JP2009164449A - 面発光レーザダイオード及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電流狭窄が可能な窒化物半導体からなる面発光レーザダイオード及びその製造方法を提供する。
【解決手段】窒化物半導体からなる活性層３０と、活性層３０の主面と平行に配置された第１の反射膜２０と、活性層３０を挟んで第１の反射膜２０と対向して配置され、活性層３０の主面と平行な断面の面積が活性層３０より小さい窒化物半導体からなる電流狭窄層４０と、活性層３０及び電流狭窄層４０を挟んで第１の反射膜２０と対向して配置され、活性層３０の主面と平行な断面の面積が電流狭窄層４０より大きい第２の反射膜５０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、窒化物半導体からなる半導体レーザダイオードに係り、特に面発光レーザダイオード及びその製造方法に関する。

基板上に複数の化合物半導体層等を積層して形成されたレーザダイオードが使用されている。これらのレーザダイオードのうち、光が半導体基板と垂直に出射する構造のレーザダイオードを面発光レーザダイオードといい、これらの半導体基板と垂直に共振器を配置した面発光レーザダイオードを「垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）」という。面発光レーザダイオードは、低しきい値動作、円形狭出射ビーム、２次元アレイ化が容易等といった優れた特徴を有し、高速光通信やディスプレイ等の種々の分野に応用されている。

面発光レーザダイオードのレーザ発振のしきい値電流を下げるために、活性層（発光層）と電極の間に断面積の小さい領域（電流狭窄層）を形成して、電流狭窄によって電流密度を上げることが効果的である。例えば、アルミニウム砒素（ＡｌＡｓ）からなる電流狭窄層の一部を水蒸気酸化によって選択的に酸化してＡｌ₂Ｏ₃を形成することにより、電流狭窄を実現できる（例えば特許文献１参照。）。
特開２００４−３４２９７０号公報

しかしながら、面発光レーザダイオードを構成する材料として窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）や窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）等の窒化物半導体を採用した場合、これらの窒化物半導体は水蒸気酸化による酸化が困難である。このため、しきい値を下げるための電流狭窄が困難であるという問題があった。

上記問題点を鑑み、本発明は、電流狭窄が可能な窒化物半導体からなる面発光レーザダイオード及びその製造方法を提供する。

本発明の一態様によれば、（イ）窒化物半導体からなる活性層と、（ロ）活性層の主面と平行に配置された第１の反射膜と、（ハ）活性層を挟んで第１の反射膜と対向して配置され、活性層の主面と平行な断面の面積が活性層より小さい窒化物半導体からなる電流狭窄層と、（ニ）活性層及び電流狭窄層を挟んで第１の反射膜と対向して配置され、活性層の主面と平行な断面の面積が電流狭窄層より大きい第２の反射膜とを備える面発光レーザダイオードが提供される。

本発明の他の態様によれば、（イ）第１の反射膜上に、窒化物半導体からなる活性層、電流狭窄層及び第２の反射膜を順次積層するステップと、（ロ）活性層の上面が露出するまで第２の反射膜及び電流狭窄層の外縁部を除去するステップと、（ハ）電流狭窄層の側面を選択的にエッチングするステップとを含む面発光レーザダイオードの製造方法が提供される。

本発明によれば、電流狭窄が可能な窒化物半導体からなる面発光レーザダイオード及びその製造方法を提供できる。

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

又、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

本発明の実施の形態に係る面発光レーザダイオード１は、図１（ａ）に示すように、窒化物半導体からなる活性層３０と、活性層３０の主面と平行に配置された第１の反射膜２０と、活性層３０を挟んで第１の反射膜２０と対向して配置され、活性層３０の主面と平行な断面の面積が活性層３０より小さい窒化物半導体からなる電流狭窄層４０と、活性層３０及び電流狭窄層４０を挟んで第１の反射膜２０と対向して配置され、活性層３０の主面と平行な断面の面積が電流狭窄層４０より大きい第２の反射膜５０とを備える。

面発光レーザダイオード１は、基板１０の主面１１上に、第１の反射膜２０、活性層３０、電流狭窄層４０及び第２の反射膜５０をこの順に積層した構造である。第１の反射膜２０及び第２の反射膜５０は、活性層３０で発生した光を反射し、第１の反射膜２０、活性層３０、電流狭窄層４０及び第２の反射膜５０により平板垂直共振器が構成される。第１の反射膜２０及び第２の反射膜５０は、分布ブラック反射鏡（ＤＢＲ）としてそれぞれ機能し、互いに屈折率の異なる複数の膜の積層構造として構成可能である。

また、主面１１と対向する基板１０の裏面に接して第１電極６０が配置されている。更に、第２の反射膜５０上に第２電極７０が配置されている。図１（ａ）に示すように、第２電極７０は第２の反射膜５０の上面の一部を露出するように配置され、第２の反射膜５０の露出した上面として出力面５１が形成される。

活性層３０に、第１電極６０から第１導電型のキャリア、第２電極７０から第２導電型のキャリアがそれぞれ供給される。第１導電型がｎ型、第２導電型がｐ型である場合は、第１電極６０から第１の反射膜２０を介して供給される電子と、第２電極７０から第２の反射膜５０及び電流狭窄層４０を介して供給される正孔とが活性層３０において再結合し、活性層３０から光が発生する。このため、第１の反射膜２０はｎ型窒化物半導体の積層体、第２の反射膜５０はｐ型窒化物半導体の積層体として形成される。

基板１０の主面１１と平行な断面の面積が第２の反射膜５０及び活性層３０よりも小さい電流狭窄層４０を、第２の反射膜５０と活性層３０との間に配置することによって、電流密度が増大する。その結果、レーザ発振のしきい値を下げることができる。

図１（ｂ）に面発光レーザダイオード１の出力面５１方向から見た上面図を示す。図１（ｂ）に示すように、電流狭窄層４０の外縁が、第２電極７０を開口して形成される出力面５１の外縁の内側になるように配置されることが好ましい。このような配置を採用することにより、電流狭窄層４０を透過して直進した光が第２電極７０にさえぎられることなく出力面５１から出力されるため、効率の低下を抑制できる。

上記のように、面発光レーザダイオード１は、活性層３０と、活性層３０を挟んで活性層３０の主面と平行に配置された１組の反射膜とによって構成された面発光レーザダイオードである。図１（ａ）に示すように、基板１０の主面１１と垂直方向に出力光Ｌが出力される。このように、面発光レーザダイオード１は、基板１０の主面１１と垂直方向に共振器が配置されたＶＣＳＥＬとして動作する。

活性層３０は、下側バリア層３１、量子井戸層３２及び上側バリア層３３をこの順に、結晶成長表面の法線方向に積層して形成される。活性層３０は、例えば有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ法）等により形成される。量子井戸層３２は、井戸層（ウェル層）３２２を井戸層３２２よりもバンドギャップの大きなバリア層（層障壁層）３２１でサンドイッチ状に挟んだ量子井戸(quantum well)構造を有する。量子井戸層３２において電子と正孔とが再結合することにより光が発生し、この発生した光が増幅される。

量子井戸層３２の量子井戸構造は、井戸層が１つではなく多重化してもよい。例えば窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）を含む多重量子井戸構造が活性層３０に採用可能であり、膜厚数ｎｍ程度のＩｎＧａＮ層とＧａＮ層とを交互に複数周期繰り返し積層して構成される。この場合に、ＩｎＧａＮ層は、インジウム（Ｉｎ）の組成比を例えば５％以上にすることにより、バンドギャップが比較的小さくなり、井戸層となる。一方、ＧａＮ層は、バンドギャップが比較的大きなバリア層（障壁層）として機能する。活性層３０で生成される光の波長（以下において、「発光波長」という。）は、量子井戸層（ＩｎＧａＮ層）におけるＩｎの組成比を調整すること等によって設定できる。

図２に、活性層３０の構成例を示す。図２に示した例では、量子井戸層３２は、２層の井戸層３２２をバリア層３２１でそれぞれ挟んだ構造を有する。また、第１の反射膜２０に接する下側バリア層３１は、シリコン（Ｓｉ）等のｎ型ドーパントがドープされたｎ型ＧａＮであり、第２の反射膜５０に接する上側バリア層３３は、マグネシウム（Ｍｇ）等のｐ型ドーパントがドープされたｐ型ＧａＮである。

第１の反射膜２０と第２の反射膜５０間の光学膜厚は、出力光Ｌの１波長程度に設定される。例えば、下側バリア層３１を膜厚ｄ₃₁のＧａＮ層、バリア層３２１を膜厚ｄ₃₂₁のＧａＮ層、井戸層３２２を膜厚ｄ₃₂₂のＩｎＧａＮ、上側バリア層３３を膜厚ｄ₃₃のＧａＮ層、及び電流狭窄層４０を膜厚ｄ₄₀のＩｎＧａＮとし、ＩｎＧａＮの屈折率ｎ１、ＧａＮの屈折率ｎ２であるとき、第１の反射膜２０と第２の反射膜５０間の光学膜厚Ｗは以下の式（１）で表される：

Ｗ＝２×ｄ₃₂₂×ｎ１＋ｄ₄₀×ｎ１＋３×ｄ₃₂₁×ｎ２＋（ｄ₃₁＋ｄ₃₃）×ｎ２ ・・・（１）

下側バリア層３１及び上側バリア層３３の膜厚は、第１の反射膜２０と第２の反射膜５０間の光学膜厚、即ちキャビティ長の調整用として設定可能である。

図３に、活性層３０に採用可能な窒化物半導体のバンドギャップ及び発光波長と格子定数の関係を示す。図３の左縦軸はバンドギャップ（エネルギーギャップ、単位ｅＶ）、右縦軸は発光波長（単位ｎｍ）、横軸はａ軸方向の格子定数（単位オングストローム）である。図３にハッチングで示した領域の各頂点は、それぞれ窒化ボロン（ＢＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）の特性を示す。また、ハッチング領域内の点ＧａＮは、ＧａＮの特性を示す。つまり、ハッチング領域は、ボロン（Ｂ）を含む窒化物半導体Ａｌ_xＢ_yＩｎ_zＧａ_1-x-y-zＮの取り得る特性である。例えば、ＢＮとＩｎＮを示す頂点をつなぐ直線は、Ｂ_xＩｎ_1-xＮの３元混晶において組成比ｘを０〜１まで変化させた特性を示す。

図３から、格子定数を一定にしたままで窒化物半導体の組成比を変化させることによって、発光波長を変化させられることがわかる。つまり、Ａｌ_xＢ_yＩｎ_zＧａ_1-x-y-zＮからなる量子井戸層３２のバリア層３２１と井戸層３２２の組成比を適切に選択することにより、バリア層３２１と井戸層３２２間の格子定数差を生じさせずに、量子井戸構造を実現できる。

例えば、図３に示すＧａＮのａ軸方向の格子定数３．１８９での光の発生を検討する。このとき、ＧａＮのバンドギャップは３．３９ｅＶであり、このバンドギャップに対応する出力光Ｌの波長は３６５ｎｍである。また、格子定数３．１８９におけるＢＮとＩｎＮを示す頂点をつなぐ直線での発光波長は５１５ｎｍである。井戸層３２２はバリア層３２１よりもバンドギャップを小さくする必要があるため、バリア層３２１をＧａＮにした場合には、図４に示した領域Ｄの範囲に井戸層３２２の組成を設定する。このため、波長３６５ｎｍ〜５１５ｎｍの出力光Ｌを活性層３０で発生することができる。このとき井戸層３２２とバリア層３２１の格子整合がなされており、活性層３０にＡｌ_xＢ_yＩｎ_zＧａ_1-x-y-zＮを採用することにより、クラックや欠陥等の発生を抑制できる。

次に、第１の反射膜２０及び第２の反射膜５０について説明する。既に述べたように、第１の反射膜２０及び第２の反射膜５０は、垂直共振器の反射鏡として機能する。また、第１の反射膜２０の反射率が第２の反射膜５０より大きく設定される。活性層３０で発生した光は、第１の反射膜２０と第２の反射膜５０間を往復しながら増幅される。そして、増幅された光の一部が、第２の反射膜５０を透過して、第２の反射膜５０の上面に形成された出力面５１から面発光レーザダイオード１の外部に出力光Ｌとして出力される。

図１に示した面発光レーザダイオード１は、第１の反射膜２０及び第２の反射膜５０が共に、屈折率の互いに異なる複数の窒化物半導体を交互に積層した構造の例である。ここで、第１の反射膜２０及び第２の反射膜５０それぞれが、Ａｌ_0.30ＧａＮ膜とＧａＮ膜を交互に複数積層された構造であるとする。図４に、Ａｌ_0.30ＧａＮ膜とＧａＮ膜を積層して第１の反射膜２０及び第２の反射膜５０を形成した場合における発光波長と反射率との関係を、積層ペア数毎に示す。例えば、図４に示した５ペアの反射率は、Ａｌ_0.30ＧａＮ膜とＧａＮ膜を交互に５層ずつ配置して構成した反射膜における反射率である。図４に示した反射率は、Ａｌ_0.30ＧａＮの屈折率を１．９２９、ＧａＮの屈折率を２．４０５として算出した値である。

第１の反射膜２０及び第２の反射膜５０に含まれる各層の膜厚は、発光波長λに応じて、λ／４ｎに設定される。ｎは各層の屈折率である。例えば、発光波長λが５００ｎｍの場合は、Ａｌ_0.30ＧａＮ層の膜厚が６４．８ｎｍ、ＧａＮ層の膜厚が５２．０ｎｍに設定される。

図４に示すように、光の波長が５００ｎｍの場合には、１５ペア以上で反射率９９％以上が得られる。図４ではＡｌ_0.30ＧａＮとＧａＮのペアの場合を例示したが、屈折率差の大きな窒化物半導体のペアを採用すれば、ペア数を減らすことができる。

既に述べたように、第１の反射膜２０の反射率は第２の反射膜５０より大きく設定される。例えば第１の反射膜２０の反射率をできるだけ１００％に近くし、第２の反射膜５０の反射率を９７％程度に設定する。第２の反射膜５０の反射率をこのように高く設定することにより、短い共振器長であっても活性層３０で発生した光の発振が可能になる。

第１の反射膜２０及び第２の反射膜５０をそれぞれ構成する複数の窒化物半導体は、互いに屈折率が異なる。例えば、ＧａＮとＡｌＧａＮを交互に積層して第１の反射膜２０及び第２の反射膜５０を形成する場合、ＧａＮとの屈折率の差を大きくするためにはＡｌＧａＮにおけるＡｌの組成比を高めることが有効である。しかし、Ａｌの組成比を高めるとＡｌＧａＮと基板１０との格子定数の差が大きくなり、クラックや欠陥等が発生する。特に、第１の反射膜２０及び第２の反射膜５０では、活性層３０に比べて各層の膜厚が厚いため、格子定数差に起因するクラックや欠陥等が発生しやすい。このため、Ａｌの組成比を適切に設定することが必要である。

バンドギャップの差が大きい窒化物半導体間では、通常、屈折率の差が大きい。このため、第１の反射膜２０及び第２の反射膜５０を構成する窒化物半導体として、図３を用いて説明したＡｌ_xＢ_yＩｎ_zＧａ_1-x-y-zＮを採用することにより、第１の反射膜２０及び第２の反射膜５０におけるクラックや欠陥等の発生を抑制できる。つまり、図３に示したように、格子定数を一致させたままバンドギャップの差が大きくなるように組成比を設定した複数のＡｌ_xＢ_yＩｎ_zＧａ_1-x-y-zＮを交互に積層して、第１の反射膜２０及び第２の反射膜５０を形成する。その結果、格子定数が同一で屈折率の差が大きい窒化物半導体が積層された第１の反射膜２０及び第２の反射膜５０を実現できる。第１の反射膜２０及び第２の反射膜５０を構成する窒化物半導体の格子定数と基板１０の格子定数とを一致させることにより、クラックや欠陥の発生を抑制できる。

電流狭窄層４０には、電流狭窄層４０の上下の層である第２の反射膜５０と上側バリア層３３のバンドギャップよりも電流狭窄層４０のバンドギャップが小さくなる材料が選択される。これは、後述する光電気化学エッチング法によって電流狭窄層４０のみを選択的にエッチングし、第２の反射膜５０と上側バリア層３３をエッチングしないためである。そのために、例えば、ＡｌＧａＮ膜とＧａＮ膜を積層して第２の反射膜５０を構成し、上側バリア層３３をＧａＮで構成する場合に、電流狭窄層４０にＩｎＧａＮ層を採用する。第２の反射膜５０を構成する複数の窒化物半導体層の少なくともいずれかより屈折率が小さくなるように、電流狭窄層４０の材料は選択される。

また、電流狭窄層４０が活性層３０で発生した光を吸収することを防ぐために、電流狭窄層４０のバンドギャップは、活性層３０のバンドギャップよりも大きく設定される。例えば、電流狭窄層４０にＩｎＧａＮ膜を採用し、量子井戸層３２をＩｎＧａＮとＧａＮを積層して構成する場合は、電流狭窄層４０のＩｎＧａＮにおけるＩｎの組成比を量子井戸層３２のＩｎＧａＮにおけるＩｎの組成比よりも小さくする。

なお、電流狭窄層４０に採用するＩｎＧａＮ層はノンドープであることが好ましい。或いは、電流狭窄層４０をｐ型ＩｎＧａＮ層にする場合は、ｐ型ドーパントとしてドープするＭｇの濃度を１×１０¹⁹ｃｍ^-3以下にする。これは、ＩｎＧａＮ層にＭｇを高濃度でドープすると、電流狭窄層４０が活性層３０で発生した光の吸収層になるためである。電流狭窄層４０をノンドープ或いは低濃度ドープのＩｎＧａＮ層にすることによって、電流狭窄層４０の透過性が向上する。

以上に説明したように、本発明の実施の形態に係る面発光レーザダイオード１においては、断面積が第２の反射膜５０及び活性層３０よりも小さい電流狭窄層４０が、第２の反射膜５０と活性層３０との間に配置される。その結果、電流密度が増大し、しきい値の低い面発光レーザダイオード１を提供できる。

次に、面発光レーザダイオード１の製造方法を説明する。以下に説明する製造方法では、周知の光電気化学エッチング法を用いて電流狭窄層４０をエッチングするため、先ず図５を参照して光電気化学エッチング法について説明する。

図５に示すように、光電気化学エッチング法ではエッチング対象の窒化物半導体層を含む基板１００を、エッチャント１０２を入れたエッチング容器１０１に浸す。そして、エッチャント１０２に浸けた電極１０３と基板１００に電流を流しながら、照射光１０４を基板１００に照射する。

このとき、照射光１０４のエネルギーが基板１００に含まれるエッチング対象の窒化物半導体層のバンドギャップよりも大きく、エッチング対象ではない窒化物半導体層のバンドギャップよりも小さくなるように、照射光１０４は選択される。つまり、照射光１０４がエッチング対象の窒化物半導体層にのみ吸収されるように、照射光１０４の波長が選択される。その結果、エッチング対象の窒化物半導体層においてのみキャリアが励起され、励起されたキャリアが電極１０３に運ばれる。電極１０３にイオン化傾向が強い物質を用いることによって、受け取ったキャリアにより電極１０３はイオン化し、エッチャント１０２中に溶け出す。また、キャリアを失ったエッチング対象の窒化物半導体層は化学反応により分解する。このようにして、エッチング対象の窒化物半導体層のみが選択的にエッチングされる。

エッチャント１０２としては、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）等のアルカリ、或いは塩酸（ＨＣｌ）等の酸を、水、グリコール等に溶かした溶液が使用される。電極１０３には、白金、金、銀、炭素等が採用可能である。

次に、図６〜図８を参照して、面発光レーザダイオード１の製造方法を説明する。なお、以下に述べる面発光レーザダイオード１の製造方法は一例であり、この変形例を含めて、これ以外の種々の製造方法により実現可能であることは勿論である。

（イ）ＭＯＣＶＤ法等を用いて、ＧａＮ基板である基板１０の主面１１上に、第１の反射膜２０、活性層３０、電流狭窄層４０、及び第２の反射膜５０をこの順にエピタキシャル成長させる。ここで、第１の反射膜２０及び第２の反射膜５０は、ＧａＮとＡｌＧａＮを交互に積層した構造である。活性層３０は、ＩｎＧａＮ層とＧａＮ層とを交互に複数周期繰り返し積層して構成された量子井戸層３２を、ＧａＮからなる下側バリア層３１と上側バリア層３３とで挟んだ構造である。電流狭窄層４０は、例えば膜厚３０ｎｍ〜４０ｎｍ程度のノンドープＩｎＧａＮからなる。

（ロ）第２の反射膜５０上に第２電極７０形成する。更に、基板１０の裏面に第１電極６０を形成して、図６に示す断面構造を得る。第１電極６０には、例えばアルミニウム（Ａｌ）膜や、Ａｌ−チタン（Ｔｉ）−金（Ａｕ）の積層体等が採用可能である。また、第２電極７０は、例えばパラジウム（Ｐｄ）−金（Ａｕ）の積層体等が採用可能である。

（ハ）フォトリソグラフィ技術によりパターニングしたフォトレジスト膜をマスクにしたドライエッチング等によって、図７に示すように活性層３０の上面が露出するまで電流狭窄層４０、及び第２の反射膜５０の外縁部を除去し、円柱状のメサ形状にする。

（ニ）先に説明した光電気化学エッチング法により、図８に示すように、電流狭窄層４０を側面から中心に向かってエッチングする。このとき、図５に示した照射光１０４の波長は、電流狭窄層４０を構成するＩｎＧａＮのバンドギャップに対応する波長よりも短く、第２の反射膜５０及び上側バリア層３３を構成するＧａＮやＡｌＧａＮのバンドギャップに対応する波長よりも長く設定する。このため、光電気化学エッチング法によって電流狭窄層４０のみが選択的にエッチングされ、第２の反射膜５０及び活性層３０の上側バリア層３３はエッチングされない。なお、基板１０はウェハ状態であるため、量子井戸層３２の側面は露出されておらず、光電気化学エッチング法による量子井戸層３２のエッチングは生じない。

（ホ）その後、リフトオフ法等を用いて第２電極７０の一部を除去して第２の反射膜５０の一部を露出させ、出力面５１を形成する。そして、基板１０を個々のデバイスに分割して、図１に示す面発光レーザダイオード１が形成される。

上記に示した製造方法によれば、第１の反射膜２０、活性層３０、電流狭窄層４０及び第２の反射膜５０を同一の成長炉で連続して形成できる。このため、プロセス時間を短縮できる。

以上に説明したように、本発明の実施の形態に係る面発光レーザダイオード１の製造方法によれば、断面積が第２の反射膜５０及び活性層３０よりも小さい電流狭窄層４０が、第２の反射膜５０と活性層３０との間に形成される。その結果、電流密度が増大し、しきい値の低い面発光レーザダイオード１を製造できる。

（第１の変形例）
図９に、本発明の実施の形態の第１の変形例に係る面発光レーザダイオード１Ａを示す。面発光レーザダイオード１Ａは、第１の反射膜２０が互いに屈折率の異なる複数の絶縁膜を交互に積層した構造である点が、図１に示した面発光レーザダイオード１と異なる。

基板１０には、例えばサファイア基板やＧａＮ基板等が採用可能である。基板１０上にコンタクト層８０が配置されている。第１の反射膜２０は、コンタクト層８０が配置された面に対向する基板１０の裏面に配置される。コンタクト層８０上に活性層３０と第１電極６０が離間して配置され、第１電極６０からコンタクト層８０を経由して第１導電型のキャリアが活性層３０に供給される。第１導電型がｎ型の場合、コンタクト層８０には、Ｓｉ等のｎ型ドーパントがドープされたｎ型ＧａＮ等が採用可能である。

図９に示した第１の反射膜２０は、例えば、膜厚がλ₂／（４ｎ₁）のＺｒＯ₂膜と、膜厚がλ₂／（４ｎ₂）のＳｉＯ₂膜とを交互に複数回繰り返し積層して形成される。ここで、λは発光波長、ｎ₁はＺｒＯ₂の屈折率、ｎ₂はＳｉＯ₂の屈折率である。面発光レーザダイオード１Ａにおいても、発光波長λに対応して、第１の反射膜２０の反射率が第２の反射膜５０より大きく設定される。例えばＺｒＯ₂膜とＳｉＯ₂膜のペア数を調整する等して、第２の反射膜５０の反射率を９７％程度、第１の反射膜２０の反射率を１００％若しくはそれに近い反射率にする。第１の反射膜２０は、例えばスパッタ法等により形成される。

活性層３０で発生した光は、コンタクト層８０、活性層３０、電流狭窄層４０を共振路として、第１の反射膜２０と第２の反射膜５０との間を往復しながら増幅される。そして、増幅された光の一部が、第２の反射膜５０を透過して、第２の反射膜５０の上面の出力面５１から面発光レーザダイオード１Ａの外部に出力される。つまり、図９に示した面発光レーザダイオード１Ａによれば、電流狭窄が可能な窒化物半導体からなる面発光レーザダイオードを絶縁物基板上に形成できる。また、互いに屈折率の異なる複数の絶縁膜を交互に積層して第１の反射膜２０を構成することにより、クラックや欠陥の発生を抑制できる。

（第２の変形例）
図１０に、本発明の実施の形態の第２の変形例に係る面発光レーザダイオード１Ｂを示す。面発光レーザダイオード１Ｂは、第２電極７０が第２の反射膜５０の上面全体を覆っている。更に、活性層３０と第１電極６０が基板１０の主面１１上に離間して配置され、基板１０の裏面に第１の反射膜２０が配置される点が、図１に示した面発光レーザダイオード１と異なる。基板１０にはＧａＮ基板等が採用可能であり、第１電極６０から基板１０を経由して第１導電型のキャリアが活性層３０に供給される。

第１の反射膜２０及び第２の反射膜５０には、例えばＡｌ_0.30ＧａＮ膜とＧａＮ膜を交互に複数回繰り返し積層した構造が採用可能である。また、第１の反射膜２０の反射率は第２の反射膜５０より低く設定される。例えば、第１の反射膜２０の反射率を９７％程度に設定し、第２の反射膜５０の反射率をできるだけ１００％に近くに設定する。その結果、活性層３０で発生し、第１の反射膜２０と第２の反射膜５０間を往復しながら増幅された光の一部が、第１の反射膜２０を透過して面発光レーザダイオード１Ｂの外部に出力される。

つまり、図１０に示した面発光レーザダイオード１Ｂによれば、電流狭窄が可能な窒化物半導体からなる面発光レーザダイオードの出力を基板１０の裏面側から取り出せる。なお、第１電極６０を酸化亜鉛（ＺｎＯ）やインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）等の透明電極として基板１０の裏面に配置してもよい。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。例えば、活性層３０が量子井戸構造でなく、ダブルヘテロ構造でもあってもよい。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明の実施の形態に係る面発光レーザダイオードの構成を示す模式図であり、図１（ａ）は活性層の主面と垂直方向に沿った断面図、図１（ｂ）は上面図である。 本発明の実施の形態に係る面発光レーザダイオードの活性層の構成例を示す模式図である。 本発明の実施の形態に係る面発光レーザダイオードに使用される窒化物半導体のバンドギャップ、格子定数、発光波長の関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態に係る面発光レーザダイオードの反射膜の反射率と発光波長の関係を示すグラフである。 光電気化学エッチング法を説明するための模式図である。 本発明の実施の形態に係る面発光レーザダイオードの製造方法を説明するための工程断面図である（その１）。 本発明の実施の形態に係る面発光レーザダイオードの製造方法を説明するための工程断面図である（その２）。 本発明の実施の形態に係る面発光レーザダイオードの製造方法を説明するための工程断面図である（その３）。 本発明の実施の形態の第１の変形例に係る面発光レーザダイオードの構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態の第２の変形例に係る面発光レーザダイオードの構成を示す模式図である。

符号の説明

１、１Ａ、１Ｂ…面発光レーザダイオード
１０…基板
１１…主面
２０…第１の反射膜
３０…活性層
３１…下側バリア層
３２…量子井戸層
３２１…バリア層
３２２…井戸層
３３…上側バリア層
４０…電流狭窄層
５０…第２の反射膜
５１…出力面
６０…第１電極
７０…第２電極
８０…コンタクト層
１００…基板
１０１…エッチング容器
１０２…エッチャント
１０３…電極
１０４…照射光

Claims (7)

1. 窒化物半導体からなる活性層と、
   前記活性層の主面と平行に配置された第１の反射膜と、
   前記活性層を挟んで前記第１の反射膜と対向して配置され、前記活性層の主面と平行な断面の面積が前記活性層より小さい窒化物半導体からなる電流狭窄層と、
   前記活性層及び前記電流狭窄層を挟んで前記第１の反射膜と対向して配置され、前記活性層の主面と平行な断面の面積が前記電流狭窄層より大きい第２の反射膜と
   を備えることを特徴とする面発光レーザダイオード。
2. 前記電流狭窄層のバンドギャップが、前記第２の反射層のバンドギャップより小さく、且つ前記活性層のバンドギャップより大きいことを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザダイオード。
3. 前記第２の反射膜が、互いに屈折率の異なる複数の窒化物半導体を交互に積層した構造であることを特徴とする請求項１又は２に記載の面発光レーザダイオード。
4. 前記複数の窒化物半導体それぞれがボロンを含む窒化物半導体であり、格子定数が前記第１及び第２の反射膜が形成される基板と同一であることを特徴とする請求項３に記載の面発光レーザダイオード。
5. 前記第１の反射膜が、互いに屈折率の異なる複数の窒化物半導体を交互に積層した構造、又は互いに屈折率の異なる複数の絶縁膜を交互に積層した構造であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の面発光レーザダイオード。
6. 第１の反射膜上に、窒化物半導体からなる活性層、電流狭窄層及び第２の反射膜を順次積層するステップと、
   前記活性層の上面が露出するまで前記第２の反射膜及び前記電流狭窄層の外縁部を除去するステップと、
   前記電流狭窄層の側面を選択的にエッチングするステップと
   を含むことを特徴とする面発光レーザダイオードの製造方法。
7. 前記電流狭窄層の側面を光電気化学エッチング法によってエッチングすることを特徴とする請求項６に記載の面発光レーザダイオードの製造方法。

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