JP2006121010A - Element and array of surface light emitting laser - Google Patents

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秀樹 松原
Hirohisa Saito
裕久 齊藤
Yoshiyuki Hirose
義幸 広瀬
Akira Yamaguchi
章 山口
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a surface light emitting laser element and a surface light emitting laser array that can have sufficient light emission intensity. <P>SOLUTION: A unit element comprises an n-GaN substrate 13 and one or two distributed Bragg reflecting films (DBR 17) as an epitaxial multi-layered film layer. The DBR 17 comprises one layer principally composed of a material having a composition of Al<SB>X</SB>Ga<SB>Y</SB>In<SB>1-X-Y</SB>N (where 0≤X≤1, 0≤Y≤1, and 0≤X+Y≤1), and the other layer principally composed of a material having a composition of Al<SB>Z</SB>Ga<SB>W</SB>In<SB>1-Z-W</SB>N (where 0≤Z≤1, 0≤W≤1, and 0≤Z+W≤1) different from the one layer. The thickness T of one film of the DBR 17 is 3 to 6 μm. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

この発明は、面発光レーザ素子および面発光レーザアレイに関し、より特定的には、窒化ガリウムからなる基板を用いた面発光レーザ素子および面発光レーザアレイに関する。   The present invention relates to a surface emitting laser element and a surface emitting laser array, and more particularly, to a surface emitting laser element and a surface emitting laser array using a substrate made of gallium nitride.

従来、レーザ素子のひとつとして、面発光レーザ素子が提案されている（たとえば、特許文献１および特許文献２参照）。   Conventionally, a surface emitting laser element has been proposed as one of laser elements (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).

特許文献１では、窒化ガリウム基板上にｎ型ＤＢＲミラー（multilayer distributed Bragg reflectors）、スペーサ層、活性領域、スペーサ層、ｐ型ＤＢＲミラーを積層した面発光レーザ素子を提案している。また、特許文献２では、窒化物半導体とは異なる異種材料（たとえばサファイア）からなる基板上に第１の反射鏡、バッファ層、ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、電流狭窄層、ｐ型コンタクト層、第２の反射鏡およびｐ型電極を形成した面発光レーザ素子が開示されている。
特開２０００−３４９３９３号公報 特開平１０−３０８５５８号公報 Patent Document 1 proposes a surface emitting laser element in which an n-type DBR mirror (multilayer distributed Bragg reflectors), a spacer layer, an active region, a spacer layer, and a p-type DBR mirror are stacked on a gallium nitride substrate. In Patent Document 2, a first reflector, a buffer layer, an n-type cladding layer, an active layer, a p-type cladding layer, a current confinement layer, a substrate made of a different material from a nitride semiconductor (for example, sapphire), A surface-emitting laser element in which a p-type contact layer, a second reflecting mirror, and a p-type electrode are formed is disclosed.
JP 2000-349393 A Japanese Patent Laid-Open No. 10-308558

しかし、上述した特許文献１に開示された面発光レーザ素子においては、ＤＢＲミラーのトータル膜厚については特に言及していない。また、特許文献２に開示された面発光レーザ素子については、ｐ型電極から印加された電流がｐ型コンタクト層、電流狭窄層に形成された開口部を介してｐ型クラッド層に流れる。しかし、ｐ型層（ｐ型コンタクト層）の電気抵抗率はｎ型層に比べて相対的に高いため、発光領域に対応する開口部の面積を大きくすると、印加された電流を上記開口部の全面に十分に広げることが難しかった。このように、開口部の全面に電流を広げることができないと、結果的に所定の発光強度を有するレーザ光を得ることができない。一方、開口部の全面に十分電流が広がる程度に開口部の面積を小さくすると、結果的に発光領域の面積が非常に小さく、発光強度の不充分な面発光レーザ素子しか製造できない。   However, in the surface emitting laser element disclosed in Patent Document 1 described above, the total film thickness of the DBR mirror is not particularly mentioned. In the surface emitting laser element disclosed in Patent Document 2, the current applied from the p-type electrode flows to the p-type cladding layer through the openings formed in the p-type contact layer and the current confinement layer. However, the electrical resistivity of the p-type layer (p-type contact layer) is relatively higher than that of the n-type layer. Therefore, when the area of the opening corresponding to the light emitting region is increased, the applied current is supplied to the opening. It was difficult to spread it over the entire surface. Thus, unless the current can be spread over the entire surface of the opening, laser light having a predetermined emission intensity cannot be obtained as a result. On the other hand, if the area of the opening is made small enough to spread the current over the entire surface of the opening, as a result, the surface area of the light emitting region is very small and only a surface emitting laser element with insufficient light emission intensity can be manufactured.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、十分な発光強度を得ることが可能な面発光レーザ素子および面発光レーザアレイを得ることである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain a surface-emitting laser element and a surface-emitting laser array capable of obtaining sufficient emission intensity. .

この発明に従った面発光レーザ素子は、窒化ガリウムからなる基板と、基板上に形成された、１つまたは２つのエピタキシャル多層膜層とを備える。エピタキシャル多層膜層は、ＡｌXＧａYＩｎ1−X−YＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）という組成の材料を主成分とする一方層と、ＡｌＺＧａＷＩｎ1−Z−WＮ（０≦Ｚ≦１、０≦Ｗ≦１、０≦Ｚ＋Ｗ≦１）という組成の材料を主成分とし、一方層とは異なる組成である他方層とを含む。エピタキシャル多層膜層の１つの厚みは３μｍ以上６μｍ以下である。 A surface-emitting laser device according to the present invention includes a substrate made of gallium nitride and one or two epitaxial multilayer layers formed on the substrate. The epitaxial multilayer layer is composed of one layer mainly composed of a material having a composition of Al X Ga Y In 1-XY N (0 ≦ X ≦ 1, 0 ≦ Y ≦ 1, 0 ≦ X + Y ≦ 1), Al Z Ga W In 1-ZW N (0 ≦ Z ≦ 1, 0 ≦ W ≦ 1, 0 ≦ Z + W ≦ 1) as a main component, and the other layer having a composition different from one layer Including. One thickness of the epitaxial multilayer film layer is 3 μm or more and 6 μm or less.

この発明に従った面発光レーザアレイは、上記面発光レーザ素子を複数個集積することにより形成される面発光レーザアレイであって、共通する基板上に、複数個の面発光レーザ素子を構成するエピタキシャル多層膜層を形成した状態で、複数個の面発光レーザ素子は集積されている。複数個の面発光レーザ素子からの合計の発光強度は１０ｍＷを超える。   A surface-emitting laser array according to the present invention is a surface-emitting laser array formed by integrating a plurality of the surface-emitting laser elements, and a plurality of surface-emitting laser elements are formed on a common substrate. A plurality of surface emitting laser elements are integrated with the epitaxial multilayer film formed. The total emission intensity from the plurality of surface emitting laser elements exceeds 10 mW.

この発明に従った面発光レーザ素子は、窒化ガリウムからなる基板と、基板上に形成された活性層と、ｐ型のコンタクト層と、オーミック接合層と、透明性電極とを備える。ｐ型のコンタクト層は、基板上に形成され、活性層から出射したレーザ光の光路上に位置する。オーミック接合層は、コンタクト層上に接触するように形成される。透明性電極は、オーミック接合層上に接触するように形成される。コンタクト層は、ＩｎXＧａ1‐XＮ（０≦Ｘ≦１）という組成の材料を主成分とする。 A surface-emitting laser device according to the present invention includes a substrate made of gallium nitride, an active layer formed on the substrate, a p-type contact layer, an ohmic junction layer, and a transparent electrode. The p-type contact layer is formed on the substrate and is located on the optical path of the laser light emitted from the active layer. The ohmic junction layer is formed in contact with the contact layer. The transparent electrode is formed so as to be in contact with the ohmic bonding layer. Contact layer, composed mainly of In X Ga 1-X N ( 0 ≦ X ≦ 1) composition of the material.

この発明に従った面発光レーザアレイは、上記面発光レーザ素子を複数個集積することにより形成される面発光レーザアレイであって、共通する基板上に、前記複数個の面発光レーザ素子を構成する前記オーミック接合層を形成した状態で、複数個の面発光レーザ素子は集積されている。複数個の面発光レーザ素子からの合計の発光強度は１０ｍＷを超える。   A surface-emitting laser array according to the present invention is a surface-emitting laser array formed by integrating a plurality of the surface-emitting laser elements, and the plurality of surface-emitting laser elements are configured on a common substrate. A plurality of surface emitting laser elements are integrated with the ohmic junction layer formed. The total emission intensity from the plurality of surface emitting laser elements exceeds 10 mW.

このように、本発明によれば、十分な発光強度を有するレーザ光を発振することが可能な面発光レーザ素子および面発光レーザアレイを実現できる。   Thus, according to the present invention, a surface emitting laser element and a surface emitting laser array capable of oscillating laser light having sufficient emission intensity can be realized.

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.

（実施の形態１）
図１は、本発明による面発光レーザ素子の単位素子の実施の形態１を示す平面模式図である。図２は、図１に示した単位素子の部分拡大平面模式図である。図３は、図１の線分ＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面模式図である。図１〜図３を参照して、本発明による面発光レーザ素子の実施の形態１を説明する。 (Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic plan view showing Embodiment 1 of a unit element of a surface emitting laser element according to the present invention. FIG. 2 is a partially enlarged schematic plan view of the unit element shown in FIG. 3 is a schematic cross-sectional view taken along line III-III in FIG. A first embodiment of a surface emitting laser element according to the present invention will be described with reference to FIGS.

図１および図２に示すように、本発明による面発光レーザ素子は、窒化ガリウム（ＧａＮ）基板上に複数の層が積層され、その最上層にボンディングワイヤを接続するためのパッド３と、このパッド３に接続するように形成されたｐ型のリング電極５と、このリング電極５の内周側に配置された誘電体ミラー７とを備える。この面発光レーザ素子の断面における具体的な構造は、図３に示されている。図３に示すように、ｎ−ＧａＮ基板１３（ｎ型の導電型を有するＧａＮ基板１３）の裏面側にｎ型の電極１１が配置され、ｎ−ＧａＮ基板１３の表面上にバッファ層１５が形成されている。このバッファ層１５を構成する材料としては、たとえばｎ−ＧａＮ（ｎ型の導電型を有する窒化ガリウム）を用いることができる。   As shown in FIGS. 1 and 2, the surface emitting laser device according to the present invention includes a plurality of layers stacked on a gallium nitride (GaN) substrate, and a pad 3 for connecting a bonding wire to the uppermost layer. A p-type ring electrode 5 formed so as to be connected to the pad 3 and a dielectric mirror 7 disposed on the inner peripheral side of the ring electrode 5 are provided. A specific structure in the cross section of the surface emitting laser element is shown in FIG. As shown in FIG. 3, an n-type electrode 11 is disposed on the back side of an n-GaN substrate 13 (a GaN substrate 13 having an n-type conductivity type), and a buffer layer 15 is provided on the surface of the n-GaN substrate 13. Is formed. As a material constituting the buffer layer 15, for example, n-GaN (gallium nitride having n-type conductivity) can be used.

このバッファ層１５上には、ｎ型層側のブラッグリフレクタ１７（multilayer distributed Bragg reflectors：以下、ＤＢＲ１７ともいう）が形成されている。このＤＢＲ１７は、ｎ−ＡｌＧａＮとｎ−ＧａＮとからなる層が複数積層した多層膜からなる。このＤＢＲ１７上にはｎ型のクラッド層１９が形成されている。このクラッド層１９を構成する材料としては、たとえばｎ−ＡｌＧａＮを用いることができる。このクラッド層１９上には多重量子井戸発光層２１が形成されている。この多重量子井戸発光層２１としては、たとえばＧａＩｎＮ層とＧａＮ層とを積層した多層膜構造を採用することができる。この多重量子井戸発光層２１上にｐ型のクラッド層２３を形成する。このクラッド層２３を構成する材料としては、たとえばｐ−ＡｌＧａＮを用いることができる。このクラッド層２３上にはｐ型のコンタクト層２５が形成されている。このコンタクト層２５を構成する材料としては、たとえばＧａＮを用いることができる。   On the buffer layer 15, an n-type layer side Bragg reflector 17 (multilayer distributed Bragg reflectors: hereinafter also referred to as DBR 17) is formed. The DBR 17 is composed of a multilayer film in which a plurality of layers made of n-AlGaN and n-GaN are stacked. An n-type cladding layer 19 is formed on the DBR 17. As a material constituting the clad layer 19, for example, n-AlGaN can be used. A multiple quantum well light emitting layer 21 is formed on the cladding layer 19. As the multiple quantum well light emitting layer 21, for example, a multilayer film structure in which a GaInN layer and a GaN layer are stacked can be adopted. A p-type cladding layer 23 is formed on the multiple quantum well light emitting layer 21. As a material constituting the clad layer 23, for example, p-AlGaN can be used. A p-type contact layer 25 is formed on the clad layer 23. As a material constituting the contact layer 25, for example, GaN can be used.

このコンタクト層２５上に絶縁体からなる電流狭窄層２７が形成されている。この電流狭窄層２７を構成する材料としては、たとえばＳｉＯ2からなる絶縁膜を用いることができる。この電流狭窄層２７には、後述する誘電体ミラー７下に位置する領域に平面形状が円形状なる開口部が形成されている。この開口部がいわゆる発光領域となる。この開口部の直径は幅Ｄ１（図２参照）である。この電流狭窄層２７上にはｐ型のコンタクト層２９が形成されている。このコンタクト層２９を構成する材料としては、たとえばＧａＮを用いることができる。このコンタクト層２９上には、上述したリング電極５および誘電体ミラー７が形成されている。誘電体ミラー７は、たとえばＺｎＳとＭｇＦ2とからなる多層膜であってもよい。なお、ＤＢＲ１７の厚みＴ（図３参照）は、３μｍ以上６μｍ以下であることが好ましい。 A current confinement layer 27 made of an insulator is formed on the contact layer 25. As a material constituting the current confinement layer 27, for example, an insulating film made of SiO 2 can be used. In the current confinement layer 27, an opening having a circular planar shape is formed in a region located below the dielectric mirror 7 described later. This opening becomes a so-called light emitting region. The diameter of the opening is a width D1 (see FIG. 2). A p-type contact layer 29 is formed on the current confinement layer 27. As a material constituting the contact layer 29, for example, GaN can be used. On the contact layer 29, the ring electrode 5 and the dielectric mirror 7 described above are formed. The dielectric mirror 7 may be a multilayer film made of, for example, ZnS and MgF 2 . In addition, it is preferable that thickness T (refer FIG. 3) of DBR17 is 3 micrometers or more and 6 micrometers or less.

例えば、サファイア基板上に、ＤＢＲ１７として厚み３μｍ以上のものを形成すると、基板とＤＢＲ１７との格子定数の差から大きな歪が生じる。この結果、クラック(ひび）が発生して特性が劣化する。しかし、ＧａＮ基板１３上にＤＢＲ１７を形成した場合は、基板とＤＢＲ１７との格子整合度が著しく上昇するため、歪は減少する。この結果、クラックの発生を抑制できる。このように、ＧａＮ基板１３を用いれば、上述のような膜厚の厚いＤＢＲ１７を形成することができる。このような厚いＤＢＲ１７では、レーザ光として出射する波長の光について高い反射率を実現できる。この結果、誘電体ミラー７側からレーザ光を出射させることができる。   For example, when a DBR 17 having a thickness of 3 μm or more is formed on a sapphire substrate, a large strain is generated due to a difference in lattice constant between the substrate and DBR 17. As a result, cracks occur and the characteristics deteriorate. However, when the DBR 17 is formed on the GaN substrate 13, the degree of lattice matching between the substrate and the DBR 17 is significantly increased, so that the strain is reduced. As a result, generation of cracks can be suppressed. Thus, if the GaN substrate 13 is used, the DBR 17 having a large thickness as described above can be formed. Such a thick DBR 17 can realize a high reflectance with respect to light having a wavelength emitted as laser light. As a result, laser light can be emitted from the dielectric mirror 7 side.

図４は、図１〜３に示した面発光レーザ素子の単位素子を用いた面発光レーザアレイを示す平面模式図である。図４を参照して、本発明による面発光レーザアレイを説明する。   FIG. 4 is a schematic plan view showing a surface emitting laser array using the unit elements of the surface emitting laser elements shown in FIGS. A surface emitting laser array according to the present invention will be described with reference to FIG.

図４に示すように、面発光レーザアレイは、単一のＧａＮ基板１３を用いて、図１に示した単位素子を複数個並べる（１つのＧａＮ基板１３を用いて複数の単位素子１を形成する）ことにより構成されている。図４では、図１に示した単位素子を２列に並べたように配置している。単位素子におけるパッド３には、それぞれ金からなるボンディングワイヤ３１が接続固定されている。このような面発光レーザアレイにより、十分なレーザ光出力を得ることができる。   As shown in FIG. 4, the surface emitting laser array uses a single GaN substrate 13 to arrange a plurality of unit elements shown in FIG. 1 (a plurality of unit elements 1 are formed using one GaN substrate 13). ). In FIG. 4, the unit elements shown in FIG. 1 are arranged in two rows. Bonding wires 31 made of gold are connected and fixed to the pads 3 in the unit element. A sufficient laser beam output can be obtained by such a surface emitting laser array.

図５は、図１〜図３に示した本発明による面発光レーザ素子の単位素子の実施の形態１の変形例を示す平面模式図である。図５を参照して、本発明による面発光レーザ素子の単位素子の変形例を説明する。   FIG. 5 is a schematic plan view showing a modification of the first embodiment of the unit element of the surface emitting laser element according to the present invention shown in FIGS. A modification of the unit element of the surface emitting laser element according to the present invention will be described with reference to FIG.

図５に示すように、単位素子１は基本的には図１に示した単位素子と同様の構造を備えるが、１つの単位素子１の内部に複数の発光領域（リング電極５の内部に誘電体ミラー７が配置され、当該誘電体ミラー７下には図３に示すような電流狭窄層２７の開口部が形成された構造）が形成されている。このように、１つのパッド３に複数のリング電極５を接続し、複数の発光領域を形成すれば、単位素子１当たりの発光領域の面積を大きくすることができる。この結果、１つの単位素子当りの発光強度をより高めた（効率的な）面発光レーザ素子を実現できる。   As shown in FIG. 5, the unit element 1 basically has the same structure as the unit element shown in FIG. 1, but a plurality of light emitting regions (dielectrics inside the ring electrode 5) are formed inside one unit element 1. A body mirror 7 is arranged, and a structure in which an opening of a current confinement layer 27 as shown in FIG. 3 is formed under the dielectric mirror 7. Thus, if a plurality of ring electrodes 5 are connected to one pad 3 and a plurality of light emitting regions are formed, the area of the light emitting region per unit element 1 can be increased. As a result, it is possible to realize a (efficient) surface-emitting laser element with higher emission intensity per unit element.

（実施の形態２）
図６は、本発明による面発光レーザ素子の単位素子の実施の形態２を示す平面模式図である。図７は、図６の線分ＶＩＩ−ＶＩＩにおける断面模式図である。図６および図７を参照して、本発明による面発光レーザ素子の実施の形態２を説明する。 (Embodiment 2)
FIG. 6 is a schematic plan view showing Embodiment 2 of the unit element of the surface emitting laser element according to the present invention. FIG. 7 is a schematic cross-sectional view taken along line VII-VII in FIG. A second embodiment of the surface emitting laser element according to the present invention will be described with reference to FIGS.

図６に示すように、本発明による面発光レーザ素子の実施の形態２は、基本的には図１に示した面発光レーザ素子の実施の形態１と同様の平面構造を有しているが、リング電極５の内周側に図１に示したような誘電体ミラー７が配置されていない点が異なる。また、その断面構造については、ｎ−ＧａＮ基板１３の裏面側にｎ型の電極１１が配置され、また、ｎ−ＧａＮ基板１３の表面上にバッファ層１５、ＤＢＲ１７、クラッド層１９および多重量子井戸発光層２１が配置されている。図６および図７に示した面発光レーザ素子においては、この多重量子井戸発光層２１までの構造は図３に示した本発明による面発光レーザ素子の実施の形態１と同様である。ただし、図６および図７に示した面発光レーザ素子は、多重量子井戸発光層２１より上層の構造が図３に示した面発光レーザ素子の実施の形態１とは異なっている。   As shown in FIG. 6, the surface emitting laser device according to the second embodiment of the present invention basically has the same planar structure as that of the surface emitting laser device according to the first embodiment shown in FIG. 1 except that the dielectric mirror 7 as shown in FIG. 1 is not disposed on the inner peripheral side of the ring electrode 5. As for the cross-sectional structure, an n-type electrode 11 is disposed on the back side of the n-GaN substrate 13, and the buffer layer 15, DBR 17, cladding layer 19, and multiple quantum well are formed on the surface of the n-GaN substrate 13. A light emitting layer 21 is disposed. In the surface emitting laser element shown in FIGS. 6 and 7, the structure up to the multiple quantum well light emitting layer 21 is the same as that of the first embodiment of the surface emitting laser element according to the present invention shown in FIG. However, the surface emitting laser element shown in FIGS. 6 and 7 is different from the first embodiment of the surface emitting laser element shown in FIG. 3 in the structure above the multiple quantum well light emitting layer 21.

具体的には、図７に示すように、本発明による面発光レーザ素子の実施の形態２においては、多重量子井戸発光層２１上にｐ型のクラッド層２３が形成されている。そして、このクラッド層２３上にはｐ型層側のブラッグリフレクタ３３（以下、ＤＢＲ３３ともいう）が形成されている。ＤＢＲ３３は、複数種類の窒化物エピタキシャル層を交互に積層した多層膜構造となっている。たとえば、ＤＢＲ３３として、ＡｌＧａＮとＧａＮとを交互に積層した多層膜、あるいはＡｌＧａＮとＧａＩｎＮとを交互に積層した多層膜構造などを用いることができる。そして、このＤＢＲ３３上にｐ型のコンタクト層２５を形成する。このコンタクト層２５上には、上述したリング電極５が形成されている。そして、ＤＢＲ３３およびクラッド層２３にかけて、イオンを注入することにより絶縁化された絶縁化領域３５が形成されている。クラッド層２３においては、ちょうどリング電極５の内周側の直下に位置する部分に、絶縁化領域３５が形成されていない、平面形状が円形状の領域が形成されている。この領域の幅Ｄ２（直径）はたとえば５μｍとすることができる。そして、ＤＢＲ１７、３３の厚さＴはたとえば３μｍ以上６μｍ以下とすることができる。   Specifically, as shown in FIG. 7, in the second embodiment of the surface emitting laser element according to the present invention, a p-type cladding layer 23 is formed on the multiple quantum well light emitting layer 21. On the clad layer 23, a p-type layer side Bragg reflector 33 (hereinafter also referred to as DBR 33) is formed. The DBR 33 has a multilayer structure in which a plurality of types of nitride epitaxial layers are alternately stacked. For example, as the DBR 33, a multilayer film in which AlGaN and GaN are alternately stacked, or a multilayer film structure in which AlGaN and GaInN are alternately stacked can be used. Then, a p-type contact layer 25 is formed on the DBR 33. On the contact layer 25, the ring electrode 5 described above is formed. An insulating region 35 that is insulated by implanting ions is formed over the DBR 33 and the cladding layer 23. In the clad layer 23, a region having a circular planar shape, in which the insulating region 35 is not formed, is formed just in a portion located immediately below the inner peripheral side of the ring electrode 5. The width D2 (diameter) of this region can be set to 5 μm, for example. The thickness T of the DBRs 17 and 33 can be set to 3 μm or more and 6 μm or less, for example.

このような構造では、ＧａＮ基板１３上に窒化物エピタキシャル層からなるＤＢＲ１７、３３を相対的に厚い膜厚（３μｍ以上６μｍ以下という膜厚）で形成できるので、多重量子井戸発光層２１において発光した光をこのＤＢＲ１７、３３間で十分に反射させることができる。この結果、十分な光量のレーザ光を発振させることができる。   In such a structure, DBRs 17 and 33 made of a nitride epitaxial layer can be formed on the GaN substrate 13 with a relatively thick film thickness (a film thickness of 3 μm or more and 6 μm or less). Light can be sufficiently reflected between the DBRs 17 and 33. As a result, a sufficient amount of laser light can be oscillated.

（実施の形態３）
図８は、本発明による面発光レーザ素子の単位素子の実施の形態３を示す平面模式図である。図９は、図８のＩＸ−ＩＸにおける断面模式図である。図８および図９を参照して、本発明による面発光レーザ素子の実施の形態３を説明する。 (Embodiment 3)
FIG. 8 is a schematic plan view showing Embodiment 3 of the unit element of the surface emitting laser element according to the present invention. FIG. 9 is a schematic cross-sectional view taken along the line IX-IX in FIG. A third embodiment of the surface emitting laser element according to the present invention will be described with reference to FIGS.

図８に示すように、本発明による面発光レーザ素子の実施の形態３は、その平面構造が基本的には図１に示した本発明による面発光レーザ素子の実施の形態１の平面形状と同様である。ただし、図１に示した面発光レーザ素子においては、コンタクト層２９上に直接ｐ型リング電極５および誘電体ミラー７が形成されていた。一方、本発明による面発光レーザ素子の実施の形態３においては、図８および図９からもわかるように、素子の上層に透明性電極層３９が形成され、この透明性電極層３９上にリング電極５および誘電体ミラー７が形成されている。   As shown in FIG. 8, the surface emitting laser device according to the third embodiment of the present invention basically has the planar structure of the planar shape of the surface emitting laser device according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. It is the same. However, in the surface emitting laser element shown in FIG. 1, the p-type ring electrode 5 and the dielectric mirror 7 are formed directly on the contact layer 29. On the other hand, in Embodiment 3 of the surface emitting laser element according to the present invention, as can be seen from FIGS. 8 and 9, a transparent electrode layer 39 is formed on the upper layer of the element, and a ring is formed on the transparent electrode layer 39. Electrode 5 and dielectric mirror 7 are formed.

図９に示した本発明による面発光レーザ素子の実施の形態３の断面形状は、基本的には図３に示した本発明による面発光レーザ素子の実施の形態１の断面構造と同様であるが、電流狭窄層２７より上層の構造が異なっている。すなわち、図９に示した面発光レーザ素子においては、絶縁体からなる電流狭窄層２７およびコンタクト層２５上にコンタクト層２９が形成されている。そして、このコンタクト層２９上にオーミック接合層３７が形成されている。このオーミック接合層３７上に透明性電極層３９が形成されている。この透明性電極層３９上に、上述したようにリング電極５および誘電体ミラー７が形成されている。ここで、オーミック接合層３７としては、たとえばトンネル接合層、金属層など、コンタクト層２９と透明性電極層３９との間のオーミック接合を実現できる構造であればどのような構造を適用してもよい。このようなオーミック接合層３７を配置することで、コンタクト層２９と透明性電極層３９とを確実に電気的に接続することができる。   The cross-sectional shape of the surface-emitting laser device according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. 9 is basically the same as the cross-sectional structure of the surface-emitting laser device according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. However, the structure of the layer above the current confinement layer 27 is different. That is, in the surface emitting laser element shown in FIG. 9, the contact layer 29 is formed on the current confinement layer 27 and the contact layer 25 made of an insulator. An ohmic junction layer 37 is formed on the contact layer 29. A transparent electrode layer 39 is formed on the ohmic bonding layer 37. On the transparent electrode layer 39, the ring electrode 5 and the dielectric mirror 7 are formed as described above. Here, as the ohmic junction layer 37, any structure can be applied as long as it can realize an ohmic junction between the contact layer 29 and the transparent electrode layer 39, such as a tunnel junction layer or a metal layer. Good. By disposing such an ohmic junction layer 37, the contact layer 29 and the transparent electrode layer 39 can be reliably electrically connected.

図１０は、図８および図９に示した面発光レーザ素子の単位素子を利用した面発光レーザアレイを示す平面模式図である。図１０に示すように、複数の単位素子を並べて配置することにより、この面発光レーザアレイ全体からの発光強度を十分大きくすることができる。この結果、発光強度が必要な用途に本発明による面発光レーザアレイを適用することができる。なお、図１０に示した面発光レーザアレイの構造は、基本的には図４に示した面発光レーザアレイの構造と同様である。   FIG. 10 is a schematic plan view showing a surface emitting laser array using unit elements of the surface emitting laser elements shown in FIGS. 8 and 9. As shown in FIG. 10, the light emission intensity from the entire surface emitting laser array can be sufficiently increased by arranging a plurality of unit elements side by side. As a result, the surface emitting laser array according to the present invention can be applied to applications that require emission intensity. The structure of the surface emitting laser array shown in FIG. 10 is basically the same as the structure of the surface emitting laser array shown in FIG.

図１１は、図８および図９に示した面発光レーザ素子におけるオーミック接合層の変形例を説明するための部分断面模式図である。図１１を参照して、本発明による面発光レーザ素子の単位素子の実施の形態３の第１の変形例を説明する。   FIG. 11 is a partial cross-sectional schematic diagram for explaining a modification of the ohmic junction layer in the surface emitting laser element shown in FIGS. 8 and 9. Referring to FIG. 11, a first modification of the third embodiment of the unit element of the surface emitting laser element according to the present invention will be described.

図１１に示すように、オーミック接合層３７としてはいわゆる積層超格子構造を採用することができる。具体的には、図１１に示すように、コンタクト層２９と透明性電極層３９との間に配置されるオーミック接合層３７を、コンタクト層２９を構成する材料と同じ材料からなる材質層４３と、透明性電極層３９と同じ材料からなる材質層４１とを交互に積層した積層構造とする。そして、コンタクト層２９から透明性電極層３９に向かうにつれて、透明性電極層３９と同じ材質からなる材質層４１の厚みＴ２が徐々に厚くなるように配置されている。一方、コンタクト層２９から透明性電極層３９に向かうにつれて、コンタクト層２９と同じ材質からなる材質層４３の厚みＴ３は徐々に薄くなるように配置されている。   As shown in FIG. 11, a so-called laminated superlattice structure can be adopted as the ohmic junction layer 37. Specifically, as shown in FIG. 11, an ohmic junction layer 37 disposed between the contact layer 29 and the transparent electrode layer 39 is replaced with a material layer 43 made of the same material as that constituting the contact layer 29. The transparent electrode layer 39 has a laminated structure in which material layers 41 made of the same material are alternately laminated. The material layer 41 made of the same material as the transparent electrode layer 39 is arranged so that the thickness T2 gradually increases from the contact layer 29 toward the transparent electrode layer 39. On the other hand, the thickness T3 of the material layer 43 made of the same material as that of the contact layer 29 is gradually reduced from the contact layer 29 toward the transparent electrode layer 39.

なお、このとき、隣接する透明性電極層３９と同じ材料からなる材質層４１の厚みＴ２と、コンタクト層２９と同じ材資質からなる材質層４３の厚みＴ３との合計厚みＴ１は、隣接する材質層４１、４３のペアのそれぞれについてほぼ同じ厚みとすることが好ましい。このようにしても、透明性電極層３９とコンタクト層２９とのオーミック接続を、オーミック接合層３７を介して実現することができる。   At this time, the total thickness T1 of the thickness T2 of the material layer 41 made of the same material as the adjacent transparent electrode layer 39 and the thickness T3 of the material layer 43 made of the same material as the contact layer 29 is the adjacent material. It is preferable that each of the pairs of layers 41 and 43 have substantially the same thickness. Even in this case, the ohmic connection between the transparent electrode layer 39 and the contact layer 29 can be realized through the ohmic junction layer 37.

図１２は、図８および図９に示した本発明による面発光レーザ素子の単位素子の実施の形態３の第２の変形例を示す断面模式図である。図１２は図９に対応する。図１２を参照して、本発明による面発光レーザ素子の実施の形態３の第２の変形例を説明する。   FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing a second modification of the third embodiment of the unit element of the surface emitting laser element according to the present invention shown in FIGS. FIG. 12 corresponds to FIG. With reference to FIG. 12, a second modification of the third embodiment of the surface emitting laser element according to the present invention will be described.

図１２に示した面発光レーザ素子は、基本的には図９に示した面発光レーザ素子の断面構造と同様の構造を備えるが、電流狭窄層２７より上層の構造が図９に示した面発光レーザ素子と異なっている。すなわち、図１２に示した面発光レーザ素子は、絶縁体からなる電流狭窄層２７上に金属膜からなるオーミック接合層３７が直接形成されている。このオーミック接合層３７上には透明性電極層３９が形成されている。この透明性電極層３９上には、図９に示した面発光レーザ素子と同様にリング電極５および誘電体ミラー７が配置されている。ここで、オーミック接合層３７として用いられる金属膜を構成する金属材料としては、たとえば金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）などを用いることができる。このようなオーミック接合層３７を用いても、透明性電極層３９とコンタクト層２５とを電気的に接続することができる。   The surface-emitting laser element shown in FIG. 12 basically has the same structure as the cross-sectional structure of the surface-emitting laser element shown in FIG. 9, but the structure above the current confinement layer 27 is the surface shown in FIG. It is different from the light emitting laser element. That is, in the surface emitting laser element shown in FIG. 12, the ohmic junction layer 37 made of a metal film is directly formed on the current confinement layer 27 made of an insulator. A transparent electrode layer 39 is formed on the ohmic junction layer 37. On the transparent electrode layer 39, the ring electrode 5 and the dielectric mirror 7 are arranged in the same manner as the surface emitting laser element shown in FIG. Here, as a metal material constituting the metal film used as the ohmic bonding layer 37, for example, gold (Au), nickel (Ni), platinum (Pt), palladium (Pd), or the like can be used. Even when such an ohmic junction layer 37 is used, the transparent electrode layer 39 and the contact layer 25 can be electrically connected.

図１３は、本発明による面発光レーザ素子の単位素子の実施の形態３の第３の変形例を説明するための断面模式図である。図１３を参照して、本発明による面発光レーザ素子の実施の形態３の第３の変形例を説明する。なお、図１３は、図９に対応する。   FIG. 13 is a schematic cross-sectional view for explaining a third modification of the third embodiment of the unit element of the surface emitting laser element according to the present invention. A third modification of the third embodiment of the surface emitting laser element according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 13 corresponds to FIG.

図１３に示した面発光レーザ素子の断面構造は、基本的には図７に示した本発明による面発光レーザ素子の実施の形態２の断面構造と同様であるが、コンタクト層２５上にオーミック接合層３７および透明性電極層３９が形成されている点、および透明性電極層３９上にリング電極５が配置されている点が異なる。このような構造においても、コンタクト層２５と透明性電極層３９との電気的な接続をオーミック接合層３７により実現することができる。なお、オーミック接合層３７としては、上述したトンネル接合層、積層超格子、金属膜などの構造を適用することができる。   The cross-sectional structure of the surface emitting laser element shown in FIG. 13 is basically the same as that of the second embodiment of the surface emitting laser element according to the present invention shown in FIG. The difference is that the bonding layer 37 and the transparent electrode layer 39 are formed, and that the ring electrode 5 is disposed on the transparent electrode layer 39. Even in such a structure, the electrical connection between the contact layer 25 and the transparent electrode layer 39 can be realized by the ohmic junction layer 37. As the ohmic junction layer 37, the above-described structure such as a tunnel junction layer, a laminated superlattice, or a metal film can be applied.

なお、上述した実施の形態２〜３に示した単位素子１における発光領域の幅に対応する幅Ｄ１およびＤ２は、好ましくは２０μｍ以上１００μｍ以下、より好ましくは２０μｍ以上５０μｍ以下、最も好ましくは３０μｍ以上５０μｍ以下である。   The widths D1 and D2 corresponding to the width of the light emitting region in the unit element 1 shown in the above-described Embodiments 2 to 3 are preferably 20 μm or more and 100 μm or less, more preferably 20 μm or more and 50 μm or less, and most preferably 30 μm or more. 50 μm or less.

本発明による面発光レーザ素子の効果を確認するため、以下のようなサンプルを準備して試験を行なった。まず、本発明の実施例のサンプルとして、本発明の実施の形態１に示したような構造の面発光レーザ素子のサンプルを準備した。具体的には、図３に示すようにｎ−ＧａＮ基板１３上に金属有機化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ：metal-organic chemical vapor deposition）を用いて面発光レーザ素子を構成する各層を形成した。また、比較例としては、図１４および図１５に示すような構造の、サファイア基板を用いた面発光レーザ素子のサンプルを準備した。ここで、図１４は、比較例としての面発光レーザ素子の単位素子の部分平面模式図である。図１５は、図１４の線分ＸＶ−ＸＶにおける断面模式図である。   In order to confirm the effect of the surface emitting laser element according to the present invention, the following samples were prepared and tested. First, as a sample of an example of the present invention, a sample of a surface emitting laser element having a structure as shown in the first embodiment of the present invention was prepared. Specifically, as shown in FIG. 3, each layer constituting the surface emitting laser element was formed on the n-GaN substrate 13 using metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD). As a comparative example, a sample of a surface emitting laser device using a sapphire substrate having a structure as shown in FIGS. 14 and 15 was prepared. Here, FIG. 14 is a partial plan schematic view of a unit element of a surface emitting laser element as a comparative example. 15 is a schematic cross-sectional view taken along line XV-XV in FIG.

上述した本発明の実施例のサンプルについては、具体的には以下のような構成とした。すなわち、図３に示すように、導電性のｎ−ＧａＮ基板１３上に、バッファ層１５としてｎ−ＧａＮバッファ層を形成した。なお、このバッファ層１５については、ＧａＮ基板および後述するサファイア基板１５２（図１５参照）のそれぞれの材質に合わせて、低温成長バッファ層あるいは高温成長バッファ層を用いた。そして、このバッファ層１５上にＢＤＲ１７を形成した。このＢＤＲ１７としては、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ／ＧａＮ多層膜エピタキシャル構造（Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ層とＧａＮ層とを交互に積層した積層構造）を採用した。なお、ここでＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ層とＧａＮ層との一組（ワンペア）当たりの合計厚みは約８２ｎｍとした。 About the sample of the Example of this invention mentioned above, it was set as the following structures specifically. That is, as shown in FIG. 3, an n-GaN buffer layer was formed as the buffer layer 15 on the conductive n-GaN substrate 13. For the buffer layer 15, a low-temperature growth buffer layer or a high-temperature growth buffer layer was used according to the materials of the GaN substrate and the sapphire substrate 152 (see FIG. 15) described later. A BDR 17 was formed on the buffer layer 15. As this BDR17, an Al 0.3 Ga 0.7 N / GaN multilayer epitaxial structure (a laminated structure in which Al 0.3 Ga 0.7 N layers and GaN layers are alternately laminated) was adopted. Here, the total thickness per pair (one pair) of the Al 0.3 Ga 0.7 N layer and the GaN layer was about 82 nm.

そして、実施例のサンプルとして、サンプルａ：２５ペア、サンプルｂ：３７ペア、サンプルｃ：６０ペア、サンプルｄ：７２ペアと、それぞれＤＢＲ１７の厚みを変えた４つのサンプルを準備した。その後、ＤＢＲ１７上にクラッド層１９としてｎ−ＡｌＧａＮ層を形成した。このクラッド層１９より上層の構造は、基本的にサンプルａ〜サンプルｄすべてについて共通である。このクラッド層１９上に多重量子井戸発光層２１としてＧａ0.9Ｉｎ0.1Ｎ／ＧａＮ多重量子井戸構造を形成した。具体的には、Ｇａ0.9Ｉｎ0.1Ｎ層とＧａＮ層とを交互に積層した多層膜構造を形成した。この多重量子井戸発光層２１上に、上述したクラッド層１９と同様の構造のクラッド層２３を形成した。なお、ｎ型クラッド層１９はｎ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎクラッド層であり、ｐ型クラッド層２３はｐ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎクラッド層である。 And as a sample of an Example, the sample a: 25 pair, sample b: 37 pair, sample c: 60 pair, sample d: 72 pair, and the four samples which each changed the thickness of DBR17 were prepared. Thereafter, an n-AlGaN layer was formed as the cladding layer 19 on the DBR 17. The structure above the cladding layer 19 is basically the same for all of the samples a to d. A Ga 0.9 In 0.1 N / GaN multiple quantum well structure was formed as a multiple quantum well light emitting layer 21 on the cladding layer 19. Specifically, a multilayer film structure in which Ga 0.9 In 0.1 N layers and GaN layers were alternately stacked was formed. A clad layer 23 having the same structure as the clad layer 19 described above was formed on the multiple quantum well light-emitting layer 21. The n-type cladding layer 19 is an n-Al 0.3 Ga 0.7 N cladding layer, and the p-type cladding layer 23 is a p-Al 0.3 Ga 0.7 N cladding layer.

そして、ｐ型のクラッド層２３上にｐ型のコンタクト層２５を形成した。このｐ型のコンタクト層２５として、ｐ+−ＧａＮコンタクト層を形成した。そして、このコンタクト層２５上に電流狭窄層２７としてＳｉＯ2絶縁体からなる電流狭窄層２７を形成した。この電流狭窄層２７上にｐ型コンタクト層２５と同じ組成のｐ型コンタクト層２９を形成した。そして、このｐ型コンタクト層２９上のｐ型のリング電極５および誘電体ミラー７を配置した。誘電体ミラー７としては、４２０ｎｍ近傍の波長の光について９９％の反射率を有するＺｎＳ／ＭｇＦ2多層膜（１２ペア）を採用した。なお、電流狭窄層２７によって指定される発光領域（電流狭窄層２７に形成された平面形状が円形の開口部により規定される領域）の幅（直径）Ｄ１（図１参照）は５μｍとした。また、誘電体ミラー７を囲むように配置されたリング電極５は、上述した発光領域へ電流を注入するためのものである。 Then, a p-type contact layer 25 was formed on the p-type cladding layer 23. A p + -GaN contact layer was formed as the p-type contact layer 25. A current confinement layer 27 made of a SiO 2 insulator was formed as a current confinement layer 27 on the contact layer 25. A p-type contact layer 29 having the same composition as that of the p-type contact layer 25 was formed on the current confinement layer 27. Then, the p-type ring electrode 5 and the dielectric mirror 7 on the p-type contact layer 29 are disposed. As the dielectric mirror 7, a ZnS / MgF 2 multilayer film (12 pairs) having a reflectivity of 99% with respect to light having a wavelength near 420 nm was employed. Note that the width (diameter) D1 (see FIG. 1) of the light-emitting region specified by the current confinement layer 27 (region in which the planar shape formed in the current confinement layer 27 is defined by a circular opening) was 5 μm. The ring electrode 5 disposed so as to surround the dielectric mirror 7 is for injecting a current into the light emitting region described above.

次に、図１４および図１５に示すような比較例のサンプルａ’〜ｄ’を作成した。具体的には、ＧａＮ基板に代えてサファイア基板１５２上に、上述した本発明の実施例のサンプルと同様のエピタキシャル膜を順次形成していった。比較例のサンプルａ’〜ｄ’は、上述した本発明の実施例のサンプルａ〜ｄに対応する。サファイア基板１５２上に、実施例のサンプルと同様に、バッファ層１５、サンプルａ’〜ｄ’それぞれについて厚み（ペア数）の異なるＤＢＲ１７、クラッド層１９、多重量子井戸発光層２１、クラッド層２３、コンタクト層２５、電流狭窄層２７、コンタクト層２９、リング電極５および誘電体ミラー７を形成することにより、比較例のサンプルａ’〜ｄ’を作成した。サンプルａ’〜ｄ’のそれぞれについてのＤＢＲ１７のペア数は、本発明の実施例のサンプルａ〜ｄにおけるＤＢＲ１７のペア数と同様である。   Next, comparative samples a ′ to d ′ as shown in FIGS. 14 and 15 were prepared. Specifically, an epitaxial film similar to the sample of the above-described embodiment of the present invention was sequentially formed on the sapphire substrate 152 instead of the GaN substrate. Samples a 'to d' of the comparative example correspond to the samples a to d of the embodiment of the present invention described above. On the sapphire substrate 152, the buffer layer 15, the DBR 17 having a different thickness (number of pairs), the clad layer 19, the multiple quantum well light emitting layer 21, the clad layer 23, and the samples a ′ to d ′, similarly to the sample of the example By forming the contact layer 25, the current confinement layer 27, the contact layer 29, the ring electrode 5, and the dielectric mirror 7, comparative samples a ′ to d ′ were created. The number of DBR 17 pairs for each of the samples a ′ to d ′ is the same as the number of DBR 17 pairs in the samples a to d of the embodiment of the present invention.

なお、サファイア基板１５２は導電性を有さないため、レーザの発光面側であるサファイア基板１５２の上部表面側において、バッファ層１５上にｎ型の電極１１が形成されている。そして、このような電極１１を形成するため、図１４および図１５に示した比較例としてのサンプルａ’〜ｄ’においては、コンタクト層２９からバッファ層１５の途中までの端面１５０（図１５参照）が表われた状態となっている。ｎ型電極１１（電極１１ともいう）は、図１４からもわかるようにリング電極５の外周側を囲むような配置となっている。なお、上述のようにバッファ層１５の表面を露出させているために、エッチングによりコンタクト層２９からバッファ層１５の途中までに各層を部分的に除去するといった手法を用いることができる。一方、本発明の実施例としてのサンプルａ〜ｄにおいては、上述したｎ型電極１１はｎ−ＧａＮ基板１３の裏面側に形成されている。   Since the sapphire substrate 152 does not have conductivity, the n-type electrode 11 is formed on the buffer layer 15 on the upper surface side of the sapphire substrate 152 that is the laser emission surface side. In order to form such an electrode 11, in the samples a ′ to d ′ as comparative examples shown in FIGS. 14 and 15, the end face 150 from the contact layer 29 to the middle of the buffer layer 15 (see FIG. 15). ) Appears. The n-type electrode 11 (also referred to as the electrode 11) is arranged so as to surround the outer peripheral side of the ring electrode 5 as can be seen from FIG. In addition, since the surface of the buffer layer 15 is exposed as described above, a method of partially removing each layer from the contact layer 29 to the middle of the buffer layer 15 by etching can be used. On the other hand, in the samples a to d as examples of the present invention, the n-type electrode 11 described above is formed on the back side of the n-GaN substrate 13.

そして、上述のような本発明の実施例のサンプルａ〜ｄおよび比較例のサンプルａ’〜ｄ’について、まずｎ型層側のＤＢＲ１７の反射率を評価した。なお、この反射率は波長が４２０ｎｍの光についての反射率である。その結果を表１に示す。   For the samples a to d of the embodiment of the present invention and the samples a 'to d' of the comparative example as described above, the reflectance of the DBR 17 on the n-type layer side was first evaluated. This reflectance is a reflectance for light having a wavelength of 420 nm. The results are shown in Table 1.

Figure 2006121010
Figure 2006121010

表１からもわかるように、いずれの測定結果もシミュレーションから導かれる理想値よりは低くなっているものの、特にサファイア基板を用いた比較例における反射率の低下が顕著である。これは、ＤＢＲ１７を構成する多層膜の界面の平坦性が劣化していることを示していると思われる。さらに、サファイア基板を用いた比較例の場合、サンプルｂ’のＤＢＲ１７において部分的にクラック（ひび）が確認された。また、比較例のサンプルｃ’およびサンプルｄ’においては、ＤＢＲ１７の表面全面にクラックが確認された。これは、サファイア基板とＤＢＲ１７との格子不整による歪による。一方、ＧａＮ基板を用いた本発明の実施例のサンプルａ〜サンプルｄでは、ＤＢＲ１７におけるクラックは一切確認できなかった。また、表１からもわかるように、その反射率の値も高くなっている。つまり、この反射率のデータは、本発明の実施例のサンプルａ〜ｄにおけるＤＢＲ１７の各層の界面の平坦性が、比較例のサンプルａ’〜ｄ’におけるＤＢＲ１７の各層の界面の平坦性より良好であることを示していると思われる。   As can be seen from Table 1, although all the measurement results are lower than the ideal values derived from the simulation, the decrease in the reflectance particularly in the comparative example using the sapphire substrate is remarkable. This seems to indicate that the flatness of the interface of the multilayer film constituting the DBR 17 is deteriorated. Further, in the case of the comparative example using the sapphire substrate, cracks (cracks) were partially confirmed in the DBR 17 of the sample b ′. Further, in the sample c ′ and the sample d ′ of the comparative example, cracks were confirmed on the entire surface of the DBR 17. This is due to distortion caused by lattice mismatch between the sapphire substrate and the DBR 17. On the other hand, no cracks in DBR 17 could be confirmed in samples a to d of the example of the present invention using a GaN substrate. Further, as can be seen from Table 1, the reflectance value is also high. That is, the reflectance data indicates that the flatness of the interface of each layer of DBR17 in samples a to d of the embodiment of the present invention is better than the flatness of the interface of each layer of DBR17 in samples a 'to d' of the comparative example. It seems to indicate that.

次に、上述したそれぞれのサンプルについて、電流注入（連続通電）を行なうことにより、レーザ発振の有無を調べた。その結果、サファイア基板を用いた比較例のサンプルａ’〜ｄ’のデバイスでは、いずれにおいてもその構造が破壊される大電流密度（約４ｋＡ／ｃｍ2）までのいかなる電流密度領域においてもレーザ発振は確認できなかった。一方、ＧａＮ基板を用いた本発明の実施例のサンプルａ〜ｄについては、異なる結果を得た。すなわち、本発明の実施例のサンプルａでは、その構造が破壊される大電流密度（約１０ｋＡ／ｃｍ2）までのいかなる電流密度領域でもレーザ発振は確認できなかったが、実施例のサンプルｂでは約７ｋＡ／ｃｍ2のしきい値電流密度でレーザ発振が確認された。また、本発明の実施例のサンプルｃでは約３ｋＡ／ｃｍ2のしきい値電流密度においてレーザ発振が確認された。さらに、本発明の実施例であるサンプルｄについては、約４ｋＡ／ｃｍ2のしきい値電流密度でレーザ発振が確認された。 Next, the presence or absence of laser oscillation was examined for each sample described above by performing current injection (continuous energization). As a result, in the devices of the comparative samples a ′ to d ′ using the sapphire substrate, laser oscillation occurs in any current density region up to a large current density (about 4 kA / cm 2 ) at which the structure is destroyed. Could not be confirmed. On the other hand, different results were obtained for the samples a to d of the example of the present invention using the GaN substrate. That is, in sample a of the example of the present invention, laser oscillation could not be confirmed in any current density region up to a large current density (about 10 kA / cm 2 ) at which the structure was destroyed, but in sample b of the example, Laser oscillation was confirmed at a threshold current density of about 7 kA / cm 2 . Further, in the sample c of the example of the present invention, laser oscillation was confirmed at a threshold current density of about 3 kA / cm 2 . Further, for the sample d which is an example of the present invention, laser oscillation was confirmed at a threshold current density of about 4 kA / cm 2 .

このように、本発明に従ったサンプルのようなＧａＮ基板上の面発光レーザ構造においては、その構造が破壊される電流密度よりも低い電流密度でレーザ発振を実現できる。また、上述した結果から、ＤＢＲ１７の厚みについては、サンプルｂにおけるＤＢＲ１７の厚みである３μｍ以上が必要であること、さらにＤＢＲ１７の厚みが６μｍ以上では、ＤＢＲ１７厚みを６μｍより厚くした場合との顕著な差が見られないということもわかった。すなわち、ＤＢＲ１７の厚みとしては、３μｍ以上６μｍ以下とすることが好ましいことがわかった。   Thus, in a surface emitting laser structure on a GaN substrate such as a sample according to the present invention, laser oscillation can be realized at a current density lower than the current density at which the structure is destroyed. From the above results, the thickness of DBR 17 is required to be 3 μm or more, which is the thickness of DBR 17 in sample b, and when DBR 17 is 6 μm or more in thickness, the DBR 17 is thicker than 6 μm. I also found that there was no difference. That is, it was found that the thickness of the DBR 17 is preferably 3 μm or more and 6 μm or less.

次に、本発明による面発光レーザ素子の効果を確認すべく、以下のようなサンプルを準備して測定を行なった。ここでは、本発明の実施例のサンプルとして、図６および図７に示したような構造の面発光レーザ素子を準備した。具体的には、基板として導電性のＧａＮ基板を用いた。そして、ＧａＮ基板上に面発光レーザ素子を構成する各層を形成する方法として、上述した実施例１の場合と同様にＭＯＣＶＤ法を用いた。このｎ−ＧａＮ基板１３上に形成されたバッファ層１５の材料としては、上述した実施例１におけるバッファ層１５（図３参照）と同様の材質を用いた。次に、このバッファ層１５上に形成されるｎ型層側のＤＢＲ１７としては、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ／ＧａＮという積層膜（Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ膜とＧａＮ膜との積層膜）を６０ペア積層した多層膜エピタキシャル構造を採用した。なお、ここでＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ／ＧａＮ積層膜ワンペア当たりの厚みは８０ｎｍとした。 Next, in order to confirm the effect of the surface emitting laser element according to the present invention, the following samples were prepared and measured. Here, a surface emitting laser element having a structure as shown in FIGS. 6 and 7 was prepared as a sample of an example of the present invention. Specifically, a conductive GaN substrate was used as the substrate. As a method for forming each layer constituting the surface emitting laser element on the GaN substrate, the MOCVD method was used in the same manner as in Example 1 described above. As the material of the buffer layer 15 formed on the n-GaN substrate 13, the same material as that of the buffer layer 15 (see FIG. 3) in Example 1 described above was used. Next, as the DBR 17 on the n-type layer formed on the buffer layer 15, 60 pairs of laminated films of Al 0.3 Ga 0.7 N / GaN (a laminated film of Al 0.3 Ga 0.7 N film and GaN film) are laminated. The multilayered epitaxial structure was adopted. Here, the thickness per pair of Al 0.3 Ga 0.7 N / GaN laminated film was 80 nm.

エピタキシャル構造としての活性層の構造は、図７に示したように多重量子井戸発光層２１をｎ型クラッド層１９およびｐ型クラッド層２３で挟んだような構造とした。多重量子井戸発光層２１としては、発光波長が４２０ｎｍ程度であるＧａ0.9Ｉｎ0.1Ｎ／ＧａＮ多重量子井戸構造を採用した。また、ｎ型クラッド層１９としては、ｎ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ層を用いた。また、ｐ型クラッド層２３としては、ｐ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎクラッド層を用いた。そして、このｐ型クラッド層２３上にｐ型層側のＤＢＲ３３を形成した。実施例のサンプルとして、このＤＢＲ３３の構造が異なる２つのサンプルｅおよびサンプルｆを準備した。具体的には、サンプルｅにおいては、ＤＢＲ３３としてＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ／ＧａＮ：６０ペアの多層膜エピタキシャル構造（すなわちｎ層側のＤＢＲ１７と同一の構造）を採用した。一方、サンプルｆについては、ＤＢＲ３３としてＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ／Ｇａ0.9Ｉｎ0.1Ｎ：６０ペアの多層膜エピタキシャル構造を採用した。なお、上述したサンプルｆのＤＢＲ３３を構成する１つのペア当たりの厚み（Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ／Ｇａ0.9Ｉｎ0.1Ｎペア当りの厚み）は約８６ｎｍとした。ｐ型コンタクト層２５としてｐ+−ＧａＮコンタクト層を形成した。 The structure of the active layer as an epitaxial structure is such that the multiple quantum well light emitting layer 21 is sandwiched between the n-type cladding layer 19 and the p-type cladding layer 23 as shown in FIG. As the multiple quantum well light-emitting layer 21, a Ga 0.9 In 0.1 N / GaN multiple quantum well structure having an emission wavelength of about 420 nm is employed. As the n-type cladding layer 19, an n-Al 0.3 Ga 0.7 N layer was used. As the p-type cladding layer 23, a p-Al 0.3 Ga 0.7 N cladding layer was used. Then, a DBR 33 on the p-type layer side was formed on the p-type cladding layer 23. As samples of the example, two samples e and f having different structures of the DBR 33 were prepared. Specifically, in sample e, a multilayer epitaxial structure of Al 0.3 Ga 0.7 N / GaN: 60 pairs (that is, the same structure as DBR 17 on the n layer side) was adopted as DBR 33. On the other hand, for the sample f, a multilayer epitaxial structure of Al 0.2 Ga 0.8 N / Ga 0.9 In 0.1 N: 60 pairs was adopted as the DBR 33. Note that the thickness per pair (thickness per Al 0.2 Ga 0.8 N / Ga 0.9 In 0.1 N pair) constituting the DBR 33 of the sample f described above was about 86 nm. A p + -GaN contact layer was formed as the p-type contact layer 25.

そして、このようにして得られたエピタキシャルウェハについて、面発光レーザ構造となるようにデバイス化した。具体的には、メサエッチングおよびイオン注入による選択的部分絶縁化工程により絶縁化領域３５を形成した。この絶縁化領域３５によって定められる発光領域はその直径Ｄ２（図７参照）が５μｍの円形状の平面形状を有している。コンタクト層２５上には、発光領域の周囲から発光領域へ電流を注入するためのリング電極５がコンタクト層２５上に形成されている。   The epitaxial wafer obtained in this way was made into a device so as to have a surface emitting laser structure. Specifically, the insulating region 35 was formed by a selective partial insulating process by mesa etching and ion implantation. The light emitting region defined by the insulating region 35 has a circular planar shape whose diameter D2 (see FIG. 7) is 5 μm. On the contact layer 25, a ring electrode 5 for injecting a current from the periphery of the light emitting region to the light emitting region is formed on the contact layer 25.

このようにして得られたサンプルｅおよびサンプルｆについて、その構造を観察した。その結果、サンプルｅにおいては、部分的にＤＢＲ３３の表面にクラック（ひび）が確認された。一方、サンプルｆにおいては、ＤＢＲ３３においてクラックは一切確認できなかった。   The structures of sample e and sample f obtained in this way were observed. As a result, in sample e, cracks (cracks) were partially confirmed on the surface of DBR 33. On the other hand, in the sample f, no cracks could be confirmed in the DBR 33.

また、サンプルｅおよびサンプルｆについて、電流注入（連続通電）により、レーザ発振の可否を調べた。その結果、サンプルｅについては、その構造が破壊される直前の大電流密度（約１０ｋＡ／ｃｍ2）でようやくレーザ発振を確認した。一方、サンプルｆについては、約２．５ｋＡ／ｃｍ2といったかなり低いしきい値電流密度において、レーザ発振を確認した。 Further, for sample e and sample f, the possibility of laser oscillation was examined by current injection (continuous energization). As a result, as for sample e, laser oscillation was finally confirmed at a large current density (about 10 kA / cm 2 ) just before the structure was destroyed. On the other hand, laser oscillation was confirmed for sample f at a considerably low threshold current density of about 2.5 kA / cm 2 .

この結果、ＧａＮ基板上の面発光レーザ構造において、上述した２つのミラー構造（ＤＢＲ１７、３３）を、エピタキシャル膜を用いたＤＢＲとすることが可能であることがわかる。   As a result, it can be seen that in the surface emitting laser structure on the GaN substrate, the two mirror structures (DBR 17 and 33) described above can be DBRs using an epitaxial film.

上述した実施例１の本発明の実施例のサンプルｃと同じ構造を、ＧａＮ基板上に２個×５０個のアレイ状に形成した。図１６は、上述したアレイ状に形成した面発光レーザ素子の単位素子の平面形状を示す平面模式図である。また、図１７は、図１６に示した単位素子を２個×５０個のアレイ状に形成した面発光レーザアレイの平面模式図である。図１６を参照して、１つの単位素子１の平面形状は、その幅Ｗ１が１２０μｍであり、長さＬ１が１５０μｍである。この単位素子１の表面には、外部との電気的接続を図るためのパッド３と、このパッド３に接続されたリング電極５とが形成されている。このリング電極５の内周側に発光領域が位置する。なお、この発光領域の直径は、図１に示した直径（幅Ｄ１）である。発光領域の直径（幅Ｄ１）はこの実施例において５μｍとした。この結果、当該発光領域の単位素子１全体の面積に対する面積比は０．１１％となった。各単位素子１は、図１６に示すようにそれぞれ独立にｐ型電極（すなわちワイヤボンディングパッドであるパッド３およびリング電極５）を有している。一方、ｎ型電極は、図３などからもわかるようにＧａＮ基板の裏面側に共通電極（ｎ型電極１１）として形成されている。   The same structure as the sample c of the example of the present invention of Example 1 described above was formed in an array of 2 × 50 on the GaN substrate. FIG. 16 is a schematic plan view showing the planar shape of the unit elements of the surface emitting laser element formed in the above-described array shape. FIG. 17 is a schematic plan view of a surface emitting laser array in which the unit elements shown in FIG. 16 are formed in an array of 2 × 50. Referring to FIG. 16, the planar shape of one unit element 1 has a width W1 of 120 μm and a length L1 of 150 μm. On the surface of the unit element 1, a pad 3 for electrical connection with the outside and a ring electrode 5 connected to the pad 3 are formed. A light emitting region is located on the inner peripheral side of the ring electrode 5. In addition, the diameter of this light emission area | region is the diameter (width | variety D1) shown in FIG. The diameter (width D1) of the light emitting region was 5 μm in this example. As a result, the area ratio of the light emitting region to the area of the entire unit element 1 was 0.11%. Each unit element 1 has a p-type electrode (that is, a pad 3 and a ring electrode 5 which are wire bonding pads) independently as shown in FIG. On the other hand, the n-type electrode is formed as a common electrode (n-type electrode 11) on the back side of the GaN substrate as can be seen from FIG.

図１７に示すように、２個×５０個のアレイ状に配置された単位素子１について、それぞれのパッド３に電流を供給するための導電線としてのボンディングワイヤ３１が接続されている。このような構成の面発光レーザアレイにおいて、すべての単位素子１について連続通電によるレーザ発振を確認した。そして、１つの単位素子１当たり８ｋＡ／ｃｍ2の電流密度の通電を行なうことにより、１つの単位素子１当たりで平均０．２ｍＷのレーザ光出力を得ることができた。この結果、アレイ全体では２０ｍＷのレーザ光出力を得ることができた。 As shown in FIG. 17, bonding wires 31 serving as conductive lines for supplying current to the respective pads 3 are connected to the unit elements 1 arranged in an array of 2 × 50. In the surface emitting laser array having such a configuration, laser oscillation by continuous energization was confirmed for all the unit elements 1. By applying a current density of 8 kA / cm 2 per unit element 1, it was possible to obtain an average laser light output of 0.2 mW per unit element 1. As a result, a laser beam output of 20 mW was obtained for the entire array.

本発明による面発光レーザ素子の効果を確認するため、以下のようなサンプルを準備して測定を行なった。具体的には、図８および図９に示す構造の、本発明の実施例としてのサンプルｇ〜サンプルｋを準備した。基板としては、導電性のＧａＮ基板をｎ−ＧａＮ基板１３として用いた。このｎ−ＧａＮ基板１３上に膜を形成する方法としては、上述した実施例と同様にＭＯＣＶＤ法を用いた。ｎ−ＧａＮ基板１３上に形成されたバッファ層１５の構造は、実施例１において形成したサンプルａ〜サンプルｄと同様である。   In order to confirm the effect of the surface emitting laser element according to the present invention, the following samples were prepared and measured. Specifically, samples g to k having the structures shown in FIGS. 8 and 9 were prepared as examples of the present invention. As the substrate, a conductive GaN substrate was used as the n-GaN substrate 13. As a method of forming a film on the n-GaN substrate 13, the MOCVD method was used as in the above-described embodiment. The structure of the buffer layer 15 formed on the n-GaN substrate 13 is the same as the samples a to d formed in the first embodiment.

そして、このバッファ層１５上にｎ型層側のＤＢＲ１７を形成する。このＤＢＲ１７としては、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ／ＧａＮ：６０ペアの多層膜エピタキシャル構造を採用した。Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ／ＧａＮのワンペア当たりの厚みは約８１ｎｍとした。また、活性層の構造は、各サンプルとも共通しており、多重量子井戸発光層２１をｎ型クラッド層１９およびｐ型クラッド層２３で挟んだ構造とした。多重量子井戸発光層２１としては、発光波長が４００ｎｍ程度であるＧａ0.95Ｉｎ0.05Ｎ／ＧａＮ多重量子井戸構造を採用した。また、ｎ型クラッド層１９としては、ｎ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎクラッド層を用いた。また、ｐ型クラッド層２３としては、ｐ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎクラッド層を用いた。ｐ型クラッド層２３上にはｐ型コンタクト層２５を形成した。ｐ型コンタクト層２５としては、ｐ+−ＧａＮコンタクト層を形成した。また、ｐ型コンタクト層２５上には、上述した実施例１の場合と同様に絶縁体からなる電流狭窄層２７を形成した。また、この電流狭窄層２７上には、図９に示すようにｐ型のコンタクト層２９としてのｐ+−ＧａＮコンタクト層を形成した。 Then, the DBR 17 on the n-type layer side is formed on the buffer layer 15. As this DBR 17, a multilayered epitaxial structure of Al 0.3 Ga 0.7 N / GaN: 60 pairs was employed. The thickness per pair of Al 0.3 Ga 0.7 N / GaN was about 81 nm. The structure of the active layer is common to each sample, and the multi-quantum well light emitting layer 21 is sandwiched between the n-type cladding layer 19 and the p-type cladding layer 23. As the multiple quantum well light-emitting layer 21, a Ga 0.95 In 0.05 N / GaN multiple quantum well structure having an emission wavelength of about 400 nm was employed. As the n-type cladding layer 19, an n-Al 0.3 Ga 0.7 N cladding layer was used. As the p-type cladding layer 23, a p-Al 0.3 Ga 0.7 N cladding layer was used. A p-type contact layer 25 was formed on the p-type cladding layer 23. As the p-type contact layer 25, a p + -GaN contact layer was formed. On the p-type contact layer 25, a current confinement layer 27 made of an insulator was formed in the same manner as in Example 1 described above. A p + -GaN contact layer as a p-type contact layer 29 was formed on the current confinement layer 27 as shown in FIG.

そして、図９に示したオーミック接合層３７および透明性電極層３９の構造が異なるサンプルｇ〜サンプルｋを準備した。具体的には、サンプルｇについては、特にオーミック接合層３７および透明性電極層３９を形成せず、実施例１と同様にｐ型のコンタクト層２９の上に直接リング電極５および誘電体ミラー７を形成した。また、サンプルｈについては、オーミック接合層３７として、厚みが１０ｎｍのｎ++−ＧａＮ層を形成した。ｎ++−ＧａＮ層のキャリア濃度は約１×１０19ｃｍ-3であり、ｐ+−ＧａＮコンタクト層との間でトンネル接合ダイオード（江崎ダイオード）構造を形成している。そして、このオーミック接合層３７上に透明性電極層３９として厚みが１００ｎｍの透明導電酸化膜ＩＴＯ層を形成した。 Samples g to k having different structures of the ohmic junction layer 37 and the transparent electrode layer 39 shown in FIG. 9 were prepared. Specifically, for the sample g, the ohmic junction layer 37 and the transparent electrode layer 39 are not particularly formed, and the ring electrode 5 and the dielectric mirror 7 are directly formed on the p-type contact layer 29 as in the first embodiment. Formed. For sample h, an n ++ -GaN layer having a thickness of 10 nm was formed as the ohmic junction layer 37. The carrier concentration of the n ++ -GaN layer is about 1 × 10 19 cm −3 and forms a tunnel junction diode (Ezaki diode) structure with the p + -GaN contact layer. A transparent conductive oxide film ITO layer having a thickness of 100 nm was formed as a transparent electrode layer 39 on the ohmic bonding layer 37.

また、サンプルｉについては、図９のオーミック接合層３７として厚みが１０ｎｍのｎ++−ＧａＮ層を形成した。そして、透明性電極層３９として、厚みが１００ｎｍの透明導電酸化膜ＩＤＸ層を形成した。なお、ここでＩＤＸ層とは、ＩｎとＺｎとの酸化物混晶からなる層である。次に、サンプルｊについては、オーミック接合層３７として、ｐ+−ＧａＮ層の薄膜とＩＴＯ層の薄膜とを交互に１０層積層した積層超格子構造を形成した。また、透明性電極層３９として厚みが１００ｎｍの透明導電酸化物であるＩＴＯ層を形成した。次に、サンプルｋとしては、既に述べたサンプルｊと同様の構造において、透明性電極層３９をＩＴＯ層ではなくＩＤＸ層とした。 For sample i, an n ++ -GaN layer having a thickness of 10 nm was formed as the ohmic junction layer 37 in FIG. A transparent conductive oxide film IDX layer having a thickness of 100 nm was formed as the transparent electrode layer 39. Here, the IDX layer is a layer made of an oxide mixed crystal of In and Zn. Next, for sample j, as the ohmic junction layer 37, a laminated superlattice structure was formed by alternately laminating 10 thin films of p + -GaN layers and thin films of ITO layers. Further, an ITO layer, which is a transparent conductive oxide having a thickness of 100 nm, was formed as the transparent electrode layer 39. Next, as the sample k, the transparent electrode layer 39 is not an ITO layer but an IDX layer in the same structure as the sample j described above.

そして、このようにＧａＮ基板上にエピタキシャル層を成長させた基板について、面発光レーザ構造となるようにデバイス化した。すなわち、図９に示したｐ型層側の反射層としての誘電体ミラー７として、波長が４２０ｎｍ近傍の光について９９％の反射率を有するＺｎＳ／ＭｇＦ2多層膜（ＺｎＳ層とＭｇＦ2層とのペアを１２ペア積層した多層膜）を採用した。絶縁体ＳｉＯ2からなる電流狭窄層２７に形成された平面形状が円形状の部分によって定められる発光領域の直径（幅Ｄ１）（図９参照）は３０μｍとした。そして、この発光領域へ電流を注入するためのリング電極５は、サンプルｇにおいては図３に示すようにｐ型のコンタクト層２９上に直接形成した。また、サンプルｇ以外のサンプルｈ〜サンプルｋについては、透明性電極層３９上にリング電極５を形成した。なお、図９および図３からもわかるように、上述した誘電体ミラー７は、サンプルｇではｐ型のコンタクト層２９上に形成されている。一方、サンプルｈ〜サンプルｋにおいては、誘電体ミラー７は透明性電極層３９上に形成されている。 Then, the substrate on which the epitaxial layer was grown on the GaN substrate was formed into a device so as to have a surface emitting laser structure. That is, as the dielectric mirror 7 as the reflection layer on the p-type layer side shown in FIG. 9, a ZnS / MgF 2 multilayer film (ZnS layer and MgF 2 layer having a reflectivity of 99% for light having a wavelength near 420 nm is used. A multilayer film in which 12 pairs of the above are laminated. The diameter (width D1) (see FIG. 9) of the light emitting region defined by the circular portion of the planar shape formed in the current confinement layer 27 made of the insulator SiO 2 was 30 μm. The ring electrode 5 for injecting current into the light emitting region was directly formed on the p-type contact layer 29 in the sample g as shown in FIG. For samples h to k other than sample g, the ring electrode 5 was formed on the transparent electrode layer 39. As can be seen from FIGS. 9 and 3, the dielectric mirror 7 described above is formed on the p-type contact layer 29 in the sample g. On the other hand, in the samples h to k, the dielectric mirror 7 is formed on the transparent electrode layer 39.

そして、上述したサンプルｇ〜サンプルｋのそれぞれについて、電流注入時の動作電圧を調べた。この結果、標準構造と考えられるサンプルｇにおいては、電圧５Ｖのときに３ｋＡ／ｃｍ2であった。一方、他のサンプルｈ〜サンプルｋにおいては、いずれのサンプルも動作電圧が５±１Ｖの範囲の電圧を示した。つまり、サンプルｈ〜サンプルのｋのいずれにおいても、オーミック接合層３７によってオーミック接合が形成されていることがわかった。 And about each of the sample g-sample k mentioned above, the operating voltage at the time of current injection was investigated. As a result, in the sample g considered to have a standard structure, it was 3 kA / cm 2 when the voltage was 5V. On the other hand, in the other samples h to k, all the samples showed a voltage in the range of 5 ± 1V. That is, it was found that the ohmic junction was formed by the ohmic junction layer 37 in any of the samples h to k.

次に、各サンプルについて、電流注入（連続通電）を行なうことにより、レーザ発振の可否を調べた。その結果、サンプルｇにおいては、注入された電流が発光領域（直径Ｄ１が３０μｍという円の内部）の全域に均一には広がらず、安定したモードでのレーザ発振を確認できなかった。一方、サンプルｈ〜サンプルｋについては、いずれも発光領域に対して均一に電流が広がって供給されることが確認された。すなわち、サンプルｈ〜サンプルｋのそれぞれについて、２．５〜６ｋＡ／ｃｍ2の範囲のしきい値電流密度でレーザ発振することが確認できた。 Next, each sample was subjected to current injection (continuous energization) to examine the possibility of laser oscillation. As a result, in the sample g, the injected current did not spread uniformly over the entire light emitting region (inside the circle having a diameter D1 of 30 μm), and laser oscillation in a stable mode could not be confirmed. On the other hand, it was confirmed that all of the samples h to k were supplied with the current spread uniformly to the light emitting region. That is, it was confirmed that each of the samples h to k oscillated at a threshold current density in the range of 2.5 to 6 kA / cm 2 .

次に、図１２に示したように、オーミック接合層３７として金属層を用いた場合の効果を確認するべく、以下のようなサンプルを準備して各種の測定を行なった。   Next, as shown in FIG. 12, in order to confirm the effect when a metal layer is used as the ohmic junction layer 37, the following samples were prepared and various measurements were performed.

具体的には、図１２に示したような構造のサンプルｌ〜サンプルｓを形成した。すなわち、ｎ−ＧａＮ基板１３として導電性ＧａＮ基板を用いた。この導電性ＧａＮ基板上に形成される膜の製造方法としては、ＭＯＣＶＤ法を用いた。ｎ−ＧａＮ基板１３上に形成されるバッファ層１５としては、上述した実施例４のサンプルにおけるバッファ層１５（図９参照）と同様の構造とした。このバッファ層１５上に、ｎ型層側のＤＢＲ１７を形成した。このＤＢＲ１７としては、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ／ＧａＮ：６０ペアの多層膜エピタキシャル構造を採用した。なお、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ／ＧａＮの１ペア当たりの厚みは約８１ｎｍとした。 Specifically, samples 1 to s having a structure as shown in FIG. 12 were formed. That is, a conductive GaN substrate was used as the n-GaN substrate 13. The MOCVD method was used as a method for manufacturing the film formed on the conductive GaN substrate. The buffer layer 15 formed on the n-GaN substrate 13 has the same structure as the buffer layer 15 (see FIG. 9) in the sample of Example 4 described above. On this buffer layer 15, an n-type layer DBR 17 was formed. As this DBR 17, a multilayered epitaxial structure of Al 0.3 Ga 0.7 N / GaN: 60 pairs was employed. The thickness per pair of Al 0.3 Ga 0.7 N / GaN was about 81 nm.

また、活性層の構造としては、多重量子井戸発光層２１をｎ型クラッド層１９およびｐ型クラッド層２３により挟んだ構造とした。これらの多重量子井戸発光層２１、ｎ型のクラッド層１９およびｐ型のクラッド層２３の具体的な構成は、上述した実施例４における構造と同様とした。ｐ型クラッド層２３上にはｐ型コンタクト層２５を形成した。ｐ型のコンタクト層２５としては、ｐ+−ＧａＮコンタクト層を形成した。このｐ型コンタクト層２５上に絶縁体からなる電流狭窄層２７を形成した。なお、このｐ型コンタクト層２５および電流狭窄層２７の構造も、上述した実施例４における構造と同様である。 The active layer has a structure in which the multiple quantum well light-emitting layer 21 is sandwiched between the n-type cladding layer 19 and the p-type cladding layer 23. Specific configurations of the multiple quantum well light emitting layer 21, the n-type cladding layer 19 and the p-type cladding layer 23 are the same as those in the above-described fourth embodiment. A p-type contact layer 25 was formed on the p-type cladding layer 23. A p + -GaN contact layer was formed as the p-type contact layer 25. A current confinement layer 27 made of an insulator was formed on the p-type contact layer 25. The structures of the p-type contact layer 25 and the current confinement layer 27 are the same as those in the above-described fourth embodiment.

次に、図１２に示すようにオーミック接合層３７を形成するが、このオーミック接合層３７の構造がそれぞれ異なるように、サンプルｌ〜サンプルｓを作成した。具体的には、サンプルｌにおいては、オーミック接合層３７として、厚みが０．５ｎｍの金（Ａｕ）からなる膜を形成した。また、サンプルｍにおいては、オーミック接合層３７として厚みが１ｎｍのＡｕ膜を形成した。また、サンプルｎにおいては、オーミック接合層３７として厚みが３ｎｍのＡｕ膜を形成した。また、サンプルｏについては、オーミック接合層３７として厚みが１０ｎｍのＡｕ膜を形成した。また、サンプルｐについては、オーミック接合層３７として、厚みが１５ｎｍのＡｕ膜を形成した。また、サンプルｑにおいては、オーミック接合層３７として厚みが３ｎｍのニッケル（Ｎｉ）膜を形成した。また、サンプルｒにおいては、オーミック接合層３７として厚みが３ｎｍの白金（Ｐｔ）膜を形成した。また、サンプルｓにおいては、オーミック接合層３７として厚みが３ｎｍのパラジウム（Ｐｄ）膜を形成した。   Next, as shown in FIG. 12, an ohmic junction layer 37 is formed. Samples 1 to s are prepared so that the structures of the ohmic junction layer 37 are different from each other. Specifically, in sample 1, a film made of gold (Au) having a thickness of 0.5 nm was formed as the ohmic bonding layer 37. In sample m, an Au film having a thickness of 1 nm was formed as the ohmic junction layer 37. In sample n, an Au film having a thickness of 3 nm was formed as the ohmic junction layer 37. For sample o, an Au film having a thickness of 10 nm was formed as the ohmic bonding layer 37. For the sample p, an Au film having a thickness of 15 nm was formed as the ohmic junction layer 37. In sample q, a nickel (Ni) film having a thickness of 3 nm was formed as the ohmic junction layer 37. In the sample r, a platinum (Pt) film having a thickness of 3 nm was formed as the ohmic junction layer 37. In sample s, a palladium (Pd) film having a thickness of 3 nm was formed as the ohmic bonding layer 37.

そして、上述したサンプルｌ〜サンプルｓのそれぞれについて、オーミック接合層３７上に厚みが１００ｎｍのＩＴＯ膜を透明性電極層３９として形成した。その後、このようにＧａＮ基板上にエピタキシャル膜を形成したウェハを面発光レーザ光層のデバイスとなるように加工した。なお、透明性電極層３９上に形成されるｐ型層側の反射層としての誘電体ミラー７には、波長が４２０ｎｍ近傍の光について９９％の反射率を有するＺｎＳ／ＭｇＦ2多層膜（１２ペア）を採用した。また、絶縁体であるＳｉＯ2からなる電流狭窄層２７に形成された、平面形状が円形状の開口部によって定められる発光領域の直径（幅Ｄ１）（図１２参照）は３０μｍとした。そして、周囲から当該発光領域へ電流を注入するためのリング電極５を透明性電極層３９の上に形成した。 For each of the samples 1 to s described above, an ITO film having a thickness of 100 nm was formed as the transparent electrode layer 39 on the ohmic bonding layer 37. Thereafter, the wafer on which the epitaxial film was formed on the GaN substrate in this manner was processed so as to be a surface emitting laser light layer device. In addition, the dielectric mirror 7 as a reflection layer on the p-type layer side formed on the transparent electrode layer 39 has a ZnS / MgF 2 multilayer film (12) having a reflectivity of 99% with respect to light having a wavelength of about 420 nm. Adopt a pair). In addition, the diameter (width D1) (see FIG. 12) of the light emitting region formed in the current confinement layer 27 made of SiO 2 that is an insulator and defined by the opening having a circular planar shape was set to 30 μm. Then, the ring electrode 5 for injecting current from the surroundings into the light emitting region was formed on the transparent electrode layer 39.

そして、上述したサンプルｌ〜サンプルｓのそれぞれについて、電流注入時の動作電圧を確認した。その結果、サンプルｌについてのみ、電流密度が０．５ｋＡ／ｃｍ2のときに電圧が１０Ｖを超えていた。これは、オーミック接合層３７においてオーミック接合が実現できていないことを示すと思われる。一方、サンプルｌ以外のサンプルｍ〜サンプルｓについては、いずれの素子においても、電流密度が４ｋＡ／ｃｍ2という電流密度の電流注入時に５±１Ｖという範囲の電圧を示した。つまり、上述したサンプルｌ以外のサンプル（サンプルｍ〜サンプルｓ）においては、オーミック接合層３７においてオーミック接合が実現されていることがわかる。 And the operating voltage at the time of an electric current injection | pouring was confirmed about each of the sample 1-sample s mentioned above. As a result, only for sample 1, the voltage exceeded 10 V when the current density was 0.5 kA / cm 2 . This seems to indicate that the ohmic junction cannot be realized in the ohmic junction layer 37. On the other hand, the samples m to s other than the sample l showed a voltage in the range of 5 ± 1 V at the time of current injection at a current density of 4 kA / cm 2 in any element. That is, it can be seen that ohmic junction is realized in the ohmic junction layer 37 in the samples other than the sample 1 (sample m to sample s).

続いて、上述したサンプルｌ以外のサンプルを、電流注入（連続通電）することによりレーザ発振の可否について確認した。その結果、サンプルｐについてのみ、その構造が破壊される大電流密度（約１０ｋＡ／ｃｍ2）までのいかなる電流密度の領域においてもレーザ発振を確認できなかった。これは、オーミック接合層３７を構成する１５ｎｍの厚みのＡｕ層（すなわち厚膜金層）での光吸収を、レーザの利得が上回ることができなかったためであると考えられる。一方、その他の構造のサンプルでは、いずれも発光領域に均一に電流が広がっていることが確認された。そして、それぞれ２．５〜８ｋＡ／ｃｍ2の範囲のしきい値電流密度においてレーザ発振することが確認できた。 Subsequently, whether or not laser oscillation was possible was confirmed by performing current injection (continuous energization) on samples other than sample 1 described above. As a result, laser oscillation could not be confirmed only for sample p in any current density region up to a large current density (about 10 kA / cm 2 ) at which the structure was destroyed. This is presumably because the laser gain could not exceed the light absorption in the 15 nm thick Au layer (that is, the thick gold layer) constituting the ohmic junction layer 37. On the other hand, it was confirmed that the currents spread uniformly in the light emitting region in the samples having other structures. It was confirmed that laser oscillation occurred at a threshold current density in the range of 2.5 to 8 kA / cm 2 .

上述した実施例５におけるサンプルｎに示した構造を、ＧａＮ基板上に２個×５個のアレイ状に形成した面発光レーザアレイを作製した。図１８は、上述した面発光レーザアレイを構成する単位素子を示す平面模式図である。図１９は、図１８に示した単位素子を用いて形成された面発光レーザアレイの平面模式図である。図１８および図１９を参照して、実施例６において形成されたサンプルを説明する。   A surface emitting laser array in which the structure shown in the sample n in Example 5 described above was formed in a 2 × 5 array on a GaN substrate was produced. FIG. 18 is a schematic plan view showing unit elements constituting the surface emitting laser array described above. FIG. 19 is a schematic plan view of a surface emitting laser array formed using the unit elements shown in FIG. With reference to FIG. 18 and FIG. 19, the sample formed in Example 6 is demonstrated.

図１８に示すように、実施例６において形成した面発光レーザアレイを構成する単位素子１の平面形状は、その幅Ｗ２が１２０μｍであり、その長さＬ２が１５０μｍである。そして、発光領域の円形状部分の直径（幅Ｄ１）は５０μｍである。この結果、発光領域の面積の単位素子の面積に対する比率は１１％となる。図１８からもわかるように、各単位素子はそれぞれ独立にｐ型電極（すなわちパッド３およびリング電極５）を有している。一方、図示していないが図１９に示した面発光レーザアレイでは、ＧａＮ基板の裏面側にｎ型電極が共通電極として形成されている。   As shown in FIG. 18, the planar shape of the unit element 1 constituting the surface emitting laser array formed in Example 6 has a width W2 of 120 μm and a length L2 of 150 μm. The diameter (width D1) of the circular portion of the light emitting region is 50 μm. As a result, the ratio of the area of the light emitting region to the area of the unit element is 11%. As can be seen from FIG. 18, each unit element has a p-type electrode (that is, pad 3 and ring electrode 5) independently. On the other hand, although not shown, in the surface emitting laser array shown in FIG. 19, an n-type electrode is formed as a common electrode on the back side of the GaN substrate.

図１９からもわかるように、面発光レーザアレイを構成する各単位素子１のパッド３には、それぞれ電流を供給するためのボンディングワイヤ３１が接続されている。そして、この面発光レーザアレイについては、すべての単位素子１で連続通電によるレーザ発振が確認できた。そして、１つの単位素子当たり７ｋＡ／ｃｍ2の電流密度の通電を行なうことにより、１つの単位素子当たり平均２０ｍＷのレーザ光出力を得ることができた。すなわち、図１９に示した面発光レーザアレイでは、２００ｍＷの高出力のレーザ光出力を得ることができた。 As can be seen from FIG. 19, bonding wires 31 for supplying current are connected to the pads 3 of the unit elements 1 constituting the surface emitting laser array. And about this surface emitting laser array, the laser oscillation by continuous electricity supply was able to be confirmed with all the unit elements 1. FIG. Then, by applying a current density of 7 kA / cm 2 per unit element, it was possible to obtain an average laser light output of 20 mW per unit element. That is, in the surface emitting laser array shown in FIG. 19, a high output laser light output of 200 mW could be obtained.

上述した説明と一部重複するものもあるが、本発明の特徴的な構成を以下網羅的に列挙する。   Although there are some overlaps with the above description, the characteristic configurations of the present invention are comprehensively listed below.

図３、図７、図９、図１２、図１３などに示すように、この発明に従った面発光レーザ素子としての単位素子１は、窒化ガリウムからなる基板としてのｎ−ＧａＮ基板１３と、ｎ−ＧａＮ基板１３上に形成された、１つまたは２つのエピタキシャル多層膜層としての分布型ブラッグ反射膜（ＤＢＲ１７、３３）とを備える。ＤＢＲ１７、３３は、ＡｌXＧａYＩｎ1−X−YＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）という組成の材料を主成分とする一方層と、ＡｌＺＧａＷＩｎ1−Z−WＮ（０≦Ｚ≦１、０≦Ｗ≦１、０≦Ｚ＋Ｗ≦１）という組成の材料を主成分とし、一方層とは異なる組成である他方層とを含む。ＤＢＲ１７、３３の１つの厚みＴは３μｍ以上６μｍ以下である。 As shown in FIGS. 3, 7, 9, 12, and 13, the unit element 1 as a surface emitting laser element according to the present invention includes an n-GaN substrate 13 as a substrate made of gallium nitride, and a distributed Bragg reflection film (DBR 17, 33) as one or two epitaxial multilayer films formed on the n-GaN substrate 13. DBRs 17 and 33 are composed of one layer mainly composed of a material having a composition of Al X Ga Y In 1-XY N (0 ≦ X ≦ 1, 0 ≦ Y ≦ 1, 0 ≦ X + Y ≦ 1), and Al Z The main component is a material having a composition of Ga W In 1-Z—W N (0 ≦ Z ≦ 1, 0 ≦ W ≦ 1, 0 ≦ Z + W ≦ 1), and the other layer having a composition different from the one layer is included. . One thickness T of the DBRs 17 and 33 is not less than 3 μm and not more than 6 μm.

この場合、基板として窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるｎ−ＧａＮ基板１３を用いるので、当該ｎ−ＧａＮ基板１３上に上述したような組成のエピタキシャル多層膜層からなるＤＢＲ１７、３３を、クラックなどの欠陥を発生させることなく３μｍ以上の厚みで形成することができる。そして、このように３μｍ以上の厚みのＤＢＲ１７、３３は、十分な反射率を実現することができるため、反射膜として面発光レーザ素子を構成する活性層としての多重量子井戸発光層２１からの光を確実に反射することができる。この結果、面発光レーザ素子としての単位素子１において十分な発光強度のレーザ光の発振を実現できる。なお、ＤＢＲ１７、３３の１つの厚みＴの下限を３μｍとしたのは、３μｍよりその厚みが薄いと十分な反射率を得ることが出来ないため、レーザ光の発振ができなくなるからである。また、厚みＴの上限を６μｍとしたのは、ＤＢＲ１７、３３の厚みＴを６μｍより大きくしても、厚みＴが６μｍの時に比べて反射率などの特性に大きな変化は見られないためである。また、１つのＤＢＲ１７、３３の厚みＴは、好ましくは３．５μｍ以上５μｍ以下、より好ましくは４μｍ以上５μｍ以下である。   In this case, since the n-GaN substrate 13 made of gallium nitride (GaN) is used as the substrate, the DBRs 17 and 33 made of the epitaxial multilayer film having the composition described above are formed on the n-GaN substrate 13 with defects such as cracks. Can be formed with a thickness of 3 μm or more. Since the DBRs 17 and 33 having a thickness of 3 μm or more can realize a sufficient reflectivity as described above, the light from the multiple quantum well light emitting layer 21 as an active layer constituting a surface emitting laser element as a reflective film. Can be reliably reflected. As a result, it is possible to realize oscillation of laser light having a sufficient emission intensity in the unit element 1 as a surface emitting laser element. The reason why the lower limit of one thickness T of the DBRs 17 and 33 is set to 3 μm is that if the thickness is thinner than 3 μm, sufficient reflectance cannot be obtained, so that laser light cannot be oscillated. The upper limit of the thickness T is set to 6 μm because even if the thickness T of the DBRs 17 and 33 is larger than 6 μm, there is no significant change in characteristics such as reflectivity compared to when the thickness T is 6 μm. . Moreover, the thickness T of one DBR 17 and 33 is preferably 3.5 μm or more and 5 μm or less, more preferably 4 μm or more and 5 μm or less.

なお、エピタキシャル多層膜層からなるＤＢＲ１７、３３のより具体的な構成例としては、たとえば、ＡｌXＧａ1−XＮ（０≦Ｘ≦１）という組成の材料を主成分とする一方層と、Ｇａ1-ZＩｎZＮ（０≦Ｚ≦１、０≦Ｚ＜Ｘ≦１）という組成の材料を主成分とする他方層とを含む構成が挙げられる。また、エピタキシャル多層膜層の他の構成例としては、ＡｌXＧａ1−XＮ（０≦Ｘ≦１）という組成の材料を主成分とする一方層と、ＧａＮという組成の材料を主成分とする他方層とを含む構成が挙げられる。 As a more specific configuration example of the DBRs 17 and 33 made of the epitaxial multilayer film layer, for example, one layer mainly composed of a material having a composition of Al X Ga 1 -X N (0 ≦ X ≦ 1), And a structure including the other layer mainly composed of a material having a composition of Ga 1 -Z In Z N (0 ≦ Z ≦ 1, 0 ≦ Z <X ≦ 1). As another example of the structure of the epitaxial multilayer film, one layer mainly composed of a material having a composition of Al X Ga 1 -XN (0 ≦ X ≦ 1), and a material having a composition of GaN as a main component. And the other layer.

上記単位素子１において、エピタキシャル多層膜層としてのＤＢＲ１７、３３は、３８０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下という範囲の波長領域のうちの所定の波長領域の光（たとえば、波長が４２０ｎｍの光）についての反射率が９８％以上である。この場合、ＤＢＲ１７、３３において、上記所定の波長領域に含まれる波長を有する光を十分反射することができる。従って、当該波長を有するレーザ光を発振することができる単位素子１を実現できる。なお、上記反射率は、好ましくは９９％以上、より好ましくは９９．４％以上である。   In the unit element 1, the DBRs 17 and 33 as the epitaxial multilayer layers have a reflectance of 98 for light in a predetermined wavelength region (for example, light having a wavelength of 420 nm) in a wavelength region ranging from 380 nm to 520 nm. % Or more. In this case, the DBRs 17 and 33 can sufficiently reflect light having a wavelength included in the predetermined wavelength region. Therefore, the unit element 1 that can oscillate laser light having the wavelength can be realized. The reflectance is preferably 99% or more, more preferably 99.4% or more.

上記単位素子１において、ＧａＮ基板１３はｎ型の導電性を有している。上記単位素子１は、電流を注入するためのｎ型の電極１１をさらに備えていてもよい。当該電極１１は、ＧａＮ基板１３においてＤＢＲ１７、３３が形成された表面側と反対側に位置する裏面上に形成されていてもよい。図１８に示すように、ＧａＮ基板１３の表面側における単位素子１の表面積に対する、ＧａＮ基板１３の表面側において発光する領域としての発光領域４５（または開口部９）の面積の割合は１０％超えであることが好ましい。   In the unit element 1, the GaN substrate 13 has n-type conductivity. The unit element 1 may further include an n-type electrode 11 for injecting current. The electrode 11 may be formed on the back surface of the GaN substrate 13 that is located on the opposite side of the front surface on which the DBRs 17 and 33 are formed. As shown in FIG. 18, the ratio of the area of the light emitting region 45 (or the opening 9) as the region emitting light on the surface side of the GaN substrate 13 to the surface area of the unit element 1 on the surface side of the GaN substrate 13 exceeds 10%. It is preferable that

この場合、大きな発光領域４５が必要とされるような用途に適した面発光レーザ素子としての単位素子１を実現できる。また、ＧａＮ基板１３が導電性を有しているため、上記電極１１をＧａＮ基板１３の裏面側に配置できる。そのため、発光面側であるＧａＮ基板１３の表面側に当該電極１１を配置する必要が無いため、ＧａＮ基板１３の表面側において発光領域４５の相対的な大きさを十分大きくする事ができる。   In this case, it is possible to realize the unit element 1 as a surface emitting laser element suitable for an application in which a large light emitting region 45 is required. Further, since the GaN substrate 13 has conductivity, the electrode 11 can be disposed on the back side of the GaN substrate 13. Therefore, there is no need to dispose the electrode 11 on the surface side of the GaN substrate 13 that is the light emitting surface side, so that the relative size of the light emitting region 45 can be sufficiently increased on the surface side of the GaN substrate 13.

図７や図１３に示すように、上記単位素子１において、エピタキシャル多層膜層としてのＤＢＲ１７、３３は２つ形成されていてもよい。上記単位素子１は、２つのＤＢＲ１７、３３の間に配置された活性層としての多重量子井戸発光層２１をさらに備えていてもよい。   As shown in FIGS. 7 and 13, in the unit element 1, two DBRs 17 and 33 as epitaxial multilayer layers may be formed. The unit element 1 may further include a multiple quantum well light-emitting layer 21 as an active layer disposed between the two DBRs 17 and 33.

また、図３、図９、図１２などに示すように、上記単位素子１において、エピタキシャル多層膜層としてのＤＢＲ１７は１つ形成されていてもよい。上記単位素子１は、ＤＢＲ１７上に配置された活性層としての多重量子井戸発光層２１と、当該活性層上（ｐ型クラッド層２３上）に形成された反射膜層としての誘電体ミラー７とを備えていてもよい。   Further, as shown in FIGS. 3, 9, 12, etc., in the unit element 1, one DBR 17 as an epitaxial multilayer film layer may be formed. The unit element 1 includes a multiple quantum well light-emitting layer 21 as an active layer disposed on the DBR 17, and a dielectric mirror 7 as a reflective film layer formed on the active layer (on the p-type cladding layer 23). May be provided.

図４、図１０、図１７、図１９などに示すように、この発明に従った面発光レーザアレイは、上記単位素子１を複数個集積することにより形成される面発光レーザアレイであって、共通するＧａＮ基板１３上に、複数個の単位素子１を構成するＤＢＲ１７のみ、または２つのＤＢＲ１７、３３を形成した状態で、複数個の単位素子１は集積されている。複数個の単位素子１からの合計の発光強度は１０ｍＷを超える。この場合、十分大きな発光強度を必要とする用途に適用可能な面発光レーザアレイを実現できる。また、集積する単位素子１の個数や配置を任意に変更することで、光源としての面発光レーザアレイにおける発光領域の形状や発光強度を任意に変更できる。   As shown in FIG. 4, FIG. 10, FIG. 17, FIG. 19, etc., the surface emitting laser array according to the present invention is a surface emitting laser array formed by integrating a plurality of the unit elements 1. On the common GaN substrate 13, the plurality of unit elements 1 are integrated with only the DBR 17 constituting the plurality of unit elements 1 or the two DBRs 17 and 33 being formed. The total light emission intensity from the plurality of unit elements 1 exceeds 10 mW. In this case, a surface emitting laser array that can be applied to an application that requires a sufficiently large emission intensity can be realized. Further, by arbitrarily changing the number and arrangement of unit elements 1 to be integrated, the shape and emission intensity of the light emitting region in the surface emitting laser array as the light source can be arbitrarily changed.

図９、図１２および図１３などに示すように、この発明に従った面発光レーザ素子としての単位素子１は、窒化ガリウムからなるＧａＮ基板１３と、ＧａＮ基板上に形成された活性層としての多重量子井戸発光層２１と、ｐ型のコンタクト層としてのコンタクト層２５、２９と、オーミック接合層３７と、透明性電極としての透明性電極層３９とを備える。ｐ型のコンタクト層２５、２９は、ＧａＮ基板上に形成され、活性層から出射したレーザ光の光路上に位置する。オーミック接合層３７は、コンタクト層２５（図１２、図１３参照）またはコンタクト層２９（図９参照）上に接触するように形成される。透明性電極層３９は、オーミック接合層３７上に接触するように形成される。コンタクト層２５、２９は、ＩｎXＧａ1‐XＮ（０≦Ｘ≦１）という組成の材料を主成分とする。このようにすれば、コンタクト層２５またはコンタクト層２９と透明性電極層３９との電気的な接続を、オーミック接合層３７により実現できる。そのため、十分な導電性を有する透明性電極層３９を用いることで、コンタクト層２５の相対的に広い領域へオーミック接合層を介して電流を供給できる。この結果、比較的大面積の発光領域（電流狭窄層２７に形成された開口部）を実現できる。 As shown in FIGS. 9, 12, and 13, the unit element 1 as the surface emitting laser element according to the present invention includes a GaN substrate 13 made of gallium nitride and an active layer formed on the GaN substrate. The multi-quantum well light-emitting layer 21, contact layers 25 and 29 as p-type contact layers, an ohmic junction layer 37, and a transparent electrode layer 39 as a transparent electrode are provided. The p-type contact layers 25 and 29 are formed on the GaN substrate and are positioned on the optical path of the laser light emitted from the active layer. The ohmic junction layer 37 is formed in contact with the contact layer 25 (see FIGS. 12 and 13) or the contact layer 29 (see FIG. 9). The transparent electrode layer 39 is formed so as to be in contact with the ohmic bonding layer 37. Contact layer 25 and 29, composed mainly of In X Ga 1-X N ( 0 ≦ X ≦ 1) composition of the material. In this way, electrical connection between the contact layer 25 or the contact layer 29 and the transparent electrode layer 39 can be realized by the ohmic junction layer 37. Therefore, by using the transparent electrode layer 39 having sufficient conductivity, current can be supplied to a relatively wide area of the contact layer 25 via the ohmic junction layer. As a result, a light emitting region having a relatively large area (an opening formed in the current confinement layer 27) can be realized.

上記単位素子１は、多重量子井戸発光層２１上に形成されたｐ型のクラッド層２３を備えていてもよい。コンタクト層２５はクラッド層２３上に形成されていてもよい。上記単位素子１において、透明性電極層３９は、透明導電酸化物層からなる電流拡散層であってもよい。また、上記単位素子１において、透明性電極層３９は、インジウムとスズとの混晶酸化物（ＩＴＯ）およびインジウムと亜鉛との混晶酸化物（ＩＤＸ）のいずれか一方を含んでいてもよい。この場合、上記のような材料を用いることで透明性電極層３９を容易に形成できる。なお、透明性電極層３９を構成する材料としては、透明性あるいは半透明性であって、導電性を有するものであれば任意の材料を利用できる。   The unit element 1 may include a p-type cladding layer 23 formed on the multiple quantum well light emitting layer 21. The contact layer 25 may be formed on the cladding layer 23. In the unit element 1, the transparent electrode layer 39 may be a current diffusion layer made of a transparent conductive oxide layer. In the unit element 1, the transparent electrode layer 39 may include any one of a mixed crystal oxide (ITO) of indium and tin and a mixed crystal oxide (IDX) of indium and zinc. . In this case, the transparent electrode layer 39 can be easily formed by using the above materials. As a material constituting the transparent electrode layer 39, any material can be used as long as it is transparent or translucent and has conductivity.

上記単位素子１において、オーミック接合層３７は、コンタクト層２９におけるキャリア濃度より高い濃度でｎ型のキャリアがドープされたｎ＋窒化ガリウム（ｎ＋ＧａＮ）層を含む、ｐ+−ＧａＮコンタクト層との間のトンネル接合ダイオード構造であってもよい。この場合、トンネル接合ダイオード構造を利用してオーミック接合層３７を容易に形成できる。 In the unit element 1, the ohmic junction layer 37 includes a p + -GaN contact layer including an n + gallium nitride (n + GaN) layer doped with n-type carriers at a concentration higher than the carrier concentration in the contact layer 29. A tunnel junction diode structure may be used. In this case, the ohmic junction layer 37 can be easily formed using a tunnel junction diode structure.

上記単位素子１において、オーミック接合層３７は、図１１に示すように、コンタクト層２９を構成する材料からなる第１の層としての材質層４３と、透明性電極層３９を構成する材料からなる第２の層としての材質層４１とを交互に積層した超格子構造であってもよい。この場合、超格子構造を利用してオーミック接合層３７を容易に形成できる。   In the unit element 1, the ohmic junction layer 37 is made of a material layer 43 as a first layer made of a material constituting the contact layer 29 and a material constituting the transparent electrode layer 39 as shown in FIG. A superlattice structure in which material layers 41 as second layers are alternately stacked may be used. In this case, the ohmic junction layer 37 can be easily formed using a superlattice structure.

上記単位素子１において、オーミック接合層３７は、図１２に示すように、金、白金、パラジウム、ニッケルからなる群から選択される少なくとも１種の金属を含む金属薄膜構造であってもよい。金属薄膜構造からなるオーミック接合層３７の厚みは１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であってもよい。この場合、金属薄膜構造を利用してオーミック接合層３７を容易に形成できる。なお、金属薄膜構造からなるオーミック接合層３７の厚みは、好ましくは２ｎｍ以上３ｎｍ以下である。   In the unit element 1, the ohmic junction layer 37 may have a metal thin film structure including at least one metal selected from the group consisting of gold, platinum, palladium, and nickel, as shown in FIG. The thickness of the ohmic junction layer 37 having a metal thin film structure may be 1 nm or more and 10 nm or less. In this case, the ohmic junction layer 37 can be easily formed using a metal thin film structure. The thickness of the ohmic junction layer 37 having a metal thin film structure is preferably 2 nm or more and 3 nm or less.

上記単位素子１において、ＧａＮ基板１３はｎ型の導電性を有している。上記単位素子１は、ＧａＮ基板１３においてオーミック接合層３７が形成された表面側と反対側に位置する裏面上に形成された、電流を注入するためのｎ型の電極１１をさらに備えている。ＧａＮ基板１３の表面側における面発光レーザ素子の表面積（図８に示した単位素子１の面積）に対する、ＧａＮ基板１３の表面側において発光する領域（図９などの電流狭窄層２７に形成された幅Ｄ１の開口部）の面積の割合が１０％超えであってもよい。この場合、大きな発光領域が必要とされるような用途に適した面発光レーザ素子の単位素子１を実現できる。また、ＧａＮ基板が導電性を有しているため、上記電極１１をＧａＮ基板の裏面側に配置できる。そのため、発光面側であるＧａＮ基板１３の表面側に当該電極１１を配置する必要が無いため、ＧａＮ基板の表面側において発光領域の大きさを十分大きくする事ができる。   In the unit element 1, the GaN substrate 13 has n-type conductivity. The unit element 1 further includes an n-type electrode 11 for injecting current, which is formed on the back surface of the GaN substrate 13 opposite to the front surface on which the ohmic junction layer 37 is formed. A region that emits light on the surface side of the GaN substrate 13 relative to the surface area of the surface-emitting laser element on the surface side of the GaN substrate 13 (area of the unit element 1 shown in FIG. 8) The area ratio of the opening portion of the width D1 may be more than 10%. In this case, the unit element 1 of a surface emitting laser element suitable for an application that requires a large light emitting region can be realized. Further, since the GaN substrate has conductivity, the electrode 11 can be disposed on the back side of the GaN substrate. Therefore, since it is not necessary to arrange the electrode 11 on the surface side of the GaN substrate 13 that is the light emitting surface side, the size of the light emitting region can be sufficiently increased on the surface side of the GaN substrate.

この発明に従った面発光レーザアレイは、図１９に示すように、上記単位素子１（図１８参照）を複数個集積することにより形成される面発光レーザアレイであって、共通するＧａＮ基板１３上に、複数個の単位素子１を構成するオーミック接合層３７を形成した状態で、複数個の単位素子１が集積されている。複数個の単位素子１からの合計の発光強度は１０ｍＷを超える。この場合、十分大きな発光強度を必要とする用途に適用可能な面発光レーザアレイを実現できる。また、集積する単位素子１の個数や配置を任意に変更することで、光源の形状や出力を任意に変更できる。   A surface emitting laser array according to the present invention is a surface emitting laser array formed by integrating a plurality of unit elements 1 (see FIG. 18) as shown in FIG. A plurality of unit elements 1 are integrated with an ohmic junction layer 37 constituting the plurality of unit elements 1 formed thereon. The total light emission intensity from the plurality of unit elements 1 exceeds 10 mW. In this case, a surface emitting laser array that can be applied to an application that requires a sufficiently large emission intensity can be realized. Further, the shape and output of the light source can be arbitrarily changed by arbitrarily changing the number and arrangement of unit elements 1 to be integrated.

上記面発光レーザアレイにおいて、図１９に示すように、複数個の面発光レーザ素子としての単位素子１は規則的に（たとえばマトリックス状に）配置されていてもよい。この場合、面発光レーザアレイの全体として比較的均一にレーザ光を出射することができる。   In the surface emitting laser array, as shown in FIG. 19, the unit elements 1 as a plurality of surface emitting laser elements may be regularly arranged (for example, in a matrix). In this case, laser light can be emitted relatively uniformly as a whole of the surface emitting laser array.

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態および実施例ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is shown not by the embodiments and examples described above but by the scope of claims for patent, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.

本発明による面発光レーザ素子の単位素子の実施の形態１を示す平面模式図である。1 is a schematic plan view showing Embodiment 1 of a unit element of a surface emitting laser element according to the present invention. 図１に示した単位素子の部分拡大平面模式図である。FIG. 2 is a partially enlarged schematic plan view of the unit element shown in FIG. 1. 図１の線分ＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram in line segment III-III of FIG. 図１〜３に示した面発光レーザ素子の単位素子を用いた面発光レーザアレイを示す平面模式図である。It is a plane schematic diagram which shows the surface emitting laser array using the unit element of the surface emitting laser element shown in FIGS. 図１〜図３に示した本発明による面発光レーザ素子の単位素子の実施の形態１の変形例を示す平面模式図である。FIG. 6 is a schematic plan view showing a modification of the first embodiment of the unit element of the surface emitting laser element according to the present invention shown in FIGS. 1 to 3. 本発明による面発光レーザ素子の単位素子の実施の形態２を示す平面模式図である。FIG. 6 is a schematic plan view showing a second embodiment of a unit element of a surface emitting laser element according to the present invention. 図６の線分ＶＩＩ−ＶＩＩにおける断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram in line segment VII-VII of FIG. 本発明による面発光レーザ素子の単位素子の実施の形態３を示す平面模式図である。FIG. 6 is a schematic plan view showing Embodiment 3 of a unit element of a surface emitting laser element according to the present invention. 図８のＩＸ−ＩＸにおける断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram in IX-IX of FIG. 図８および図９に示した面発光レーザ素子の単位素子を利用した面発光レーザアレイを示す平面模式図である。FIG. 10 is a schematic plan view showing a surface emitting laser array using unit elements of the surface emitting laser elements shown in FIGS. 8 and 9. 図８および図９に示した面発光レーザ素子におけるオーミック接合層の変形例を説明するための部分断面模式図である。FIG. 10 is a partial schematic cross-sectional view for explaining a modification of the ohmic junction layer in the surface emitting laser element shown in FIGS. 8 and 9. 図８および図９に示した本発明による面発光レーザ素子の単位素子の実施の形態３の第２の変形例を示す断面模式図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a second modification of Embodiment 3 of the unit element of the surface emitting laser element according to the present invention shown in FIGS. 8 and 9. 本発明による面発光レーザ素子の単位素子の実施の形態３の第３の変形例を説明するための断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram for demonstrating the 3rd modification of Embodiment 3 of the unit element of the surface emitting laser element by this invention. 比較例としての面発光レーザ素子の単位素子の部分平面模式図である。It is the partial plane schematic diagram of the unit element of the surface emitting laser element as a comparative example. 図１４の線分ＸＶ−ＸＶにおける断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram in line segment XV-XV of FIG. アレイ状に形成した面発光レーザ素子の単位素子の平面形状を示す平面模式図である。It is a plane schematic diagram which shows the planar shape of the unit element of the surface emitting laser element formed in the array form. 図１６に示した単位素子を２個×５０個のアレイ状に形成した面発光レーザアレイの平面模式図である。FIG. 17 is a schematic plan view of a surface emitting laser array in which the unit elements shown in FIG. 16 are formed in an array of 2 × 50. 面発光レーザアレイを構成する単位素子を示す平面模式図である。It is a plane schematic diagram which shows the unit element which comprises a surface emitting laser array. 図１８に示した単位素子を用いて形成された面発光レーザアレイの平面模式図である。It is a plane schematic diagram of the surface emitting laser array formed using the unit element shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１ 単位素子、３ パッド、５ リング電極、７ 誘電体ミラー、９ 開口部、１１ ｎ型電極、１３ ｎ−ＧａＮ基板、１５ バッファ層、１７，３３ ＤＢＲ、１９，２３ クラッド層、２１ 多重量子井戸発光層、２５，２９ コンタクト層、２７ 電流狭窄層、３１ ボンディングワイヤ、３５ 絶縁化領域、３７ オーミック接合層、３９ 透明性電極層、４１，４３ 材質層、４５ 発光領域、１５０ 端面、１５２ サファイア基板。   1 unit element, 3 pad, 5 ring electrode, 7 dielectric mirror, 9 opening, 11 n-type electrode, 13 n-GaN substrate, 15 buffer layer, 17, 33 DBR, 19, 23 cladding layer, 21 multiple quantum well Light emitting layer, 25, 29 Contact layer, 27 Current confinement layer, 31 Bonding wire, 35 Insulating region, 37 Ohmic junction layer, 39 Transparent electrode layer, 41, 43 Material layer, 45 Light emitting region, 150 End face, 152 Sapphire substrate .

Claims (13)

窒化ガリウムからなる基板と、
前記基板上に形成された、１つまたは２つのエピタキシャル多層膜層とを備え、
前記エピタキシャル多層膜層は、
ＡｌXＧａYＩｎ1−X−YＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）という組成の材料を主成分とする一方層と、
ＡｌＺＧａＷＩｎ1−Z−WＮ（０≦Ｚ≦１、０≦Ｗ≦１、０≦Ｚ＋Ｗ≦１）という組成の材料を主成分とし、前記一方層とは異なる組成である他方層とを含み、
前記エピタキシャル多層膜層の１つの厚みは３μｍ以上６μｍ以下である、面発光レーザ素子。 A substrate made of gallium nitride;
One or two epitaxial multilayer layers formed on the substrate,
The epitaxial multilayer layer is
One layer mainly composed of a material having a composition of Al X Ga Y In 1-XY N (0 ≦ X ≦ 1, 0 ≦ Y ≦ 1, 0 ≦ X + Y ≦ 1);
The Al Z Ga W In 1-Z -W N (0 ≦ Z ≦ 1,0 ≦ W ≦ 1,0 ≦ Z + W ≦ 1) composition of the material as a main component, the other layer of a different composition from the one layer Including
The surface emitting laser element according to claim 1, wherein one thickness of the epitaxial multilayer film layer is 3 μm or more and 6 μm or less. 前記エピタキシャル多層膜層は分布型ブラッグ反射膜である、請求項１に記載の面発光レーザ素子。   The surface emitting laser element according to claim 1, wherein the epitaxial multilayer film layer is a distributed Bragg reflection film. 前記エピタキシャル多層膜層は、３８０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下という範囲の波長領域のうちの所定の波長領域における光についての反射率が９８％以上である、請求項１または２に記載の面発光レーザ素子。   3. The surface-emitting laser element according to claim 1, wherein the epitaxial multilayer film layer has a reflectance of 98% or more for light in a predetermined wavelength region in a wavelength region of 380 nm or more and 520 nm or less. 前記基板はｎ型の導電性を有し、
前記基板において前記エピタキシャル多層膜層が形成された表面側と反対側に位置する裏面上に形成された、電流を注入するためのｎ型の電極をさらに備え、
前記基板の前記表面側における面発光レーザ素子の表面積に対する、前記基板の前記表面側において発光する領域の面積の割合が１０％超えである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の面発光レーザ素子。 The substrate has n-type conductivity;
An n-type electrode for injecting current formed on the back surface of the substrate opposite to the front surface on which the epitaxial multilayer film layer is formed;
The surface according to any one of claims 1 to 3, wherein a ratio of an area of a region emitting light on the surface side of the substrate to a surface area of the surface emitting laser element on the surface side of the substrate exceeds 10%. Light emitting laser element. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の面発光レーザ素子を複数個集積することにより形成される面発光レーザアレイであって、
共通する前記基板上に、前記複数個の面発光レーザ素子を構成する前記エピタキシャル多層膜層を形成した状態で、前記複数個の面発光レーザ素子は集積され、
前記複数個の面発光レーザ素子からの合計の発光強度が１０ｍＷを超える、面発光レーザアレイ。 A surface emitting laser array formed by integrating a plurality of surface emitting laser elements according to any one of claims 1 to 4,
On the common substrate, the plurality of surface emitting laser elements are integrated in a state where the epitaxial multilayer film constituting the plurality of surface emitting laser elements is formed.
A surface emitting laser array, wherein a total emission intensity from the plurality of surface emitting laser elements exceeds 10 mW. 窒化ガリウムからなる基板と、
前記基板上に形成された活性層と、
前記活性層から出射したレーザ光の光路上に位置し、前記基板上に形成されたｐ型のコンタクト層と、
前記コンタクト層上に接触するように形成されたオーミック接合層と、
前記オーミック接合層上に接触するように形成された透明性電極とを備え、
前記コンタクト層は、ＩｎXＧａ1‐XＮ（０≦Ｘ≦１）という組成の材料を主成分とする、面発光レーザ素子。 A substrate made of gallium nitride;
An active layer formed on the substrate;
A p-type contact layer located on the optical path of the laser light emitted from the active layer and formed on the substrate;
An ohmic junction layer formed in contact with the contact layer;
A transparent electrode formed on and in contact with the ohmic bonding layer,
The contact layer is a surface-emitting laser element mainly composed of a material having a composition of In X Ga 1 -X N (0 ≦ X ≦ 1). 前記活性層上に形成されたｐ型のクラッド層を備え、
前記コンタクト層は前記クラッド層上に形成されている、請求項６に記載の面発光レーザ素子。 A p-type cladding layer formed on the active layer;
The surface emitting laser element according to claim 6, wherein the contact layer is formed on the cladding layer. 前記透明性電極は、インジウムとスズとの混晶酸化物およびインジウムと亜鉛との混晶酸化物のいずれか一方を含む、請求項６または請求項７に記載の面発光レーザ素子。   The surface emitting laser element according to claim 6, wherein the transparent electrode includes any one of a mixed crystal oxide of indium and tin and a mixed crystal oxide of indium and zinc. 前記オーミック接合層は、前記コンタクト層におけるキャリア濃度より高い濃度でｎ型のキャリアがドープされたｎ＋＋窒化ガリウム層を含む、前記コンタクト層とのトンネル接合ダイオード構造である、請求項６〜８のいずれか１項に記載の面発光レーザ素子。   9. The tunnel junction diode structure according to claim 6, wherein the ohmic junction layer has a tunnel junction diode structure with the contact layer including an n ++ gallium nitride layer doped with n-type carriers at a higher concentration than the carrier concentration in the contact layer. The surface emitting laser element according to claim 1. 前記オーミック接合層は、前記コンタクト層を構成する材料からなる第１の層と、前記透明性電極を構成する材料からなる第２の層とを交互に積層した超格子構造である、請求項６〜８のいずれか１項に記載の面発光レーザ素子。   The ohmic junction layer has a superlattice structure in which a first layer made of a material constituting the contact layer and a second layer made of a material constituting the transparent electrode are alternately laminated. The surface emitting laser element of any one of -8. 前記オーミック接合層は、金、白金、パラジウム、ニッケルからなる群から選択される少なくとも１種の金属を含む金属薄膜構造であり、
前記オーミック接合層の厚みは１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である、請求項６〜８のいずれか１項に記載の面発光レーザ素子。 The ohmic bonding layer has a metal thin film structure including at least one metal selected from the group consisting of gold, platinum, palladium, and nickel,
The surface emitting laser element according to any one of claims 6 to 8, wherein the ohmic junction layer has a thickness of 1 nm to 10 nm. 前記基板はｎ型の導電性を有し、
前記基板において前記オーミック接合層が形成された表面側と反対側に位置する裏面上に形成された、電流を注入するためのｎ型の電極をさらに備え、
前記基板の前記表面側における面発光レーザ素子の表面積に対する、前記基板の前記表面側において発光する領域の面積の割合が１０％超えである、請求項６〜１１のいずれか１項に記載の面発光レーザ素子。 The substrate has n-type conductivity;
The substrate further comprises an n-type electrode for injecting current, which is formed on the back surface located on the opposite side to the front surface side on which the ohmic junction layer is formed.
The surface according to any one of claims 6 to 11, wherein a ratio of an area of a region emitting light on the surface side of the substrate to a surface area of the surface emitting laser element on the surface side of the substrate exceeds 10%. Light emitting laser element. 請求項６〜１２のいずれか１項に記載の面発光レーザ素子を複数個集積することにより形成される面発光レーザアレイであって、
共通する前記基板上に、前記複数個の面発光レーザ素子を構成する前記オーミック接合層を形成した状態で、前記複数個の面発光レーザ素子は集積され、
前記複数個の面発光レーザ素子からの合計の発光強度が１０ｍＷを超える、面発光レーザアレイ。 A surface-emitting laser array formed by integrating a plurality of surface-emitting laser elements according to any one of claims 6 to 12,
On the common substrate, the plurality of surface emitting laser elements are integrated in a state where the ohmic junction layers constituting the plurality of surface emitting laser elements are formed.
A surface emitting laser array, wherein a total emission intensity from the plurality of surface emitting laser elements exceeds 10 mW.
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