導電性ＧａＮ基板と発光層との間に形成されているとともに、発光領域が導電性ＧａＮ基板の低転位密度高導電領域および低転位密度低導電領域内の上方に位置しているため、発光領域内に流入するキャリアの面内分布が均一となり、発光領域内の発光が均一となる。
【００１３】
本発明にかかる面発光レーザ素子においては、発光領域が低転位密度高導電領域および低転位密度低導電領域内の上方に位置するように、半導体側電極が低転位密度高導電領域内の上方の位置に形成され得る。また、発光領域が低転位密度高導電領域および低転位密度低導電領域内の上方に位置するように、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層内にキャリア狭窄領域が形成され得る。かかる面発光レーザ素子は、流入するキャリアの面内分布が均一な発光領域が低転位密度高導電領域および低転位密度低導電領域内の上方に位置しているため、発光領域内の発光が均一になる。
【００１４】
本発明にかかる面発光レーザ素子において、キャリア拡散層は、キャリア濃度が１×１０17ｃｍ-3以上であり厚さが４μｍ以上とすることができる。かかる面発光レーザ素子は、発光領域内に流入するキャリアの面内分布がより均一となり、発光領域内の発光がより均一となる。
【００１５】
本発明にかかる面発光レーザ素子において、導電性ＧａＮ基板は、さらに、転位密度が１×１０6ｃｍ-2以上でキャリア濃度１×１０18ｃｍ-3以上の領域である高転位密度高導電領域を含むことができる。かかる面発光レーザ素子は、導電性ＧａＮ基板の一部に高転位密度高導電領域が含まれていても、発光層中の発光領域の転位密度が低く、発光領域内に流入するキャリアの面内分布が均一に維持されるため、発光領域内の発光が均一かつ高効率に維持される。
【００１６】
本発明は、面発光レーザ素子を複数個含む面発光レーザアレイの製造方法であって、導電性ＧａＮ基板として、転位密度およびキャリア濃度が高い高転位密度高導電領域と、高転位密度高導電領域に比べて転位密度が低い低転位密度高導電領域と、高転位密度高導電領域に比べて転位密度およびキャリア濃度が低い低転位密度低導電領域とを含む導電性ＧａＮ複領域基板を準備する工程と、導電性ＧａＮ複領域基板の一方の主面上に発光層を含む複数のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を形成する半導体層形成工程と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の最上層上に半導体層側電極を形成し、導電性ＧａＮ複領域基板の他の主面上に基板側電極を形成する電極形成工程とを含み、半導体層形成工程において、発光層に流入するキャリアの面内分布を均一にするキャリア拡散層を導電性ＧａＮ複領域基板と発光層との間に形成し、半導体形成工程および電極形成工程の少なくともいずれかの工程において、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層および半導体側電極の少なくともいずれかを、レーザアレイに含まれる各々の面発光レーザ素子の発光層中でキャリアが流入する発光領域が低転位密度高導電領域および低転位密度低導電領域内の上方に制限されるように形成することを特徴とする面発光レーザアレイの製造方法である。
【００１７】
本発明にかかる面発光レーザアレイの製造方法によれば、発光層に流入するキャリアの面内分布を均一にするキャリア拡散層を導電性ＧａＮ複領域基板と発光層との間に形成するとともに、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層および半導体側電極の少なくともいずれかを、各々の面発光レーザ素子について発光層中でキャリアが流入する発光領域が低転位密度高導電領域および低転位密度低導電領域内の上方に制限されるように形成することにより、各々の面発光レーザ素子について発光領域内に流入するキャリアの面内分布が均一で発光領域内の発光が均一な面発光レーザアレイ素子が歩留まりよく得られる。
【００１８】
本発明にかかる面発光レーザアレイの製造方法においては、電極形成工程において、発光領域が低転位密度高導電領域および低転位密度低導電領域内の上方に制限されるように、半導体側電極を低転位密度高導電領域内および低転位密度低導電領域の上方の位置に形成することができる。また、半導体層形成工程において、発光領域が低転位密度高導電領域および低転位密度低導電領域内の上方に制限されるように、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層内にキャリア狭窄領域を形成することができる。かかる製造方法により、面発光レーザアレイ中の各々の面発光レーザ素子の発光領域を低転位密度高導電領域および低転位密度低導電領域内の上方に制限することができる。
【００１９】
本発明にかかる面発光レーザアレイの製造方法において、高転位密度高導電領域は転位密度が１×１０6ｃｍ-2以上でキャリア濃度１×１０18ｃｍ-3以上の領域であり、低転位密度高導電領域は転位密度が１×１０6ｃｍ-2未満でキャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3以上の領域であり、低転位密度低導電領域は転位密度が１×１０6ｃｍ-2未満でキャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3未満の領域であり得る。かかる製造方法によれば、各々の面発光レーザ素子について、発光層中の発光領域の転位密度が低く、発光領域内の発光がより均一で発光効率がより高い面発光レーザアレイが歩留まりよく得られる。
【００２０】
本発明にかかる面発光レーザアレイの製造方法において、キャリア拡散層は、キャリア濃度が１×１０17ｃｍ-3以上であり厚さが４μｍ以上とすることができる。かかる製造方法によれば、各々の面発光レーザ素子について、発光領域内に流入するキャリアの面内分布をより均一にすることができ、発光領域内の発光がより均一な面発光レーザアレイが歩留まりよく得られる。
【００２１】
本発明は、面発光レーザ素子を複数個含む面発光レーザアレイであって、面発光レーザ素子は、導電性ＧａＮ基板と、導電性ＧａＮ基板の一方の主面上に形成されている発光層を含む複数のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の最上層上に形成されている半導体層側電極と、導電性ＧａＮ基板の他方の主面上に形成されている基板側電極とを含み、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は、導電性ＧａＮ基板と発光層との間に形成され発光層に流入するキャリアの面内分布を均一にするキャリア拡散層を含み、面発光レーザアレイは、転位密度およびキャリア濃度が高い高転位密度高導電領域と、高転位密度高導電領域に比べて転位密度が低い低転位密度高導電領域と、高転位密度高導電領域に比べて転位密度およびキャリア濃度が低い低転位密度低導電領域とを含む導電性ＧａＮ複領域基板を含み、面発光レーザアレイに含まれる各々の面発光レーザ素子の発光層中でキャリアが流入する発光領域が、低転位密度高導電領域および低転位密度低導電領域内の上方に位置していることを特徴とする面発光レーザアレイである。
【００２２】
本発明にかかる面発光レーザアレイは、発光層に流入するキャリアの面内分布を均一にするキャリア拡散層が導電性ＧａＮ基板と発光層との間に形成されているとともに、各々の面発光レーザ素子の発光領域が導電性ＧａＮ基板の低転位密度高導電領域および低転位密度低導電領域内の上方に位置しているため、各々の面発光レーザ素子について、発光領域内に流入するキャリアの面内分布が均一となり、発光領域内の発光が均一となる。
【００２３】
本発明にかかる面発光レーザアレイにおいては、発光領域が低転位密度高導電領域および低転位密度低導電領域内の上方に位置するように、半導体側電極が低転位密度高導電領域および低転位密度低導電領域内の上方の位置に形成され得る。また、発光領域が低転位密度高導電領域および低転位密度低導電領域内の上方に位置するように、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層内にキャリア狭窄領域が形成され得る。かかる面発光レーザアレイは、各々の面発光レーザ素子における流入するキャリアの面内分布が均一な発光領域が低転位密度高導電領域および低転位密度低導電領域内の上方に位置しているため、発光領域内の発光が均一になる。
【００２４】
本発明にかかる面発光レーザアレイにおいて、高転位密度高導電領域は転位密度が１×１０6ｃｍ-2以上でキャリア濃度１×１０18ｃｍ-3以上の領域であり、低転位密度高導電領域は転位密度が１×１０6ｃｍ-2未満でキャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3以上の領域であり、低転位密度低導電領域は転位密度が１×１０6ｃｍ-2未満でキャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3未満の領域であり得る。かかる面発光レーザアレイは、各々の面発光レーザ素子について、発光層中の発光領域の転位密度が低く、発光領域内の発光がより均一となり、発光効率がより高くなる。
【００２５】
本発明にかかる面発光レーザアレイにおいて、キャリア拡散層は、キャリア濃度が１×１０17ｃｍ-3以上であり厚さが４μｍ以上とすることができる。かかる面発光レーザアレイは、各々の面発光レーザ素子について、発光領域内に流入するキャリアの面内分布がより均一となり、発光領域内の発光がより均一となる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、発光領域における発光が均一な面発光レーザ素子および面発光レーザアレイおよびそれらを歩留まりよく製造する製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明を実施するための最良の形態について、図面に基づいて説明する。ここで、面発光レーザ素子または面発光レーザアレイの模式断面図を示す図１（ｂ）、２（ｂ）、６（ｂ）、７（ｂ）、８（ｂ）、１０〜１５、１７（ｂ）、および１８（ｂ）においては、導電性ＧａＮ基板およびＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の各厚さは実際の厚さを反映したものではない。ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の層構造を明確にするため、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の厚さが大きく拡張されて記載されている。
【００２８】
（実施形態１）
本発明にかかる面発光レーザ素子の製造方法は、図１および図２を参照して、導電性ＧａＮ基板１０として、転位密度およびキャリア濃度が高い高転位密度高導電領域１０ａと、高転位密度高導電領域１０ａに比べて転位密度が低い低転位密度高導電領域１０ｂと、高転位密度高導電領域１０ａに比べて転位密度およびキャリア濃度が低い低転位密度低導電領域１０ｃとを含む導電性ＧａＮ複領域基板を準備する工程と、導電性ＧａＮ複領域基板（導電性ＧａＮ基板１０）の一方の主面１０ｍ上に発光層を含む複数のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０を形成する半導体層形成工程と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０の最上層上に半導体層側電極１５を形成し、導電性ＧａＮ複領域基板（導電性ＧａＮ基板１０）の他方の主面１０ｎ上に基板側電極１１を形成する電極形成工程とを含み、半導体層形成工程において、発光層２００に流入するキャリアの面内分布を均一にするキャリア拡散層２０１を導電性ＧａＮ複領域基板（導電性ＧａＮ基板１０）と発光層２００との間に形成し、半導体形成工程および電極形成工程の少なくともいずれかの工程において、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０および半導体側電極１５の少なくともいずれかを、発光層２００中でキャリアが流入する発光領域２００ａが低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方に制限されるように、形成することを特徴とする。
【００２９】
本実施形態の面発光レーザ素子の製造方法においては、発光層２００に流入するキャリアの面内分布を均一にするキャリア拡散層２０１を導電性ＧａＮ複領域基板（導電性ＧａＮ基板１０）と発光層２００との間に形成するとともに、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０および半導体側電極１５の少なくともいずれかを、発光層２００中でキャリアが流入する発光領域２００ａが低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方に制限されるように形成することにより、発光領域２００ａ内に流入するキャリアの面内分布が均一で、発光領域２００ａ内の発光が均一な面発光レーザ素子１が歩留まりよく得られる。
【００３０】
ここで、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０および半導体側電極１５のいずれかを、発光層２００中でキャリアが流入する発光領域２００ａが低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方に制限されるように、形成する方法には、特に制限はなく、たとえば、図１に示すように半導体側電極１５を低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方の位置に形成する方法、図２に示すようにＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０内にキャリア狭窄領域２５０を形成する方法などがある。詳細については後述する。なお、発光領域２００ａからの発光を素子の主面から発振させるための共振器構造は、後述する種々の構造を用いることができる。図１および図２においては、かかる共振器構造は図示されていない。
【００３１】
実施形態１の面発光レーザ素子の製造方法においては、図３〜図５を参照して導電性ＧａＮ基板１０として、転位密度およびキャリア濃度が高い高転位密度高導電領域１０ａと、高転位密度高導電領域に比べて転位密度が低い低転位密度高導電領域１０ｂと、高転位密度高導電領域に比べて転位密度およびキャリア濃度が低い低転位密度低導電領域１０ｃとを含む導電性ＧａＮ複領域基板を準備する工程が含まれる。ここで、各領域における転位密度は、ＣＬ（カソードルミネッセンス）法またはＥＰＤ（エッチピット密度）法により、単位面積当たりの蛍光像中の暗点またはエッチピットを直接数えることにより得られる。また、各領域におけるキャリア濃度はＣ−Ｖ（容量−電圧測定）法またはＨａｌｌ測定法により測定することができる。なお、キャリアとは、導電に寄与する正孔または電子の総称であり、キャリア濃度とは導電に寄与する正孔または電子の濃度をいう。かかる導電性ＧａＮ複領域基板は、高転位密度高導電領域１０ａに転位を集中させることにより、高転位密度高導電領域１０ａ以外の領域（低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ）の転位密度が低減されている。このため、低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ上に転位密度の低いＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を形成することができ、発光強度および信頼性の高い面発光レーザ素子が得られる。
【００３２】
たとえば、上記の導電性ＧａＮ複領域基板の高転位密度高導電領域１０ａ内の上方に、発光層２００の発光領域２００ａが形成されているＦＰ型（一般型端面発光型）レーザ素子の寿命は１００時間以上１０００時間以下程度であるのに対し、高転位密度高導電領域１０ａ以外の領域（低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ）内の上方に、発光層２００の発光領域２００ａが形成されているＦＰ型レーザ素子の寿命は５００００時間以上と非常に長くなる。
【００３３】
本実施形態で用いられる導電性ＧａＮ複領域基板の製造方法は、特に制限はなく、たとえば、下地基板上にＧａＮを結晶成長させる際に、高転位密度高導電領域を形成させる場所に、種をあらかじめ形成しておくことができる。かかる導電性ＧａＮ複領域基板のより具体的な製造方法は、以下のとおりである。
【００３４】
まず、下地基板を準備する。下地基板としては、ＧａＮを結晶成長させることができるものであれば特に制限はなく、サファイア基板、ＧａＡｓ基板などが挙げられる。後工程で下地基板を除去することを考えると、除去が容易なＧａＡｓ基板などを用いることが好ましい。
【００３５】
次に、上記下地基板上に、たとえばＳｉＯ2膜からなる種を形成する。この種の形状は、たとえばドット状またはストライプ状とすることができる。この種は規則正しく、複数個形成することができる。より具体的には、種は、図３（ａ）、図４（ａ）または図５（ａ）の高転位密度高導電領域１０ａの配置に対応した配置でドット状またはストライプ状に形成する。
【００３６】
次に、上記の種が形成された下地基板上に、たとえばＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）法により、ＧａＮを結晶成長させる。結晶成長中および結晶成長後のＧａＮの結晶成長面上には、種のパターン形状に応じたファセット面が形成される。種がドット状のパターンの場合は、ファセット面からなるピットが規則正しく形成され、種がストライプ状のパターンの場合は、プリズム状のファセット面が形成される。ここで、結晶成長の際に、ＧａＮ原料に加えてドーパントを添加することにより、ＧａＮに導電性を付与する。
【００３７】
次に、結晶成長させたＧａＮを所定の形状に切り出して、その表面を研磨することにより、高転位密度高導電領域１０ａ、低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃを含む導電性ＧａＮ複領域基板（導電性ＧａＮ基板１０）が得られる。
【００３８】
図３〜図５を参照して、かかる導電性ＧａＮ複領域基板（導電性ＧａＮ基板１０）には、下地基板の種の配置に対応して高転位密度高導電領域１０ａが形成され、この高転位密度高導電領域１０ａから一定の範囲内に低転位密度高導電領域１０ｂが形成されている。ここで、図３（ａ）または図４（ａ）を参照して、ドット状の高転位密度高導電領域１０ａが形成されている場合には、ドーナッツ状の低転位密度高導電領域１０ｂが形成されている。図５（ａ）を参照して、ストライプ状の高転位密度高導電領域１０ａが形成されている場合には、ストライプ状の低転位密度高導電領域１０ｂが形成されている。また、この低転位密度高導電領域１０ｂと隣の低転位密度高導電領域１０ｂとの間に低転位密度低導電領域１０ｃが形成されている。ここで、高転位密度高導電領域１０ａ、低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃは、蛍光顕微鏡を用いて観察することができる。
【００３９】
上記のようにして、転位密度が１×１０6ｃｍ-2以上でキャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3以上の高転位密度高導電領域１０ａと、転位密度が１×１０6ｃｍ-2未満でキャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3以上の低転位密度高導電領域１０ｂと、転位密度が１×１０6ｃｍ-2未満でキャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3未満の低転位密度低導電領域１０ｃとが含まれる導電性ＧａＮ複領域基板が得られる。
【００４０】
ここで、上記の導電性ＧａＮ複領域基板における上記各領域の抵抗率は、上記高転位密度高導電領域１０ａおよび低転位密度高導電領域１０ｂの抵抗率は０．００２Ω・ｃｍ以上０．１Ω・ｃｍ以下であり、上記低転位密度低導電領域１０ｃの抵抗率は０．５Ω・ｃｍ以上１０００００Ω・ｃｍ以下であった。また、低転位密度高導電領域１０ｂと低転位密度低導電領域１０ｂとの境界において、抵抗率の不連続的な変化が観測された。また、図１９を参照して、上記の導電性ＧａＮ複領域基板における低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃの広がり抵抗の値は、ＳＳＲＭ（走査型広がり抵抗顕微鏡）で測定したところ、両者間で１桁以上異なることが確認された。
【００４１】
実施形態１の面発光レーザ素子の製造方法においては、図１および図２を参照して、上記の導電性ＧａＮ複領域基板（導電性ＧａＮ基板１０）上に、複数のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０を形成する半導体層形成工程が含まれる。ここで、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層とは、長周期率表におけるＩＩＩｂ族元素とＶｂ族元素である窒素との化合物により形成される半導体層をいう。この半導体層形成工程において、発光層２００に流入するキャリアの面内分布を均一にするキャリア拡散層２０１を導電性ＧａＮ複領域基板（導電性ＧａＮ基板１０）と発光層２００との間に形成する。かかるキャリア拡散層２０１を形成することにより、発光層２００に流入するキャリアの面内分布を均一にすることができる。
【００４２】
実施形態１において、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０の積層構造は、本発明の目的に適合する構造である限り特に制限はないが、図１および図２を参照して、たとえば以下のようにして形成される。導電性ＧａＮ基板１０上に、キャリア拡散層２０１、少なくとも１層の第１の導電型のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２１０、発光層２００、少なくとも１層の第２の導電型のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２２０を形成する。ここで、第１の導電型および第２の導電型とは、それぞれ異なった導電型、ｎ型およびｐ型、または、ｐ型およびｎ型をいう。また、ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体２０の積層構造には、後述するように、発光領域２００ａからの発光を素子の主面から発振させるための共振器構造が含まれる（図１および図２には図示されていない）。
【００４３】
実施形態１の面発光レーザ素子の製造方法においては、図１および図２を参照して、上記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０の最上層上に半導体層側電極１５を形成し、導電性ＧａＮ複領域基板（導電性ＧａＮ基板１０）の他方の主面１０ｎ上に基板側電極１１を形成する電極形成工程とを含む。かかる電極を形成することにより、面発光レーザ素子が得られる。ここで、図１（ａ）および図２（ａ）を参照して、半導体側電極１５に電気的に接続してパッド電極１７が形成される。かかるパッド電極１７はボンディングワイヤを電気的に接続するためのものである。
【００４４】
実施形態１の面発光レーザ素子の製造方法においては、上記の半導体層形成工程および電極形成工程の少なくともいずれかの工程において、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０および半導体側電極１５の少なくともいずれかを、発光層２００中でキャリアが流入する発光領域２００ａが低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方に制限されるように、形成する。発光領域２００ａが低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方に制限されていても、導電性ＧａＮ基板１０と発光層２００との間に形成されるキャリア拡散層２０１により、発光領域２００ａに流入するキャリアの面内分布は均一になり、発光領域２００ａ内の発光が均一な面発光レーザ素子１が歩留まりよく得られる。かかるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０および／または半導体側電極１５の形成方法には、特に制限はないが、たとえば以下の方法が好ましく用いられる。
【００４５】
（実施形態１−１）
図１を参照して、実施形態１の面発光レーザ素子の製造方法における電極形成工程において、発光領域２００ａが低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方に制限されるように、半導体側電極１５を低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方の位置に形成することができる。実施形態１−１によれば、基板側電極１１が低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の下方のみならず高転位密度高導電領域１０ａの下方までに拡がって形成されていても、半導体側電極１５を低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方の位置に形成することにより、発光層２００中でキャリアが流入する発光領域２００ａを低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方に制限することができる。
【００４６】
図１（ａ）および（ｂ）を参照して、実施形態１−１の面発光レーザ素子においては、半導体側電極が不透明の場合は、発光領域２００ａ（直径Ｄ）内の発光は、上記半導体側電極１５の外周の近傍領域（外周から５μｍ程度までの外側領域をいう、以下同じ）の主面のみから外部に取り出される。また、半導体側電極１５内に１以上の開口部（図示せず）を設けることにより、その開口部から発光領域２００ａ内の発光を外部に取り出すことができる。さらに、半導体側電極１５を透明電極とすることにより、半導体側電極１５の全領域から発光領域２００ａ内の発光を外部に取り出すことができる。なお、図１（ｂ）より明らかに、発光層２００の発光領域２００ａは半導体側電極１５の形成領域とほぼ一致するが、図１（ａ）においては見やすいように境界線をずらして描いている。
【００４７】
（実施形態１−２）
図２を参照して、実施形態１の面発光レーザ素子の製造方法における半導体形成工程において、発光領域２００ａが低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方に制限されるように、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０内にキャリア狭窄領域２５０を形成することができる。実施形態１−２によれば、半導体側電極１５および基板側電極１１が、それぞれ低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方または下方のみならず、高転位密度高導電領域１０ａの上方または下方までに拡がって形成されていても、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０内にキャリア狭窄領域２５０を形成することにより、発光層２００中でキャリアが流入する発光領域２００ａを低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方に制限することができる。これにより、発光領域２００ａ内に流入するキャリアが均一で、発光領域２００ａ内の発光が均一な面発光レーザ素子が得られる。
【００４８】
ここで、キャリア狭窄領域２５０を形成する方法には、発明の目的を適合するものであれば特に制限はないが、たとえばメサエッチングによりメサ状に領域を区切る場合は、そのメサ側面部に入ったエッチングダメージにより、流入したキャリアの一部が再結合してしまう。かかるキャリアの再結合を防止する観点から、図６（ｂ）に示すように絶縁体からなるキャリア狭窄層２５０ａを形成する方法、図７（ｂ）に示すようにイオン注入などにより絶縁化された絶縁化領域２５０ｂを形成する方法などが好ましく挙げられる。
【００４９】
図２（ａ）および（ｂ）を参照して、実施形態１−２においては、半導体側電極１５として、中央部に開口部を有するリング状の電極が形成されている。上記キャリア狭窄領域２５０により発光領域２００ａがリング状の半導体側電極１５の開口領域内に制限されているため、発光領域２００ａの発光は、リング状の半導体側電極１５の開口領域内から外部に取り出される。
【００５０】
発光層２００中でキャリアが流入する発光領域２００ａを低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方に制限する方法として、実施形態１−Ａ１では半導体側電極１５を低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方の位置に形成する方法を、実施形態１−Ａ２ではＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０内にキャリア狭窄領域２５０を形成する方法を示したが、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０内にキャリア狭窄領域２５０を形成するとともに、半導体側電極１５を低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方の位置に形成する方法を用いることも好ましい。
【００５１】
実施形態１においては、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０内に形成されたキャリア狭窄領域２５０により転位密度が低い低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度導電領域１０ｃ内の上方に発光領域２００ａが限定されるため、発光層２００中の発光領域２００ａ内の転位密度が低く、発光強度および信頼性の高い面発光レーザ素子が得られる。しかし、低転位密度高導電領域１０ｂと低転位密度低導電領域１０ｃとはキャリア濃度に差があるため、発光領域２００ａが低転位密度導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方に位置する場合には、発光領域２００ａ内に流入するキャリアが不均一となり、発光領域における発光が不均一となる。ここで、発光層２００に流入するキャリアの面内分布を均一にするキャリア拡散層２０１を導電性ＧａＮ基板１０と発光層２００との間に形成することにより、発光層２００中の発光領域２００ａに流入するキャリアの面内分布を均一とすることができ、発光領域２００ａの発光が均一な面発光レーザ素子１が歩留まりよく得られる。
【００５２】
また、実施形態１の製造方法によって得られる面発光レーザ素子において、面発光を可能とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０の共振器構造には、特に制限はないが、たとえば、図６（ｂ）に示すようなｎ型層側のＤＢＲ（multilayer distributed Bragg reflector；ブラッグリフレクタ、以下同じ）２１３と誘電体ミラー１０３との組み合わせ構造、図７（ｂ）に示すようなｎ型層側のＤＢＲ２１３とｐ型層側のＤＢＲ２２３との組み合わせ構造、図８（ｂ）に示すようなフォトニック結晶層２３３を含む構造などが、好ましく挙げられる。
【００５３】
本実施形態の面発光レーザ素子の製造方法において、高転位密度高導電領域は転位密度が１×１０6ｃｍ-2以上でキャリア濃度１×１０18ｃｍ-3以上の領域であり、低転位密度高導電領域は転位密度が１×１０6ｃｍ-2未満でキャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3以上の領域であり、低転位密度低導電領域は転位密度が１×１０6ｃｍ-2未満でキャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3未満の領域であることが好ましい。発光層２００中の発光領域２００ａを転位密度が低い低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方に制限することにより、発光層中の発光領域の転位密度が低く、発光領域内の発光がより均一で発光効率がより高い面発光レーザ素子が歩留まりよく得られる。
【００５４】
また、本実施形態の面発光レーザ素子の製造方法において、キャリア拡散層２０１は、キャリア濃度が１×１０17ｃｍ-3以上であり厚さが４μｍ以上であることが好ましい。キャリア濃度が１×１０17ｃｍ-3以上に高導電性を有し４μｍ以上に厚いキャリア拡散層を導電性ＧａＮ基板１０と発光層２００との間に形成することにより、発光領域２００ａ内に流入するキャリアの面内分布をより均一にすることができ、発光領域内の発光をより均一な面発光レーザ素子が歩留まりよく得られる。
【００５５】
（実施形態２）
本発明にかかる面発光レーザ素子は、図１および図２を参照して、導電性ＧａＮ基板１０と、導電性ＧａＮ基板１０の一方の主面１０ｍ上に形成されている発光層２００を含む複数のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体２０の最上層上に形成されている半導体層側電極１５と、導電性ＧａＮ基板１０の他方の主面１０ｎ上に形成されている基板側電極１１とを含む面発光レーザ素子１であって、導電性ＧａＮ基板１０は、転位密度が１×１０6ｃｍ-2未満でキャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3以上の領域である低転位密度高導電領域１０ｂと、転位密度が１×１０6ｃｍ-2未満でキャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3未満の領域である低転位密度低導電領域１０ｃとを含み、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０は、導電性ＧａＮ基板１０と発光層２００との間に形成され発光層２００に流入するキャリアの面内分布を均一にするキャリア拡散層２０１を含み、発光層２００中でキャリアが流入する発光領域２００ａが低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方に位置していることを特徴とする。
【００５６】
実施形態２の面発光レーザ素子は、発光層２００に流入するキャリアの面内分布を均一にするキャリア拡散層２０１が導電性ＧａＮ基板１０と発光層２００との間に形成されているとともに、発光層２００中でキャリアが流入する発光領域２００ａが低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方に位置しているため、発光領域内に流入するキャリアの面内分布が均一となり発光領域内の発光が均一となるとともに、発効効率が高く信頼性が向上する。
【００５７】
実施形態２の面発光レーザ素子は、キャリア拡散層２０１が導電性ＧａＮ基板１０と発光層２００との間に形成されているとともに、発光領域２００ａが低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方に位置する構造を有するものであれば特に制限はないが、たとえば、以下の実施形態２−１または実施形態２−２の構造を有するものが挙げられる。
【００５８】
（実施形態２−１）
実施形態２の面発光レーザ素子の一例は、図１（ａ）および（ｂ）を参照して、以下のとおりである。すなわち、導電性ＧａＮ基板１０と、導電性ＧａＮ基板１０の一方の主面１０ｍ上に形成されている発光層２００を含む複数のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０の最上層上に形成されている半導体層側電極１５と、導電性ＧａＮ基板１０の他方の主面１０ｎ上に形成されている基板側電極１１とを含む面発光レーザ素子１である。ここで、導電性ＧａＮ基板１０は転位密度が１×１０6ｃｍ-2未満でキャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3以上の領域である低転位密度高導電領域１０ｂと、転位密度が１×１０6ｃｍ-2未満でキャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3未満の領域である低転位密度低導電領域１０ｃとを含む。また、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０は、導電性ＧａＮ基板１０と発光層２００との間に形成され発光層２００に流入するキャリアの面内分布を均一にするキャリア拡散層２０１を含む。また、発光層２００中でキャリアが流入する発光領域２００ａが低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方に位置するように、半導体側電極１５が低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方の位置に形成されている。
【００５９】
（実施形態２−２）
実施形態２の面発光レーザ素子の他の例は、図２（ａ）および（ｂ）を参照して、以下のとおりである。すなわち、導電性ＧａＮ基板１０と、導電性ＧａＮ基板１０の一方の主面１０ｍ上に形成されている発光層２００を含む複数のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０の最上層上に形成されている半導体層側電極１５と、導電性ＧａＮ基板１０の他方の主面１０ｎ上に形成されている基板側電極１１とを含む面発光レーザ素子１である。ここで、導電性ＧａＮ基板１０は転位密度が１×１０6ｃｍ-2未満でキャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3以上の領域である低転位密度高導電領域１０ｂと、転位密度が１×１０6ｃｍ-2未満でキャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3未満の領域である低転位密度低導電領域１０ｃとを含む。また、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０は導電性ＧａＮ基板１０と発光層２００との間に形成され発光層２００に流入するキャリアの面内分布を均一にするキャリア拡散層２０１を含む。また、発光層２００中でキャリアが流入する発光領域２００ａが低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方に位置するように、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０内にキャリア狭窄層２５０が形成されている。
【００６０】
実施形態２の面発光レーザ素子において、面発光を可能とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０の共振器構造は、図１および図２には記載されていないが、たとえば、図６（ｂ）に示すようなｎ型層側のＤＢＲ（multilayer distributed Bragg reflector；ブラッグリフレクタ、以下同じ）２１３と誘電体ミラー１０３との組み合わせ構造、図７（ｂ）に示すようなｎ型層側のＤＢＲ２１３とｐ型層側のＤＢＲ２２３との組み合わせ構造、図８（ｂ）に示すようなフォトニック結晶層２３３を含む構造などが、好ましく挙げられる。
【００６１】
実施形態２の面発光レーザ素子において、キャリア拡散層２０１は、キャリア濃度が１×１０17ｃｍ-3以上であり厚さが４μｍ以上とすることが好ましい。かかる面発光レーザ素子は、キャリア濃度が１×１０17ｃｍ-3以上に高導電性を有し４μｍ以上に厚いキャリア拡散層２０１が導電性ＧａＮ基板１０と発光層２００との間に形成されているため、発光領域２００ａ内に流入するキャリアの面内分布がより均一となり、発光領域内の発光がより均一となる。
【００６２】
実施形態の面発光レーザ素子において、導電性ＧａＮ基板１０は、さらに、転位密度が１×１０6ｃｍ-2以上でキャリア濃度１×１０18ｃｍ-3以上の領域である高転位密度高導電領域１０ａを含むことができる。かかる面発光レーザ素子は、導電性ＧａＮ基板１０の一部に高転位密度高導電領域１０ａが含まれていても、発光層２００中の発光領域２００ａは、低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方に位置するため、その転位密度が低く、発光領域内に流入するキャリアの面内分布が均一に維持されるため、発光領域内の発光が均一かつ高効率に維持される。
【００６３】
（実施形態３）
本発明にかかる面発光レーザ素子の一具体例について説明する。図６を参照して、実施形態３の面発光レーザ素子１は、導電性ＧａＮ基板１０とこの導電性ＧａＮ基板１０の一方の主面１０ｍ上に形成されている発光層２００を含む複数のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０とを含む。また、図６（ａ）および（ｂ）を参照して、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０の最上層（コンタクト層２２９）上に、ボンディングワイヤを電気的に接続するためのパッド電極１７と、このパッド電極１７に電気的に接続するように形成されたｐ型のリング状の半導体側電極１５と、このリング状の半導体側電極１５の内周側に配置された誘電体ミラー１０３とを備える。
【００６４】
図６（ｂ）を参照して、この面発光レーザ素子１の断面における具体的な構造は、ｎ型の導電性ＧａＮ基板１０の一方の主面１０ｍ（複数のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が形成されている側の主面をいう、以下同じ）上にキャリア拡散層２０１が形成されている。このキャリア拡散層２０１を構成する材料としては、たとえばｎ型ＧａＮ（ｎ型の導電型を有するＧａＮ）を用いることができる。
【００６５】
このキャリア拡散層２０１上には、ｎ型層側のＤＢＲ２１３が形成されている。このＤＢＲ２１３は、ｎ型ＡｌＧａＮとｎ型ＧａＮとからなる層が複数積層した多層膜からなる。このＤＢＲ２１３上にはｎ型のクラッド層２１５が形成されている。このクラッド層２１５を構成する材料としては、たとえばｎ型ＡｌＧａＮを用いることができる。このクラッド層２１５上には発光層２００が形成されている。この発光層２００としては、たとえばＧａ1-xＩｎxＮ層（０＜ｘ＜１）とＧａＮ層とを積層した多層膜構造を有する多重量子井戸発光層とすることができる。この発光層２００上にｐ型のクラッド層２２５を形成する。このクラッド層２２５を構成する材料としては、たとえばｐ型Ａｌ1-xＧａxＮ（０＜ｘ＜１））を用いることができる。このクラッド層２２５上にはｐ型のコンタクト層２２７が形成されている。このコンタクト層２２７を構成する材料としては、たとえばＧａＮを用いることができる。
【００６６】
このコンタクト層２２７上に絶縁体からなるキャリア狭窄層２５０ａが形成されている。このキャリア狭窄層２５０ａを構成する材料としては、たとえばＳｉＯ2からなる絶縁膜を用いることができる。このキャリア狭窄層２５０ａには、ｎ型の導電性ＧａＮ基板１０の低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方であって、かつ、後述する誘電体ミラー１０３下に位置する領域に、平面形状が円形状の開口部が形成されている。この開口部がいわゆる発光領域２００ａとなる。すなわち、発光領域２００ａは、低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方であって、かつ、誘電体ミラー１０３が形成されている領域（誘電体ミラーの形成領域１０３ａ）内の下方に位置するように形成される。この開口部の直径は幅Ｄ（図６参照）である。このキャリア狭窄層２５０ａ上にはｐ型のコンタクト層２２９が形成されている。このコンタクト層２２９を構成する材料としては、たとえばＧａＮを用いることができる。このコンタクト層２２９上には、上述したリング状の半導体側電極１５および誘電体ミラー１０３が形成されている。誘電体ミラー１０３は、たとえばＺｎＳとＭｇＦ2とからなる多層膜であってもよい。なお、ＤＢＲ２１３の厚みＴ（図６（ｂ）参照）は、３μｍ以上６μｍ以下であることが好ましい。
【００６７】
たとえば、サファイア基板上に、ＤＢＲ２１３として厚み３μｍ以上のものを形成すると、サファイア基板とＤＢＲ２１３との格子定数の差から大きな歪が生じる。この結果、クラック(ひび）が発生して特性が劣化する。しかし、導電性ＧａＮ基板１０上にＤＢＲ２１３を形成した場合は、導電性ＧａＮ基板１０とＤＢＲ２１３との格子整合度が著しく上昇するため、歪は減少する。この結果、クラックの発生を抑制できる。このように、導電性ＧａＮ基板１０を用いれば、上述のような膜厚の厚いＤＢＲ２１３を形成することができる。このような厚いＤＢＲ２１３では、レーザ光として出射する波長の光について高い反射率を実現できる。この結果、誘電体ミラー１０３側からレーザ光を出射させることができる。
【００６８】
また、ｎ型の導電性ＧａＮ基板（ｎ型の導電型を有する導電性ＧａＮ基板）１０の他方の主面１０ｎ（複数のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が形成されていない側の主面をいう、以下同じ）上に基板側電極１１（ｎ側の電極）が形成されている。
【００６９】
この実施形態３の面発光レーザ素子は、発光層２００に流入するキャリアの面内分布を均一にするキャリア拡散層２０１が導電性ＧａＮ基板１０と発光層２００との間に形成されているため、発光層２００に含まれる発光領域２００ａが導電性ＧａＮ基板１０中の低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方に位置していても、発光領域２００ａ内に流入するキャリアの面内分布が均一となり、発光領域２００ａ内の発光が均一となる。
【００７０】
また、実施形態３の面発光レーザ素子において、キャリア拡散層２０１は、キャリア濃度が１×１０17ｃｍ-3以上であり厚さが４μｍ以上であることが好ましい。キャリア濃度が１×１０17ｃｍ-3以上に高導電性を有し４μｍ以上に厚いキャリア拡散層２０１が導電性ＧａＮ基板１０と発光層２００との間に形成されることにより、発光領域２００ａ内に流入するキャリアの面内分布がより均一になり、発光領域内の発光がより均一になる。
【００７１】
また、低転位密度高導電領域１０ｂが転位密度１×１０6ｃｍ-2未満でキャリア濃度１×１０18ｃｍ-3以上の領域であり、低転位密度低導電領域１０ｃが転位密度１×１０6ｃｍ-2未満でキャリア濃度１×１０18ｃｍ-3未満の領域であると、発光層中の発光領域における転位が低くなり、発光効率がより高くなる。
【００７２】
（実施形態４）
本発明にかかる面発光レーザ素子の他の具体例について説明する。図７を参照して、実施形態４の面発光レーザ素子１は、基本的には図６に示した実施形態３の面発光レーザ素子と同様の平面構造を有しているが、リング状の半導体側電極１５の内周側に図６に示したような誘電体ミラー１０３が配置されていない点が異なる。また、図７（ｂ）を参照して、その断面構造については、ｎ型の導電性ＧａＮ基板１０の一方の主面１０ｍ上にキャリア拡散層２０１、ｎ型層側のＤＢＲ２１３、ｎ型のクラッド層２１５および発光層２００が配置され、また、ｎ型の導電性ＧａＮ基板１０の他方の主面１０ｎ上に基板側電極１１（ｎ側の電極）が形成されている。図７（ｂ）に示した面発光レーザ素子においては、この発光層２００から下層の構造は図６（ｂ）に示した実施形態３の面発光レーザ素子と同様である。ただし、図７（ｂ）に示した面発光レーザ素子は、発光層２００より上層の構造が図６（ｂ）に示した実施形態３の面発光レーザ素子とは異なっている。
【００７３】
図７（ｂ）に示すように、本実施形態の面発光レーザ素子１は、具体的には、発光層２００上にｐ型のクラッド層２２５が形成されている。そして、このクラッド層２１５上にはｐ型層側のＤＢＲ２２３が形成されている。ＤＢＲ２２３は、複数種類の窒化物エピタキシャル層を交互に積層した多層膜構造となっている。たとえば、ＤＢＲ２２３として、Ａｌ1-xＧａxＮ（０＜ｘ＜１）とＧａＮとを交互に積層した多層膜、あるいはＡｌ1-xＧａxＮ（０＜ｘ＜１）とＧａ1-yＩｎyＮ（０＜ｙ＜１）とを交互に積層した多層膜構造などを用いることができる。そして、このＤＢＲ２２３上にｐ型のコンタクト層２２９を形成する。このコンタクト層２２９上には、上述したリング状の半導体側電極１５が形成されている。そして、ＤＢＲ２２３およびクラッド層２２５に、イオンを注入することにより絶縁化された絶縁化領域２５０ｂが形成されている。クラッド層２２５においては、ちょうどリング状の半導体側電極１５の内周側の直下に位置する部分であって、ｎ型の導電性ＧａＮ基板１０の低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方に、絶縁化領域２５０ｂが形成されていない平面形状が円形状の領域が形成されている。この領域が、発光領域２００ａとなる。この領域の幅Ｄ（直径）はたとえば５μｍとすることができる。そして、ＤＢＲ２１３、２２３の厚さＴはたとえば３μｍ以上６μｍ以下とすることができる。
【００７４】
このような構造では、導電性ＧａＮ基板１０上に窒化物半導体層からなるＤＢＲ２１３、２２３を相対的に厚い膜厚（３μｍ以上６μｍ以下という膜厚）で形成できるので、発光層２００において発光した光を２つのＤＢＲ２１３、２２３の間で十分に反射させることができる。この結果、十分な光量のレーザ光を発振させることができる。
【００７５】
また、実施形態４の面発光レーザ素子は、発光層に流入するキャリアの面内分布を均一にするキャリア拡散層２０１が導電性ＧａＮ基板１０と発光層２００との間に形成されているため、発光層２００中の発光領域２００ａが導電性ＧａＮ基板１０中の低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方に位置していても、発光領域２００ａ内に流入するキャリアの面内分布が均一となり、発光領域２００ａ内の発光が均一となる。
【００７６】
実施形態４の面発光レーザ素子において、キャリア拡散層２０１は、キャリア濃度が１×１０17ｃｍ-3以上であり厚さが４μｍ以上であることが好ましい。キャリア濃度が１×１０17ｃｍ-3以上に高導電性を有し４μｍ以上に厚いキャリア拡散層２０１がを導電性ＧａＮ基板１０と発光層２００との間に形成されることにより、発光領域２００ａ内に流入するキャリアの面内分布がより均一になり、発光領域内の発光がより均一になる。
【００７７】
また、低転位密度高導電領域１０ｂが転位密度１×１０6ｃｍ-2未満でキャリア濃度１×１０18ｃｍ-3以上の領域であり、低転位密度低導電領域１０ｃが転位密度１×１０6ｃｍ-2未満でキャリア濃度１×１０18ｃｍ-3未満の領域であると、発光層中の発光領域における転位が低くなり、発光効率がより高くなる。
【００７８】
（実施形態５）
本発明にかかる面発光レーザ素子のさらに他の具体例について説明する。実施形態５の面発光レーザ素子１は、その平面構造については、図８（ａ）に示すように、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０の最上層（コンタクト層２２９）上に、半導体側電極１５とそれに電気的に接続されているパッド電極１７が形成されている。また、その断面構造については、図８（ｂ）に示すように、また、ｎ型の導電性ＧａＮ基板１０の一方の主面１０ｍ上に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０として、キャリア拡散層２０１、ｎ型のクラッド層２１５、発光層２００、ｐ型のクラッド層２２５、フォトニック結晶層２３３、ｐ型のクラッド層２２６およびコンタクト層２２９が形成されている。このコンタクト層２２９上に半導体側電極１５が形成されている。また、ｎ型の導電性ＧａＮ基板１０の他方の主面１０ｎ上に基板側電極１１（ｎ側電極）が形成されている。
【００７９】
図８（ｂ）に示した実施形態５の面発光レーザ素子においては、図６（ｂ）に示した実施形態３の面発光レーザ素子のＤＢＲ２１３および誘電体ミラー１０３、または、図７（ｂ）に示した実施形態４の面発光レーザ素子の一対のＤＢＲ２１３，２２３のような複雑な共振器構造はなく、２つのｐ型のクラッド層２２５および２２６の間に形成された２次元回折格子としてのフォトニック結晶層２３３により、面発光が可能となる。
【００８０】
また、図８（ｂ）に示した実施形態５の面発光レーザ素子においては、ＩＩＩ−Ｖ族化合物層２０の最上層であるコンタクト層２２９上であって、導電性ＧａＮ基板１０の低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方に、半導体側電極１５が形成されている。このように半導体側電極１５が形成されていることにより、発光領域２００ａが低転位密度高導電領域１０ｂ内の上方に位置している。この発光領域２００ａの幅Ｄ（直径）はたとえば、５０μｍ〜２００μｍ程度とすることができる。
【００８１】
実施形態５の面発光レーザ素子は、図８（ａ）および（ｂ）を参照して、導電性ＧａＮ基板１０の一方の主面１０ｍ上に、キャリア拡散層２０１、ｎ型のクラッド層２１５、発光層２００、ｐ型のクラッド層２２５、フォトニック結晶層２３３、ｐ型のクラッド層２２６、およびコンタクト層２２９が、この順序で積層されている。コンタクト層２２９上には半導体側電極１５が設けられている。導電性ＧａＮ基板１０の他方の主面１０ｎには、基板側電極１１（ｎ側電極）が設けられている。半導体側電極１５および基板側電極１１は、たとえばＡｕ（金）などよりなっている。
【００８２】
発光層２００は、たとえばＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＮ（０≦ｘ，ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）よりなる多重量子井戸により構成されている。また、単一の半導体材料よりなっていてもよい。発光層２００は、フォトニック結晶層２３３に沿って設けられ所定の方向に伸びる複数の量子細線として形成されることができ、また、フォトニック結晶層２３３に沿って設けられ複数の量子箱として形成されることができる。各量子細線は、その長手方向と直交する２方向に関して電子のエネルギ準位が離散的になるような寸法（たとえば数十ｎｍ程度）を有する。各量子箱は、互いに直交する３方向に関して電子のエネルギ準位が離散的になるような寸法（たとえば数十ｎｍ程度）を有する。このような量子構造を備えると状態密度が大きくなるので、発光効率が高められると共に、発光スペクトルが先鋭化される。
【００８３】
ここで、図９を参照して、フォトニック結晶層２３３について説明する。フォトニック結晶層２３３は、結晶層２３３ａと、結晶層２３３ａよりも低屈折率である複数の回折格子孔２３３ｂとを含んでいる。結晶層２３３ａはＧａＮよりなっており、結晶層２３３ａに形成された孔が回折格子孔２３３ｂである。つまり、回折格子孔２３３ｂは空気よりなっている。
【００８４】
フォトニック結晶層２３３においては、結晶層２３３ａの一種面に複数の回折格子孔２３３ｂが、三角格子または正方格子を形成するように設けられている。各々の回折格子孔２２３ｂは、柱状（例えば、円柱形状）の空間部として設けられている。各々の回折格子孔２３３ｂの中心とこれに隣接する回折格子孔２３３ｂの中心との距離ＰPは等しい値であり、たとえば０．１６μｍである。また、回折格子孔２３３ｂの直径ＤPはたとえば０．０６μｍである。
【００８５】
フォトニック結晶層２３３において、結晶層２３３ａは第１の屈折率（ＧａＮの場合２．５４）を有し、周期的に形成された回折格子孔２３３ｂは第２の屈折率（空気の場合１）を有する。回折格子孔２３３ｂには、結晶層２３３ａと異なる物質を埋め込むことが可能である。しかしながら、第１の屈折率と第２の屈折率との差を大きくとるためには、回折格子孔２３３ｂは何も埋め込まない状態（気体、たとえば空気が存在する状態）であることが好ましい。このように屈折率の差を大きくとると、第１の屈折率の媒質内に光を閉じ込めることができる。なお、回折格子孔２３３ｂを埋め込む材料、つまり低屈折率の誘電体材料としては、シリコン窒化膜（ＳｉＮx）などを用いることができる。
【００８６】
フォトニック結晶層２３３は、第１の方向と、この方向と所定の角度をなす第２の方向とに対して、等しい周期（格子定数に対応する値）を有する回折格子である。フォトニック結晶層２３３には、上記の２方向およびそれらの方向の周期に関して様々な選択が可能である。また、少なくとも発光領域２００ａ内に存在する導電性ＧａＮ基板１０および結晶層２３３ａの転位密度を１×１０6ｃｍ-2以下にすることにより、発光領域２００ａ内に存在する結晶層２２３ａに回折格子孔２３３ｂを形成するエッチング工程において、転位に起因する欠陥の集合体が生じなくなる。
【００８７】
ここで、実施形態５の面発光レーザ素子の面発光について説明する。図８（ｂ）を参照して、半導体側電極１５に正電圧を印加すると、ｐ型のクラッド層２２５および２２６から発光層２００へ正孔が注入され、ｎ型のクラッド層２１５から発光層２００へ電子が注入される。発光層２００へ正孔および電子（正孔および電子を総称してキャリアという）が注入されると、キャリアの再結合が起こり、光が発生される。発生される光の波長は、発光層２００が備える半導体層のバンドギャップによって規定される。
【００８８】
発光層２００において発生された光は、ｎ型のクラッド層２１５およびｐ型のクラッド層２２５によって発光層２００内に閉じ込められるが、一部の光はエバネッセント光としてフォトニック結晶層２３３に到達する。フォトニック結晶層２３３に到達したエバネッセント光の波長と、フォトニック結晶層２３３が有する所定の周期とが一致する場合には、その周期に対応する波長において光は回折を繰り返し、定在波が発生し、位相条件が規定される。フォトニック結晶層２３３によって位相が規定された光は、発光層２００内の光にフィードバックされ、やはり定在波を発生させる。この定在波は、フォトニック結晶層２３３において規定される光の波長および位相条件を満足している。
【００８９】
このような現象は、発光層２００およびフォトニック結晶層２３３が２次元的に広がりをもって形成されているので、発光領域２３３ａにおいて生じうる。十分な量の光がこの状態に蓄積された場合、波長および位相条件の揃った光が、フォトニック結晶層２３３の主面２３３ｍに垂直な方向（図９の上方向）に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０の最上層の主面から誘導放出される。
【００９０】
また、実施形態５の面発光レーザ素子は、発光層に流入するキャリアの面内分布を均一にするキャリア拡散層２０１が導電性ＧａＮ基板１０と発光層２００との間に形成されているため、発光層２００中の発光領域２００ａが導電性ＧａＮ基板１０中の低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方に位置していても、発光領域２００ａ内に流入するキャリアの面内分布が均一となり、発光領域２００ａ内の発光が均一となる。
【００９１】
実施形態５の面発光レーザ素子において、キャリア拡散層２０１は、キャリア濃度が１×１０17ｃｍ-3以上であり厚さが４μｍ以上であることが好ましい。キャリア濃度が１×１０17ｃｍ-3以上に高導電性を有し４μｍ以上に厚いキャリア拡散層２０１が導電性ＧａＮ基板１０と発光層２００との間に形成されることにより、発光領域２００ａ内に流入するキャリアの面内分布がより均一になり、発光領域内の発光がより均一になる。
【００９２】
また、低転位密度高導電領域１０ｂが転位密度１×１０6ｃｍ-2未満でキャリア濃度１×１０18ｃｍ-3以上の領域であり、低転位密度低導電領域１０ｃが転位密度１×１０6ｃｍ-2未満でキャリア濃度１×１０18ｃｍ-3未満の領域であると、発光層中の発光領域における転位が低くなり、発光効率がより高くなる。
【００９３】
なお、実施形態５の半導体レーザ素子１の各部分の寸法を例示的に以下に列挙すると、導電性ＧａＮ基板１０の厚さはたとえば１００μｍであり、フォトニック結晶層２２３の厚さはたとえば０．１μｍであり、ｎ型のクラッド層２１５およびｐ型のクラッド層２２６の各々の厚みはたとえば０．５μｍであり、発光層２００およびｐ型のクラッド層２２５の各々の厚みはたとえば０．１μｍである。
【００９４】
上記実施形態３〜５においては、図６、図７および図８に示すように、いずれにおいても、１つの面発光レーザ素子１について１つの発光領域２００ａを有する素子を例示した。しかし、１つの面発光レーザ素子について発光領域は１つに限定されない。たとえば、図１６に示すような１つの面発光レーザ素子１について複数の発光領域２００ａを有する素子は、１つの素子当たりの発光強度を高める観点から好ましい。
【００９５】
（実施形態６）
本発明にかかる面発光レーザアレイの製造方法は、図１７および図１８を参照して、面発光レーザ素子１を複数個含む面発光レーザアレイ２の製造方法であって、導電性ＧａＮ基板１０として、転位密度およびキャリア濃度が高い高転位密度高導電領域１０ａと、高転位密度高導電領域１０ａに比べて転位密度が低い低転位密度高導電領域１０ｂと、高転位密度高導電領域１０ａに比べて転位密度およびキャリア濃度が低い低転位密度低導電領域１０ｃとを含む導電性ＧａＮ複領域基板を準備する工程と、導電性ＧａＮ複領域基板の一方の主面１０ｍ上に発光層２００を含む複数のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０を形成する半導体層形成工程と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０の最上層上に半導体層側電極１５を形成し、導電性ＧａＮ複領域基板の他方の主面１０ｎ上に基板側電極１１を形成する電極形成工程とを含み、半導体層形成工程において、発光層２００に流入するキャリアの面内分布を均一にするキャリア拡散層２０１を導電性ＧａＮ複領域基板（導電性ＧａＮ基板１０）と発光層２００との間に形成し、半導体形成工程および電極形成工程の少なくともいずれかの工程において、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０および半導体側電極１５の少なくともいずれかを、面発光レーザアレイ２に含まれる各々の面発光レーザ素子１の発光層２００中でキャリアが流入する発光領域２００ａが低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方に制限されるように形成することを特徴とする。
【００９６】
実施形態６の面発光レーザアレイの製造方法においては、発光層２００に流入するキャリアの面内分布を均一にするキャリア拡散層２０１を導電性ＧａＮ複領域基板（導電性ＧａＮ基板１０）と発光層２００との間に形成するとともに、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０および半導体側電極１５の少なくともいずれかを、面発光レーザアレイ２に含まれる各々の面発光レーザ素子１の発光層２００中でキャリアが流入する発光領域２００ａが低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方に制限されるように形成することにより、各々の面発光素子レーザ１の発光領域２００ａ内に均一にキャリアが流入するため、発光領域２００ａ内の発光が均一な面発光レーザアレイ２が得られる。
【００９７】
実施形態６の面発光レーザアレイの製造方法において、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０および半導体側電極１５の少なくともいずれかを、面発光レーザアレイ２に含まれる各々の面発光レーザ素子１の発光層２００中でキャリアが流入する発光領域２００ａが低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方に制限されるように形成する方法には、特に制限はないが、たとえば、以下の方法が好ましく用いられる。
【００９８】
（実施形態６−１）
図１７を参照して、実施形態６の面発光レーザアレイの製造方法における電極形成工程において、発光領域２００ａが低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方に制限されるように、半導体側電極１５を低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方の位置に形成することができる。実施形態６−１によれば、基板側電極１１が低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の下方のみならず高転位密度高導電領域１０ａの下方までに拡がって形成されていても、半導体側電極１５を低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方の位置に形成することにより、各々の面発光レーザ素子１の発光層２００中でキャリアが流入する発光領域２００ａを低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方に制限することができる。
【００９９】
図１７（ａ）および（ｂ）を参照して、実施形態６−１の面発光レーザ素子においては、半導体側電極１５が不透明の場合は、発光領域２００ａ（直径Ｄ）内の発光は、上記半導体側電極１５の外周の近傍領域（外周から５μｍ程度までの外側領域をいう、以下同じ）の主面のみから外部に取り出される。また、半導体側電極１５内に１以上の開口部（図示せず）を設けることにより、その開口部から発光領域２００ａ内の発光を外部に取り出すことができる。さらに、半導体側電極１５を透明電極とすることにより、半導体側電極１５の全領域から発光領域２００ａ内の発光を外部に取り出すことができる。なお、図１７（ｂ）より明らかに、発光層２００の発光領域２００ａは半導体側電極１５の形成領域とほぼ一致するが、図１７（ａ）においては見やすいように境界線をずらして描いている。
【０１００】
（実施形態６−２）
図１８を参照して、実施形態６の面発光レーザアレイの製造方法における半導体形成工程において、発光領域２００ａが低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方に制限されるように、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０内にキャリア狭窄領域２５０を形成することができる。実施形態６−２によれば、半導体側電極１５および基板側電極１１が、それぞれ低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方または下方のみならず、高転位密度高導電領域１０ａの上方または下方までに拡がって形成されていても、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０内にキャリア狭窄領域２５０を形成することにより、各々の面発光レーザ素子１の発光層２００中でキャリアが流入する発光領域２００ａを低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方に制限することができる。
【０１０１】
ここで、キャリア狭窄領域２５０を形成する方法には、発明の目的を適合するものであれば特に制限はないが、たとえばメサエッチングによりメサ状に領域を区切る場合は、そのメサ側面部に入ったエッチングダメージにより、流入したキャリアの一部が再結合してしまう。かかるキャリアの再結合を防止する観点から、図６（ｂ）に示すように絶縁体からなるキャリア狭窄層２５０ａを形成する方法、図７（ｂ）に示すようにイオン注入などにより絶縁化された絶縁化領域２５０ｂを形成する方法などが好ましく挙げられる。
【０１０２】
図１８（ａ）および（ｂ）を参照して、実施形態６−２においては、各々の面発光レーザ素子１の半導体側電極１５として、導電性ＧａＮ基板１０の低転位密度高導電領域１０ｂ内の上方に開口領域が位置する開口部を有するリング状の半導体側電極１５が形成されている。上記キャリア狭窄領域２５０により、発光領域２００ａが、リング状の半導体側電極１５の開口領域内に制限されているため、各々の面発光レーザ素子１の発光領域２００ａの発光は、リング状の半導体側電極１５の開口領域内から外部に取り出される。
【０１０３】
各々の面発光レーザ素子の発光層２００中でキャリアが流入する発光領域２００ａを低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方に制限する方法として、実施形態６−１では半導体側電極１５を低転位密度高導電領域１０ｂ内の上方の位置に形成する方法を、実施形態６−２ではＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０内にキャリア狭窄領域２５０を形成する方法を示したが、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０内にキャリア狭窄領域２５０を形成するとともに、半導体側電極１５を低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方の位置に形成する方法を用いることも好ましい。
【０１０４】
また、実施形態６の面発光レーザアレイの製造方法によって得られる各々の面発光レーザ素子において、面発光を可能とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０の積層構造には、特に制限はないが、たとえば、図６（ｂ）に示すようなｎ型層側のＤＢＲ（multilayer distributed Bragg reflector；ブラッグリフレクタ、以下同じ）２１３と誘電体ミラー１０３との組み合わせ構造、図７（ｂ）に示すようなｎ型層側のＤＢＲ２１３とｐ型層側のＤＢＲ２２３との組み合わせ構造、図８（ｂ）に示すようなフォトニック結晶層２３３を含む構造などが、好ましく挙げられる。
【０１０５】
実施形態６の面発光レーザアレイの製造方法において、高転位密度高導電領域は転位密度が１×１０6ｃｍ-2以上でキャリア濃度１×１０18ｃｍ-3以上の領域であり、低転位密度高導電領域は転位密度が１×１０6ｃｍ-2未満でキャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3以上の領域であり、低転位密度低導電領域は転位密度が１×１０6ｃｍ-2未満でキャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3未満の領域であることが好ましい。
かかる製造方法によれば、各々の面発光レーザ素子１について、発光層２００中の発光領域２００ａの転位密度が低く、発光領域２００ａ内の発光がより均一で発光効率がより高い面発光レーザアレイが歩留まりよく得られる。
【０１０６】
実施形態６の面発光レーザアレイの製造方法において、キャリア拡散層２０１は、キャリア濃度が１×１０17ｃｍ-3以上であり厚さが４μｍ以上とすることが好ましい。かかる製造方法によれば、各々の面発光レーザ素子１について、発光領域２００ａ内に流入するキャリアの面内分布をより均一にすることができ、発光領域２００ａ内の発光がより均一な面発光レーザアレイが歩留まりよく得られる。
【０１０７】
（実施形態７）
本発明にかかる面発光レーザアレイは、図１７および図１８を参照して、面発光レーザ素子１を複数個含む面発光レーザアレイ２であって、面発光レーザ素子１は、導電性ＧａＮ基板１０と、導電性ＧａＮ基板１０の一方の主面１０ｍ上に形成されている発光層２００を含む複数のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０の最上層上に形成されている半導体層側電極１５と、導電性ＧａＮ基板１０の他方の主面１０ｎ上に形成されている基板側電極１１とを含み、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０は、導電性ＧａＮ基板１０と発光層２００との間に形成され発光層２００に流入するキャリアの面内分布を均一にするキャリア拡散層２０１を含み、面発光レーザアレイ２は、転位密度およびキャリア濃度が高い高転位密度高導電領域１０ａと、高転位密度高導電領域１０ａに比べて転位密度が低い低転位密度高導電領域１０ｂと、高転位密度高導電領域１０ａに比べて転位密度が低くキャリア濃度が低い低転位密度低導電領域１０ｃとを含む導電性ＧａＮ複領域基板（導電性ＧａＮ基板１０）を含み、面発光レーザアレイ２に含まれる各々の面発光レーザ素子１の発光層２００中でキャリアが流入する発光領域２００ａが、低転位密度高導電領域１０ｂ内の上方に位置していることを特徴とする。
【０１０８】
実施形態７の面発光レーザアレイ２は、発光層２００に流入するキャリアの面内分布を均一にするキャリア拡散層２０１が導電性ＧａＮ基板１０と発光層２００との間に形成されているとともに、各々の面発光レーザ素子１の発光層２００中でキャリアが流入する発光領域２００ａが低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方に位置しているため、各々の面発光レーザ素子１について、発光領域２００ａ内に流入するキャリアの面内分布が均一となり、発光領域２００ａ内の発光が均一となる。
【０１０９】
実施形態７の面発光レーザアレイ２は、キャリア拡散層２０１が導電性ＧａＮ基板１０と発光層２００との間に形成されているとともに、各々の面発光レーザ素子１の発光領域２００ａが低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方に位置する構造を有するものであれば特に制限はないが、たとえば、以下の実施形態７−１または実施形態７−２の構造を有するものが挙げられる。
【０１１０】
（実施形態７−１）
実施形態７の面発光レーザアレイの一例は、図１７（ａ）および（ｂ）を参照して、以下のとおりである。すなわち、面発光レーザ素子１を複数個含む面発光レーザアレイ２である。ここで、面発光レーザ素子１は、導電性ＧａＮ基板１０と、導電性ＧａＮ基板１０の一方の主面１０ｍ上に形成されている発光層２００を含む複数のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０の最上層上に形成されている半導体層側電極１５と、導電性ＧａＮ基板１０の他方の主面１０ｎ上に形成されている基板側電極１１とを含む。また、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０は、導電性ＧａＮ基板１０と発光層２００との間に形成され発光層２００に流入するキャリアの面内分布を均一にするキャリア拡散層を２０１を含む。また、面発光レーザアレイ２は、転位密度およびキャリア濃度が高い高転位密度高導電領域１０ａと、高転位密度高導電領域１０ａに比べて転位密度が低い低転位密度高導電領域１０ｂと、高転位密度高導電領域１０ａに比べて転位密度およびキャリア濃度が低い低転位密度低導電領域１０ｃとを含む導電性ＧａＮ複領域基板（導電性ＧａＮ基板１０）を含む。また、面発光レーザアレイ２に含まれる各々の面発光レーザ素子１の発光層２００中でキャリアが流入する発光領域２００ａが、低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方に位置している。
【０１１１】
（実施形態７−２）
実施形態７の面発光レーザアレイの他の例は、図１８（ａ）および（ｂ）を参照して、以下のとおりである。すなわち、面発光レーザ素子１を複数個含む面発光レーザアレイ２である。ここで、面発光レーザ素子１は、導電性ＧａＮ基板１０と、導電性ＧａＮ基板１０の一方の主面１０ｍ上に形成されている発光層２００を含む複数のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０の最上層上に形成されている半導体層側電極１５と、導電性ＧａＮ基板１０の他方の主面１０ｎ上に形成されている基板側電極１１とを含む。ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０は、導電性ＧａＮ基板１０と発光層２００との間に形成され発光層２００に流入するキャリアの面内分布を均一にするキャリア拡散層２０１を含む。また、面発光レーザアレイ２は、転位密度およびキャリア濃度が高く高転位密度高導電領域１０ａと、高転位密度高導電領域１０ａに比べて転位密度が低い低転位密度高導電領域１０ｂと、高転位密度高導電領域１０ａに比べて転位密度およびキャリア濃度が低い低転位密度低導電領域１０ｃとを含む導電性ＧａＮ複領域基板（導電性ＧａＮ基板１０）を含む。また、面発光レーザアレイ２に含まれる各々の面発光レーザ素子１の発光層２００中でキャリアが流入する発光領域２００ａが、低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方に位置している。
【０１１２】
なお、実施形態７の面発光レーザアレイにおいて、各々の面発光レーザ素子の面発光を可能とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０の積層構造には、図１７（ｂ）および図１８（ｂ）には記載されていないが、たとえば、図６（ｂ）に示すようなｎ型層側のＤＢＲ（multilayer distributed Bragg reflector；ブラッグリフレクタ、以下同じ）２０３と誘電体ミラー１０３との組み合わせ構造、図７（ｂ）に示すようなｎ型層側のＤＢＲ２１３とｐ型層側のＤＢＲ２２３との組み合わせ構造、図８（ｂ）に示すようなフォトニック結晶層２３３を含む構造などが、好ましく挙げられる。
【０１１３】
実施形態７の面発光レーザアレイの導電性ＧａＮ複領域基板（導電性ＧａＮ基板１０）において、高転位密度高導電領域１０ａは転位密度が１×１０6ｃｍ-2以上でキャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3以上の領域と、低転位密度高導電領域１０ｂは転位密度が１×１０6ｃｍ-2未満でキャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3以上の領域と、低転位密度低導電領域１０ｃは転位密度が１×１０6ｃｍ-2未満でキャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3未満の領域となり得る。かかる面発光レーザアレイ２は、キャリア拡散層２０１が導電性ＧａＮ基板１０と発光層２００との間に形成されているとともに、転位密度が１×１０6ｃｍ-2未満でキャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3以上の領域である低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方に各々の面発光レーザ素子１の発光領域２００ａが位置しているため、発光領域２００ａ内に流入するキャリアの面内分布が均一で、発光領域２００ａ内の発光が均一で、発光効率が高くなる。
【０１１４】
実施形態７の面発光レーザアレイ２において、キャリア拡散層２０１は、キャリア濃度が１×１０17ｃｍ-3以上であり厚さが４μｍ以上とすることができる。かかる面発光レーザアレイ２は、各々の面発光レーザ素子１について、発光領域２００ａ内に流入するキャリアの面内分布がより均一となり、発光領域内の発光がより均一となる。
【０１１５】
実施形態７の面発光レーザアレイ２は、図１７および図１８を参照して、たとえば、単一の導電性ＧａＮ基板１０およびＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０の単一の積層体上に面発光レーザ素子１の単位素子を複数個並べる（１つの積層体を用いて複数の単位素子を形成する）ことにより構成されている。図１７は、単位素子として図１に示した面発光レーザ素子を２列に並べたように配置したものである。また、図１８は、単位素子として図２に示した面発光レーザ素子を２列に並べたように配置したものである。単位素子におけるパッド電極１７には、それぞれ金からなるボンディングワイヤ７０が接続固定されている。このような面発光レーザアレイにより、十分なレーザ光出力を得ることができる。
【実施例】
【０１１６】
（実施例１）
実施形態３の面発光レーザ素子についての具体的な実施例を以下に説明する。まず、ＳｉＯ2膜からなるドット状の種が４００μｍ間隔で形成されているＧａＡｓ基板（下地基板）上に、ＨＶＰＥ法により、ドーパントとしてＳｉを用いて、ファセット成長をさせて、導電性ＧａＮ基板１０として、転位密度が５×１０6ｃｍ-2でキャリア濃度が３×１０18ｃｍ-3の高転位密度高導電領域１０ａと、転位密度が１×１０5ｃｍ-2でキャリア濃度が３×１０18ｃｍ-3の低転位密度高導電領域１０ｂと、転位密度が２×１０4ｃｍ-2でキャリア濃度が３×１０15ｃｍ-3の低転位密度低導電領域１０ｃとを含むｎ型の導電性ＧａＮ複領域基板を作製した。ここで、各領域における転位密度はＥＰＤ法により測定し、各領域におけるキャリア濃度はＣ−Ｖ法およびＨａｌｌ測定法により測定した。
【０１１７】
次に、図６（ｂ）を参照して、ｎ型の導電性ＧａＮ複領域基板（導電性ＧａＮ基板１０）の一方の主面１０ｍ上に発光層２００を含む複数のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０を形成し、このＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の最上層上にリング状の半導体層側電極１５を形成し、ｎ型の導電性ＧａＮ複領域基板（導電性ＧａＮ基板１０）の他方の主面１０ｎ上に基板側電極１１を形成した。
【０１１８】
ここで、複数のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０は、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相体堆積）法により形成した。具体的には、以下のようにして、複数のＩＩＩ−Ｖ族化合物層２０を形成した。
【０１１９】
まず、ｎ型の導電性ＧａＮ複領域基板（導電性ＧａＮ基板１０）上に、キャリア拡散層２０１として、キャリア濃度が５×１０17ｃｍ-3で厚さが５μｍのｎ型ＧａＮ層を形成した。このキャリア拡散層２０１上にｎ型層側のＤＢＲ２１３を形成した。このＤＢＲ２１３としては、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ／ＧａＮ多層構造（Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ層とＧａＮ層とを交互に積層した積層構造）を採用した。ここで、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ層とＧａＮ層との一組（１ペア）当たりの合計厚みは約８６ｎｍとし、６０ペアの多層構造とした。このＤＢＲ２１３の平均のキャリア濃度は５×１０16ｃｍ-3であった。このＤＢＲ２１３上にｎ型のクラッド層２１５を形成した。このクラッド層２１５上に発光層２００としてＧａ0.9Ｉｎ0.1Ｎ／ＧａＮ多重量子井戸構造を形成した。具体的には、Ｇａ0.9Ｉｎ0.1Ｎ層とＧａＮ層とを交互に積層した多層構造を形成した。この発光層２００上に、ｐ型のクラッド層２２５を形成した。ここで、ｎ型のクラッド層２１５はｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層であり、ｐ型のクラッド層２２５はｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層である。
【０１２０】
次いで、ｐ型のクラッド層２２５上にｐ型のコンタクト層２２７を形成した。ここで、ｐ型のコンタクト層２２７はｐ+型ＧａＮコンタクト層である。このｐ型のコンタクト層２２７上にＳｉＯ2絶縁体からなる電流狭窄層２５０ａを形成した。ここで、電流狭窄層２５０ａによって指定される発光領域（電流狭窄層２５０ａにより形成された平面形状が円形の開口部により規定される領域）２００ａが、導電性ＧａＮ基板１０の低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方に位置するように、電流狭窄層２５０ａを形成した。また、発光領域２００ａの直径Ｄは５μｍとした。この発光領域２００ａ内の下方に位置する低転位密度高導電領域１０ｂと低転位密度低導電領域１０ｃとの面積比は、２：１であった。この電流狭窄層２５０ａ上に上記ｐ型のコンタクト層２２７と同じ化学組成のｐ型のコンタクト層２２９を形成した。
【０１２１】
次いで、このｐ型コンタクト層２２９上にリング状の半導体側電極１５（ｐ側電極）および誘電体ミラー１０３を形成し、導電性ＧａＮ基板１０の他方の主面１０ｎ上に基板側電極１１（ｎ側電極）を形成して、本実施例の面発光レーザ素子を得た。ここで、誘電体ミラー１０３としては、４２０ｎｍ近傍の波長の光について９９％の反射率を有するＺｎＳ／ＭｇＦ2多層膜（１２ペア）を採用した。ここで、誘電体ミラー１０３の形成領域１０３ａが発光領域２００ａの全領域を含むように、誘電体ミラー１０３を形成した。なお、誘電体ミラー１０３を囲むように配置されたリング状の半導体側電極１５は、上述した発光領域へ電流を注入するためのものである。
【０１２２】
得られた面発光レーザ素子に、電流を注入したところ、４ｋＡ／ｃｍ2以上の電流密度においてレーザ発振が認められ、その発光は均一であった。
【０１２３】
（比較例１）
導電性ＧａＮ基板１０の一方の主面上に、キャリア拡散層２０１を形成せずに、ｎ型層側のＤＢＲ２１３を直接形成したこと以外は、実施例１と同様にして、面発光レーザ素子を得た。得られた面発光レーザ素子に、電流を注入したところ、８ｋＡ／ｃｍ2以上の電流密度においてレーザ発振が認められ、その発光は均一でなかった。
【０１２４】
（実施例２）
実施形態４の面発光レーザ素子についての具体的な実施例を以下に説明する。まず、実施例１と同様の特性を有する導電性ＧａＮ複領域基板（導電性ＧａＮ基板１０）を作製した。次に、図７（ｂ）を参照して、ｎ型の導電性ＧａＮ複領域基板（導電性ＧａＮ基板１０）の一方の主面１０ｍ上に発光層２００を含む複数のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０を形成し、このＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の最上層上にリング状の半導体層側電極１５を形成し、ｎ型の導電性ＧａＮ複領域基板（導電性ＧａＮ基板１０）の他方の主面１０ｎ上に基板側電極１１を形成して、発光層２００の発光領域２００ａが低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方に位置するようにした。
【０１２５】
ここで、複数のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０は、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相体堆積）法により形成した。具体的には、以下のようにして、複数のＩＩＩ−Ｖ族化合物層２０を形成した。
【０１２６】
実施例１と同様にして、ｎ型の導電性ＧａＮ複領域基板（導電性ＧａＮ基板１０）上に、キャリア拡散層２０１（ｎ型ＧａＮ層）、ｎ型層側のＤＢＲ２１３（６０ペアのＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ／ＧａＮ多層構造。なお、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ層とＧａＮ層との１ペア当たりの合計厚みは約８０ｎｍとした。また、平均のキャリア濃度は５×１０16ｃｍ-3であった。）、ｎ型のクラッド層２１５（ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層）、発光層２００（Ｇａ0.9Ｉｎ0.1Ｎ／ＧａＮ多重量子井戸構造）およびｐ型のクラッド層２２５（ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層）を順次形成した。
【０１２７】
次いで、ｐ型のクラッド層２２５上に、ｐ型層側のＤＢＲ２２３を形成した。ここで、ＤＢＲ２２３は、６０ペアのＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ／ＧａＮ多層構造（Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ層とＧａＮ層とを交互に積層した積層構造）、すなわち、ＤＢＲ２１３と同一の構造を採用した。なお、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ層とＧａＮ層との１ペア当たりの合計厚みは約８０ｎｍとした。このＤＢＲ２２３の平均のキャリア濃度は、３×１０16ｃｍ-3であった。このＤＢＲ２２３上に、ｐ型のコンタクト層２２９としてｐ+型ＧａＮコンタクト層を形成した。
【０１２８】
次いで、メサエッチングおよびイオン注入による選択的部分絶縁化により、ｐ型のグラッド層２２５およびＤＢＲ２２３の一部に絶縁化領域２５０ｂを形成した。この絶縁化領域２５０ｂによって指定される発光領域（絶縁化領域２５０ｂにより形成された平面形状が円形の開口部により規定される領域）２００ａが、導電性ＧａＮ基板１０に含まれる低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方に位置するように、絶縁化領域２５０ｂを形成した。また、発光領域２００ａの直径Ｄは５μｍとした。
【０１２９】
次いで、このｐ型のコンタクト層２２９上にリング状の半導体側電極１５（ｐ側電極）を形成し、導電性ＧａＮ基板１０の他の主面１０ｎ上に基板側電極１１（ｎ側電極）を形成して、本実施例の面発光レーザ素子を得た。
【０１３０】
得られた面発光レーザ素子に、電流を注入したところ、３．２ｋＡ／ｃｍ2以上の電流密度においてレーザ発振が認められ、その発光は均一であった。
【０１３１】
（実施例３）
実施形態５の面発光レーザ素子についての具体的な実施例を以下に説明する。まず、実施例１と同様の特性を有する導電性ＧａＮ複領域基板（導電性ＧａＮ基板１０）を作製した。次に、図８（ｂ）を参照して、ｎ型の導電性ＧａＮ複領域基板（導電性ＧａＮ基板１０）の一方の主面１０ｍ上に発光層２００を含む複数のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０を形成し、このＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の最上層上に半導体層側電極１５を形成し、ｎ型の導電性ＧａＮ複領域基板（導電性ＧａＮ基板１０）の他方の主面１０ｎ上に基板側電極１１を形成して、発光層２００の発光領域２００ａが低転位密度高導電領域１０ｂ内の上方に位置するようにした。
【０１３２】
ここで、複数のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０は、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相体堆積）法により形成した。具体的には、以下のようにして、複数のＩＩＩ−Ｖ族化合物層２０を形成した。
【０１３３】
図１０を参照して、導電性ＧａＮ複領域基板（導電性ＧａＮ基板１０）上に、
キャリア拡散層２０１（ｎ型ＧａＮ層）、ｎ型のクラッド層２１５（ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層）、発光層２００（Ｇａ0.9Ｉｎ0.1Ｎ／ＧａＮ多重量子井戸構造）、ｐ型のグラッド層２２５（ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層）およびフォトニック結晶を形成するための結晶層２３３ａ（ＧａＮ層）を順次形成した。
【０１３４】
次に、図１１を参照して、電子ビーム露光によって結晶層２３３ａ上に所定パターンのレジスト３０を形成した。すなわち、電子ビーム露光用フォトレジスト（日本ゼオン社製ＺＥＰ５２０）を塗布し、電子ビーム露光機を用いて微細孔のレジストパターンを描画した。レジスト３０のパターンは正方格子とし、０．１６μｍの間隔で直径０．０６μｍの微細孔とした。
【０１３５】
次に、図１２を参照して、レジスト３０をマスクとして結晶層２３３ａをＩＣＰ（Inductively coupled plasma）−ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法を用いてエッチングし、結晶層２３３ａの所定の位置に深さ０．１μｍの回折格子孔２３３ｂを形成し、フォトニック結晶層２３３を形成した。こうして、第１の積層体２１を得た。エッチングは、塩素ガスと少量の希ガスとの混合ガスをエッチングガスとして用いて、０．４Ｐａ程度の高真空中で行なった。このため、平坦性および垂直性の高いエッチングができた。
【０１３６】
一方、図１３を参照して、図１２の第１の積層体２１とは別に、下地基板４０（サファイア基板）上に、ＭＯＣＶＤ法により、剥離層４１（Ｉｎ0.4Ｇａ0.6Ｎ層）、ｐ型のコンタクト層２２９（ｐ+型ＧａＮコンタクト層）およびｐ型のグラッド層２２６（ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層）を形成して、第２の積層体２２を得た。
【０１３７】
次に、図１４を参照して、第１の積層体２１のフォトニック結晶層２３３と第２の積層体２２のｐ型のクラッド層２２６とが互いに対向するように、第１の積層体２１と第２の積層体２２との融着貼り付けを行なった。この融着貼り付けは、窒素雰囲気において７００℃の温度で行なった。
【０１３８】
次に、図１５を参照して、剥離層４１をレーザ光を照射しながら横方向からエッチングすることにより剥離層２２を選択的に除去した。これにより、下地基板４０からＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０の最上層であるｐ型のコンタクト層２２９が分離して、このコンタクト層２２９の上面が光放出面として露出した。
【０１３９】
次に、図８（ｂ）を参照して、発光層２００の発光領域２００ａが、導電性ＧａＮ基板１０に含まれる低転位密度高導電領域１０ｂ内の上方に位置するように、ｐ型のコンタクト層２２９上に、低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方の位置に半導体側電極１５（ｐ側電極）を形成した。この半導体側電極１５の下方にその形成領域にほぼ一致して形成される発光領域２００ａ内の下方に位置する低転位密度高導電領域１０ｂと低転位密度低導電領域１０ｃとの面積比は、２：１であった。次いで、導電性ＧａＮ基板１０ｎの他方の主面１０上に基板側電極１１（ｎ側電極）を形成して、本実施例の面発光レーザ素子を得た。
【０１４０】
得られた面発光レーザ素子に、電流を注入したところ、４ｋＡ／ｃｍ2以上の電流密度においてレーザ発振が認められ、その発光は均一であった。
【０１４１】
上記のように、図６、７および８を参照して、面発光レーザ素子１の製造において、導電性ＧａＮ基板１０として、転位密度およびキャリア濃度が高い高転位密度高導電領域１０ａと、高転位密度高導電領域に比べて転位密度が低い低転位密度高導電領域１０ｂと、高転位密度高導電領域に比べて転位密度およびキャリア濃度が低い低転位密度低導電領域１０ｃとを含む導電性ＧａＮ複領域基板を準備し、導電性ＧａＮ複領域基板の一方の主面１０ｍ上に発光層を含む複数のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０を形成する半導体層形成工程と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０の最上層上に半導体層側電極１５を形成し、導電性ＧａＮ複領域基板の他方の主面１０ｎ上に基板側電極１１を形成する電極形成工程とを含み、半導体層形成工程において、発光層２００に流入するキャリアの面内分布を均一にするキャリア拡散層２０１を導電性ＧａＮ複領域基板（導電性ＧａＮ基板１０）と発光層２００との間に形成し、半導体形成工程および電極形成工程の少なくともいずれかの工程において、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０および半導体側電極１５の少なくともいずれかを発光層２００中でキャリアが流入する発光領域２００ａが低転位密度高導電領域１０ｂおよび低転位密度低導電領域１０ｃ内の上方に制限されるように形成することにより、発光領域内に均一に電流が流入する電流が均一で、発光領域内の発光が均一な面発光レーザ素子１が歩留まりよく得られた。
【０１４２】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明でなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【０１４３】
【図１】本発明にかかる面発光レーザ素子の一例を示す模式図である。（ａ）は模式平面図であり、（ｂ）は（ａ）の線分ＩＢ−ＩＢにおける模式断面図である。
【図２】本発明にかかる面発光レーザ素子の他の例を示す模式図である。（ａ）は模式平面図であり、（ｂ）は（ａ）の線分ＩＩＢ−ＩＩＢにおける模式断面図である。
【図３】本発明に用いられる導電性ＧａＮ基板の一具体例を示す模式図である。（ａ）は模式平面図であり、（ｂ）は（ａ）の線分ＩＩＩＢ−ＩＩＩＢにおける模式断面図である。
【図４】本発明に用いられる導電性ＧａＮ基板の他の具体例を示す模式図である。（ａ）は模式平面図であり、（ｂ）は（ａ）の線分ＩＶＢ−ＩＶＢにおける模式断面図である。
【図５】本発明に用いられる導電性ＧａＮ基板のさらに他の具体例を示す模式平面図である。（ａ）は模式平面図であり、（ｂ）は（ａ）の線分ＶＢ−ＶＢにおける模式断面図である。
【図６】本発明にかかる面発光レーザ素子の一具体例を示す模式図である。（ａ）は模式平面図であり、（ｂ）は（ａ）の線分ＶＩＢ−ＶＩＢにおける模式断面図である。
【図７】本発明にかかる面発光レーザ素子の他の具体例を示す模式図である。（ａ）は模式平面図であり、（ｂ）は（ａ）の線分ＶＩＩＢ−ＶＩＩＢにおける模式断面図である。
【図８】本発明にかかる面発光レーザ素子のさらに他の具体例を示す模式図である。（ａ）は模式平面図であり、（ｂ）は（ａ）の線分ＶＩＩＩＢ−ＶＩＩＩＢにおける模式断面図である。
【図９】本発明に用いられるフォトニック結晶層を示す模式斜視図である。
【図１０】図８に示した面発光素子の製造方法の第１工程を示す模式断面図である。
【図１１】図８に示した面発光素子の製造方法の第２工程を示す模式断面図である。
【図１２】図８に示した面発光素子の製造方法の第３工程を示す模式断面図である。
【図１３】図８に示した面発光素子の製造方法の第４工程を示す模式断面図である。
【図１４】図８に示した面発光素子の製造方法の第５工程を示す模式断面図である。
【図１５】図８に示した面発光素子の製造方法の第６工程を示す模式断面図である。
【図１６】本発明にかかる面発光レーザ素子のさらに他の例を示す模式平面図である。
【図１７】本発明にかかる面発光レーザアレイの一例を示す模式図である。（ａ）は模式平面図であり、（ｂ）は（ａ）の線分ＸＶＩＩＢ−ＸＶＩＩＢにおける模式断面図である。
【図１８】本発明にかかる面発光レーザアレイの他の例を示す模式図である。（ａ）は模式平面図であり、（ｂ）は（ａ）の線分ＸＶＩＩＩＢ−ＸＶＩＩＩＢにおける模式断面図である。
【図１９】導電性ＧａＮ基板の低転位密度高導電領域および低転位密度低導電領域の拡がり抵抗を示す図である。
【符号の説明】
【０１４４】
１  面発光レーザ素子、２  面発光レーザアレイ、１０  導電性ＧａＮ基板、１０ａ  高転位密度高導電領域、１０ｂ  低転位密度高導電領域、１０ｃ  低転位密度低導電領域、１０ｍ，１０ｎ，２３３ｍ  主面、１１  基板側電極、１５  半導体側電極、１７  パッド電極、２０，２１０，２２０  ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、２１  第１の積層体、２２  第２の積層体、３０  レジスト、４０  下地基板、４１  剥離層、７０  ボンディングワイヤ、１０３  誘電体ミラー、１０３ａ  形成領域、２００  発光層、２００ａ  発光領域、２０１  キャリア拡散層、２１３，２２３  ＤＢＲ、２１５，２２５，２２６  クラッド層、２２７，２２９  コンタクト層、２３３  フォトニック結晶層、２３３ａ  結晶層、２３３ｂ  回折格子孔、２５０  キャリア狭窄領域、２５０ａ  キャリア狭窄層、２５０ｂ  絶縁化領域。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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