(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の主面上に直接又は第１の半導体層を介して形成された第２の半導体層と、
前記第２の半導体層の上に形成され、且つエネルギーバンドギャップが前記第２の半導体層よりも小さく、一軸異方性を有する半導体よりなる活性層と、
前記活性層上に形成されてエネルギーバンドギャップが前記活性層よりも大きい第３の半導体層と、
前記第２の半導体層、前記活性層及び前記第３の半導体層に膜厚方向に電流を流すための一対の電極とを有し、
少なくとも前記活性層の膜厚方向は前記一軸異方性の軸とは異なる方向であり、
前記活性層は、膜厚が１〜２０ｎｍである１層のAlxGa1-x-yInyN（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなる単層構造を有しているか、又は、各膜厚が１〜２０ｎｍの多層のAlxGa1-x-yInyN（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなる多重量子井戸構造を有すると共に、前記活性層の発光部は異方性を示すｃ軸に垂直でない面内で歪みが加わえられてｃ面内歪異方性を有することを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記基板がSiCで形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
GaN又はAlNからなる基板の主面上に直接又は第１の半導体層を介して形成された第２の半導体層と、
前記第２の半導体層の上に形成され、且つエネルギーバンドギャップが前記第２の半導体層よりも小さく、一軸異方性を有する半導体よりなる活性層と、
前記活性層上に形成されてエネルギーバンドギャップが前記活性層よりも大きい第３の半導体層と、
前記第２の半導体層、前記活性層及び前記第３の半導体層に膜厚方向に電流を流すための一対の電極とを有し、
少なくとも前記活性層の膜厚方向は前記一軸異方性の軸とは異なる方向であり、
前記活性層がAlxGa1-x-yInyN（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で形成されていると共に、前記活性層の発光部は異方性を示すｃ軸に垂直でない面内で歪みが加わえられてｃ面内歪異方性を有することを特徴とする半導体発光素子。
【請求項４】
前記基板の主面は、｛１１−２０｝面、｛１−１００｝面、又は、｛１１−２０｝面若しくは｛１−１００｝面から−５度〜＋５度の範囲内で傾いた面であることを特徴とする請求項２又は３に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記基板の主面は、｛１１−２０｝面及び｛１−１００｝面のいずれかの面に対してオフ角θ（但し、０°≦θ≦10°）だけオフした面であることを特徴とする請求項２又は３に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記基板の主面が｛１１−２０｝面、｛１１−２０｝面から−５度〜＋５度の範囲内で傾いた面、又は｛１１−２０｝面に対してオフ角θ（但し、０°≦θ≦10°）だけオフした面であり、前記基板、前記第２の半導体層、前記第３の半導体層及び前記活性層は、｛０００１｝面又は｛１−１００｝面で劈開されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記基板の主面が｛１−１００｝面、｛１−１００｝面から−５度〜＋５度の範囲内で傾いた面、又は｛１−１００｝面に対してオフ角θ（但し、０°≦θ≦10°）だけオフした面であり、前記基板、前記第２の半導体層、前記第３の半導体層及び前記活性層は、｛０００１｝面又は｛１１−２０｝面で劈開されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記基板の主面が｛０００１｝面であり、該基板の表面に前記主面と交差する面方位を有する小面が設けられていると共に、該小面の上方に形成した前記活性層が発光部であることを特徴とする請求項２又は３に記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記小面は｛１−１００｝面又は｛１１−２０｝面に垂直な面方位に形成され、該｛１−１００｝面又は該｛１１−２０｝面は共振器の両端の劈開面であることを特徴とする請求項８に記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
サファイアからなる基板の主面上に直接又は第１の半導体層を介して形成された第２の半導体層と、
前記第２の半導体層の上に形成され、且つエネルギーバンドギャップが前記第２の半導体層よりも小さく、一軸異方性を有する半導体よりなる活性層と、
前記活性層上に形成されてエネルギーバンドギャップが前記活性層よりも大きい第３の半導体層と、
前記第２の半導体層、前記活性層及び前記第３の半導体層に膜厚方向に電流を流すための一対の電極とを有し、
前記基板の主面は｛１−１０２｝面であり、
少なくとも前記活性層の膜厚方向は前記一軸異方性の軸とは異なる方向であり、
前記活性層がAlxGa1-x-yInyN（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で形成されていると共に、前記活性層の発光部は異方性を示すｃ軸に垂直でない面内で歪みが加わえられてｃ面内歪異方性を有することを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１１】
LiAlO2からなる基板の主面上に直接又は第１の半導体層を介して形成された第２の半導体層と、
前記第２の半導体層の上に形成され、且つエネルギーバンドギャップが前記第２の半導体層よりも小さく、一軸異方性を有する半導体よりなる活性層と、
前記活性層上に形成されてエネルギーバンドギャップが前記活性層よりも大きい第３の半導体層と、
前記第２の半導体層、前記活性層及び前記第３の半導体層に膜厚方向に電流を流すための一対の電極とを有し、
少なくとも前記活性層の膜厚方向は前記一軸異方性の軸とは異なる方向であり、
前記活性層がAlxGa1-x-yInyN（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で形成されていると共に、前記活性層の発光部は異方性を示すｃ軸に垂直でない面内で歪みが加わえられてｃ面内歪異方性を有することを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１２】
前記基板の主面は｛１００｝面又は｛１００｝面から−５度から＋５度の角度でオフした面であることを特徴とする請求項１１に記載の半導体発光素子。
【請求項１３】
前記Alx Ga1-x-yInyNの組成比ｘと組成比ｙが、ｘｙ座標において、ｙ＝０．２１４ｘ−０．３２８を示す直線とｙ＝０．３５３ｘ−０．２０９を示す直線の間の範囲内に存在することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の半導体発光素子。
【請求項１４】
前記第２の半導体層はAluGa1-u-vlnvN（但し、0≦ｕ≦1、0≦ｖ≦1）からなり、且つ、前記第３の半導体層はAlwGa1-w-zInzN（但し、0≦ｗ≦１、0≦ｚ≦１）からなることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１５】
前記活性層のａ軸の格子定数ａ1と、前記第２の半導体層及び前記第３の半導体層のａ軸の格子定数ａ2，ａ3とが、ａ1＜ａ2、ａ1＜ａ3の関係を満たし、更に前記活性層のｃ軸の格子定数ｃ1と、前記第２の半導体層及び前記第３の半導体層のｃ軸の格子定数ｃ2，ｃ3とが、ｃ1＜ｃ2、及び、ｃ1＜ｃ3の関係を満たすことを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１６】
前記活性層のａ軸の格子定数ａ1と、前記第２の半導体層及び前記第３の半導体層のａ軸の格子定数ａ2，ａ3とが、ａ1＞ａ2、ａ1＞ａ3の関係を満たし、更に前記活性層のｃ軸の格子定数ｃ1と、前記第２の半導体層及び前記第３の半導体層のｃ軸の格子定数ｃ2，ｃ3とが、ｃ1＞ｃ2、及び、ｃ1＞ｃ3の関係を満たすことを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１７】
前記第２の半導体層の下方又は第３の半導体層の上方にはミラー層が形成されており、該ミラー層を一端として前記活性層、前記第２及び第３の半導体層の膜厚方向に共振器が形成されていることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１８】
前記共振器の共振波長は、フォトルミネッセンス光強度が最大となる波長であることを特徴とする請求項１７に記載の半導体発光素子。
【請求項１９】
前記活性層は、GaN又はInGaNの第１の層と、AlGalnN、GaN又はInGaNの第２の層とからなる多層構造を有する多重量子井戸層、GaN単層、InGaN単層、及びAlGalnN単層のいずれかからなることを特徴とする請求項１〜１８のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項２０】
前記第２の半導体層が第一導電型のAlGaNからなり、前記第３の半導体層が第二導電型のAlGaNからなることを特徴とする請求項１９に記載の半導体発光素子。
【請求項２１】
GaN、又はAlNからなる基板、前記基板の上方に形成されたウルツ鉱構造結晶からなる第１の活性層、該第１の活性層の下に形成された第１導電型不純物を含む第１の障壁層、該第１の活性層の上に形成された第２導電型不純物を含む第２の障壁層、及び、該第１の活性層と第１及び第２の障壁層の膜厚方向に電流を流すための電極を有する面発光半導体レーザと、
前記基板の上方に形成されたウルツ鉱構造結晶からなる第２の活性層、該第２の活性層の下に形成された第１導電型不純物を含む第１の半導体層、該第２の活性層の上に形成された第２導電型不純物を含む第２の半導体層、及び、該第２の活性層と第１及び第２の半導体層の膜厚方向に流れる電流を外部に取り出す電極を有し、前記面発光半導体レーザから電気的に分離されている受光素子とを有する光半導体装置であって、
前記第１の活性層が一軸異方性を有する半導体からなり、少なくとも前記活性層の膜厚方向は前記一軸異方性の軸とは異なる方向であり、前記活性層がAlxGa1-x-yInyN（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で形成されていると共に、前記活性層の発光部は異方性を示すｃ軸に垂直でない面内で歪みが加わえられてｃ面内歪異方性を有することを特徴とする光半導体装置。
【請求項２２】
前記基板の主面が｛１−１００｝面又は｛１１−２０｝面であることを特徴とする請求項２１に記載の光半導体装置。
【請求項２３】
主面を｛１−１０２｝面としたサファイアからなる基板、前記基板の上方に形成されたウルツ鉱構造結晶からなる第１の活性層、該第１の活性層の下に形成された第１導電型不純物を含む第１の障壁層、該第１の活性層の上に形成された第２導電型不純物を含む第２の障壁層、及び、該第１の活性層と第１及び第２の障壁層の膜厚方向に電流を流すための電極を有する面発光半導体レーザと、
前記基板の上方に形成されたウルツ鉱構造結晶からなる第２の活性層、該第２の活性層の下に形成された第１導電型不純物を含む第１の半導体層、該第２の活性層の上に形成された第２導電型不純物を含む第２の半導体層、及び、該第２の活性層と第１及び第２の半導体層の膜厚方向に流れる電流を外部に取り出す電極を有し、前記面発光半導体レーザから電気的に分離されている受光素子とを有する光半導体装置であって、
前記第１の活性層が一軸異方性を有する半導体からなり、少なくとも前記活性層の膜厚方向は前記一軸異方性の軸とは異なる方向であり、前記活性層がAlxGa1-x-yInyN（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で形成されていると共に、前記活性層の発光部は異方性を示すｃ軸に垂直でない面内で歪みが加わえられてｃ面内歪異方性を有することを特徴とする光半導体装置。
【請求項２４】
前記第１の活性層及び前記第２の活性層は、GaN、InGaN、AlGaN、又はAlGaInNからなることを特徴とする請求項２１〜２３のいずれか１項に記載の光半導体装置。
【請求項２５】
前記第１の障壁層、前記第２の障壁層、前記第１の半導体層、及び前記第２の半導体層は、GaN、InGaN、AlGaN、又はAlGaInNからなることを特徴とする請求項２１〜２４のいずれか１項に記載の光半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体発光素子、光半導体素子、発光ダイオード及び表示装置に関するものであり、より詳しくは、青色から紫外にかけた波長帯の光を発光するGaN 等のウルツ鉱型化合物半導体を発光部に有する半導体発光素子、光半導体素子、発光ダイオード及び表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ディスク用光源として、青色から紫外にかけての領域に波長を有する短波長レーザの開発が盛んである。青色レーザ用光源としては、II-VI 族のZnSe系材料を使用した光素子と、III-Ｖ族のGaN 系材料を使用した光素子がある。そのうち、半導体レーザの研究に関してはZnSe系材料が先んじていて、既に室温連続発振が得られるという報告がある。しかし、ZnSe系材料は本質的に劣化し易い材料であることから信頼性に問題があり、未だ実用化に至ってはいない。
【０００３】
一方、数年前にGaN を使用した高輝度のＬＥＤの発表されたことを境にして、耐環境性に優れるGaN が見直され、世界中で研究者の大きな増加を見ている。そして、１９９６年に日亜化学によってInGaN を用いてレーザ発振する半導体レーザが発表された。
発光素子として用いられているGaN 系半導体はウルツ鉱型化合物半導体であるため、類似の結晶構造を有する六方晶系のサファイア基板或いは６Ｈ−ＳｉＣ基板上にＭＯＶＰＥ法（有機金属気相成長法) を用いてエピタキシャル成長させていた。ここで、６Ｈ−ＳｉＣのうち“Ｈ”は、６階回転対称を有する結晶であることを示し、また、“６”は、結晶が６相の原子又は分子の配列が周期的に形成された六相同期構造を有する結晶であることを示している。
【０００４】
六方晶系のサファイア基板又は６Ｈ−ＳｉＣ基板を用いる半導体レーザの形成は、次のような手順により形成される。
サファイア基板を用いた場合には、例えば図２４(a) に示すように、（０００１）面を主面とするサファイア（０００１）基板１４１上に、GaN バッファ層１４２を介して、ｎ型Al0.1Ga0.9N クラッド層１４３、ｎ型GaN 光ガイド層１４４、Ga0.9ln0.1N 活性層１４５、ｐ型GaN 光ガイド層１４６、及び、ｐ型Al0.1Ga0.9N クラッド層１４７をＭＯＶＰＥ法によってエピタキシャル成長させた後に、エッチングによりｎ型Al0.1Ga0.9N クラッド層１４３の一部を露出させて、その露出面上にTi／Au電極１４８からなるｎ側電極を設けると共に、ｐ型Al0.1 Ga0.9Nクラッド層１４７上にはNi／Au電極１4 9 からなるｐ側電極を設け、このような工程により半導体レーザが形成される。
【０００５】
一方、６Ｈ−ＳｉＣ基板を用いる場合には、図２４(b) に示すように、（０００１）Si面即ち、６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板１５１のうちSi面の上に、ｎ型AIN バッファ層１5 2 を介して、ｎ型Al0.1Ga0.9N クラッド層１５３、ｎ型GaN 光ガイド層１５４、Ga0.9ln0.1N 活性層１５５、ｐ型GaN 光ガイド層１５６、及び、ｐ型Al0.1Ga0.9N クラッド層１５７をＭＯＶＰＥ法によってエピタキシャル成長した後に、さらに、６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板１５１裏面にTi／Au電極１５８からなるｎ側電極を設けると共に、ｐ型Al0.1Ga0.9N クラッド層１５７上にはNi／Au電極１５９からなるｐ側電極を設ける工程を経て、これにより半導体レーザが形成される。
【０００６】
この様な従来の発光素子においては、GaN 系のエピタキシャル層１４２〜１４７，１５２〜１５７は、サファイア（０００１）基板１４１或いは６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板１５１の＜０００１＞方向に（０００１）面が成長することから、面内での歪みは等方的となり、Ga0.9ln0.1N 活性層１４５，１５５は一軸異方性のままであった。その＜０００１＞方向は、ｃ軸方向である。
【０００７】
次に、GaN 系半導体のエネルギーバンド構造について説明する。
図２５(a) は、歪みがかからない状態のGaN 系半導体の価電子帯のバンド構造を示す図であり、ＨＨ（Heavy Hole）とＬＨ（Light Hole）のバンドがほぼ縮退しており、また、GaN 系半導体においてはＣＨバンドが近接している。
上記図２４(a) に示した従来の発光素子においては、ｎ型Al0.1Ga0.9N クラッド層１４３乃至ｐ型Al0.1Ga0.9N クラッド層１４７の面内格子定数が、GaN バッファ層１４２の直上のｎ型Al0.1Ga0.9N クラッド層１４３の格子定数で規定されるため、コヒーレントに成長したｎ型GaN 光ガイド層１４４乃至ｐ型GaN 光ガイド層１４６は格子不整合及び熱膨張係数差による圧縮応力を受ける。
【０００８】
また、図２４(b) に示した素子においても同様で、熱膨張係数差では引張応力を受けるが、Ga0.9ln0.1N 活性層１５５に関しては格子定数による歪みの影響が強く、圧縮応力が働いている。
以上のような半導体レーザの他に、本発明者等は、GaN の光学利得が従来材料に比べて非常に高いことを見い出し、この材料が面発光レーザに適していることを確認している。
【０００９】
次に、面発光レーザについて説明する。
基板上に形成された活性層の垂直方向に共振軸を有する光共振器（垂直共振器）を備え、活性層表面の垂直方向に光を出射する構造を有している。そのような面発光半導体レーザは、共振器長が短くて閾値電流が低いこと、半導体レーザ素子の２次元アレイを容易に実現できること、単位ウエーハ面積当たりの素子数が多いこと、或いはウェーハのまま素子の試験ができること等、特性上及び製造上の有用な性質を有しており、特に光ディスク用又は短距離光通信用として短波長光を発振する面発光レーザの開発が進められている。
【００１０】
しかし、従来材料の面発光レーザは、発振光の偏光面の方向が固定されないため、使用中に偏光面が変化し又は偏光面の変化に伴い発光出力特性にキンクを生ずることがある。これでは、偏光を利用した光ディスクの読み出しができず、また光による書込み・読出しを安定して行うことができず、さらに安定した通信を実現することができない。
【００１１】
そこで、面発光半導体レーザの発振光の偏光面方位を固定し安定化することが必要とされている。
従来の面発光半導体レーザの活性層は、閃亜鉛鉱型結晶の（００１) 面を主面とする基板上に堆積されていた。他方、GaN に代表される六方晶半導体を活性層とする面発光半導体レーザを同様の構造で構成する場合には、六方晶結晶のｃ軸に垂直な（０００１）面を主面とする基板上に活性層を堆積することが予想される。以下、かかる構造を有する従来の面発光半導体レーザのについて説明する。
【００１２】
図２６は、従来の面発光半導体レーザ斜視図であり、垂直共振器を有する面発光半導体レーザの基本構造を表している。
図２６に示すように、基板１０１は六方晶結晶、例えばサファイアからなり、ｃ軸１０４に垂直な主面を有する。或いは、基板１は閃亜鉛鉱型結晶の（００１) 面を主面とする。かかる基板１０１上に第一導電型の障壁層１０７, 活性層１０２及び第二導電型の障壁層１０８が順次工ピタキシャルに堆積される。さらに、第二導電型の障壁層１０８上に円板形の多層膜からなる反射鏡１０３が形成される。この反射鏡１０３を一方の反射面とし、障壁層１０７の下面、即ち障壁層１０７と基板１０１との界面を他の反射面として、活性層１０２に平行な反射面と活性層１０２に垂直な共振軸とを有する光共振器が構成される。
【００１３】
ところで、現在実現されている閃亜鉛鉱型結晶の活性層を用いた面発光半導体レーザでは、反射鏡１０３を半導体の多層構造としかつ光共振器の両反射面に設けられる。
これに対して、光学利得が大きいGaN を活性層とする面発光半導体レーザは上記の反射鏡１０３を一方に備えることで発振可能であるとされる。また、発振光は、基板１０１の下面（主面の反対面）に形成された光学的窓から出射される。
【００１４】
上述した面発光半導体レーザの活性層１０２は基板１０１上にエピタキシャルに堆積される。従って、六方晶又は閃亜鉛鉱型結晶からなる活性層１０２は、六方晶のｃ軸又は閃亜鉛鉱型結晶の＜００１＞軸が面に垂直な薄層として形成される。
他方 ,共振器は活性層１０２に垂直な共振軸を有するから、発振光は活性層１０２に垂直に進行し、活性層１０２面が偏光規定面となる。即ち、偏光規定面をｘｙ面とし光の進行方向をｚ軸にとるとき、発振光は、偏光面がｘ軸を含むｘ偏光１０５及び偏光面がｙ軸を含むｙ偏光１０６から構成される。このｚ軸は、活性層２に垂直、即ち六方晶のｃ軸又は閃亜鉛鉱型結晶の＜００１＞軸に平行であり、光学的異方性の回転対称軸をなすため、ｘ偏光１０５とｙ偏光１０６とは結晶との光学的結合が等しい。このため、結晶学的にはｘ偏光１０５とｙ偏光１０６とのいずれも等しい強度で発振することができるので、発振光の偏光面は定まらず、偏光面は不安定になる。
【００１５】
かかる発振光の偏光面を安定化するため、反射鏡を楕円形又は長方形にすることで、ｘ偏光１０５又はｙ偏光１０６の一方のみを発振させる半導体レーザが開発された。しかし、この半導体レーザは、出射光が円形ビームにならないという問題があり、また反射鏡の形状を精密に製造することが難しい。
さらに、かかる不都合を解消すべく、活性層１０２又は障壁層１０７, １０８に面内屈折率分布を形成することでｚ軸廻りの屈折率の対称性を劣化させ、発振光の偏光面を規定する半導体レーザが提案された。しかし、屈折率分布を形成するための工程が必要で、製造工程が複雑になることは避けられない。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のGaN 系の半導体の場合、価電子帯におけるエネルギー的に一番高いバンドＨＨ、ＬＨが二重に縮退しているので、このようなGaN 系半導体ではＨＨとＬＨの双方のバンドに正孔が分布するので、このためレーザ発振をさせるための閾値電流密度が高くなるという問題があった。
【００１７】
また、６Ｈ−ＳｉＣ基板上にGaN 系半導体を成長する際に、そのGaN 系半導体層の（０００１）面に熱膨張により生じた応力によってクラッキングが発生し易く、結晶性が良いものが得られにくい。
なお、発光部を構成する上記Ga0.9ln0.1N 活性層１４５，１５５に（０００１）面内で熱膨張係数差、格子不整合による圧縮応力がかかる場合には、図２５(b) に示すように、無歪みの状態からさらにＣＨバンドのエネルギーがＨＨ、ＬＨに対して相対的に低いバンド構造となるだけで、価電子帯のエネルギー的に一番高いバンドＨＨ、ＬＨは二重に縮退したままである。
【００１８】
さらに、閾値電流密度が高くなるもう１つの原因として、サファイア基板に劈開性がないということが挙げられる。
それらの問題の他に、従来の垂直共振器を有する面発光半導体レーザでは、活性層の面内異方性が小さいため発振光の偏光面が定まらず、出射光の偏光面を固定することができない、あるいは発振が安定しないということが挙げられる。
【００１９】
また、反射鏡を長方形にして偏光面を規定する構造では、出射光が円形ビームにならず、また微細化するにつれて矩形状のパターンの形成が困難という問題がある。さらに、活性層又は障壁層に面内屈折率を形成する方法は、製造工程の簡素化に限界がある。ところで、発振光の偏光面が定まらないことは、面発光半導体レーザを光磁気ディスク装置の光源に用いる場合に別な問題が生じる。
【００２０】
即ち、光磁気ディスク装置では、光の偏光面の回転を検出することによってデータを読むためにレーザ光の偏光面が揃っていることが必要になる。しかし、従来の面発光レーザでは偏光面が揃っていないのでデータ読み出し素子として使用されていない。
本発明は、光発振に必要な閾値電流密度を低減し、クラキングの発生し難いGaN 系半導体層を有するとともに、面発光半導体レーザにおいては光の偏光面を固定し且つ偏光面の変動を抑制できる半導体発光素子、光半導体素子、発光ダイオード及び表示装置を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、図２又は図１０に例示するように、基板１１（４１）の主面上に直接又は第１の半導体層１２（５２）を介して形成された第２の半導体層１３（４７）と、前記第２の半導体層１３（４７）の上に形成され、且つエネルギーバンドギャップが前記第２の半導体層１３（４７）よりも小さく、一軸異方性を有する半導体よりなる活性層１４（４２）と、前記活性層１４（４２）上に形成されてエネルギーバンドギャップが前記活性層１４（４２）よりも大きい第３の半導体層１５（４８）と、前記第２の半導体層１３（４７）、前記活性層１４（４２）及び前記第３の半導体層１５（４８）に膜厚方向に電流を流すための一対の電極１７，１８とを有し、少なくとも前記活性層１４（４２）の膜厚方向は前記一軸異方性の軸とは異なる方向であり、前記活性層１４（４２）は、膜厚が１〜２０ｎｍである１層のAlxGa1-x-yInyN（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなる単層構造を有しているか、又は、各膜厚が１〜２０ｎｍの多層のAlxGa1-x-yInyN（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなる多重量子井戸構造を有すると共に、異方性を示すｃ軸に垂直でない面内で歪みが加わえられてｃ面内歪異方性を有することを特徴とする半導体発光素子によって解決する（以下、この半導体発光素子を「半導体発光素子I」とする）。
上記半導体発光素子Iは、前記基板がSiCで形成されていることを特徴とする（以下、この半導体発光素子を「半導体発光素子II」とする）。
【００２２】
上記課題は、図２又は図１０に例示するように、GaN又はAlNからなる基板１１（４１）の主面上に直接又は第１の半導体層１２（５２）を介して形成された第２の半導体層１３（４７）と、前記第２の半導体層１３（４７）の上に形成され、且つエネルギーバンドギャップが前記第２の半導体層１３（４７）よりも小さく、一軸異方性を有する半導体よりなる活性層１４（４２）と、前記活性層１４（４２）上に形成されてエネルギーバンドギャップが前記活性層１４（４２）よりも大きい第３の半導体層１５（４８）と、前記第２の半導体層１３（４７）、前記活性層１４（４２）及び前記第３の半導体層１５（４８）に膜厚方向に電流を流すための一対の電極１７，１８とを有し、少なくとも前記活性層１４（４２）の膜厚方向は前記一軸異方性の軸とは異なる方向であり、前記活性層１４（４２）がAlxGa1-x-yInyN（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で形成されていると共に、前記活性層１４（４２）の発光部は異方性を示すｃ軸に垂直でない面内で歪みが加わえられてｃ面内歪異方性を有することを特徴とする半導体発光素子により解決する（以下、この半導体発光素子を「半導体発光素子III」とする）。
【００２３】
上記半導体素子II又はIIIにおいて、前記基板１１（４１）の主面は、｛１１−２０｝面、｛１−１００｝面、又は、｛１１−２０｝面若しくは｛１−１００｝面から−５度〜＋５度の範囲内で傾いた面であることを特徴とする。
また、上記半導体素子II又はIIIにおいて、前記基板１１（４１）の主面は、｛１１−２０｝面及び｛１−１００｝面のいずれかの面に対してオフ角θ（但し、０°≦θ≦10°）だけオフした面であることを特徴とする。
【００２４】
また、上記半導体素子II又はIIIにおいて、前記基板１１（４１）の主面が｛１１−２０｝面、｛１１−２０｝面から−５度〜＋５度の範囲内で傾いた面、又は｛１１−２０｝面に対してオフ角θ（但し、０°≦θ≦10°）だけオフした面であり、前記基板１１（４１）、前記第２の半導体層１３（４７）、前記第３の半導体層１５（４８）及び前記活性層１４（４２）は、｛０００１｝面又は｛１−１００｝面で劈開されていることを特徴とする。
【００２５】
また、上記半導体素子II又はIIIにおいて、前記基板１１（４１）の主面が｛１−１００｝面、｛１−１００｝面から−５度〜＋５度の範囲内で傾いた面、又は｛１−１００｝面に対してオフ角θ（但し、０°≦θ≦10°）だけオフした面であり、前記基板１１（４１）、前記第２の半導体層１３（４７）、前記第３の半導体層１５（４８）及び前記活性層１４（４２）は、｛０００１｝面又は｛１１−２０｝面で劈開されていることを特徴とする。
また、上記半導体素子II又はIIIにおいて、前記基板４１の主面が｛０００１｝面であり、該基板４１の表面に前記主面と交差する面方位を有する小面が設けられていると共に、該小面の上方に形成した前記活性層が発光部であることを特徴とする。この場合、前記小面は｛１−１００｝面又は｛１１−２０｝面に垂直な面方位に形成され、該｛１−１００｝面又は該｛１１−２０｝面は共振器の両端の劈開面であることを特徴とする。
【００２６】
また、上記課題は、図２又は図１０に例示するように、サファイアからなる基板１１（４１）の主面上に直接又は第１の半導体層１２（５２）を介して形成された第２の半導体層１３（４７）と、前記第２の半導体層１３（４７）の上に形成され、且つエネルギーバンドギャップが前記第２の半導体層１３（４７）よりも小さく、一軸異方性を有する半導体よりなる活性層１４（４２）と、前記活性層１４（４２）上に形成されてエネルギーバンドギャップが前記活性層１４（４２）よりも大きい第３の半導体層１５（４８）と、前記第２の半導体層１３（４７）、前記活性層１４（４２）及び前記第３の半導体層１５（４８）に膜厚方向に電流を流すための一対の電極１７，１８とを有し、前記基板１１（４１）の主面は｛１−１０２｝面であり、少なくとも前記活性層１４（４２）の膜厚方向は前記一軸異方性の軸とは異なる方向であり、前記活性層１４（４２）がAlxGa1-x-yInyN（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で形成されていると共に、前記活性層１４（４２）の発光部は異方性を示すｃ軸に垂直でない面内で歪みが加わえられてｃ面内歪異方性を有することを特徴とする半導体発光素子により解決する（以下、この半導体発光素子を「半導体発光素子IV」とする）。
【００２７】
上記課題は、図２又は図１０に例示するように、LiAlO2からなる基板１１（４１）の主面上に直接又は第１の半導体層１２（５２）を介して形成された第２の半導体層１３（４７）と、前記第２の半導体層１３（４７）の上に形成され、且つエネルギーバンドギャップが前記第２の半導体層１３（４７）よりも小さく、一軸異方性を有する半導体よりなる活性層１４（４２）と、前記活性層１４（４２）上に形成されてエネルギーバンドギャップが前記活性層１４（４２）よりも大きい第３の半導体層１５（４８）と、前記第２の半導体層１３（４７）、前記活性層１４（４２）及び前記第３の半導体層１５（４８）に膜厚方向に電流を流すための一対の電極１７，１８とを有し、少なくとも前記活性層１４（４２）の膜厚方向は前記一軸異方性の軸とは異なる方向であり、前記活性層１４（４２）がAlxGa1-x-yInyN（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で形成されていると共に、前記活性層１４（４２）の発光部は異方性を示すｃ軸に垂直でない面内で歪みが加わえられてｃ面内歪異方性を有することを特徴とする半導体発光素子により解決する（以下、この半導体発光素子を「半導体発光素子V」とする）。
上記半導体発光素子Vにおいて、前記基板１１（４１）の主面は｛１００｝面又は｛１００｝面から−５度から＋５度の角度でオフした面であることを特徴とする（以下、この半導体発光素子を「半導体発光素子VI」とする）。
また、上記半導体発光素子V又はVIは、前記Alx Ga1-x-yInyNの組成比ｘと組成比ｙが、ｘｙ座標において、ｙ＝０．２１４ｘ−０．３２８を示す直線とｙ＝０．３５３ｘ−０．２０９を示す直線の間の範囲内に存在することを特徴とする。
【００２８】
上記半導体発光素子I等において、前記第２の半導体層１３（４７）はAluGa1-u-vlnvN（但し、0≦ｕ≦1、0≦ｖ≦1）からなり、且つ、前記第３の半導体層１５（４８）はAlwGa1-w-zInzN（但し、0≦ｗ≦１、0≦ｚ≦１）からなることを特徴とする。
【００２９】
また、上記半導体発光素子I等において、前記活性層１４（４２）のａ軸の格子定数ａ1と、前記第２の半導体層１３（４７）及び前記第３の半導体層１５（４８）のａ軸の格子定数ａ2，ａ3とが、ａ1＜ａ2、ａ1＜ａ3の関係を満たし、更に前記活性層１４（４２）のｃ軸の格子定数ｃ1と、前記第２の半導体層１３（４７）及び前記第３の半導体層１５（４８）のｃ軸の格子定数ｃ2，ｃ3とが、ｃ1＜ｃ2、及び、ｃ1＜ｃ3の関係を満たすことを特徴とする。
また、上記半導体発光素子I等において、前記活性層１４（４２）のａ軸の格子定数ａ1と、前記第２の半導体層１３（４７）及び前記第３の半導体層１５（４８）のａ軸の格子定数ａ2，ａ3とが、ａ1＞ａ2、ａ1＞ａ3の関係を満たし、更に前記活性層１４（４２）のｃ軸の格子定数ｃ1と、前記第２の半導体層１３（４７）及び前記第３の半導体層１５（４８）のｃ軸の格子定数ｃ2，ｃ3とが、ｃ1＞ｃ2、及び、ｃ1＞ｃ3の関係を満たすことを特徴とする。
【００３０】
また、上記半導体発光素子I等において、図１７に例示するように、前記第２の半導体層４７の下方又は第３の半導体層４８の上方にはミラー層が形成されており、該ミラー層を一端として前記活性層４２、前記第２及び第３の半導体層４７、４８の膜厚方向に共振器が形成されていることを特徴とする。この場合、前記共振器の共振波長は、フォトルミネッセンス光強度が最大となる波長であることを特徴とする。
【００３１】
また、上記半導体発光素子I等において、前記活性層４２は、GaN又はInGaNの第１の層と、AlGaInN、GaN又はInGaNの第２の層とからなる多層構造を有する多重量子井戸層、GaN単層、InGaN単層、及びAlGaInN単層のいずれかからなることを特徴とする。この場合、前記第２の半導体層４７が第一導電型のAlGaNからなり、前記第３の半導体層４８が第二導電型のAlGaNからなることを特徴とする。
【００３２】
上記課題は、図１８に示すように、GaN、又はAlNからなる基板５３、前記基板５３の上方に形成されたウルツ鉱構造結晶からなる第１の活性層５８、該第１の活性層５８の下に形成された第１導電型不純物を含む第１の障壁層５６、該第１の活性層５８の上に形成された第２導電型不純物を含む第２の障壁層６０、及び、該第１の活性層５８と第１及び第２の障壁層５６，６０の膜厚方向に電流を流すための電極６４，６５を有する面発光半導体レーザ６６と、前記基板５３の上方に形成されたウルツ鉱構造結晶からなる第２の活性層５８、該第２の活性層５８の下に形成された第１導電型不純物を含む第１の半導体層５６、該第２の活性層５８の上に形成された第２導電型不純物を含む第２の半導体層６０、及び、該第２の活性層５８と第１及び第２の半導体層５６，６０の膜厚方向に流れる電流を外部に取り出す電極６４，６５を有し、前記面発光半導体レーザ６６から電気的に分離されている受光素子６７とを有する光半導体装置であって、前記第１の活性層５８が一軸異方性を有する半導体からなり、少なくとも前記活性層５８の膜厚方向は前記一軸異方性の軸とは異なる方向であり、前記活性層５８がAlxGa1-x-yInyN（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で形成されていると共に、前記活性層５８の発光部は異方性を示すｃ軸に垂直でない面内で歪みが加わえられてｃ面内歪異方性を有することを特徴とする光半導体装置により解決する（以下、この光半導体装置を「光半導体装置Ｉ」とする）。
上記光半導体装置Ｉにおいて、前記基板５３の主面が｛１−１００｝面又は｛１１−２０｝面であることを特徴とする。
【００３３】
上記課題は、図１８に示すように、主面を｛１−１０２｝面としたサファイアからなる基板、前記基板の上方に形成されたウルツ鉱構造結晶からなる第１の活性層、該第１の活性層の下に形成された第１導電型不純物を含む第１の障壁層、該第１の活性層の上に形成された第２導電型不純物を含む第２の障壁層、及び、該第１の活性層と第１及び第２の障壁層の膜厚方向に電流を流すための電極を有する面発光半導体レーザと、前記基板の上方に形成されたウルツ鉱構造結晶からなる第２の活性層、該第２の活性層の下に形成された第１導電型不純物を含む第１の半導体層、該第２の活性層の上に形成された第２導電型不純物を含む第２の半導体層、及び、該第２の活性層と第１及び第２の半導体層の膜厚方向に流れる電流を外部に取り出す電極を有し、前記面発光半導体レーザから電気的に分離されている受光素子とを有する光半導体装置であって、前記第１の活性層が一軸異方性を有する半導体からなり、少なくとも前記活性層の膜厚方向は前記一軸異方性の軸とは異なる方向であり、前記活性層がAlxGa1-x-yInyN（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で形成されていると共に、前記活性層の発光部は異方性を示すｃ軸に垂直でない面内で歪みが加わえられてｃ面内歪異方性を有することを特徴とする光半導体装置により解決する（以下、この光半導体装置を「光半導体装置II」とする）。
上記光半導体装置I等において、前記第１の活性層５８及び前記第２の活性層５８は、GaN、InGaN、AlGaN、又はAlGaInNからなることを特徴とする。
また、上記光半導体装置等において、前記第１の障壁層５６、前記第２の障壁層６０、前記第１の半導体層５６、及び前記第２の半導体層６０は、GaN、InGaN、AlGaN、又はAlGaInNからなることを特徴とする。
【００３４】
次に、上記した発明の作用を説明する。本発明では、基板の主面を選ぶことによって、その基板の上に形成されるAlxGa1-x-yInyNからなる活性層のｃ軸がその半導体層の面に対して垂直でなくなるようにしている。したがって、その基板の上に形成されるAlxGa1-x-yInyNからなる活性層に、面方向の圧縮歪又は引張歪をかけると、その活性層は３軸異方性を持つようになる。この結果、活性層の価電子帯での縮退が解け、そのような活性層を有する半導体レーザの発振の閾値電流が低下する。
【００３５】
このような構造によれば、化合物半導体層による発光の偏光面（光学的異方性）が一義的に決定できる。
また、基板の上にそのような活性層などを成長して面発光半導体レーザを形成すると、活性層の面内異方性が大きくなって電場ベクトルが一方向に定められるため、偏光が決定できる。
【００３６】
このように、面発光半導体レーザの発振光の偏光面が一義的に定まると、光磁気ディスク装置の光源としての使用が可能になるとともに、面発光半導体レーザと同一基板に受光素子を製造することが容易になる。これにより、従来行っていた半導体レーザと受光素子の取付け作業が不要になるとともに、受発光装置の小型化がさらに進むことになる。
【００３７】
なお、基板としては、GaNのようなウルツ鉱型構造、LiAlO2のような四方晶、サファイア、６Ｈ−ＳｉＣのような六方晶の結晶を用いる。ところで、発光ダイオードを構成するウルツ鉱型化合物半導体結晶のｃ軸方向が、光の放出方向とほぼ直交するようにすると、偏光方向が定まる。そこで、そのような発光ダイオードを表示装置の表示面に複数個配置し、１つの発光ダイオードによって画素の一部又は全部を構成するようにするととともに、隣接する発光ダイオードの偏光方向を互いに９０度相違させる。これにより、右目偏光方向用の発光ダイオードと左目偏光用の発光ダイオードを隣接することができ、立体表示装置で偏向子を省略して部品点数を減らし、製造コストを低減できる。しかも、そのような表示装置は画像が明るくなる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
そこで、以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１(a) 及び(b) は、本発明の第一実施形態の構成図である。
図１(a) 及び(b) に示す半導体レーザにおいて、一軸異方性結晶構造を有する第一の半導体層１を発光部とし、この第一の半導体層１の異方性を示す軸に垂直でない面内で歪みを加えて３軸異方性を持たせている。
【００３９】
このように、異方性を示す軸（即ち、ｃ軸）に対して垂直とならない面内で歪みを加えると、加わる歪みは各方位において等方的において三軸異方性を示すことになる。この結果、価電子帯におけるＨＨとＬＨの縮退が解け、レーザ発振のための閾値電流密度が低減する。
即ち、図１(b) に示すように、エネルギー的に最上位にあったＨＨとＬＨのバンドの縮退が解け、ＬＨとＨＨとＣＨ(crystalline field split hole)の各バンドの相互間にエネルギー差が生じるので、レーザ発振のためにはＨＨにのみキャリアを遷移させればよく、閾値電流密度が大きくなる。このとき、トップバンドの分極で決定される電場ベクトルの向きに垂直に共振器を作製する。
【００４０】
これに対して、従来技術で説明したように、ｃ軸に垂直なGaInN 層の（０００１）面内で圧縮応力がかかった活性層を有する半導体レーザでは、レーザ発振させるために、ＨＨ、ＬＨの２つのバンドの双方をキャリアで満たす必要があり、閾値電流密度が高くなる。
図１(a) において、第一の半導体層１とは異なる格子定数を有する第二及び第三の半導体２、３によって第一の半導体層１が挟まれ、しかも、それらの層の界面が第一の半導体層１の異方性を示す軸に垂直でないようにする。
【００４１】
この様に、第一の半導体層１よりなる発光部の主面をｃ軸に垂直でない面で構成し、この第一の半導体層１とは格子定数の異なる第二の半導体２及び第三の半導体層３で第一の半導体層１を挟むと、それらの格子定数の差に基づいて、ｃ軸に垂直でない面内に歪み加わり、発光部に三軸異方性を持たせることができる。
次に、第１〜第３の半導体層１、２、３についての材料、結晶格子定数について説明する。
【００４２】
上記した第一の半導体層１を構成する材料として、例えばAIx Ga1-x-y Iny N （但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）を用いる。そのようなウルツ鉱型の窒化物半導体は、一軸異方性を有する発光素子用半導体材料として最も典型的且つ有用なものである。
また、第二の半導体層２を構成する材料としてAlu Ga1-u-v Inv N （但し、０≦ｕ≦１、０≦ｖ≦１）を採用し、且つ、第三の半導体層３を構成する材料としてAlw Ga1-w-z Inz N （但し、０≦ｗ≦１、０≦ｚ≦１）を採用する。第二の半導体層２及び第三の半導体層３として、同じGaN 系材料からなる第一の半導体層１とは混晶比の異なるGaN 系半導体を用いることによって、結晶性を損なうことなく第一の半導体層１に対して応力を加えることができる。第二の半導体層２と第三の半導体層３の混晶比は同じであっても良い。
【００４３】
さらに、第一の半導体層１のａ軸の格子定数ａ1 と、第二の半導体層２及び第三の半導体層３のａ軸の格子定数ａ2 ，ａ3 とが、ａ1 ＜ａ2 、ａ1 ＜ａ3 の関係を満たすようにする。加えて、第一の半導体層１のｃ軸の格子定数ｃ1 と、第二の半導体層２及び第三の半導体層３のｃ軸の格子定数ｃ2 ，ｃ3 とが、ｃ1 ＜ｃ2 、ｃ1 ＜ｃ3 の関係を満たすようにする。
【００４４】
このような格子定数の関係にすると、第一の半導体層１に面内二軸性引張応力を加えることができ、それによってバンドの縮退を解いて閾値電流密度を低減することができる。この場合には、圧縮応力に比べて価電子帯のエネルギー的に一番高いバンドと二番目のバンドとのエネルギー差が大きくなり（図１４参照）、且つトップバンドがＬＨとなるため、閾値電流密度がさらに低減する。
【００４５】
これに対して、第一の半導体層１のａ軸の格子定数ａ1 と、第二の半導体層２及び第三の半導体層３のａ軸格子定数ａ2 ，ａ3 とが、ａ1 ＞ａ2 、ａ1 ＞ａ3 の関係を満たすようにする。かつ、第一の半導体層１のｃ軸の格子定数ｃ1 と、第二の半導体層２及び第三の半導体層３のｃ軸の格子定数ｃ2 ，ｃ3 とが、ｃ1 ＞ｃ2 、ｃ1 ＞ｃ3 の関係を満たすようにする。
【００４６】
このような格子定数の関係にすると、第一の半導体層１の面内に圧縮応力（歪）を加えることができ、それによってＨＨ，ＬＨバンドの縮退を解いて閾値電流密度を低減することができるとともにに、引張応力になる場合に比べてクラックの発生の心配がなくなるので、信頼性がより高められる。
また、第二の半導体層２及び第三の半導体層３のエネルギーバンドギャップが、第一の半導体層１のエネルギーギャッブよりも大きいような材料と膜厚を選択する。このようなエネルギーバンドギャップの関係を設定することによって、光及びキャリアを第一の半導体層１に閉じ込められ、効率よい発光が得られる。
【００４７】
また、半導体レーザを構成する基板の構成材料として、GaN 、AIN 、或いは、SiC のいずれかから形成されたものを選択する。半導体レーザを構成する半導体基板として、一軸異方性結晶構造のGaN 、AIN 、或いは、SiC のいずれかからなる基板を用いた場合、その主面を適当に選択することによって、基板上に成長した第一の半導体層１に歪みを加えたときに第一の半導体層１に三軸異方性をもたせることができる。
【００４８】
半導体レーザを構成する基板上に最初に設けた半導体層を、基板と同じ組成にする。例えばGaN 系の混晶基板を用い、同じ組成のクラッド層を基坂上に直接設ける。これによって、クラッド層上で発光部を構成する第一の半導体層１に対して効果的に歪みを加えることができる。
次に、上記した基板の面方位について説明する。
【００４９】
半導体レーザを構成する半導体基板の主面を、｛１−１００｝面または｛１１−２０｝面のいずれかからオフ角θ（但し、０°≦θ≦１０°）だけオフさせた面に形成する。なお、本明細書においては、通常“１バー" 或いは“２バー" で表される指数を便宜的に、“−１ "或いは“−２" 等で表記する。
半導体レーザを構成する基板として一軸異方性結晶構造を有する半導体を用いた場合、その主面を｛１−１００｝面又は｛１１−２０｝面にすることによって、基板上方の第一の半導体層１に歪みを加えて三軸異方性をもたせることができる。この場合、図１(c) に示すように、双晶等の発生を抑制するためにオフ角θ（但し、０°≦θ≦１０°）だけ主面をオフしても良い。
【００５０】
また、半導体レーザの共振器を構成する劈開面を、｛０００１｝面、｛１−１００）面、及び、｛１１−２０｝面のいずれかにする。
基板の主面として｛１−１００｝面を用いた場合には、｛０００１｝面、｛１１−２０｝面のいずれかが基板の主面に対して垂直な劈開面となる。また、基板の主面として｛１１−２０｝面を用いた場合には、｛０００１｝面、｛１−１００｝面のいずれかが基板の主面に対して垂直な劈開面となる。この場合、第一の半導体層１の２つの劈開面によって共振器が構成される。
【００５１】
さらに、半導体レーザを構成する半導体基板の主面を｛０００１｝面とすると共に、その基板の表面に｛０００１｝面以外の小面を設け、この小面上に設けた第一の半導体層１を発光部（活性層）とした。その小面は、半導体基板の｛０００１｝面に対して傾斜する面をも含む概念である。
このように、三軸異方性を持たせるための｛０００１｝面以外の小面を、基板の一部に設けても良いものであり、その小面によって、例えばＴＳ（Terraced Substrate）型半導体レーザ等の一部を構成できる。
【００５２】
小面を、｛１−１００｝面、或いは｛１１−２０｝面のいずれかと垂直な面とし、この垂直な面を共振器を構成する劈開面としてもよい。
この場合にも、小面に垂直な｛１−１００｝面又は｛１１−２０｝面を劈開面とすることによって、２つの劈開面によって共振器を構成することができる。
次に、上記した光半導体装置の構造とその製造方法を具体的に説明する。
【００５３】
第１例  
まず、図２(a) に示すように、（１−１００）面を主面とするｎ型GaN （１−１００）基板１１上に、ＴＭGa（トリメチルガリウム）を１０〜１００μmol ／分、例えば、４５μmol ／分、ＴＭＡ１（トリメチルアルミニウム）を１０〜１００μmol ／分、例えば、４５μmol ／分、アンモニア（NH3)を０. ０２〜０．２mol ／分、例えば、０．１mol ／分、Ｓｉ2 Ｈ6 を０. ０００１〜０. ００２μmol ／分、例えば、０. ０００７μmol ／分、及び、キャリアガスとしての水素を３００〜３０００sccm、例えば、１０００sccm流し、成長圧力を７０〜７６０Torr、例えば、１００Torrとし、成長温度を８５０〜１１００℃、例えば、９５０℃とした状態で、１００〜５０００nm、好適には２０００nmのｎ型Al0.1Ga0.9N クラッド層１２を成長させる。
【００５４】
引き続いて、ＴＭGaを１０〜１００μmol ／分、例えば、４５μmol ／分、アンモニアを０. ０２〜０. ２mol ／分、例えば、０．１mol ／分、Si2H6 を０. ０００１〜０. ００２μmol ／分、例えば、０. ０００７μmol ／分、及び、キャリアガスとしての水素を３００〜３０００sccm、例えば、１０００sccmを流し、成長圧力を７０〜７６０Torr、例えば、１００Torrとし、成長温度を８００〜１０５０℃、例えば、９３０℃とした状態で、厚さ５０〜５００nm、好適には１００nmのｎ型GaN 光ガイド層１３を成長させる。
【００５５】
引き続いて、ＴＭGaを２. ５〜２５μmol ／分、例えば、１０μmol ／分、ＴＭIn（トリメチルインジウム）を２５〜２５０μmol ／分、例えば、１００μmo l／分、アンモニアを０. ０２〜０. ２mol ／分、例えば、０．１mol ／分、及び、キャリアガスとしての窒素を３００〜３０００sccm、例えば、１０００sccmを流し、成長圧力を７０〜７６０Torr、例えば、１００ Torr とし、成長温度を５５０〜８００℃、例えば、６５０℃とした状態で、厚さ１〜２０nm、好適には３nmのGa0.9In0.1N 活性層１４を成長させる。
【００５６】
引き続いて、ＴＭGaを１０〜１００μmol ／分、例えば、４５μmol ／分、アンモニアを０. ０２〜０. ２mol ／分、例えば、０．１mol ／分、ビスシクロベンタジエニルマグネシウムを０．０１〜０．５μmol ／分、例えば、０. ０５μmol ／分、及び、キャリアガスとしての水素を３００〜３０００sccm、例えば、１０００sccmを流し、成長圧力を７０〜７６０Torr、例えば、１００Torrとし、成長温度を８００〜１０５０℃、例えば、９３０℃とした状態で、厚さ５０〜５００nm、好適には１００nmのｐ型GaN 光ガイド層１５を成長させる。
【００５７】
引き続いて、ＴＭGaを１０〜１００μmol ／分、例えば、４５μmol ／分、ＴＭAlを１０〜１００μmol ／分、例えば、４５μmol ／分、アンモニアを０. ０２〜０. ２mo l／分、例えば、０１mol ／分、ビスシクロペンタジエニルマグネシウムを０. ０１〜０. ５μmol ／分、例えば、０. ０５μmol ／分、及び、キャリアガスとしての水素を３００〜３０００sccm、例えば、１０００sccm流し、成長圧力を７０〜７６０Torr、例えば、１００ Torr とし、成長温度を８５０〜１１００  ℃、例えば、９５０℃とした状態で、１００〜２０００nm、好適には５００nmのｐ型Al0.1Gａ0.9 N クラッド層１６を成長させる。
【００５８】
なお、この場合のAl0.1 Ga0.9 N クラッド層１２, １６の成長速度は０. ６〜５. ５μｍ／時、典型的には２. ６μｍ／時であり、また、GaN 光ガイド層１３, １５の成長速度は０. ５〜５. ２μｍ／時、典型的には２. ４μｍ／時であり、さらに、Ga0.9In0.1N 活性層１４の成長速度は０. １〜１. ５μｍ／時、典型的には０. ６μｍ／時である。
【００５９】
次いで、ｎ型GaN （１−１００）基板１１の裏面にｎ側電極としてのTi／Au電極１７を設け、一方、ｐ型Al0.1Gａ0.9 N クラッド層１６上にはｐ側電極としてNi／Au電極１８を設け、適当に素子分離したのち、（０００１）面で劈開して共振器を形成して半導体レーザが完成する。
この場合、（０００１）面は基板の主面である（１−１００）面に対して垂直であるので、一対の劈開面が共振器として作用することになる。
【００６０】
この第一の例においては、基板として（１−１００）面を用いているので、その上に成長するｎ型Al0.1Ga0.9N クラッド層１２乃至ｐ型Al0.1Gａ0.9 N クラッド層１６の成長面も（１−１００）面となり、Ga0.9 In0.1N活性層１４はｎ型GaN 光ガイド層１３との格子定数の差により、（１−１００）面内において圧縮応力を受けるため、３軸異方性となる。
【００６１】
即ち、第一の例における面内の原子間隔は、ｎ型Al0.1Ga0.9N クラッド層１２のａ軸及びｃ軸の格子定数３. １８９Å及び５. １８５Åで規定されるため、ａ軸及びｃ軸の格子定数が３. ２２５Å及び５. ２４３ÅであるGa0.9In0.1N 活性層１４には圧縮応力が加わり、３軸異方性となる。
なお、Ga0.9In0.1N 、GaN 、及び、Al0.1Ga0.9N のエネルギーバンドギャップは、それぞれ３. １５eV、３. ４eV、及び３. ７eVである。
【００６２】
この様なGaN 系半導体に面内圧縮応力が印加された場合、図２(b) に示すように、エネルギー的に最上位にあり縮退していたＨＨとＬＨのバンドの縮退がとけて分離し、ＬＨが最上位になり、このＬＨと伝導帯との間の遷移によってレーザ発振が行われることになり、閾値電流密度が大きく低減する。
この第一の例においては、基板として（１−１００）面を主面とする GａN （１−１００）基板１１を用いているが、（１１−２０）面を主面とする GａN 基板を用いても良く、更に、（１−１００）面、或いは（１１−２０）面を主面とするAlN 基板或いはSiC 基板を用いても良く、且つ、この主面については（１−１００）面或いは（１１−２０）面と結晶学的に等価な全ての面を含むものであり、本実施形態の以下の例等においても同様である。
【００６３】
なお、半導体レーザの活性層、クラッド層が形成される基板として、GaN 以外にAlN 、SiC その他の基板を用いてもよい。例えば、図２(a) に示した素子構造におけるGaN 基板をAlN 基板に置き換え、その上に図２(a) と同じ構造を設ければ良く、また、SiC 基板を用いる場合には、ｎ型SiC 基坂上に厚さ５〜１００nm、例えば、２０nmのｎ型AlN バッファ層を介してその上に図２(a) と同じ構造を設ければ良い。
【００６４】
なお、図３に示すように、AlN 基板１１ａの抵抗が高いと思われる場合には、AlGaN クラッド層１２の一部に電極１７ａを接続した構造を採用する。AlN バッファ層を使用する場合にも同様である。これらは、以下の例でも同様に採用してもよい。
なお、本実施形態及び以下の実施形態では、図２(c) に示すように、活性層のエネルギーバンドギャップは、クラッド層、後述するガイド層、後述する光閉じ込め層のエネルギーバンドギャップよりも小さい。
【００６５】
第２例  
次に、図４を参照して本実施形態の第２例を説明する。
まず、図４(a) に示すように、（１−１００）面を主面とするｎ型GaN （１−１００）基板２１上に、ＴＭGaを２. ５〜２５μmol ／分、例えば、１０μmol ／分、ＴＭAlを３０〜３００μmol ／分、例えば、１５０μmol ／分、ＴＭInを２５０〜２５００μmol ／分、例えば、１０００μmol ／分、アンモニアを０. ０２〜０. ２mol ／分、例えば、０１mol ／分、Si2 H6を０. ０００１〜０. ００２μmol ／分、例えば、０. ０００７μmol ／分、及び、キャリアガスとしての窒素を３００〜３０００sccm、例えば、１０００sccm流し、成長圧力を７０〜７６０Torr、例えば、１００Torrとし、成長温度を５５０〜９００℃、例えば、７００℃とした状態で、１００〜５０００nm、好適には２０００nmのｎ型Al0.4 Ga0.3 In0.3Nクラッド層２２を成長させる。
【００６６】
引き続いて、ＴＭGaを５〜５０μmol ／分、例えば、２０μmol ／分、ＴＭAlを１０〜１００μmo l／分、例えば、５０μmol ／分、ＴＭInを１５０〜１５００μmol ／分、例えば、６６０μmol ／分、アンモニアを０. ０２〜０. ２mol ／分、例えば、０．１mol ／分、Si2H6 を０. ０００１〜０. ００２μmol ／分、例えば、０. ０００７μmol ／分、及び、キャリアガスとしての窒素を３００〜３０００sccm、例えば、１０００sccmを流し、成長圧力を７０〜７６０Torr、例えば、１００Torrとし、成長温度を５５０〜９００℃、例えば、７００℃とした状態で、厚さ５０〜５００nm、好適には１００nmのｎ型Al0.15Ga0.65In0.2N光ガイド層２３を成長させる。
【００６７】
引き続いて、ＴＭGaを２. ５〜２５μmol ／分、例えば、１０μｍmol ／分、ＴＭInを２５〜２５０μmol ／分、例えば、１００μmol ／分、アンモニアを０. ０２〜０. ２mol ／分、例えば、０１mol ／分、及び、キャリアガスとしての窒素を３００〜３０００sccm、例えば、１０００sccmを流し、成長圧力を７０〜７６０Torr、例えば、１００Torrとし、成長温度を５５０〜９００℃、例えば、７００℃とした状態で、厚さ１〜２０nm、好適には３nmのGa0.9In0.1N 活性層２４を成長させる。
【００６８】
引き続いて、ＴＭGaを５〜５０μmol ／分、例えば、２０μmol ／分、ＴＭAlを１０〜１００μmol ／分、例えば、５０μmol ／分、ＴＭInを１５０〜１５００μmol ／分、例えば、６６０μmol ／分、アンモニアを０. ０２〜０. ２mol ／分、例えば、０．１mol ／分、ビスシクロペンタジエニルマグネシウムを０. ０１〜０. ５μmol ／分、例えば、０. ０５μmol ／分、及び、キャリアガスとしての窒素を３００〜３０００sccm、例えば、１０００sccmを流し、成長圧力を７０〜７６０Torr、例えば、１００Torrとし、成長温度を５５０〜９００℃、例えば、７００℃とした状態で、厚さ５０〜５００nm、好適には１００nmのｐ型Al0.15Ga0.65In0.2N光ガイド層２５を成長させる。
【００６９】
引き続いて、ＴＭGaを２. ５〜２５μmol ／分、例えば、１０μmol ／分、ＴＭAlを３０〜３００μmol ／分、例えば、１５０μmol ／分、ＴＭInを２５０〜２５００μmol ／分、例えば、１０００μmol ／分、アンモニアを０. ０２〜０. ２mol ／分、例えば、０．１mol ／分、ビスシクロペンタジエニルマグネシウムを０. ０１〜０. ５μmol ／分、例えば、０. ０５ひmol ／分、及び、キャリアガスとしての窒素を３００〜３０００sccm、例えば、１０００sccm流し、成長圧力を７０〜７６０Torr、例えば、１００Torrとし、成長温度を５５０〜９００℃、例えば、７００℃とした状態で、１００〜２０００nm、好適には５００nmのｐ型Al0.4Ga0.3In0.3Nクラッド層２６を成長させる。
【００７０】
なお、この場合のAl0.4Gａ0.3In0.3N クラッド層２２, ２６の成長速度は０. ２〜３. ０μｍ／時、典型的には１. ２μm ／時であり、また、Al0.15Ga0.65In0,.2N 光ガイド層２３, ２５の成長速度は０. ３〜５. ０μｍ／時、典型的には１. ８μｍ／時であり、さらに、Ga0.9 In0.1N活性層１４の成長速度は０. １〜１. ５μｍ／時、典型的には０. ６μｍ／時である。
【００７１】
次いで、表面が（１−１００）面のｎ型GaN 基板２１の裏面にｎ側電極としてTi／Au電極２７を設け、一方、ｐ型Al0.4Gａ0.3In0.3N クラッド層２６上にはｐ側電極としてNi／Au電極２８を設け、適当に素子分離したのち、（０００１）面で劈開して共振器を形成して半導体レーザが完成する。
この第二の例においては、基板として（１−１００）面を用いているので、その上に成長するｎ型Al0.4Gａ0.3In0.3N クラッド層２２乃至ｐ型Al0.4Gａ0.3In0.3N クラッド層２６の成長面も（１−１００）面となり、Ga0.9 In0.1N活性層２４は引張応力を受けるため、３軸異方性となる。
【００７２】
即ち、第二の例における面内の原子間隔は、ｎ型Al0.4Gａ0.3In0.3N クラッド層２２のａ軸及びｃ軸の格子定数、３. ２６６Å及び５. ２７６Åで規定されるため、ａ軸及びｃ軸の格子定数が３. ２２５Å及び５. ２４３ÅであるGa0.9In0.1N 活性層２４には引張応力が加わり、３軸異方性となる。
なお、Ga0.9In0.1N 、Al0.15Ga0.65In0.2N、及び、Al0.4Gａ0.3In0.3N のエネルギーバンドギャップは、それぞれ３. １５eV、３. ４eV及び３. ６eVである。
【００７３】
このように、GaN 系半導体に面内引張応力が印加された場合、図４(b) に示すように、エネルギー的に最上位にあり縮退していたＨＨとＬＨのバンドの縮退が解けて分離し、ＨＨが最上位になると共に、ＬＨとＨＨとのエネルギー差をより大きくとることができるので、閾値電流密度をさらに低減することができる。
このように、閾値電流密度の低減に関しては、成長面内の二軸性圧縮応力による図２(b) の価電子帯のバンド構造より、面内の二軸性引張応力による図４(b) の価電子帯のバンド構造の方が１番上と２番目のバンド間のエネルギー差を大きく取ることができるので望ましいが、引張応力の場合には、活性層にクラックが発生する可能性が高くなるので、素子寿命の観点からは圧縮応力の方が望ましいことになる。
【００７４】
なお、この第二の例においても、AlN 基板を用いる場合には、図４(a) に示した素子構造におけるGaN 基板をAlN 基仮に置き換え、その上に図４(a) と同じ構造を設ければ良く、また、SiC 基板を用いる場合には、ｎ型SiC 基板上に厚さ５〜１００nm、例えば、２０nmのAlN バッファ層を介してその上に図４(a) と同じ構造を設ければ良い。
【００７５】
第３例  
次に、図５を参照して、本実施形態の第３の例について説明するが、製造条件は第１例と全く同じであるので、構造について説明する。
図５に斜視図を示す素子は所謂ＴＳ型半導体レーザであり、基板として（０００１）面を主面とするGaN 基板の段差部に（１１−２１）面からなる（１１−２１）小面３２を設けたｎ型GaN （０００１）基板３１を用いたものである。  このｎ型GaN （０００１）基板３１の上に、第一の例と全く同ようにｎ型Al0.1Gａ0.9Nクラッド層１２、ｎ型GaN 光ガイド層１３、Ga0.9In0.1N 活性層１４、ｐ型GaN 光ガイド層１５、及び、ｐ型Al0.1 Ga0.9Nクラッド層１６を順次成長させる。
【００７６】
次いで、Ti／Au電極１７、及び、SiO2等の絶縁膜３３に設けた開口を介してNi／Au電極１８を設けて適当に素子分離したのち、（１−１００）面で劈開することにより、一対の（１−１００）劈開面３４を共振器とするＴＳ型半導体レーザが完成する。
この場合、基板の主面は（０００１）面でｃ軸に垂直な面であるが、実際に発光部、即ち、レーザ発振部となるのは（１１−２１）面に平行な面であり、この（１１−２１）面内において圧縮応力が印加され３軸異方性となり、図２(b) のように縮退が解けるので閾値電流密度が低下するが、応力が加わるのが（１１−２１）小面３２であるので、第一の例に比べて応力の影響が小さくなり、閾値電流密度低減の効果は劣ることになる。
【００７７】
なお、この場合の小面は（１１−２１）小面３２に限られるものでない。
また、この第３の例においても、基板はGaN 、LiAlO3に限られるものでなく、AlN 或いはSiC を用いても良く、基板の材料を変えることに伴う構成の変更は第一の例における置き換えの場合と同ようであり、且つ、第二の例と同ような組成の半導体を用いた場合には、第二の例と同ように、活性層には引張応力がかかることになる。
【００７８】
第４例  
上記の第１〜第３の例においては基板として２元化合物基板を用いて説明しているが、Al0.1Gａ0.9N或いはAl0.4Gａ0.3In0.3N 等の混晶基板を用いても良い。その場合には、その上に形成されるAl0.1Gａ0.9Nクラッド層又はAl0.4Gａ0.3In0.3N クラッド層との格子整合が完全に取れるので、成長層の結晶性を損なうことがない。
【００７９】
その他の半導体レーザの形成に用いる基板としては、図６(a) に示すように、正方晶を有するLiAlO2基板３５を使用してもよく、その例を以下に説明する。なお、LiAlO2は、リチウムアルミネートと呼ばれる。
そこで次に、LiAlO2基板３５を用いて半導体レーザを形成する工程について説明する。
【００８０】
LiAlO2基板３５の主面は、｛１００｝面又は｛１００｝面から所定の角度、例えば±５度の範囲内でオフしたものを用いる。
まず、イソプロピルアルコール、エチルアルコールのような有機洗浄剤を用いてLiAlO2基板３５の表面を洗浄する。
次に、有機金属気相成長装置（不図示）の成長炉内のサセプタ上にLiAlO2基板３５を載置する。その後に、LiAlO2基板３５の周囲の雰囲気を窒素で置換しながら、その雰囲気の圧力を１００Torrまでに減圧する。
【００８１】
続いて、後述する成長温度よりも５０度高い温度でLiAlO2基板３５を加熱し、これによりLiAlO2基板３５表面の元素を昇華させてサーマルクリーニングを行う。
その後に、LiAlO2基板３５を例えば８００〜１０５０℃の成長温度まで下げ、ついで、成長雰囲気にＴＭGaガス、アンモニアガス、Si2H6 ガスを導入する。ＴＭGaは、恒温槽において窒素ガスを用いてバブリングしてガス状にされたものであり、その窒素ガスはキャリアガスとして用いられている。また、Si2H6 のうちのSi元素はｎ型のドーパントとして機能する。
【００８２】
ＴＭGaガスの流量は、１０〜１００μmol ／min の範囲内に設定する。また、アンモニアガスの流量は２×１０4 〜２×１０5 μmol ／min の範囲内とする。さらに、窒素ガスは、０．３〜３．０μmol ／min の範囲内に設定する。
この場合、ＴＭGaガスの流量を４５μmol ／min 、アンモニアガスの流量を１×１０5 μmol ／min 、窒素ガスの流量を１．０μmol ／min に設定して、さらに、成長温度を９３０℃に設定すると、LiAlO2基板上のGaN の成長速度は２．４μｍ／ｈとなる。なお、上記したガス流量、成長温度の範囲内での条件によれば、GaN の成長速度は、０．５〜５．２μｍ／ｈとなる。
【００８３】
そのような条件によってLiAlO2基板３５の上に、膜厚が例えば５〜１００nmのｎ型のGaN バッファ層３６を成長する。
続いて、第１例と同ような条件でｎ型Al0.1Ga0.9N クラッド層１２、GaN 光ガイド層１３、Ga0.9In0.1N 活性層１４、ｐ型GaN 光ガイド層１５、ｐ型Al0.1Ga0.9N クラッド層１６を順に形成する。なお、ｐ型のドーパントとして、マグネシウム（Mg）を用いる。
【００８４】
それらの層の形成条件、膜厚、原料ガスは、第１例と同じにする。
次に、LiAlO2基板３５を成長炉から取り出した後に、ｎ型Al0.1Ga0.9N クラッド層１２の一部を露出させて、そのｎ型Al0.1Ga0.9N クラッド層１２の一部にｎ側電極としてTi／Au電極３７を形成し、さらに、ｐ型Al0.1Ga0.9N クラッド層１６上にはｐ側電極としてTi／Au電極１８を形成する。そして、LiAlO2基板３５とその上の層３６，１２〜１６及び電極を適当に素子分離して半導体レーザを完成させる。
【００８５】
ところで、図７に示すように、正方晶のLiAlO2基板３５の｛１００｝面上に六方晶のGaN を成長すると、LiAlO2のａ軸とGaN のｃ軸は平行になり、LiAlO2のｃ軸とGaN のａ軸は平行になる。
この結果、LiAlO2基板３５の｛１００｝面上では、GaN が（１−１００）面を上にして成長することになるので、Al0.1Ga0.9N クラッド層１２の下地面はGaN 層３６の（１−１００）面となる。
【００８６】
したがって、第１例と同ように、Al0.1Ga0.9N クラッド層１２、GaN 光ガイド層１３、Ga0.9In0.1N 活性層１４、ｐ型GaN 光ガイド層１５、ｐ型Al0.1Ga0.9N クラッド層１６の成長面も（１−１００）面となり、Ga0.9In0.1N 活性層１４はｎ型GaN 光ガイド層１３との格子定数の差により、（１−１００）面内においては圧縮応力を受けるために、第１例と同ように３軸異方性を有することになる。
【００８７】
また、図７に示すように、正方晶のLiAlO2のａ軸方向の原子間距離Ｌ1 は５．１６８７Å、正方晶のLiAlO2のｃ軸方向の原子間距離Ｌ2 は６．２６７９Åの正方晶であり、また、六方晶のGaN のａ軸方向の原子間距離Ｌ3 は３．１８９Åであり、六方晶のGaN のｃ軸方向の原子間距離Ｌ4 は５．１８５Åである。
したがって、各原子間距離、ａ軸、ｃ軸の方向を考え併せると、GaN バッファ層とLiAlO2基板の相互の格子不整合は次のようになる。
【００８８】
GaN バッファ層３６のｃ軸方向において、GaN バッファ層３６とLiAlO2基板３５の格子不整合は、次式（１）のように小さい。
（ｃGaN −ａLiAlO2）／ａLiAlO2  ＝  ３．２×１０-3    …（１）
ただし、ｃGaN はGaN のｃ軸方向の原子間距離、ａLiAlO2はLiAlO2のａ軸方向の原子間距離である。
【００８９】
また、GaN バッファ層のａ軸方向において、GaN バッファ層とLiAlO2基板の格子不整合は、次式（２）のように小さい。
（２×ａGaN −ｃLiAlO2）／ｃLiAlO2  ＝  １．８×１０-3  …（２）
ただし、ａGaN はGaN のａ軸方向の原子間距離、ｃLiAlO2はLiAlO2のｃ軸方向の原子間距離である。
【００９０】
このようにLiAlO2基板３５とGaN 層３６との格子不整合が小さいと、｛１００｝面か又はその面から０〜５度オフした面のいずれかをLiAlO2基板３５の主面となし、その主面の上にGaN 層３６を形成すると、GaN 層３６は熱膨張によるクラックが生じにくくなる。
この場合、GaN 層３６のｃ軸は、LiAlO2基板３５の主面から０〜５度傾斜することになり、GaN 層３６ではｃ軸に垂直でない面内に歪みがかかることになる。この結果、GaN 層３６にかかる歪みは３軸異方性を示すことになり、これによってエネルギーバンド構造の価電子帯におけるＨＨとＬＨの２重の縮退が解けて、半導体レーザの閾値電流密度が低下する。
【００９１】
また、そのような（１−１００）面成長した単結晶のGaN 層をＸ線照射の回折の強度分布を示すロッキングカーブを測定すると、図８に示すように、半値幅にして２００〜５００秒（″）の結晶性の良い膜が得られる。
以上の説明では、LiAlO2基板上にGaN 膜を形成することについて説明したが、図６(b) に示すように、LiAlO2基板３５の上にAlx Ga1-x-y Iny N 層を直に形成する場合についても同ような結晶構造となる。即ち、｛１００｝面又は｛１００｝面から０又は０〜５度オフした面をLiAlO2基板３５の主面となし、その主面の上に第２例と同様に、ｎ型Al0.4Ga0.3In0.3Nクラッド層１２、ｎ型Al0.15Ga0.65In0.2N光ガイド層１３、Ga0.9 In0.1N活性層１４、ｐ型Al0.15Ga0.65In0.2N光ガイド層１１５、ｎ型Al0.4Ga0.3In0.3Nクラッド層１６を順に形成し、それらの層から半導体レーザを構成してもよい。この場合の成長条件、膜厚などは、上記した第２例と同じにする。
【００９２】
ところで、Alx Ga1-x-y Iny N （０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）のａ軸方向の原子間距離Ｌa1の式（１１）で示され、LiAlO2のｃ軸方向の原子間距離Ｌa2は式（１２）で示され、Alx Ga1-x-y Iny N のａ軸方向とLiAlO2のｃ軸方向は平行である。また、Alx Ga1-x-y Iny N のｃ軸方向の原子間距離Ｌc1の式（１３）で示され、GaN のａ軸方向の原子間距離Ｌc2は式（１４）で示され、Alx Ga1-x-y Iny N のｃ軸方向とLiAlO2のａ軸方向は平行である。
【００９３】
Ｌa1＝ｘａAlN ＋ａGaN −ｘａGaN −ｙａGaN ＋ｙａInN     …（１１）
Ｌa2＝ｃLiAlO2            …（１２）
Ｌc1＝ｘｃAlN ＋ｃGaN −ｘｃGaN −ｙｃGaN ＋ｙｃInN     …（１３）
Ｌc2＝ａLiAlO2            …（１４）
それらの式では、ａAlN はAlN のａ軸方向の原子間距離、ａGaN はGaN のａ軸方向の原子間距離、ａInN はInN のａ軸方向の原子間距離、ｃLiAlO2はLiAlO2のｃ軸方向の原子間距離であり、また、ｃAlN はAlN のｃ軸方向の原子間距離、ｃGaN はGaN のｃ軸方向の原子間距離、ｃInN はInN のｃ軸方向の原子間距離、ａLiAlO2はLiAlO2のａ軸方向の原子間距離である。
【００９４】
また、Alx Ga1-x-y Iny N の組成比ｘ，ｙについて、格子不整合が２×１０-2％となる条件の式（１５）〜（１８）を求め、これをｘ，ｙ座標に描いたところ、式（１５）〜（１８）の条件を満たすｘ，ｙは、図９の斜線で示した領域となり、その斜線で示したｘとｙの組成比を選択すると結晶性が良くて熱膨張などによるクラックが結晶に生じにくくなる。なお、式（１５）は、ｘ≦１ではｙが負となるので、図９において表されていない。
【００９５】
【数１】
0003816176.tif 000002
【００９６】
（その他の例）
記の第１〜第３の例においては、基板の主面として（１−１００）面、或いは、（１１−２１）面等のジャスト面を用いているが、双晶等を抑制するために、（１−１００）面、或いは、（１１−２１）面をオフ角θ（０°≦θ≦１０°）の範囲内でオフした基板を用いても良い。
【００９７】
さらに、上記の例においては、活性層としてGa0.9In0.1N を用いているが、必要とする波長に応じて混晶比をAlx Ga1-x-y Iny N （０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）の範囲内で変えても良いものであり、且つ、それに伴って、光ガイド層及びクラッド層の混晶比をAla Ga1-a-b Inb N （０≦ａ≦１、０≦b ≦１）の範囲内で変えても良い。
【００９８】
上記の例においては光ガイド層を用いているが、必ずしも必要なものでなく、クラッド層と活性層とによって直接へテロ接合を形成しても良く、さらに、光ガイド層及びクラッド層は必ずしも上下対称的にする必要はなく、互いに混晶比の異なるAla Ga1-a-b Inb N を用いても良いものである。
また、上記した例に用いた原料も上記の原料に限られるものではなく、有機金属原料はメチル系に代えてエチル系、即ち、ＴＥGa（トリエチルガリウム）、ＴＥAl（トリエチルアルミニウム）、及び、ＴＥIn（トリエチルインジウム）を用いても良く、さらに、窒素（Ｎ）源としてもアンモニアの代わりに、N2H4、( ＣＨ3)3CNH2 、C2H5N3、或いは、ＣＨ3NH ・NH2 を用いても良い。
【００９９】
さらに、不純物原料も、ｎ型用としてはSi2H6 の代わりに、SiH4或いはＣＨ3SiH3 を用いても良く、また、ｐ型用としてはビスシクロペンタジエニルマグネシウム〔(C5H5)2Mg 〕の代わりに、(CＨ3C5H4)2 Mg、(C5H5C5H4)2Mg 、（i-C3H7C5H4)2Mg、或いは、（n-C3H7C5H4)2を用いても良い。
（第２実施形態）
図１０は本実施形態の面発光半導体レーザの基本構造を示す斜視図である。図１１は本発明の活性層の結晶方位を表す図であり、図１０に表された半導体レーザの活性層の結晶方位と座標軸との関係を表している。
【０１００】
本発明の第一の構成では、図１０を参照して、基板４１の上方に形成された活性層４２は、その面内にｃ軸を有する六方晶の半導体層から構成される。即ち、図１０及び図１１に示すように、活性層４２の主面内にｘｚ平面を活性層４２の垂直方向にｙ軸をとるとき、活性層４２を構成する六方晶半導体結晶のｃ軸の方向、即ち＜０００１＞方向を、活性層４２面内にあるｚ軸に向けて配置する。
【０１０１】
このように活性層４２の面内にｃ軸を含むようにすることにより、以下に説明するように発振光の偏光面が規定される。なお、ｘ及びｙ軸方位の結晶方位はとくに制限されないが、例えば、＜１１−２０＞方向を活性層４２の面内にあるｘ軸に、かつ＜１−１００＞方位を活性層２の膜厚方向にあるｙ軸とすることができる。
【０１０２】
以下、本実施形態において発振光の偏光面が規定される理由を説明する。
初めに活性層内に歪がない場合について説明する。図１２はGaN のエネルギバンド構造図であり、六方晶半導体のバンド構造を表している。図１２に示すように、GaN の価電子帯ＶＢは、電子の波動ベクトルｋ＝０の近傍で、ＨＨ、ＣＨ及びＬＨの３つのバンドが禁止帯の底の近くに存在する。
【０１０３】
ここで、GaN 中に歪が無い場合、波動ベクトルｋ＝０において、最もエネルギが高い価電子帯のバンドをＨＨバンドと、次にエネルギが高いものをＬＨバンドと、最低のエネルギのものをＣＨバンドとしている。なお、これらのＨＨ、ＬＨ、ＣＨバンドは結晶のｃ軸方向をＸＹＺ３軸直交座標のＺ軸にとるとき、ｃ軸に垂直な方向に分極を有する２つのｐ軌道関数ｐx 及びｐy と、ｃ軸方向に分極を有する軌道関数ｐz とを用いて次のように表される。
【０１０４】
ＨＨバンド；  （ｐx ＋ｐy ）／√２
ＬＨバンド；  （ｐx −ｐy ）／√２
ＣＨバンド；    ｐz 
このうちＨＨバンドが最も禁止帯の底に近いため、伝導帯ＣＢから価電子帯ＶＢへの自然放出はＨＨバンドへの発光遷移が優先する。このＨＨバンドはｐ軌道の結合状態からなり、ｃ軸廻りに対称である。このため、GaN の自然放出に伴う発光は、ｃ軸に垂直に電場が振動する偏光状態を有する。また、かかる偏光を生ずる遷移確率は、振動方位のｃ軸廻りの回転に対して等価である。なお、上述の説明はGaN についてしたが、六方晶半導体結晶についても同ようである。なお、閃亜鉛鉱型半導体結晶では、三軸等方であるため光学特性は等方的である。
【０１０５】
従来の垂直共振器を有する面発光半導体レーザでは、図２６に示すように、活性層１０２はｃ軸１０４に垂直に形成されるから、発振光はｃ軸１０４に沿って進行する。このため発振光の偏光面はｃ面となり、電場はｃ軸１０４に垂直に振動する。その結果、上述した自然放出光の偏光のｃ軸廻りの対称性から、ＸＹ面内の何れの方向に振動する発振光も同等に生ずる。従って、発振光の偏光面は固定されず、発振が不安定となる。
【０１０６】
他方、本実施形態では、図１０に示すように、活性層４２は面内にｃ軸を有するから、発振光の進行方向はｃ軸に垂直である。既述のようにＨＨがバンド端の場合に自然放出光の電場の振動方向はｃ軸に垂直であるから、発振光の電場の振動方向は、ｃ軸と発振光の進行方向との両方位に垂直な方向、即ち、活性層面内に含まれかつｃ軸に垂直な方向に一義的に定まる。
【０１０７】
従って、本構成の面発光半導体レーザでは、活性層に垂直に進行する発振光の電場方向はｃ軸に垂直な方向に固定される。なお、面発光半導体レーザでは、共振器が膜厚方向にあるので、トップバンドによって決定される偏光方向（発光の電場ベクトルの方向）は、必ず活性層面内である必要がある。即ち、発光の電場ベクトルの向きを決定するトップバンドの分極は、活性層面内にある必要がある。
【０１０８】
次に、活性層のＰＬ( フォトルミネッセンス) 発光波長とその偏光面方位について説明する。図１３は、ＨＨがバンド端の場合の本発明の活性層のＰＬ発光特性を表す図であり、第一の構成の半導体レーザに用いられるｃ軸を面内に有するGaN 薄膜からなる活性層のＰＬ発光強度の計算値を表している。図１３中のパラメータは、ＰＬ光の偏光面の方位、即ち、活性層表面内での電場の振動方向とｃ軸とのなす角度θである。なお、以下の説明はGaN に限らず、六方晶半導体結晶についても同ように適用できる。
【０１０９】
図１３に示すように、活性層のＰＬ発光を偏光面、即ち電場の偏光面と波長とについて分光したとき、ＰＬ光の偏光面がｃ軸に直交する場合（図中の９０°で示す) に、活性層のＰＬ発光スペクトル強度は最大となる。この最大強度に対応する波長は約３６６nmであり、この波長は、図１２に示すように、伝導帯ＣＢから価電子帯ＶＢのＨＨバンドへの推移による発光に対応している。他方、ＰＬ光の偏光面がｃ軸に平行な場合( 図中の０°で示す）、発光強度は小さく、そのスペクトルの極大の波長は略３６０nmと短くなる。これは、ＰＬ発光の偏光面をｃ軸に垂直な偏光面からｃ軸に平行な偏光面に変化することで、ＰＬ発光が、ＨＨバンドへの遷移による発光からＣＨバンドへの遷移による発光に移行したことを示している。
【０１１０】
即ち、ｘ軸方向へ分極するｐ軌道からなるＨＨバンドへの遷移は偏光面がｃ軸に垂直な光のみを放出するのに対し、ＣＨバンドはｚ軸方向へ分極するｐ軌道からなるため、ｃ軸に平行な偏光面を有する光の放出はＣＨバンドへの遷移により初めて可能となるからである。
また、本実施形態では、半導体層２のフォトルミネッセンス光の偏光面及び波長をフォトルミネッセンス光強度が最大となるように選択した場合に、フォトルミネッセンス光の波長と、光共振器の共振波長とを合わせる。この波長の光の工ネルギは、電子のＨＨバンドへの遷移に伴う発光のフォトェネルギに等しい。従って、かかる波長で発振させることにより、発振光をＨＨバンドへの電子の遷移による発光のみに制限することができる。この場合、ｃ軸に平行な偏光面を有するＣＨバンドへの遷移に伴う発光は混在できないから、発振光の偏光面の変動をー層確実に防止することができる。
【０１１１】
なお、その共振波長は、厳密に最大強度が得られる波長である必要はない。例えば、主としてＨＨバンドへの電子の遷移に伴う発光が起こり且つＣＨバンドへの遷移に伴う発光が少なく、しかもその結果、ＨＨバンドへの電子の遷移による発振からＣＨバンドへの電子の遷移による発振へ発振モードが変動することを抑制できる程度に、最大強度に近い波長であればよい。
【０１１２】
次に活性層内に歪がある場合について説明する。
図１４(a) 〜(e) は、GaN のエネルギバンドの歪依存性を表す図であり、歪みを有するGaN の価電子帯のエネルギーの計算値を表している。なお、図１１を参照して、＜０００１＞方向の歪をεz 、＜１１−２０＞方向の歪をεx 、及び＜１−１００＞方位の歪をεy とし、それぞれの歪みの値は、圧縮歪の状態を負に、引張歪の状態を正として示されている。
【０１１３】
図１４(a) は、εz ＝０とし、εx を変えた場合である。なお、εy は、ｙが成長方向のため拘束の無い状態である。即ち、結晶の＜１１−２０＞方向に一軸歪を加えたときの価電子帯のエネルギの変化を計算した結果である。同ように、図１４(b) は、εz に０. ５％の引張歪を付加し、さらにεx を加えた場合である。また、図１４(c) 、(d) はそれぞれεz に０. ５％及び１. ０％の圧縮歪を付加し、さらにεx を加えた場合である。なお、εy の拘束は無い状態である。
【０１１４】
図１４(a) 〜(c) を参照して、歪εx が圧縮でεz が１．０％以上の圧縮の場合は、ｐ軌道からなるＸ又はＺブランチがエネルギーバンド構造の禁止帯の底（即ち、価電子帯の最上）に位置する価電子帯のバンドとなる。従って、伝導帯からの発光遷移はＸ又はＺブランチへの遷移が優先的に起こり、その結果、Ｘが上の場合は上述した歪が無い場合の発光と同ように、ｃ軸に垂直な偏光面を有する光のみが発振する。また、Ｚがバンド端の場合はｃ軸に平行な光が発振する。
【０１１５】
一方、図１４(d) を参照して、歪εz が１％以上の圧縮歪を有し、かつεx が引張歪の場合は、Ｘ及びＹブランチよりもＺブランチの方がエネルギが高くなる。このため、伝導帯からの電子の遷移については、Ｚブランチへの推移が優先してｃ軸に平行な偏光面で発振する光が生じる。なお、前述したように面発光半導体レーザは、活性層に垂直に共振器があるため、電場ベクトルは活性層面内である必要がある。従って、電場ベクトルを決定するトップバンドの波動関数の分極が活性層面内にあることが必要となる。即ち、図１１のような構造を作製するきには、Ｙ方向が共振器となるため、Ｙがトップバンドでは発振しない。
【０１１６】
図１４(e) は、εy を拘束の無い状態としたとき、εz ＝εx とした場合、言い換えれば＜０００１＞と＜１１−２０＞を含む面内に面内二軸性歪を与えた場合の価電子帯のエネルギバンドの計算値である。面内圧縮歪に対して、Ｘが最もエネルギが高く、この場合はａ軸方向に電場方向のある発振光が生ずる。なお、光の進行方向がＹブランチの分極方向を向く場合は、ＣＨバンドへの遷移に基づく発振が生ずる。
【０１１７】
上述のように、活性層に歪を有する場合は、発振光はｃ軸に垂直な偏光面を有する場合と、ｃ軸に平行な偏光面を有する場合とが生ずる。しかし、いずれの場合も発振光の偏光面は光共振器の光軸と結晶軸方向により一義に定まるから、面発光半導体レーザの偏光面は予め規定されかつ偏光面は変動しない。
ところで、図１０に示す構成において、活性層４２としては、GaN 、lnGaN 若しくはAIGalnN を含む多重量子井戸層（ＭＱＷ）、又は、GaN 、lnGaN 若しくはAIGalnN からなる単層のいずれかを選択する。
【０１１８】
また、図１０に示した基板４１として、（１１−２０）面を主面とするSiC 基板を用いてもよい。また、（１−１００）面を主面とするSiC 基板、又は、（１−１０２）面を主面とするサファイア基板を用いてもよい。
さらに、その基板４１の主面の上には、第一導電型の第一の障壁層４７、活性層４２、第二導電型の第二の障壁層４８が順次成長され、それらによってダブルヘテロ接合構造が構成される。また、そのダブルヘテロ接合構造の上又は下に反射面を形成すると、第一の障壁層４７、活性層４２、第二の障壁層４８を光共振器として構成することができる。第一及び第二の障壁層４７、４８の構成材料をAIGaN とし、さらに、活性層４２をAIGaN 又はGaN 又はInGaN の単層、又は、そのような材料を含む多重量子井戸層から構成することにより、ｃ軸が面内に存在するGaN 系半導体からなる活性層４２を有する面発光半導体レーザが実現される。
【０１１９】
次に、本実施形態を図面に基づいてさらに説明する。
本出願の発明者は、活性層４２のＰＬ発光のスペクトルを測定することにより、ＰＬ発光の波長と偏光面との関係が、伝導帯からＨＨバンドへの遷移による発光と、伝導帯からＣＨバンドへの遷移による発光により説明できることを以下の実験により明らかにした。
【０１２０】
先ず、（１−１００）面を主面とするSiC 基坂の上に、周知のＭＯＶＰＥ（有機金属気相エピタキシャル成長) 法を用いて、アンドープのGaN 薄膜を堆積し、そのフォトルミネッセンス光の偏光面方位及び波長に対するフォトルミネッセンス光強度を測定した。
図１５及び図１６にその結果を示す。図１５は本実施形態の活性層４２のＰＬ発光スペクトルであり、図１５中のＡは電場ベクトルがｃ軸に垂直なフォトルミネッセンス光を、Ｂは電場ベクトルがｃ軸に平行なフォトルミネッセンス光を表している。図１６は本発明の活性層のＰＬ発光強度の偏光面依存性を表す図であり、偏光面を固定したときのＰＬ発光の最大強度( 以下「ピーク強度」という。) が偏光面により変化するよう子を表している。なお、図１６中のＣは実験値を、Ｄは計算値を表している。
【０１２１】
図１５を参照して、ｃ軸に垂直な偏光面を有するフォトルミネッセンス光の強度Ａは、３６６nm近傍に強い極大を有する。これに対して、ｃ軸に平行な偏光面を有するフォトルミネッセンス光の強度Ｂは、より短波長の３６２nm近傍に弱い極大値を有する。これらの極大値が現れる波長及び極大の大きさは、図１３に示す計算値と良く一致する。
【０１２２】
次に、図１６に示すように、ＰＬ発光のピーク強度は、偏光面がｃ軸に垂直なとき最大となり、偏光面がｃ軸に平行なとき最少となる。この実験値Ｃは、計算値Ｄと良く一致する。このことは、図１３の計算結果が実験をよく再現することを意味している。
図１７は、本実施形態をさらに具体化した素子の断面図であり、その素子は、垂直共振器を有する面発光半導体レーザである。
【０１２３】
基板４１, 例えば（１１−２０）面を主面とするSiC 基坂４１の上に、ＭＯＶＰＥ法を用いて、低温で成長する厚さ５０nmのGaN バッファ層５２、厚さ０. ５μｍのｎ型GaN コンタクト層４９、厚さ１μｍのSiドープn 型Al0.1Ga0.9N 障壁層４７, 厚さ０. １μｍのアンドープGaN 活性層４２, 厚さ１μｍのＭｇドープｐ型Al0.1Ga0.9N 障壁層４８, 及びｐ型GaN コンタクト層５１を下から順に成長する。
【０１２４】
続いて、厚さ３０nmのSiO2膜と厚さ３０nmのAl2O3 膜を交互に各２０層ずつ贋層した多層膜を堆積し、この多層膜をフォトレジストリソグラフィーによりパターニングして平面形状が円又は方形のＤＢＲ鏡４３を形成する。このＤＢＲ鏡４３は、ｎ型コンタクト層４９と基板４１との界面を反射面として波長３６６nmの垂直光共振器を構成する。
【０１２５】
次いで、ＤＢＲ鏡４３の一側方の領域にある各層を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法によりエッチングし、これによりｎ型コンタクト層４９の一部を露出させる。その後に、ｎ型コンタクト層４９の表出面に厚さ１００nmのTiよりなる電極５０ａを形成し、ｐ型のコンタクト層５１の上に膜厚１００nmのNiよりなる電極５０ｂを形成する。さらに、基板４１の裏面を研磨して光が出射する光学的窓を形成して面発光半導体レーザを完成する。
【０１２６】
そのような面発光半導体レーザでは、基板４１のｃ軸の垂直方向が電場の振動方向となる光を発振し偏光面が固定されるから、予め偏光方向が規定されたレーザ光を安定に発振させることができる。
本実施形態例の面発光半導体レーザの他の例は、活性層を多重量子井戸層構造としたものである。（１１−２０) 面を主面とするSiＣ基板４１上に、ＭＯＶＰＥ法を用いて、低温で成長する厚さ０. ５nmのAIN バッファ層４２, 厚さ０. ５μｍのｎ型GaN コンタクト層４９、厚さ１μｍのSiドープｎ型Al0.1Ga0.9N 障壁層４７、In0.15Ga0.85N 井戸層とln0.05Ga0.95N バリア層とを交互に各１０層づつ重層した多重量子井戸層からなる活性層４２, 厚さ１μｍのMgドープｐ型Al0.1Ga0.9N 障壁層４８、及びｐ型GaN コンタクト層５１をこの順序で堆積する。そして、既述の実施形態と同様の工程を経て面発光半導体レーザが製造される。
【０１２７】
上述した面発光半導体レーザでは、（１−１００）面又は（１１−２０）面を主面とする基板を用いることにより、光の偏向を揃わせている。そのような面発光半導体レーザを構成する基板には、受光素子を併せて搭載した構造を採用することが可能である。
図１８(a) は、面発光半導体レーザ（発光素子）とフォトダイオード（受光素子）を搭載した光装置を示す断面図、図１８(b) は、その光装置を示す平面図である。
【０１２８】
図１８(a) 及び(b) において、SiC 基板５３の主面である（１−１００）面又は（１１−２０）面の上には、膜厚５０nmのAlN 高温バッファ層５４、多層構造のミラー層５５、膜厚１μｍのｎ型の障壁層５６、膜厚５００nmのアンドープの下側光閉じ込め層５７、アンドープのＭＱＷ活性層５８、ｐ型の障壁層５９、膜厚５００nmのアンドープの上側光閉じ込め層６０、膜厚５０nmのGaN コンタクト層６０ａがＭＯＶＰＥ法によって順に積層されている。
【０１２９】
ミラー層５５は、膜厚４０nmのAl0.4Ga0.6 N層と膜厚４０nmのAl0.1Ga0.9N 層を交互に３０周期積層して構成されたものである。また、ＭＱＷ活性層５８は、膜厚４nmのIn0.2Ga0.8N 井戸層を膜厚４nmのIn0.05Ga0.95N 障壁層で挟んだ構造を有している。また、下側及び上側の光閉じ込め層５７，６０はそれぞれGaN より形成されている。
【０１３０】
さらに、ｎ型及びｐ型の障壁層５６，５９はそれぞれAl0.1Ga0.9N から構成され、そのうちのｎ型の障壁層５６は、不純物濃度２×１０18 atoms/cm3でSiがドープされ、また、ｐ型の障壁層５９は、不純物濃度１×１０17 atoms/cm3でMgがドープされている。ｐ型の障壁層の上のコンタクト層６０ａには１×１０18atoms/cm3 でMgがドープされている。
【０１３１】
ｎ型の障壁層５６からｐ型の障壁層５９までの複数の層は、ＳＣＨ(separate confinement heterostructure)構造を構成している。
このように積層した化合物半導体層は、複数回のパターニングを経て図１８(a),(b) に示すような断面構造及び平面構造の形状に加工されている。
すなわち、面発光半導体レーザ６６と受光素子６７は同じ形状を有しており、コンタクト層６０ａからｎ型の障壁層５６の上部までは直径２０μｍの円柱部６２となり、さらにｎ型の障壁層５６の下部からミラー層５５の上部までは円柱部の外方に広がったフランジ部６３となっている。ミラー層５５はアンドープであり、高抵抗となっているので、円柱部６２とフランジ部６３は他の領域の化合物半導体層から略筒状の溝６１を介して電気的に分離されている。
【０１３２】
そして、円柱部６２のコンタクト層６０ａの上面には、中央に直径１０μｍ程度の光放出窓６４ａを有する環状のTiよりなるｐ側電極６４が接続され、また、フランジ部６３のｎ型障壁層５６には、円柱部６２に接触しないNiよりなるｎ側電極６５が接続されている。
以上のような円柱部６２とその下のｎ型の障壁層５６によって膜厚方向の共振器が形成される。
【０１３３】
フォトダイオード６７は、図１８(b) に示すように、面発光半導体レーザ６６の周囲に離れて複数個、例えば４個形成されている。
それらのような面発光半導体レーザ６６とフォトダイオード６７を有する光装置は、例えば光磁気ディスク装置に取付けられる。そして、面発光半導体レーザ６６ではｐ側電極６４とｎ側電極６５に正バイアスの電圧６８が印加されて小さくても閾値電流が供給される。また、フォトダイオード６７ではｐ側電極６４とｎ側電極６５に逆バイアスの電圧が印加され、これによりフォトダイオード６７への入射光量によって検出回路６９に流れる電流値が大きくなる。
【０１３４】
この場合、面発光半導体レーザ６６が発振して窓６４ａを通して光が照射され、図示しない回折格子、レンズなどを通して光磁気ディスクに照射される。光磁気ディスクで反射したその光は、レンズ、偏向プリズムを通して４つの受光素子６７に入力する。その面発光半導体レーザ６６では、既に説明したように、基板４１のｃ軸の垂直方向が電場の振動方向となる光を発振し偏光面が固定されるから、レーザ光の偏光面が揃うことになる。しかも、光磁気ディスクで反射したレーザ光は、同じ偏光面のフォトダイオード６７に入射する。
【０１３５】
このように、同じ基板上に形成された面発光半導体レーザ６６とフォトダイオード６７が偏光面を有することになったので、光磁気ディスク装置の書込み用光素子と読み出し用光素子を集積化することができ、それらの装置の小型化と製造効率が良くなる。
以上のように、本実施形態によれば、活性層に垂直な共振軸を有する垂直共振型の面発光半導体レーザにおいて、発振光の偏光面が活性層の結晶方位により一義に規定されるため、発振光の偏光方位を予め定めることができ、かつ偏光方位の変動が少ない安定した動作特性を有する垂直共振型の面発光半導体レーザを提供することができるので、情報処理装置の性能向上に寄与するところが大きい。
【０１３６】
なお、活性層５８は、GaN 、InGaN 、AlGaN 又はAlGaInN のいずれから形成してもよいし、また、半導体よりなる障壁層５７，５９は、GaN 、InGaN 、AlGaN 又はAlGaInN から構成してもよい。ただし、活性層５８と障壁層５７，５９が同じ材料系より構成する場合には、障壁層５７，５９よりも活性層５８の方がエネルギーバンドギャップが小さくなる組成比を選択する必要がある。
【０１３７】
なお、基板の材料として炭化シリコン（SiＣ）の他にサファイアを使用してもよい。
（第３実施形態）
従来の発光ダイオードは、光の出射方向に対して円偏光であるので、直線偏光を得たい場合には、ポラロイド等の偏光子を通すことによって直線偏光した偏光光を得ていた。
【０１３８】
また、直線偏光した偏光光を利用して立体画像を表示する場合、右目用画像と左目用画像を互いに偏光方向の異なる光で表示し、それを互いに偏光方向の異なる右目用偏光子と左目用偏光子を介して見ることによって立体画像として認識しており、特に、大型立体画像表示装置の場合には、投影方式を採用している。
しかし、従来の発光ダイオードを用いて直線偏光を得ようとする場合には、偏光子を必要とするため部品点数が多くなるという問題があり、且つ、発光ダイオードと偏光子とを組み合わせる工程が必要になるため、生産コストが高くつくという問題がある。
【０１３９】
また、偏光子を介して円偏光を特定の方向に偏光した直線偏光にしているので、偏光子の偏光方向と偏光方向の異なる光は取り出せず無駄になるので、発光効率が悪いという問題がある。
さらに、大型立体表示装置の場合には、投影方式であるため、従来の投影方式の表示装置と同ように、明るいところでは表示画像が非常に見ずらくなり、実質的に利用できないという問題もある。
【０１４０】
図１９は本実施形態の原理的構成の説明図であり、この図１９を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
本実施形態は、図１９(a) 及び(b) に例示するように、発光ダイオード７０において、発光ダイオード７０を構成するウルツ鉱型化合物半導体結晶のｃ軸方向が光の放出方向とほぼ直交していることを特徴とする。
【０１４１】
このようにGaN のようなウルツ鉱型化合物半導体を用いた場合、ウルツ鉱型化合物半導体は、GaAs等の他のIII-V 族化合物半導体と異なり六方晶系であり、このようなウルツ鉱型化合物半導体における発光は伝導帯から価電子帯のＨＨ（Heavy Hole）あるいはＬＨ（Light Hole）への遷移によって起こるが、これらはａ軸方向に関するバンドであるため、ｃ軸方向、即ち、＜０００１＞方向に垂直な方向に偏光した光が強く現れ、逆にｃ軸方向に平行に偏光した光はほとんど現れないので、偏光子を用いなくとも直線偏光した光が得られることになる。
【０１４２】
なお、本発明において、ｃ軸方向が光の放出方向とほぼ直交するとは、ｃ軸と最も強度の大きな光の放出方向とが純粋に直交するもの以外に、±５°の範囲の角度を含むものである。
また、本実施形態は、ウルツ鉱型化合物半導体結晶のｃ軸方向と結晶成長方向とがー致していることを特徴とする。
【０１４３】
成長基板として、サファイアの｛０００１｝面、｛１１−２０｝面、６Ｈ−ＳｉＣの｛０００１｝面、或いは、スピネルの｛１１１｝面を用いた場合、ウルツ鉱型化合物半導体結晶の結晶成長方向はｃ軸方向となるので、図１(a) に示すように活性層に平行に光を取り出すことによって、直線偏光した光が得られる。  なお、本明細書においては、“１バー" 或いは“２バー" 等の結晶方位を便宜的に、“−１" 或いは“−２" 等として表す。
【０１４４】
また、本実施形態は、ウルツ鉱型化合物半導体結晶のｃ軸方向と結晶成長方向とがほぼ直交していることを特徴とする。
成長基板の主面として、サファイア基板のｒ面、即ち、｛１−１０２｝面、又は、６Ｈ−ＳｉＣの｛１−１００｝面若しくは｛１１−２０｝面を用いた場合、ウルツ鉱型化合物半導体結晶の結晶成長方向はｃ軸方向とほぼ平行になるので、図１(b) に示すように活性層に垂直に光を取り出すことによって、直線偏光した光が得られ、且つ、広い面からの光が偏光光となるので、発光領域を大きく取ることができる。
【０１４５】
また、本実施形態は、上記したウルツ鉱型化合物半導体が、III 族の窒化物からなるIII-V 族化合物半導体であることを特徴とする。
このように、ウルツ鉱型化合物半導体として、安定な結晶構造を有するGaN 系化合物半導体等のIII 族の窒化物からなるIII-V 族化合物半導体を用いることによって、１. ９eV〜６. ２eVの広い範囲に渡り高効率の短波長発光が得られ、混晶比を調整することによって、所望の発光波長を得ることができる。
【０１４６】
さらに、本実施形態は、表示装置において、光の放出方向がｃ軸方向とほぼ直交するウルツ鉱型化合物半導体結晶からなる複数の発光ダイオード７０を用い、この複数の発光ダイオード７０を、偏光方向がある方向ｕに偏光した右目用発光ダイオードと、右目用発光ダイオードの偏光方向ｕに垂直な方向ｖに偏光した左目用発光ダイオードとになるように配置し、立体表示を得るようにしたことを特徴とする。
【０１４７】
光の放出方向がｃ軸方向とほぼ直交するウルツ鉱型化合物半導体結晶からなる発光ダイオード７０は、ｃ軸方向に垂直に、即ち、a 軸方向に偏光しており、このａ軸方向に偏光した発光ダイオード７０を光の放出方向を軸として９０°回転させた場合には、ｃ軸方向に垂直で、且つ、回転させる前の偏光方向に対して垂直に偏光した直線偏光光となるため、一方を右目用とし、他方を左目用とすることによって、立体画像の表示が可能になる。
【０１４８】
なお、図１９において、６９ａ，６９ｂは、発光ダイオード７０に接続される１対の端子を示している。
第１例  
ここで、図２０(a),(b) 及び図２１(a),(b) を参照して、本実施形態の第１例を説明する。図２０(a) は発光ダイオードの断面図であり、図２０(b) は発光ダイオードを素子化した場合の断面図である。また、図２１(a) はGaN 系化合物半導体のΓ点近傍のバンドダイヤグラムであり、さらに、図２１(b) は、発光強度の偏光角分布を示す図である。
【０１４９】
まず、図２０(a) に示すように、（０００１）面、即ち、ｃ面を主面とするサファイア基板７１上に、ＭＯＶＰＥ法（有機金属気相成長法）を用いて、厚さ５〜５０nm、例えば２０nmのGaN バッファ層７２、厚さ０. ５〜５. ０μｍ、例えば、３. ０μｍのｎ型Al0.05 Ga0.95N層７３、厚さ１０〜１００nm、例えば５０nmのIn0.1Ga0.9N 活性層７４、及び、厚さ０. １〜１. ０μｍ、例えば０. ５μｍのｐ型Al0.05Ga0.95N 層７５を順次エピタキシャル成長させる。
【０１５０】
次いで、ｎ型Al0.05Ga0.95N 層７３の一部が露出するように反応性イオンエッチング法によってエッチングしたのち、ｐ型Al0.05Ga0.95N 層７５の表面にｐ側電極としてNi電極７６を設けるとともに、ｎ型Al0.05Ga0.95N 層７３の露出表面にｎ側電極としてTi電極７７を設ける。
なお、この場合、GaN バッファ層７２からｐ型Al0.05Ga0.95N 層７５までの各層は、サファイア基板７１のｃ軸方向に成長するので、そのｃ軸はサファイア基板１７の主面と垂直になる。そのｃ軸方向は＜０００１＞方向と等価である。
【０１５１】
上記のようにして形成した発光ダイオード７８を、図２０(b) に示すように、その光の放出方向が、ｃ軸方向とほぼ垂直になるようにステム７９にマウントする。
この場合、ステム７９に対しては短絡を防止するために絶縁体スペーサ８０を介してマウントするとともに、ｎ側電極であるTi電極７７をマイナス端子８１にワイヤボンディングし、また、ｐ側電極であるNi電極７６をプラス端子８２にワイヤボンディングし、最後に、エポキシ樹脂等で樹脂モールドする。
【０１５２】
図２１(a) は、GaN 系化合物半導体のΓ点近傍のバンドダイヤグラムであり、図から明らかなように、価電子帯におけるホールからみてエネルギー的に一番低いバンド、即ち、ＨＨ（Heavy Hole）とＬＨ（Light Hole）が２重に縮退し、スピン軌道相互作用による分だけエネルギー的に分離しており、また、それ以外に、GaN 系化合物半導体に特有なCHというバンドが現れる。
【０１５３】
そして、このようなGaN 系化合物半導体においては、Γ点、即ちＫz ＝０における伝導帯とＨＨバンド及びＬＨバンドとの間の遷移によって発光が生ずることになるが、Γ点におけるＨＨバンド及びＬＨバンドはａ軸方向に関するバンドであるのでｃ軸に垂直な方向に偏光した光が得られることになる。
図２１(b) は、本発明の本実施形態の発光ダイオードの光の放出方向からみた発光強度の偏光角分布を示す図であり、ａ軸に平行な、即ち、ａ軸方向に偏光した光が得られるが、ａ軸に対して９０°偏光した、即ち、ａ軸に垂直に偏光した光は殆ど得られない。
【０１５４】
したがって、本発明においては、偏光子等を用いることなく特定の方向に偏光した直線偏光光を得ることができるので、部品点数が増加することなく、且つ、発光ダイオードと偏光子の組み合わせ工程が不要になるので、生産コストを低コストにすることができる。
なお、この第１例においては、基板として、（０００１）面を主面とするサファイア基板を用いているが、（０００１）面を主面とするサファイア基板に限られるものではなく、（１１−２０）面を主面とするサファイア基板（０００１）面を主面とする６Ｈ−ＳｉＣ基板、或いは、（１１１）面を主面とするスピネル基板を用いても良いものである。
【０１５５】
第２例
次に、図２２を参照して本発明の第２の例を説明する。まず、図２２(a) に示すように、（１−１０２）面、即ち、ｒ面を主面とするサファイア基板９１上に、ＭＯＶＰＥ法を用いて、厚さ５〜５０nm、例えば２０nmのGaN バッファ層９２、厚さ０. ５〜５. ０μｍ、例えば３. ０μｍのｎ型Al0.05Ga0.95N 層９３、厚さ１０〜１００nm、例えば５０nmのln0.1Ga0.9N 活性層９４、及び、厚さ０. １〜１. ０μｍ 、例えば０. ５μｍのｐ型Al0.05Ga0.95N 層９５を順次エピタキシャル成長させる。
【０１５６】
次いで、反応性イオンエッチング法によってｎ型Al0.05Ga0.95N 層９３の一部を露出させたのち、ｐ型Al0.05Ga0.95N 層９５の表面にｐ側電極として非常に薄いNiからなる半透明電極９６を設けるとともに、ｎ型Al0.05Ga0.95N 層９３の露出表面にｎ側電極としてTi電極９７を設ける。
なお、この場合、GaN バッファ層９２からｐ型Al0.05Ga0.95N 層９５の各層のｃ軸の方向は、サファイア基板９１の基板面内の方向に向いて成長するので、ｃ軸は基板面と平行になる。
【０１５７】
そのようにして形成された発光ダイオード８４は、図２２(b) に示すように、その光の放出方向をｃ軸方向とほぼ垂直になるように導電性ペーストを用いてステム８５にマウントする。
そして、ｎ側電極であるTi電極９７をマイナス端子８６にワイヤボンディングすると共に、ｐ側電極である半透明電極９６をプラス端子８７にワイヤボンディングし、最後に、エポキシ樹脂等のモールド樹脂８８によって封止する。
【０１５８】
この場合にも、第１例と同ように、光の放出方向はｃ軸に垂直であるので、ａ軸方向に偏光した光が得られ、ａ軸に対して９０°偏光した、即ち、ａ軸に垂直に偏光した光は殆ど得られない。
したがって、本発明においては、偏光子等を用いることなく特定の方向に偏光した直線偏光光を得ることができるので、部品点数が増加することなく、且つ、発光ダイオードと偏光子の組み合わせ工程が不要になる。この結果、発光ダイオードの生産コストは低コストになる。
【０１５９】
また、この第２例の場合は、面発光型であるので、上記の第１例に比べて発光領域を大きくすることができ、第１例と比べて１０倍程度の発光強度が期待できる。
なお、第２例においては、基板として、ｒ面を主面とするサファイア基板を用いているが、ｒ面を主面とするサファイア基板に限られるものではなく、（１−１００）面を主面とするＳｉＣ基板、或いは、（１１−２０）面を主面とするＳｉＣ基板を用いても良いものである。
【０１６０】
また、第２例においては、ｐ側電極として薄いNi膜からなる半透明電極９６を用いているが、半透明電極９６に限られるものではなく、通常の厚さのNi電極をメッシュ状に設けて、メッシュの間から光を取り出すようにしても良い。
第３例  
次に、図２３を参照して本発明の第３例を説明する。
【０１６１】
図２３は、上記の第１例、第２例の発光ダイオードを用いた立体画像表示用の表示パネル９０を表すものである。例えば、第１例の発光ダイオードを用いて、その偏光方向がＸ方向になるように配置した発光ダイオード９８と、この発光ダイオード９８の光軸を中心として偏向方向を９０°回転させて配置したＹ方向に偏光する発光ダイオード９９とを組み合わせて構成したものである。なお、Ｘ方向とＹ方向は、ともに表示パネル９０の面に対して平行であり、かつ、Ｘ方向とＹ方向は互いに直交する関係にある。
【０１６２】
この場合、一方の発光ダイオード９８を右目用とし、他方の発光ダイオード９９を左目用とし、両者に互いに異なった画像信号を入力し、この発光表示画像を右目用と左目用とで互いに異なった偏光子を介して見ることによって立体画像を表示することになる。
なお、この場合、ａ軸方向に純粋に平行な角度に対して±２０°程度の範囲の偏光角の光を有効に利用することができる。
【０１６３】
この第３例の表示装置は、発光表示であるので、従来の投影方式の立体表示装置より輝度を高くすることができ、したがって、大型化した場合にも明るい場所での使用が可能になる。
この場合、例えば、１００インチの表示パネル９０を構成する場合には、約２００万画素で構成することになる。そして、Ｘ方向に偏光した発光ダイオード９８とＹ方向に偏光する発光ダイオード９９との配置は、図２３に示すように１個毎交互に配置しても良いし、或いは、特に図示しないが、画素毎に纏まった個数の発光ダイオードを交互に配置しても良く、さらに、各発光ダイオードの発光波長を調整することによってカラー表示も可能になる。
【０１６４】
なお、上記の実施の形態における面方位は一例であり、記載されている面方位と結晶学的に等価な全ての面を含むものである。
また、上記の各例においては、活性層としてln組成比が０. １のln0.1Ga0.9N を用いているが、必要とする波長に応じて混晶比をAlx In yGa1-x-y N （０≦x ≦１、０≦y ≦１）の範囲内で変えても良いものであり、それに伴って、活性層を挟むｐ型Al0.05Ga0.95N 層及びｎ型Al0.05Ga0.95N 層を活性層より禁制帯幅の大きなAIa lnb Ga1-a-b N （０≦a ≦１、０≦b ≦１）で構成すれば良い。
【０１６５】
さらに、GaN 基板の代わりにサファイア基板を使用する場合には、基板の主面を（１１−２０）面とする。
以上述べたように、本実施形態によれば、GaN 系化合物半導体等のウルツ鉱型化合物半導体を用いて発光ダイオードを構成する場合、光の放出方向をウルツ鉱型化合物半導体のｃ軸と垂直にすることによって、偏光子を用いることなく直線偏光した光を得ることができ、また、このようは直線偏光した発光ダイオードを用いることによって、明るい場所でも使用が可能な発光表示による立体画像表示装置を構成することができる。
【０１６６】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、結晶基板の主面を選ぶことによって、その結晶基板の上に形成される六方晶型又はウルツ鉱型の半導体層のｃ軸がその半導体層の面に対して垂直でなくなるために、その結晶基板の上に形成される六方晶型又はウルツ鉱型の活性層に、面方向の圧縮歪又は引張歪をかけてその活性層に３軸異方性を持たせることができ、活性層の価電子帯での縮退を解くことができ、そのような活性層を有する半導体レーザの発振の閾値電流を低下することができる。
【０１６７】
また、そのような構造によれば、化合物半導体層による発光の偏光面が一義的に決定できるので、そのような結晶基板の上に障壁層、活性層などを成長して面発光半導体レーザを形成すると、活性層の面内異方性が大きくなって電場ベクトルが一方向に定められるため、偏光が決定できる。
さらに、面発光半導体レーザの発振光の偏光面が一義的に定まると、光磁気ディスク装置の光源としての使用が可能になるとともに、面発光半導体レーザと同一基板に受光素子を製造することが容易になる。これにより、従来行っていた半導体レーザと受光素子の取付け作業が不要になるとともに、受発光装置の小型化をさらに促進することができる。
【０１６８】
一方、発光ダイオードを構成するウルツ鉱型化合物半導体結晶のｃ軸方向が、光の放出方向とほぼ直交するようにすると、偏光方向が定まるので、そのような発光ダイオードを表示装置の表示面に複数個配置し、１つの発光ダイオードによって画素の一部又は全部を構成するようにするととともに、隣接する発光ダイオードの偏光方向を互いに９０度相違し、これにより、右目偏光方向用の発光ダイオードと左目偏光用の発光ダイオードを隣接することができ、立体表示装置で偏向子を省略して部品点数を減らし、製造コストを低減できる。しかも、そのような表示装置は画像が明るくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１(a) は、本発明の第１実施形態のクラッド層と活性層の層構造図、図１(b) は、図１(a) の層構造によって得られる活性層の価電子帯エネルーバンド構造図、図１(c) は、本発明の第１実施形態で使用する基板の主面の面方位を示す図である。
【図２】図２(a) は、本発明の第１実施形態の層構造を採用した半導体レーザの第１の例を光出力端から見た層構造図、図２(b) は、図２(a) の層構造によって得られる活性層の価電子帯エネルーバンド構造図、図２(c) は、２つのクラッド層と活性層の相対的なエネルギーバンド構造図である。
【図３】図３は、本発明の第１実施形態の層構造を採用した半導体レーザの基板を高抵抗材から形成する場合の構造図である。
【図４】図４(a) は、本発明の第１実施形態の層構造を採用した半導体レーザの第２の例を光出力端から見た層構造図、図４(b) は、図４(a) の層構造によって得られる活性層の価電子帯エネルーバンド構造図である。
【図５】図５(a) は、本発明の第１実施形態の層構造を採用した半導体レーザの第３の例の斜視図、図５(b) は、図５(a) の半導体レーザにおける基板主面に対する小面の傾斜角度を示す図である。
【図６】図６(a) は、本発明の第１実施形態の層構造を採用した半導体レーザの第４の例を光出力端から見た層構造図、図６(b) は、その第４の例で基板を高抵抗材料から構成した場合の半導体レーザを光出力端から見た層構造図である。
【図７】  図７は、本発明の第１実施形態において、主面に平行なｃ軸を有する正方晶基板の主面の上に、六方晶半導体層を形成する場合の各結晶の完面像の特殊形の相対的関係を示す図である。
【図８】図８は、本発明の第１実施形態において、正方晶基板上に形成した六方晶層のＸ線回折ロッキングカーブを示す図である。
【図９】図９は、正方晶のLiAlO2基板上に六方晶のAlx Ga1-x-y Iny N 層を成長する場合に、組成比ｘと組成比ｙの関係を示すｘｙ座標図である。
【図１０】図１０は、本発明の第２実施形態を示す面発光レーザの電極を除いた層構造示す斜視図である。
【図１１】図１１は、本発明の第２実施形態を示す面発光レーザの活性層の結晶の完面像の特殊形を示す斜視図である。
【図１２】図１２は、本発明の第２実施懈怠の面発光レーザの活性層のエネルギーバンド構造図である。
【図１３】  図１３は、本発明の第２実施形態の面発光レーザにおいて、活性層の偏光面の方位とｃ軸のなす角度をパラーメータにした場合の波長とＰＬ発光強度の関係を計算で求めた図である。
【図１４】図１４(a) 〜(e) は、本発明の第２実施形態の面発光レーザにおいて、活性層を構成するGaN のエネルギーバンドの結晶歪依存性を示す図である。
【図１５】図１５は、本発明の第２実施形態の面発光レーザにおいて、活性層の偏光面の方位とｃ軸のなす角度をパラーメータにした場合の波長とＰＬ発光強度の関係の実験により求めた図である。
【図１６】図１６は、本発明の第２実施形態の面発光レーザにおいて、活性層の偏光面の方位とｃ軸のなす角度とＰＬ発光強度の関係を示す曲線を計算と実験で求めた図である。
【図１７】図１７は、本発明の第２実施形態の面発光レーザを示す断面図である。
【図１８】図１８(a) は、面発光レーザと受光素子を有する本発明の第２実施形態の光装置を示す断面図、図１８(b) は、その光装置の平面図である。
【図１９】  図１９(a) は、本発明の第３実施形態の端部発光型の発光ダイオードの原理的構成図、図１９(b) は、本発明の第３実施形態の面発光型の発光ダイオードの原理的構成図である。
【図２０】図２０(a) は、本発明の第３実施形態の端部発光型の発光ダイオードの層構造図、図２０(b) は、その発光ダイオードをパッケージ化した構成を示す断面図である。
【図２１】図２１(a) は、図２０(a) で示した発光ダイーオドにおけるGaN 系化合物半導体のバンドダイヤグラム、図２１(b) は、その発光ダイオードの光の放出方向からみた発光強度の偏光角分布を示す図である。
【図２２】図２２(a) は、本発明の第３実施形態の面発光型の発光ダイオードの層構造図、図２２(b) は、その発光ダイオードをパッケージ化した構成を示す断面図である。
【図２３】図２３は、本発明の第３実施形態の表示装置に使用する発光ダイオードの偏向関係を示す平面構成図である。
【図２４】図２４(a) は、従来の半導体ダイオードの第１例を示す断面図、図２４(b) は、従来の半導体ダイオードの第２例を示す断面図である。
【図２５】  図２５(a) 、(b) は、従来の半導体ダイオードの価電子帯のエネルギーバンド図である。
【図２６】図２６は、従来の面発光型半導体レーザを示す斜視図である。
【符号の説明】
１    第一の半導体
２    第二の半導体
３    第三の半導体
１ l    ｎ型GaN （１−１００）基板
１２    ｎ型Al0.1Ga0.9N クラッド層
１３    ｎ型GaN 光ガイド層
１４    Ga0.9In0.1N 活性層
１５    ｐ型GaN 光ガイド層
１６    ｐ型Al0.1Ga0.9N クラッド層
１７    Ti／Au電極
１８    Ni／Au電極
２１    ｎ型GaN （１−１００）基板
２２    ｎ型Al0.4Ga0.3In0.3Nクラッド層
２３    ｎ型Al0.15Ga0.65In0.2N光ガイド層
２４    Ga0.9In0.1N 活性層
２５    ｐ型Al0.15Ga0.65In0.2N光ガイド層
２６    ｐ型Al0.4Ga0.3In0.3Nクラッド層
２７    Ti／Au電極
２８    Ni／Au電極
３１    ｎ型GaN （０００１）基板
３２    （１１−２１）小面
３３    絶縁膜
３４    （１−１００）劈開面
４１    基板
４２    活性層
４３    ＤＢＲ鏡
４４    ｃ軸
４４a   ｚ偏光
４５    ｘ偏光
４６    ｙ偏光
４７, ４８    障壁層
４９, ５１    コンタクト層
５０ａ、５０ｂ    電極
５２    バッファ層
５３    SiC 基板
５４    AlN 高温バッファ層
５５    ミラー層
５６    ｎ型の障壁層
５７    下側光閉じ込め層
５８    活性層
５９    ｐ型の障壁層
６０    上側光閉じ込め層
６１    溝
６２    円柱部
６３    フランジ部
６４    光放出窓
６５    ｎ側電極
６６    面発光半導体レーザ（発光素子）
６７    フォトダイオード（受光素子）
６８    電源
６９    光量検出回路
７０    発光ダイオード
７１    サファイア基板
７２    GaN バッファ層
７３    ｎ型Al0.05Ga0.95N 層
７４    Al0.1Ga0.9N 活性層
７５    ｐ型Al0.05Ga0.95N 層
７６    Ni電極
７７    Ti電極
７８    発光ダイオード
７９    ステム
８０    絶縁体スベーサ
８１    マイナス端子
８２    プラス端子
８３    モールド樹脂
８４    発光ダイオード
８５    ステム
８６    マイナス端子
８７    プラス端子
８８    モールド樹脂
９０    表示パネル
９１    サファイア基板
９２    GaN バッファ層
９３    ｎ型Alo.o ５Gao.９  ５N 層
９４    Al0.1Ga0.9N 活性層
９５    ｐ型Al0.05Ga0.95N 層
９６    半透明電極
９７    Ti電極
９８    水平方向に偏光する発光ダイオード
９９    垂直方向に偏光する発光ダイオード
【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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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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