JP2011238852A - Surface-emitting laser element and method of manufacturing the same - Google Patents

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達志 品川
Hirotatsu Ishii
宏辰 石井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface-emitting laser element having good emission characteristics and reliability, and to provide a method of manufacturing the same.SOLUTION: A surface-emitting laser element comprises a multilayer film reflector which is grown using a growth substrate composed of ZnO, and an active layer grown on the multilayer film reflector and composed of an AlGaInN based material. The multilayer film reflector has a structure where a low refractive index layer composed of ZnMgBeO (0≤x1≤1, 0≤y1≤1) and a high refractive index layer composed of ZnO and having a refractive index higher than that of the low refractive index layer are laminated alternately, and the amount of strain for a ZnO crystal or the active layer is ±3% or less.

Description

本発明は、面発光レーザ素子およびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a surface emitting laser element and a method for manufacturing the same.

従来、AlGaInN系材料であるGaInN系材料からなる活性層を用いた半導体レーザ素子が開示されている(特許文献1、非特許文献1参照)。特許文献1では、端面発光型の緑色半導体レーザ素子として、Inの組成比を大きくしたGaInN系材料からなる活性層を用いたものが開示されている。この緑色半導体レーザ素子では、GaInN系材料に対する結晶構造および格子定数の類似性から、ZnO基板が使用されている。   Conventionally, a semiconductor laser element using an active layer made of a GaInN-based material which is an AlGaInN-based material has been disclosed (see Patent Document 1 and Non-Patent Document 1). Patent Document 1 discloses an edge-emitting green semiconductor laser element using an active layer made of a GaInN-based material with a large In composition ratio. In this green semiconductor laser element, a ZnO substrate is used because of the similarity of the crystal structure and lattice constant to the GaInN-based material.

一方、ZnO基板上に、ZnO系混晶からなる発光層を有する紫外域での半導体発光素子において、ZnO基板と発光層との間にZnO系混晶からなる多層膜反射鏡であるDBR(Distributed Bragg Reflector)ミラーを配置したものが開示されている(特許文献2参照)。   On the other hand, in a semiconductor light emitting device in the ultraviolet region having a light emitting layer made of ZnO-based mixed crystal on a ZnO substrate, a DBR (Distributed) which is a multilayer film reflecting mirror made of ZnO-based mixed crystal between the ZnO substrate and the light emitting layer. A Bragg reflector is disclosed (see Patent Document 2).

特開2008−66550号公報JP 2008-66550 A 特開2008−78460号公報JP 2008-78460 A

Y.Higuchi et al. “Room Temperature CW Lasing of a GaN-Based Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser by Current Injection”, Applied Physics Express1(2008)121102Y. Higuchi et al. “Room Temperature CW Lasing of a GaN-Based Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser by Current Injection”, Applied Physics Express1 (2008) 121102

AlGaInN系材料からなる活性層は、大きな格子歪み(以下、歪みと記載する)が存在するとその発光特性および信頼性が低下するという問題がある。特に、面発光レーザ素子のように、多層膜反射鏡上に活性層が形成されている場合、多層膜反射鏡が活性層に歪を与えてその発光特性および信頼性を低下させるおそれがあるという問題がある。   An active layer made of an AlGaInN-based material has a problem that its emission characteristics and reliability are lowered when a large lattice strain (hereinafter referred to as strain) is present. In particular, when an active layer is formed on a multilayer reflector like a surface emitting laser element, the multilayer reflector may distort the active layer and reduce its emission characteristics and reliability. There's a problem.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、良好な発光特性および信頼性を有する面発光レーザ素子およびその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a surface emitting laser element having good emission characteristics and reliability and a method for manufacturing the same.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る面発光レーザ素子は、ZnOからなる成長基板を用いて成長した多層膜反射鏡と、前記多層膜反射鏡上に成長したAlGaInN系材料からなる活性層と、を備え、前記多層膜反射鏡は、Zn1−x1−y1Mgx1Bey1O(0≦x1≦1、0≦y1≦1)からなる低屈折率層と前記低屈折率層よりも屈折率が高いZnOからなる高屈折率層とが交互に積層した構造からなるとともに、ZnO結晶または前記活性層に対する歪み量が±3%以下であることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a surface emitting laser device according to the present invention includes a multilayer reflector that is grown using a growth substrate made of ZnO, and an AlGaInN grown on the multilayer reflector. An active layer made of a system material, and the multilayer reflector includes a low refractive index layer made of Zn 1-x1-y1 Mg x1 Be y1 O (0 ≦ x1 ≦ 1, 0 ≦ y1 ≦ 1) and It has a structure in which high refractive index layers made of ZnO having a higher refractive index than that of the low refractive index layer are alternately stacked, and has a strain amount of ± 3% or less with respect to the ZnO crystal or the active layer.

また、本発明に係る面発光レーザ素子は、ZnOからなる成長基板を用いて成長した多層膜反射鏡と、前記多層膜反射鏡上に成長したAlGaInN系材料からなる活性層と、を備え、前記多層膜反射鏡は、Zn1−x1−y1Mgx1Bey1O(0≦x1≦1、0≦y1≦1)からなる低屈折率層と前記低屈折率層よりも屈折率が高いZn1−z2Cdz2O(0≦z2≦1)からなる高屈折率層とが交互に積層した構造からなるとともに、ZnO結晶または前記活性層に対する歪み量が±3%以下であることを特徴とする。 The surface-emitting laser device according to the present invention includes a multilayer film reflecting mirror grown using a growth substrate made of ZnO, and an active layer made of an AlGaInN-based material grown on the multilayer film reflecting mirror, The multilayer mirror includes a low refractive index layer made of Zn 1-x1-y1 Mg x1 Be y1 O (0 ≦ x1 ≦ 1, 0 ≦ y1 ≦ 1) and Zn 1 having a higher refractive index than the low refractive index layer. -Z2 Cd z2 O (0 ≦ z2 ≦ 1) and a structure in which high refractive index layers are alternately stacked, and a strain amount of ZnO crystal or the active layer is ± 3% or less. .

また、本発明に係る面発光レーザ素子は、ZnOからなる成長基板を用いて成長した多層膜反射鏡と、前記多層膜反射鏡上に成長したAlGaInN系材料からなる活性層と、を備え、前記多層膜反射鏡は、Zn1−x1Mgx1O(0.3≦x1≦0.9)からなる低屈折率層と前記低屈折率層よりも屈折率が高いZnOからなる高屈折率層とが交互に積層した構造からなるとともに、ZnO結晶または前記活性層に対する歪み量が±3%以下であることを特徴とする。 The surface-emitting laser device according to the present invention includes a multilayer film reflecting mirror grown using a growth substrate made of ZnO, and an active layer made of an AlGaInN-based material grown on the multilayer film reflecting mirror, The multilayer mirror includes a low refractive index layer made of Zn 1-x1 Mg x1 O (0.3 ≦ x1 ≦ 0.9) and a high refractive index layer made of ZnO having a higher refractive index than the low refractive index layer. And a strain amount of the ZnO crystal or the active layer is ± 3% or less.

また、本発明に係る面発光レーザ素子は、上記発明において、前記多層膜反射鏡の前記低屈折率層がMgx1Bey1O(0.62≦x1≦0.89、x1+y1=1)であることを特徴とする。 In the surface emitting laser element according to the present invention as set forth in the invention described above, the low refractive index layer of the multilayer reflector is Mg x1 Be y1 O (0.62 ≦ x1 ≦ 0.89, x1 + y1 = 1). It is characterized by that.

また、本発明に係る面発光レーザ素子は、上記発明において、前記多層膜反射鏡の前記低屈折率層がZn1−y1Bey1O(0.11≦y2≦0.17)であることを特徴とする。 In the surface emitting laser element according to the present invention, the low refractive index layer of the multilayer reflector is Zn 1-y1 Be y1 O (0.11 ≦ y2 ≦ 0.17). Features.

また、本発明に係る面発光レーザ素子は、上記発明において、前記多層膜反射鏡の歪み量が±2%以下であることを特徴とする。   The surface emitting laser element according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the amount of distortion of the multilayer mirror is ± 2% or less.

また、本発明に係る面発光レーザ素子は、上記発明において、前記多層膜反射鏡の歪み量が±1%以下であることを特徴とする。   The surface emitting laser element according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the amount of distortion of the multilayer reflector is ± 1% or less.

また、本発明に係る面発光レーザ素子は、上記発明において、前記多層膜反射鏡は、ZnO結晶または前記活性層と格子整合していることを特徴とする。   The surface emitting laser element according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the multilayer reflector is lattice-matched with a ZnO crystal or the active layer.

また、本発明に係る面発光レーザ素子は、上記発明において、前記多層膜反射鏡の低屈折率層と高屈折率層とが、ZnO結晶または前記活性層に対して、互いに符合が異なり絶対値が等しい歪み量を有することを特徴とする。   Further, the surface emitting laser element according to the present invention is the above-described invention, wherein the low refractive index layer and the high refractive index layer of the multilayer reflector have different signs and absolute values with respect to the ZnO crystal or the active layer. Have the same amount of distortion.

また、本発明に係る面発光レーザ素子は、上記発明において、前記多層膜反射鏡の前記低屈折率層がMgx1Bey1O(0.62≦x1≦0.73、x1+y1=1)であり、前記高屈折率層がZn1−z2Cdz2O(0.75≦1−z2≦0.94)であることを特徴とする。 In the surface emitting laser element according to the present invention, the low refractive index layer of the multilayer reflector is Mg x1 Be y1 O (0.62 ≦ x1 ≦ 0.73, x1 + y1 = 1). The high refractive index layer is Zn 1-z 2 Cd z 2 O (0.75 ≦ 1-z2 ≦ 0.94).

また、本発明に係る面発光レーザ素子は、上記発明において、前記多層膜反射鏡の前記低屈折率層がMgx1Bey1O(0.70≦x1≦0.82、x1+y1=1)であり、前記高屈折率層がZn1−z2Cdz2O(0.57≦1−z2≦0.78)であることを特徴とする。 In the surface emitting laser element according to the present invention, the low refractive index layer of the multilayer reflector is Mg x1 Be y1 O (0.70 ≦ x1 ≦ 0.82, x1 + y1 = 1). The high refractive index layer is Zn 1 -z 2 Cd z 2 O (0.57 ≦ 1-z2 ≦ 0.78).

また、本発明に係る面発光レーザ素子の製造方法は、ZnOからなる基板上に多層膜反射鏡を成長する多層膜反射鏡成長工程と前記多層膜反射鏡上にAlGaInN系材料からなる活性層を成長する活性層成長工程と、を含み、前記多層膜反射鏡成長工程において、Zn1−x1−y1Mgx1Bey1O(0≦x1≦1、0≦y1≦1)からなる低屈折率層と前記低屈折率層よりも屈折率が高いZnOからなる高屈折率層とを、ZnO結晶または前記活性層に対する歪み量が±3%以下になるように前記各屈折率層の組成を調整して、交互に積層することを特徴とする。 The method of manufacturing the surface emitting laser device according to the present invention includes a multilayer reflector growth process for growing a multilayer reflector on a ZnO substrate and an active layer made of an AlGaInN-based material on the multilayer reflector. A low refractive index layer made of Zn 1-x1-y1 Mg x1 Be y1 O (0 ≦ x1 ≦ 1, 0 ≦ y1 ≦ 1) in the multilayer reflector growth step. And the high refractive index layer made of ZnO having a refractive index higher than that of the low refractive index layer, the composition of each refractive index layer is adjusted so that the amount of strain with respect to the ZnO crystal or the active layer is ± 3% or less. And alternately laminating.

また、本発明に係る面発光レーザ素子の製造方法は、ZnOからなる基板上に多層膜反射鏡を成長する多層膜反射鏡成長工程と前記多層膜反射鏡上にAlGaInN系材料からなる活性層を成長する活性層成長工程と、を含み、前記多層膜反射鏡成長工程において、Zn1−x1−y1Mgx1Bey1O(0≦x1≦1、0≦y1≦1)からなる低屈折率層と前記低屈折率層よりも屈折率が高いZn1−z2Cdz2O(0≦z2≦1)からなる高屈折率層とを、ZnO結晶または前記活性層に対する歪み量が±3%以下になるように前記各屈折率層の組成を調整して、交互に積層することを特徴とする。 The method of manufacturing the surface emitting laser device according to the present invention includes a multilayer reflector growth process for growing a multilayer reflector on a ZnO substrate and an active layer made of an AlGaInN-based material on the multilayer reflector. A low refractive index layer made of Zn 1-x1-y1 Mg x1 Be y1 O (0 ≦ x1 ≦ 1, 0 ≦ y1 ≦ 1) in the multilayer reflector growth step. And a high refractive index layer made of Zn 1-z2 Cd z2 O (0 ≦ z2 ≦ 1) having a refractive index higher than that of the low refractive index layer, the strain amount with respect to the ZnO crystal or the active layer is ± 3% or less. The composition of each refractive index layer is adjusted so as to be stacked alternately.

また、本発明に係る面発光レーザ素子の製造方法は、ZnOからなる基板上に多層膜反射鏡を成長する多層膜反射鏡成長工程と前記多層膜反射鏡上にAlGaInN系材料からなる活性層を成長する活性層成長工程と、を含み、前記多層膜反射鏡成長工程において、Zn1−x1Mgx1O(0.3≦x1≦0.9)からなる低屈折率層と前記低屈折率層よりも屈折率が高いZnOからなる高屈折率層とを、ZnO結晶または前記活性層に対する歪み量が±3%以下になるように前記各屈折率層の組成を調整して、交互に積層することを特徴とする。 The method of manufacturing the surface emitting laser device according to the present invention includes a multilayer reflector growth process for growing a multilayer reflector on a ZnO substrate and an active layer made of an AlGaInN-based material on the multilayer reflector. A low-refractive index layer made of Zn 1-x1 Mg x1 O (0.3 ≦ x1 ≦ 0.9) and the low-refractive index layer in the multilayer reflector growth step The high refractive index layers made of ZnO having a higher refractive index are alternately stacked by adjusting the composition of each refractive index layer so that the strain amount with respect to the ZnO crystal or the active layer is ± 3% or less. It is characterized by that.

本発明によれば、活性層の歪みが抑制されるので、良好な発光特性および信頼性を有する面発光レーザ素子を実現できるという効果を奏する。   According to the present invention, since the distortion of the active layer is suppressed, there is an effect that a surface emitting laser element having good light emission characteristics and reliability can be realized.

図1は、実施の形態1に係る面発光レーザ素子の模式的な断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the surface emitting laser element according to the first embodiment. 図2は、ZnMgBeCdO系材料の結晶格子のa軸方向の格子定数(a)とバンドギャップエネルギーとの関係を示す図である。FIG. 2 is a graph showing the relationship between the lattice constant (a) in the a-axis direction of the crystal lattice of the ZnMgBeCdO-based material and the band gap energy. 図3は、ZnMgBeCdO系材料の格子定数(a)と屈折率との関係を示す図である。ここで、屈折率は、製造方法の違いに伴うキャリア濃度や不純物濃度などの結晶品質の違いや発光波長の違い(屈折率の波長分散)により変化する。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the lattice constant (a) and the refractive index of a ZnMgBeCdO-based material. Here, the refractive index changes due to a difference in crystal quality such as a carrier concentration and an impurity concentration accompanying a difference in manufacturing method and a difference in emission wavelength (wavelength dispersion of refractive index). 図4は、低屈折率層をMgx1Bey1Oとし、高屈折率層をZnOとして、低屈折率層のMg組成を変化させた場合の、高屈折率層と低屈折率層との屈折率差と、下部DBRミラーの反射率との関係を示す図である。FIG. 4 shows the refraction of the high refractive index layer and the low refractive index layer when the low refractive index layer is Mg x1 Be y1 O, the high refractive index layer is ZnO, and the Mg composition of the low refractive index layer is changed. It is a figure which shows the relationship between a rate difference and the reflectance of a lower DBR mirror. 図5は、低屈折率層をMgx1Bey1Oとし、高屈折率層をZnOとして、低屈折率層のMg組成を変化させた場合の、ZnOに対する下部DBRミラーの平均の歪み量と、低屈折率層の屈折率、厚さ、およびMg組成と、高屈折率層と低屈折率層との屈折率差と、下部DBRミラーの反射率との関係を示す図である。FIG. 5 shows the average distortion amount of the lower DBR mirror with respect to ZnO when the low refractive index layer is Mg x1 Be y1 O, the high refractive index layer is ZnO, and the Mg composition of the low refractive index layer is changed. It is a figure which shows the relationship between the refractive index of a low refractive index layer, thickness, and Mg composition, the refractive index difference of a high refractive index layer and a low refractive index layer, and the reflectance of a lower DBR mirror. 図6は、低屈折率層をMgx1Bey1Oとし、高屈折率層をZn1−z2Cdz2Oとして、低屈折率層のMg組成および高屈折率層のZn組成を変化させた場合の、高屈折率層と低屈折率層との屈折率差と、下部DBRミラーの反射率との関係を示す図である。FIG. 6 shows a case where the low refractive index layer is Mg x1 Be y1 O, the high refractive index layer is Zn 1-z2 Cd z2 O, and the Mg composition of the low refractive index layer and the Zn composition of the high refractive index layer are changed. It is a figure which shows the relationship between the refractive index difference of a high refractive index layer and a low refractive index layer, and the reflectance of a lower DBR mirror. 図7は、低屈折率層をMgx1Bey1Oとし、高屈折率層をZn1−z2Cdz2Oとして、低屈折率層のMg組成および高屈折率層のZn組成を変化させた場合の、ZnOに対する低屈折率層および高屈折率層の歪み量の絶対値と、高屈折率層のZn組成、屈折率、および厚さと、低屈折率層のMg組成、屈折率、および厚さと、高屈折率層と低屈折率層との屈折率差と、下部DBRミラーの反射率との関係を示す図である。FIG. 7 shows a case where the low refractive index layer is Mg x1 Be y1 O, the high refractive index layer is Zn 1-z2 Cd z2 O, and the Mg composition of the low refractive index layer and the Zn composition of the high refractive index layer are changed. The absolute value of the distortion amount of the low refractive index layer and the high refractive index layer with respect to ZnO, the Zn composition, refractive index, and thickness of the high refractive index layer, and the Mg composition, refractive index, and thickness of the low refractive index layer FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a refractive index difference between a high refractive index layer and a low refractive index layer and a reflectance of a lower DBR mirror. 図8は、低屈折率層をZn1−y1Bey1Oとし、高屈折率層をZnOとして、低屈折率層のBe組成を変化させた場合の、低屈折率層のBe組成と、屈折率と、高屈折率層と低屈折率層との屈折率差と、低屈折率層の厚さと、ZnOに対する下部DBRミラーの平均の歪み量と、下部DBRミラーのペア数を45ペアとした場合の反射率との関係を示す図である。FIG. 8 shows the Be composition of the low refractive index layer and the refractive index when the low refractive index layer is Zn 1-y1 Be y1 O, the high refractive index layer is ZnO, and the Be composition of the low refractive index layer is changed. 45, the refractive index difference between the high refractive index layer and the low refractive index layer, the thickness of the low refractive index layer, the average distortion amount of the lower DBR mirror with respect to ZnO, and the number of pairs of the lower DBR mirrors It is a figure which shows the relationship with the reflectance in a case. 図9は、低屈折率層をZn1−x1Mgx1Oとし、高屈折率層をZnOとして、低屈折率層のMg組成を変化させた場合の、低屈折率層のMg組成と、屈折率と、高屈折率層と低屈折率層との屈折率差と、低屈折率層の厚さと、ZnOに対する下部DBRミラーの平均の歪み量と、下部DBRミラーのペア数を45ペアとした場合の反射率との関係を示す図である。FIG. 9 shows the Mg composition of the low refractive index layer and the refractive index when the low refractive index layer is Zn 1-x1 Mg x1 O, the high refractive index layer is ZnO, and the Mg composition of the low refractive index layer is changed. 45, the refractive index difference between the high refractive index layer and the low refractive index layer, the thickness of the low refractive index layer, the average distortion amount of the lower DBR mirror with respect to ZnO, and the number of pairs of the lower DBR mirrors It is a figure which shows the relationship with the reflectance in a case. 図10は、低屈折率層をZnOとし、高屈折率層をZn1−z1Cdz1Oとして、高屈折率層のCd組成を変化させた場合の、高屈折率層のCd組成と、屈折率と、高屈折率層と低屈折率層との屈折率差と、高屈折率層の厚さと、ZnOに対する下部DBRミラーの平均の歪み量と、下部DBRミラーのペア数を45ペアとした場合の反射率との関係を示す図である。FIG. 10 shows the Cd composition of the high refractive index layer and the refractive index when the low refractive index layer is ZnO and the high refractive index layer is Zn 1-z1 Cd z1 O, and the Cd composition of the high refractive index layer is changed. 45, the refractive index difference between the high refractive index layer and the low refractive index layer, the thickness of the high refractive index layer, the average strain of the lower DBR mirror with respect to ZnO, and the number of pairs of the lower DBR mirrors It is a figure which shows the relationship with the reflectance in a case. 図11は、低屈折率層をZn0.64Mg0.36Oとし、高屈折率層をZnOとし、ペア数を45ペアとした下部DBRミラーにおいて、各高屈折率層および各低屈折率層の個々の厚さの、面内における設計値とのズレ量が、0%、1%、2%、5%の場合の反射スペクトルを示す図である。FIG. 11 shows each of the high refractive index layers and the low refractive indexes in a lower DBR mirror in which the low refractive index layer is Zn 0.64 Mg 0.36 O, the high refractive index layer is ZnO, and the number of pairs is 45 pairs. It is a figure which shows the reflection spectrum in case the deviation | shift amount with the design value in the surface of each thickness of a layer is 0%, 1%, 2%, 5%. 図12は、図11に示した反射スペクトルにおいて、ズレ量と波長530nmにおける反射率との関係を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the amount of deviation and the reflectance at a wavelength of 530 nm in the reflection spectrum shown in FIG. 図13は、低屈折率層をMg0.76Be0.24Oとし、高屈折率層をZnOとし、ペア数を15ペアとした下部DBRミラーにおいて、各高屈折率層および各低屈折率層の個々の厚さの、面内における設計値とのズレ量が、0%、1%、5%、10%、15%の場合の反射スペクトルを示す図である。FIG. 13 shows each of the high refractive index layers and the low refractive indexes in the lower DBR mirror in which the low refractive index layer is Mg 0.76 Be 0.24 O, the high refractive index layer is ZnO, and the number of pairs is 15 pairs. It is a figure which shows the reflection spectrum in case the deviation | shift amount with the design value in the surface of each thickness of a layer is 0%, 1%, 5%, 10%, 15%. 図14は、図13に示した反射スペクトルにおいて、ズレ量と波長530nmにおける反射率との関係を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing the relationship between the amount of deviation and the reflectance at a wavelength of 530 nm in the reflection spectrum shown in FIG. 図15は、実施の形態2に係る面発光レーザ素子における下部DBRミラーの低屈折率層をMgx1Bey1Oとし、高屈折率層をZn1−z2Cdz2Oとして、低屈折率層のMg組成および高屈折率層のZn組成を変化させた場合の、高屈折率層と低屈折率層との屈折率差と、下部DBRミラーの反射率との関係を示す図である。FIG. 15 shows the low refractive index layer of the surface emitting laser element according to the second embodiment, in which the low refractive index layer of the lower DBR mirror is Mg x1 Be y1 O and the high refractive index layer is Zn 1 -z2 Cd z2 O. It is a figure which shows the relationship between the refractive index difference of a high refractive index layer and a low refractive index layer, and the reflectance of a lower DBR mirror at the time of changing Mg composition and Zn composition of a high refractive index layer. 図16は、低屈折率層をMgx1Bey1Oとし、高屈折率層をZn1−z2Cdz2Oとして、低屈折率層のMg組成および高屈折率層のZn組成を変化させた場合の、活性層に対する低屈折率層および高屈折率層の歪み量の絶対値と、高屈折率層のZn組成、屈折率、および厚さと、低屈折率層のMg組成、屈折率、および厚さと、高屈折率層と低屈折率層との屈折率差と、下部DBRミラーの反射率との関係を示す図である。FIG. 16 shows a case where the low refractive index layer is Mg x1 Be y1 O, the high refractive index layer is Zn 1-z2 Cd z2 O, and the Mg composition of the low refractive index layer and the Zn composition of the high refractive index layer are changed. The absolute value of the distortion amount of the low refractive index layer and the high refractive index layer with respect to the active layer, the Zn composition, refractive index, and thickness of the high refractive index layer, and the Mg composition, refractive index, and thickness of the low refractive index layer FIG. 6 is a diagram illustrating a relationship between a refractive index difference between a high refractive index layer and a low refractive index layer and a reflectance of a lower DBR mirror.

以下に、図面を参照して本発明に係る面発光レーザ素子およびその製造方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。   Embodiments of a surface emitting laser element and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

(実施の形態1)
はじめに、本発明の実施の形態1に係る面発光レーザ素子について説明する。本実施の形態1では、レーザ発振波長が530nmの場合について例示する。
(Embodiment 1)
First, the surface emitting laser element according to the first embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment, a case where the laser oscillation wavelength is 530 nm is illustrated.

図1は、本実施の形態1に係る面発光レーザ素子100の模式的な断面図である。図1に示すように、この面発光レーザ素子100は、支持基板としての基板1上に積層された下部多層膜反射鏡として機能する下部DBRミラー2、n型導電型の下部コンタクト層3、n側電極となる下部電極4、n型導電型の下部クラッド層5、活性層6、p型導電型の上部クラッド層7、p型導電型の上部コンタクト層8、電流狭窄層9、透明導電膜10、p側電極となる上部電極11、および上部多層膜反射鏡として機能する上部DBRミラー12を備える。このうち、下部クラッド層5から上部コンタクト層8までの積層構造は、エッチング処理等によって柱状に成形されたメサポストMとして形成されている。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a surface emitting laser element 100 according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the surface-emitting laser element 100 includes a lower DBR mirror 2 that functions as a lower multilayer reflector that is laminated on a substrate 1 as a support substrate, an n-type conductivity type lower contact layer 3, n Lower electrode 4 serving as a side electrode, n-type conductivity type lower cladding layer 5, active layer 6, p-type conductivity type upper cladding layer 7, p-type conductivity type upper contact layer 8, current constriction layer 9, transparent conductive film 10, an upper electrode 11 serving as a p-side electrode, and an upper DBR mirror 12 functioning as an upper multilayer reflector. Among these, the laminated structure from the lower cladding layer 5 to the upper contact layer 8 is formed as a mesa post M formed into a columnar shape by an etching process or the like.

また、下部DBRミラー2、下部コンタクト層3、下部クラッド層5、活性層6、上部クラッド層7、上部コンタクト層8は基板1を成長基板としてエピタキシャル成長したものである。また、下部DBRミラー2と上部DBRミラー12とは、活性層6を挟んで光共振器を構成している。   The lower DBR mirror 2, the lower contact layer 3, the lower cladding layer 5, the active layer 6, the upper cladding layer 7 and the upper contact layer 8 are epitaxially grown using the substrate 1 as a growth substrate. The lower DBR mirror 2 and the upper DBR mirror 12 constitute an optical resonator with the active layer 6 interposed therebetween.

以下、各構成要素について具体的に説明する。まず、基板1は、ウルツ鉱型結晶構造を有するZnOからなり、結晶格子のc面を主表面とする。なお、基板1の主表面は、特に酸素極性面である−c(000_1)面が好ましい。また、基板1の主表面は、m面である(1_100)面またはa面である(11_20)面およびこれらに等価な面方位、あるいは、半極性面である(10_1_1)面または(11_22)面およびこれらに等価な面方位でもよい。   Hereinafter, each component will be specifically described. First, the substrate 1 is made of ZnO having a wurtzite crystal structure, and the c-plane of the crystal lattice is the main surface. The main surface of the substrate 1 is particularly preferably a −c (000_1) plane which is an oxygen polar plane. In addition, the main surface of the substrate 1 is the (1_100) plane that is the m plane or the (11_20) plane that is the a plane and the plane orientation equivalent to these, or the (10_1_1) plane or the (11_22) plane that is a semipolar plane. And the plane orientation equivalent to these may be sufficient.

下部DBRミラー2は、基板1の主表面上に積層している。下部DBRミラー2は、ZnMgBeCdO系材料であるMg0.76Be0.24Oからなる低屈折率層2aとZnOからなる高屈折率層2bとが、交互に積層した構造を有している。隣接する低屈折率層2aと高屈折率層2bとの組み合わせを1ペアとすると、ペア数はたとえば15ペアである。低屈折率層2aおよび高屈折率層2bの厚さはいずれもλ/4n(λ:レーザ発振波長、n:屈折率)であり、下部DBRミラー2の反射中心波長がレーザ発振波長と一致するように設定されている。レーザ発振波長を530nmとすると、低屈折率層2aの厚さは約85nmであり、高屈折率層2bの厚さは約63nmである。 Lower DBR mirror 2 is stacked on the main surface of substrate 1. The lower DBR mirror 2 has a structure in which low refractive index layers 2a made of Mg 0.76 Be 0.24 O, which is a ZnMgBeCdO-based material, and high refractive index layers 2b made of ZnO are alternately stacked. If the combination of the adjacent low refractive index layer 2a and high refractive index layer 2b is one pair, the number of pairs is, for example, 15 pairs. The thicknesses of the low refractive index layer 2a and the high refractive index layer 2b are both λ / 4n (λ: laser oscillation wavelength, n: refractive index), and the reflection center wavelength of the lower DBR mirror 2 matches the laser oscillation wavelength. Is set to When the laser oscillation wavelength is 530 nm, the thickness of the low refractive index layer 2a is about 85 nm, and the thickness of the high refractive index layer 2b is about 63 nm.

波長530nmにおいて、低屈折率層2aの屈折率は1.56であり、高屈折率層2bの屈折率は2.1である。その結果、この低屈折率層2aと高屈折率層2bとを15ペア積層した場合、下部DBRミラー2は、99.98%という高い反射率を実現できる。   At a wavelength of 530 nm, the refractive index of the low refractive index layer 2a is 1.56, and the refractive index of the high refractive index layer 2b is 2.1. As a result, when 15 pairs of the low refractive index layer 2a and the high refractive index layer 2b are stacked, the lower DBR mirror 2 can realize a high reflectance of 99.98%.

また、下部DBRミラー2の構成材料であるMg0.76Be0.24OおよびZnOの格子定数は、いずれも3.24オングストローム(Å、1Åは0.1nm)であるから、下部DBRミラー2の平均的な格子定数も3.24Åとなり、基板1を構成するZnOの格子定数と一致する。その結果、下部DBRミラー2と基板1とは格子整合したものとなる。 Further, since the lattice constants of Mg 0.76 Be 0.24 O and ZnO which are constituent materials of the lower DBR mirror 2 are all 3.24 angstroms (Å, 1Å is 0.1 nm), the lower DBR mirror 2 The average lattice constant of is also 3.24Å, which matches the lattice constant of ZnO constituting the substrate 1. As a result, the lower DBR mirror 2 and the substrate 1 are lattice-matched.

下部コンタクト層3および下部クラッド層5は、下部DBRミラー2上に順次積層しており、いずれもn型ドーパントであるSiを用いたAlGaInN系材料であるGaInNからなる。下部コンタクト層3および下部クラッド層5におけるIn組成は10%以下に設定されている。   The lower contact layer 3 and the lower cladding layer 5 are sequentially stacked on the lower DBR mirror 2 and both are made of GaInN which is an AlGaInN-based material using Si as an n-type dopant. The In composition in the lower contact layer 3 and the lower cladding layer 5 is set to 10% or less.

下部電極4は、たとえばTi/Al構造やTi/Pt/Au構造を有し、下部コンタクト層3のメサポストMの外周側に延設した部分に、上方から見てリング状に形成されている。   The lower electrode 4 has, for example, a Ti / Al structure or a Ti / Pt / Au structure, and is formed in a ring shape when viewed from above in a portion extending to the outer peripheral side of the mesa post M of the lower contact layer 3.

活性層6は、下部クラッド層5上に積層しており、高In組成のGaInNからなる井戸層と低In組成のGaInNからなるバリア層とが交互に積層された量子井戸構造を有する。井戸層およびバリア層の厚さとIn組成とは、レーザ発振波長に合わせて適宜設定される。たとえば、レーザ発振波長を530nmとする場合は、各層の厚さとIn組成とは、井戸層が4nm、0.35、バリア層が10nm、0.1のように設定する。   The active layer 6 is laminated on the lower cladding layer 5 and has a quantum well structure in which well layers made of GaInN having a high In composition and barrier layers made of GaInN having a low In composition are alternately laminated. The thickness of the well layer and the barrier layer and the In composition are appropriately set according to the laser oscillation wavelength. For example, when the laser oscillation wavelength is 530 nm, the thickness and In composition of each layer are set such that the well layer is 4 nm, 0.35, the barrier layer is 10 nm, and 0.1.

上部クラッド層7および上部コンタクト層8は、活性層6上に順次積層しており、いずれもp型ドーパントであるMgを用いたGaInNからなる。上部クラッド層7および上部コンタクト層8におけるIn組成は10%以下であり、ZnOからなる基板1に対する臨界膜厚である50nm以下の厚さに設定されている。   The upper cladding layer 7 and the upper contact layer 8 are sequentially stacked on the active layer 6, and both are made of GaInN using Mg as a p-type dopant. The In composition in the upper cladding layer 7 and the upper contact layer 8 is 10% or less, and is set to a thickness of 50 nm or less, which is a critical film thickness for the substrate 1 made of ZnO.

電流狭窄層9は、上部コンタクト層8上に積層しており、電流注入部としての開口部9aを有するリング状に形成されている。この電流狭窄層9は、絶縁性を有しており、上部電極11から注入される電流を狭窄して開口部9a内に集中させることで、活性層6に注入される電流の電流密度を高めている。電流狭窄層9は、SiやSiOなどの絶縁性材料からなるものである。なお、電流狭窄層9としては、GaInNからなる層にイオン注入によりプロトン(H)などを注入することによって、高電気抵抗を付与したものを用いてもよい。 The current confinement layer 9 is laminated on the upper contact layer 8, and is formed in a ring shape having an opening 9a as a current injection portion. The current confinement layer 9 has an insulating property, and the current injected from the upper electrode 11 is constricted and concentrated in the opening 9a, thereby increasing the current density of the current injected into the active layer 6. ing. The current confinement layer 9 is made of an insulating material such as Si 3 N 4 or SiO 2 . The current confinement layer 9 may be a layer made of GaInN that has been given high electrical resistance by implanting protons (H + ) or the like by ion implantation.

透明導電膜10は、電流狭窄層9上、および開口部9a内に露出した上部コンタクト層8を覆うように形成されている。この透明導電膜10は、ITO(Indium Tin Oxide:インジウム錫酸化物)、酸化アンチモンもしくはフッ素をドープした酸化スズ、またはAlやGaをドープしたZnOからなる。この透明導電膜10は、活性層6が発光する光を透過するとともに、上部電極11から注入される電流を横方向(面内方向)に広げて電流狭窄層9の開口部9aから上部コンタクト層8へと注入させる機能を有する。   The transparent conductive film 10 is formed so as to cover the current confinement layer 9 and the upper contact layer 8 exposed in the opening 9a. The transparent conductive film 10 is made of ITO (Indium Tin Oxide), antimony oxide or tin oxide doped with fluorine, or ZnO doped with Al or Ga. The transparent conductive film 10 transmits light emitted from the active layer 6 and spreads the current injected from the upper electrode 11 in the lateral direction (in-plane direction) from the opening 9a of the current confinement layer 9 to the upper contact layer. 8 has a function of injecting into 8.

また、上部電極11は、たとえばNi/Au構造やNi/Pd/Pt構造を有し、透明導電膜10を介して上部コンタクト層8上にリング状に形成されている。   The upper electrode 11 has, for example, a Ni / Au structure or a Ni / Pd / Pt structure, and is formed in a ring shape on the upper contact layer 8 via the transparent conductive film 10.

また、上部DBRミラー12は、透明導電膜10を介して上部コンタクト層8上に、開口部9aを覆うように形成されている。この上部DBRミラー12としては、たとえば下部DBRミラー2と同一構造のものを用いたり、誘電体多層膜からなるものを用いたりすることができる。上部DBRミラー12の反射率は99%以上、好ましくは99.9%以上とする。なお、下部DBRミラー2および上部DBRミラー12の反射率を高くすることによって面発光レーザ素子100の閾値電流密度が低減されるので好ましい。   The upper DBR mirror 12 is formed on the upper contact layer 8 through the transparent conductive film 10 so as to cover the opening 9a. As the upper DBR mirror 12, for example, a mirror having the same structure as that of the lower DBR mirror 2 or a dielectric multilayer film can be used. The reflectance of the upper DBR mirror 12 is 99% or more, preferably 99.9% or more. It is preferable that the reflectance of the lower DBR mirror 2 and the upper DBR mirror 12 is increased because the threshold current density of the surface emitting laser element 100 is reduced.

上部DBRミラー12として誘電体多層膜を用いる場合には、低屈折率層および高屈折率層の材料を適宜選択して組み合わせ、所望の反射率を実現するようなペア数だけ積層して誘電体多層膜を構成する。たとえば、低屈折率層としては、ZrO(2.3)、Ta(2.2)、HfO(2.11)、MgO(1.74)、Al(1.7)、SiO(1.5)などの酸化物誘電体、Si(2.0)、AlN(2.1)などの窒化物誘電体、SiON(2.0−1.5)などの酸窒化物誘電体、またはMgF(1.38)などのフッ化物誘電体を用いることができる。なお、()内は各物質の屈折率を表す。 When a dielectric multilayer film is used as the upper DBR mirror 12, the materials of the low-refractive index layer and the high-refractive index layer are appropriately selected and combined, and the dielectric is formed by stacking as many pairs as can achieve a desired reflectance. A multilayer film is formed. For example, as the low refractive index layer, ZrO 2 (2.3), Ta 2 O 5 (2.2), HfO 2 (2.11), MgO (1.74), Al 2 O 3 (1.7). ), Oxide dielectric such as SiO 2 (1.5), nitride dielectric such as Si 3 N 4 (2.0), AlN (2.1), SiON (2.0-1.5), etc. Oxynitride dielectrics or fluoride dielectrics such as MgF 2 (1.38) can be used. In addition, the inside of () represents the refractive index of each substance.

また、高屈折率層としては、TiO(2.5)、Nb(2.4)、ZrO(2.3)、Ta(2.2)、HfO2(2.11)、MgO(1.74)、AlO3(1.7)、SiO(1.5)などの酸化物誘電体、Si(2.0)、AlN(2.1)などの窒化物誘電体、SiON(2.0−1.5)などの酸窒化物誘電体、またはα−Si:H(4.0)などのアモルファスシリコンを用いることができる。 As the high refractive index layer, TiO 2 (2.5), Nb 2 O 5 (2.4), ZrO 2 (2.3), Ta 2 O 5 (2.2), HfO 2 (2.11). ), MgO (1.74), Al 2 O 3 (1.7), SiO 2 (1.5) and other oxide dielectrics, Si 3 N 4 (2.0), AlN (2.1), etc. Nitride dielectrics, oxynitride dielectrics such as SiON (2.0-1.5), or amorphous silicon such as α-Si: H (4.0) can be used.

つぎに、この面発光レーザ素子100の動作について説明する。上部電極11と下部電極4との間に電圧を印加し、駆動電流を注入すると、上部電極11からは電流が電流狭窄層9の開口部9a内に集中して密度が高められた状態で、活性層6に注入される。電流が注入された活性層6は、自然放出光を発生する。発生した自然放出光は、活性層6の光増幅作用、および下部DBRミラー2と上部DBRミラー12とが構成する光共振器の作用によって、波長530nmでレーザ発振する。レーザ光は上部DBRミラー12から上方に向かって出力される。   Next, the operation of the surface emitting laser element 100 will be described. When a voltage is applied between the upper electrode 11 and the lower electrode 4 and a drive current is injected, the current is concentrated from the upper electrode 11 in the opening 9a of the current confinement layer 9, and the density is increased. Implanted into the active layer 6. The active layer 6 into which the current is injected generates spontaneous emission light. The generated spontaneous emission light is laser-oscillated at a wavelength of 530 nm by the optical amplification effect of the active layer 6 and the action of the optical resonator formed by the lower DBR mirror 2 and the upper DBR mirror 12. Laser light is output upward from the upper DBR mirror 12.

ここで、レーザ発振波長として青色より長い波長(約420nm以上)、特に青色から緑色の波長(約420〜550nm)を実現するために、活性層を高In組成のGaInNとした場合、以下の問題が発生する。すなわち、相分離が生じて活性層中のIn組成が不均一になりやすくなり、発光効率が低下するおそれがある。また、GaInNの場合、結晶構造に起因して内部にピエゾ電界が発生するが、高In組成の場合はピエゾ電界が大きくなり、発光再結合確率が低下し、発光効率が低下するおそれがある。また、ピエゾ電界が大きくなると、電流注入した際に活性層の発光波長がシフトするという問題も発生する。   Here, in order to realize a laser oscillation wavelength longer than blue (about 420 nm or more), particularly blue to green wavelength (about 420 to 550 nm), when the active layer is made of GaInN having a high In composition, the following problems occur: Will occur. That is, phase separation occurs, the In composition in the active layer tends to be non-uniform, and the light emission efficiency may be reduced. In the case of GaInN, a piezo electric field is generated inside due to the crystal structure. However, in the case of a high In composition, the piezo electric field is increased, and the light emission recombination probability is lowered, and the light emission efficiency may be lowered. Further, when the piezo electric field is increased, there is a problem that the emission wavelength of the active layer is shifted when current is injected.

また、面発光レーザ素子のように、基板上にDBRミラーを介して活性層が形成される場合、基板と活性層との間に歪みが蓄積しやすくなるため、貫通転位が多量に発生して活性層に及び、活性層の発光効率や信頼性の低下を招くおそれがある。特に、面発光レーザ素子のDBRミラーの場合、たとえば99%以上、好ましくは99.9%以上の高反射率が必要であるから、低屈折率層と高屈折率層との組み合わせに関して、屈折率差ができるだけ大きくなる組成にしたり、屈折率差が小さい場合には低屈折率層と高屈折率層とのペア数を増やしたりしなければならない。そのため、DBRミラーに貫通転位やクラックが発生しやすくなり、また表面平坦性が低下しやすくなるので、その上に形成する活性層の品質も低下し、信頼性も低下するおそれがある。   In addition, when an active layer is formed on a substrate via a DBR mirror, as in a surface emitting laser element, strain is likely to accumulate between the substrate and the active layer, which causes a large amount of threading dislocations. There is a possibility that the light emitting efficiency and reliability of the active layer may be lowered. In particular, in the case of a DBR mirror of a surface emitting laser element, a high reflectance of, for example, 99% or more, preferably 99.9% or more is necessary. The composition must be such that the difference is as large as possible. If the difference in refractive index is small, the number of pairs of the low refractive index layer and the high refractive index layer must be increased. For this reason, threading dislocations and cracks are likely to occur in the DBR mirror, and the surface flatness is liable to be lowered. Therefore, the quality of the active layer formed thereon may be lowered, and the reliability may be lowered.

これに対して、本実施の形態1に係る面発光レーザ素子100は、下部DBRミラー2の平均的な格子定数が、基板1の格子定数と一致するため、下部DBRミラー2と基板1とが格子整合されたものとなる。その結果、活性層6におよぶ歪みの影響がきわめて低減されるため、上述した層分離の発生、ピエゾ電界の増大、および貫通転位やクラックの発生はきわめて抑制される。したがって、活性層6は高品質なものとなり、良好な発光特性および信頼性を有する面発光レーザ素子100となる。   On the other hand, in the surface emitting laser element 100 according to the first embodiment, since the average lattice constant of the lower DBR mirror 2 matches the lattice constant of the substrate 1, the lower DBR mirror 2 and the substrate 1 are Lattice matched. As a result, the influence of the strain on the active layer 6 is extremely reduced, so that the occurrence of the above-described layer separation, an increase in the piezoelectric field, and the occurrence of threading dislocations and cracks are extremely suppressed. Therefore, the active layer 6 is of high quality, and the surface emitting laser element 100 having good light emission characteristics and reliability is obtained.

このように、本実施の形態1に係る面発光レーザ素子100は、良好な発光特性および信頼性を有する面発光レーザ素子となる。   Thus, the surface emitting laser element 100 according to the first embodiment is a surface emitting laser element having good light emission characteristics and reliability.

なお、本実施の形態1に係る面発光レーザ素子100では、下部DBRミラー2の組成が、基板1と格子整合するように設定されているが、下部DBRミラー2の組成はこれに限定されない。以下では、下部DBRミラー2の好ましい組成についてさらに具体的に説明する。   In the surface emitting laser element 100 according to the first embodiment, the composition of the lower DBR mirror 2 is set so as to lattice match with the substrate 1, but the composition of the lower DBR mirror 2 is not limited to this. Below, the preferable composition of the lower DBR mirror 2 will be described more specifically.

図2は、ZnMgBeCdO系材料の結晶格子のa軸方向の格子定数(a)とバンドギャップエネルギーとの関係を示す図である。図2において、格子定数の単位は「Å」であり、バンドギャップエネルギーの単位は電子ボルト(eV、1eVは約1.60×10−19ジュール)である。また、小さい黒丸はそれぞれZnO、MgO、BeO、CdOの格子定数(a)とバンドギャップエネルギーとの関係を示すデータ点である。なお、ZnO、MgO、BeO、CdOの格子定数(a)は、それぞれ3.24Å、3.43Å、2.70Å、3.66Åである。ZnMgBeCdO系材料の場合は、各組成の組成比に応じて、この黒丸を結んだ四辺形の辺上または内部にデータ点が存在する。 FIG. 2 is a graph showing the relationship between the lattice constant (a) in the a-axis direction of the crystal lattice of the ZnMgBeCdO-based material and the band gap energy. In FIG. 2, the unit of lattice constant is “Å”, and the unit of band gap energy is electron volt (eV, 1 eV is about 1.60 × 10 −19 Joule). Small black circles are data points indicating the relationship between the lattice constant (a) of ZnO, MgO, BeO, and CdO and the band gap energy, respectively. The lattice constants (a) of ZnO, MgO, BeO and CdO are 3.24O, 3.43Å, 2.70Å and 3.66Å, respectively. In the case of a ZnMgBeCdO-based material, there are data points on or in the sides of the quadrilateral connecting the black circles according to the composition ratio of each composition.

点P1は、高屈折率層2bおよび低屈折率層2aの厚さと組成とを考慮した、下部DBRミラー2内の平均の組成の一例に対応するデータ点を示している。また、破線L1はバンドギャップエネルギーが2.34eVであり、光の波長に換算すると、この面発光レーザ素子100のレーザ発振波長である530nmとなる。   Point P1 represents a data point corresponding to an example of an average composition in the lower DBR mirror 2 in consideration of the thickness and composition of the high refractive index layer 2b and the low refractive index layer 2a. The broken line L1 has a band gap energy of 2.34 eV, which is 530 nm which is the laser oscillation wavelength of the surface emitting laser element 100 when converted to the wavelength of light.

図2に示すように、下部DBRミラー2の平均の組成を、点P1のようにそのバンドギャップエネルギーが破線L1より高いような組成に選択すれば、下部DBRミラー2によって波長530nmの光が吸収されてレーザ発振の閾値向上またはレーザ光の強度低下が発生するというおそれがないので好ましい。   As shown in FIG. 2, if the average composition of the lower DBR mirror 2 is selected such that the band gap energy is higher than the broken line L1 as indicated by the point P1, the lower DBR mirror 2 absorbs light having a wavelength of 530 nm. This is preferable because there is no fear that the threshold value of laser oscillation is increased or the intensity of laser light is reduced.

つぎに、図3は、ZnMgBeCdO系材料の格子定数(a)と屈折率との関係を示す図である。また、小さい黒丸はそれぞれZnO、MgO、BeO、CdOの格子定数と屈折率との関係を示すデータ点である。ZnMgBeCdO系材料の場合は、各組成の組成比に応じて、この黒丸を結んだ四辺形の辺上または内部にデータ点が存在する。ここで、屈折率は、製造方法の違いに伴うキャリア濃度や不純物濃度などの結晶品質の違いや発光波長の違い(屈折率の波長分散)により変化する。   Next, FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the lattice constant (a) and the refractive index of the ZnMgBeCdO-based material. Small black circles are data points indicating the relationship between the lattice constant and the refractive index of ZnO, MgO, BeO, and CdO, respectively. In the case of a ZnMgBeCdO-based material, there are data points on or in the sides of the quadrilateral connecting the black circles according to the composition ratio of each composition. Here, the refractive index changes due to a difference in crystal quality such as a carrier concentration and an impurity concentration accompanying a difference in manufacturing method and a difference in emission wavelength (wavelength dispersion of refractive index).

点P2は、下部DBRミラー2内の平均の組成の一例に対応するデータ点を示している。なお、この点P2と図2の点P1は同一の組成を示している。また、破線L2は、基板1を構成するZnOの格子定数の値(3.24Å)を示している。破線L3は、ZnOの結晶格子に対する歪み量が−3%となる格子定数の値(3.14Å)を示している。破線L4は、ZnOの結晶格子に対する歪み量が+3%となる格子定数の値(3.34Å)を示している。   Point P2 indicates a data point corresponding to an example of an average composition in the lower DBR mirror 2. The point P2 and the point P1 in FIG. 2 show the same composition. A broken line L2 indicates the value of the lattice constant of ZnO constituting the substrate 1 (3.243). A broken line L3 indicates a lattice constant value (3.143) at which the strain amount with respect to the crystal lattice of ZnO is −3%. A broken line L4 indicates a lattice constant value (3.34Å) at which the strain amount with respect to the crystal lattice of ZnO is + 3%.

図3に示すように、下部DBRミラー2の平均の組成を、点P2のように、平均の格子定数が破線L3と破線L4との間、すなわちZnOに対する歪み量が±3%以下となるような組成とすれば、活性層6におよぶ歪みの影響がきわめて低減されるため、良好な発光特性および信頼性を有する面発光レーザ素子100が実現され好ましい。   As shown in FIG. 3, the average composition of the lower DBR mirror 2 is such that the average lattice constant is between the broken line L3 and the broken line L4, that is, the strain amount with respect to ZnO is ± 3% or less, as indicated by the point P2. If the composition is such that the influence of the strain on the active layer 6 is extremely reduced, the surface emitting laser element 100 having good emission characteristics and reliability is realized and preferable.

つぎに、下部DBRミラー2において好ましい低屈折率層2aの組成と高屈折率層2bの組成とを具体的に例示する。以下では、低屈折率層2aの組成を明示するときは、組成式Zn1−x1−y1−z1Mgx1Bey1Cdz1O(0≦x1≦1、0≦y1≦1、0≦z1≦1)で表し、高屈折率層2bの組成を明示するときは、組成式Zn1−x2−y2−z2Mgx2Bey2Cdz2O(0≦x2≦1、0≦y2≦1、0≦z2≦1)で表すものとする。 Next, specific examples of the composition of the low refractive index layer 2a and the composition of the high refractive index layer 2b that are preferable in the lower DBR mirror 2 will be given. Hereinafter, when the composition of the low refractive index layer 2a is specified, the composition formula Zn 1-x1-y1-z1 Mg x1 Be y1 Cd z1 O (0 ≦ x1 ≦ 1, 0 ≦ y1 ≦ 1, 0 ≦ z1 ≦) 1), when the composition of the high refractive index layer 2b is clearly indicated, the composition formula Zn 1-x2-y2-z2 Mg x2 Be y2 Cd z2 O (0 ≦ x2 ≦ 1, 0 ≦ y2 ≦ 1, 0 ≦ z2 ≦ 1).

(MgBeO/ZnO)
はじめに、低屈折率層2aをMgx1Bey1O(x1+y1=1)とし、高屈折率層2bをZnOとした場合の下部DBRミラー2の特性について説明する。
(MgBeO / ZnO)
First, the characteristics of the lower DBR mirror 2 when the low refractive index layer 2a is Mg x1 Be y1 O (x1 + y1 = 1) and the high refractive index layer 2b is ZnO will be described.

図4は、低屈折率層2aをMgx1Bey1Oとし、高屈折率層2bをZnOとして、低屈折率層2aのMg組成を変化させた場合の、高屈折率層2bと低屈折率層2aとの屈折率差(dn)と、下部DBRミラー2の反射率(R[%])との関係を示す図である。なお、高屈折率層2bの屈折率は2.1、厚さは63.1nmである。また、図4では、下部DBRミラー2の高屈折率層2bと低屈折率層2aとのペア数が15ペアの場合と10ペアの場合とを示している。 FIG. 4 shows the high refractive index layer 2b and the low refractive index when the low refractive index layer 2a is Mg x1 Be y1 O, the high refractive index layer 2b is ZnO, and the Mg composition of the low refractive index layer 2a is changed. It is a figure which shows the relationship between the refractive index difference (dn) with the layer 2a, and the reflectance (R [%]) of the lower DBR mirror 2. FIG. The high refractive index layer 2b has a refractive index of 2.1 and a thickness of 63.1 nm. FIG. 4 shows a case where the number of pairs of the high refractive index layer 2b and the low refractive index layer 2a of the lower DBR mirror 2 is 15 pairs and 10 pairs.

図4において、破線L5〜L9はそれぞれ、ZnOに対する下部DBRミラー2の歪み量が0%、−3%、+3%、−1%、+1%となる場合の組成となる位置を示している。また、破線L10、L11はそれぞれ、Rが99%、99.9%の位置を示している。   In FIG. 4, broken lines L5 to L9 indicate positions that are compositions when the distortion amount of the lower DBR mirror 2 with respect to ZnO is 0%, −3%, + 3%, −1%, and + 1%, respectively. Broken lines L10 and L11 indicate positions where R is 99% and 99.9%, respectively.

また、図5は、図4と同様に、低屈折率層2aをMgx1Bey1Oとし、高屈折率層2bをZnOとして、低屈折率層2aのMg組成を変化させた場合の、ZnOに対する下部DBRミラー2の平均の歪み量[%]と、低屈折率層2aの屈折率(n)、厚さ(t[nm])、およびMg組成と、高屈折率層2bと低屈折率層2aとの屈折率差(dn)と、下部DBRミラー2の反射率(R[%])との関係を示す図である。図4のデータと図5のデータとは一部重複している。 Further, FIG. 5 is similar to FIG. 4 in which the low refractive index layer 2a is Mg x1 Be y1 O, the high refractive index layer 2b is ZnO, and the Mg composition of the low refractive index layer 2a is changed. The average strain amount [%] of the lower DBR mirror 2 with respect to the refractive index (n), thickness (t [nm]) and Mg composition of the low refractive index layer 2a, and the high refractive index layer 2b and the low refractive index. It is a figure which shows the relationship between the refractive index difference (dn) with the layer 2a, and the reflectance (R [%]) of the lower DBR mirror 2. FIG. The data in FIG. 4 and the data in FIG. 5 partially overlap.

図4、5に示すように、上述したMg組成(x1)が0.76の場合に、歪み量が0%となり、かつdnも0.54と十分に大きくなる。そして、下部DBRミラー2におけるペア数を、比較的少ない15ペアとした場合でも、99.9%以上という高反射率を実現できる。   As shown in FIGS. 4 and 5, when the Mg composition (x1) described above is 0.76, the strain amount is 0%, and dn is sufficiently large as 0.54. Even when the number of pairs in the lower DBR mirror 2 is relatively small, 15 pairs, a high reflectance of 99.9% or more can be realized.

また、Mg組成(x1)を0.76から0.89としたMgx1Bey1Oからなる低屈折率層2aを用いた下部DBRミラー2は、歪み量が0%〜+3%(圧縮歪み)となり、Mg組成(x1)を0.76から0.62としたMgx1Bey1Oからなる低屈折率層2aを用いた下部DBRミラー2は、歪み量が0%〜−3%(引張歪み)となり、いずれの場合も比較的少ない15ペアまたは更に少ない10ペアとして、99%以上、特には99.9%以上の高反射率が実現される。 The lower DBR mirror 2 using the low refractive index layer 2a made of Mg x1 Be y1 O having an Mg composition (x1) of 0.76 to 0.89 has a distortion amount of 0% to + 3% (compression strain). The lower DBR mirror 2 using the low refractive index layer 2a made of Mg x1 Be y1 O having an Mg composition (x1) of 0.76 to 0.62 has a strain amount of 0% to −3% (tensile strain). In any case, a high reflectivity of 99% or more, particularly 99.9% or more, is realized as a relatively small number of 15 pairs or even a smaller number of 10 pairs.

また、さらに、Mg組成(x1)を0.76から0.84としたMgx1Bey1Oからなる低屈折率層2aを用いた下部DBRミラー2は、歪み量が0%〜+2%(圧縮歪み)となり、Mg組成(x1)を0.76から0.67としたMgx1Bey1Oからなる低屈折率層2aを用いた下部DBRミラー2は、歪み量が0%〜−2%(引張歪み)となり、いずれの場合も比較的少ない15ペアまたは更に少ない10ペアとして、99%以上、特には99.9%以上の高反射率が実現される。 Further, the lower DBR mirror 2 using the low refractive index layer 2a made of Mg x1 Be y1 O having an Mg composition (x1) of 0.76 to 0.84 has a distortion amount of 0% to + 2% (compression) The lower DBR mirror 2 using the low refractive index layer 2a made of Mg x1 Be y1 O having an Mg composition (x1) of 0.76 to 0.67 has a distortion amount of 0% to -2% (strain). Tensile strain), and in either case, a relatively low number of 15 pairs or even a smaller number of 10 pairs realizes a high reflectance of 99% or more, particularly 99.9% or more.

また、さらに、Mg組成(x1)を0.76から0.80としたMgx1Bey1Oからなる低屈折率層2aを用いた下部DBRミラー2は、歪み量が0%〜+1%(圧縮歪み)となり、Mg組成(x1)を0.76から0.71としたMgx1Bey1Oからなる低屈折率層2aを用いた下部DBRミラー2は、歪み量が0%〜−1%(引張歪み)となり、いずれの場合も比較的少ない15ペアまたは更に少ない10ペアとして、99%以上、特には99.9%以上の高反射率が実現される。 Further, the lower DBR mirror 2 using the low refractive index layer 2a made of Mg x1 Be y1 O having an Mg composition (x1) of 0.76 to 0.80 has a distortion amount of 0% to + 1% (compression) The lower DBR mirror 2 using the low refractive index layer 2a made of Mg x1 Be y1 O having an Mg composition (x1) of 0.76 to 0.71 has a distortion amount of 0% to -1% ( Tensile strain), and in either case, a relatively low number of 15 pairs or even a smaller number of 10 pairs realizes a high reflectance of 99% or more, particularly 99.9% or more.

また、歪み量を±3%以内に抑制しつつ、特に好ましい反射率である99.9%を実現するには、低屈折率層2aにおけるMg組成(x1)を0.62から0.84とし、ペア数を15ペアとすればよい。   Further, in order to achieve a particularly preferable reflectance of 99.9% while suppressing the distortion amount within ± 3%, the Mg composition (x1) in the low refractive index layer 2a is set to 0.62 to 0.84. The number of pairs may be 15 pairs.

(ZnCdO/MgBeO)
つぎに、低屈折率層2aはMgx1Bey1O(x1+y1=1)であるが、高屈折率層2bを、ZnOの代わりにZnOにCdを混入させてZnOよりも屈折率を高めたZn1−z2Cdz2O(0<z2<1)とした場合の、下部DBRミラー2の特性について説明する。このように、ZnOに比べて格子定数の大きいZn1−z2Cdz2OとZnOに比べて格子定数の小さいMgx1Bey1Oを組み合わせることにより、屈折率差が更に大きく取れる。それとともに、ZnOに対して歪み量の符号が異なるが絶対値が同じであるZn1−z2Cdz2Oの組成(歪み量が正)とMgx1Bey1Oの組成(歪み量が負)とを組み合わせることによって、下部DBRミラー2内の歪みが補償される。その結果、さらに少ないペア数で高反射率を有し、かつ歪みが補償された下部DBRミラー2を実現することができる。このように歪みが補償された下部DBRミラー2を用いた面発光レーザ素子100は、発光特性および信頼性が特に良好なものとなる。
(ZnCdO / MgBeO)
Next, the low refractive index layer 2a is Mg x1 Be y1 O (x1 + y1 = 1), but the high refractive index layer 2b is made of ZnO having a higher refractive index than ZnO by mixing Cd into ZnO instead of ZnO. The characteristics of the lower DBR mirror 2 when 1-z2 Cd z2 O (0 <z2 <1) will be described. Thus, by combining Zn 1 -z 2 Cd z 2 O having a larger lattice constant than ZnO and Mg x1 Be y1 O having a smaller lattice constant than ZnO, the refractive index difference can be further increased. At the same time, the composition of Zn 1 -z 2 Cd z 2 O (the amount of strain is positive) and the composition of Mg x1 Be y1 O (the amount of strain is negative) are different in the sign of the amount of distortion with respect to ZnO but have the same absolute value. By combining these, distortion in the lower DBR mirror 2 is compensated. As a result, the lower DBR mirror 2 having a high reflectivity and a compensated distortion can be realized with a smaller number of pairs. The surface emitting laser element 100 using the lower DBR mirror 2 in which the distortion is compensated in this way has particularly good emission characteristics and reliability.

図6は、低屈折率層2aをMgx1Bey1Oとし、高屈折率層2bをZn1−z2Cdz2Oとして、低屈折率層2aのMg組成および高屈折率層2bのZn組成を変化させた場合の、高屈折率層2bと低屈折率層2aとの屈折率差(dn)と、下部DBRミラー2の反射率(R[%])との関係を示す図である。なお、低屈折率層2aのMg組成および高屈折率層2bのZn組成の組み合わせは、ZnOに対する歪み量の絶対値が同じになる組み合わせを選択している。また、図6では、下部DBRミラー2の高屈折率層2bと低屈折率層2aとのペア数が15ペアの場合と10ペアの場合とを示している。 In FIG. 6, the low refractive index layer 2a is Mg x1 Be y1 O, the high refractive index layer 2b is Zn 1-z2 Cd z2 O, and the Mg composition of the low refractive index layer 2a and the Zn composition of the high refractive index layer 2b are shown. It is a figure which shows the relationship between the refractive index difference (dn) of the high refractive index layer 2b and the low refractive index layer 2a, and the reflectance (R [%]) of the lower DBR mirror 2 at the time of changing. The combination of the Mg composition of the low refractive index layer 2a and the Zn composition of the high refractive index layer 2b is selected so that the absolute value of the strain amount with respect to ZnO is the same. Further, FIG. 6 shows a case where the number of pairs of the high refractive index layer 2b and the low refractive index layer 2a of the lower DBR mirror 2 is 15 pairs and 10 pairs.

図6において、破線L12〜L15はそれぞれ、ZnO結晶格子に対する低屈折率層2aと高屈折率層2bとの歪み量の絶対値がいずれも、3%、2%、1%、0.5%となる組成としたときの屈折率差の位置を示している。また、破線L16は、Rが99.9%の位置を示している。   In FIG. 6, broken lines L12 to L15 indicate that the absolute values of the distortion amounts of the low refractive index layer 2a and the high refractive index layer 2b with respect to the ZnO crystal lattice are 3%, 2%, 1%, and 0.5%, respectively. The position of the refractive index difference when the composition is as follows is shown. A broken line L16 indicates a position where R is 99.9%.

また、図7は、図6と同様に、低屈折率層2aをMgx1Bey1Oとし、高屈折率層2bをZn1−z2Cdz2Oとして、低屈折率層2aのMg組成および高屈折率層2bのZn組成を変化させた場合の、ZnOに対する低屈折率層2aおよび高屈折率層2bの歪み量の絶対値[%]と、高屈折率層2bのZn組成、屈折率(n)、および厚さ(t[nm])と、低屈折率層2aのMg組成、屈折率(n)、および厚さ(t[nm])と、高屈折率層2bと低屈折率層2aとの屈折率差(dn)と、下部DBRミラー2の反射率(R[%])との関係を示す図である。図6のデータと図7のデータとは重複している。 7, similarly to FIG. 6, the low refractive index layer 2 a is Mg x1 Be y1 O and the high refractive index layer 2 b is Zn 1-z2 Cd z2 O, and the Mg composition and the high refractive index layer 2 a are high. When the Zn composition of the refractive index layer 2b is changed, the absolute value [%] of the distortion amount of the low refractive index layer 2a and the high refractive index layer 2b with respect to ZnO, and the Zn composition and refractive index of the high refractive index layer 2b ( n), thickness (t [nm]), Mg composition, refractive index (n), and thickness (t [nm]) of the low refractive index layer 2a, high refractive index layer 2b and low refractive index layer It is a figure which shows the relationship between the refractive index difference (dn) with 2a, and the reflectance (R [%]) of the lower DBR mirror 2. FIG. The data in FIG. 6 and the data in FIG. 7 overlap.

図6、7に示すように、Zn組成(1−z2)を0.94〜0.75としたZn1−z2Cdz2Oからなる高屈折率層2bと、Mg組成(x1)を0.73から0.62としたMgx1Bey1Oからなる低屈折率層2aとを用いた下部DBRミラー2は、内部での歪みが補償されているとともに、屈折率差(dn)も大きくなる。その結果、下部DBRミラー2におけるペア数が10ペアの場合でも、99.9%以上の反射率を実現することができる。さらにはペア数を15ペアとすれば、一層容易に99.9%以上の反射率を実現することができる。 As shown in FIGS. 6 and 7, and the high refractive index layer 2b made Zn composition of (1-z2) from Zn 1-z2 Cd z2 O which was .94 to .75, Mg composition of (x1) 0. The lower DBR mirror 2 using the low refractive index layer 2a made of Mg x1 Be y1 O from 73 to 0.62 is compensated for internal distortion and has a large refractive index difference (dn). As a result, even when the number of pairs in the lower DBR mirror 2 is 10, a reflectance of 99.9% or more can be realized. Furthermore, if the number of pairs is set to 15, the reflectance of 99.9% or more can be realized more easily.

(ZnO/ZnBeO、ZnO/ZnMgO、ZnCdO/ZnO)
つぎに、低屈折率層2aをZn1−y1Bey1O(0<y2<1)またはZn1−x1Mgx1O(0<x1<1)とし、高屈折率層2bをZnOとした場合、あるいは、低屈折率層2aをZnOとし、高屈折率層2bをZn1−z2Cdz2O(0<z2<1)とした場合の下部DBRミラー2の特性について説明する。これらの、ZnOとZnBeO、ZnMgO、またはZnCdOとを組み合わせた下部DBRミラー2では、高屈折率層2bと低屈折率層2aとの屈折率差が小さいので、反射率を高くするためにペア数を増加させている。以下、各組み合わせの場合の下部DBRミラー2の特性について説明する。
(ZnO / ZnBeO, ZnO / ZnMgO, ZnCdO / ZnO)
Next, when the low refractive index layer 2a is Zn 1-y1 Be y1 O (0 <y2 <1) or Zn 1-x1 Mg x1 O (0 <x1 <1), and the high refractive index layer 2b is ZnO , or a low refractive index layer 2a and ZnO, explaining the high refractive index layer 2b Zn 1-z2 Cd z2 O (0 <z2 <1) and the characteristics of the lower DBR mirror 2 in the case of the. In these lower DBR mirrors 2 combining ZnO and ZnBeO, ZnMgO, or ZnCdO, the difference in refractive index between the high refractive index layer 2b and the low refractive index layer 2a is small, so the number of pairs is increased in order to increase the reflectance. Is increasing. Hereinafter, characteristics of the lower DBR mirror 2 in each combination will be described.

図8は、低屈折率層2aをZn1−y1Bey1Oとし、高屈折率層2bをZnOとして、低屈折率層2aのBe組成を変化させた場合の、低屈折率層2aのBe組成と、屈折率(n)と、高屈折率層2bと低屈折率層2aとの屈折率差(dn)と、低屈折率層2aの厚さ(t[nm])と、ZnOに対する下部DBRミラー2の平均の歪み量[%]と、下部DBRミラー2のペア数を45ペアとした場合の反射率(R[%])との関係を示す図である。 FIG. 8 shows the Be of the low refractive index layer 2a when the low refractive index layer 2a is Zn 1-y1 Be y1 O, the high refractive index layer 2b is ZnO, and the Be composition of the low refractive index layer 2a is changed. Composition, refractive index (n), refractive index difference (dn) between high refractive index layer 2b and low refractive index layer 2a, thickness of low refractive index layer 2a (t [nm]), and lower part with respect to ZnO It is a figure which shows the relationship between the average distortion amount [%] of the DBR mirror 2, and the reflectance (R [%]) when the number of pairs of the lower DBR mirror 2 is 45 pairs.

図8に示すように、Be組成(y1)を0.11としたZn1−y1Bey1Oからなる低屈折率層2aを用いた下部DBRミラー2は、歪み量が−2%であり、かつ反射率が約99%となり好ましい。さらに、Be組成(y1)を0.17とした場合は、歪み量が−3%であり、かつ反射率が99.9%以上となりさらに好ましい。 As shown in FIG. 8, the lower DBR mirror 2 using the low refractive index layer 2a made of Zn 1-y1 Be y1 O with a Be composition (y1) of 0.11 has a strain amount of −2%. Further, the reflectance is preferably about 99%. Further, when the Be composition (y1) is set to 0.17, the strain amount is −3%, and the reflectance is more preferably 99.9% or more.

図9は、低屈折率層2aをZn1−x1Mgx1Oとし、高屈折率層2bをZnOとして、低屈折率層2aのMg組成を変化させた場合の、低屈折率層2aのMg組成と、屈折率(n)と、高屈折率層2bと低屈折率層2aとの屈折率差(dn)と、低屈折率層2aの厚さ(t[nm])と、ZnOに対する下部DBRミラー2の平均の歪み量[%]と、下部DBRミラー2のペア数を45ペアとした場合の反射率(R[%])との関係を示す図である。 FIG. 9 shows the Mg of the low refractive index layer 2a when the low refractive index layer 2a is Zn 1-x1 Mg x1 O, the high refractive index layer 2b is ZnO, and the Mg composition of the low refractive index layer 2a is changed. Composition, refractive index (n), refractive index difference (dn) between high refractive index layer 2b and low refractive index layer 2a, thickness of low refractive index layer 2a (t [nm]), and lower part with respect to ZnO It is a figure which shows the relationship between the average distortion amount [%] of the DBR mirror 2, and the reflectance (R [%]) when the number of pairs of the lower DBR mirror 2 is 45 pairs.

図9に示すように、Mg組成(x1)を0.36としたZn1−x1Mgx1Oからなる低屈折率層2aを用いた下部DBRミラー2は、歪み量が2%であり、かつ反射率が約99%となり好ましい。さらに、Mg組成(x1)を0.56とした場合は、歪み量が3%であり、かつ反射率が99.9%以上となりさらに好ましい。 As shown in FIG. 9, the lower DBR mirror 2 using the low refractive index layer 2a made of Zn 1-x1 Mg x1 O having an Mg composition (x1) of 0.36 has a strain amount of 2%, and The reflectance is preferably about 99%. Further, when the Mg composition (x1) is 0.56, the strain amount is 3% and the reflectance is 99.9% or more, which is more preferable.

図10は、低屈折率層2aをZnOとし、高屈折率層2bをZn1−z1Cdz1Oとして、高屈折率層2bのCd組成を変化させた場合の、高屈折率層2bのCd組成と、屈折率(n)と、高屈折率層2bと低屈折率層2aとの屈折率差(dn)と、高屈折率層2bの厚さ(t[nm])と、ZnOに対する下部DBRミラー2の平均の歪み量[%]と、下部DBRミラー2のペア数を45ペアとした場合の反射率(R[%])との関係を示す図である。 FIG. 10 shows the Cd of the high refractive index layer 2b when the low refractive index layer 2a is ZnO and the high refractive index layer 2b is Zn 1-z1 Cd z1 O, and the Cd composition of the high refractive index layer 2b is changed. Composition, refractive index (n), refractive index difference (dn) between high refractive index layer 2b and low refractive index layer 2a, thickness of high refractive index layer 2b (t [nm]), and lower part with respect to ZnO It is a figure which shows the relationship between the average distortion amount [%] of the DBR mirror 2, and the reflectance (R [%]) when the number of pairs of the lower DBR mirror 2 is 45 pairs.

図10に示すように、Cd組成(z1)を0.26としたZn1−z1Cdz1Oからなる高屈折率層2bを用いた下部DBRミラー2は、歪み量が3%であり、かつ反射率が約97%となる。 As shown in FIG. 10, the lower DBR mirror 2 using the high refractive index layer 2b made of Zn 1-z1 Cd z1 O having a Cd composition (z1) of 0.26 has a strain amount of 3%, and The reflectivity is about 97%.

(下部DBRミラーの厚さの面内分布と反射特性との関係)
つぎに、下部DBRミラー2の厚さの面内分布と反射特性との関係について説明する。はじめに、高屈折率層2bと低屈折率層2aとの屈折率差が小さい例として、ZnOとZnMgOとを組み合わせた場合について説明し、つぎに、屈折率差が大きい例として、ZnOとMgBeOと組み合わせた場合について説明する。
(Relationship between in-plane distribution of thickness of lower DBR mirror and reflection characteristics)
Next, the relationship between the in-plane distribution of the thickness of the lower DBR mirror 2 and the reflection characteristics will be described. First, a case where ZnO and ZnMgO are combined will be described as an example where the refractive index difference between the high refractive index layer 2b and the low refractive index layer 2a is small. Next, as an example where the refractive index difference is large, ZnO and MgBeO The case where it combines is demonstrated.

はじめに、ZnOとZnMgOとを組み合わせた下部DBRミラー2では、高屈折率層2bと低屈折率層2aとの屈折率差が小さいので、反射率を高くするためにペア数を増加させる。しかしながら、屈折率差が小さいと、下部DBRミラー2のストップバンド幅(反射帯域幅)が狭くなる。これに加えて、ペア数が増加するために、成長装置の性能に依存して発生する、高屈折率層2bおよび低屈折率層2aの厚さや組成の設計値とのずれが蓄積し、厚さや組成の面内分布の均一性や再現性が低下する。その結果、基板全面においてストップバンドをレーザ発振させたい波長に合わせることが困難になる。そのため、設計したレーザ発振波長において下部DBRミラー2の反射率が低下し、良好な発光特性が得られなくなるおそれがある。したがって、各屈折率層の厚さや組成の設計値とのずれを適正な範囲とすべきである。   First, in the lower DBR mirror 2 in which ZnO and ZnMgO are combined, since the difference in refractive index between the high refractive index layer 2b and the low refractive index layer 2a is small, the number of pairs is increased in order to increase the reflectance. However, if the refractive index difference is small, the stop bandwidth (reflection bandwidth) of the lower DBR mirror 2 is narrowed. In addition to this, since the number of pairs increases, a deviation from the design values of the thickness and composition of the high refractive index layer 2b and the low refractive index layer 2a, which occurs depending on the performance of the growth apparatus, accumulates. The uniformity and reproducibility of the in-plane distribution of the sheath composition decreases. As a result, it becomes difficult to match the stop band to the wavelength at which laser oscillation is desired over the entire surface of the substrate. Therefore, the reflectance of the lower DBR mirror 2 is lowered at the designed laser oscillation wavelength, and there is a possibility that good light emission characteristics cannot be obtained. Therefore, the deviation from the design values of the thickness and composition of each refractive index layer should be in an appropriate range.

図11は、低屈折率層2aをZn0.64Mg0.36Oとし、高屈折率層2bをZnOとし、ペア数を45ペアとした下部DBRミラー2において、各高屈折率層2bおよび各低屈折率層2aの個々の厚さの、面内における設計値とのズレ量が、0%(すなわち設計値どおり場合)、1%、2%、5%の場合の反射スペクトルを示す図である。ズレ量は、ウェハ面内での各高屈折率層2bおよび各低屈折率層2aの個々の厚さの設計値とのズレのことをいう。なお、この下部DBRミラー2は、ZnOに対する平均の歪み量が+2%である。 FIG. 11 shows the lower DBR mirror 2 in which the low refractive index layer 2a is Zn 0.64 Mg 0.36 O, the high refractive index layer 2b is ZnO, and the number of pairs is 45 pairs. The figure which shows the reflection spectrum in case the deviation | shift amount with respect to the design value in the surface of each thickness of each low refractive index layer 2a is 0% (namely, as design value), 1%, 2%, 5% It is. The amount of deviation refers to a deviation from the design value of the individual thickness of each high refractive index layer 2b and each low refractive index layer 2a in the wafer plane. The lower DBR mirror 2 has an average strain amount of + 2% with respect to ZnO.

また、図11において、横軸は波長(λ波長[nm])を示しており、縦軸は反射率(R[%])を示している。また、破線L17はレーザ発振波長の設計値として530nmを示している。図11に示すように、ペア数の多い下部DBRミラー2では、ストップバンド幅が狭く、下部DBRミラー2の設計値からのズレに対するトレランスが狭くなる。   In FIG. 11, the horizontal axis indicates the wavelength (λ wavelength [nm]), and the vertical axis indicates the reflectance (R [%]). A broken line L17 indicates 530 nm as a design value of the laser oscillation wavelength. As shown in FIG. 11, in the lower DBR mirror 2 having a large number of pairs, the stop band width is narrow, and the tolerance for the deviation from the design value of the lower DBR mirror 2 is narrowed.

図12は、図11に示した反射スペクトルにおいて、ズレ量と波長530nmにおける反射率との関係を示す図である。図11において、ズレ量が0%、1%、2%、5%の場合の反射率は、それぞれ99.3%、98.9%、93.9%、11.7%である。このように、低屈折率層2aをZn0.64Mg0.36Oとし、高屈折率層2bをZnOとし、ペア数を45ペアとした下部DBRミラー2において、面内における厚さの設計値とのズレ量を、実現が容易な±2%以内に抑制することによって、ペア数が45ペアと多くても、反射率の低下は抑制され、90%以上の反射率を実現することができ、量産性の高いものとなる。 FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the amount of deviation and the reflectance at a wavelength of 530 nm in the reflection spectrum shown in FIG. In FIG. 11, the reflectivities when the deviation amounts are 0%, 1%, 2%, and 5% are 99.3%, 98.9%, 93.9%, and 11.7%, respectively. Thus, in the lower DBR mirror 2 in which the low refractive index layer 2a is made of Zn 0.64 Mg 0.36 O, the high refractive index layer 2b is made of ZnO, and the number of pairs is 45 pairs, the thickness design in the plane is designed. By suppressing the deviation from the value within ± 2%, which is easy to realize, even if the number of pairs is as large as 45 pairs, the decrease in reflectance is suppressed, and a reflectance of 90% or more can be realized. Can be mass-produced.

なお、低屈折率層2aをZn1−x1Mgx1Oとした場合に、Mg組成(x1)があまり小さいと、90%以上の反射率を実現するためにはペア数を45ペアよりも多くしなければならず、ズレ量を±2%以内とすることが困難になり、量産性が低下する。しかしながら、Mg組成(x1)が0.3以上であれば、ペア数を45ペア以下として、ズレ量を±2%以内に抑制することが容易であり、かつ90%以上の反射率を実現できるので、量産性が高くなり好ましい。 When the low refractive index layer 2a is made of Zn 1-x1 Mg x1 O and the Mg composition (x1) is too small, the number of pairs is more than 45 pairs in order to realize a reflectance of 90% or more. Therefore, it becomes difficult to make the amount of deviation within ± 2%, and the mass productivity decreases. However, if the Mg composition (x1) is 0.3 or more, it is easy to suppress the deviation amount within ± 2% by setting the number of pairs to 45 pairs or less, and a reflectance of 90% or more can be realized. Therefore, mass productivity becomes high and is preferable.

ちなみに、この下部DBRミラー2において、低屈折率層2aのMg組成を、歪み量が1%以上となる0.15以上とし、かつ歪み量が3%以下となる0.60以下とすれば、ペア数を45ペア以内として90%以上の高反射率を実現できる。   Incidentally, in this lower DBR mirror 2, if the Mg composition of the low refractive index layer 2a is 0.15 or more at which the strain amount is 1% or more and 0.60 or less at which the strain amount is 3% or less, A high reflectance of 90% or more can be realized with the number of pairs within 45 pairs.

また、高屈折率層2bと低屈折率層2aとの屈折率差が小さい他の組み合わせ、たとえばZnO/ZnBeO、ZnO/ZnMgOまたはZnCdO/ZnOの組み合わせであっても、ペア数を45ペア以下として、ズレ量を±2%以内に抑制し、かつ90%以上の反射率を実現できる組成とすれば、量産性が高いものとなる。   In addition, even in other combinations where the refractive index difference between the high refractive index layer 2b and the low refractive index layer 2a is small, for example, a combination of ZnO / ZnBeO, ZnO / ZnMgO, or ZnCdO / ZnO, the number of pairs is 45 pairs or less. If the composition is such that the amount of deviation is suppressed to within ± 2% and a reflectance of 90% or more can be realized, mass productivity becomes high.

つぎに、ZnOとMgBeOとを組み合わせた下部DBRミラー2では、高屈折率層2bと低屈折率層2aとの屈折率差が大きいので、反射率を高くするためのペア数は少なくなる。この場合、下部DBRミラー2のストップバンド幅が広くなるとともに、高屈折率層2bおよび低屈折率層2aの厚さや組成の設計値とのずれの蓄積が抑制されるので、面内分布の均一性や再現性が高くなる。その結果、基板全面でストップバンドをレーザ発振させたい波長に合わせることが一層容易となり、下部DBRミラー2の高い反射率がより確実に実現されるので、良好な発光特性を実現するために好適である。   Next, in the lower DBR mirror 2 in which ZnO and MgBeO are combined, the difference in refractive index between the high refractive index layer 2b and the low refractive index layer 2a is large, so the number of pairs for increasing the reflectance is reduced. In this case, the stop band width of the lower DBR mirror 2 is widened, and accumulation of deviations from the design values of the thickness and composition of the high refractive index layer 2b and the low refractive index layer 2a is suppressed, so that the in-plane distribution is uniform. And reproducibility increase. As a result, it becomes easier to match the stop band to the wavelength to be laser-oscillated over the entire surface of the substrate, and the high reflectivity of the lower DBR mirror 2 is more reliably realized, which is suitable for realizing good light emission characteristics. is there.

図13は、低屈折率層2aをMg0.76Be0.24Oとし、高屈折率層2bをZnOとし、ペア数を15ペアとした下部DBRミラー2において、各高屈折率層2bおよび各低屈折率層2aの個々の厚さの、面内における設計値とのズレ量が、0%(すなわち設計値どおり場合)、1%、5%、10%、15%の場合の反射スペクトルを示す図である。なお、この下部DBRミラー2は、上述したようにZnO結晶に対して格子整合している。 FIG. 13 is a diagram illustrating a lower DBR mirror 2 in which the low refractive index layer 2a is Mg 0.76 Be 0.24 O, the high refractive index layer 2b is ZnO, and the number of pairs is 15 pairs. Reflection spectrum when the amount of deviation of the individual thickness of each low refractive index layer 2a from the in-plane design value is 0% (that is, as designed value), 1%, 5%, 10%, 15% FIG. The lower DBR mirror 2 is lattice-matched to the ZnO crystal as described above.

また、図13において、破線L18はレーザ発振波長の設計値である530nmを示している。図13に示すように、ペア数が少ない下部DBRミラー2では、ストップバンド幅が広く、下部DBRミラー2の設計値からのズレに対するトレランスが極めて大きくなる。   In FIG. 13, a broken line L18 indicates 530 nm which is a design value of the laser oscillation wavelength. As shown in FIG. 13, in the lower DBR mirror 2 with a small number of pairs, the stop band width is wide, and the tolerance for the deviation from the design value of the lower DBR mirror 2 is extremely large.

図14は、図13に示した反射スペクトルにおいて、ズレ量と波長530nmにおける反射率との関係を示す図である。図14において、ズレ量が0%、1%、5%、10%の場合の反射率は、いずれも約100%であり、ズレ量が15%の場合の反射率は62.8%であった。このように、低屈折率層2aをMg0.76Be0.24Oとし、高屈折率層2bをZnOとし、ペア数を15ペアとした下部DBRミラー2(ZnO結晶に格子整合)において、面内における厚さの設計値とのズレ量が±10%であっても、約100%のきわめて高い反射率を実現することができるため、さらに量産性の高いものとなる。ここでは、厚さの面内分布と反射率の変化について記述したが、実際には組成の面内分布についても考慮する必要がある。 FIG. 14 is a diagram showing the relationship between the amount of deviation and the reflectance at a wavelength of 530 nm in the reflection spectrum shown in FIG. In FIG. 14, the reflectance when the deviation amount is 0%, 1%, 5%, and 10% is about 100%, and the reflectance when the deviation amount is 15% is 62.8%. It was. Thus, in the lower DBR mirror 2 (lattice matching with ZnO crystal) in which the low refractive index layer 2a is Mg 0.76 Be 0.24 O, the high refractive index layer 2b is ZnO, and the number of pairs is 15 pairs, Even if the deviation from the design value of the thickness in the plane is ± 10%, an extremely high reflectivity of about 100% can be realized, so that the mass productivity is further increased. Although the in-plane distribution of thickness and the change in reflectance are described here, in-plane distribution of composition must actually be considered.

(実施の形態2)
つぎに、本発明の実施の形態2について説明する。本実施の形態2に係る面発光レーザ素子は、実施の形態1に係る面発光レーザ素子と同様の構造を有しているが、下部DBRミラーの組成を、活性層に対して設定している点が異なるものである。以下では、下部DBRミラーについて具体的に説明する。
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The surface emitting laser element according to the second embodiment has the same structure as the surface emitting laser element according to the first embodiment, but the composition of the lower DBR mirror is set with respect to the active layer. The point is different. Hereinafter, the lower DBR mirror will be described in detail.

本実施の形態2に係る面発光レーザ素子における下部DBRミラーは、図6、7に示した場合と同様に、低屈折率層がMgx1Bey1O(x1+y1=1)であり、高屈折率層がZn1−z2Cdz2O(0<z2<1)であって、屈折率差を高めて少ないペア数で高反射率を実現するとともに、下部DBRミラー内の歪みが補償されているものである。ただし、本実施の形態2に係る面発光レーザ素子では、実施の形態1に係る面発光レーザ素子とは異なり、活性層を構成するGaInN結晶に対して歪み量の符号が異なるが絶対値が同じであるZn1−z2Cdz2Oの組成(歪み量が正)とMgx1Bey1Oの組成(歪み量が負)とを組み合わせて、下部DBRミラーと活性層とを格子整合させている。 The lower DBR mirror in the surface emitting laser element according to the second embodiment has a low refractive index layer of Mg x1 Be y1 O (x1 + y1 = 1) and a high refractive index, as in the case shown in FIGS. The layer is Zn 1-z2 Cd z2 O (0 <z2 <1), which realizes high reflectivity with a small number of pairs by increasing the difference in refractive index and compensating for distortion in the lower DBR mirror It is. However, the surface-emitting laser element according to the second embodiment differs from the surface-emitting laser element according to the first embodiment in that the sign of the strain amount is different from the GaInN crystal constituting the active layer, but the absolute value is the same. The lower DBR mirror and the active layer are lattice-matched by combining the composition of Zn 1 -z 2 Cd z 2 O (the amount of strain is positive) and the composition of Mg x1 Be y1 O (the amount of strain is negative).

このように、活性層と下部DBRミラーとを格子整合させることによっても、活性層におよぶ歪みの影響がきわめて低減されるため、良好な発光特性および信頼性を有する面発光レーザ素子が実現される。   As described above, the lattice matching between the active layer and the lower DBR mirror also greatly reduces the influence of the strain on the active layer, thereby realizing a surface emitting laser element having good light emission characteristics and reliability. .

図15は、実施の形態2に係る面発光レーザ素子における下部DBRミラーの低屈折率層をMgx1Bey1Oとし、高屈折率層をZn1−z2Cdz2Oとして、低屈折率層のMg組成および高屈折率層のZn組成を変化させた場合の、高屈折率層と低屈折率層との屈折率差(dn)と、下部DBRミラーの反射率(R[%])との関係を示す図である。なお、低屈折率層のMg組成および高屈折率層のZn組成の組み合わせは、活性層を構成するGaInNに対する歪み量の絶対値が同じになる組み合わせを選択している。活性層の構成材料であるGaInNの各層の厚さとIn組成とは、井戸層が4nm、0.35、バリア層が10nm、0.1のように設定されている。このとき、活性層の格子定数は3.3Åである。 FIG. 15 shows the low refractive index layer of the surface emitting laser element according to the second embodiment, in which the low refractive index layer of the lower DBR mirror is Mg x1 Be y1 O and the high refractive index layer is Zn 1 -z2 Cd z2 O. The refractive index difference (dn) between the high refractive index layer and the low refractive index layer and the reflectance (R [%]) of the lower DBR mirror when the Mg composition and the Zn composition of the high refractive index layer are changed. It is a figure which shows a relationship. As the combination of the Mg composition of the low refractive index layer and the Zn composition of the high refractive index layer, a combination having the same absolute value of the strain amount with respect to GaInN constituting the active layer is selected. The thickness and In composition of each layer of GaInN which is a constituent material of the active layer are set such that the well layer is 4 nm and 0.35, the barrier layer is 10 nm and 0.1. At this time, the lattice constant of the active layer is 3.3Å.

図15では、下部DBRミラーの高屈折率層と低屈折率層とのペア数が5ペア、10ペア、および15ペアの場合を示している。また、図15において、破線L19〜L22はそれぞれ、活性層を構成するGaInN結晶に対する低屈折率層と高屈折率層との歪み量の絶対値がいずれも、3%、2%、1%、0.5%となる組成としたときの屈折率差の位置を示している。   FIG. 15 shows the case where the number of pairs of the high refractive index layer and the low refractive index layer of the lower DBR mirror is 5 pairs, 10 pairs, and 15 pairs. In FIG. 15, broken lines L19 to L22 indicate that the absolute values of the distortion amounts of the low refractive index layer and the high refractive index layer with respect to the GaInN crystal constituting the active layer are 3%, 2%, 1%, The position of the refractive index difference when the composition is 0.5% is shown.

また、図16は、図15と同様に、低屈折率層をMgx1Bey1Oとし、高屈折率層をZn1−z2Cdz2Oとして、低屈折率層のMg組成および高屈折率層のZn組成を変化させた場合の、活性層に対する低屈折率層および高屈折率層の歪み量の絶対値[%]と、高屈折率層のZn組成、屈折率(n)、および厚さ(t[nm])と、低屈折率層のMg組成、屈折率(n)、および厚さ(t[nm])と、高屈折率層と低屈折率層との屈折率差(dn)と、下部DBRミラーの反射率(R[%])との関係を示す図である。図15のデータと図16のデータとは重複している。 Further, in FIG. 16, similarly to FIG. 15, the low refractive index layer is Mg x1 Be y1 O, the high refractive index layer is Zn 1-z2 Cd z2 O, the Mg composition of the low refractive index layer and the high refractive index layer The absolute value [%] of the distortion amount of the low refractive index layer and the high refractive index layer with respect to the active layer, the Zn composition of the high refractive index layer, the refractive index (n), and the thickness (T [nm]), Mg composition, refractive index (n), and thickness (t [nm]) of the low refractive index layer, and refractive index difference (dn) between the high refractive index layer and the low refractive index layer It is a figure which shows the relationship between and the reflectance (R [%]) of a lower DBR mirror. The data in FIG. 15 and the data in FIG. 16 overlap.

図15、16に示すように、Zn組成(1−z2)を0.78〜0.57としたZn1−z2Cdz2Oからなる高屈折率層と、Mg組成(x1)を0.82から0.70としたMgx1Bey1Oからなる低屈折率層とを用いた下部DBRミラーは、活性層と格子整合し、かつ内部での歪みが補償されているとともに、屈折率差(dn)も大きくなる。その結果、下部DBRミラーにおけるペア数が5ペアの場合でも、90%以上の反射率を実現することができる。さらにはペア数を10、15ペアとすれば、容易に99.9%以上の反射率を実現することができる。また、下部DBRミラーの設計値からのズレに対するトレランスも極めて大きくなるので、量産性の高いものとなる。 As shown in FIGS. 15 and 16, and the high refractive index layer made of Zn 1-z2 Cd z2 O with Zn composition of (1-z2) and from 0.78 to 0.57, Mg composition of (x1) 0.82 The lower DBR mirror using the low refractive index layer made of Mg x1 Be y1 O from 0.70 to 0.70 is lattice-matched with the active layer, compensates for internal distortion, and has a refractive index difference (dn ) Also increases. As a result, even when the number of pairs in the lower DBR mirror is 5, a reflectance of 90% or more can be realized. Furthermore, if the number of pairs is 10 or 15 pairs, a reflectance of 99.9% or more can be easily realized. Further, since tolerance against deviation from the design value of the lower DBR mirror becomes extremely large, the mass productivity is high.

なお、本実施の形態2においては、活性層と下部DBRミラーとを格子整合させ、かつ下部DBRミラーにおいて歪みを補償しているが、本発明はこれに限られない。すなわち、下部DBRミラーの平均の組成を、活性層に対する平均の歪み量が±3%以下、好ましくは±2%以下、さらに好ましくは±1%以下であるか、または活性層と下部DBRミラーとが格子整合するような組成とすれば、活性層におよぶ歪みの影響がきわめて低減されるため、良好な発光特性および信頼性を有する面発光レーザ素子が実現される。また、この場合の下部DBRミラーにおけるペア数は、所望の反射率に応じて適宜設定される。   In the second embodiment, the active layer and the lower DBR mirror are lattice-matched and distortion is compensated for in the lower DBR mirror. However, the present invention is not limited to this. That is, the average composition of the lower DBR mirror is such that the average strain amount with respect to the active layer is ± 3% or less, preferably ± 2% or less, more preferably ± 1% or less, or the active layer and the lower DBR mirror If the composition is such that the lattice matching is achieved, the influence of the strain on the active layer is greatly reduced, so that a surface-emitting laser element having good emission characteristics and reliability is realized. In this case, the number of pairs in the lower DBR mirror is appropriately set according to a desired reflectance.

たとえば、低屈折率層をZn1−x1Mgx1O(0<x1<1)とし、高屈折率層をZnOとした下部DBRミラーとし、活性層の構成材料であるGaInNの各層の厚さとIn組成とを、井戸層が4nm、0.35、バリア層が10nm、0.1のように設定した場合を例示する。この場合、活性層に対する下部DBRミラーの歪み量が0.5%以上となるMg組成(x1)が0.3以上の組成、かつ歪み量が3%以下となるMg組成(x1)が0.9以下の組成とし、ペア数を45ペアとした下部DBRミラーを用いた場合に、99%以上の反射率を実現することができる。 For example, the lower refractive index layer is made of Zn 1-x1 Mg x1 O (0 <x1 <1), the high refractive index layer is made of ZnO as a lower DBR mirror, the thickness of each layer of GaInN which is a constituent material of the active layer, and In A case where the composition is set such that the well layer is 4 nm and 0.35, and the barrier layer is 10 nm and 0.1 is illustrated. In this case, the Mg composition (x1) for which the strain amount of the lower DBR mirror with respect to the active layer is 0.5% or more is 0.3 or more, and the Mg composition (x1) for which the strain amount is 3% or less is 0. When a lower DBR mirror having a composition of 9 or less and 45 pairs is used, a reflectance of 99% or more can be realized.

なお、上記した低屈折率層および高屈折率層の厚さ、ペア数、および反射率は、下部DBRミラーの反射中心波長を波長530nmにする場合について示したものである。ZnMgBeCdO系材料は波長分散特性を有し、その屈折率は波長に応じて変化するので、低屈折率層および高屈折率層の厚さおよびペア数は、所定の反射中心波長において所望の反射率を実現するように適宜調整する。   The thickness, the number of pairs, and the reflectance of the low refractive index layer and the high refractive index layer described above are shown when the reflection center wavelength of the lower DBR mirror is set to a wavelength of 530 nm. Since the ZnMgBeCdO-based material has a wavelength dispersion characteristic and its refractive index changes according to the wavelength, the thickness and the number of pairs of the low refractive index layer and the high refractive index layer are set to a desired reflectance at a predetermined reflection center wavelength. Adjust appropriately to achieve

(製造方法)
つぎに、実施の形態1に係る面発光レーザ素子100の製造方法の一例について説明する。
(Production method)
Next, an example of a method for manufacturing the surface emitting laser element 100 according to Embodiment 1 will be described.

(半導体層の成長)
はじめに、ZnOからなる基板1を準備する。なお、ZnOからなる基板については直径が2〜3インチ(50.8〜76.2mm)という大口径の基板が実現されており、素子の量産化に適するものである。また、ZnOからなる基板はサファイア基板よりも熱伝導性が高いので好ましい。
(Semiconductor layer growth)
First, a substrate 1 made of ZnO is prepared. As for a substrate made of ZnO, a large-diameter substrate having a diameter of 2 to 3 inches (50.8 to 76.2 mm) is realized, which is suitable for mass production of elements. A substrate made of ZnO is preferable because it has higher thermal conductivity than a sapphire substrate.

つぎに、基板1を成長基板として、基板1上に下部DBRミラー2を、低屈折率層2aと高屈折率層2bとが所望の歪み量および屈折率となるように組成を調整して、所望のペア数だけエピタキシャル成長させる。この下部DBRミラー2の成長は、PLD(パルスレーザデポジション)法、MBE(分子線エピタキシー)法、MOCVD(有機金属化学気相成長)法などを用いて行う。   Next, using the substrate 1 as a growth substrate, adjusting the composition of the lower DBR mirror 2 on the substrate 1 so that the low refractive index layer 2a and the high refractive index layer 2b have a desired strain amount and refractive index, Epitaxial growth is performed for the desired number of pairs. The lower DBR mirror 2 is grown using a PLD (pulse laser deposition) method, an MBE (molecular beam epitaxy) method, an MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) method, or the like.

PLD法やMBE法では、酸素源として酸素ラジカルを生成することができる酸素プラズマセルを用いることができる。PLD法では所望の組成のZnO、MgO、BeO、CdOやそれらの化合物であるZnMgO、ZnBeO、ZnCdO、MgBeO、ZnMgBeCdOなどをターゲット材料として、MBE法ではZn、Mg、Be、Cdは金属原料としてクヌーセンセルを用いて供給することができる。   In the PLD method and the MBE method, an oxygen plasma cell capable of generating oxygen radicals as an oxygen source can be used. In the PLD method, ZnO, MgO, BeO, and CdO having a desired composition and their compounds, ZnMgO, ZnBeO, ZnCdO, MgBeO, and ZnMgBeCdO are used as target materials, and in the MBE method, Zn, Mg, Be, and Cd are used as metal raw materials. It can be supplied using a cell.

MOCVD法では、II族材料であるZn原料としてのジエチルジンク(DEZn)やジメチルジンク(DMZn)、Mg原料としてのジエチルマグネシウム(DEMg)やジメチルマグネシウム(DMMg)、Cd原料としてのジエチルカドミウム(DECd)やジメチルカドミウム(DMCd)、Be原料としてのジエチルベリリウム(DEBe)やジメチルカドミウム(DMCd)といった有機金属材料と、O原料としての酸素(O)とを、原料として供給して、下部DBRミラー2を形成することができる。 In MOCVD, diethyl zinc (DEZn) and dimethyl zinc (DMZn) as Zn raw materials that are Group II materials, diethyl magnesium (DEMg) and dimethyl magnesium (DMMg) as Mg raw materials, and diethyl cadmium (DECd) as Cd raw materials The lower DBR mirror 2 is supplied with organic metal materials such as dimethyl cadmium (DMCd), diethyl beryllium (DEBe) and dimethyl cadmium (DMCd) as Be raw materials, and oxygen (O 2 ) as O raw materials. Can be formed.

なお、PLD法やMBE法を用いれば、水素フリーで結晶成長を行うことができるため、下部DBRミラー2とAlGaInN系材料との界面反応を抑制できるのでより好ましい。   Note that it is more preferable to use the PLD method or the MBE method because the crystal growth can be performed without hydrogen, and the interface reaction between the lower DBR mirror 2 and the AlGaInN-based material can be suppressed.

つぎに、下部DBRミラー2上に、下部コンタクト層3、下部クラッド層5、活性層6、上部クラッド層7、上部コンタクト層8を順次エピタキシャル成長させる。これらの窒化物半導体であるGaInNからなる各層の成長は、PLD法、MBE法、MOCVD法などを用いて行う。   Next, the lower contact layer 3, the lower cladding layer 5, the active layer 6, the upper cladding layer 7, and the upper contact layer 8 are sequentially epitaxially grown on the lower DBR mirror 2. The growth of each layer made of GaInN, which is a nitride semiconductor, is performed using a PLD method, an MBE method, an MOCVD method, or the like.

PLD法やMBE法では、窒素源として窒素ラジカルを生成する窒素プラズマセルを用いることができる。また、III族原料としては、PLD法では所望の組成のAlN、GaN、InN、AlGaN、GaInN、AlGaInNなどをターゲット材料として、MBE法ではAl、Ga、Inを、クヌーセンセルを用いて供給する。   In the PLD method and the MBE method, a nitrogen plasma cell that generates nitrogen radicals can be used as a nitrogen source. In addition, as a group III material, AlN, GaN, InN, AlGaN, GaInN, AlGaInN or the like having a desired composition is supplied as a target material in the PLD method, and Al, Ga, In is supplied using a Knudsen cell in the MBE method.

MOCVD法では、窒素源としてアンモニア(NH)を用いることができる。また、III族原料として、Al原料としてのトリメチルアルミニウム(TMA)やトリエチルアルミニウム(TEA)、Ga原料としてのトリメチルガリウム(TMG)やトリエチルガリウム(TEG)、In原料としてのトリメチルインジウム(TMI)やトリエチルインジウム(TEI)をそれぞれ適宜供給することによって、各窒化物半導体層の成長を行う。 In the MOCVD method, ammonia (NH 3 ) can be used as a nitrogen source. Further, as group III materials, trimethylaluminum (TMA) and triethylaluminum (TEA) as Al materials, trimethylgallium (TMG) and triethylgallium (TEG) as Ga materials, trimethylindium (TMI) and triethyl as In materials Each nitride semiconductor layer is grown by appropriately supplying indium (TEI).

なお、アンモニアと酸化物半導体とは比較的低温で反応して酸化物半導体が昇華してしまうため、酸化物半導体からなる下部DBRミラー2上に下部コンタクト層3を形成するには、MBE法等を用いる方が好ましい。そして、下部DBRミラー2を窒化物半導体で覆った後には、MOCVD法を用いることにより、より良好な結晶品質の各窒化物半導体層を得ることができる。また、ZnOからなる基板1および下部DBRミラー2の側面や裏面は、MOCVD法で各窒化物半導体層を成長している間にアンモニアと反応して昇華してしまうおそれがあるため、SiやSiOといった絶縁膜、金属等で保護しておくことが好ましい。 In addition, since ammonia and an oxide semiconductor react at a relatively low temperature and the oxide semiconductor is sublimated, the MBE method or the like is used to form the lower contact layer 3 on the lower DBR mirror 2 made of an oxide semiconductor. Is preferred. Then, after the lower DBR mirror 2 is covered with the nitride semiconductor, each nitride semiconductor layer with better crystal quality can be obtained by using the MOCVD method. Further, the side surfaces and the back surface of the substrate 1 made of ZnO and the lower DBR mirror 2 may be sublimated by reacting with ammonia during the growth of each nitride semiconductor layer by the MOCVD method, so that Si 3 N It is preferable to protect it with an insulating film such as 4 or SiO 2 , a metal or the like.

(素子作製)
つぎに、フォトリソグラフィ技術によって、上部電極11の外周に対応する円形のマスクパターンを形成し、これをマスクとして上部コンタクト層8から下部コンタクト層3の上までをウェットエッチングまたはドライエッチングし、メサポストMを形成する。つぎに、下部電極4の形状に対応するパターンのマスクを形成した後、下部電極4の材料となるTi/Al構造やTi/Pt/Au構造の金属層を、抵抗加熱蒸着(RH)、電子線蒸着(EB)、スパッタ蒸着などによって堆積し、リフトオフして下部電極4を形成し、さらに熱処理を行ってオーム性接触を形成する。
(Element fabrication)
Next, a circular mask pattern corresponding to the outer periphery of the upper electrode 11 is formed by photolithography, and wet etching or dry etching is performed from the upper contact layer 8 to the lower contact layer 3 using the mask pattern as a mask. Form. Next, after a mask having a pattern corresponding to the shape of the lower electrode 4 is formed, a metal layer of Ti / Al structure or Ti / Pt / Au structure as a material of the lower electrode 4 is formed by resistance heating vapor deposition (RH), electron Deposited by line evaporation (EB), sputter deposition or the like, lifted off to form the lower electrode 4, and further subjected to heat treatment to form ohmic contact.

つぎに、上部コンタクト層8上にSiO層またはSi層をスパッタやPCVD(プラズマ化学気相成長)法などにより堆積し、フォトリソグラフィ技術によって電流狭窄層9を形成する。その後、たとえばITO膜を全面に堆積して透明導電膜10を形成する。つぎに、透明導電膜10上に、電流狭窄層9の開口部9aを取り囲むように、Ni/Au構造やNi/Pd/Pt構造を有する上部電極11を形成する。続いて、この上部電極11の開口部内にスパッタやPCVD法を用いて上部DBRミラー12を形成する。その後、ダイシングにより素子分離して面発光レーザ素子100が完成する。 Next, a SiO 2 layer or a Si 3 N 4 layer is deposited on the upper contact layer 8 by sputtering, PCVD (plasma chemical vapor deposition), or the like, and the current confinement layer 9 is formed by photolithography. Thereafter, for example, an ITO film is deposited on the entire surface to form the transparent conductive film 10. Next, an upper electrode 11 having a Ni / Au structure or a Ni / Pd / Pt structure is formed on the transparent conductive film 10 so as to surround the opening 9 a of the current confinement layer 9. Subsequently, the upper DBR mirror 12 is formed in the opening of the upper electrode 11 by sputtering or PCVD. Thereafter, the element is separated by dicing to complete the surface emitting laser element 100.

なお、ダイシングの際に1次元的または2次元的に配列した複数の面発光レーザ素子を切り出して、面発光レーザアレイ素子としてもよい。また、これらの素子をTO−CANなどのCANのパッケージに実装する場合には、たとえば以下のように行う。まず、切り出した素子をヒートシンク又はサブマウント上にボンディングした後に、銅などのヒートシンク上にボンディングする。そして、この素子をボンディングしたものをCANに載せて、素子の電極部とCANをワイヤボンディングする。そして、最後に真空又は窒素雰囲気などでCANを封止して、素子のCANへの実装が完了する。   A plurality of surface emitting laser elements arranged one-dimensionally or two-dimensionally during dicing may be cut out to form a surface emitting laser array element. Further, when these elements are mounted on a CAN package such as TO-CAN, for example, the following is performed. First, after the cut-out element is bonded on a heat sink or a submount, it is bonded on a heat sink such as copper. Then, the device is bonded to the CAN, and the electrode portion of the device and the CAN are wire-bonded. Finally, the CAN is sealed in a vacuum or a nitrogen atmosphere to complete the mounting of the element on the CAN.

なお、上記実施の形態および製造方法では、ZnOからなる基板1を成長基板として下部DBRミラー2および活性層6を成長させ、且つ面発光レーザ素子100における支持基板としても使用している。しかしながら、本発明はこれに限定されず、たとえばZnOからなる基板を成長基板として下部DBRミラーおよび活性層を含む半導体層積層構造を成長させた後、成長基板と半導体積層構造とを分離し、半導体積層構造をSi基板のような、ZnO基板よりもさらに熱伝導性の高い支持基板やヒートシンク等に搭載してもよい。このように、より熱伝導性の高い支持基板を用いれば、良好な発光特性および信頼性を有するとともに、より高温環境にも適する面発光レーザ素子となる。また、成長基板を分離せずに、CMP(化学機械研磨)等の研磨によって成長基板の一部を除去して厚さを薄くし、他の熱伝導性の高い支持基板等に搭載してもよい。   In the embodiment and the manufacturing method described above, the lower DBR mirror 2 and the active layer 6 are grown using the substrate 1 made of ZnO as the growth substrate, and also used as the support substrate in the surface emitting laser element 100. However, the present invention is not limited to this. For example, after a semiconductor layer stacked structure including a lower DBR mirror and an active layer is grown using a substrate made of ZnO as a growth substrate, the growth substrate and the semiconductor stacked structure are separated, and the semiconductor The laminated structure may be mounted on a support substrate, a heat sink or the like having a higher thermal conductivity than the ZnO substrate, such as a Si substrate. As described above, when a support substrate having higher thermal conductivity is used, a surface emitting laser element having good light emission characteristics and reliability and suitable for a higher temperature environment can be obtained. Further, without separating the growth substrate, a part of the growth substrate may be removed by polishing such as CMP (Chemical Mechanical Polishing) to reduce the thickness, and the substrate may be mounted on another support substrate having high thermal conductivity. Good.

成長基板と半導体積層構造との分離に、たとえば非特許文献1に開示されるような公知のレーザリフトオフ技術を用いて行うことができる。また、CMP(化学機械研磨)等の研磨によって成長基板を半導体積層構造から全部除去することによって行なってもよい。また、窒化物半導体の成長に、HVPE(ハイドライド気相成長)法を用いて、厚い半導体層を形成すれば、成長基板の分離または研磨による一部または全部の除去が容易となり好ましい。このような成長基板の分離または研磨による一部または全部の除去は、上述した素子作製の前または後に行うことができる。   For example, a known laser lift-off technique as disclosed in Non-Patent Document 1 can be used to separate the growth substrate and the semiconductor multilayer structure. Alternatively, the growth substrate may be removed from the semiconductor multilayer structure by polishing such as CMP (Chemical Mechanical Polishing). Further, it is preferable to form a thick semiconductor layer by HVPE (hydride vapor phase epitaxy) method for growing a nitride semiconductor because part or all of the growth substrate can be easily separated or removed by polishing. Part or all of the growth substrate can be removed by separation or polishing before or after the above-described device fabrication.

また、成長基板と半導体積層構造とを分離する場合、下部DBRミラーをn型導電型として、n側電極を下部DBRミラーの裏面に作製してもよい。また、下部DBRミラーをn型導電型とし、成長基板または支持基板をn型導電型として、n側電極を基板の裏面に作製してもよい。   When the growth substrate and the semiconductor stacked structure are separated, the lower DBR mirror may be an n-type conductivity type, and the n-side electrode may be formed on the back surface of the lower DBR mirror. Alternatively, the lower DBR mirror may be n-type conductivity, the growth substrate or the support substrate may be n-type conductivity, and the n-side electrode may be formed on the back surface of the substrate.

また、上記実施の形態では、下部DBRミラー2上に下部コンタクト層3および下部クラッド層5を介して活性層6を成長しているが、下部DBRミラー2と活性層6との間にさらに別の半導体層を介挿してもよいし、下部DBRミラー2上に直接活性層6を成長する構成としてもよい。   In the above embodiment, the active layer 6 is grown on the lower DBR mirror 2 via the lower contact layer 3 and the lower cladding layer 5, but it is further separated between the lower DBR mirror 2 and the active layer 6. Alternatively, the active layer 6 may be directly grown on the lower DBR mirror 2.

また、上記実施の形態では、活性層に対して下部DBRミラー側がn型導電型になっているが、下部DBRミラーをp型導電型としてもよい。この場合、下部DBRミラーをp型導電型としてもよいし、さらに基板をp型導電型として、基板の裏面にp側電極を設けてもよい。   Further, in the above embodiment, the lower DBR mirror side is n-type conductivity type with respect to the active layer, but the lower DBR mirror may be p-type conductivity type. In this case, the lower DBR mirror may be a p-type conductivity type, and the substrate may be a p-type conductivity type, and a p-side electrode may be provided on the back surface of the substrate.

また、基板上にn型またはp型の導電型のZnO層をエピタキシャル成長して、これを下部DBRミラーの下地層としてもよい。   Further, an n-type or p-type conductivity type ZnO layer may be epitaxially grown on the substrate, and this may be used as a base layer of the lower DBR mirror.

また、活性層は、AlGaInN材料の組成および厚さを適宜選択すれば、紫外領域から可視領域の広範囲にわたって所望のレーザ発振波長の面発光レーザ素子を実現できる。   In addition, if the composition and thickness of the AlGaInN material are appropriately selected for the active layer, a surface emitting laser element having a desired laser oscillation wavelength can be realized over a wide range from the ultraviolet region to the visible region.

また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上記した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。   Further, the present invention is not limited by the above embodiment. What was comprised combining the above-mentioned each component suitably is also contained in this invention.

1 基板
2 下部DBRミラー
2a 低屈折率層
2b 高屈折率層
3 下部コンタクト層
4 下部電極
5 下部クラッド層
6 活性層
7 上部クラッド層
8 上部コンタクト層
9 電流狭窄層
9a 開口部
10 透明導電膜
11 上部電極
12 上部DBRミラー
100 面発光レーザ素子
L1〜L19 破線
M メサポスト
P1、P2 点
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Lower DBR mirror 2a Low refractive index layer 2b High refractive index layer 3 Lower contact layer 4 Lower electrode 5 Lower cladding layer 6 Active layer 7 Upper cladding layer 8 Upper contact layer 9 Current confinement layer 9a Opening 10 Transparent conductive film 11 Upper electrode 12 Upper DBR mirror 100 Surface emitting laser element L1 to L19 Broken line M Mesa post P1, P2 point

Claims (14)

ZnOからなる成長基板を用いて成長した多層膜反射鏡と、
前記多層膜反射鏡上に成長したAlGaInN系材料からなる活性層と、
を備え、前記多層膜反射鏡は、Zn1−x1−y1Mgx1Bey1O(0≦x1≦1、0≦y1≦1)からなる低屈折率層と前記低屈折率層よりも屈折率が高いZnOからなる高屈折率層とが交互に積層した構造からなるとともに、ZnO結晶または前記活性層に対する歪み量が±3%以下であることを特徴とする面発光レーザ素子。
A multilayer reflector grown using a growth substrate made of ZnO;
An active layer made of an AlGaInN-based material grown on the multilayer mirror;
The multilayer mirror includes a low refractive index layer made of Zn 1-x1-y1 Mg x1 Be y1 O (0 ≦ x1 ≦ 1, 0 ≦ y1 ≦ 1) and a refractive index higher than that of the low refractive index layer. A surface-emitting laser element characterized by having a structure in which high refractive index layers made of ZnO having a high thickness are alternately laminated and having a strain amount of ± 3% or less with respect to the ZnO crystal or the active layer.
ZnOからなる成長基板を用いて成長した多層膜反射鏡と、
前記多層膜反射鏡上に成長したAlGaInN系材料からなる活性層と、
を備え、前記多層膜反射鏡は、Zn1−x1−y1Mgx1Bey1O(0≦x1≦1、0≦y1≦1)からなる低屈折率層と前記低屈折率層よりも屈折率が高いZn1−z2Cdz2O(0≦z2≦1)からなる高屈折率層とが交互に積層した構造からなるとともに、ZnO結晶または前記活性層に対する歪み量が±3%以下であることを特徴とする面発光レーザ素子。
A multilayer reflector grown using a growth substrate made of ZnO;
An active layer made of an AlGaInN-based material grown on the multilayer mirror;
The multilayer mirror includes a low refractive index layer made of Zn 1-x1-y1 Mg x1 Be y1 O (0 ≦ x1 ≦ 1, 0 ≦ y1 ≦ 1) and a refractive index higher than that of the low refractive index layer. And a high refractive index layer made of Zn 1-z 2 Cd z 2 O (0 ≦ z 2 ≦ 1) having a high thickness, and the strain amount with respect to the ZnO crystal or the active layer is ± 3% or less. A surface emitting laser element characterized by the above.
ZnOからなる成長基板を用いて成長した多層膜反射鏡と、
前記多層膜反射鏡上に成長したAlGaInN系材料からなる活性層と、
を備え、前記多層膜反射鏡は、Zn1−x1Mgx1O(0.3≦x1≦0.9)からなる低屈折率層と前記低屈折率層よりも屈折率が高いZnOからなる高屈折率層とが交互に積層した構造からなるとともに、ZnO結晶または前記活性層に対する歪み量が±3%以下であることを特徴とする面発光レーザ素子。
A multilayer reflector grown using a growth substrate made of ZnO;
An active layer made of an AlGaInN-based material grown on the multilayer mirror;
The multilayer mirror includes a low refractive index layer made of Zn 1-x1 Mg x1 O (0.3 ≦ x1 ≦ 0.9) and a high refractive index made of ZnO having a higher refractive index than the low refractive index layer. A surface-emitting laser element comprising a structure in which refractive index layers are alternately laminated and having a strain amount of ± 3% or less with respect to a ZnO crystal or the active layer.
前記多層膜反射鏡の前記低屈折率層がMgx1Bey1O(0.62≦x1≦0.89、x1+y1=1)であることを特徴とする請求項1に記載の面発光レーザ素子。 2. The surface emitting laser element according to claim 1, wherein the low refractive index layer of the multilayer mirror is Mg x1 Be y1 O (0.62 ≦ x1 ≦ 0.89, x1 + y1 = 1). 前記多層膜反射鏡の前記低屈折率層がZn1−y1Bey1O(0.11≦y2≦0.17)であることを特徴とする請求項1に記載の面発光レーザ素子。 2. The surface emitting laser element according to claim 1, wherein the low refractive index layer of the multilayer reflector is Zn 1-y1 Be y1 O (0.11 ≦ y2 ≦ 0.17). 前記多層膜反射鏡の歪み量が±2%以下であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の面発光レーザ素子。   6. The surface emitting laser element according to claim 1, wherein a distortion amount of the multilayer mirror is ± 2% or less. 前記多層膜反射鏡の歪み量が±1%以下であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の面発光レーザ素子。   The surface emitting laser element according to claim 1, wherein the multilayer mirror has a distortion amount of ± 1% or less. 前記多層膜反射鏡は、ZnO結晶または前記活性層と格子整合していることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の面発光レーザ素子。   The surface emitting laser element according to claim 1, wherein the multilayer mirror is lattice-matched with a ZnO crystal or the active layer. 前記多層膜反射鏡の低屈折率層と高屈折率層とが、ZnO結晶または前記活性層に対して、互いに符合が異なり絶対値が等しい歪み量を有することを特徴とする請求項1〜8のいずれか一つに記載の面発光レーザ素子。   9. The low refractive index layer and the high refractive index layer of the multilayer-film reflective mirror have a distortion amount that is different from each other and has the same absolute value with respect to the ZnO crystal or the active layer. The surface emitting laser element according to any one of the above. 前記多層膜反射鏡の前記低屈折率層がMgx1Bey1O(0.62≦x1≦0.73、x1+y1=1)であり、前記高屈折率層がZn1−z2Cdz2O(0.75≦1−z2≦0.94)であることを特徴とする請求項2に記載の面発光レーザ素子。 The low refractive index layer of the multilayer mirror is Mg x1 Be y1 O (0.62 ≦ x1 ≦ 0.73, x1 + y1 = 1), and the high refractive index layer is Zn 1-z2 Cd z2 O (0 3. The surface emitting laser element according to claim 2, wherein .75 ≦ 1-z2 ≦ 0.94). 前記多層膜反射鏡の前記低屈折率層がMgx1Bey1O(0.70≦x1≦0.82、x1+y1=1)であり、前記高屈折率層がZn1−z2Cdz2O(0.57≦1−z2≦0.78)であることを特徴とする請求項2に記載の面発光レーザ素子。 The low refractive index layer of the multilayer mirror is Mg x1 Be y1 O (0.70 ≦ x1 ≦ 0.82, x1 + y1 = 1), and the high refractive index layer is Zn 1-z2 Cd z2 O (0 .5 ≦ 1−z2 ≦ 0.78) 3. The surface emitting laser element according to claim 2, wherein: ZnOからなる基板上に多層膜反射鏡を成長する多層膜反射鏡成長工程と
前記多層膜反射鏡上にAlGaInN系材料からなる活性層を成長する活性層成長工程と、
を含み、前記多層膜反射鏡成長工程において、Zn1−x1−y1Mgx1Bey1O(0≦x1≦1、0≦y1≦1)からなる低屈折率層と前記低屈折率層よりも屈折率が高いZnOからなる高屈折率層とを、ZnO結晶または前記活性層に対する歪み量が±3%以下になるように前記各屈折率層の組成を調整して、交互に積層することを特徴とする面発光レーザ素子の製造方法。
A multilayer reflector growth step for growing a multilayer reflector on a substrate made of ZnO; an active layer growth step for growing an active layer made of an AlGaInN-based material on the multilayer reflector;
In the multilayer mirror growth step, a low refractive index layer made of Zn 1-x1-y1 Mg x1 Be y1 O (0 ≦ x1 ≦ 1, 0 ≦ y1 ≦ 1) and more than the low refractive index layer The high refractive index layer made of ZnO having a high refractive index is laminated alternately by adjusting the composition of each refractive index layer so that the strain amount with respect to the ZnO crystal or the active layer is ± 3% or less. A method of manufacturing a surface-emitting laser element, which is characterized.
ZnOからなる基板上に多層膜反射鏡を成長する多層膜反射鏡成長工程と
前記多層膜反射鏡上にAlGaInN系材料からなる活性層を成長する活性層成長工程と、
を含み、前記多層膜反射鏡成長工程において、Zn1−x1−y1Mgx1Bey1O(0≦x1≦1、0≦y1≦1)からなる低屈折率層と前記低屈折率層よりも屈折率が高いZn1−z2Cdz2O(0≦z2≦1)からなる高屈折率層とを、ZnO結晶または前記活性層に対する歪み量が±3%以下になるように前記各屈折率層の組成を調整して、交互に積層することを特徴とする面発光レーザ素子の製造方法。
A multilayer reflector growth step for growing a multilayer reflector on a substrate made of ZnO; an active layer growth step for growing an active layer made of an AlGaInN-based material on the multilayer reflector;
In the multilayer mirror growth step, a low refractive index layer made of Zn 1-x1-y1 Mg x1 Be y1 O (0 ≦ x1 ≦ 1, 0 ≦ y1 ≦ 1) and more than the low refractive index layer Each refractive index layer having a high refractive index layer made of Zn 1 -z 2 Cd z 2 O (0 ≦ z 2 ≦ 1) having a high refractive index is adjusted so that the strain amount with respect to the ZnO crystal or the active layer is ± 3% or less. A method of manufacturing a surface-emitting laser element, wherein the composition is adjusted and stacked alternately.
ZnOからなる基板上に多層膜反射鏡を成長する多層膜反射鏡成長工程と
前記多層膜反射鏡上にAlGaInN系材料からなる活性層を成長する活性層成長工程と、
を含み、前記多層膜反射鏡成長工程において、Zn1−x1Mgx1O(0.3≦x1≦0.9)からなる低屈折率層と前記低屈折率層よりも屈折率が高いZnOからなる高屈折率層とを、ZnO結晶または前記活性層に対する歪み量が±3%以下になるように前記各屈折率層の組成を調整して、交互に積層することを特徴とする面発光レーザ素子の製造方法。
A multilayer reflector growth step for growing a multilayer reflector on a substrate made of ZnO; an active layer growth step for growing an active layer made of an AlGaInN-based material on the multilayer reflector;
In the multilayer reflector growth step, a low refractive index layer made of Zn 1-x1 Mg x1 O (0.3 ≦ x1 ≦ 0.9) and ZnO having a higher refractive index than the low refractive index layer A surface-emitting laser comprising: a high-refractive-index layer that is alternately laminated with a composition of each refractive-index layer adjusted so that a strain amount with respect to the ZnO crystal or the active layer is ± 3% or less Device manufacturing method.
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