JP2000091701A - 反射鏡、半導体レーザ、反射鏡の形成方法および半導体レーザの製造方法 - Google Patents
反射鏡、半導体レーザ、反射鏡の形成方法および半導体レーザの製造方法Info
- Publication number
- JP2000091701A JP2000091701A JP10251556A JP25155698A JP2000091701A JP 2000091701 A JP2000091701 A JP 2000091701A JP 10251556 A JP10251556 A JP 10251556A JP 25155698 A JP25155698 A JP 25155698A JP 2000091701 A JP2000091701 A JP 2000091701A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- low
- layer
- temperature growth
- refractive index
- reflecting mirror
- 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.)
- Pending
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
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/028—Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting 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
- 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
- H01S5/10—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
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
- H01S5/323—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
- H01S5/32308—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm
- H01S5/32341—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm blue laser based on GaN or GaP
Abstract
(57)【要約】
【課題】 特に、反射率を高くし低格子欠陥を少なく
し、かつ反射鏡の全層数を少なくできる反射鏡形成技
術、および半導体レーザの低閾値化、低製造コスト化、
長寿命化を実現できる半導体レーザ製造技術を提供す
る。 【解決手段】 本発明の半導体レーザの反射鏡は、低屈
折率の半導体層（ＡｌＮ低屈折率層２１１）と、高屈折
率の半導体層（ＧａＮ高屈折率層２１２）とが、交互に
積層されてなる、全層数が４以上の、半導体レーザの反
射鏡において、低屈折率の半導体層、高屈折率の半導体
層の何れか一方が、低温成長により形成され、他方が高
温成長により形成されたこと、または、低屈折率の半導
体層が低温成長により形成され、高屈折率の半導体層の
うち一部の層が高温成長により形成され、残りの層が低
温成長により形成されたこと、を特徴とする。
し、かつ反射鏡の全層数を少なくできる反射鏡形成技
術、および半導体レーザの低閾値化、低製造コスト化、
長寿命化を実現できる半導体レーザ製造技術を提供す
る。 【解決手段】 本発明の半導体レーザの反射鏡は、低屈
折率の半導体層（ＡｌＮ低屈折率層２１１）と、高屈折
率の半導体層（ＧａＮ高屈折率層２１２）とが、交互に
積層されてなる、全層数が４以上の、半導体レーザの反
射鏡において、低屈折率の半導体層、高屈折率の半導体
層の何れか一方が、低温成長により形成され、他方が高
温成長により形成されたこと、または、低屈折率の半導
体層が低温成長により形成され、高屈折率の半導体層の
うち一部の層が高温成長により形成され、残りの層が低
温成長により形成されたこと、を特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、反射鏡、半導体レ
ーザ、反射鏡の形成方法および半導体レーザの製造方法
に関し、特に、反射率を高くし低格子欠陥を少なくし、
かつ反射鏡の全層数を少なくできる反射鏡形成技術、お
よび半導体レーザの低閾値化、低製造コスト化、長寿命
化を実現できる半導体レーザ製造技術に関する。
ーザ、反射鏡の形成方法および半導体レーザの製造方法
に関し、特に、反射率を高くし低格子欠陥を少なくし、
かつ反射鏡の全層数を少なくできる反射鏡形成技術、お
よび半導体レーザの低閾値化、低製造コスト化、長寿命
化を実現できる半導体レーザ製造技術に関する。
【０００２】
【技術背景】半導体レーザは、情報記録機器のデータ書
込みや読出しのために用いられ、当該情報記録機器の大
容量化の要求から、より短かい波長を発生するレーザの
開発が進められている。半導体レーザには、端面発光型
のものと面発光型のものとがある。端面発光型のもので
は、端面をへき開し、このへき開面を反射鏡として使用
することもあるし、反射鏡を端面に垂直な方向に積層し
て形成することもある。また、面発光型の半導体レーザ
では、レーザ光は基板面に垂直な方向に出射されること
から、反射鏡も基板面に垂直な方向に積層される。面発
光型の半導体レーザでは、出射光を円形ビームとした
り、レーザ素子を２次元アレイに配列することもでき、
さらにウエハレベルでのテストができる等の利点を有し
ている。
込みや読出しのために用いられ、当該情報記録機器の大
容量化の要求から、より短かい波長を発生するレーザの
開発が進められている。半導体レーザには、端面発光型
のものと面発光型のものとがある。端面発光型のもので
は、端面をへき開し、このへき開面を反射鏡として使用
することもあるし、反射鏡を端面に垂直な方向に積層し
て形成することもある。また、面発光型の半導体レーザ
では、レーザ光は基板面に垂直な方向に出射されること
から、反射鏡も基板面に垂直な方向に積層される。面発
光型の半導体レーザでは、出射光を円形ビームとした
り、レーザ素子を２次元アレイに配列することもでき、
さらにウエハレベルでのテストができる等の利点を有し
ている。
【０００３】半導体レーザの反射鏡として、半導体多層
膜からなるもの、金属薄膜，誘電体薄膜，またはこれら
と半導体多層膜との組み合わせからなるものが使用され
る。反射鏡を半導体多層膜により形成する場合には、反
射鏡以外の他の構成要素と結晶成長プロセスを共用でき
る等の利点を有する。
膜からなるもの、金属薄膜，誘電体薄膜，またはこれら
と半導体多層膜との組み合わせからなるものが使用され
る。反射鏡を半導体多層膜により形成する場合には、反
射鏡以外の他の構成要素と結晶成長プロセスを共用でき
る等の利点を有する。
【０００４】半導体レーザに使用される反射鏡の従来技
術として、特開平７−２９７４７６号公報には、ＧａＮ
層とＩｎＡｌＮ層とからなる多層膜反射鏡が開示されて
いる。この反射鏡では、サファイア等の基板上に、有機
金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法により、ＧａＮバッファ
層を成長した後、ＩｎＡｌＮのアンドープ低屈折率層と
ＧａＮのバァッファ層を成長させ、このバッファ層上
に、ＩｎＡｌＮのアンドープ低屈折率層とＧａＮのアン
ドープ高屈折率層を５周期積層することで、下部反射鏡
を形成している。低屈折率層（ＩｎＡｌＮ）の厚さは、
レーザ光の発振波長λの１／（４×ｎＩｎＡｌＮ）（但
し、ｎＩｎＡｌＮは、ＩｎＡｌＮ層の屈折率）とし、高
屈折率層（ＧａＮ）の厚さも、レーザ光の発振波長λの
１／（４×ｎＧａＮ）（但し、ｎＧａＮは、ＧａＮ層の
屈折率）としている。そして、下部反射鏡の上に、ｎ型
ＧａＮの電子注入層、アンドープＩｎ０．２Ｇａ０．８
Ｎの歪み量子井戸層（活性層）とｐ型ＧａＮの正孔注入
層からなる厚さλ／ｎＩｎＧ ａＮ（但し、ｎＩｎＧａＮ
はＩｎ０．２Ｇａ０．８Ｎ層の屈折率）の活性層を形成
し、さらにこの活性層の上に、ＩｎＡｌＮのｐ型低屈折
率層とＧａＮのｐ型高屈折率層とを１０．５周期積層
し、上部反射鏡を形成している。
術として、特開平７−２９７４７６号公報には、ＧａＮ
層とＩｎＡｌＮ層とからなる多層膜反射鏡が開示されて
いる。この反射鏡では、サファイア等の基板上に、有機
金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法により、ＧａＮバッファ
層を成長した後、ＩｎＡｌＮのアンドープ低屈折率層と
ＧａＮのバァッファ層を成長させ、このバッファ層上
に、ＩｎＡｌＮのアンドープ低屈折率層とＧａＮのアン
ドープ高屈折率層を５周期積層することで、下部反射鏡
を形成している。低屈折率層（ＩｎＡｌＮ）の厚さは、
レーザ光の発振波長λの１／（４×ｎＩｎＡｌＮ）（但
し、ｎＩｎＡｌＮは、ＩｎＡｌＮ層の屈折率）とし、高
屈折率層（ＧａＮ）の厚さも、レーザ光の発振波長λの
１／（４×ｎＧａＮ）（但し、ｎＧａＮは、ＧａＮ層の
屈折率）としている。そして、下部反射鏡の上に、ｎ型
ＧａＮの電子注入層、アンドープＩｎ０．２Ｇａ０．８
Ｎの歪み量子井戸層（活性層）とｐ型ＧａＮの正孔注入
層からなる厚さλ／ｎＩｎＧ ａＮ（但し、ｎＩｎＧａＮ
はＩｎ０．２Ｇａ０．８Ｎ層の屈折率）の活性層を形成
し、さらにこの活性層の上に、ＩｎＡｌＮのｐ型低屈折
率層とＧａＮのｐ型高屈折率層とを１０．５周期積層
し、上部反射鏡を形成している。
【０００５】また、特開平７−３３５９７５号公報に
は、Ａｌ，Ｇａ，Ｎとの組成比が異なる２種のＡｌＧａ
Ｎ層からなる多層膜反射鏡が開示されている。この反射
鏡では、サファイア等の基板上に、ｎ型ＧａＮバッファ
層を成長し、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ層とＡｌＹＧａ１−Ｙ
Ｎ層とを積層して下部反射鏡を形成している。ここで、
各層の厚さは発振レーザ光の波長に応じて決定されてい
る。そして、下部反射鏡の上に、活性層を形成し、さら
にこの活性層の上に、組成比が異なるＡｌＧａＮ層を積
層した多層膜反射鏡を形成している。この多層膜反射鏡
は、ＡｌＸＧａ１ −ＸＮ／ＡｌＹＧａ１−ＹＮの対を積
層して構成したもので、それぞれの層の厚さは発振レー
ザ光の波長に応じて決定されている。
は、Ａｌ，Ｇａ，Ｎとの組成比が異なる２種のＡｌＧａ
Ｎ層からなる多層膜反射鏡が開示されている。この反射
鏡では、サファイア等の基板上に、ｎ型ＧａＮバッファ
層を成長し、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ層とＡｌＹＧａ１−Ｙ
Ｎ層とを積層して下部反射鏡を形成している。ここで、
各層の厚さは発振レーザ光の波長に応じて決定されてい
る。そして、下部反射鏡の上に、活性層を形成し、さら
にこの活性層の上に、組成比が異なるＡｌＧａＮ層を積
層した多層膜反射鏡を形成している。この多層膜反射鏡
は、ＡｌＸＧａ１ −ＸＮ／ＡｌＹＧａ１−ＹＮの対を積
層して構成したもので、それぞれの層の厚さは発振レー
ザ光の波長に応じて決定されている。
【０００６】これらのＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体面発光
レーザでは、その寿命を延ばし、発振閾値を下げて高出
力を得ると共に、製造コストを低減することが望まれて
いる。そのためには、半導体レーザを構成する結晶中の
欠陥を減らし（すなわち、欠陥の大きさを小さくし密度
を低くし）、共振器を構成する反射鏡の反射率を増大さ
せることが効果的である。格子欠陥を減らすための方法
として、ＥＬＯＧ（Ｅｐｉｔａｘｉａｌ Ｌａｔｅｒａ
ｌ Ｏｖｅｒ Ｇｒｏｗｔｈ）法と、ダブルバッファ法
が報告されている。
レーザでは、その寿命を延ばし、発振閾値を下げて高出
力を得ると共に、製造コストを低減することが望まれて
いる。そのためには、半導体レーザを構成する結晶中の
欠陥を減らし（すなわち、欠陥の大きさを小さくし密度
を低くし）、共振器を構成する反射鏡の反射率を増大さ
せることが効果的である。格子欠陥を減らすための方法
として、ＥＬＯＧ（Ｅｐｉｔａｘｉａｌ Ｌａｔｅｒａ
ｌ Ｏｖｅｒ Ｇｒｏｗｔｈ）法と、ダブルバッファ法
が報告されている。
【０００７】ＥＬＯＧでは、基板上にＧａＮ層を高温成
長し、このＧａＮ層上にＳｉＯ２層を数μｍ幅のストラ
イプ状に形成し、この上にさらにＧａＮを成長させる。
ＳｉＯ２膜上に成長したＧａＮの結晶転移の方向は、基
板に対して平行となるように曲げられ、ＳｉＯ２上には
欠陥のないＧａＮ層が形成される。ダブルバッファ法で
は、基板上にアモルファスのＧａＮ層あるいはＡｌＮ層
を数十ｎｍの厚さ低温成長させ、その上にＧａＮ層を数
μｍの厚さ高温成長させることで、平坦な層を形成でき
る。この成長プロセスを２回繰り返し、成長したＧａＮ
層の欠陥を低減している。ダブルバッファ法は、特願平
９−３０２１５号の明細書に開示されている。
長し、このＧａＮ層上にＳｉＯ２層を数μｍ幅のストラ
イプ状に形成し、この上にさらにＧａＮを成長させる。
ＳｉＯ２膜上に成長したＧａＮの結晶転移の方向は、基
板に対して平行となるように曲げられ、ＳｉＯ２上には
欠陥のないＧａＮ層が形成される。ダブルバッファ法で
は、基板上にアモルファスのＧａＮ層あるいはＡｌＮ層
を数十ｎｍの厚さ低温成長させ、その上にＧａＮ層を数
μｍの厚さ高温成長させることで、平坦な層を形成でき
る。この成長プロセスを２回繰り返し、成長したＧａＮ
層の欠陥を低減している。ダブルバッファ法は、特願平
９−３０２１５号の明細書に開示されている。
【０００８】多層膜反射鏡を、２種の材料を交互にエピ
タキシャル成長することにより形成する場合、これら２
種の材料の格子定数の値が近いときに、格子不整を小さ
くでき、格子欠陥を少なくできる。また、これら２種の
材料として屈折率の差が大きいものを採用することで、
少ない層数で高い反射率の反射鏡を形成することができ
る。逆に、多層膜反射鏡を２種の材料を交互にエピタキ
シャル成長して形成する場合、これら２種の材料の格子
定数が近くないときには、格子不整が大きくなり、格子
欠陥も多くなる。また、これら２種の材料として屈折率
の差が小さいものを採用する場合には、所望の高い反射
率を得るためには、全層数を多くしなければならず、
製造プロセスが増えるため製造コストが高くなる、発
振閾値が高くなる、発熱量が増大し放熱に対する処置
が必要となる、レーザの寿命が短命化する、等の問題
が生じる。
タキシャル成長することにより形成する場合、これら２
種の材料の格子定数の値が近いときに、格子不整を小さ
くでき、格子欠陥を少なくできる。また、これら２種の
材料として屈折率の差が大きいものを採用することで、
少ない層数で高い反射率の反射鏡を形成することができ
る。逆に、多層膜反射鏡を２種の材料を交互にエピタキ
シャル成長して形成する場合、これら２種の材料の格子
定数が近くないときには、格子不整が大きくなり、格子
欠陥も多くなる。また、これら２種の材料として屈折率
の差が小さいものを採用する場合には、所望の高い反射
率を得るためには、全層数を多くしなければならず、
製造プロセスが増えるため製造コストが高くなる、発
振閾値が高くなる、発熱量が増大し放熱に対する処置
が必要となる、レーザの寿命が短命化する、等の問題
が生じる。
【０００９】表１に、ＩＩＩ−Ｖ族半導体の反射鏡に使
用される代表的な材料、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、
ＧａＡｓ、ＡｌＡｓの屈折率と格子定数、および反射鏡
が形成される基板の代表例であるサファイアの屈折率と
格子定数を示す。
用される代表的な材料、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、
ＧａＡｓ、ＡｌＡｓの屈折率と格子定数、および反射鏡
が形成される基板の代表例であるサファイアの屈折率と
格子定数を示す。
【００１０】
【表１】
【００１１】高屈折率層としてＧａＡｓを、低屈折率層
としてＡｌＡｓを用いた場合には、格子不整は０．１
％、屈折率比は０．７９である。エピタキシャル成長に
より、各層を高温成長により形成すれば、全層数が１３
程度で、９９％の反射効率の反射鏡を製造することがで
きる。
としてＡｌＡｓを用いた場合には、格子不整は０．１
％、屈折率比は０．７９である。エピタキシャル成長に
より、各層を高温成長により形成すれば、全層数が１３
程度で、９９％の反射効率の反射鏡を製造することがで
きる。
【００１２】ところが、高屈折率層および低屈折率層と
して、共に窒化系の表１に示す材料を用いる場合、格子
不整が小さい２つの材料の組合わせを選ぶことはできな
い。たとえば、高屈折率層をＧａＮにより形成し、低屈
折率層をＡｌＮにより形成する場合には、格子不整が
２．２％にもなる。このため、両層の屈折率比が、０．
８２と比較的大きいにもかかわらず、エピタキシャル成
長を行うと格子欠陥が多くなる。しかし、９９％程度の
反射率を得るには、全層数は１３程度である。高屈折率
層としてＧａＮを、低屈折率層としてＡｌＧａＮを用い
る場合、低屈折率層のＡｌ含有量を抑えることで、格子
不整を０．５％程度に下げることができる。しかし、屈
折率比は９５％と小さくなり、反射率を９９％程度とす
るためには全層数を７０程度としなければならなかっ
た。たとえば、染谷等は、応用物理学会１９９８年春、
２８ａＺＳ３にいおいて、サファイアＣ面上にＧａＮを
低温成長しこの上にＧａＮ／ＡｌＧａＮの対層を高温成
長により形成した、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体の多層膜
反射鏡を報告している。この多層膜反射鏡では、ＡｌＧ
ａＮのＡｌ含有量は０．２５程度であり、ＧａＮとの層
間の屈折率差は小さく、９５％以上の反射率を得るため
に４１．５のＡｌＧａＮ層とＧａＮ層との対を積層して
いる。
して、共に窒化系の表１に示す材料を用いる場合、格子
不整が小さい２つの材料の組合わせを選ぶことはできな
い。たとえば、高屈折率層をＧａＮにより形成し、低屈
折率層をＡｌＮにより形成する場合には、格子不整が
２．２％にもなる。このため、両層の屈折率比が、０．
８２と比較的大きいにもかかわらず、エピタキシャル成
長を行うと格子欠陥が多くなる。しかし、９９％程度の
反射率を得るには、全層数は１３程度である。高屈折率
層としてＧａＮを、低屈折率層としてＡｌＧａＮを用い
る場合、低屈折率層のＡｌ含有量を抑えることで、格子
不整を０．５％程度に下げることができる。しかし、屈
折率比は９５％と小さくなり、反射率を９９％程度とす
るためには全層数を７０程度としなければならなかっ
た。たとえば、染谷等は、応用物理学会１９９８年春、
２８ａＺＳ３にいおいて、サファイアＣ面上にＧａＮを
低温成長しこの上にＧａＮ／ＡｌＧａＮの対層を高温成
長により形成した、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体の多層膜
反射鏡を報告している。この多層膜反射鏡では、ＡｌＧ
ａＮのＡｌ含有量は０．２５程度であり、ＧａＮとの層
間の屈折率差は小さく、９５％以上の反射率を得るため
に４１．５のＡｌＧａＮ層とＧａＮ層との対を積層して
いる。
【００１３】以上述べたように、従来では、半導体多層
膜反射鏡を構成する２つの層の材料として、格子定数が
近くないものを使用する場合には、全層数を多くせざる
を得ず、このため、上述した、製造プロセスが増える
ため製造コストが高くなる、発振閾値が高くなる、
発熱量が増大し放熱に対する処置が必要となる、レー
ザの寿命が短命化する、等の問題が生じる。
膜反射鏡を構成する２つの層の材料として、格子定数が
近くないものを使用する場合には、全層数を多くせざる
を得ず、このため、上述した、製造プロセスが増える
ため製造コストが高くなる、発振閾値が高くなる、
発熱量が増大し放熱に対する処置が必要となる、レー
ザの寿命が短命化する、等の問題が生じる。
【００１４】
【発明の目的】本発明の目的は、格子不整が大きい２つ
の半導体材料（特に、ＧａＮやＡｌＧａＮ等の、ＩＩＩ
−Ｖ族窒化物半導体）を用いているにもかかわらず、反
射率が高くかつ格子欠陥が少ない反射鏡を形成できる技
術を提供することである。本発明の他の目的は、このよ
うな反射鏡を半導体レーザに応用することで、低コスト
で製造ができ、また発振閾値が低くかつ寿命を大幅に延
ばすことができる、半導体レーザ（特に、面発光型のＩ
ＩＩ−Ｖ族窒化物半導体レーザ）を提供することであ
る。
の半導体材料（特に、ＧａＮやＡｌＧａＮ等の、ＩＩＩ
−Ｖ族窒化物半導体）を用いているにもかかわらず、反
射率が高くかつ格子欠陥が少ない反射鏡を形成できる技
術を提供することである。本発明の他の目的は、このよ
うな反射鏡を半導体レーザに応用することで、低コスト
で製造ができ、また発振閾値が低くかつ寿命を大幅に延
ばすことができる、半導体レーザ（特に、面発光型のＩ
ＩＩ−Ｖ族窒化物半導体レーザ）を提供することであ
る。
【００１５】
【発明の概要】本発明者は、多層膜反射鏡の低屈折率の
半導体層（以下、単に「低屈折率層」と言う）と高屈折
率の半導体層（以下、単に「高屈折率層」と言う）と
を、低温成長により形成された層のみにより、または低
温成長された層と高温成長された層との組み合わせによ
り形成すれば、低屈折率層と高屈折率層と間の格子不整
がもともと比較的大きくても、格子欠陥が少ない反射鏡
をエピタキシャル成長により形成できる、との知見のも
と本発明をなすに至った。
半導体層（以下、単に「低屈折率層」と言う）と高屈折
率の半導体層（以下、単に「高屈折率層」と言う）と
を、低温成長により形成された層のみにより、または低
温成長された層と高温成長された層との組み合わせによ
り形成すれば、低屈折率層と高屈折率層と間の格子不整
がもともと比較的大きくても、格子欠陥が少ない反射鏡
をエピタキシャル成長により形成できる、との知見のも
と本発明をなすに至った。
【００１６】すなわち、本発明の反射鏡は、低屈折率層
と、高屈折率層とが、交互に積層されてなる、全層数が
４以上の半導体レーザに応用されるもので、低屈折率
層、高屈折率層の何れか一方が、低温成長により形成さ
れ、他方が高温成長により形成されたこと、または、低
屈折率層が低温成長により形成され、高屈折率層のうち
一部の層が高温成長により形成され、残りの層が低温成
長により形成されたこと、を特徴とする。本発明におい
て、低温成長とは、形成される層が成長時にアモルファ
ス状態となっていることをいい、高温成長とは、形成さ
れる層が成長時に単結晶状態となっていることをいう。
また、本発明において、「低屈折率」、「高屈折率」な
る語は、屈折率の大きさを相対的に表現したものであ
り、具体的には、屈折率が異なる２つの材料により形成
される層のうち、屈折が低いものを低屈折率層と称し、
屈折率が高いものを高屈折率層と称している。
と、高屈折率層とが、交互に積層されてなる、全層数が
４以上の半導体レーザに応用されるもので、低屈折率
層、高屈折率層の何れか一方が、低温成長により形成さ
れ、他方が高温成長により形成されたこと、または、低
屈折率層が低温成長により形成され、高屈折率層のうち
一部の層が高温成長により形成され、残りの層が低温成
長により形成されたこと、を特徴とする。本発明におい
て、低温成長とは、形成される層が成長時にアモルファ
ス状態となっていることをいい、高温成長とは、形成さ
れる層が成長時に単結晶状態となっていることをいう。
また、本発明において、「低屈折率」、「高屈折率」な
る語は、屈折率の大きさを相対的に表現したものであ
り、具体的には、屈折率が異なる２つの材料により形成
される層のうち、屈折が低いものを低屈折率層と称し、
屈折率が高いものを高屈折率層と称している。
【００１７】低温成長により形成される層は、格子欠陥
を少なくする上で薄い方が好ましく、また高温成長によ
り形成される層は、十分な結晶状態をもつ単結晶とする
ために厚い方が好ましい。たとえば、低温成長により形
成される層の厚さＴＬを、 ｛λ／（４×ｎＬ）｝×（２Ｍ−１） 但し、λ：レーザ光の発振波長、ｎＬ：低温成長により
形成される層の屈折率、Ｍ＝１，２，３，・・・、高温
成長により形成される層の厚さＴＨを、 ｛λ／（４×ｎＨ）｝×（２Ｎ−１） 但し、λ：レーザ光の発振波長、ｎＨ：高温成長により
形成される層の屈折率、Ｎ＝１，２，３，・・・、とし
たときに、ＴＬ＜０．１μｍ、ＴＨ＞０．２μｍとなる
ように、ＮおよびＭを選ぶことが好ましい。
を少なくする上で薄い方が好ましく、また高温成長によ
り形成される層は、十分な結晶状態をもつ単結晶とする
ために厚い方が好ましい。たとえば、低温成長により形
成される層の厚さＴＬを、 ｛λ／（４×ｎＬ）｝×（２Ｍ−１） 但し、λ：レーザ光の発振波長、ｎＬ：低温成長により
形成される層の屈折率、Ｍ＝１，２，３，・・・、高温
成長により形成される層の厚さＴＨを、 ｛λ／（４×ｎＨ）｝×（２Ｎ−１） 但し、λ：レーザ光の発振波長、ｎＨ：高温成長により
形成される層の屈折率、Ｎ＝１，２，３，・・・、とし
たときに、ＴＬ＜０．１μｍ、ＴＨ＞０．２μｍとなる
ように、ＮおよびＭを選ぶことが好ましい。
【００１８】反射鏡を形成するに際して、低屈折率層お
よび高屈折率層として、屈折率差が大きい材料の組み合
わせを採用しても、低屈折率層と高屈折率層との間の格
子欠陥を少なくできるので、全層数が少なくかつ高品質
の反射鏡を提供することができる。本発明の反射鏡で
は、低屈折率層を形成する材料および高屈折率層を形成
する材料をＩＩＩ−Ｖ族窒化物の中から選択する場合に
は、これらの組み合わせとして、ＡｌＮ／ＧａＮ，Ａｌ
ＧａＮ／ＧａＮの組み合わせ、あるいはＩｎＧａＮ／Ｇ
ａＮ，ＢＧａＮ／ＧａＮの組み合わせを採用することが
できる。特に、ＡｌＧａＮ／ＧａＮの組み合わせの場合
には、ＡｌＧａＮが、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ（但し、Ｘ＝
０．３〜１）とすることができる。本発明の反射鏡で
は、反射鏡の全層数を少なくでき、かつ反射鏡内に生ず
る格子欠陥を飛躍的に少なくすることができる。なお、
後述する実施例では、低屈折率層を形成する材料をＡｌ
Ｎとした場合（すなわち、Ｘ＝１とした場合）を例示し
ている。
よび高屈折率層として、屈折率差が大きい材料の組み合
わせを採用しても、低屈折率層と高屈折率層との間の格
子欠陥を少なくできるので、全層数が少なくかつ高品質
の反射鏡を提供することができる。本発明の反射鏡で
は、低屈折率層を形成する材料および高屈折率層を形成
する材料をＩＩＩ−Ｖ族窒化物の中から選択する場合に
は、これらの組み合わせとして、ＡｌＮ／ＧａＮ，Ａｌ
ＧａＮ／ＧａＮの組み合わせ、あるいはＩｎＧａＮ／Ｇ
ａＮ，ＢＧａＮ／ＧａＮの組み合わせを採用することが
できる。特に、ＡｌＧａＮ／ＧａＮの組み合わせの場合
には、ＡｌＧａＮが、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ（但し、Ｘ＝
０．３〜１）とすることができる。本発明の反射鏡で
は、反射鏡の全層数を少なくでき、かつ反射鏡内に生ず
る格子欠陥を飛躍的に少なくすることができる。なお、
後述する実施例では、低屈折率層を形成する材料をＡｌ
Ｎとした場合（すなわち、Ｘ＝１とした場合）を例示し
ている。
【００１９】本発明の反射鏡では、基板上に、低温成長
により形成されるバッファ層を形成し、当該バッファ層
上に、高屈折率層、低屈折率層の順に、半導体層を積層
することで形成することができる。ここで、下部反射鏡
の基板側の数層は、バッファ層として機能することがで
きる。また、基板として、たとえば、サファイア，Ｓｉ
Ｃ，ＭｇＡｌ２Ｏ４等が採用される。なお、本発明の反
射鏡は、基板上に形成されることを必須とはせず、たと
えば端面発光型の半導体レーザにおいては、基板の端面
に形成することもできる。
により形成されるバッファ層を形成し、当該バッファ層
上に、高屈折率層、低屈折率層の順に、半導体層を積層
することで形成することができる。ここで、下部反射鏡
の基板側の数層は、バッファ層として機能することがで
きる。また、基板として、たとえば、サファイア，Ｓｉ
Ｃ，ＭｇＡｌ２Ｏ４等が採用される。なお、本発明の反
射鏡は、基板上に形成されることを必須とはせず、たと
えば端面発光型の半導体レーザにおいては、基板の端面
に形成することもできる。
【００２０】本発明の反射鏡の形成方法は、上記の反射
鏡を形成するためのもので、低温成長により形成される
半導体層、および高温成長により形成される半導体層
を、成長温度を変化させた連続するプロセスにより形成
することを特徴とする。これにより、反射鏡を形成する
ためのプロセス数を少なくできる。
鏡を形成するためのもので、低温成長により形成される
半導体層、および高温成長により形成される半導体層
を、成長温度を変化させた連続するプロセスにより形成
することを特徴とする。これにより、反射鏡を形成する
ためのプロセス数を少なくできる。
【００２１】本発明の半導体レーザは、基板上に、下部
反射鏡、活性層、上部反射鏡がこの順で形成された面発
光型のもので、下部反射鏡が、低屈折率の半導体層、高
屈折率の半導体層の何れか一方が、低温成長により形成
され、他方が高温成長により形成され、または、低屈折
率の半導体層が低温成長により形成され、高屈折率の半
導体層のうち一部の層が高温成長により形成され、残り
の層が低温成長により形成された、上述の反射鏡であ
り、上部反射鏡が、低屈折率の半導体層、高屈折率の半
導体層の双方が、低温成長により形成された、上述の反
射鏡であること、を特徴する。
反射鏡、活性層、上部反射鏡がこの順で形成された面発
光型のもので、下部反射鏡が、低屈折率の半導体層、高
屈折率の半導体層の何れか一方が、低温成長により形成
され、他方が高温成長により形成され、または、低屈折
率の半導体層が低温成長により形成され、高屈折率の半
導体層のうち一部の層が高温成長により形成され、残り
の層が低温成長により形成された、上述の反射鏡であ
り、上部反射鏡が、低屈折率の半導体層、高屈折率の半
導体層の双方が、低温成長により形成された、上述の反
射鏡であること、を特徴する。
【００２２】また、本発明の半導体レーザの製造方法
は、反射鏡の形成に、上記の形成方法を用いることを特
徴とする。本発明の半導体レーザによれば、発振閾値が
低く、製造コストが低く、寿命が長い素子を提供するこ
とができる。
は、反射鏡の形成に、上記の形成方法を用いることを特
徴とする。本発明の半導体レーザによれば、発振閾値が
低く、製造コストが低く、寿命が長い素子を提供するこ
とができる。
【００２３】
【実施例】本発明の反射鏡およびその形成方法の実施
例、ならびに当該反射鏡を用いた本発明のレーザおよび
その製造方法の実施例を以下に説明する。なお、これら
の実施例では、反射鏡を構成する高屈折率層と低屈折率
層との組み合わせとして、ＧａＮとＡｌＮとを用い、基
板としてサファイアを用いている。
例、ならびに当該反射鏡を用いた本発明のレーザおよび
その製造方法の実施例を以下に説明する。なお、これら
の実施例では、反射鏡を構成する高屈折率層と低屈折率
層との組み合わせとして、ＧａＮとＡｌＮとを用い、基
板としてサファイアを用いている。
【００２４】《反射鏡およびその形成方法の実施例》 （反射鏡の実施例１）図１は、低屈折率層を低温成長に
より形成した層とし、高屈折率層を高温成長により形成
した層とした実施例を示している。図１（ａ）は、反射
鏡の形成工程を模式的に示しており、図１（ｂ）は、時
間ｔに対する窒素（ＮＨ４）雰囲気の温度Ｔの変化の様
子、およびＧａソース出力とＡｌソース出力の状態を示
し、図１（ｃ）は反射鏡の概略を示している。本実施例
では、サファイア基材１１の表面クリーニングを、雰囲
気を約１１５０℃で行った（図１（ａ）（ｉ），図１
（ｂ）の符号ｔ１参照）。そして、まず雰囲気を約４０
０℃に降温し（図１（ｂ）の符号ｔ２参照）、ＡｌＮ低
屈折率層２１１をサファイア基材１１上にλ／（４×ｎ
ＡｌＮ）（但し、ｎＡｌＮは、ＡｌＮ層の屈折率：表１
参照）の厚さ（具体的には、４５．４ｎｍ）成長させた
（図１（ａ）（ｉｉ）参照）。次に、雰囲気を約１００
０℃に昇温し（図１（ｂ）の符号ｔ３参照）、ＧａＮ高
屈折率層２２１をＡｌＮ低屈折率層２１１上に５×λ／
（４×ｎＧａＮ）（但し、ｎＧａＮは、ＧａＮ層の屈折
率：表１参照）の厚さ（具体的には、５×３７．４ｎ
ｍ）成長させた（図１（ａ）（ｉｉｉ）参照）。以下、
雰囲気温度を４００℃と１０００℃に順次変化させつ
つ、４００℃でＡｌＮ低屈折率層２１１を、１００℃で
ＧａＮ高屈折率層２２１を積層することで、図１（ｃ）
に示すＡｌＮ／ＧａＮペア数１３の反射鏡３１を形成し
た。なお、λは、レーザ光の発振波長である。図２に、
このときの反射率特性を示す。本実施例では、図２に示
されるように、波長４００ｎｍで、９９．０％の反射率
を得ることができた。なお、ＡｌＮ／ＧａＮペア数が１
５のときには９９．５％、当該ペア数が１９のときには
９９．９％の反射率を得ることができる。
より形成した層とし、高屈折率層を高温成長により形成
した層とした実施例を示している。図１（ａ）は、反射
鏡の形成工程を模式的に示しており、図１（ｂ）は、時
間ｔに対する窒素（ＮＨ４）雰囲気の温度Ｔの変化の様
子、およびＧａソース出力とＡｌソース出力の状態を示
し、図１（ｃ）は反射鏡の概略を示している。本実施例
では、サファイア基材１１の表面クリーニングを、雰囲
気を約１１５０℃で行った（図１（ａ）（ｉ），図１
（ｂ）の符号ｔ１参照）。そして、まず雰囲気を約４０
０℃に降温し（図１（ｂ）の符号ｔ２参照）、ＡｌＮ低
屈折率層２１１をサファイア基材１１上にλ／（４×ｎ
ＡｌＮ）（但し、ｎＡｌＮは、ＡｌＮ層の屈折率：表１
参照）の厚さ（具体的には、４５．４ｎｍ）成長させた
（図１（ａ）（ｉｉ）参照）。次に、雰囲気を約１００
０℃に昇温し（図１（ｂ）の符号ｔ３参照）、ＧａＮ高
屈折率層２２１をＡｌＮ低屈折率層２１１上に５×λ／
（４×ｎＧａＮ）（但し、ｎＧａＮは、ＧａＮ層の屈折
率：表１参照）の厚さ（具体的には、５×３７．４ｎ
ｍ）成長させた（図１（ａ）（ｉｉｉ）参照）。以下、
雰囲気温度を４００℃と１０００℃に順次変化させつ
つ、４００℃でＡｌＮ低屈折率層２１１を、１００℃で
ＧａＮ高屈折率層２２１を積層することで、図１（ｃ）
に示すＡｌＮ／ＧａＮペア数１３の反射鏡３１を形成し
た。なお、λは、レーザ光の発振波長である。図２に、
このときの反射率特性を示す。本実施例では、図２に示
されるように、波長４００ｎｍで、９９．０％の反射率
を得ることができた。なお、ＡｌＮ／ＧａＮペア数が１
５のときには９９．５％、当該ペア数が１９のときには
９９．９％の反射率を得ることができる。
【００２５】本実施例では、低温成長により形成したＡ
ｌＮ層と、高温成長により形成したＧａＮ層とがバッフ
ァとして機能している。通常、基板１１側の数層によ
り、貫通転移を有効に阻止することができるが、これに
よっても貫通転移が阻止できない場合には、本実施例で
示すように、低温成長層と高温成長層とを交互に積層す
ることで、貫通転移をほぼ完全に阻止することができ
る。この実施例では、上述したように、低屈折率層を低
温成長により形成し、高屈折率層を高温成長により形成
したが、これとは逆に、低屈折率層を高温成長により形
成し、高屈折率層を低温成長により形成することもでき
る。
ｌＮ層と、高温成長により形成したＧａＮ層とがバッフ
ァとして機能している。通常、基板１１側の数層によ
り、貫通転移を有効に阻止することができるが、これに
よっても貫通転移が阻止できない場合には、本実施例で
示すように、低温成長層と高温成長層とを交互に積層す
ることで、貫通転移をほぼ完全に阻止することができ
る。この実施例では、上述したように、低屈折率層を低
温成長により形成し、高屈折率層を高温成長により形成
したが、これとは逆に、低屈折率層を高温成長により形
成し、高屈折率層を低温成長により形成することもでき
る。
【００２６】（反射鏡の実施例２）図３は、低屈折率層
を低温成長により形成し、高屈折率層を低温成長により
形成した層と、高温成長により形成した層とが交互に現
れるように配置した実施例を示している。なお、図３
（ａ）は、反射鏡の形成工程を模式的に示し、図３
（ｂ）は、時間ｔに対する雰囲気温度Ｔの変化の様子、
およびＧａソース出力とＡｌソース出力の状態を示し、
図３（ｃ）は反射鏡の概略を示している。本実施例で
も、第１の実施例と同様、サファイア基材１１の表面ク
リーニングを、雰囲気を約１１５０℃で行った（（図３
（ａ）（ｉ），図３（ｂ）の符号ｔ １参照）。本実施例
では、まず雰囲気を約４００℃に下げ（図３（ｂ）の符
号ｔ２参照）、ＡｌＮ低屈折率層２２１をサファイア
基材１１上にλ／（４×ｎＡｌＮ）の厚さ成長させ、
ＧａＮ高屈折率層２２２をＡｌＮ低屈折率層２２１上に
λ／（４×ｎＧａＮ）の厚さ成長させ、ＡｌＮ低屈折
率層２２３をＧａＮ高屈折率層２２２上にλ／（４×ｎ
ＡｌＮ）の厚さ成長させた。次に、雰囲気を約１０００
℃に昇温（図３（ｂ）の符号ｔ３参照）し、ＧａＮ高屈
折率層２２４をＡｌＮ低屈折率層２２３上に５×λ／
（４×ｎＧａＮ）の厚さ成長させた。以下、雰囲気を４
００℃と１０００℃に順次変化させつつ、４００℃でＡ
ｌＮ低屈折率層、ＧａＮ高屈折率層、ＡｌＮ低屈折率層
の３層からなる層群と、１０００℃でＧａＮ高屈折率層
を積層することで、図３（ｃ）に示すＡｌＮ／ＧａＮペ
ア数１３の反射鏡３２を形成した。本実施例では、波長
４００ｎｍで、９９％の反射率を得ることができる。本
実施例では、ＡｌＮ／ＧａＮペア数は実施例１と同じで
あるが、雰囲気温度の昇降回数が実施例１の半分と少な
いので、温度制御が簡易化される。
を低温成長により形成し、高屈折率層を低温成長により
形成した層と、高温成長により形成した層とが交互に現
れるように配置した実施例を示している。なお、図３
（ａ）は、反射鏡の形成工程を模式的に示し、図３
（ｂ）は、時間ｔに対する雰囲気温度Ｔの変化の様子、
およびＧａソース出力とＡｌソース出力の状態を示し、
図３（ｃ）は反射鏡の概略を示している。本実施例で
も、第１の実施例と同様、サファイア基材１１の表面ク
リーニングを、雰囲気を約１１５０℃で行った（（図３
（ａ）（ｉ），図３（ｂ）の符号ｔ １参照）。本実施例
では、まず雰囲気を約４００℃に下げ（図３（ｂ）の符
号ｔ２参照）、ＡｌＮ低屈折率層２２１をサファイア
基材１１上にλ／（４×ｎＡｌＮ）の厚さ成長させ、
ＧａＮ高屈折率層２２２をＡｌＮ低屈折率層２２１上に
λ／（４×ｎＧａＮ）の厚さ成長させ、ＡｌＮ低屈折
率層２２３をＧａＮ高屈折率層２２２上にλ／（４×ｎ
ＡｌＮ）の厚さ成長させた。次に、雰囲気を約１０００
℃に昇温（図３（ｂ）の符号ｔ３参照）し、ＧａＮ高屈
折率層２２４をＡｌＮ低屈折率層２２３上に５×λ／
（４×ｎＧａＮ）の厚さ成長させた。以下、雰囲気を４
００℃と１０００℃に順次変化させつつ、４００℃でＡ
ｌＮ低屈折率層、ＧａＮ高屈折率層、ＡｌＮ低屈折率層
の３層からなる層群と、１０００℃でＧａＮ高屈折率層
を積層することで、図３（ｃ）に示すＡｌＮ／ＧａＮペ
ア数１３の反射鏡３２を形成した。本実施例では、波長
４００ｎｍで、９９％の反射率を得ることができる。本
実施例では、ＡｌＮ／ＧａＮペア数は実施例１と同じで
あるが、雰囲気温度の昇降回数が実施例１の半分と少な
いので、温度制御が簡易化される。
【００２７】（上部反射鏡の形成例）図４は、低屈折率
層および高屈折率層を全て低温成長により形成した上部
反射鏡の例を示している。なお、図４（ａ）は、反射鏡
の形成工程を模式的に示し、図４（ｂ）は、時間ｔに対
するＮ雰囲気の温度Ｔの変化の様子、およびＧａソース
出力とＡｌソース出力の状態を示し、図４（ｃ）は上部
反射鏡の概略を示している。本実施例では、半導体層４
１上に上部反射鏡を形成した例を示している。まず、雰
囲気を約１１５０℃として表面クリーニングを行い（図
４（ｂ）の符号ｔ２参照）、この後４００℃に降温し、
ＡｌＮ低屈折率層２３１を半導体層４１上にλ／（４×
ｎＡｌＮ）の厚さ成長させ、ＧａＮ高屈折率層２３２を
ＡｌＮ低屈折率層２３１上にλ／（４×ｎＧａＮ）の厚
さ成長させる。この工程を順次繰り返すことにより、低
温成長により形成したＡｌＮ低屈折率層２３１と、同じ
く低温成長により形成したＧａＮ高屈折率層２３２とを
交互に積層することで、図４（ｃ）に示すＡｌＮ／Ｇａ
Ｎペア数１３の反射鏡３３を形成した。本例では、波長
４００ｎｍで、９９％の反射率を得ることができる。本
例では、ＡｌＮ低屈折率層２３１とＧａＮ高屈折率層２
３２とを交互に積層するに際して、雰囲気温度を変化さ
せていないので、温度制御が大幅に簡易化される。
層および高屈折率層を全て低温成長により形成した上部
反射鏡の例を示している。なお、図４（ａ）は、反射鏡
の形成工程を模式的に示し、図４（ｂ）は、時間ｔに対
するＮ雰囲気の温度Ｔの変化の様子、およびＧａソース
出力とＡｌソース出力の状態を示し、図４（ｃ）は上部
反射鏡の概略を示している。本実施例では、半導体層４
１上に上部反射鏡を形成した例を示している。まず、雰
囲気を約１１５０℃として表面クリーニングを行い（図
４（ｂ）の符号ｔ２参照）、この後４００℃に降温し、
ＡｌＮ低屈折率層２３１を半導体層４１上にλ／（４×
ｎＡｌＮ）の厚さ成長させ、ＧａＮ高屈折率層２３２を
ＡｌＮ低屈折率層２３１上にλ／（４×ｎＧａＮ）の厚
さ成長させる。この工程を順次繰り返すことにより、低
温成長により形成したＡｌＮ低屈折率層２３１と、同じ
く低温成長により形成したＧａＮ高屈折率層２３２とを
交互に積層することで、図４（ｃ）に示すＡｌＮ／Ｇａ
Ｎペア数１３の反射鏡３３を形成した。本例では、波長
４００ｎｍで、９９％の反射率を得ることができる。本
例では、ＡｌＮ低屈折率層２３１とＧａＮ高屈折率層２
３２とを交互に積層するに際して、雰囲気温度を変化さ
せていないので、温度制御が大幅に簡易化される。
【００２８】《面発光型レーザおよびその製造方法の実
施例》まず、図５（ａ）に示す積層構造体５を作成す
る。図５（ａ）の積層構造体では、サファイア基板１１
上に下部反射鏡となる層３２を形成し、この上に活性層
となる層３４を形成し、さらにこの上に上部反射鏡とな
る層３３を形成している。なお、図５（ｂ）は、時間ｔ
に対するＮ雰囲気の温度Ｔの変化の様子を示している。
この積層体は、図５（ａ）に示すように、下部反射鏡と
なる層３２が３（ｃ）に示した構造をなし、上部反射鏡
となる層３３が図４（ｃ）に示した構造をなしている。
施例》まず、図５（ａ）に示す積層構造体５を作成す
る。図５（ａ）の積層構造体では、サファイア基板１１
上に下部反射鏡となる層３２を形成し、この上に活性層
となる層３４を形成し、さらにこの上に上部反射鏡とな
る層３３を形成している。なお、図５（ｂ）は、時間ｔ
に対するＮ雰囲気の温度Ｔの変化の様子を示している。
この積層体は、図５（ａ）に示すように、下部反射鏡と
なる層３２が３（ｃ）に示した構造をなし、上部反射鏡
となる層３３が図４（ｃ）に示した構造をなしている。
【００２９】活性層となる層３４を形成するに際して、
下部反射鏡となる層３２の最上層（本実施例では高温形
成したＧａＮ高屈折率層）上に雰囲気温度１０００℃
で、ｎ−ＡｌＧａＮをλ／（４×ｎＡｌＧａＮ）（但
し、ｎＡｌＧａＮは、ＡｌＧａＮ層の屈折率：表１参
照）の厚さ成長させ、つぎに雰囲気を７５０℃に降温
し、ｎ−ＡｌＧａＮ上にＩｎＧａＮ（ＭＱＷ）を成長さ
せた。さらに雰囲気を１０００℃に昇温して、ｐ−Ａｌ
ＧａＮをλ／（４×ｎＡｌＧａＮ）の厚さ成長させ、こ
の上にＧａＮを（２Ｎ−１）×λ／（４×ｎＧａＮ）の
厚さ（本実施例ではＮ＝３）成長させた。なお、活性層
に格子欠陥を生じさせないようにするために、下部反射
鏡となる層３２の最上層（５×λ／（４×ｎＧａＮ）の
厚さのＧａＮ層）は単結晶であることが望ましい。この
理由から、本実施例では、下部反射鏡として、最上層が
高温成長により形成された図３（ｃ）に示した構造をな
す反射鏡を使用しているのである。
下部反射鏡となる層３２の最上層（本実施例では高温形
成したＧａＮ高屈折率層）上に雰囲気温度１０００℃
で、ｎ−ＡｌＧａＮをλ／（４×ｎＡｌＧａＮ）（但
し、ｎＡｌＧａＮは、ＡｌＧａＮ層の屈折率：表１参
照）の厚さ成長させ、つぎに雰囲気を７５０℃に降温
し、ｎ−ＡｌＧａＮ上にＩｎＧａＮ（ＭＱＷ）を成長さ
せた。さらに雰囲気を１０００℃に昇温して、ｐ−Ａｌ
ＧａＮをλ／（４×ｎＡｌＧａＮ）の厚さ成長させ、こ
の上にＧａＮを（２Ｎ−１）×λ／（４×ｎＧａＮ）の
厚さ（本実施例ではＮ＝３）成長させた。なお、活性層
に格子欠陥を生じさせないようにするために、下部反射
鏡となる層３２の最上層（５×λ／（４×ｎＧａＮ）の
厚さのＧａＮ層）は単結晶であることが望ましい。この
理由から、本実施例では、下部反射鏡として、最上層が
高温成長により形成された図３（ｃ）に示した構造をな
す反射鏡を使用しているのである。
【００３０】上記積層構造体から面発光型レーザを作成
する工程を図６（ａ）〜（ｉ）により説明する。まず、
積層構造体上にＮｉパターンを形成し（図６（ａ））、
ｐ−ＧａＮ部分にやや達するまで、上層部分を反応イオ
ンエッチング（ＲＩＥ）して上部反射鏡を形成した（図
６（ｂ））。つぎに、上部反射鏡の全体を被覆するよう
にレジストのパターンを形成し（図６（ｃ））、イオン
注入を行って上部反射鏡の周囲を高抵抗化させた（図６
（ｄ））。そして、レジストを除去し（図６（ｅ））、
上部反射鏡部分とｐ＋−ＧａＮ領域にかかるように、Ｎ
ｉ／Ａｕ／Ｎｉ層のパターンを形成し（図６（ｆ））、
ｎ−ＧａＮＧａＮ層にかかる部分まで反応イオンエッチ
ングした（図６（ｇ））。さらに、上部反射鏡の中央部
分のＮｉ／Ａｕ／Ｎｉ層をエッチングして出射口を開口
させ（図６（ｈ））、アニール（図６（ｉ））の後に、
図６（ｇ）の反応イオンエッチングにより取り残された
部分の外側に、Ａｌ／Ｔｉ層を形成した（図６
（ｊ））。以上の工程により、図７に示す面発光型レー
ザが製造される。
する工程を図６（ａ）〜（ｉ）により説明する。まず、
積層構造体上にＮｉパターンを形成し（図６（ａ））、
ｐ−ＧａＮ部分にやや達するまで、上層部分を反応イオ
ンエッチング（ＲＩＥ）して上部反射鏡を形成した（図
６（ｂ））。つぎに、上部反射鏡の全体を被覆するよう
にレジストのパターンを形成し（図６（ｃ））、イオン
注入を行って上部反射鏡の周囲を高抵抗化させた（図６
（ｄ））。そして、レジストを除去し（図６（ｅ））、
上部反射鏡部分とｐ＋−ＧａＮ領域にかかるように、Ｎ
ｉ／Ａｕ／Ｎｉ層のパターンを形成し（図６（ｆ））、
ｎ−ＧａＮＧａＮ層にかかる部分まで反応イオンエッチ
ングした（図６（ｇ））。さらに、上部反射鏡の中央部
分のＮｉ／Ａｕ／Ｎｉ層をエッチングして出射口を開口
させ（図６（ｈ））、アニール（図６（ｉ））の後に、
図６（ｇ）の反応イオンエッチングにより取り残された
部分の外側に、Ａｌ／Ｔｉ層を形成した（図６
（ｊ））。以上の工程により、図７に示す面発光型レー
ザが製造される。
【００３１】
【発明の効果】本発明は、上記のように構成したので、
以下のような効果を奏することができる。 （１）半導体多層膜反射鏡を構成する２つの層の材料と
して、格子定数が比較的大きものを使用しても、格子欠
陥を少なくすることができる。したがって、屈折率差が
比較的大きい２種の半導体層を積層して多層膜反射鏡を
形成することができる。 （２）全層数が少ない反射鏡を形成することができるの
で、当該反射鏡を搭載した半導体レーザの、製造コスト
を低く抑えることができ、また発振閾値が低く、放熱の
対処を簡易化することができ、さらに素子の寿命を延ば
すことができる。
以下のような効果を奏することができる。 （１）半導体多層膜反射鏡を構成する２つの層の材料と
して、格子定数が比較的大きものを使用しても、格子欠
陥を少なくすることができる。したがって、屈折率差が
比較的大きい２種の半導体層を積層して多層膜反射鏡を
形成することができる。 （２）全層数が少ない反射鏡を形成することができるの
で、当該反射鏡を搭載した半導体レーザの、製造コスト
を低く抑えることができ、また発振閾値が低く、放熱の
対処を簡易化することができ、さらに素子の寿命を延ば
すことができる。
【図１】本発明の反射鏡の第１の実施例を示す図であ
り、（ａ）は、反射鏡の形成工程を模式的に示す図、
（ｂ）は、時間ｔに対する雰囲気の温度Ｔの変化の様
子、およびソース出力の状態を示す図、（ｃ）は反射鏡
の概略を示す図である。
り、（ａ）は、反射鏡の形成工程を模式的に示す図、
（ｂ）は、時間ｔに対する雰囲気の温度Ｔの変化の様
子、およびソース出力の状態を示す図、（ｃ）は反射鏡
の概略を示す図である。
【図２】図１の反射鏡の反射率特性を示す図である。
【図３】本発明の反射鏡の第２の実施例を示す図であ
り、（ａ）は、反射鏡の形成工程を模式的に示す図、
（ｂ）は、時間ｔに対する雰囲気の温度Ｔの変化の様
子、およびソース出力の状態を示す図、（ｃ）は反射鏡
の概略を示す図である。
り、（ａ）は、反射鏡の形成工程を模式的に示す図、
（ｂ）は、時間ｔに対する雰囲気の温度Ｔの変化の様
子、およびソース出力の状態を示す図、（ｃ）は反射鏡
の概略を示す図である。
【図４】上部反射鏡の例を示す図であり、（ａ）は、反
射鏡の形成工程を模式的に示す図、（ｂ）は、時間ｔに
対する雰囲気の温度Ｔの変化の様子、およびソース出力
の状態を示す図、（ｃ）は反射鏡の概略を示す図であ
る。
射鏡の形成工程を模式的に示す図、（ｂ）は、時間ｔに
対する雰囲気の温度Ｔの変化の様子、およびソース出力
の状態を示す図、（ｃ）は反射鏡の概略を示す図であ
る。
【図５】本発明の半導体レーザの実施例を示す図であ
り、（ａ）は当該レーザの共振器部分の積層構造体を示
す図、（ｂ）は時間ｔに対する雰囲気の温度Ｔの変化の
様子を示す図である。
り、（ａ）は当該レーザの共振器部分の積層構造体を示
す図、（ｂ）は時間ｔに対する雰囲気の温度Ｔの変化の
様子を示す図である。
【図６】図５（ａ）の積層構造体から面発光型レーザを
作成する工程（（ａ）〜（ｊ））を示す図である。
作成する工程（（ａ）〜（ｊ））を示す図である。
【図７】図６の工程により製造した面発光型レーザを示
す図である。
す図である。
１１ サファイア基板 ２１１，２２１，２２３，２３１ ＡｌＮ低屈折率層 ２１２，２２２，２２４，２３２ ＧａＮ高屈折率層 ３１，３２ 下部反射鏡 ３３ 上部反射鏡 ３４ 活性層 ５ レーザ構造
Claims (8)
- 【請求項１】 低屈折率の半導体層と、高屈折率の半導
体層とが、交互に積層されてなる、全層数が４以上の、
半導体レーザの反射鏡において、 低屈折率の半導体層、高屈折率の半導体層の何れか一方
が、低温成長により形成され、他方が高温成長により形
成されたこと、または、 低屈折率の半導体層が低温成長により形成され、高屈折
率の半導体層のうち一部の層が高温成長により形成さ
れ、残りの層が低温成長により形成されたこと、を特徴
とする半導体レーザの反射鏡。 - 【請求項２】 低温成長により形成される層の厚さＴＬ
を、 ｛λ／（４×ｎＬ）｝×（２Ｍ−１） 但し、λ：発振レーザ光の波長、ｎＬ：低温成長により
形成される層の屈折率、Ｍ＝１，２，３，・・・、 高温成長により形成される層の厚さＴＨを、 ｛λ／（４×ｎＨ）｝×（２Ｎ−１） 但し、λ：発振レーザ光の波長、ｎＨ：高温成長により
形成される層の屈折率、Ｎ＝１，２，３，・・・、とし
たときに、 ＴＬ＜０．１μｍ、ＴＨ＞０．２μｍとなるように、Ｎ
およびＭが選ばれていることを特徴とする請求項１に記
載の半導体レーザの反射鏡。 - 【請求項３】 前記半導体層が、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物で
あることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体
レーザの反射鏡。 - 【請求項４】 低屈折率半導体層がＡｌＧａＮ、高屈折
率半導体層がＧａＮであって、 前記ＡｌＧａＮが、 ＡｌＸＧａ１−ＸＮで表した場合において、Ｘ＝０．３
〜１、であることを特徴とする請求項３に記載の半導体
レーザの反射鏡。 - 【請求項５】 基板上に、下部反射鏡、活性層、上部反
射鏡がこの順で形成されてなる、面発光型の半導体レー
ザであって、 前記下部反射鏡が、 低屈折率の半導体層、高屈折率の半導体層の何れか一方
が、低温成長により形成され、他方が高温成長により形
成され、または、 低屈折率の半導体層が低温成長により形成され、高屈折
率の半導体層のうち一部の層が高温成長により形成さ
れ、残りの層が低温成長により形成された請求項１〜４
の何れかに記載の反射鏡であり、 前記上部反射鏡が、 低屈折率の半導体層、高屈折率の半導体層の双方が、低
温成長により形成された反射鏡、または、 低屈折率の半導体層、高屈折率の半導体層の何れか一方
が、低温成長により形成され、他方が高温成長により形
成され、または、 低屈折率の半導体層が低温成長により形成され、高屈折
率の半導体層のうち一部の層が高温成長により形成さ
れ、残りの層が低温成長により形成された、請求項１〜
４の何れかに記載の反射鏡であり、ことを特徴とする半
導体レーザ。 - 【請求項６】 前記下部反射鏡が、サファイア、ＳｉＣ
またはＭｇＡｌ２Ｏ ４からなる基板に、形成されている
ことを特徴とする請求項５に記載の半導体レーザ。 - 【請求項７】 請求項１〜４に記載の反射鏡を形成する
ための方法であって、 低温成長により形成される半導体層、および高温成長に
より形成される半導体層を、連続したプロセスにより形
成することを特徴とする反射鏡の形成方法。 - 【請求項８】 請求項５または６に記載の半導体レーザ
を製造するための方法であって、 反射鏡の形成に、請求項７に記載の方法を用いることを
特徴とする半導体レーザの製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10251556A JP2000091701A (ja) | 1998-09-04 | 1998-09-04 | 反射鏡、半導体レーザ、反射鏡の形成方法および半導体レーザの製造方法 |
| US09/376,764 US6408015B1 (en) | 1998-09-04 | 1999-08-17 | Mirror adapted for use in semiconductor lasers and method for fabricating the same |
| EP99307028A EP0984536A3 (en) | 1998-09-04 | 1999-09-03 | Semiconductor laser mirrors |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10251556A JP2000091701A (ja) | 1998-09-04 | 1998-09-04 | 反射鏡、半導体レーザ、反射鏡の形成方法および半導体レーザの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000091701A true JP2000091701A (ja) | 2000-03-31 |
Family
ID=17224586
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10251556A Pending JP2000091701A (ja) | 1998-09-04 | 1998-09-04 | 反射鏡、半導体レーザ、反射鏡の形成方法および半導体レーザの製造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6408015B1 (ja) |
| EP (1) | EP0984536A3 (ja) |
| JP (1) | JP2000091701A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008060459A (ja) * | 2006-09-01 | 2008-03-13 | Canon Inc | 半導体レーザ装置 |
| US7648849B2 (en) | 2004-08-11 | 2010-01-19 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Nitride semiconductor light emitting diode having mesh DBR reflecting layer |
| US7756187B2 (en) | 2006-08-25 | 2010-07-13 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical device including multilayer reflector and vertical cavity surface emitting laser |
| JP2015056483A (ja) * | 2013-09-11 | 2015-03-23 | 学校法人 名城大学 | 窒化物半導体混晶の製造方法及びその製造方法によって作製された窒化物半導体多層構造 |
| EP3336908A1 (en) | 2016-12-13 | 2018-06-20 | Meijo University | Semiconductor multilayer film mirror, vertical cavity type light-emitting element using the mirror, and methods for manufacturing the mirror and the element |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10135806A1 (de) * | 2001-07-23 | 2003-02-13 | Zeiss Carl | Spiegel zur Reflexion elektromagnetischer Strahlung und Beleuchtungs- bzw. Abbildungsverfahren unter Einsatz desselben |
| JP3569807B2 (ja) * | 2002-01-21 | 2004-09-29 | 松下電器産業株式会社 | 窒化物半導体素子の製造方法 |
| US6967981B2 (en) * | 2002-05-30 | 2005-11-22 | Xerox Corporation | Nitride based semiconductor structures with highly reflective mirrors |
| CN102498542B (zh) * | 2009-09-04 | 2016-05-11 | 住友化学株式会社 | 半导体基板、场效应晶体管、集成电路和半导体基板的制造方法 |
| JP2012109499A (ja) * | 2010-11-19 | 2012-06-07 | Sony Corp | 半導体レーザ素子およびその製造方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5146465A (en) | 1991-02-01 | 1992-09-08 | Apa Optics, Inc. | Aluminum gallium nitride laser |
| JPH0945987A (ja) | 1995-07-31 | 1997-02-14 | Hitachi Ltd | 半導体レーザ素子 |
| JP3082898B2 (ja) | 1995-10-18 | 2000-08-28 | 日本電信電話株式会社 | 反響消去装置 |
-
1998
- 1998-09-04 JP JP10251556A patent/JP2000091701A/ja active Pending
-
1999
- 1999-08-17 US US09/376,764 patent/US6408015B1/en not_active Expired - Fee Related
- 1999-09-03 EP EP99307028A patent/EP0984536A3/en not_active Withdrawn
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7648849B2 (en) | 2004-08-11 | 2010-01-19 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Nitride semiconductor light emitting diode having mesh DBR reflecting layer |
| US7756187B2 (en) | 2006-08-25 | 2010-07-13 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical device including multilayer reflector and vertical cavity surface emitting laser |
| US8249125B2 (en) | 2006-08-25 | 2012-08-21 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical device including multilayer reflector and vertical cavity surface emitting laser |
| JP2008060459A (ja) * | 2006-09-01 | 2008-03-13 | Canon Inc | 半導体レーザ装置 |
| JP2015056483A (ja) * | 2013-09-11 | 2015-03-23 | 学校法人 名城大学 | 窒化物半導体混晶の製造方法及びその製造方法によって作製された窒化物半導体多層構造 |
| EP3336908A1 (en) | 2016-12-13 | 2018-06-20 | Meijo University | Semiconductor multilayer film mirror, vertical cavity type light-emitting element using the mirror, and methods for manufacturing the mirror and the element |
| US10116120B2 (en) | 2016-12-13 | 2018-10-30 | Stanley Electric Co., Ltd. | Semiconductor multilayer film mirror, vertical cavity type light-emitting element using the mirror, and methods for manufacturing the mirror and the element |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6408015B1 (en) | 2002-06-18 |
| EP0984536A3 (en) | 2000-05-17 |
| EP0984536A2 (en) | 2000-03-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6249534B1 (en) | Nitride semiconductor laser device | |
| WO1998039827A1 (fr) | Element electroluminescent semi-conducteur a base de nitrure de gallium muni d'une zone active presentant une structure de multiplexage a puits quantique et un dispostif semi-conducteur a sources de lumiere utilisant le laser | |
| US10411438B2 (en) | Semiconductor multilayer film reflecting mirror, vertical cavity light-emitting element using the reflecting mirror, and methods for manufacturing the reflecting mirror and the element | |
| JP5076656B2 (ja) | 窒化物半導体レーザ素子 | |
| JP2008141187A (ja) | 窒化物半導体レーザ装置 | |
| JP2010177651A (ja) | 半導体レーザ素子 | |
| JP2009094360A (ja) | 半導体レーザダイオード | |
| JPH10321910A (ja) | 半導体発光素子 | |
| JP4822608B2 (ja) | 窒化物系半導体発光素子およびその製造方法 | |
| JP2006135221A (ja) | 半導体発光素子 | |
| WO2018180450A1 (ja) | 半導体多層膜反射鏡及び垂直共振器型発光素子 | |
| JP2002237648A (ja) | 半導体レーザ素子 | |
| JP2000091701A (ja) | 反射鏡、半導体レーザ、反射鏡の形成方法および半導体レーザの製造方法 | |
| JP2002374035A (ja) | 半導体レーザ素子及びその製造方法 | |
| JP3880683B2 (ja) | 窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法 | |
| JP2008028375A (ja) | 窒化物半導体レーザ素子 | |
| JP5023567B2 (ja) | 窒化物半導体レーザ素子 | |
| JPH10303505A (ja) | 窒化ガリウム系半導体発光素子およびその製造方法 | |
| JP3656454B2 (ja) | 窒化物半導体レーザ素子 | |
| JP3455500B2 (ja) | 半導体レーザ及び半導体レーザの製造方法 | |
| JP4104234B2 (ja) | 半導体発光素子およびその製造方法 | |
| JP2010034221A (ja) | 端面発光型半導体レーザおよびその製造方法 | |
| JP5250759B2 (ja) | 窒化物系半導体レーザ素子およびその製造方法 | |
| JPH09148247A (ja) | ｎ型窒化物半導体の成長方法 | |
| JP5532082B2 (ja) | 窒化物半導体レーザ素子 |