JP7737020B2 - 垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法及び垂直共振器面発光レーザ素子 - Google Patents

垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法及び垂直共振器面発光レーザ素子

Info

Publication number
JP7737020B2
JP7737020B2 JP2022533714A JP2022533714A JP7737020B2 JP 7737020 B2 JP7737020 B2 JP 7737020B2 JP 2022533714 A JP2022533714 A JP 2022533714A JP 2022533714 A JP2022533714 A JP 2022533714A JP 7737020 B2 JP7737020 B2 JP 7737020B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
emitting laser
cavity surface
semiconductor layer
growth
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2022533714A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2022004146A1 (ja
Inventor
顕一 寺尾
大介 森田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nichia Corp
Original Assignee
Nichia Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nichia Corp filed Critical Nichia Corp
Publication of JPWO2022004146A1 publication Critical patent/JPWO2022004146A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7737020B2 publication Critical patent/JP7737020B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0425—Electrodes, e.g. characterised by the structure
    • H01S5/04256—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the configuration
    • H01S5/04257—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the configuration having positive and negative electrodes on the same side of the substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18361—Structure of the reflectors, e.g. hybrid mirrors
    • H01S5/18377—Structure of the reflectors, e.g. hybrid mirrors comprising layers of different kind of materials, e.g. combinations of semiconducting with dielectric or metallic layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/0206—Substrates, e.g. growth, shape, material, removal or bonding
    • H01S5/0211—Substrates made of ternary or quaternary compounds
    • H01S5/0212—Substrates made of ternary or quaternary compounds with a graded composition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18344—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] characterized by the mesa, e.g. dimensions or shape of the mesa
    • H01S5/18347—Mesa comprising active layer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18361—Structure of the reflectors, e.g. hybrid mirrors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18361—Structure of the reflectors, e.g. hybrid mirrors
    • H01S5/18369—Structure of the reflectors, e.g. hybrid mirrors based on dielectric materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/34333—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer based on Ga(In)N or Ga(In)P, e.g. blue laser
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S2301/00—Functional characteristics
    • H01S2301/17—Semiconductor lasers comprising special layers
    • H01S2301/176—Specific passivation layers on surfaces other than the emission facet
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S2304/00—Special growth methods for semiconductor lasers
    • H01S2304/04—MOCVD or MOVPE
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/0233—Mounting configuration of laser chips
    • H01S5/0234—Up-side down mountings, e.g. Flip-chip, epi-side down mountings or junction down mountings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/024—Arrangements for thermal management
    • H01S5/02469—Passive cooling, e.g. where heat is removed by the housing as a whole or by a heat pipe without any active cooling element like a TEC
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0425—Electrodes, e.g. characterised by the structure
    • H01S5/04252—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the material
    • H01S5/04253—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the material having specific optical properties, e.g. transparent electrodes

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

本開示は、垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法及び垂直共振器面発光レーザ素子に関する。
基板面に対して垂直な方向からレーザ光を取り出す垂直共振器面発光レーザ素子は、光共振器を構成するため、活性層の上下方向に反射鏡を有している。このような反射鏡のうち半導体多層膜からなる反射鏡は、レーザ光の発振波長に対応するエネルギーよりも大きなバンドギャップエネルギーを有する第１半導体層と第２半導体層とを交互に積層することによって構成されている。
特許文献１には、第１半導体層と第２半導体層として、ＡｌＧａＮとＧａＮ又はＡｌＩｎＮとＧａＮとを用いた窒化物半導体多層膜反射鏡が記載されている。
ＷＯ２０１４／１６７９６５
しかし、特に第１半導体層のＡｌＩｎＮは、その組成に起因して、転位が発生することがある。
従って、半導体多層膜からなる反射鏡において、それを構成する半導体層において転位の発生を抑制することができる垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法が求められている。
本開示の一の態様における垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法は、
窒化物半導体多層膜を含む第１反射鏡を備える垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法であって、
アルミニウム及びインジウムを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなる第１半導体層を成長させる工程と、窒化ガリウムからなる第２半導体層を成長させる工程とを備え、
前記第１半導体層を成長させる工程は、第１成長工程と第２成長工程とからなり、
前記第１成長工程では、アルミニウム源ガス、インジウム源ガス及び窒素源ガスを供給して第１層を成長させ、
前記第２成長工程では、アルミニウム源ガス、インジウム源ガス及び窒素源ガスを供給して前記第１層よりインジウム組成比が高い第２層を成長させ、前記第１半導体層を成長させる工程と、前記第２半導体層を成長させる工程とを交互に繰り返し行うことによって前記窒化物半導体多層膜を形成して、前記第１反射鏡を形成することを含む。
また、本開示の他の態様における垂直共振器面発光レーザ素子は、
アルミニウム及びインジウムを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなる第１半導体層と、窒化ガリウムからなる第２半導体層とが交互に積層された窒化物半導体多層膜を含む第１反射鏡を備え、
前記第１半導体層の屈折率と前記第２半導体層の屈折率とは異なり、
前記第１半導体層は第１層及び第２層からなり、
前記第１層のインジウム組成比が前記第２層のインジウム組成比よりも低い。
半導体多層膜からなる反射鏡において、それを構成する半導体層において転位の発生を抑制することができる垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法及び反射鏡を構成する半導体層において転位の発生が抑制された垂直共振器面発光レーザ素子を提供することができる。
本発明の一実施形態の垂直共振器面発光レーザ素子における第１反射鏡の構造を説明するための要部の概略断面図である。 本発明の一実施形態の垂直共振器面発光レーザ素子の積層構造を説明するための要部の概略断面図である。 本発明の一実施形態の垂直共振器面発光レーザ素子を説明するための要部の概略断面図である。 本発明の一実施形態の垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法を示すフローチャートである。 実験例のＡＦＭ像である。 比較例のＡＦＭ像である。
以下、本開示の実施の形態について適宜図面を参照して説明する。ただし、以下に説明する実施の形態は、本開示の技術思想を具体化するためのものであって、特定的な記載がない限り、本開示を以下のものに限定されない。また、一の実施の形態、実験例において説明する内容は、他の実施の形態、実験例にも適用可能である。各図面が示す部材の大きさ、厚み、位置関係等は、説明を明確にするため、誇張していることがある。同じ材料、同じ機能を有する部材には、同じ符号を用いることがある。数値範囲を示す場合、「～」の両側の値は含まれるものとする。
〔垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法〕
本開示の一実施形態の垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法によって形成される垂直共振器面発光レーザ素子は、例えば、図１Ａに示す、窒化物半導体多層膜を含む第１反射鏡１０を備える。第１反射鏡１０は、アルミニウム及びインジウムを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなる第１半導体層１と、窒化ガリウムからなる第２半導体層２とが交互に積層されて構成されている。第１反射鏡１０では、第１半導体層１の屈折率と第２半導体層２の屈折率とは異なる。また、第１半導体層１は、第１層１１及び第２層１２からなり、第１層１１のインジウム組成比は、第２層１２のインジウム組成比よりも低い。
このような構成の第１反射鏡１０を備える垂直共振器面発光レーザ素子は、第１反射鏡１０を構成する半導体層において転位の発生を抑制することができる。その結果、第１反射鏡１０による散乱等の光のロスを抑制することができ、より外部量子効率の高い垂直共振器面発光レーザ素子を提供することができる。
本開示の一実施形態の垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法では、第１反射鏡１０を形成する工程（図３のＳ３）は、アルミニウム及びインジウムを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなる第１半導体層１を成長させる工程（図３のＳ１）と、窒化ガリウムからなる第２半導体層２を成長させる工程（図３のＳ２）とを備える。第１半導体層１を成長させる工程は、第１成長工程と第２成長工程とからなり、第１成長工程では、アルミニウム源ガス、インジウム源ガス及び窒素源ガスを供給して第１層１１を成長させ、第２成長工程では、アルミニウム源ガス、インジウム源ガス及び窒素源ガスを供給して前記第１層１１よりインジウム組成比が高い第２層１２を成長させる。そして、これら第１半導体層１を成長させる工程と、第２半導体層２を成長させる工程とを交互に繰り返し行う（図３のＳ１→Ｓ２→Ｓ１→Ｓ２・・・）。
この第１反射鏡１０を形成する工程では、例えば、第１半導体層１を成長させる工程を行い、その後、第１半導体層１上に、第２半導体層２を成長させる工程を行うことができる。第１半導体層１を成長させる工程においては、最初に、第１反射鏡１０を形成する基板１６又は下地層９等の上に、第１半導体層１を成長させることができ、その後の交互の繰り返し工程では、第２半導体層２上に第１半導体層１を成長させることができる。第１半導体層１は、第１成長工程によって、まず、第１層１１を成長させ、第１層１１上に、第２成長工程によって第２層１２を成長させることができる。
ＡｌＩｎＮのようにアルミニウムとインジウムとを組成に含む半導体は、インジウム組成比が高くなるほど、結晶性が低下しやすい傾向があり、その半導体層自体に転位が起きやすい。そこで、第１半導体層１として、アルミニウムとインジウムを組成に含む半導体層を設けつつ、これよりもインジウム組成比の低い半導体層も備えることにより、第１反射鏡１０における転位の発生を効果的に抑制することができる。
第１半導体層１を成長させる工程と、第２半導体層２を成長させる工程との交互の繰り返しは、用いる材料、目的とする性能等によって、任意にその回数を設定することができる。例えば、交互の繰り返しは、５回～１００回行うことが挙げられ、２０回～８０回が好ましく、３０回～７０回がより好ましい。言い換えると、第１半導体層１と第２半導体層２とのペアを、それぞれ５ペア～１００ペアとすることが好ましく、２０ペア～８０ペアとすることがより好ましく、３０ペア～７０ペアとすることがさらに好ましい。上記範囲内のペア数とすることで、制御性を保ちながら、より反射率を高くすることができる。これにより、窒化物半導体多層膜を形成して、第１反射鏡１０を形成することができる（図３のＳ３）。特に、第１半導体層１として、第１層１１と、この第１層１１よりインジウム組成比が高い第２層１２とを成長させることにより、第１反射鏡１０における窒化物半導体多層膜での転位を効果的に抑制することができる。つまり、第１半導体層１からの転位の発生を効果的に抑制することができる。その結果、第１反射鏡１０による散乱等の光のロスを抑制することができ、より外部量子効率の高い垂直共振器面発光レーザ素子を製造することが可能となる。
この垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法は、さらに、第１反射鏡１０の上面に、活性層３ａを有する窒化物半導体の積層体３を形成する工程（図３のＳ４）、窒化物半導体の積層体３の上方に第２反射鏡６を形成する工程（図３のＳ５）を含むことが好ましい。反射鏡の上方に活性層３ａを積層する場合、反射鏡の結晶状態、例えば、転位等が活性層３ａに引き継がれることになるが、上述したように、第１反射鏡１０における転位の発生を抑制することができるために、反射鏡の上方に転位の少ない半導体層を積層することができる。その結果、活性層３ａでより効率的に発光再結合を生じさせることができ、垂直共振器面発光レーザ素子の閾値電流を低減することが可能となる。
（第１半導体層１を成長させる工程）
第１半導体層１を成長させる工程（図３のＳ１）は、第１成長工程と第２成長工程とからなる。第１成長工程と第２成長工程とは、この順に行うことが好ましい。言い換えると、図１Ａ又は１Ｂに示すように、第１半導体層１は、第１反射鏡１０における最下層では、基板１６又は下地層９の上に第１層１１を成長させ、第１層１１上に第２層１２を成長させることが好ましい。また、それよりも上の層では、第１半導体層１の上に成長された第２半導体層２上に第１層１１を成長させ、第１層１１上に第２層１２を成長させることが好ましい。インジウム組成比が高い場合に懸念される結晶性の低下は、半導体層成長の初期段階に発生する欠陥の影響が大きいと考えられる。また、第１半導体層１を高アルミニウム組成の第１層１１のみで成長させると、クラックの発生又は伸展のおそれがある。これに対して、上述の順に成長させることで、クラックの発生又は伸展を抑制しつつ、転位の発生を効果的に抑制することができる。
ここで、基板１６又は下地層９としては、垂直共振器面発光レーザ素子を構成し得るものであればよく、当該分野で公知のものを利用することができる。例えば、半導体層成長用の基板又はその上に形成された下地層、具体的には、窒化物半導体（ＧａＮ等）、サファイア、ＳｉＣ、Ｓｉ等からなる基板が挙げられる。なかでも、窒化物半導体基板が好ましく、ＧａＮ基板がより好ましい。半導体成長用基板としてＧａＮ基板を用いることで、より転位の少ない半導体反射鏡とすることができる。また、下地層９は、これらの基板１６及び第１反射鏡１０との格子整合を考慮して選択することができる。例えば、ＧａＮ層が好ましい。基板１６又は下地層９は、第１半導体層１を成長させる面がＣ面、Ａ面等の所定の結晶面であるものが挙げられる。また、これらの所定の結晶面に対して０～１０°程度のオフ角を有するものであってもよい。例えば、ＧａＮのＣ面では、＋Ｃ面（ＩＩＩ族元素極性面）及び－Ｃ面（窒素極性面）のいずれであってもよい。なかでも、基板１６又は下地層９は、第１半導体層１を成長させる面がＧａＮの＋Ｃ面であるものが好ましい。ＧａＮの＋Ｃ面を採用することで結晶成長をさせやすくなる。下地層９は、任意の厚みに設定することができ、例えば、１００ｎｍ～３０００ｎｍが挙げられる。また、下地層９には、ｎ型不純物をドーピングすることができるが、結晶性の点からはアンドープのものが好ましい。例えば、ｎ型不純物がシリコンである場合、ｎ型不純物濃度は、０．５～１０×１０１８ｃｍ－３とすることができる。
第１半導体層１は、第１層１１及び第２層１２のいずれも、アルミニウム及びインジウムを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなる。このような半導体としては、ＡｌＸＩｎＹＧａ１－Ｘ－ＹＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）が挙げられ、具体的には、ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＮ等が挙げられる。なかでも、ＡｌＩｎＮ層が好ましい。特に、第２層１２におけるインジウム組成比は、第１層１１におけるインジウム組成比よりも０．０１～０．１高いものが好ましい。この範囲のインジウム組成比とすることで、転位の発生を効果的に抑制することができる。第１半導体層１は、単結晶であってよい。
第１半導体層１は、当該分野で公知の方法、例えば、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシャル成長法）等によって成長させることができる。なかでも、厚みの制御のしやすさや成長時間の点からＭＯＣＶＤ法が好ましい。いずれの方法を利用する場合においても、第１半導体層１は常圧で成長させてもよいが、減圧して成長させてもよい。
例えば、ＭＯＣＶＤ装置の反応炉内に任意に下地層９が形成された基板１６をセットする。その後、基板温度を、例えば、７００℃～９５０℃、具体的には９００℃に昇温し、キャリアガスと、原料ガスとを反応炉内に流す。これにより、例えば、アルミニウム及びインジウムを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなる第１半導体層１を形成することができる。キャリアガスは、例えば、水素ガス、窒素ガス、アルゴンガス等が挙げられる。原料ガスとしては、例えば、ガリウムの原料ガスとして、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）や、ＴＥＧ（トリエチルガリウム）等のトリアルキルガリウム等が挙げられる。窒素の原料ガスとして、アンモニア、窒素等が挙げられる。アルミニウム源ガスとしては、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）等のトリアルキルアルミニウム、塩化アルミニウム等が挙げられ、インジウム源ガスとしては、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）等のトリアルキルインジウム等が挙げられる。
第１半導体層１の厚みは、任意に設定することができ、例えば、３０ｎｍ～８０ｎｍが挙げられる。また、第１半導体層１には、ｎ型不純物をドーピングすることができるが、結晶性や反射率の点からはアンドープのものが好ましい。例えば、ｎ型不純物がシリコンである場合、ｎ型不純物濃度は、０．５～１０×１０１８ｃｍ－３とすることができる。
（第１成長工程：第１層１１）
上述したように、第１層１１を成長させるために、第１成長工程を行う。つまり、第１成長工程では、アルミニウム源ガス、インジウム源ガス及び窒素源ガスを供給して第１層１１を成長させる。なお、ＡｌＩｎＧａＮを成長させる際には、任意に、ガリウム源ガスを導入してもよい。
例えば、第１成長工程は、アルミニウム源ガス及びインジウム源ガスを、所定の温度で供給して成長させることが挙げられる。この場合の第１層１１の成長温度は、７００℃～９５０℃とすることが挙げられる。
これにより、例えば、第１層１１を８ｎｍ以下の厚みで成長させることができる。第１層１１の厚みは、１ｎｍ～８ｎｍとすることが好ましく、１ｎｍ～３ｎｍの厚みとすることがより好ましい。第１層１１を８ｎｍ以下の厚みとすることで、転位の発生を抑制しつつ、クラックの発生を抑制することができる。
得られる第１層１１は、例えば、ＡｌＩｎＮからなる層であって、ここでのインジウム組成比は、０．１０～０．２０であるものが挙げられ、０．１２～０．１９であるものが好ましく、０．１４～０．１８であるものがより好ましい。インジウム組成比がこの範囲の第１層１１とすることで、転位の発生を抑制しつつ、クラックの発生を抑制することができる。
なお、第１成長工程における成長速度は、第１層１１の成長中、変動してもよいが、意図的な成長条件の変更は行なわず一定の条件で成長させることが好ましい。言い換えると、第１層１１は、層内で組成傾斜していてもよいが、組成傾斜していないことが好ましい。組成傾斜をしていないことにより、反射鏡としての反射率をより高くすることができる。また、第１層１１には、ｎ型不純物をドーピングしてもよいが、結晶性及び反射率の点からはアンドープのものが好ましい。
（第２成長工程：第２層１２）
第２成長工程では、アルミニウム源ガス、インジウム源ガス及び窒素源ガスを供給して第１層１１よりインジウム組成比が高い第２層１２を成長させる。
例えば、第２成長工程における第２層１２の成長速度を、第１成長工程における第１層１１の成長速度より速くしてもよいし、第２成長工程における第２層１２の成長を、第１成長工程における温度よりも低い温度で行ってもよい。第２成長工程における第２層１２の成長速度を速くする場合、第２成長工程における成長温度は、第１成長工程と異なっていてもよいが、同じであってもよい。また、第２成長工程における成長温度を第１成長工程より低い温度とする場合、第２成長工程における成長速度は、第１成長工程における成長速度と異なっていてもよく、同じであってもよい。ここでの成長温度とは、実際の基板の温度を測定しているものではなく、加熱手段もしくは温度を維持するためのヒーター等の装置の設定温度のことである。また、ここでの同じ成長速度及び同じ成長温度とは、±１％程度の変動は許容される。
特に、第２成長工程における第２層１２の成長速度は、第１成長工程における第１層１１の成長速度の１．５倍以上４倍以下とすることが好ましい。第２層１２の成長速度を上記範囲内の速度とすることで、転位の発生を効果的に抑制することができる。この場合の第２層１２の成長温度は、６９０℃～９６０℃とすることが挙げられる。
また、第２成長工程における成長温度は、第１成長工程における成長温度より１０℃～１００℃低くすることが挙げられる。具体的には、６００℃～９４０℃とすることが挙げられる。この場合、第２層１２の成長速度は第１層１１と同じ範囲の成長速度で成長させることが挙げられる。
これにより、例えば、第２層１２を所定の厚みで成長させることができる。第２層１２の厚みは、第１層１１の厚みよりも厚い厚みとすることが好ましく、例えば、第２層１２を、３０ｎｍ～８０ｎｍの厚みとすることが好ましく、４０ｎｍ～６０ｎｍの厚みとすることがより好ましい。第２層１２を上記範囲内の厚みとすることで、可視光に対する反射率をより高めることができる。第２層１２には、ｎ型不純物をドーピングしてもよいが、アンドープのものが好ましい。例えば、ｎ型不純物がシリコンである場合、ｎ型不純物濃度は、０．５～１０×１０１８ｃｍ－３とすることができる。
なお、第２成長工程における成長速度及び／又は成長温度は、成長中、変動してもよいが、意図的な成長条件の変更は行なわず一定の条件で成長させることが好ましい。言い換えると、第２層１２は、層内で組成傾斜していてもよいが、組成傾斜していないことが好ましい。
得られる第２層１２は、第１層１１よりも、インジウム組成比が高い層を成長させることができる。ここで、第１層１１と第２層１２とのインジウム組成比は、第１層１１のインジウム組成比：第２層１２のインジウム組成比＝０．１０～０．２０：０．１５～０．２５が挙げられ、０．１２～０．１９：０．１６～０．２３が好ましく、０．１４～０．１８：０．１７～０．２１がより好ましい。得られる第２層１２は、例えば、ＡｌＩｎＮからなる層であって、ここでのインジウム組成比が０．１５～０．２５であるものが好ましく、０．１６～０．２３であるものがより好ましく、０．１７～０．２１であるものがさらに好ましい。また、第２層１２は、インジウム組成比が、第１層１１に対して、１～１０％高いものが好ましく、１～８％高いものがより好ましく、１～５％高いものがさらに好ましい。第１層１１と第２層１２とのインジウム組成比を上記範囲とすることで、転位の発生をより効果的に抑制することができる。
このように、第１半導体層１の第２層１２を第１層１１と比較して、成長速度を速くする及び／又は成長温度を低くすることにより、成長時において、インジウム原子の気相への脱離を促進することができる。その結果、第１層１１のインジウム組成比を第２層１２に比較して減少させることができるために、窒化物半導体多層膜における転位を効果的に抑制することができる。これは、例えば、第１半導体層１全体を低インジウム組成にした場合に起こるクラックの発生及び伸展などを低減しつつ、効果的に転位を抑制することができる。またこの中でも第１半導体層１の第２層１２を第１層１１と比較して、成長速度を速くする場合は、つまり、第１層１１を第２層１２と比較して、成長速度を遅くする場合は、第１層１１におけるインジウムを含めた原子の拡散長を大きくできるために、より平坦な層を成長させやすくなる。
（第２半導体層２を成長させる工程）
窒化ガリウムからなる第２半導体層２を成長させる工程（図３のＳ２）は、第１半導体層１を成長させる工程を行った後に行ってもよい。つまり、第１半導体層１上（第２層１２上）に、第２半導体層２を成長させてもよい。また、第２半導体層２を成長させる工程は、第１半導体層１を成長させる工程の前に行ってもよい。つまり、基板１６又は下地層９の上に対して第２半導体層２を成長させてもよい。
第２半導体層２を成長させる場合、例えば、キャリアガスと、原料ガス（ＴＭＧ及びアンモニア）とを、反応炉内に流すことが挙げられる。なお、第２半導体層２の成長速度は、成長中、変動してもよいが、一定であることが好ましい。特に、第２半導体層２の形成において、第１半導体層１を成長させる表面が、ＧａＮのＣ面であり、かつ＋Ｃ面とすることが好ましい。
なお、第２半導体層２を成長させる工程は、第１半導体層１を成長させる工程と異なる方法を利用してもよいが、同じ方法、例えば、ＭＯＣＶＤ法で行うことが好ましい。
基板温度を、例えば、１０００℃～１１００℃、具体的には１０５０℃に昇温し、キャリアガスと、原料ガスとを反応炉内に流す。これにより、例えば、ＧａＮからなる窒化ガリウムからなる第２半導体層２を成長させることができる。キャリアガス、窒素源ガス及びガリウム源ガスは、上述したものと同様のものが挙げられる。
ここでの第２半導体層２の厚みは、任意に設定することができ、例えば、３０ｎｍ～８０ｎｍが挙げられる。従って、第１反射鏡１０を構成する窒化物半導体多層膜の総膜厚は、例えば、５００ｎｍ～１００００ｎｍが挙げられ、２０００ｎｍ～８０００ｎｍが好ましく、３０００ｎｍ～７０００ｎｍがより好ましい。上記範囲内の膜厚とすることで、膜厚の増加を抑えつつ、効率よく反射率を高くすることができる。また、第２半導体層２には、ｎ型不純物をドーピングすることができるが、アンドープのものが好ましい。例えば、ｎ型不純物がシリコンである場合、ｎ型不純物濃度は、０．５～１０×１０１８ｃｍ－３とすることができる。第２半導体層２は単結晶であってよい。
（窒化物半導体の積層体３の形成）
第１反射鏡１０の上面には、例えば、図１Ｂに示すように、窒化物半導体層の積層体３を形成（図３のＳ４）することが好ましい。
窒化物半導体層の積層体３では、第１反射鏡１０側から、ｎ側半導体層３ｎ、活性層３ａ、ｐ側半導体層３ｐをこの順に形成することが好ましい。窒化物半導体層の積層体３は、当該分野で公知の方法を利用して形成することができる。
窒化物半導体層の積層体３は、その表面、つまり、第１反射鏡１０が配置された側とは反対側の表面に、凸部３ｘを形成してもよい。凸部３ｘは、フォトリソグラフィ及びエッチング工程等を利用して、形成することができる。
（第２反射鏡の形成）
第２反射鏡６は、窒化物半導体層の積層体３の表面に凸部３ｘが形成されている場合には、例えば、図１Ｂに示すように、凸部３ｘの上面から凸部３ｘの周囲の表面の少なくとも一部に配置することができる（図３のＳ５）。また、凸部が形成されていない場合には、窒化物半導体層の積層体３の一部を露出する絶縁膜を形成し、その露出した窒化物半導体層の積層体３の上方を覆うように第２反射鏡６を形成することができる。
第２反射鏡６は、上述した第１反射鏡１０と同様の構成としてもよいし、例えば、誘電体多層膜を含んだ構成としてもよい。誘電体多層膜としては、例えば、ＳｉＯ２／Ｎｂ２Ｏ５、ＳｉＯ２／Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３等が挙げられる。各層の厚さはλ／４ｎ（ここで、λはレーザの発振波長、ｎは各層を構成する媒質の屈折率である）である。第２反射鏡６の積層数や厚みは、誘電体多層膜の組み合わせにより適宜設定することができる。具体的には、第２反射鏡６を、ＳｉＯ２／Ｎｂ２Ｏ３等によって構成する場合、各層は、４０ｎｍ～１００ｎｍが挙げられる。積層膜の積層数は、２層以上が挙げられ、例えば５層～２０層とすることができる。第２反射鏡６の全体の厚みは、例えば、０．０８μｍ～２．０μｍが挙げられ、０．６μｍ～１．７μｍとすることができる。
このような製造方法によって、上述したように、第１反射鏡１０を構成する半導体層において転位の発生を抑制し、第１反射鏡１０による散乱等の光のロスを抑制した、より外部量子効率の高い垂直共振器面発光レーザ素子を製造することが可能となる。
〔垂直共振器面発光レーザ素子８〕
本開示の一実施形態の垂直共振器面発光レーザ素子８は、アルミニウム及びインジウムを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなる第１半導体層１と、窒化ガリウムからなる第２半導体層２とが交互に積層された窒化物半導体多層膜を含む第１反射鏡１０、好ましくは、第１反射鏡１０に加えて、図２に示すように、窒化物半導体の積層体３と、第２反射鏡６とを備えることが好ましい。
また、垂直共振器面発光レーザ素子８は、さらに、基板１６、下地層９、ｐ側電極４と、ｎ側電極５ｎと、絶縁膜７を備えることができる。
このような垂直共振器面発光レーザ素子８は、また、接合層１３及び金属膜１５を有する放熱基板１７に接合され、基板１６側を発光面とするように構成されていることが好ましい。これにより、第２反射鏡６側を発光面とする場合より、より高い光出力を得られる場合がある。
（基板１６及び下地層９）
第１反射鏡１０は、上述したように、基板１６の上に、下地層９を介して形成されていることが好ましい。下地層９を介して第１反射鏡１０を形成することで、より平坦な層を形成しやすくなる。基板１６としては、垂直共振器面発光レーザ素子を構成し得る基板であれば、当該分野で公知のものを利用することができる。例えば、半導体層成長用の基板、具体的には、窒化物半導体（ＧａＮ等）、サファイア、ＳｉＣ、Ｓｉ等の基板が挙げられる。なかでも、窒化物半導体が好ましく、ＧａＮ基板がより好ましい。また、下地層９は、これらの基板１６及び第１反射鏡１０との格子整合を考慮して選択することができ、例えば、ＧａＮ層が好ましい。なお、下地層９の表面は、ＧａＮのＣ面であるものが好ましく、さらに、＋Ｃ面であるものがより好ましい。
（窒化物半導体の積層体３）
窒化物半導体の積層体３は、第１反射鏡１０を構成する窒化物半導体多層膜の上面に配置されていることが好ましい。また、窒化物半導体の積層体３は、活性層３ａを有することが好ましい。具体的には、図２に示すように、窒化物半導体の積層体３は、例えば、ＧａＮ系半導体からなるｎ側半導体層３ｎ、ＧａＮ系半導体からなる活性層３ａ、ＧａＮ系半導体からなるｐ側半導体層３ｐが、第１反射鏡１０側からこの順に積層されて構成されていることが好ましい。ＧａＮ系半導体としては、例えば、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮが挙げられる。
ｎ側半導体層３ｎは、単層又は多層であり、ｎ型不純物、例えば、Ｓｉ等をドープしたｎ型層を１層以上有する。活性層３ａは、例えば、ＩｎＧａＮよりなる量子井戸層と、ＧａＮよりなる障壁層とを交互に積層した積層構造である。積層数は所望の特性により適宜設定することができる。ｐ側半導体層３ｐは、ｐ側コンタクト層を有することができる。ｐ側コンタクト層は、ｐ型不純物、例えば、Ｍｇ等がドープされた層である。ｐ側半導体層３ｐはｐ側コンタクト層の下に、ｐ側コンタクト層よりもｐ型不純物を低濃度でドープした層又はアンドープの層を有していてもよい。この場合、ｐ側コンタクト層はｐ側半導体層３ｐの最上層とする。
ｎ側半導体層３ｎ、活性層３ａ及びｐ側半導体層３ｐの各厚みは、適宜設定することができる。後述する第１反射鏡１０の上面から第２反射鏡６の下面までの全膜厚をλ／２ｎの整数倍とし、その間に定在波が生じるように設定する。そして、定在波の最も強い部分が活性層３ａに、定在波の最も弱い部分が、後述する透光性のｐ側電極４に位置するように配置する。
ｐ側半導体層３ｐは、その上面がｐ側電極４に接触するものが挙げられる。
窒化物半導体層の積層体３は、ｐ側半導体層３ｐの上面に凸部３ｘを有する。この凸部３ｘの上面が電流注入領域として機能する。電流注入領域の直下が発光部となる。凸部３ｘの平面視形状は、円形、楕円形、多角形等の形状が挙げられ、なかでも円形であるものが好ましい。凸部３ｘの上面の大きさは、例えば、直径又は一辺の長さが３μｍ～１２μｍであることが挙げられる。
窒化物半導体層の積層体３は、凸部３ｘの周囲の表面、つまりｐ側半導体層３ｐの側において、ｐ側半導体層３ｐ、活性層３ａ及びｎ側半導体層３ｎの一部が厚み方向に除去されて、ｎ側半導体層３ｎが一部露出していることが好ましい。これにより、レーザ素子に電流を供給するｐ側電極４及びｎ側電極５ｎを積層体３の同一面側に配置することができる。
（ｐ側電極４）
ｐ側電極４は、ｐ側半導体層３ｐの凸部３ｘから電流を注入するための電極であり、少なくとも凸部３ｘの上面に接触している電極である。ｐ側電極４は、凸部３ｘの側面まで延長していてもよいし、凸部３ｘの周囲のｐ側半導体層３ｐの上面にまで延長していてもよい。
ｐ側電極４は、レーザ発振する波長域に対して透光性の材料から形成される導電部材である。透光性の材料としては、ＩＴＯ（インジウム－錫酸化物）、ＩＺＯ（インジウム－亜鉛酸化物）等を母材とする透明導電材料が挙げられる。具体的にはＩＴＯが挙げられる。厚みは薄いほうが、ｐ側電極４による光吸収を低減することができる一方、抵抗が上昇するため、これらのバランスを考慮して適宜調整することができる。ｐ側電極４の厚みは、例えば、５ｎｍ～１００ｎｍが挙げられる。
（絶縁膜７）
絶縁膜７は、凸部３ｘの上面と離間して配置される。絶縁膜７は、少なくともｐ側半導体層３ｐの凸部３ｘの周囲の表面の一部を被覆する。絶縁膜７は、ｐ側半導体層３ｐのみならず、活性層３ａの側面と、露出したｎ側半導体層３ｎの上面の一部を被覆してもよいし、さらに積層体３の側面を被覆してもよい。
絶縁膜７は、ＳｉＯ２を含む材料、Ｔａ２Ｏ５、ＺｒＯ２、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３等の無機材料等によって形成することができる。
（ｎ側電極５ｎ、ｐパッド電極５ｐ）
垂直共振器面発光レーザ素子８は、さらに、露出したｎ側半導体層３ｎに電気的に接続されたｎ側電極５ｎが配置されていることが好ましい。
なお、ｐ側半導体層３ｐの上に形成された透光性のｐ側電極４に加えて、ｐ側電極４に電気的に接続されたｐパッド電極５ｐが配置されていてもよい。
これらｎ側電極５ｎ及びｐパッド電極５ｐは、当該分野において通常電極として用いられる導電性材料の何れによって形成してもよい。例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｒｈ／Ａｕ等が挙げられる。
ｎ側電極５ｎ及びｐパッド電極５ｐは、同じ又は異なる材料にて単層構造で形成されていてもよいし、同じ材料によって、同じ積層構造で形成されていてもよいし、異なる材料で異なる積層構造で形成されていてもよい。ｎ側電極５ｎ及びｐパッド電極５ｐを同じ材料によって同じ積層構造で形成する場合、ｎ側電極５ｎ及びｐパッド電極５ｐを同一工程で形成することができる。
（放熱基板１７）
垂直共振器面発光レーザ素子８は、図２に示すように、放熱基板１７に接合されていてもよい。放熱基板１７としては、ＡｌＮ等のセラミックス、ＳｉＣ等の半導体を含む半導体基板、金属単体基板又は２種以上の金属の複合体からなる金属基板等が挙げられる。例えば、絶縁性のＡｌＮセラミックスを母材とし、その表面に複数の金属膜１５が形成された基板を放熱基板１７として用いることができる。金属膜１５は、それぞれ、ｐパッド電極５ｐ及びｎ側電極５ｎと電気的に接続される。放熱基板１７の厚みは、例えば、５０μｍ～５００μｍ程度が挙げられる。
放熱基板１７の形成方法は、当該分野で通常使用される方法を利用することができる。
接合層１３は、例えば、上述したｐパッド電極５ｐ及びｎ側電極５ｎ等と同様の材料のほか、半田等を用いることができる。
金属膜１５は、上述したｐパッド電極５ｐ及びｎ側電極５ｎ等と同様の材料によって形成することができる。
（反射防止膜１４）
垂直共振器面発光レーザ素子８は、第１反射鏡１０側からレーザ光が出射されるが、第１反射鏡１０の積層体３とは反対側の面、つまり、基板１６の積層体３とは反対側の面に、反射防止膜１４を配置していてもよい。反射防止膜１４としては、上述した第２反射鏡６で例示した誘電体多層膜と同様の材料を用いることができる。積層数や各層の厚みを光反射膜とは異なるものとすることで反射防止機能を有する膜を形成することができる。例えば、ＳｉＯ２／Ｎｂ２Ｏ５、ＳｉＯ２／Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３等が挙げられる。その厚みは、例えば、０．１μｍ～１μｍが挙げられる。
実験例１
基板１６としてＧａＮ基板を用い、ＧａＮ基板の＋Ｃ面上に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を利用して、原料ガスとしてのＴＭＧ及びアンモニアとキャリアガスとを用い、成長温度１１５０℃で、下地層９としてＧａＮ層を形成した。その上に、原料ガスとしてのＴＭＡ、ＴＭＩ及びアンモニアとキャリアガスとを用い、減圧下で表１に示す温度にて基板上に第１半導体層１を成長させた。第１半導体層１は、第１層１１と、第１層１１より成長速度を速くして成長させた第２層１２とで形成された。さらに第１半導体層１の上に、原料ガスとしてＴＭＧ、アンモニアを用い、減圧下で下記温度にて第２半導体層２を成長させた。第１半導体層１と第２半導体層２とが５０ペア、厚みの総計４８９０ｎｍの第１反射鏡１０を形成した。
組成がＡｌ０．８３Ｉｎ０．１７Ｎとなる条件で第１半導体層１の第１層１１を成長させ、組成がＡｌ０．８０Ｉｎ０．２０Ｎとなる条件で第２層１２を成長させ、組成がＧａＮとなる条件で第２半導体層２を成長させた。
上述の方法で得られた第１反射鏡１０に対して、第１層１１を設けない以外、実質的に同じ条件で第１半導体層１（第２層１２）及び第２半導体層２の積層構造を形成することで、比較例としての反射鏡を形成した。これらの実験例及び比較例の反射鏡の表面をそれぞれＡＦＭ（原子間力顕微鏡）像として観察した画像を図４及び５にそれぞれ示す。
図４及び図５より、今回観察した領域において、比較例の反射鏡の表面にはいくつかのＶピットが観察されたのに対して、実験例では反射鏡表面にＶピットは見られなかった。このＶピットは転位等の欠陥から発生しているものと推測される。このことから今回の実験例では、転位の抑制効果が確認されたといえる。
従って、本実験例の垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法によって、第１反射鏡における転位の発生が抑制されることが確認された。
１ 第１半導体層
１１ 第１層
１２ 第２層
２ 第２半導体層
３ 積層体
３ａ 活性層
３ｎ ｎ側半導体層
３ｐ ｐ側半導体層
３ｘ 凸部
４ ｐ側電極
５ｎ ｎ側電極
５ｐ ｐパッド電極
６ 第２反射鏡
７ 絶縁膜
８ 垂直共振器面発光レーザ素子
９ 下地層
１０ 第１反射鏡
１３ 接合層
１４ 反射防止膜
１５ 金属膜
１６ 基板
１７ 放熱基板

Claims (18)

  1. 窒化物半導体多層膜を含む第１反射鏡を備える垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法であって、
    アルミニウム及びインジウムを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなる第１半導体層を成長させる工程と、窒化ガリウムからなる第２半導体層を成長させる工程とを備え、
    前記第１半導体層を成長させる工程は、第１成長工程と第２成長工程とからなり、
    前記第１成長工程では、アルミニウム源ガス、インジウム源ガス及び窒素源ガスを供給して第１層を成長させ、
    前記第２成長工程では、アルミニウム源ガス、インジウム源ガス及び窒素源ガスを供給して前記第１層よりインジウム組成比が高い第２層を成長させ、
    前記第１半導体層を成長させる工程と、前記第２半導体層を成長させる工程とを交互に繰り返し行うことによって前記窒化物半導体多層膜を形成して、前記第１反射鏡を形成することを含み、
    前記第２成長工程において、前記第２層を、前記第１成長工程において成長させた前記第１層の厚みよりも厚い厚みで成長させる垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法。
  2. 前記第２層の成長速度を、前記第１層の成長速度より速くする請求項１に記載の垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法。
  3. 前記第２層の成長速度を、前記第１層の成長速度の１．５倍以上４倍以下とする請求項２に記載の垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法。
  4. 前記第１成長工程において、前記第１層を８ｎｍ以下の厚みで成長させる請求項１から３のいずれか１つに記載の垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法。
  5. 前記第１成長工程における成長速度は、前記第１層の成長中、成長条件の変更は行なわずに一定の条件で成長させる請求項１から４のいずれか１つに記載の垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法。
  6. 前記第２成長工程における成長速度及び／又は成長温度は、成長中、成長条件の変更は行なわずに一定の条件で成長させる請求項１から５のいずれか１つに記載の垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法。
  7. さらに、
    前記第１反射鏡の上面に、活性層を有する窒化物半導体の積層体を形成する工程及び
    前記窒化物半導体の積層体の上方に第２反射鏡を形成する工程を含む請求項１から６のいずれか１つに記載の垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法。
  8. アルミニウム及びインジウムを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなる第１半導体層と、窒化ガリウムからなる第２半導体層とが交互に積層された窒化物半導体多層膜を含む第１反射鏡を備え、
    前記第１半導体層の屈折率と前記第２半導体層の屈折率とは異なり、
    前記第１半導体層は第１層及び第２層からなり、
    前記第１層のインジウム組成比が前記第２層のインジウム組成比よりも低く、
    前記第２層の厚みが、前記第１層の厚みよりも厚い、垂直共振器面発光レーザ素子。
  9. 前記窒化物半導体多層膜が基板の上方に配置されており、前記第１半導体層において、前記基板側から前記第１層、前記第２層の順に配置されている請求項８に記載の垂直共振器面発光レーザ素子。
  10. 前記第１層の厚みが８ｎｍ以下である請求項８又は９に記載の垂直共振器面発光レーザ素子。
  11. 前記第１層におけるインジウム組成比が、前記第２層におけるインジウム組成比よりも０．０１以上０．１以下低い請求項８から１０のいずれか１つに記載の垂直共振器面発光レーザ素子。
  12. 前記窒化物半導体多層膜の上面に配置され、活性層を有する窒化物半導体の積層体と、
    前記窒化物半導体の積層体の上方に配置された第２反射鏡とをさらに備える請求項８から１１のいずれか１つに記載の垂直共振器面発光レーザ素子。
  13. 前記第１半導体層がＡｌＩｎＮからなる層であって、前記第２層のインジウム組成比が０．１５以上０．２５以下である請求項８から１２のいずれか１つに記載の垂直共振器面発光レーザ素子。
  14. 前記第１層が、アンドープの層である請求項８から１３のいずれか１つに記載の垂直共振器面発光レーザ素子。
  15. 前記第１層が、組成傾斜していない層である請求項８から１４のいずれか１つに記載の垂直共振器面発光レーザ素子。
  16. 前記第２層が、アンドープの層である請求項８から１５のいずれか１つに記載の垂直共振器面発光レーザ素子。
  17. 前記第２層が、組成傾斜していない層である請求項８から１６のいずれか１つに記載の垂直共振器面発光レーザ素子。
  18. 前記第２半導体層が、アンドープの層である請求項８から１７のいずれか１つに記載の垂直共振器面発光レーザ素子。
JP2022533714A 2020-06-30 2021-05-13 垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法及び垂直共振器面発光レーザ素子 Active JP7737020B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020112714 2020-06-30
JP2020112714 2020-06-30
PCT/JP2021/018220 WO2022004146A1 (ja) 2020-06-30 2021-05-13 垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法及び垂直共振器面発光レーザ素子

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2022004146A1 JPWO2022004146A1 (ja) 2022-01-06
JP7737020B2 true JP7737020B2 (ja) 2025-09-10

Family

ID=79315261

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022533714A Active JP7737020B2 (ja) 2020-06-30 2021-05-13 垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法及び垂直共振器面発光レーザ素子

Country Status (3)

Country Link
US (1) US12537364B2 (ja)
JP (1) JP7737020B2 (ja)
WO (1) WO2022004146A1 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7623563B2 (ja) * 2020-07-27 2025-01-29 日亜化学工業株式会社 垂直共振器面発光レーザ素子
JP2025146382A (ja) * 2024-03-22 2025-10-03 スタンレー電気株式会社 窒化物半導体多層膜反射鏡の製造方法、垂直共振器型面発光レーザウエハ及び垂直共振器型面発光レーザ

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005268495A (ja) 2004-03-18 2005-09-29 National Institute Of Information & Communication Technology 窒化インジウムアルミニウム半導体の結晶成長方法
US20070003697A1 (en) 2004-07-28 2007-01-04 Jean-Francois Carlin Lattice-matched AllnN/GaN for optoelectronic devices
WO2014061174A1 (ja) 2012-10-19 2014-04-24 パナソニック株式会社 半導体発光素子
WO2014167965A1 (ja) 2013-04-08 2014-10-16 学校法人名城大学 窒化物半導体多層膜反射鏡とそれを用いた発光素子
JP2018014444A (ja) 2016-07-22 2018-01-25 学校法人 名城大学 半導体多層膜反射鏡及び垂直共振器型発光素子の製造方法
US20180090645A1 (en) 2016-09-27 2018-03-29 Lumileds Llc Reflective structure for light emitting devices
JP2018098347A (ja) 2016-12-13 2018-06-21 学校法人 名城大学 半導体多層膜反射鏡、これを用いた垂直共振器型発光素子及びこれらの製造方法。
JP2018163991A (ja) 2017-03-27 2018-10-18 学校法人 名城大学 半導体多層膜反射鏡及び垂直共振器型発光素子
JP2020092175A (ja) 2018-12-06 2020-06-11 学校法人 名城大学 窒化物半導体多層膜反射鏡

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003086837A (ja) 2001-09-14 2003-03-20 Sharp Corp 窒化物半導体素子とその製造方法
JP4458223B2 (ja) 2003-01-30 2010-04-28 信越半導体株式会社 化合物半導体素子及びその製造方法
JP4908886B2 (ja) 2006-03-23 2012-04-04 日本電信電話株式会社 半導体装置
JP4110181B2 (ja) * 2006-09-01 2008-07-02 キヤノン株式会社 半導体レーザ装置
TWI547585B (zh) 2014-02-14 2016-09-01 國立交通大學 氮化鋁銦薄膜的成長方法
JP2020077649A (ja) 2018-11-05 2020-05-21 学校法人 名城大学 窒化物半導体発光素子

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005268495A (ja) 2004-03-18 2005-09-29 National Institute Of Information & Communication Technology 窒化インジウムアルミニウム半導体の結晶成長方法
US20070003697A1 (en) 2004-07-28 2007-01-04 Jean-Francois Carlin Lattice-matched AllnN/GaN for optoelectronic devices
WO2014061174A1 (ja) 2012-10-19 2014-04-24 パナソニック株式会社 半導体発光素子
WO2014167965A1 (ja) 2013-04-08 2014-10-16 学校法人名城大学 窒化物半導体多層膜反射鏡とそれを用いた発光素子
JP2018014444A (ja) 2016-07-22 2018-01-25 学校法人 名城大学 半導体多層膜反射鏡及び垂直共振器型発光素子の製造方法
US20180090645A1 (en) 2016-09-27 2018-03-29 Lumileds Llc Reflective structure for light emitting devices
JP2018098347A (ja) 2016-12-13 2018-06-21 学校法人 名城大学 半導体多層膜反射鏡、これを用いた垂直共振器型発光素子及びこれらの製造方法。
JP2018163991A (ja) 2017-03-27 2018-10-18 学校法人 名城大学 半導体多層膜反射鏡及び垂直共振器型発光素子
JP2020092175A (ja) 2018-12-06 2020-06-11 学校法人 名城大学 窒化物半導体多層膜反射鏡

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CARLIN, J.-F. et al.，Crack-free fully epitaxial nitride microcavity using highly reflective AlInN/GaN Bragg mirrors，APPLIED PHYSICS LETTERS，米国，American Institute of Physics，2005年01月11日，VOL.86，p.031107-1 - p.031107-3
COSENDEY, G. et al.，Blue monolithic AlInN-based vertical cavity surface emitting laser diode on free-standing GaN substr，APPLIED PHYSICS LETTERS，米国，2012年10月10日，VOL.101，p.151113-1 - p.151113-4
KURAMOTO, M. et al.，Enhancement of slope efficiency and output power in GaN-based vertical-cavity surface-emitting laser，APPLIED PHYSICS LETTERS，米国，2018年03月15日，VOL.112，p.111104-1 - p.111104-4

Also Published As

Publication number Publication date
US20230144914A1 (en) 2023-05-11
WO2022004146A1 (ja) 2022-01-06
US12537364B2 (en) 2026-01-27
JPWO2022004146A1 (ja) 2022-01-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8354679B1 (en) Microcavity light emitting diode method of manufacture
CN101689586B (zh) 氮化物半导体发光元件和氮化物半导体的制造方法
JP5273081B2 (ja) 半導体発光素子
US20090045431A1 (en) Semiconductor light-emitting device having a current-blocking layer formed between a semiconductor multilayer film and a metal film and located at the periphery. , method for fabricating the same and method for bonding the same
WO2008041521A1 (fr) Dispositif électroluminescent
JP2008211164A (ja) 窒化物半導体発光装置及びその製造方法
JP2004281863A (ja) 窒化物半導体素子及びその製造方法
CN107408602B (zh) Uv发光二极管
JP6654069B2 (ja) 半導体発光素子及びその製造方法
JP2008117922A (ja) 半導体発光素子及びその製造方法
WO2020230669A1 (ja) 半導体多層膜反射鏡を用いた垂直共振器型発光素子及びその製造方法
JP6932345B2 (ja) 半導体多層膜反射鏡及び垂直共振器型発光素子
JP7737020B2 (ja) 垂直共振器面発光レーザ素子の製造方法及び垂直共振器面発光レーザ素子
JP2011238852A (ja) 面発光レーザ素子およびその製造方法
JP2005209925A (ja) 積層半導体基板
JP4043087B2 (ja) 窒化物半導体素子の製造方法及び窒化物半導体素子
JP5098135B2 (ja) 半導体レーザ素子
JP3847000B2 (ja) 窒化物半導体基板上に活性層を備えた窒化物半導体層を有する窒化物半導体素子及びその成長方法
JP4423969B2 (ja) 窒化物半導体積層基板およびそれを用いた窒化物半導体デバイス、窒化物半導体レーザ素子
JP2000196199A (ja) 窒化物半導体レーザ素子
JP4628651B2 (ja) 窒化物半導体発光素子の製造方法
JP7614488B2 (ja) 垂直共振器面発光レーザ素子及びその製造方法
JP2000101193A (ja) 窒化物半導体レーザ素子
JP7758492B2 (ja) 半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法
JP2011014746A (ja) 窒化物半導体素子及びその製造方法、並びに、半導体装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20240415

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20250204

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20250403

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20250729

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20250811

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7737020

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150