(57)【要約】【課題】  レーザ閾値の増加を低減し、出力を安定にするＶＣＳＥＬを提供する。【解決手段】  活性層１０４の上に配置されたｐ型の第１の半導体層１０５と、第１の半導体層１０５の上に配置され、開口部１３０を有する第２の半導体層１０６と、第２の半導体層１０６の上と開口部１３０に位置する第１の半導体層１０５の上に、開口部１３０による段差を埋めるように配置されたｐ型の第３の半導体層１０７と、を有し、第１の半導体層１０５は、水素を有し、第１の半導体層１０５は、開口部１３０に対応する部分の水素濃度が開口部１３０に対応する部分の外の部分の水素濃度よりも低い水素濃度分布を有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の反射鏡と、
前記第１の反射鏡の上に配置された活性層と、
前記活性層の上に配置されたｐ型の第１の半導体層と、
前記第１の半導体層の上に配置され、開口部を有する第２の半導体層と、
前記第２の半導体層の上と前記開口部に位置する前記第１の半導体層の上に、前記開口部による段差を埋めるように配置されたｐ型の第３の半導体層と、
前記第３の半導体の上であって、少なくとも前記開口部に対応する領域に配置された第２の反射鏡と、
前記第３の半導体層の上であって、前記開口部の外に対応する領域に配置された電極と、を有し、
前記第１の半導体層は、水素を有し、
前記第１の半導体層は、前記開口部に対応する部分の水素濃度が前記開口部の外に対応する部分の水素濃度よりも低い水素濃度分布を有することを特徴とする面発光レーザ。
【請求項２】
第１の反射鏡と、
前記第１の反射鏡の上に配置された活性層と、
前記活性層の上に配置されたｐ型の第１の半導体層と、
前記第１の半導体層の上に配置され、開口部を有する第２の半導体層と、
前記第２の半導体層の上と前記開口部に位置する前記第１の半導体層の上に、前記開口部による段差を埋めるように配置されたｐ型の第３の半導体層と、
前記第３の半導体の上であって、少なくとも前記開口部に対応する領域に配置された第２の反射鏡と、
前記第３の半導体層の上であって、前記開口部の外に対応する領域に配置された電極と、を有し、
前記第１の半導体層は、水素を有し、
前記第１の半導体層は、前記開口部に対応する部分の電気抵抗が前記開口部の外に対応する部分の電気抵抗よりも小さい電気抵抗の分布を有することを特徴とする面発光レーザ。
【請求項３】
第１の反射鏡と、
前記第１の反射鏡の上に配置された活性層と、
前記活性層の上に配置されたｐ型の第１の半導体層と、
前記第１の半導体層の上に配置され、開口部を有する第２の半導体層と、
前記第２の半導体層の上と前記開口部に位置する前記第１の半導体層の上に、前記開口部による段差を埋めるように配置されたｐ型の第３の半導体層と、
前記第３の半導体の上であって、少なくとも前記開口部に対応する領域に配置された第２の反射鏡と、
前記第３の半導体層の上であって、前記開口部の外に対応する領域に配置された電極と、を有し、
前記第１の半導体層は、水素を有し、
前記第１の半導体層は、前記開口部に対応する部分のキャリア濃度が前記開口部の外に対応する部分のキャリア濃度よりも高いキャリア濃度分布を有することを特徴とする面発光レーザ。
【請求項４】
前記第２の半導体層は、層全体が空乏層であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の面発光レーザ。
【請求項５】
前記第１の半導体層と前記第２の半導体層との接合によって生じた空乏層のうち第２の半導体層の側の空乏層をＷｎ１、前記第３の半導体層と前記第２の半導体層との接合によって生じた空乏層のうち第２の半導体層の側の空乏層をＷｎ２として、
前記第２の半導体層の厚さｔは、
ｔ≦Ｗｎ１＋Ｗｎ２
を満たすことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の面発光レーザ。
【請求項６】
前記第１の半導体層は、Ｍｇを含み、
前記第２の半導体層は、Ｓｉを含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の面発光レーザ。
【請求項７】
前記第２の半導体層に含まれるＳｉの濃度は、前記第１の半導体層に含まれるＭｇの濃度よりも低いことを特徴とする請求項６に記載の面発光レーザ。
【請求項８】
前記第１の半導体層と前記第２の半導体層と前記第３の半導体層は、窒化物半導体で構成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の面発光レーザ。
【請求項９】
複数の面発光レーザを有するレーザアレイであって、
前記複数の面発光レーザの少なくとも１つは、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の面発光レーザであることを特徴とするレーザアレイ。
【請求項１０】
一対の反射鏡と、
前記一対の反射鏡の間に配置されたレーザ媒体と
前記レーザ媒体を励起するための光源と、を有する固体レーザであって、
前記光源が、請求項９に記載のレーザアレイを有することを特徴とする固体レーザ。
【請求項１１】
請求項１０に記載の固体レーザと、
前記固体レーザから射出される光を被検体に照射することにより発生する音響波を検出して電気信号を出力する検出素子と、
前記検出素子から出力された電気信号に基づいて、前記被検体内部の情報を取得する取得部と、を有する情報取得装置。
【請求項１２】
請求項９に記載のレーザアレイと、
前記面発光レーザから射出される光によって潜像が露光される感光体と、を有する画像形成装置。
【請求項１３】
複数の面発光レーザを有するレーザアレイの製造方法であって、
第１の反射鏡を形成する工程と、
前記第１の反射鏡の上に活性層を形成する工程と、
前記活性層の上にｐ型の第１の半導体層を形成する工程と、
前記第１の半導体層の上に、開口部を有する第２の半導体層を形成する工程と、
前記第２の半導体層の上と前記開口部に位置する前記第１の半導体層の上に、前記開口部による段差を埋めるようにｐ型の第３の半導体層を形成する工程と、
前記第３の半導体の上であって、少なくとも前記開口部に対応する領域に、第２の反射鏡を形成する工程と、
前記第３の半導体層の上であって、前記開口部の外に対応する領域に、電極を形成する工程と、
前記第１の半導体層と前記第２の半導体層と前記第３の半導体層とを水素原子を含まない雰囲気で熱処理する工程と、
前記第２の反射鏡を形成する工程と前記電極を形成する工程との後に、面発光レーザごとに分離するためのメサ構造を形成する工程と、を有し、
前記第１の半導体層は、水素を有し、
前記第１の半導体層は、前記開口部に対応する部分の水素濃度が前記開口部の外に対応する部分の水素濃度よりも低くなる水素濃度分布を有することを特徴とするレーザアレイの製造方法。
【請求項１４】
前記第２の半導体層は、層全体が空乏層であることを特徴とする請求項１３に記載のレーザアレイの製造方法。
【請求項１５】
前記第１の半導体層と前記第２の半導体層との接合によって生じた空乏層のうち第２の半導体層の側の空乏層をＷｎ１、前記第３の半導体層と前記第２の半導体層との接合によって生じた空乏層のうち第２の半導体層の側の空乏層をＷｎ２として、
前記第２の半導体層の厚さｔは、
ｔ≦Ｗｎ１＋Ｗｎ２
を満たすことを特徴とする請求項１３又は１４に記載のレーザアレイの製造方法。
【請求項１６】
前記第１の半導体層は、Ｍｇを含み、
前記第２の半導体層は、Ｓｉを含むことを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれか１項に記載のレーザアレイの製造方法。
【請求項１７】
前記第２の半導体層に含まれるＳｉの濃度は、前記第１の半導体層に含まれるＭｇの濃度よりも低いことを特徴とする請求項１６に記載のレーザアレイの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面発光レーザ、レーザアレイ、固体レーザ、情報取得装置、画像形成装置、及びレーザアレイの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
端面発光レーザの材料としてＧａＮなどの窒化物半導体を用いるものが知られている。その端面発光レーザで良く用いられているリッジ導波型構造では、表面のｐ型層にリッジを形成することで横方向の光閉じ込めを行っている。しかし、活性層周辺で電流が横方向に広がってしまい閾値が高くなる。そこで、特許文献１のように、横方向の電流の閉じ込めを強くするために、ｐ型層中に開口部のあるｎ型層を形成したｐｎｐ型の電流狭窄構造が用いられる。この電流狭窄構造の具体的な製造方法は、ｐ−ＡｌＧａＮ層を形成後、電流をブロックする層としてｎ−ＧａＮ層を形成する。その後、ｎ−ＧａＮ層を反応性イオンエッチングでストライプ状にエッチングし開口部を形成し、最後にｐ−ＧａＮ層を成長することで、ｐｎｐ型の電流狭窄構造を実現している。
【０００３】
また、特許文献１には、電流狭窄部分の不純物のドーピングプロファイルが示されている。ｎ型層の上下に形成されているｐ型層からＭｇが拡散し、特にｎ型層下部のｐ−ＧａＮからの拡散が多いことが記載されている。ｎ型層にｐ型層中のＭｇが拡散するとｎ型層中の電子が補償されてしまい、ｎ型層がｐ型化してしまう。ｎ型層が薄い場合、ｎ型層全体がｐ型化してしまうため、ｎ型層によるバンド障壁が形成されずに、電流をブロックできなくなる。そのため、このｎ型層は１．５μｍの厚さで形成されている。
【０００４】
一方、垂直共振器型の面発光レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ、以下ＶＣＳＥＬという）でも電流狭窄構造を用いる。ＶＣＳＥＬでは、光射出側にある電極は、光を遮蔽しないように光射出領域を避けて配置されている。この光射出領域は活性層での発光領域と対応している。つまり、活性層の発光領域は、光射出側にある電極が配置された領域とは異なる位置にある。このため、電流の経路を発光領域となる部分に流すための電流狭窄構造を用いる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−００６９３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、ＶＣＳＥＬの電流狭窄構造として、特許文献１のようなｐｎｐ型の電流狭窄構造では以下のような問題が生じる。
【０００７】
ｐｎｐ型の電流狭窄構造は、開口部を形成されたｎ型層の上にｐ型層を成長させるが、この開口部による段差があるため、開口部周辺のｐ型層は開口の中心へ向かって横方向成長する。ｐ型層の厚さがｎ型層の厚さより薄い場合、開口部による段差が平らにならず残ってしまう。ＶＣＳＥＬの場合、この段差の影響により、光を散乱させレーザ閾値が増加する。
【０００８】
また、ｐ型層をｎ型層の厚さより厚く成長させると、段差を平らにすることができるが、上記のようにＭｇの拡散による影響を低減するためにｎ型層は厚く形成されているため、ｐ型層も厚くなる。そのためＶＣＳＥＬの共振器長が大きくなり、複数の縦モードで発振することになり、出力が安定しなくなる。
【０００９】
そこで、本発明は、レーザ閾値の増加を低減し、出力を安定にするＶＣＳＥＬ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】
【００１０】
本発明の一つの態様は、第１の反射鏡と、前記第１の反射鏡の上に配置された活性層と、前記活性層の上に配置されたｐ型の第１の半導体層と、前記第１の半導体層の上に配置され、開口部を有する第２の半導体層と、前記第２の半導体層の上と前記開口部に位置する前記第１の半導体層の上に、前記開口部による段差を埋めるように配置されたｐ型の第３の半導体層と、前記第３の半導体の上であって、少なくとも前記開口部に対応する領域に配置された第２の反射鏡と、前記第３の半導体層の上であって、前記開口部の外に対応する領域に配置された電極と、を有し、前記第１の半導体層は、水素を有し、前記第１の半導体層は、前記開口部に対応する部分の水素濃度が前記開口部に対応する部分の外の部分の水素濃度よりも低い水素濃度分布を有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の別の態様は、第１の反射鏡と、前記第１の反射鏡の上に配置された活性層と、前記活性層の上に配置されたｐ型の第１の半導体層と、前記第１の半導体層の上に配置され、開口部を有する第２の半導体層と、前記第２の半導体層の上と前記開口部に位置する前記第１の半導体層の上に、前記開口部による段差を埋めるように配置されたｐ型の第３の半導体層と、前記第３の半導体の上であって、少なくとも前記開口部に対応する領域に配置された第２の反射鏡と、前記第３の半導体層の上であって、前記開口部の外に対応する領域に配置された電極と、を有し、前記第１の半導体層は、水素を有し、前記第１の半導体層は、前記開口部に対応する部分の電気抵抗が前記開口部の外に対応する部分の電気抵抗よりも小さい電気抵抗の分布を有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の別の態様は、第１の反射鏡と、前記第１の反射鏡の上に配置された活性層と、前記活性層の上に配置されたｐ型の第１の半導体層と、前記第１の半導体層の上に配置され、開口部を有する第２の半導体層と、前記第２の半導体層の上と前記開口部に位置する前記第１の半導体層の上に、前記開口部による段差を埋めるように配置されたｐ型の第３の半導体層と、前記第３の半導体の上であって、少なくとも前記開口部に対応する領域に配置された第２の反射鏡と、前記第３の半導体層の上であって、前記開口部の外に対応する領域に配置された電極と、を有し、前記第１の半導体層は、水素を有し、前記第１の半導体層は、前記開口部に対応する部分のキャリア濃度が前記開口部の外に対応する部分のキャリア濃度よりも高いキャリア濃度分布を有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の別の態様は、複数の面発光レーザを有するレーザアレイの製造方法であって、第１の反射鏡を形成する工程と、前記第１の反射鏡の上に活性層を形成する工程と、前記活性層の上にｐ型の第１の半導体層を形成する工程と、前記第１の半導体層の上に、開口部を有する第２の半導体層を形成する工程と、前記第２の半導体層の上と前記開口部に位置する前記第１の半導体層の上に、前記開口部による段差を埋めるようにｐ型の第３の半導体層を形成する工程と、前記第３の半導体の上であって、少なくとも前記開口部に対応する領域に、第２の反射鏡を形成する工程と、前記第３の半導体層の上であって、前記開口部の外に対応する領域に、電極を形成する工程と、前記第１の半導体層と前記第２の半導体層と前記第３の半導体層とを水素原子を含まない雰囲気で熱処理する工程と、前記第２の反射鏡を形成する工程と前記電極を形成する工程との後に、面発光レーザごとに分離するためのメサ構造を形成する工程と、を有し、前記第１の半導体層は、水素を有し、前記第１の半導体層は、前記開口部に対応する部分の水素濃度が前記開口部の外に対応する部分の水素濃度よりも低い水素濃度分布を有することを特徴とするレーザアレイの製造方法。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、レーザ閾値の増加を低減し、出力を安定にするＶＣＳＥＬを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態１に係るＶＣＳＥＬの一例を示す断面模式図。
【図２】実施形態１の電流狭窄構造を説明する模式図。
【図３】実施形態１に係るＶＣＳＥＬアレイの製造方法の一例を示す断面模式図。
【図４】実施形態１に係るＶＣＳＥＬアレイの製造方法の一例を示す断面模式図。
【図５】実施形態２に係る固体レーザの一例を示す模式図。
【図６】実施形態３に係る被検体情報取得装置の一例を示す模式図。
【図７】実施形態４に係る画像形成装置の一例を示す断面模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
ｐ型不純物としてＭｇを用いる窒化物半導体は、結晶成長中にＩＩＩ族原料やＶ族原料由来の水素原子が結晶中に取り込まれ、水素原子がＭｇと結合することでＭｇが不活性化し高抵抗になる。本発明の垂直共振器型の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）は、以下の電流狭窄構造を採っている。すなわち、ｐ型半導体層の上に水素原子をブロックするマスクとなる半導体層を形成し、面内の一部を選択的に活性化させて、水素原子の濃度分布をｐ型半導体層に形成する。この結果、ｐ型半導体層内に電気抵抗の分布を持たせた電流狭窄構造が形成されている。
【００１７】
以下に、本発明のＶＣＳＥＬについて説明するが、はじめに、本明細書中で使用する用語等について定義する。本明細書中でＶＣＳＥＬ構造の上下方向について言及する場合は、基板側を下側、基板と反対側を上側と定義する。
【００１８】
（実施形態１）
図１（ａ）は、本実施形態のＶＣＳＥＬの一例を示す断面模式図、図１（ｂ）は、本実施形態のＶＣＳＥＬの一例を示す上面模式図である。図１（ａ）は、図１（ｂ）のＡ−Ｂ断面図に対応する。ＶＣＳＥＬは、基板１０１の上に、ｎ型の下部反射鏡１０２、スペーサ層１０３、活性層１０４、ｐ型の第１の半導体層１０５、第２の半導体層１０６、ｐ型の第３の半導体層１０７、コンタクト層１０８を、順に有している。さらに、ＶＣＳＥＬは、コンタクト層１０８の上に、上部反射鏡１０９と第１の電極１１０とを有し、基板１０１の下に第２の電極１１１を有している。
【００１９】
第１の半導体層１０５は、基板１０１の面内方向に電気抵抗の分布があり、電気抵抗の高い領域１０５ａと電気抵抗の低い領域１０５ｂを備えている。より具体的には、第１の半導体層１０５は、面内方向に水素濃度分布を有しており、領域１０５ａの水素濃度は領域１０５ｂの水素濃度よりも高くなっている。領域１０５ｂの水素濃度は第１の半導体層１０５中のＭｇ濃度の５０％未満が好ましく、より好ましくは３０％未満、さらに好ましくは１０％未満である。領域１０５ａの水素濃度は第１の半導体１０５中のＭｇ濃度の５０％以上が好ましく、より好ましくは７０％以上、さらに好ましくは９０％以上である。
【００２０】
第２の半導体層１０６には、開口部１３０が形成されている。第３の半導体層１０７は、開口部１３０を覆い塞ぐように第２の半導体層１０６の上に配置されている。具体的には、第３の半導体層１０７は、第２の半導体層１０６の上と開口部１３０に位置する第１の半導体層１０５の上に配置されている。また、コンタクト層１０８の上には、開口部１３０に対応する領域に上部反射鏡１０９が配置されている。第１の電極１１０は、開口部１３０に対応する領域の外に配置されている。
【００２１】
本実施形態の電流狭窄構造は、第１の半導体層１０５と第２の半導体層１０６と第３の半導体層１０７によって構成されている。すなわち、第１の電極１１０から注入されたホールは、コンタクト層１０８、開口部１３０に形成された第３の半導体層１０７、第１の半導体層１０５の低抵抗な領域１０５ｂを通り、活性層１０４に供給される。一方、電子は、第２の電極１１１から基板１０１、下部反射鏡１０２、スペーサ層１０３を介して活性層１０４に注入される。そして、活性層１０４内でホールと電子が再結合することで発光が生じる。
【００２２】
発光された光の一部は、下部反射鏡１０２と上部反射鏡１０９との間で共振し、レーザ発振する。活性層１０４内での発光は、開口部１３０と略対応しており、開口部１３０が光射出領域と対応する。なお、本実施形態において、ＶＣＳＥＬの光射出面は上部反射鏡１０９側であり、基板１０１とは反対側から光が射出されるが、基板１０１側から光が射出される構成であってもよい。
【００２３】
次に、本実施形態の電流狭窄構造について詳しく説明する。まず、第２の半導体層１０６や第３の半導体層１０７の厚さについて述べる。第３の半導体層１０７は、開口部１３０による段差の影響をなくすことが求められる。そのため、第３の半導体層１０７の厚さは、開口部１３０による段差、つまり、第２の半導体層１０６の厚さに依存する。例えば、開口部１３０の直径が約１０μｍ以下であれば、開口部１３０による段差の影響をなくすには、第３の半導体層１０７の厚さは、第２の半導体層１０６と同程度の厚さが必要になる。
【００２４】
共振器長を短くして縦モードを減らし、モードホップを押さえてＶＣＳＥＬの出力を安定化させるために、第３の半導体層１０７の厚さは薄くする方がよく、第２の半導体層１０６の厚さも第３の半導体層１０７の厚さに合わせて薄くすることが好ましい。このため、第２の半導体層１０６及び第３の半導体層１０７の厚さは、２００ｎｍ以下、さらに好ましくは１００ｎｍ以下であることが好ましい。さらに、光吸収や電気抵抗の増加を抑制する観点でも第２の半導体層１０６及び第３の半導体層１０７の厚さは薄い方がよい。第３の半導体層１０７のようにｐ型の窒化物半導体の光吸収係数は、５０ｃｍ−１乃至３００ｃｍ−１あると言われている。吸収係数を少なく見積もって５０ｃｍ−１とすると、ｐ型である第３の半導体層１０７の光吸収は、厚さが２００ｎｍでは０．１％、１００ｎｍでは０．０５％になる。
【００２５】
次に、第１の半導体層１０５が面内方向で電気抵抗の面内分布を有する構成について説明する。第２の半導体層１０６は、窒化物半導体では、フェルミ準位が価電子帯から遠ざかると水素原子が、その窒化物半導体の結晶中に存在しにくくなることが知られている。水素原子が存在しにくくなるということは、その窒化物半導体を水素原子が透過しにくくなることを意味する。
【００２６】
本実施形態では、フェルミ準位が価電子帯から離れた構造を、第１の半導体層１０５上に、第２の半導体層１０６として形成することで、水素原子をブロックするマスクとして利用できる。フェルミ準位が価電子帯から離れた構造とは、通常のドーピング濃度よりホールが低くなったｐ−型の半導体層や、半導体層が層全体で空乏化した状態を指す。
【００２７】
本実施形態の第２の半導体層１０６は、第１の半導体層１０５や第３の半導体層から拡散するＭｇと、第２の半導体層１０６にドーピングしたＳｉ濃度を制御することによって、第２の半導体層１０６の層全体を空乏化した構造にしている。また、第２の半導体層１０６の厚さは、水素原子をブロックするために、５０ｎｍ以上の厚さを有する。
【００２８】
この構成により、後述する製造方法においてＶＣＳＥＬ全体をアニールする際に、第２の半導体層１０６が配置された領域にある第１の半導体層１０５からは水素が抜けないようにすることができる。その結果、第１の半導体層１０５内で、水素濃度の分布が形成される。具体的には、第１の半導体層１０５は、開口部１３０に対応する部分の水素濃度が開口部１３０の外に対応する部分の水素濃度よりも低くなる水素濃度分布を有する。このため、第１の半導体層１０５の開口部１３０に対応する部分では、水素が抜けることでＭｇが活性化される。一方、第１の半導体層１０５の開口部１３０以外に対応する部分では、水素が抜けないためＭｇが活性されないままである。
【００２９】
この結果、第１の半導体層１０５において、開口部１３０に対応する部分は低抵抗の領域１０５ｂになり、それ以外の部分が高抵抗の領域１０５ａになっている。この結果、第１の電極１１０からのホールが低抵抗の領域１０５ｂを介して活性層１０４に供給される。なお、第１の半導体層１０５は、面内方向で、開口部１３０に対応する部分のキャリア濃度は、活性化されたＭｇの影響で、開口部１３０の外に対応する部分のキャリア濃度よりも高くなっている。
【００３０】
水素濃度を検出する方法としては、二次イオン質量分析法（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＳＩＭＳ）を用いることができる。一方、電気抵抗やキャリア濃度の分布を測定する方法としては、走査型静電容量顕微鏡法（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）が挙げられる。その他に、走査型マイクロ波顕微鏡法（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）、走査広がり抵抗顕微鏡法（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｓｐｒｅａｄｉｎｇ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）を用いてもよい。
【００３１】
第２の半導体層１０６の像全体を空乏化するために、第１の半導体層１０５と第３の半導体層１０７のＭｇ濃度は１×１０１９乃至３×１０１９ｃｍ−３の濃度でドーピングを行う。一方、第２の半導体層１０６へドーピングするＳｉ濃度が、第１の半導体層１０５と第３の半導体層１０７のＭｇ濃度と同じ、又は第１の半導体層１０５と第３の半導体層１０７のＭｇ濃度より高い濃度とする。その場合には、第２の半導体層１０６へ拡散したＭｇの影響を打ち消し、第２の半導体層１０６をｎ型にすることができる。しかし、過剰ドーピングのため結晶品質が劣化し、第２の半導体層１０６にピットなどが発生し、リークが生じ、電流狭窄構造の機能が得られなくなる。従って、第２の半導体層１０６のＳｉ濃度は、第１の半導体層１０５のＭｇ濃度よりも低くし、好ましくは１×１０１８乃至５×１０１８ｃｍ−３にする。
【００３２】
次に、第２の半導体層１０６に形成される空乏層について述べる。第１の半導体層１０５上に第２の半導体層１０６を接合すると、第２の半導体層１０６と第１の半導体層１０５との界面にはドーピング濃度に応じて空乏層が形成される。この第１の半導体層１０５と第２の半導体層１０６との界面に形成される空乏層のうち、第２の半導体層１０６内に形成される領域を空乏層の幅Ｗｎ１とする。同様に、第３の半導体層１０７と第２の半導体層１０６の界面でも空乏層が形成され、そのうち第２の半導体層１０６内に形成される領域を空乏層の幅Ｗｎ２とする。
【００３３】
図２は、図１中の領域１５０の拡大模式図を示す。図２の様に、第２の半導体層１０６内では、Ｗｎ１とＷｎ２が第２の半導体層１０６の厚さ方向で互いに重なり合うように形成される。このため、第２の半導体層１０６は、層全体が空乏層になっている。つまり、第２の半導体層１０６の厚さｔと空乏層の幅Ｗｎ１、Ｗｎ２を使って式で表すと、以下の式で表される。
ｔ≦Ｗｎ１＋Ｗｎ２  ・・・（１）
ここで、空乏層の厚さＷｎ１（又はＷｎ２）は、以下の式（２）と境界条件（３）（電圧と電界が連続、空乏層端において電界が０、空乏層端のｐ側の電圧が０とｎ側の電圧が拡散電位Ｖｄ）とから、計算で求められる。Ｎａ（ｘ）は、第２の半導体層１０６中のＭｇの分布、Ｎｄ（ｘ）は第２の半導体層１０６中のＳｉの分布である。ｘは、厚さ方向を表す。ｅは電荷素量、εｓは比誘電率、ε０は真空中の誘電率である。また、ｐｐ０は第１の半導体層１０５（又は第３の半導体層１０７）中のホール密度、ｐｎ０は第２の半導体層１０６中のホール密度である。ｎｎ０は第２の半導体層１０６中の電子密度、ｎｐ０は第１の半導体層１０５（又は第３の半導体層１０７）中の電子密度、Ｗｎは第２の半導体層１０６に広がる空乏層の幅、Ｗｐは第１の半導体層１０５（又は第３の半導体層１０７）に広がる空乏層の幅である。Ｗｎは、Ｗｎ１又はＷｎ２である。実際のデバイスでは、Ｍｇが内部拡散するのでＮａ（ｘ）が単純な関数で表せなくなり、解析解を求めることが難しく数値計算で求める。
【００３４】
【数１】
2017017172.tif 000003
【００３５】
【数２】
2017017172.tif 000004
この結果、第１の半導体層１０５内に電気抵抗の分布が生じ、第２の半導体層１０６中の開口部１３０に対応した低抵抗な領域１０５ｂを介して活性層１０４にキャリアが注入される電流狭窄構造が形成される。そして、開口部１３０に対応する領域が発光領域となる。また、本実施形態の構成では、第２の半導体層１０６の厚さが小さいため、開口部１３０による段差は小さくなる。そのため、その段差を埋める第３の半導体層１０７の厚さも小さくなり、共振器長が大きくなることを低減でき、レーザ出力を安定化することができる。また、段差を埋めることができるため、光の散乱を抑制でき、レーザ閾値を小さくすることができる。
【００３６】
次に、ＶＣＳＥＬの製造方法について説明する。特に、図３、４を用いて、ＶＣＳＥＬアレイの製造方法について説明する。ＶＣＳＥＬ素子についても同様の製造方法で形成することができる。
【００３７】
まず、図３（ａ）で示すように、基板１０１上に、ｎ型の下部反射鏡１０２とスペーサ層１０３、活性層１０４を順に形成する。基板１０１は窒化物半導体が形成できれば良く、サファイア、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＧａＮを用いることができる。下部反射鏡１０２は、ＡｌＧａＮとＩｎＧａＮの積層体からなる分布ブラッグ反射鏡（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ：以下ＤＢＲという）を用いることができる。活性層１０４は効率良く発光させるために、量子井戸構造等を用いる。例えば、活性層１０４としては、ＩｎＧａＮ／ＧａＮなどを用いることができる。
【００３８】
さらに、図３（ａ）で示すように、活性層１０４まで成長した基板１０１上にｐ型不純物としてＭｇをドーピングした第１の半導体層１０５を形成する。この工程の際に、第１の半導体層１０５中には、ＩＩＩ族原料やＶ族原料の分解で生じた水素原子がＭｇと結合して第１の半導体層１０５中に取り込まれて、Ｍｇはほとんど活性化されておらず、第１の半導体層１０５としては高抵抗である。
【００３９】
次に、図３（ｂ）で示すように、後の工程で第１の半導体層１０５中の水素を選択的に活性化させるためのマスクとして、Ｓｉを含み、開口部１３０のある第２の半導体層１０６を形成する。第２の半導体層１０６の厚さは、上述したように２００ｎｍ以下にする。また、第２の半導体層１０６のＳｉの濃度は、第１の半導体層１０５のＭｇの濃度よりも低くする。この構成により、第２の半導体層１０６の層全体にわたって空乏層が形成され、水素の透過を抑制することが可能となる。
【００４０】
開口部１３０は、第１の半導体層１０５面内で電気抵抗を低くしたい部分に対応して設ける。開口部１３０の形成方法としては、以下の方法が挙げられる。すなわち、成長阻害用のマスクを形成して第２の半導体層１０６を選択成長させる方法、フォトリソグラフィーとドライエッチング等を用いて形成する方である。また、ＶＣＳＥＬの素子間には、開口部１３０が設けられずに第２の半導体層１０６が形成されている。
【００４１】
次に、図３（ｃ）で示すように、第３の半導体層１０７とコンタクト層１０８を第２の半導体層１０６の上と、開口部１３０にある第１の半導体層１０５の上に跨って形成する。この時、第１の半導体層１０５と同様に第３の半導体層１０７も水素原子が取り込まれ、第３の半導体層１０７も高抵抗になる。第３の半導体層の１０７の厚さは、開口部１３０による段差を埋める厚さであればよいが、光吸収や抵抗が大きくならないような厚さであることが好ましい。
【００４２】
次に、図４（ａ）で示すように、水素原子を含まない雰囲気でアニール（熱処理）をする。そうすると、第３の半導体層１０７は表面に水素原子の拡散を妨げるものが存在しないので、第３の半導体層１０７中の水素原子は表面から脱離し、第３の半導体層１０７中のＭｇが活性化し、全体がｐ型化し低抵抗になる。一方、第１の半導体層１０５は、開口部１３０の領域で第３の半導体層１０７を経由して表面へ水素原子が脱離することができる。しかし、開口部１３０の無い領域では、水素原子が第２の半導体層１０６に阻まれて表面へ脱離しにくくなる。
【００４３】
その結果、図４（ａ）のように、第１の半導体層１０５内に水素濃度分布が生じる。具体的には、開口部１３０に対応する部分の水素濃度は、開口部１３０の外に対応する部分の水素濃度よりも低くなっている。このため、開口部１３０の部分ではＭｇが選択的に活性化され、開口部１３０直下の第１の半導体層１０５は電気抵抗の低い領域１０５ｂとなる。一方、第２の半導体層１０６直下の第１の半導体層１０５は電気抵抗の高い領域１０５ａになる。
【００４４】
なお、熱処理工程の順序は注意が必要である。表面にメサ形成などをして素子分離をすると、第１の半導体層１０５の側壁面から水素原子が脱離されてしまう。そのため、この熱処理は、素子分離の前に行うことが望ましい。なお、素子分離後に熱処理工程を行う場合には、開口部１３０からメサ構造の側壁面までの距離を大きく取り、短時間で熱処理を行ことでも同様の構成を得ることが可能である。開口部１３０からメサ構造の側壁面までの距離は、開口部１３０の最も長い径よりも大きくすればよい。
【００４５】
次に、図４（ｂ）で示すように、コンタクト層１０８の上に第１の電極１１０を形成し、基板１０１の裏面に第２の電極を形成する。また、コンタクト層１０８の上に上部反射鏡１０９を形成する。なお、第１の電極１１０は、素子毎に形成する。さらに、第１の電極１１０は、ＶＣＳＥＬの光射出領域を避けるため、開口部１３０に対応する領域以外に形成されている。また、上部反射鏡１０９は、開口部１３０に対応する領域に形成されている。
【００４６】
最後に、図４（ｃ）のように、ＶＣＳＥＬ素子を分離するようにメサ構造を形成する。なお、図では示していないが、この工程は、エッチングしない領域は保護膜を設けた上で行う。また、図４（ｂ）では、スペーサ層１０３までを分離するようにメサ構造を形成する例を示したが、下部反射鏡１０２の一部あるいは全部をエッチングして分離してもよい。また、活性層１０４までを分離してスペーサ層１０３は、素子で繋がっていてもよい。スペーサ層１０３を素子でつなげた構成にする場合、第２の電極１１１をスペーサ層１０３の上に設けてもよく、この場合には、基板１０１、下部反射鏡は導電性を有していなくてもよい。
【００４７】
（基板）
基板１０１は、上述したように、サファイア、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＧａＮを用いることができる。また、サファイアの上に、ＧａＮなどのバッファ層を設けたものを基板として用いることも可能である。
【００４８】
（下部反射鏡及び上部反射鏡）
下部反射鏡１０２及び上部反射鏡１０９は、例えば、高屈折率の層と低屈折率の層とが光学厚さ１／４波長で交互に積層されたＤＢＲで構成されている。下部反射鏡１０２及び上部反射鏡１０９には、半導体で構成された半導体ＤＢＲ、誘電体で構成された誘電体ＤＢＲのどちらを用いることもできる。一般的に、誘電体で構成されたＤＢＲの方が半導体で構成されたＤＢＲよりも、高屈折率層と低屈折率層の屈折率差を大きくしやすいため、少ない積層数で高い反射率を実現できる。一方、半導体で構成されたＤＢＲはペア数が多くなってしまうが、結晶成長中に同時に成膜でき、ドーピングにより電流を流すことができる等のプロセス上の利点がある。
【００４９】
誘電体ＤＢＲの低屈折率層としては酸化シリコンを用い、高屈折率層としては酸化チタン又は五酸化タンタルを用いることができる。半導体ＤＢＲの低屈折率層としてはＡｌＧａＮ又はＧａＮを用いることができる。半導体ＤＢＲの高屈折率層としては、低屈折率層としてＡｌＧａＮを用いる場合にはＧａＮ又はＩｎＧａＮを、低屈折率層としてＧａＮを用いる場合にはＩｎＧａＮを用いることができる。また、半導体ＤＢＲの高屈折率層と低屈折率層の両方にＡｌＧａＮあるいはＩｎＧａＮを用い、それぞれの層のＡｌ組成あるいはＩｎ組成を変えた構成であってもよい。
【００５０】
エピタキシャル成長で一括形成するためには、下部反射鏡１０２に半導体ＤＢＲ、上部反射鏡１０９にも半導体ＤＢＲを用いることができる。ただし、より広帯域で高反射率を得るために誘電体ＤＢＲを上部反射鏡１０９に用いてもよい。
【００５１】
（スペーサ層）
スペーサ層１０３は、ＧａＮやＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮなどの窒化物半導体を用いることができる。スペーサ層１０３は、ｎ型で構成されるために、Ｓｉ、Ｃなどのドーパントがドープされている。スペーサ層１０３は複数の層で構成されていてもよい。また、図示されていないが、活性層１０４と第１の半導体層１０５の間に、別途スペーサ層が配置されていてもよい。
【００５２】
（活性層）
活性層１０４は電流を注入することで光を発生する材料であれば特に限定されない。例えば、ＧａＮとＩｎＧａＮからなる量子井戸構造を活性層１０４として用いることが可能である。量子井戸構造は単量子井戸でもよいし、多重量子井戸でもよい。また、多重量子井戸構造は、少なくとも２つ以上の異なるエネルギー準位で発光が可能な量子井戸構造、いわゆる非対称量子井戸構造が挙げられる。非対称量子井戸構造を構成するには、例えば、一つの量子井戸層の厚さや組成が他の量子井戸層と異なっている構成が挙げられる。
【００５３】
また、活性層１０４は、複数の活性層で構成されていてもよい。例えば、複数の活性層それぞれは、ＶＣＳＥＬ内で電界強度分布の腹に配置されるにように互いに離間して配置される構成が好ましい。なお、活性層１０４の材料・構造は、発振波長させたい波長に応じて適宜選択できる。
【００５４】
（第１の半導体層）
第１の半導体層１０５は、上述したように、第２の半導体層１０６の開口部１３０に対応する部分の電気抵抗が、第２の半導体層１０６の開口部１３０の外に対応する部分の電気抵抗よりも小さい構成を有している。さらに、第１の半導体層１０５は、第２の半導体層１０６の開口部１３０に対応する部分の水素濃度が、第２の半導体層１０６の開口部１３０の外に対応する部分の水素濃度よりも低い水素濃度分布を有している。言い換えると、第１の半導体層１０５は、第２の半導体層１０６の開口部１３０に対応する部分のキャリア濃度が、第２の半導体層１０６の開口部１３０の外に対応する部分のキャリア濃度よりも高いキャリア濃度分布を有している。
【００５５】
第１の半導体層１０５には、ｐ型を構成するために、Ｍｇがドープされており、その濃度は、１×１０１８乃至５×１０１９ｃｍ−３で、より好ましくは５×１０１８乃至４×１０１９ｃｍ−３、さらに好ましくは１×１０１９乃至３×１０１９ｃｍ−３である。また、第１の半導体層１０５は、ＧａＮやＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮなどの窒化物半導体で形成されている。
【００５６】
（第２の半導体層）
第２の半導体層１０６は、第１の半導体層１０５の一部から水素が抜けるのを抑制する機能を有している。このために、第２の半導体層１０６は、層全体が空乏化されている。また、第１の半導体層１０５内に電気抵抗の分布を形成するために、第２の半導体層１０６は開口部１３０を有している。開口部１３０は、図１（ｂ）で示すような円形でなくてもよく、楕円形や矩形などの形状でもよい。
【００５７】
第２の半導体層１０６は、空乏層を形成するためにＳｉがドープされており、その濃度は、第１の半導体層１０５のＭｇ濃度よりも低く、１×１０１８乃至５×１０１８ｃｍ−３が好ましい。また、第２の半導体層１０６は、ＧａＮやＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮなどの窒化物半導体で形成されている。また、第２の半導体層１０６の厚さは５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下が好ましい。
【００５８】
（第３の半導体層）
第３の半導体層１０７は、第２の半導体層１０６の開口部１３０による段差を埋める厚さで構成されている。具体的には、第２の半導体層１０６と同等以上の厚さがあればよい。また、第３の半導体層１０７には、ｐ型を構成するために、Ｍｇがドープされており、その濃度は、１×１０１９乃至３×１０１９ｃｍ−３が好ましい。また、第３の半導体層１０７は、ＧａＮやＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮなどの窒化物半導体で形成されている。
【００５９】
（コンタクト層）
コンタクト層１０８は、第１の電極１１０と電気的な接続を採れる構成であれば、特に制約はないが、ｐ型で構成されている。また、コンタクト層１０８中のＭｇ濃度は、第１の半導体層１０５と第３の半導体層１０７のＭｇ濃度よりも高く、３×１０１９乃至５×１０１９ｃｍ−３が好ましい。また、コンタクト層１０８は、ＧａＮやＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮなどの窒化物半導体で形成されている。
【００６０】
（第１の電極及び第２の電極）
第１の電極１１０及び第２の電極１１１は、キャリアを注入する構成であれば材料は限定されない。チタンや金などの単体の金属や合金、または金属膜の積層体を用いることができる。例えば、Ｔｉ／Ａｕ、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕを電極材料として用いることができる。
【００６１】
また、第１の電極１１０は、図１（ｂ）で示すように、開口部１３０よりも外側に位置しており、発光領域（光射出領域）に重ならないように配置されている。このような構成であれば、第１の電極１１０はドーナツ状でなくてもよい。また、第１の電極１１０は複数に分割されていてもよい。第１の電極１１０は、ＶＣＳＥＬの素子毎に設けられている。
【００６２】
第２の電極１１１は、基板１０１の下に配置されているが、これに限定されない。例えば、下部反射鏡１０２やスペーサ層１０３の上に形成されてもよい。また、第２の電極１１１も分割されていてもよい。
【００６３】
（実施形態２）
次に、図５を用いて、実施形態１で説明したＶＣＳＥＬがアレイ状に配列して集積された面発光レーザアレイを励起光源として備えた固体レーザの構成例について説明する。図５は本実施形態に係る固体レーザの模式図である。
【００６４】
本実施形態に係る固体レーザ１１００は、面発光レーザアレイ１１１０、固体レーザ媒体１１３０、一対の反射鏡１１５０ａおよび１１５０ｂを有する。
【００６５】
面発光レーザアレイ１１１０は、波長λの励起光１１２０を固体レーザ媒体１１３０に照射する。固体レーザ媒体１１３０は、励起光１１２０を吸収し、レーザ遷移に伴い光１１４０を発する。固体レーザ媒体から発生した光１１４０が２つの反射鏡１１５０ａおよび１１５０ｂで反射を繰り返すことにより、固体レーザは発振状態となる。そして、発振状態の固体レーザ１１００から反射鏡１１５０ｂを透過した固体レーザ光１１６０が射出される。
【００６６】
ここで、固体レーザ媒体１１３０の吸収スペクトルに合わせて、面発光レーザアレイ１１１０から出射される励起光１１２０の波長λを決定することが好ましい。すなわち、固体レーザ媒体１１３０の吸収スペクトルに合わせて、面発光レーザアレイ１１１０に用いられる反射鏡の反射率のピーク波長を設計することが好ましい。さらに、固体レーザ媒体１１３０の吸収スペクトルのピーク付近の波長が反射率のピークとなるように反射鏡を設計することがより好ましい。例えば、固体レーザ媒体１１３０としてアレキサンドライト結晶を用いる場合、反射鏡の反射率のピーク波長λをアレキサンドライト結晶の吸収スペクトルのピーク付近の４００ｎｍとすることで効率よく固体レーザを発振させることができる。なお、本実施形態に係る固体レーザには、いかなる固体レーザ媒体を採用してもよい。
【００６７】
（実施形態３）
次に、図６を用いて、実施形態２で説明した固体レーザ１１００を用いた被検体情報取得装置について説明する。本実施形態に係る被検体情報取得装置は、固体レーザ１１００、光学系１２００、探触子（検出素子）１４００、信号処理部（取得部）１５００、表示部１６００を有する。
【００６８】
まず、固体レーザ１１００から発生した光は、光学系１２００を介してパルス光１２１０として被検体１０００に照射される。そして、光音響効果により被検体１０００内の光吸収体１０１０で光音響波１０２０が発生する。続いて、探触子１４００が被検体１０００内を伝搬した光音響波１０２０を検出して時系列の電気信号を取得する。続いて、信号処理部１５００が時系列の電気信号に基づいて被検体内部の情報を取得し、表示部１６００に被検体内部の情報を表示させる。
【００６９】
なお、本実施形態において、固体レーザ１１００が発することのできる光の波長は、被検体１０００の内部まで光が伝搬する波長を使うことが望ましい。具体的には、被検体１０００が生体の場合、好適な波長は、５００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下である。ただし、比較的生体表面付近の生体組織の光学特性値分布を求める場合は、上記の波長領域よりも範囲の広い、例えば４００ｎｍ以上１６００ｎｍ以下の波長領域を使用することも可能である。
【００７０】
本実施形態に係る被検体情報としては、光音響波の初期音圧、光エネルギー吸収密度、吸収係数、および被検体を構成する物質の濃度などがある。ここで、物質の濃度とは、酸素飽和度、オキシヘモグロビン濃度、デオキシヘモグロビン濃度、および総ヘモグロビン濃度などである。総ヘモグロビン濃度とは、オキシヘモグロビン濃度およびデオキシヘモグロビン濃度の和である。また、本実施形態において被検体情報は、数値データとしてではなく、被検体内の各位置の分布情報であってもよい。すなわち、吸収係数分布や酸素飽和度分布などの分布情報を被検体情報としてもよい。
【００７１】
また、固体レーザ１１００は波長を切り替える構成であってもよい。また、異なる複数の固体レーザ１１００を用いることもできる。
【００７２】
（実施形態４）
次に、図７を用いて、実施形態１で説明したＶＣＳＥＬがアレイ状に配列して構成された面発光レーザアレイを光源として備えた画像形成装置の構成例について説明する。図７（ａ）は、本実施形態に係る画像形成装置の平面図であり、図７（ｂ）は同装置の側面図である。
【００７３】
図７（ｂ）に示されるモータ２０１２によって、回転多面鏡２０１０が回転駆動するように構成されている。面発光レーザアレイ２０１４は、記録用光源となるものであり、レーザドライバ（図示せず）により画像信号に応じて点灯または消灯するように構成されている。
【００７４】
図７（ａ）、（ｂ）に示すように、こうして光変調されたレーザ光は、面発光レーザアレイ２０１４からコリメータレンズ２０１８を介し回転多面鏡２０１０に向けて照射される。回転多面鏡２０１０は矢印方向に回転していて、面発光レーザアレイ２０１４から出力されたレーザ光は、回転多面鏡２０１０の回転に伴い、その反射面で連続的に出射角度を変える偏向ビームとして反射される。
【００７５】
この反射光は、ｆ−θレンズ２０２０により歪曲収差の補正等を受け、反射鏡２０１６を経て感光ドラム（感光体）２０００に照射され、感光ドラム２０００上で主走査方向に走査される。このとき、回転多面鏡２０１０の１面を介したビーム光の反射により、感光ドラム２０００の主走査方向に面発光レーザアレイ２０１４に対応した複数のライン分の画像が形成される。
【００７６】
感光ドラム２０００は、予め帯電器２００２により帯電されており、レーザ光の走査により順次露光され、静電潜像が形成される。また、感光ドラム２０００は矢印方向に回転していて、形成された静電潜像は現像器２００４により現像され、現像された可視像は転写帯電器２００６により、転写紙に転写される。可視像が転写された転写紙は、定着器２００８に搬送され、定着を行った後に機外に排出される。
【００７７】
（実施例１）
本発明の実施形態１に対応する実施例について、図３、４を用いて説明する。
【００７８】
まず、図３（ａ）で示すように、基板１０１としてＧａＮ基板を用いる。ＧａＮ基板をＭＯＣＶＤ装置にセットし加熱する。キャリアガスと原料ガスを供給してＧａＮ基板上に半導体層を成長させる。始めに、ｎ型の導電性をもたせた下部反射鏡１０２を成長させる。下部反射鏡１０２は低屈折率層と高屈折率層を交互に積層した分布ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ）で、低屈折率層はＡｌＮやＡｌＧａＮ、高屈折率層はＩｎＧａＮやＧａＮで構成する。次に共振器内の定在波の位置を調整するためのｎ型のスペーサ層１０３を成長させ、その上に活性層１０４としてＩｎＧａＮ／ＧａＮの５周期の多重量子井戸構造からなる活性層１０４を成長させる。
【００７９】
次に、電流をブロックするための電子ブロック層としてｐ−ＡｌＧａＮ（不図示）を成長させ、その上に、図３（ａ）で示すように、第１の半導体層１０５としてＭｇ濃度が１×１０１９ｃｍ−３のｐ−ＧａＮを成長させる。ｐ−ＧａＮは成長中に原料として用いたＮＨ３やトリメチルガリウム等に含まれる水素原子が取り込まれ高抵抗になっている。
【００８０】
次に、図３（ｂ）で示すように、開口部１３０のある第２の半導体層１０６として、厚さ１００ｎｍ、Ｓｉ濃度２×１０１８ｃｍ−３のＡｌＧａＮを形成する。ＡｌＧａＮを用いる理由は、ＡｌＧａＮ上にｐ−ＧａＮを成長する時の熱による開口部１３０の変形を抑制できるからである。
【００８１】
開口部１３０の形成手順は、以下のとおりである。基板１０１をＭＯＣＶＤ装置から取り出し、フォトリソフラフィーやドライエッチング（ＲＩＥやＩＣＰ）を用いて、開口部１３０に相当する場所にＳｉＯ２やＳｉＮｘなどの選択成長用マスクを形成する。次に、基板１０１をＭＯＣＶＤ装置にセットし、ＳｉＨ４を供給しながらＡｌＧａＮを成長する。ＡｌＧａＮ３０５の成長後、基板１０１をＭＯＣＶＤ装置から取り出し、選択成長用マスクを除去することで、開口部１３０を備えた第２の半導体層１０６が形成される。
【００８２】
この工程において、第２の半導体層１０６であるＡｌＧａＮは、第１の半導体層１０５を構成するｐ−ＧａＮからＭｇが拡散されて、Ｍｇを含みながら成長する。拡散するＭｇの分布は、経験上、１００ｎｍ厚で１桁濃度が下がる指数関数で分布する。本実施例ではＡｌＧａＮの基板１０１側でＭｇが１×１０１９ｃｍ−３程度存在し、ＡｌＧａＮの表面側で１×１０１８ｃｍ−３程度存在した指数関数的な分布になる。
【００８３】
次に、図３（ｃ）で示すように、第３の半導体層１０７としてＭｇ濃度１×１０１９ｃｍ−３のｐ−ＧａＮを成長させる。ここでも第３の半導体層１０７のｐ−ＧａＮから第２の半導体層１０６のＡｌＧａＮへＭｇが拡散する。このＭｇは、第１の半導体層に含まれるＭｇよりは拡散しにくく、数十ｎｍ乃至５０ｎｍ程度拡散する。
【００８４】
そして、コンタクト層１０８としてＭｇをハイドーピングしたｐ＋−ＧａＮを成長させる。第３の半導体層１０７とコンタクト層１０８も、成長中の原料に含まれる水素原子が取り込まれて高抵抗になっている。
【００８５】
次に、図４（ａ）で示すように、基板１０１をＭＯＣＶＤ装置から取り出して窒素雰囲気中、９００℃で熱処理をする。この結果、第１の半導体層１０５の一部、第３の半導体層１０７、コンタクト層１０８から水素原子が脱離する。第１の半導体層１０５は、開口部１３０以外には第２の半導体層１０６が形成されているので、開口部１３０の部分でのみ水素原子が脱離し、それ以外の部分は水素原子がほとんど残る。その結果、図４（ｂ）のように、開口部１３０の部分の領域１０５ａが低抵抗になり、領域１０５ｂは高抵抗のままである。
【００８６】
次に、図４（ｂ）のように、コンタクト層１０８の上に上部反射鏡として誘電体ＤＢＲと第１の電極１１０を形成し、基板１０１の裏面に第２の電極１１１を形成する。
【００８７】
最後に、図４（ｃ）で示すように、エッチングしない領域は保護膜（不図示）を設け、ＶＣＳＥＬを素子毎に分離するためのメサをドライエッチングにより形成する。スペーサ層１０３までを分離するようにメサ構造を形成する。
【００８８】
以上の工程で活性層の基板側に備えた下部反射鏡と活性層の表面側に備えた上部反射鏡による共振器を備えた窒化物半導体面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）が完成する。
【００８９】
このように形成されたＶＣＳＥＬは、第１の半導体層１０５の内部に、開口部１３０に対応する部分の水素濃度が開口部１３０の外に対応する部分の水素濃度よりも低くなる水素濃度分布を有している。つまり、第１の半導体層１０５は、開口部１３０に対応する部分の電気抵抗が開口部１３０の外に対応する部分の電気抵抗よりも小さくなる電気抵抗の分布を有している。この結果、電気抵抗の小さい領域１０５ｂに選択的にホールが流れやすくなる電流狭窄構造を有している。
【符号の説明】
【００９０】
１０１  基板
１０４  活性層
１０５  第１の半導体層
１０６  第２の半導体層
１０７  第３の半導体層
１１０  第１の電極
１１１  第２の電極
１３０  開口部
【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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