(57)【要約】【課題】半極性面を主面とする活性層で発生した偏光を、しきい値の上昇を抑制して出力できる半導体レーザダイオードを提供する。【解決手段】半極性面を主面とする窒化物半導体からなる活性層３０と、活性層３０の主面と平行に配置された第１の反射膜２０と、活性層３０を挟んで第１の反射膜２０と対向して配置された第２の反射膜４０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半極性面を主面とする窒化物半導体からなる活性層と、
前記主面と平行に配置された第１の反射膜と、
前記活性層を挟んで前記第１の反射膜と対向して配置された第２の反射膜と
を備えることを特徴とする半導体レーザダイオード。
【請求項２】
前記第１の反射膜の反射率が前記第２の反射膜より大きく、前記第２の反射膜を透過して前記活性層で発生した偏光が出力されることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザダイオード。
【請求項３】
前記第１の反射膜及び前記第２の反射膜の少なくともいずれかが、互いに屈折率の異なる複数の窒化物半導体を交互に積層した構造であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体レーザダイオード。
【請求項４】
前記複数の窒化物半導体それぞれがボロンを含む窒化物半導体であり、格子定数が基板と同一であることを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザダイオード。
【請求項５】
前記第１の反射膜及び前記第２の反射膜の少なくともいずれかが、互いに屈折率の異なる複数の絶縁膜を交互に積層した構造であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体レーザダイオード。
【請求項６】
前記活性層が、ＩｎxＧａ1-xＮ（０＜ｘ≦１）からなる窒化物半導体層を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体レーザダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体からなる半導体レーザダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザダイオードに、窒化物半導体からなる素子が使用されている。窒化物半導体の例としては、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）等がある。代表的な窒化物半導体は、ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で表される。窒化ガリウム（ＧａＮ）は、窒素を含む六方晶化合物半導体の中でもよく知られた窒化物半導体である。ＧａＮを用いた半導体レーザダイオードでは、一般にＧａＮ基板上に活性層（発光層）を形成し、活性層で発生した光を外部に出力する。
【０００３】
六方晶の半極性面を結晶成長表面として成長される窒化物半導体からなる活性層は、強い偏光状態の光（偏光）を出力可能である。また、主面が半極性面である窒化物半導体では、主面が極性面や非極性面である場合に比べてＩｎxＧａ1-xＮ（０＜ｘ≦１）におけるＩｎの組成比ｘを高くできることが知られている。例えば、ＧａＮ基板の半極性面上にＩｎxＧａ1-xＮ層を形成して橙色の光を出力させた例が報告されている（非特許文献１参照。）
例えば、偏光を出力する半導体レーザダイオードを液晶バックライトやプロジェクタ光源として使用すれば、偏向板等の偏光子でカットされる光の成分が少なくなり、液晶バックライトやプロジェクタ光源の効率が向上すると期待されている。また、緑色の光を発生させれば、赤色、及び青色の光と併せてＲＧＢ発光源を実現できる。
【非特許文献１】フナト（M. Funatao）、他  著、「ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジクス、第４５巻 (Japanese Journal of Applied Physics vol.45) 」、２００６年、Ｎｏ．２６、ｐ．Ｌ６５９−Ｌ６６２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、基板の半極性面上に窒化物半導体の活性層を成長させた場合には、半極性面に対して垂直、且つｃ軸方向に向いている結晶面がないため、基板の側面が劈開面にならない。つまり、強い偏光状態の偏光を出力するためにはｃ軸に沿った方向に共振器を形成して偏光を出力する必要があるが、偏光を外部に取り出す面（以下において、「出力面」という。）を劈開によって形成することが困難である。劈開によらずにエッチング等によって出力面を形成すると、共振面が鏡面にならず、レーザ発振のしきい値が上昇するという問題があった。
【０００５】
上記問題点を鑑み、本発明は、半極性面を主面とする活性層で発生した偏光を、レーザ発振のしきい値の上昇を抑制して出力できる半導体レーザダイオードを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、半極性面を主面とする窒化物半導体からなる活性層と、主面と平行に配置された第１の反射膜と、活性層を挟んで第１の反射膜と対向して配置された第２の反射膜とを備える半導体レーザダイオードが提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、半極性面を主面とする活性層で発生した偏光を、レーザ発振のしきい値の上昇を抑制して出力できる半導体レーザダイオードを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
次に、図面を参照して、本発明の第１乃至第３の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【０００９】
又、以下に示す第１乃至第３の実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１０】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザダイオード１は、図１（ａ）に示すように、半極性面（セミポーラ）を主面とする窒化物半導体からなる活性層３０と、活性層３０の主面と平行に配置された第１の反射膜２０と、活性層３０を挟んで第１の反射膜２０と対向して配置された第２の反射膜４０とを備える。
【００１１】
ＧａＮ結晶の極性面であるｃ面を結晶成長表面とする窒化物半導体からなる活性層から取り出される光は、ランダム偏光（無偏光）状態である。一方、ｃ面以外のａ面、ｍ面等の非極性面或いは半極性面を結晶成長表面とする窒化物半導体を用いて形成した活性層は、強い偏光状態の光（偏光）を発生する。このため、図１に示した半導体レーザダイオード１の活性層３０は偏光を発生する。なお、偏光とは直線偏光成分が均等（ランダム）ではなく偏りがあるものを示すが、１００％の直線偏光でなくてもよい。最も直線偏光成分の大きい方向を偏光の偏光方向とする。半極性面の詳細については後述する。
【００１２】
図１（ａ）に示すように、半導体レーザダイオード１は、半極性面であるＧａＮ基板１０の主面１１上に、第１の反射膜２０、活性層３０、及び第２の反射膜４０をこの順に積層した構造である。第１の反射膜２０及び第２の反射膜４０は、活性層３０で発生した偏光を反射し、第１の反射膜２０、活性層３０及び第２の反射膜４０により平板垂直共振器が構成される。第１の反射膜２０及び第２の反射膜４０は、分布ブラック反射鏡（ＤＢＲ）としてそれぞれ機能し、互いに屈折率の異なる複数の膜の積層構造として構成可能である。
【００１３】
また、主面１１と対向するＧａＮ基板１０の裏面に接して第１電極５０が配置されている。更に、第２の反射膜４０上に第２電極６０が配置されている。図１に示すように、第２電極６０は第２の反射膜４０の上面の一部を露出するように配置され、第２の反射膜４０の露出した上面として出力面４１が形成される。図１（ａ）に示すように、半導体レーザダイオード１はＧａＮ基板１０の主面１１と垂直方向に、出力面４１から出力光Ｌを出力する。図１（ｂ）に半導体レーザダイオード１の出力面４１方向から見た上面図を示す。
【００１４】
活性層３０に、第１電極５０から第１導電型のキャリア、第２電極６０から第２導電型のキャリアがそれぞれ供給される。第１導電型がｎ型、第２導電型がｐ型である場合は、第１電極５０から第１の反射膜２０を介して供給される電子と、第２電極６０から第２の反射膜４０を介して供給される正孔とが活性層３０において再結合し、活性層３０から光が発生する。このため、第１の反射膜２０はｎ型窒化物半導体の積層体、第２の反射膜４０はｐ型窒化物半導体の積層体として形成される。
【００１５】
上記のように、半導体レーザダイオード１は、活性層３０と、活性層３０を挟んで活性層３０の主面と平行に配置された１組の反射膜とによって構成された面発光レーザダイオードである。つまり、この半導体レーザダイオード１は、ＧａＮ基板１０の主面１１と垂直方向に共振器が配置された、いわゆる「垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）」として動作する。面発光レーザダイオードは、低しきい値動作、円形狭出射ビーム、２次元アレイ化が容易等といった優れた特徴を有し、ディスプレイ、高速光通信等の種々の分野に応用できる。
【００１６】
図２を参照して、半極性面について説明する。図２は、窒化物半導体の結晶構造のユニットセルを示す模式図である。図２（ａ）に示すように窒化物半導体の結晶構造は六方晶系である。六方晶系のｃ軸は六角柱の軸方向に沿い、このｃ軸を法線とする面（六角柱の頂面）がｃ面｛０００１｝である。ｃ面に平行な２つの面で窒化物半導体の結晶を劈開すると、＋ｃ軸側の面（＋ｃ面）はＩＩＩ族原子が並んだ結晶面となり、−ｃ軸側の面（−ｃ面）は窒素原子が並んだ結晶面となる。そのため、ｃ面は、＋ｃ軸側と−ｃ軸側とで異なる性質を示すので、極性面(Polar Plane)と呼ばれる。
【００１７】
図２（ｂ）に示すように、一つのＩＩＩ族原子に対して４つの窒素原子が結合している。４つの窒素原子は、ＩＩＩ族原子を中央に配置した正四面体の４つの頂点に位置している。これらの４つの窒素原子は、一つの窒素原子がＩＩＩ族原子に対して＋ｃ軸方向に位置し、他の三つの窒素原子がＩＩＩ族原子に対して−ｃ軸側に位置している。このような構造のために、窒化物半導体では、分極方向がｃ軸に沿っている。
【００１８】
六方晶系においては、六角柱の側面がそれぞれｍ面｛１１００｝であり、隣り合わない一対の稜線を通る面がａ面｛１１−２０｝である。これらは、ｃ面に対して直角な結晶面であり、分極方向に対して直交しているため、極性のない平面、すなわち、非極性面(Nonpolar Plane)である。更に、図２（ｃ）に示すような、ｃ面に対して傾斜している（ｃ面に平行でもなく直角でもない）結晶面は、分極方向に対して斜めに交差しているため、若干の極性のある平面、すなわち、半極性面(Semipolar Plane)である。半極性面の具体例は、｛１０−１１｝面、｛１０−１３｝面、｛１１−２２｝面等である。つまり、ＧａＮ基板１０の主面１１及び活性層３０の主面は、｛１０−１１｝面、｛１０−１３｝面、｛１１−２２｝面等である。
【００１９】
活性層３０は、半極性面を結晶成長表面として、下側バリア層３１、量子井戸層３２及び上側バリア層３３をこの順に、結晶成長表面の法線方向に積層して形成される。活性層３０は、例えば有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ法）等により形成される。量子井戸層３２は、井戸層（ウェル層）３２２を井戸層３２２よりもバンドギャップの大きなバリア層（層障壁層）３２１でサンドイッチ状に挟んだ量子井戸(quantum well)構造を有する。量子井戸層３２において電子と正孔とが再結合することにより光が発生し、この発生した光が増幅される。
【００２０】
量子井戸層３２の量子井戸構造は、井戸層が１つではなく多重化してもよい。例えば窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）を含む多重量子井戸構造が活性層３０に採用可能であり、膜厚数ｎｍ程度のＩｎＧａＮ層とＧａＮ層とを交互に複数周期繰り返し積層して構成される。この場合に、ＩｎＧａＮ層は、インジウム（Ｉｎ）の組成比を例えば５％以上にすることにより、バンドギャップが比較的小さくなり、井戸層となる。一方、ＧａＮ層は、バンドギャップが比較的大きなバリア層（障壁層）として機能する。活性層３０で生成される光の波長（以下において、「発光波長」という。）は、量子井戸層（ＩｎＧａＮ層）におけるＩｎの組成比を調整すること等によって設定できる。
【００２１】
活性層３０の主面が半極性面であるため、主面が極性面や非極性面である場合に比べてＩｎの組成比が高いＩｎＧａＮを成長することができる。ＩｎＧａＮ層におけるＩｎの組成比を高くすると発光波長が長くなる。このため、半極性面上にＩｎＧａＮ膜を含む活性層３０を形成することにより、波長が５００ｎｍ以上の光、例えば緑色光を発生しやすくなる。例えば、ＩｎＧａＮ膜におけるＩｎの組成比を０．２〜０．４程度に設定することによって、活性層３０で発生する光の波長を５００ｎｍ以上にできる。
【００２２】
図３に、活性層３０の構成例を示す。図３に示した例では、量子井戸層３２は、２層の井戸層３２２をバリア層３２１で挟んだ構造を有する。また、第１の反射膜２０に接する下側バリア層３１は、例えばシリコン（Ｓｉ）等のｎ型ドーパントがドープされたｎ型ＧａＮであり、第２の反射膜４０に接する上側バリア層３３は、例えばマグネシウム（Ｍｇ）等のｐ型ドーパントがドープされたｐ型ＧａＮである。
【００２３】
第１の反射膜２０と第２の反射膜４０間の光学膜厚、即ち活性層３０全体の光学膜厚は、出力光Ｌの１波長程度に設定される。例えば、下側バリア層３１を膜厚ｄ31のＧａＮ層、バリア層３２１を膜厚ｄ321のＧａＮ層、井戸層３２２を膜厚ｄ322のＩｎ0.192ＧａＮ、及び上側バリア層３３を膜厚ｄ33のＧａＮ層とし、ＩｎＧａＮの屈折率ｎ１、ＧａＮの屈折率ｎ２であるとき、活性層３０全体の光学膜厚Ｗは以下の式（１）で表される：
Ｗ＝２×ｄ322×ｎ１＋３×ｄ321×ｎ２＋（ｄ31＋ｄ33）×ｎ２  ・・・（１）
出力光Ｌの波長を５００ｎｍ程度にする場合は、ＩｎＧａＮの屈折率ｎ１＝２．７７、ＧａＮの屈折率ｎ２＝２．４０５であるから、例えば、ｄ31＝ｄ33＝８６ｎｍ、ｄ321＝１０ｎｍ、ｄ322＝３ｎｍとすることにより、光学膜厚Ｗはほぼ５００ｎｍになる。下側バリア層３１及び上側バリア層３３の膜厚を、第１の反射膜２０と第２の反射膜４０間の光学膜厚、即ちキャビティ長の調整用として設定可能である。
【００２４】
図４に、活性層３０に採用可能な窒化物半導体のバンドギャップ及び発光波長と格子定数の関係を示す。図４の左縦軸はバンドギャップ（エネルギーギャップ、単位ｅＶ）、右縦軸は発光波長（単位ｎｍ）、横軸はａ軸方向の格子定数（単位オングストローム）である。図４にハッチングで示した領域の各頂点は、それぞれ窒化ボロン（ＢＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）の特性を示す。また、ハッチング領域内の点ＧａＮは、ＧａＮの特性を示す。つまり、ハッチング領域は、ボロン（Ｂ）を含む窒化物半導体ＡｌxＢyＩｎzＧａ1-x-y-zＮの取り得る特性である。例えば、ＢＮとＩｎＮを示す頂点をつなぐ直線は、ＢxＩｎ1-xＮの３元混晶において組成比ｘを０〜１まで変化させた特性を示す。
【００２５】
図４から、格子定数を一定にしたままで窒化物半導体の組成比を変化させることによって、発光波長を変化させられることがわかる。つまり、ＡｌxＢyＩｎzＧａ1-x-y-zＮからなる量子井戸層３２のバリア層３２１と井戸層３２２の組成比を適切に選択することにより、バリア層３２１と井戸層３２２間の格子定数差を生じさせずに、量子井戸構造を実現できる。
【００２６】
例えば、図４に示すＧａＮのａ軸方向の格子定数３．１８９での光の発生を検討する。このとき、ＧａＮのバンドギャップは３．３９ｅＶであり、このバンドギャップに対応する出力光Ｌの波長は３６５ｎｍである。また、格子定数３．１８９におけるＢＮとＩｎＮを示す頂点をつなぐ直線での発光波長は５１５ｎｍである。井戸層３２２はバリア層３２１よりもバンドギャップを小さくする必要があるため、バリア層３２１をＧａＮにした場合には、図４に示した領域Ｄの範囲に井戸層３２２の組成を設定する。このため、波長３６５ｎｍ〜５１５ｎｍの出力光Ｌを活性層３０で発生することができる。このとき井戸層３２２とバリア層３２１の格子整合がなされており、活性層３０にＡｌxＢyＩｎzＧａ1-x-y-zＮを採用することにより、クラックや欠陥等の発生を抑制できる。
【００２７】
次に、第１の反射膜２０及び第２の反射膜４０について説明する。既に述べたように、第１の反射膜２０及び第２の反射膜４０は、垂直共振器の反射鏡として機能する。また、第１の反射膜２０の反射率が第２の反射膜４０より大きく設定される。活性層３０で発生した偏光は、第１の反射膜２０と第２の反射膜４０間を往復しながら増幅される。そして、増幅された偏光の一部が、第２の反射膜４０を透過して、第２の反射膜４０の上面に形成された出力面４１から半導体レーザダイオード１の外部に出力光Ｌとして出力される。
【００２８】
図１に示した半導体レーザダイオード１は、第１の反射膜２０及び第２の反射膜４０が共に、屈折率の互いに異なる複数の窒化物半導体を交互に積層した構造の例である。ここで、第１の反射膜２０及び第２の反射膜４０それぞれが、Ａｌ0.30ＧａＮ膜とＧａＮ膜を交互に複数積層された構造であるとする。図５に、Ａｌ0.30ＧａＮ膜とＧａＮ膜を積層して第１の反射膜２０及び第２の反射膜４０を形成した場合における発光波長と反射率との関係を、積層ペア数毎に示す。例えば、図５に示した５ペアの反射率は、Ａｌ0.30ＧａＮ膜とＧａＮ膜を交互に５層ずつ配置した反射膜における反射率である。図５に示した反射率は、Ａｌ0.30ＧａＮの屈折率を１．９２９、ＧａＮの屈折率を２．４０５として算出した値である。
【００２９】
第１の反射膜２０及び第２の反射膜４０に含まれる各層の膜厚は、発光波長λに応じて、λ／４ｎに設定される。ｎは各層の屈折率である。例えば、発光波長λが５００ｎｍの場合は、Ａｌ0.30ＧａＮ層の膜厚が６４．８ｎｍ、ＧａＮ層の膜厚が５２．０ｎｍに設定される。
【００３０】
図５に示すように、光の波長が５００ｎｍの場合には、１５ペア以上で反射率９９％以上が得られる。図５ではＡｌ0.30ＧａＮとＧａＮのペアの場合を例示したが、屈折率差の大きな窒化物半導体のペアを採用すれば、ペア数を減らすことができる。
【００３１】
既に述べたように、第１の反射膜２０の反射率は第２の反射膜４０より大きく設定される。例えば第１の反射膜２０の反射率をできるだけ１００％に近くし、第２の反射膜４０の反射率を９７％程度に設定する。第２の反射膜４０の反射率をこのように高く設定することにより、短い共振器長であっても活性層３０で発生した偏光の発振が可能になる。そして、活性層３０で発生し、第１の反射膜２０と第２の反射膜４０間を往復しながら増幅された偏光の一部が、第２の反射膜４０を透過して半導体レーザダイオード１の外部に出力される。
【００３２】
第１の反射膜２０及び第２の反射膜４０をそれぞれ構成する複数の窒化物半導体は、互いに屈折率が異なる。例えば、ＧａＮとＡｌＧａＮを交互に積層して第１の反射膜２０及び第２の反射膜４０を形成する場合、ＧａＮとの屈折率の差を大きくするためにはＡｌＧａＮにおけるＡｌの組成比を高めることが有効である。しかし、Ａｌの組成比を高めるとＡｌＧａＮ層とＧａＮ基板１０との格子定数の差が大きくなり、クラックや欠陥等が発生する。特に、第１の反射膜２０及び第２の反射膜４０では、活性層３０に比べて各層の膜厚が厚いため、格子定数差に起因するクラックや欠陥等が発生しやすい。
【００３３】
バンドギャップの差が大きい窒化物半導体間では、通常、屈折率の差が大きい。このため、第１の反射膜２０及び第２の反射膜４０を構成する窒化物半導体として、図４を用いて説明したＡｌxＢyＩｎzＧａ1-x-y-zＮを採用することにより、第１の反射膜２０及び第２の反射膜４０におけるクラックや欠陥等の発生を抑制できる。つまり、図４に示したように、格子定数を一致させたままバンドギャップの差が大きくなるように組成比を設定した複数のＡｌxＢyＩｎzＧａ1-x-y-zＮを交互に積層して、第１の反射膜２０及び第２の反射膜４０を形成する。その結果、格子定数が同一で屈折率の差が大きい窒化物半導体が積層された第１の反射膜２０及び第２の反射膜４０を実現できる。第１の反射膜２０及び第２の反射膜４０の格子定数とＧａＮ基板１０の格子定数を一致させることにより、クラックや欠陥の発生を防止できる。
【００３４】
以上に説明したように、半導体レーザダイオード１は、ＧａＮ基板１０の主面１１と垂直に共振器が配置されたＶＣＳＥＬとして動作する。一般に、ＶＣＳＥＬはファブリペロー型共振器に比べてレーザ発振のしきい値電流が低い。このため、半導体レーザダイオード１によれば、キャリアの高注入に伴う発振波長のブルーシフトが発振波長を伸ばす阻害要因となることを抑制できる。なお、「ブルーシフト」は、量子井戸層３２の井戸層（例えばＩｎＧａＮ層）のバンドギャップが不均一なために生じる現象である。つまり、低電流時は井戸層のバンドギャップが狭い一部の領域のみで再結合が生じるが、高電流時では井戸層全体でバンドギャップの大きな再結合が生じるようになり、発生する光の波長が変化する現象である。つまり、しきい値が高いと発光波長がシフトする問題が生じる。半導体レーザダイオード１ではしきい値が低いため、この発光波長シフトの発生が抑制される。
【００３５】
半導体レーザダイオード１は、第２の反射膜４０の上面の露出した領域を出力面４１とし、活性層３０で発生した偏光である出力光Ｌを、出力面４１から半導体レーザダイオードの外部に出力する。そのため、半導体レーザダイオード１は、第２電極６０が直接プリント基板等と接続するようにフリップチップ実装される。また、図示を省略するが、第２電極６０に配置されるボンディングパッドとプリント基板とが、ボンディングワイヤー等で電気的に接続される。
【００３６】
以下に、半導体レーザダイオード１の製造方法を説明する。なお、以下に述べる半導体レーザダイオード１の製造方法は一例であり、この変形例を含めて、これ以外の種々の製造方法により実現可能であることは勿論である。
【００３７】
（イ）ＭＯＣＶＤ法等を用いて、ＧａＮ基板１０の主面１１上に、第１の反射膜２０、活性層３０、及び第２の反射膜４０をエピタキシャル成長させる。
【００３８】
（ロ）第２の反射膜４０上に第２電極６０を構成する導電層膜を形成する。そして、リフトオフ法等を用いて導電層膜の一部を除去して第２電極６０を形成すると同時に、露出させた第２の反射膜４０の一部として出力面４１を形成する。更に、ＧａＮ基板１０の裏面に第１電極５０を形成する。第１電極５０には、例えばアルミニウム（Ａｌ）膜や、Ａｌ−チタン（Ｔｉ）−金（Ａｕ）の積層体等が採用可能である。また、第２電極６０は、例えばパラジウム（Ｐｄ）−金（Ａｕ）の積層体等が採用可能である。
【００３９】
上記のように、半導体レーザダイオード１では、第１の反射膜２０、活性層３０、及び第２の反射膜４０を同一の成長炉で連続して形成できる。そのため、プロセス時間を短縮できる。
【００４０】
以上に説明したように、本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザダイオード１は、半極性面を主面とする活性層３０と、この活性層３０を第１の反射膜２０と第２の反射膜４０とで挟んだ構造を有する。このため、半導体レーザダイオード１においては、活性層３０で発生した偏光の偏光状態が保たれた出力光Ｌが、ＧａＮ基板１０の主面１１と垂直な方向に出力される。つまり、劈開面にできないＧａＮ基板１０の側面を出力面にしないため、しきい値の上昇が抑制され、高効率且つ発光波長のシフトが少ない半導体レーザダイオード１を提供できる。
【００４１】
また、半極性面は極性面や非極性面に比べてＩｎＧａＮにおけるＩｎの組成比を高くできるため、半導体レーザダイオード１にＩｎの組成比の高いＩｎＧａＮ層を含む活性層３０を採用することにより、５００ｎｍ以上の波長領域で偏光を出力できる。例えば、半導体レーザダイオード１は緑色の光を出力可能であり、赤色、及び青色の光と併せてＲＧＢ発光源を実現できる。このＲＧＢ発光源を利用して、半導体レーザダイオードを用いた小型のディスプレイやプロジェクタ等を実現できる。
【００４２】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザダイオード１Ａは、図６に示すように、ＧａＮ基板１０の主面１１上に活性層３０が形成されて、活性層３０上に透明電極である第２電極６０が配置されている。そして、ＧａＮ基板１０の裏面に第１の反射膜２０が配置され、第２電極６０上に第２の反射膜４０が配置されていることが、図１に示した半導体レーザダイオード１と異なる。
【００４３】
半導体レーザダイオード１Ａでは、第１の反射膜２０及び第２の反射膜４０それぞれが、互いに屈折率の異なる複数の絶縁膜を交互に積層した構造である。このため第１電極５０はＧａＮ基板１０の主面１１上に活性層３０と離間して配置され、第１電極５０からＧａＮ基板１０を経由して第１導電型のキャリアが活性層３０に供給される。また、第２電極６０から第２導電型のキャリアが活性層３０に直接供給される。
【００４４】
図６に示すように、活性層３０の側面及び上面の一部を覆うように絶縁膜７０が配置される。そして、絶縁膜７０に設けられた開口部において第２電極６０が活性層３０に接する。つまり、活性層３０と第２電極６０との接触面積を制限して電流狭窄が行われる。
【００４５】
第２電極６０は、例えば酸化亜鉛（ＺｎＯ）やインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）等の透明電極が採用可能である。また、絶縁膜７０には、例えばジルコニア（ＺｒＯ2）膜や、酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜等が採用可能である。
【００４６】
第１の反射膜２０及び第２の反射膜４０は、例えば、膜厚がλ2／（４ｎ1）のＺｒＯ2膜と、膜厚がλ2／（４ｎ2）のＳｉＯ2膜とを交互に複数回繰り返し積層して形成される。ここで、λは発光波長、ｎ1はＺｒＯ2の屈折率、ｎ2はＳｉＯ2の屈折率である。半導体レーザダイオード１Ａにおいても、発光波長λに対応して、第１の反射膜２０の反射率が第２の反射膜４０より大きく設定される。例えばＺｒＯ2膜とＳｉＯ2膜のペア数を調整する等して、第２の反射膜４０の反射率を９７％程度、第１の反射膜２０の反射率を１００％若しくはそれに近い反射率にする。第１の反射膜２０及び第２の反射膜４０は、例えばスパッタ法等により形成される。
【００４７】
第２電極６０は透明電極であるため、活性層３０で発生した偏光は、ＧａＮ基板１０、活性層３０、第２電極６０を共振路として、第１の反射膜２０と第２の反射膜４０との間を往復しながら増幅される。そして、増幅された偏光の一部が、第２の反射膜４０を透過して、第２の反射膜４０の上面の出力面４１から半導体レーザダイオード１Ａの外部に出力される。
【００４８】
本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザダイオード１Ａは、半極性面を主面とする活性層３０と、この活性層３０を絶縁膜を積層した構造の第１の反射膜２０と第２の反射膜４０とで挟んだ構造を有する。半導体レーザダイオード１Ａにおいては、活性層３０で発生した偏光が、ＧａＮ基板１０の主面１１と垂直な方向に出力される。このため、しきい値の上昇を抑制しつつ、偏光が出力される。半導体レーザダイオード１Ａでは、第１の反射膜２０と第２の反射膜４０として窒化物半導体を成長させた場合に比べて、クラックや欠陥の発生を抑制できる。他は、第１の実施の形態と実質的に同様であり、重複した記載を省略する。
【００４９】
（第３の実施の形態）
図７に示す本発明の第３の実施の形態に係る半導体レーザダイオード１Ｂは、第１の反射膜２０が、互いに屈折率の異なる複数の窒化物半導体を交互に積層した構造を有し、第２の反射膜４０が、互いに屈折率の異なる複数の絶縁膜を交互に積層した構造を有する。
【００５０】
このため、図１に示した半導体レーザダイオード１と同様に、活性層３０とＧａＮ基板１０の主面１１との間に第１の反射膜２０が配置され、ＧａＮ基板１０の裏面に第１電極５０が配置される。また、第２の反射膜４０は、図６に示した半導体レーザダイオード１Ａと同様に、絶縁膜７０に設けられた開口部において活性層３０と接する第２電極６０上に配置される。第２電極６０は透明電極である。そして、活性層３０と第２電極６０との接触面積を制限して電流狭窄が行われる。
【００５１】
第２電極６０には、例えばＺｎＯやＩＴＯ等が採用可能である。また、絶縁膜７０には、例えばＺｒＯ2膜や、ＳｉＯ2膜等が採用可能である。
【００５２】
第１の反射膜２０には、第１の実施の形態で説明したように、例えばＡｌ0.30ＧａＮ膜とＧａＮ膜を交互に複数回繰り返し積層した構造が採用可能である。第２の反射膜４０には、第２の実施の形態で説明したように、例えばＺｒＯ2膜とＳｉＯ2膜とを交互に複数回繰り返し積層した構造が採用可能である。半導体レーザダイオード１Ｂにおいても、発光波長λに対応して、第１の反射膜２０の反射率が第２の反射膜４０より大きく設定される。
【００５３】
活性層３０で発生した偏光は、活性層３０及び第２電極６０を共振路として、第１の反射膜２０と第２の反射膜４０との間を往復しながら増幅される。そして、増幅された偏光の一部が、第２の反射膜４０を透過して、第２の反射膜４０の上面の出力面４１から半導体レーザダイオード１Ｂの外部に出力される。
【００５４】
本発明の第３の実施の形態に係る半導体レーザダイオード１Ｂは、半極性面を主面とする活性層３０を、窒化物半導体を積層した構造の第１の反射膜２０と、絶縁膜を積層した構造の第２の反射膜４０とで挟んだ構造を有する。半導体レーザダイオード１Ｂにおいては、活性層３０で発生した偏光が、ＧａＮ基板１０の主面１１と垂直な方向に出力される。このため、しきい値の上昇を抑制しつつ、偏光が出力される。半導体レーザダイオード１Ｂでは、第１の反射膜２０と第２の反射膜４０の一方を絶縁膜の積層して形成することにより、両方を窒化物半導体を成長させた構造とする場合に比べて、クラックや欠陥の発生を抑制できる。他は、第１の実施の形態と実質的に同様であり、重複した記載を省略する。
【００５５】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は第１乃至第３の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。例えば、活性層３０が量子井戸構造でなく、ダブルヘテロ構造であってもよい。
【００５６】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザダイオードの構成を示す模式図であり、図１（ａ）は活性層の主面と垂直方向に沿った断面図、図１（ｂ）は上面図である。
【図２】半極性面について説明するための模式図であり、図２（ａ）は窒化物半導体の結晶構造を示す模式図であり、図２（ｂ）はＩＩＩ族原子と窒素原子の結合を示す模式図であり、図２（ｃ）は半極性面を説明するための模式図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザダイオードの活性層の構成例を示す模式図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザダイオードに使用される窒化物半導体のバンドギャップ、格子定数、発光波長の関係を示すグラフである。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザダイオードの反射膜の反射率と発光波長の関係を示すグラフである。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザダイオードの構成を示す模式図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係る半導体レーザダイオードの構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５８】
１、１Ａ、１Ｂ…半導体レーザダイオード
１０…ＧａＮ基板
１１…主面
２０…第１の反射膜
３０…活性層
３１…下側バリア層
３２…量子井戸層
３２１…バリア層
３２２…井戸層
３３…上側バリア層
４０…第２の反射膜
４１…出力面
５０…第１電極
６０…第２電極
７０…絶縁膜
【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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