JP2021136440A - 反射鏡、面発光レーザ、面発光レーザアレイ、投影装置、ヘッドアップディスプレイ、移動体、ヘッドマウントディスプレイ、検眼装置及び照明装置 - Google Patents

反射鏡、面発光レーザ、面発光レーザアレイ、投影装置、ヘッドアップディスプレイ、移動体、ヘッドマウントディスプレイ、検眼装置及び照明装置 Download PDF

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Abstract

【課題】閾値利得を低減することができる反射鏡、面発光レーザ、面発光レーザアレイ、投影装置、ヘッドアップディスプレイ、移動体、ヘッドマウントディスプレイ、検眼装置及び照明装置を提供する。【解決手段】反射鏡は、第１多層膜と、前記第１多層膜上の第２多層膜と、を有し、前記第１多層膜は、第１平均屈折率を有する第１低屈折率層と、前記第１平均屈折率よりも高い第２平均屈折率を有する第１高屈折率層と、を備え、前記第２多層膜は、第３平均屈折率を有する第２低屈折率層と、前記第３平均屈折率よりも高い第４平均屈折率を有する第２高屈折率層と、を備え、中心波長がλの反射帯域を有し、前記第１低屈折率層の第１光学膜厚と前記第１高屈折率層の第２光学膜厚との和はλ／２であり、前記第２低屈折率層の第３光学膜厚と前記第２高屈折率層の第４光学膜厚との和は（ｎ＋１）λ／２以上（ｎは１以上の整数）である。【選択図】図２

Description

本発明は、反射鏡、面発光レーザ、面発光レーザアレイ、投影装置、ヘッドアップディスプレイ、移動体、ヘッドマウントディスプレイ、検眼装置及び照明装置に関する。
垂直共振器型の面発光レーザ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER：ＶＣＳＥＬ）は一対の反射鏡で薄い活性層を挟み、基板に垂直な方向に共振器を形成したレーザである。そのため、反射鏡には、９９％以上の反射率が求められることがある。
ＶＣＳＥＬの構造に関し、活性層と反射鏡との間のスペーサ層に電極が接触した構造が提案されている（特許文献１）。
特許文献１に記載されたＶＣＳＥＬによれば所期の目的は達成されるものの、閾値利得が大きくなりやすい。
本発明は、閾値利得を低減することができる反射鏡、面発光レーザ、面発光レーザアレイ、投影装置、ヘッドアップディスプレイ、移動体、ヘッドマウントディスプレイ、検眼装置及び照明装置を提供することを目的とする。
開示の技術の一態様によれば、反射鏡は、第１多層膜と、前記第１多層膜上の第２多層膜と、を有し、前記第１多層膜は、第１平均屈折率を有する第１低屈折率層と、前記第１平均屈折率よりも高い第２平均屈折率を有する第１高屈折率層と、を備え、前記第２多層膜は、第３平均屈折率を有する第２低屈折率層と、前記第３平均屈折率よりも高い第４平均屈折率を有する第２高屈折率層と、を備え、中心波長がλの反射帯域を有し、前記第１低屈折率層の第１光学膜厚と前記第１高屈折率層の第２光学膜厚との和はλ／２であり、前記第２低屈折率層の第３光学膜厚と前記第２高屈折率層の第４光学膜厚との和は（ｎ＋１）λ／２以上（ｎは１以上の整数）である。
開示の技術によれば、閾値利得を低減することができる。
スペーサ層の厚さと素子抵抗との関係を示す図である。 第１実施形態に係る反射鏡を示す断面図である。 第２実施形態に係る反射鏡を示す断面図である。 第３実施形態に係る反射鏡を示す断面図である。 第４実施形態に係る反射鏡を示す断面図である。 第５実施形態に係る面発光レーザを示す断面図である。 図６の部分拡大図である。 第６実施形態に係る面発光レーザを示す断面図である。 図８の部分拡大図である。 参考例に係る面発光レーザを示す断面図である。 第７実施形態に係る面発光レーザを示す断面図である。 第８実施形態に係る面発光レーザを示す断面図である。 第９実施形態に係る面発光レーザを示す断面図である。 第１０実施形態に係る面発光レーザを示す断面図である。 第１１実施形態に係る面発光レーザを示す断面図である。 第１２実施形態に係る面発光レーザを示す断面図である。 第１３実施形態に係る投影装置の一例であるヘッドアップディスプレイを示す模式図である。 第１３施形態に係るヘッドアップディスプレイを搭載した自動車を示す模式図である。 第１４実施形態に係るヘッドマウントディスプレイの外観を例示する斜視図である。 第１４実施形態に係るヘッドマウントディスプレイの構成を部分的に例示する図である。 第１５実施形態に係る照明装置の構成を例示する図である。
従来、ＶＣＳＥＬの閾値利得が大きくなりやすい原因の一つとして共振器長が長いことによる閉じ込め係数の低下は一般に知られている。これによりスペーサ層が厚いと閾値利得が高くなることが知られている。しかしながら、例えばイントラキャビティ構造のＶＣＳＥＬ、特にＧａＮ系のＶＣＳＥＬにおいては、ＶＣＳＥＬの２電極間の抵抗（素子抵抗）の低減のために、スペーサ層が厚く形成されている。これは、通常のイントラキャビティ構造においてはスペーサ層に電極が接触しており、素子中央近傍の活性層から横方向にスペーサ層を通電するために、スペーサ層の厚さが素子全体の抵抗において無視できない抵抗成分を有するためである。図１に、本願発明者らによるＧａＮ系ＶＣＳＥＬにおけるシミュレーションの結果を示す。図１は、スペーサ層の厚さと素子抵抗との関係を示す図である。図１には、活性層の基板側のスペーサ層としてｎ−ＧａＮ層が用いられたときのシミュレーションの結果を示してある。図１に示すように、スペーサ層の厚さが１０００ｎｍ以上であれば、素子抵抗は１２０Ω以下であるのに対し、スペーサ層の厚さが４００ｎｍ以下であると、素子抵抗は１５０Ω以上である。このため、従来のＶＣＳＥＬでは、スペーサ層の厚さが１０００ｎｍ以上とされている。
その一方で、スペーサ層が薄いほど閾値利得を小さくしやすい。ＶＣＳＥＬの閾値利得Ｇｔｈは下記の式１で表される。式１において、αａｃｔは活性層の吸収損失、αｃｉｄはスペーサ層の吸収損失、αｄｉｆｆは回折損失、ξは閉じ込め係数、Ｌは共振器長、Ｒはミラーの反射率である。ここで、閾値利得Ｇｔｈはレーザの発振に必要な利得を表しており、この値が低いほどレーザが発振しやすく、好ましい。
Figure 2021136440
式１からわかるように、閉じ込め係数ξを大きくできれば、閾値利得Ｇｔｈを小さくできる。また、実効的共振器中の電界強度の強い部分のうちで活性層が占める割合を高めることで、閉じ込め係数ξを小さくすることができる。つまり、活性層のサイズが一定であれば、スペーサ層を薄くして共振器の長さを短くすることが好ましい。
ところが、上記のように、スペーサ層を薄くすると、素子抵抗が大きくなってしまう。
そこで、本願発明者らは、素子抵抗の上昇を抑制しながらスペーサ層の薄くすることができる構成について鋭意検討を行った。この結果、反射鏡に低抵抗の部分を設けることに想到した。この低抵抗の部分にＶＣＳＥＬの電極を接触させることで、素子抵抗の上昇を抑制しながらスペーサ層の薄くすることができる。
以下、本開示の実施形態について添付の図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省くことがある。
（第１実施形態）
先ず、第１実施形態について説明する。第１実施形態は反射鏡に関する。図２は、第１実施形態に係る反射鏡を示す断面図である。
第１実施形態に係る反射鏡１０は、中心波長がλの反射帯域を有する。中心波長λは、例えば４００ｎｍである。図２に示すように、第１実施形態に係る反射鏡１０は、第１多層膜１１と、第１多層膜１１上の第２多層膜１２とを有する。
第１多層膜１１では、ＡｌＧａＩｎＮ層１１１ａとＧａＮ層１１１ｂとが交互に積層された積層構造を有する低屈折率層１１１と、ＩｎＧａＮ層を有する高屈折率層１１２とが交互に積層されている。高屈折率層１１２にＡｌ組成が低いＡｌＧａＮ層が含まれていてもよい。第１多層膜１１は、例えば、低屈折率層１１１と高屈折率層１１２とのペアを複数含む。第１多層膜１１が低屈折率層１１１と高屈折率層１１２とのペアに加えて、一つの低屈折率層１１１又は高屈折率層１１２を更に含んでもよい。例えば、第１多層膜１１では、低屈折率層１１１が高屈折率層１１２より１つ多い。ＡｌＧａＩｎＮ層１１１ａの組成は、ＡｌｘＧａｙＩｎ（１−ｘ−ｙ）Ｎで表され、ｘは０．９以上１以下であり、ｙは０以上０．１以下である。ＡｌｘＧａｙＩｎ（１−ｘ−ｙ）Ｎの屈折率はＧａＮの屈折率よりも低い。低屈折率層１１１は第１低屈折率層の一例であり、高屈折率層１１２は第１高屈折率層の一例である。ＡｌＧａＩｎＮ層１１１ａとＧａＮ層１１１ｂとが交互に積層された積層構造を有する層の平均屈折率とＩｎＧａＮ層を有する層２の平均屈折率とは相違し、低屈折率層１１１の平均屈折率は、高屈折率層１１２の平均屈折率よりも小さい。低屈折率層１１１の平均屈折率とは、当該低屈折率層１１１に含まれる層毎の光学膜厚と屈折率との積の総和を当該低屈折率層１１１の総光学膜厚で除して得られる値である。高屈折率層１１２の平均屈折率とは、当該高屈折率層１１２に含まれる層毎の光学膜厚と屈折率との積の総和を当該高屈折率層１１２の総光学膜厚で除して得られる値である。高屈折率層１１２はＩｎＧａＮ層のみから構成されていてもよく、その場合の高屈折率層１１２の平均屈折率は当該ＩｎＧａＮ層の屈折率そのものである。低屈折率層１１１の平均屈折率は第１平均屈折率の一例であり、高屈折率層１１２の平均屈折率は第２平均屈折率の一例である。
低屈折率層１１１及び高屈折率層１１２はアンドープの半導体層であってもよく、低屈折率層１１１及び高屈折率層１１２に不純物がドーピングされていてもよい。ここでいうアンドープとは不純物を意図的なドーピングをせず、結晶中の残留不純物濃度が１×１０１７ｃｍ−３以下であることをいう。
第２多層膜１２は、ＡｌＧａＩｎＮ層１２１ａとＧａＮ層１２１ｂとが交互に積層された積層構造を有する低屈折率層１２１と、ＩｎＧａＮ層を有する高屈折率層１２２とのペアを１以上含む。ＡｌＧａＩｎＮ層１２１ａの組成は、ＡｌｘＧａｙＩｎ（１−ｘ−ｙ）Ｎで表され、ｘは０．９以上１以下であり、ｙは０以上０．１以下である。ＡｌＧａＩｎＮ層１２１ａの組成がＡｌＧａＩｎＮ層１１１ａの組成と一致していてもよく、高屈折率層１２２の組成が高屈折率層１１２の組成と一致していてもよい。高屈折率層１２２は、Ｉｎ組成が０のＧａＮ層であってもよい。低屈折率層１２１は第２低屈折率層の一例であり、高屈折率層１２２は第２高屈折率層の一例である。ＡｌＧａＩｎＮ層１２１ａとＧａＮ層１２１ｂとが交互に積層された積層構造を有する層の平均屈折率とＩｎＧａＮ層を有する層の平均屈折率とは相違し、低屈折率層１２１の平均屈折率は、高屈折率層１２２の平均屈折率よりも小さい。低屈折率層１２１の平均屈折率とは、当該低屈折率層１２１に含まれる層毎の光学膜厚と屈折率との積の総和を当該低屈折率層１２１の総光学膜厚で除して得られる値である。高屈折率層１２２の平均屈折率とは、当該高屈折率層１２２に含まれる層毎の光学膜厚と屈折率との積の総和を当該高屈折率層１２２の総光学膜厚で除して得られる値である。高屈折率層１２２はＩｎＧａＮ層のみから構成されていてもよく、その場合の高屈折率層１２２の平均屈折率は当該ＩｎＧａＮ層の屈折率そのものである。低屈折率層１２１の平均屈折率は第３平均屈折率の一例であり、高屈折率層１２２の平均屈折率は第４平均屈折率の一例である。
反射鏡１０は、例えばＧａＮを含む基板１０１上に設けられて使用される。例えば、基板１０１の材料はＧａＮの格子定数を有し、基板１０１としてＧａＮ基板又はＧａＮ層を異種基板上に成長したＧａＮテンプレートを用いることができる。異種基板としては、例えば、サファイア基板、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ基板、ＳｉＣ基板等を用いることができる。
第２多層膜１２は導電性を備える。例えば、低屈折率層１２１及び高屈折率層１２２は、１×１０１８ｃｍ−３以上の濃度で、好ましくは２×１０１８ｃｍ−３以上の濃度でＳｉ等の不純物を含有する。
なお、低屈折率層１１１及び１２１には、ＡｌＧａＩｎＮ層１１１ａ及び１２１ａのＡｌＧａＩｎＮと基板１０１に含まれるＧａＮとの間の格子不整合による引張歪が生じる。その一方で、高屈折率層１１２及び１２２には、高屈折率層１１２及び１２２のＩｎＧａＮと基板１０１に含まれるＧａＮとの間の格子不整合による圧縮歪が生じる。従って、低屈折率層１１１及び１２１に生じる変形量と高屈折率層１１２及び１２２に生じる変形量との差が大きい場合、これらの界面にクラックやピットが発生して反射率が低下することがある。このようなクラックやピットを抑制するために、ＡｌＧａＩｎＮ層１１１ａ及び１２１ａに生じる歪とＡｌＧａＩｎＮ層１１１ａ及び１２１ａの総膜厚との積ＰＡｌＧａＩｎＮと、ＩｎＧａＮ層に生じる歪とＩｎＧａＮ層の総膜厚との積ＰＩｎＧａＮとの差が小さいことが好ましい。例えば、積ＰＡｌＧａＩｎＮが積ＰＩｎＧａＮの０．８〜１．２倍であることが好ましく、０．９〜１．１倍であることがより好ましく、１．０倍であることが更に好ましい。なお、歪εの定義は次の式で表される。分母は、基板のａ軸格子定数（ａＳ）、ここではＧａＮのａ軸格子定数であり、分子は変形量（Δａ）、ここではＩｎＧａＮやＡｌＧａＩｎＮのａ軸格子定数（ａｅ）からＧａＮのａ軸格子定数（ａＳ）を引いた値である。
ε＝Δａ／ａＳ＝（ａｅ−ａＳ）／ａＳ
第１多層膜１１に関し、低屈折率層１１１の光学膜厚及び高屈折率層１１２の光学膜厚は、例えばλ／４である。低屈折率層１１１の光学膜厚と高屈折率層１１２の光学膜厚との和は、例えばλ／２である。低屈折率層１１１の光学膜厚は第１光学膜厚の一例であり、高屈折率層１１２の光学膜厚は第２光学膜厚の一例である。低屈折率層１１１の光学膜厚と高屈折率層１１２の光学膜厚との和がλ／２であれば、低屈折率層１１１の光学膜厚と高屈折率層１１２の光学膜厚とが互いに相違していてもよい。例えば、高屈折率層１１２の光学膜厚がλ／４より大きく、低屈折率層１１１の光学膜厚がλ／４より小さくてもよい。低屈折率層１１１の光学膜厚が小さいほど、低屈折率層１１１中のＡｌＧａＩｎＮ層１１１ａの総膜厚が大きく、ＧａＮ層１１１ｂの総膜厚が小さく、低屈折率層１１１の屈折率が低く、低屈折率層１１１と高屈折率層１１２との間の実効的な屈折率差が大きい。このため、高屈折率層１１２の光学膜厚をλ／４より大きく、低屈折率層１１１の光学膜厚をλ／４より小さくすることで、積ＰＡｌＧａＩｎＮとの積ＰＩｎＧａＮとの差を小さくしながら、実効的な屈折率差を大きくすることができる。例えば、低屈折率層１１１の光学膜厚がλ／４の０．８倍、高屈折率層１１２の光学膜厚がλ／４の１．２倍であってもよい。この場合、低屈折率層１１１の光学膜厚と高屈折率層１１２の光学膜厚との和はλ／２となる。
例えば、低屈折率層１１１は、３つのＧａＮ層１１１ｂと２つのＡｌＧａＩｎＮ層１１１ａを有する。例えば、ＡｌＧａＩｎＮ層１１１ａは、厚さが５ｎｍのＡｌＮ層であり、３つのＧａＮ層１１１ｂのうち中央のＧａＮ層１１１ｂの厚さは６ｎｍであり、両端のＧａＮ層１１１ｂの厚さは８．５ｎｍである。例えば、高屈折率層１１２は、屈折率が２．５９で厚さが４７ｎｍのＩｎＧａＮ層である。
第２多層膜１２に関し、低屈折率層１２１の光学膜厚は、例えばλ／４であり、高屈折率層１２２の光学膜厚は、例えば（２ｎ＋１）λ／４である。低屈折率層１２１の光学膜厚と高屈折率層１２２の光学膜厚との和は、例えば（ｎ＋１）λ／２である。低屈折率層１２１の光学膜厚は第３光学膜厚の一例であり、高屈折率層１２２の光学膜厚は第４光学膜厚の一例である。例えば、高屈折率層１２２の光学膜厚が（２ｎ＋１）λ／４より大きく、低屈折率層１２１の光学膜厚がλ／４より小さくてもよい。低屈折率層１２１の光学膜厚が小さいほど、低屈折率層１２１中のＡｌＧａＩｎＮ層１２１ａの総膜厚が大きく、ＧａＮ層１２１ｂの総膜厚が小さく、低屈折率層１２１の屈折率が低く、低屈折率層１２１と高屈折率層１２２との間の実効的な屈折率差が大きい。このため、高屈折率層１２２の光学膜厚を（２ｎ＋１）λ／４より大きく、低屈折率層１２１の光学膜厚をλ／４より小さくすることで、積ＰＡｌＧａＩｎＮとの積ＰＩｎＧａＮとの差を小さくしながら、実効的な屈折率差を大きくすることができる。例えば、低屈折率層１２１の光学膜厚がλ／４の０．８倍、高屈折率層１２２の光学膜厚が５λ／４の１．１６倍であってもよい。この場合、低屈折率層１２１の光学膜厚と高屈折率層１２２の光学膜厚との和は１．５λとなる。
例えば、低屈折率層１２１は、３つのＧａＮ層１２１ｂと２つのＡｌＧａＩｎＮ層１２１ａとを有する。例えば、ＡｌＧａＩｎＮ層１２１ａは、厚さが５ｎｍのＡｌＮ層であり、３つのＧａＮ層１２１ｂのうち中央のＧａＮ層１２１ｂの厚さは６ｎｍであり、両端のＧａＮ層１２１ｂの厚さは８．５ｎｍである。例えば、高屈折率層１２２は、厚さが２４０ｎｍのＧａＮ層である。低屈折率層１２１及び高屈折率層１２２には、例えばＳｉが２×１０１８ｃｍ−３の濃度でドーピングされている。
反射鏡１０によれば、第２多層膜１２上にＶＣＳＥＬの共振器を設けることができる。この場合、低屈折率層１２１をエッチングして高屈折率層１２２を露出させ、高屈折率層１２２に接触するように電極を設けることができる。このため、共振器に含まれ、反射鏡１０側に配置されるスペーサ層を薄くしても、反射鏡１０の導電可能部分、すなわち低屈折率層１２１及び高屈折率層１２２が通電を担うため、素子抵抗を低く抑えることができる。従って、反射鏡１０を用いることで、素子抵抗を抑えながら閾値利得を低減することができる。
なお、低屈折率層１２１をエッチングして高屈折率層１２２を露出させる場合には、次のようにして低屈折率層１２１のエッチングの終了タイミングを特定することができる。例えば、低屈折率層１２１のエッチングをドライエッチングとし、プラズマモニタを用いてＡｌ、Ｉｎ等の高屈折率層１２２には含まれない元素のプラズマ強度を観察する。そして、終了タイミングに近い時間において、Ａｌ、Ｉｎ等のプラズマ強度が低下し、Ｇａのプラズマ強度が上昇したタイミングを低屈折率層１２１のエッチングの終了タイミングを特定することができる。従って、高屈折率層１２２の過剰なエッチングを避けながら、低屈折率層１２１を適切に除去することができる。
なお、高屈折率層１２２の光学膜厚は、５λ／４を基準とした光学膜厚である必要はなく、３λ／４を基準とした光学膜厚であってもよく、７λ／４、９λ／４・・・を基準とした光学膜厚であってもよい。素子抵抗の低減のために、高屈折率層１２２の光学膜厚はλ／２以上であることが好ましく、高屈折率層１２２の厚さは２００ｎｍ以上であることが好ましい。
反射鏡１０では、低屈折率層１２１の光学膜厚と高屈折率層１２２の光学膜厚との和が、例えば（ｎ＋１）λ／２であり、λ／２より大きいが、良好な反射率を得ることができる。ここで、反射率の計算結果について説明する。この計算では、まず、第１例、第２例、第３例の３例について反射率を計算する。
第１例では、上から順に低屈折率層と高屈折率層とが交互に配置され、一番下に低屈折率層が配置される。低屈折率層と高屈折率層とのペアの数は４５である。各低屈折率層は、３つのＧａＮ層と２つのＡｌＮ層とを有する。ＡｌＮ層はＧａＮ層に挟まれる。ＡｌＮ層の厚さは５ｎｍであり、３つのＧａＮ層のうち中央のＧａＮ層の厚さは６ｎｍであり、両端のＧａＮ層の厚さは８．５ｎｍである。高屈折率層１２２は、屈折率が２．５９で厚さが４７ｎｍのＩｎＧａＮ層である。中心波長λは４００ｎｍとする。低屈折率層と高屈折率層との各ペアの光学膜厚はλ／２である。第２例では、第１例における一番上に配置される高屈折率層の厚さを変更し、一番上に配置される低屈折率層と高屈折率層とのペアの光学膜厚を２λ／２とする。また、一番上に配置される高屈折率層をＧａＮ層とする。第３例では、第１例における一番上に配置される高屈折率層の厚さを変更し、一番上に配置される低屈折率層と高屈折率層とのペアの光学膜厚を３λ／２とする。また、一番上に配置される高屈折率層をＧａＮ層とする。つまり、第２例、第３例は、第１実施形態における第２多層膜１２と同様のペアを含む。第１例、第２例、第３例における反射率の計算結果を表１に示す。
Figure 2021136440
表１に示すように、第２例、第３例のいずれにおいても、第１例からの反射率の低下は極わずかであり、良好な反射率が得られる。また、より高い反射率が要求される場合には、第２多層膜１２と同様のペアの数を２以上としてもよい。
なお、反射鏡の上に導電性のスペーサ層を介して活性層があるＶＣＳＥＬにおいて、スペーサ層が厚ければ、素子抵抗を低減することは可能である。しかしながら、この場合には、上述のように、共振器長が長くなるため、閉じ込め係数が低下し、閾値利得が高くなる。これに対し、反射鏡１０の上に導電性のスペーサ層を介して活性層があるＶＣＳＥＬでは、素子抵抗を低減しながら、閉じ込め係数の低下を抑制できる。
ここで、共振器長が３λであり、反射鏡がアンドープの高屈折率層とアンドープの低屈折率層とを５０ペア含む第４例を比較対象として、反射鏡１０を用いることで閉じ込め係数の低下が抑制される効果について説明する。表２に、第４例と、第４例と共振器長が４λ、４．５λ、５λである点で相違する３つの例（第５例、第７例、第９例）と、第５例、第７例、第９例とは、反射鏡１０が用いられた点で相違する３つの例（第６例、第８例、第１０例）とにおける閉じ込め係数を示す。第４例では、共振器長が３λであり、反射鏡の構造が５０ペアである。第５例、第７例、第９例では、それぞれ、共振器長が４λ、４．５λ、５λであり、反射鏡の構造が５０ペアである。第６例、第８例、第１０例では、それぞれ、共振器長が３λであり、反射鏡の構造が５０ペア＋１λＤＢＲ、５０ペア＋１．５λＤＢＲ、５０ペア＋２λＤＢＲである。第６例、第８例、第１０例では、反射鏡が、第４例と同様のアンドープの高屈折率層とアンドープの低屈折率層とを５０ペアを含み、更に、導電性を備えた１ペアの高屈折率層と低屈折率層とを含む。＋１λＤＢＲ、＋１．５λＤＢＲ、＋２λＤＢＲは、それぞれ、導電性を備えた高屈折率層と低屈折率層との１ペアの光学厚さが１λ、１．５λ、２λ相当であることを示す。
Figure 2021136440
表２に示すように、共振器長が３λの第４例に対して共振器長を４λ、４．５λ、５λに単純に伸ばした第５例、第７例、第９例と比較して、反射鏡の多層膜として導電性の高屈折率層及び低屈折率層を含む第６例、第８例、第１０例において、閉じ込め係数が大きい。このことは、反射鏡１０によれば、共振器のスペーサ層を単純に厚くするよりも、閉じ込め係数を大きくして、閾値利得を抑制できることを示す。
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態は反射鏡に関する。図３は、第２実施形態に係る反射鏡を示す断面図である。
図３に示すように、第２実施形態に係る反射鏡２０は、第１多層膜２１と、第１多層膜２１上の第２多層膜２２とを有する。
第１多層膜２１では、低屈折率層１１１と高屈折率層１１２とが交互に積層されている。第１多層膜２１では、低屈折率層１１１の数と高屈折率層１１２の数とが等しい。
第２多層膜２２は、ＧａＮ層を有する低屈折率層２２１と、ＩｎＧａＮ層を有する高屈折率層２２２とのペアを１以上含む。ＧａＮ層を有する層の平均屈折率は、ＩｎＧａＮ層を有する層の平均屈折率と相違し、低屈折率層２２１の平均屈折率は、高屈折率層２２２の平均屈折率よりも小さい。例えば、低屈折率層２２１は、厚さが２１７ｎｍのＧａＮ層である。例えば、高屈折率層２２２は、屈折率が２．５９で厚さが４７ｎｍのＩｎＧａＮ層である。例えば、低屈折率層２２１の光学膜厚と高屈折率層２２２の光学膜厚との和は２λである。ＩｎＧａＮの屈折率はＧａＮの屈折率よりも低い。低屈折率層２２１は第２低屈折率層の一例であり、低屈折率層２２１の平均屈折率は第３平均屈折率の一例である。
第２多層膜２２は導電性を備える。例えば、低屈折率層２２１及び高屈折率層２２２は、１×１０１８ｃｍ−３以上の濃度で、好ましくは２×１０１８ｃｍ−３以上の濃度でＳｉ等の不純物を含有する。
他の構成は第１実施形態と同様である。
反射鏡２０によれば、第２多層膜２２上にＶＣＳＥＬの共振器を設けることができる。この場合、高屈折率層２２２をエッチングして低屈折率層２２１を露出させ、低屈折率層２２１に接触するように電極を設けることができる。このため、共振器に含まれ、反射鏡２０側に配置されるスペーサ層を薄くしても素子抵抗を低く抑えることができる。従って、反射鏡２０を用いることで、素子抵抗を抑えながら閾値利得を低減することができる。
また、ＧａＮ層を含む低屈折率層２２１とＩｎＧａＮ層を含む高屈折率層２２２とを有する第２多層膜２２の抵抗は、ＡｌＧａＩｎＮ層１２１ａ及びＧａＮ層１２１ｂを含む低屈折率層１２１とＩｎＧａＮ層を含む高屈折率層１２２とを有する第２多層膜１２の抵抗よりも低くすることができる。このため、素子抵抗をより低く抑えることができる。
（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。第３実施形態は反射鏡に関する。図４は、第３実施形態に係る反射鏡を示す断面図である。
図４に示すように、第３実施形態に係る反射鏡３０は、第１多層膜１１と、第１多層膜１１上の第２多層膜１２と、第２多層膜１２上の第３多層膜１３とを有する。
第３多層膜１３は、ＡｌＧａＩｎＮ層１３１ａとＧａＮ層１３１ｂとが交互に積層された積層構造を有する低屈折率層１３１と、ＩｎＧａＮ層を有する高屈折率層１３２とのペアを含む。ＡｌＧａＩｎＮ層１３１ａの組成は、ＡｌｘＧａｙＩｎ（１−ｘ−ｙ）Ｎで表され、ｘは０．９以上１以下であり、ｙは０以上０．１以下である。ＡｌＧａＩｎＮ層１３１ａとＧａＮ層１３１ｂとが交互に積層された積層構造を有する層の平均屈折率は、ＩｎＧａＮ層を有する層の平均屈折率と相違し、低屈折率層１３１の平均屈折率は、高屈折率層１３２の平均屈折率よりも小さい。低屈折率層１３１の平均屈折率とは、当該低屈折率層１３１に含まれる層毎の光学膜厚と屈折率との積の総和を当該低屈折率層１３１の総光学膜厚で除して得られる値である。高屈折率層１３２の平均屈折率とは、当該高屈折率層１３２に含まれる層毎の光学膜厚と屈折率との積の総和を当該高屈折率層１３２の総光学膜厚で除して得られる値である。高屈折率層１３２はＩｎＧａＮ層のみから構成されていてもよく、その場合の高屈折率層１３２の平均屈折率は当該ＩｎＧａＮ層の屈折率そのものである。
第３多層膜１３は導電性を備える。例えば、低屈折率層１３１及び高屈折率層１３２は、１×１０１８ｃｍ−３以上の濃度で、好ましくは２×１０１８ｃｍ−３以上の濃度でＳｉ等の不純物を含有する。
このように、第３多層膜１３は、低屈折率層１３１及び高屈折率層１３２が導電性を有している点を除き、第１多層膜１１に含まれる低屈折率層１１１と高屈折率層１１２との１ペアと同様の構成を有する。
他の構成は第１実施形態と同様である。
反射鏡３０によれば、第３多層膜１３上にＶＣＳＥＬの共振器を設けることができる。この場合、低屈折率層１３１、高屈折率層１３２及び低屈折率層１２１をエッチングして高屈折率層１２２を露出させ、高屈折率層１２２に接触するように電極を設けることができる。このため、共振器に含まれ、反射鏡３０側に配置されるスペーサ層を薄くしても素子抵抗を低く抑えることができる。従って、反射鏡３０を用いることで、素子抵抗を抑えながら閾値利得を低減することができる。
第２実施形態において、低屈折率層１３１及び高屈折率層１３２の積層順が第３実施形態とは反対の第３多層膜が第２多層膜２２上に設けられていてもよい。
（第４実施形態）
次に、第４実施形態について説明する。第４実施形態は反射鏡に関する。図５は、第４実施形態に係る反射鏡を示す断面図である。
図５に示すように、第４実施形態に係る反射鏡４０では、第２多層膜２２が低屈折率層２２１と高屈折率層２２２とのペアを２つ含む。例えば、低屈折率層２２１は、厚さが２１７ｎｍのＧａＮ層であり、高屈折率層２２２は、屈折率が２．５９で厚さが４７ｎｍのＩｎＧａＮ層である。この場合、第２多層膜２２の厚さは５００ｎｍ以上である。
他の構成は第２実施形態と同様である。
反射鏡４０によれば、第２多層膜２２上にＶＣＳＥＬの共振器を設けることができる。この場合、共振器側の１つの高屈折率層２２２をエッチングして、共振器側の１つの低屈折率層２２１を露出させ、この低屈折率層２２１に接触するように電極を設けることができる。これにより、もう１ペアの高屈折率層２２２及び低屈折率層２２１が電極との間の電流経路として機能し得る。このため、反射鏡２０と比較して素子抵抗を更に低減することができる。
（第５実施形態）
次に、第５実施形態について説明する。第５実施形態は、面発光レーザに関する。図６は、第５実施形態に係る面発光レーザを示す断面図である。図７は、図６の部分拡大図である。図７には、図６中の領域２０２を示す。
図６に示すように、第５実施形態に係る面発光レーザ２００は、導電性を備え、ＧａＮを含む基板２０１と、基板２０１上の第１反射鏡２０４と、第１反射鏡２０４上の第１導電型の第１スペーサ層（第１半導体層）２０５と、を有する。面発光レーザ２００は、更に、第１スペーサ層２０５上の活性層２０６と、活性層２０６上の第２導電型の第２スペーサ層（第２半導体層）２０７と、第２スペーサ層２０７上の第２反射鏡２０８と、を有する。第１反射鏡２０４は、第１実施形態に係る反射鏡１０を有する。第１スペーサ層２０５、活性層２０６及び第２スペーサ層２０７の積層体はメサ構造２１１を有する。図７に示すように、メサ構造２１１は、反射鏡１０の低屈折率層１２１を含む。第１反射鏡２０４に開口部２０９が形成され、開口部２０９内に導電部２１０が設けられている。すなわち、面発光レーザ２００は、開口部２０９内に基板２０１と第１反射鏡２０４（反射鏡１０）の最表面に位置する高屈折率層１２２とを電気的に接続する導電部２１０を有する。面発光レーザ２００は、更に、第２スペーサ層２０７の表面上の上部電極２１２と、基板２０１の裏面上の下部電極２１３と、を有する。
基板２０１は、例えばＧａＮ基板である。第１スペーサ層２０５は第１導電型の半導体層、例えばＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層又はＩｎＧａＮ層である。第１導電型はｎ型又はｐ型のいずれでもよいが、抵抗率の観点から、ｎ型であることが好ましい。例えば、ｎ型半導体層は不純物としてＳｉ、Ｇｅなどを含み、ｐ型半導体層はＭｇなどを含む。
活性層２０６は、例えば、ＩｎＧａＮ／ＧａＮやＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮなどの多重量子井戸構造を有する。このような多重量子井戸構造は、第１スペーサ層２０５や第２スペーサ層２０７から注入されたキャリアを効率よく閉じ込め、優れた発光効率を得るのに好適である。
第２スペーサ層２０７は第２導電型の半導体層、例えばＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層又はＩｎＧａＮ層である。第１導電型がｎ型であれば、第２導電型はｐ型であり、第１導電型がｐ型であれば、第２導電型はｎ型である。例えば、ｐ型半導体層はＭｇなどを含み、ｎ型半導体層は不純物としてＳｉ、Ｇｅなどを含む。
第１スペーサ層２０５と、活性層２０６と、第２スペーサ層２０７とから共振器が構成される。共振器の長さ、すなわち第１スペーサ層２０５、活性層２０６及び第２スペーサ層２０７の総厚は、１λ以上２λ以下であり、活性層２０６が電界強度分布の腹の位置に一致していることが好ましい。シングルモード発振しやすくなるためである。
低屈折率層１２１、第１スペーサ層２０５、活性層２０６及び第２スペーサ層２０７の積層体はメサ構造２１１を有する。素子分離のためである。
導電部２１０の材料は、例えば、導電性の半導体又は金属である。導電性の半導体が用いられる場合、導電部２１０の導電型は高屈折率層１２２の導電型と同一であり、その材料は、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ又はＩｎＧａＮである。金属が用いられる場合、基板２０１や高屈折率層１２２とオーミック接触が形成できる材料が用いられ、例えば、Ｔｉ／Ａｌ、Ｃｒ／Ａｕなどが挙げられる。基板２０１と導電部２１０とが物理的に直接接している必要はなく、これらの間に不純物を１×１０１８ｃｍ−３以上ドーピングしたバッファ層が設けられていてもよい。このようなバッファ層は、基板２０１と導電部２１０との間の接触抵抗の低減に寄与する。バッファ層が形成された基板２０１を、導電層を備えた一つの基板とみなすことができる。
第２反射鏡２０８は、例えば、半導体若しくは誘電体又はこれらの組み合わせを用いた多層膜反射鏡である。第２反射鏡２０８に反射鏡１０が用いられてもよい。反射鏡１０が用いられる場合、活性層２０６で発生した熱を第２反射鏡２０８からも高効率で放出することができる。第２反射鏡２０８が、ＡｌＩｎＮ層とＧａＮ層とが交互に積層された積層構造を有していてもよい。第２反射鏡２０８が、他の半導体材料を用いた多層膜反射鏡であってもよい。誘電体としては、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５などが挙げられる。
第２反射鏡２０８の反射率は、次のようにして調整することができる。例えば、第２反射鏡２０８を構成する低屈折率層及び高屈折率層の膜厚を適切に決定することで反射率を調整することができる。例えば、Ｔａ２Ｏ５層及びＳｉＯ２層の膜厚を適切に決定することで反射率を調整することができる。また、屈折率差が異なる複数組の積層体を適切に組み合わせることで反射率を調整することができる。例えば、ＳｉＮ層とＳｉＯ２層とが交互に積層された第１積層体、及び／又はＴａ２Ｏ５層とＳｉＯ２層とが交互に積層された第２積層体を適切な周期数で組み合わせることで反射率を調整することができる。低屈折率層及び高屈折率層とは平均屈折率が異なる層を加えることで反射率を調整してもよい。
第２反射鏡２０８の反射率を第１反射鏡２０４の反射率よりも低くすることで第２反射鏡２０８側から光を取り出すことができる。
上部電極２１２及び下部電極２１３には半導体とオーミック接触が形成できる材料が用いられる。ｐ−ＧａＮと接触させる場合はＮｉ／Ａｕが好適であり、ｎ−ＧａＮと接触させる場合はＴｉ／Ａｌが好適であるが、これらに限定されない。
面発光レーザ２００では、導電部２１０を介して基板２０１と高屈折率層１２２とが電気的に接続されている。このため、第１スペーサ層２０５が薄くても、基板２０１側から高屈折率層１２２を通じて活性層２０６にキャリアを注入することができる。従って、面発光レーザ２００の素子抵抗は低く、面発光レーザ２００は低閾値利得で発振することができる。
なお、図６では、開口部２０９の全体が導電部２１０により埋め込まれているが、高屈折率層１２２と基板２０１とが十分に電気的に接続されていれば、開口部２０９の全体が導電部２１０により埋め込まれている必要はない。
（第６実施形態）
次に、第６実施形態について説明する。第６実施形態は、面発光レーザに関する。図８は、第６実施形態に係る面発光レーザを示す断面図である。図９は、図８の部分拡大図である。図９には、図８中の領域３０２を示す。
図８に示すように、第６実施形態に係る面発光レーザ３００は、いくつかの相違点を除き、第５実施形態に係る面発光レーザ２００と同様の構成を有する。例えば、面発光レーザ３００では、第１反射鏡２０４に開口部２０９が形成されておらず、下部電極２１３が設けられていない。その一方で、第１反射鏡２０４（反射鏡１０）の高屈折率層１２２上に下部電極３１３が設けられている。
下部電極３１３には半導体とオーミック接触が形成できる材料が用いられる。ｐ−ＧａＮと接触させる場合はＮｉ／Ａｕが好適であり、ｎ−ＧａＮと接触させる場合はＴｉ／Ａｌが好適であるが、これらに限定されない。
他の構成は第５実施形態と同様である。
面発光レーザ３００では、下部電極３１３が高屈折率層１２２に直接接触している。このため、第１スペーサ層２０５が薄くても、高屈折率層１２２を通じて活性層２０６にキャリアを注入することができる。従って、面発光レーザ３００の素子抵抗は低く、面発光レーザ３００は低閾値利得で発振することができる。
なお、第６の実施形態では、基板２０１が導電性を有していなくてもよい。
第５及び第６の実施形態では、第１反射鏡２０４に反射鏡１０が用いられているが、第１反射鏡２０４に反射鏡２０、３０、４０が用いられてもよい。
（参考例）
次に、参考例について説明する。参考例は、ＧａＡｓ系イントラキャビティ構造の面発光レーザに関する。図１０は、参考例に係る面発光レーザを示す断面図である。
図１０に示すように、参考例に係る面発光レーザ７９０は、ＧａＡｓからなる基板７０１と、基板７０１上の第１反射鏡７０４と、第１反射鏡７０４上の第１導電型の第１スペーサ層（第１半導体層）７０５と、を有する。面発光レーザ７９０は、更に、第１スペーサ層７０５上の活性層７０６と、活性層７０６上の第２導電型の第２スペーサ層（第２半導体層）７０７と、第２スペーサ層７０７上の第２反射鏡７０８と、を有する。
第１反射鏡７０４及び第２反射鏡７０８は、例えば中心波長λが７８０ｎｍの反射帯域を有する。
第１反射鏡７０４では、ＡｌＡｓからなる低屈折率層７１１と、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる高屈折率層７１２とが交互に積層されている。例えば、低屈折率層７１１の光学膜厚と高屈折率層７１２の光学膜厚との和はλ／２であり、低屈折率層７１１の光学膜厚及び高屈折率層７１２の光学膜厚はλ／４である。中心波長λが７８０ｎｍの場合、例えば、低屈折率層７１１の厚さは６５ｎｍであり、高屈折率層の厚さは５６ｎｍである。第１反射鏡７０４は、例えば、低屈折率層７１１と高屈折率層７１２とのペアを複数、例えば４０含む。
第１スペーサ層７０５は第１導電型の半導体層、例えばｎ型のＧａＩｎＰ層である。例えば、第１スペーサ層７０５は不純物としてＳｉ、Ｓｅなどを含む。
活性層７０６は、例えば、ＧａＩｎＡｓＰ／ＧａＩｎＰなどの多重量子井戸構造を有し、７８０ｎｍで発光する。
第２スペーサ層７０７は第２導電型の半導体層、例えばｐ型のＧａＩｎＰ層である。例えば、第２スペーサ層７０７は不純物としてＺｎなどを含む。
第１スペーサ層７０５と、活性層７０６と、第２スペーサ層７０７とから共振器が構成される。例えば、共振器は２λ相当の厚さで形成されている。例えば、第１スペーサ層７０５の下端から活性層７０６の中心までの部分は１．５λ相当の厚さを有し、活性層７０６の中心から第２スペーサ層７０７の上端までの部分は０．５λ相当の厚さを有する。
第２反射鏡７０８では、ｐ型のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなる低屈折率層７３１と、ｐ型のＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる高屈折率層７３２とが交互に積層されている。例えば、低屈折率層７３１の光学膜厚と高屈折率層７３２の光学膜厚との和はλ／２であり、低屈折率層７３１の光学膜厚及び高屈折率層７３２の光学膜厚はλ／４である。第２反射鏡７０８は、例えば、低屈折率層７３１と高屈折率層７３２とのペアを複数、例えば３０ペア含む。第２反射鏡７０８は酸化狭窄層７４１を含む。酸化狭窄層７４１は、平面視で、環状の酸化領域と、酸化領域の内側の非酸化領域とを含む。酸化狭窄層７４１のＡｌ組成は周辺の層と比べて高く、例えば、酸化狭窄層７４１はＡｌＡｓ層である。酸化狭窄層７４１は電流狭窄層として機能する。
第１スペーサ層７０５、活性層７０６、第２スペーサ層７０７及び第２反射鏡７０８の積層体はメサ構造７４２を有する。メサ構造７４２は、第１スペーサ層７０５の一部を底面とする。面発光レーザ７９０は、更に、第２反射鏡７０８の表面上の上部電極７５１と、メサ構造７４２から露出する第１スペーサ層７０５の表面上の下部電極７５２と、を有する。上部電極７５１及び下部電極７５２には半導体とオーミック接触が形成できる材料が用いられる。上部電極７５１は、平面視で環状に形成されており、上部電極７５１の内側から発振光が取り出される。
例えば、第１反射鏡７０４、第１スペーサ層７０５、活性層７０６、第２スペーサ層７０７及び第２反射鏡７０８は有機金属化学気相成長（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：ＭＯＣＶＤ）法により形成される。例えば、メサ構造７４２は、フォトリソグラフィによるマスクの形成及び誘導結合プラズマ（Inductively Coupled Plasma：ＩＣＰ）エッチング等により形成される。エッチングは、例えばエッチング時間の管理に基づいて停止される。
面発光レーザ７９０では、電流は上部電極７５１から、酸化狭窄層７４１により狭窄されながら、ｐ型の第２反射鏡７０８及び第２スペーサ層７０７を通じて活性層７０６に注入される。また、電流は活性層７０６からｎ型の第１スペーサ層７０５を通じて下部電極７５２に流れる。面発光レーザ７９０では、第１反射鏡７０４がアンドープであるため、第１反射鏡７０４による光吸収を抑制することができる。
しかしながら、面発光レーザ７９０では、第１スペーサ層７０５が薄ければ素子抵抗が高くなりやすく、第１スペーサ層７０５が厚ければ、共振器長が長くなり、閉じ込め係数が低下して閾値利得が高くなりやすい。
（第７実施形態）
次に、第７実施形態について説明する。第７実施形態は、面発光レーザに関する。図１１は、第７実施形態に係る面発光レーザを示す断面図である。
図１１に示すように、第７実施形態に係る面発光レーザ７９１は、ＧａＡｓからなる基板７０１と、基板７０１上の第１反射鏡７０４と、第１反射鏡７０４上の第１導電型の第１スペーサ層（第１半導体層）７０５と、を有する。面発光レーザ７９０は、更に、第１スペーサ層７０５上の活性層７０６と、活性層７０６上の第２導電型の第２スペーサ層（第２半導体層）７０７と、第２スペーサ層７０７上の第２反射鏡７０８と、を有する。
第１反射鏡７０４及び第２反射鏡７０８は、例えば中心波長λが７８０ｎｍの反射帯域を有する。
第１反射鏡７０４は、第１多層膜７１と、第１多層膜７１上の第２多層膜７２と、を有する。
第１多層膜７１では、アンドープのＡｌＡｓからなる低屈折率層７１１と、アンドープのＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる高屈折率層７１２とが交互に積層されている。例えば、低屈折率層７１１の光学膜厚と高屈折率層７１２の光学膜厚との和はλ／２であり、低屈折率層７１１の光学膜厚及び高屈折率層７１２の光学膜厚はλ／４である。中心波長λが７８０ｎｍの場合、例えば、低屈折率層７１１の厚さは６５ｎｍであり、高屈折率層の厚さは５６ｎｍである。第１多層膜７１は、例えば、低屈折率層７１１と高屈折率層７１２とのペアを複数、例えば４０含む。低屈折率層７１１は第１低屈折率層の一例であり、高屈折率層７１２は第１高屈折率層の一例である。
第２多層膜７２は、第１導電型の半導体層、例えばｎ型のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなる低屈折率層７２１と、第１導電型の半導体層、例えばｎ型のＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる高屈折率層７２２とのペアを１含む。例えば、高屈折率層７２２が低屈折率層７２１よりも第１多層膜７１側にある。例えば、高屈折率層７２２が低屈折率層７１１に接し、低屈折率層７２１が第１スペーサ層７０５に接する。例えば、低屈折率層７２１の光学膜厚と高屈折率層７２２の光学膜厚との和は１λである。低屈折率層７２１は第２低屈折率層の一例であり、高屈折率層７２２は第２高屈折率層の一例である。
第１スペーサ層７０５と、活性層７０６と、第２スペーサ層７０７とから共振器が構成される。例えば、共振器は１λ相当の厚さで形成されている。例えば、第１スペーサ層７０５の下端から活性層７０６の中心までの部分は０．５λ相当の厚さを有し、活性層７０６の中心から第２スペーサ層７０７の上端までの部分は０．５λ相当の厚さを有する。
その他の構成は参考例と同様である。
第７実施形態に係る面発光レーザ７９１では、電流は上部電極７５１から、酸化狭窄層７４１により狭窄されながら、ｐ型の第２反射鏡７０８及び第２スペーサ層７０７を通じて活性層７０６に注入される。また、電流は活性層７０６からｎ型の第１スペーサ層７０５だけでなく、ｎ型の低屈折率層７２１及び高屈折率層７２２を通じて下部電極７５２に流れる。従って、参考例と比較して、素子抵抗を低減することができる。
また、低屈折率層７２１のＡｌ組成が低屈折率層７１１のＡｌ組成よりも低いため、低屈折率層７２１のバンドギャップは低屈折率層７１１のバンドギャップよりも小さい。そして、高屈折率層７１２と低屈折率層７１１との間のバンドギャップの差よりも高屈折率層７２２と低屈折率層７２１との間のバンドギャップの差が小さい。従って、参考例と比較して、第１スペーサ層７０５と第１反射鏡７０４との間のヘテロ障壁が低く、素子抵抗を低減することができる。
また、第１多層膜７１がアンドープであるため、低屈折率層７２１及び高屈折率層７２２が不純物を含有していても、第１反射鏡７０４による光吸収を抑制することができる。
更に、参考例と比較して、共振器が薄い。このため、大きな閉じ込め係数が得られ、閾値利得を低く抑えることができる。
すなわち、第７実施形態によれば、素子抵抗の抑制と閾値利得の低減とを両立することができる。閾値利得の低減により、エネルギー変換効率を向上し、高出力化することができる。このため、複数の面発光レーザを含む高出力の面発光レーザアレイを実現することができる。
（第８実施形態）
次に、第８実施形態について説明する。第８実施形態は、面発光レーザに関する。図１２は、第８実施形態に係る面発光レーザを示す断面図である。
図１２に示すように、第８実施形態に係る面発光レーザ７９２は、ＧａＡｓからなる基板７０１と、基板７０１上の第１反射鏡７０４と、第１反射鏡７０４上の第１導電型の第１スペーサ層（第１半導体層）７０５と、を有する。面発光レーザ７９０は、更に、第１スペーサ層７０５上の活性層７０６と、活性層７０６上の第２導電型の第２スペーサ層（第２半導体層）７０７と、第２スペーサ層７０７上の第２反射鏡７０８と、を有する。
第２多層膜７２は、第１導電型の半導体層、例えばｎ型のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなる低屈折率層７２１と、第１導電型の半導体層、例えばｎ型のＧａＩｎＰからなる高屈折率層７２２Ａとのペアを１含む。例えば、低屈折率層７２１の光学膜厚と高屈折率層７２２Ａの光学膜厚との和は１λであり、低屈折率層７２１の光学膜厚はλ／４よりもλ１／１６だけ小さく、高屈折率層７２２Ａの光学膜厚は３λ／４よりもλ／１６だけ大きい。
第８実施形態では、第２多層膜７２、第１スペーサ層７０５、活性層７０６、第２スペーサ層７０７及び第２反射鏡７０８の積層体がメサ構造７４２Ａを有する。メサ構造７４２Ａは、第２多層膜７２の一部、例えば高屈折率層７２２Ａの一部を底面とする。下部電極７５２は、メサ構造７４２Ａから露出する高屈折率層７２２Ａの表面上にある。
他の構成は第７実施形態と同様である。
第８実施形態に係る面発光レーザ７９２では、電流は上部電極７５１から、酸化狭窄層７４１により狭窄されながら、ｐ型の第２反射鏡７０８及び第２スペーサ層７０７を通じて活性層７０６に注入される。また、電流は活性層７０６からｎ型の第１スペーサ層７０５、低屈折率層７２１及び高屈折率層７２２Ａを通じて下部電極７５２に流れる。従って、参考例と比較して、素子抵抗を低減することができる。
また、高屈折率層７２２Ａの光学膜厚が３／４λ相当より大きいため、素子抵抗をより低減することができる。
更に、低屈折率層７２１にはＡｌが含まれ、高屈折率層７２２ＡにはＡｌが含まれない。このため、メサ構造７４２Ａを形成する際に、プラズマモニタ等によりＡｌの信号の変化を監視することで、低屈折率層７２１のエッチングが終了したことを高精度で検出することができる。従って、より優れた制御性でメサ構造７４２Ａを形成することができる。更に、ＧａＩｎＰなどのエッチング速度の比較的遅い材料が高屈折率層７２２Ａに用いられることで、エッチングの制御性を更に向上することができる。
（第９実施形態）
次に、第９実施形態について説明する。第９実施形態は、面発光レーザに関する。図１３は、第９実施形態に係る面発光レーザを示す断面図である。
図１３に示すように、第７実施形態に係る面発光レーザ７９３は、ＧａＡｓからなる基板７０１と、基板７０１上の第１反射鏡７０４と、第１反射鏡７０４上の第１導電型の第１スペーサ層（第１半導体層）７０５と、を有する。面発光レーザ７９０は、更に、第１スペーサ層７０５上の活性層７０６と、活性層７０６上の第２導電型の第２スペーサ層（第２半導体層）７０７と、第２スペーサ層７０７上の第２反射鏡７０８と、を有する。
第２多層膜７２は、第１導電型の半導体層、例えばｐ型のＧａＩｎＰからなる低屈折率層７２１Ｂと、第１導電型の半導体層、例えばｐ型のＡｌ０．８Ｇａ０．２Ａｓからなる高屈折率層７２２Ｂとのペアを１含む。例えば、低屈折率層７２１Ｂの光学膜厚と高屈折率層７２２Ｂの光学膜厚との和は１λであり、低屈折率層７２１Ｂの光学膜厚はλ／４よりもλ１／１６だけ小さく、高屈折率層７２２Ｂの光学膜厚は３λ／４よりもλ／１６だけ大きい。
第２多層膜７２は酸化狭窄層７４１を含む。酸化狭窄層７４１は、平面視で、環状の酸化領域と、酸化領域の内側の非酸化領域とを含む。酸化狭窄層７４１のＡｌ組成は周辺の層と比べて高く、例えば、酸化狭窄層７４１はＡｌＡｓ層である。酸化狭窄層７４１は電流狭窄層として機能する。
第２反射鏡７０８では、ｎ型のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなる低屈折率層７３１Ｂと、ｎ型のＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる高屈折率層７３２Ｂとが交互に積層されている。例えば、低屈折率層７３１Ｂの光学膜厚と高屈折率層７３２Ｂの光学膜厚との和はλ／２であり、低屈折率層７３１Ｂの光学膜厚及び高屈折率層７３２Ｂの光学膜厚はλ／４である。
下部電極７５２は、メサ構造７４２Ａから露出する高屈折率層７２２Ｂの表面上にある。
他の構成は第８実施形態と同様である。
第９実施形態によっても第８実施形態と同様の効果が得られる。また、第９実施形態では、第８実施形態と比較して、レーザ光の共振方向に対してｐ型の領域が少ない。一般に、ｐ型半導体はｎ型半導体よりも光を吸収しやすい。従って、第９実施形態によれば、第８実施形態よりも面発光レーザ内での光吸収を低減することができる。光吸収の低減により、より高い光出力が得られ、閾値利得がより低減される。
また、一般に、ｐ型半導体はｎ型半導体よりも抵抗が高くなりやすいが、第９実施形態では、第２多層膜７２が厚い高屈折率層７２２Ｂを含むため、素子抵抗の上昇を抑えることができる。
（第１０実施形態）
次に、第１０実施形態について説明する。第１０実施形態は、面発光レーザに関する。図１４は、第１０実施形態に係る面発光レーザを示す断面図である。
図１４に示すように、第１０実施形態に係る面発光レーザ７９４では、第２多層膜７２が、低屈折率層７２１と、高屈折率層７２２Ａとのペアを２含む。メサ構造７４２Ａは、上側の高屈折率層７２２Ａの一部を底面とする。
他の構成は第８実施形態と同様である。
第１０実施形態によっても第８実施形態と同様の効果が得られる。また、第１０実施形態では、第２多層膜７２が、低屈折率層７２１と、高屈折率層７２２Ａとのペアを２含むため、素子抵抗をより低減することができる。更に、第１０実施形態によれば、第１反射鏡７０４の反射率をより高くすることができる。例えば、第８実施形態において素子抵抗の低減のために高屈折率層７２２Ａを厚くした第１反射鏡７０４の反射率よりも、第１０実施形態における第１反射鏡７０４の反射率を高くすることができる。
（第１１実施形態）
次に、第１１実施形態について説明する。第１１実施形態は、面発光レーザに関する。図１５は、第１１実施形態に係る面発光レーザを示す断面図である。
図１５に示すように、第１１実施形態に係る面発光レーザ８００は、ＧａＮからなる基板８０１と、基板８０１上の第１反射鏡８０４と、第１反射鏡８０４上の第１導電型の第１スペーサ層（第１半導体層）８０５と、を有する。面発光レーザ８００は、更に、第１スペーサ層８０５上の活性層８０６と、活性層８０６上の第２導電型の第２スペーサ層（第２半導体層）８０７と、第２スペーサ層８０７上の透明導電膜８０９と、を有する。
第１反射鏡８０４は、例えば中心波長λが４１０ｎｍの反射帯域を有する。
第１反射鏡８０４は、第１多層膜８１と、第１多層膜８１上の第２多層膜８２と、を有する。
第１多層膜８１では、アンドープのＡｌＩｎＮからなる低屈折率層８１１と、アンドープのＧａＮからなる高屈折率層８１２とが交互に積層されている。低屈折率層８１１と高屈折率層８１２とは互いに格子整合している。例えば、低屈折率層８１１の光学膜厚と高屈折率層８１２の光学膜厚との和はλ／２であり、低屈折率層８１１の光学膜厚及び高屈折率層８１２の光学膜厚はλ／４である。中心波長λが４１０ｎｍの場合、例えば、低屈折率層８１１の厚さは４６ｎｍであり、高屈折率層の厚さは４１ｎｍである。第１多層膜８１は、例えば、低屈折率層８１１と高屈折率層８１２とのペアを複数、例えば４５含む。低屈折率層８１１は第１低屈折率層の一例であり、高屈折率層８１２は第１高屈折率層の一例である。
第２多層膜８２は、第１導電型の半導体層、例えばｎ型のＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎからなる低屈折率層８２１と、第１導電型の半導体層、例えばｎ型のＧａＮからなる高屈折率層８２２とのペアを１含む。例えば、高屈折率層８２２が低屈折率層８２１よりも第１多層膜８１側にある。例えば、高屈折率層８２２が低屈折率層８１１に接し、低屈折率層８２１が第１スペーサ層８０５に接する。例えば、低屈折率層８２１の光学膜厚と高屈折率層８２２の光学膜厚との和は１．５λであり、低屈折率層８２１の光学膜厚はλ／４よりもλ１／１６だけ小さく、高屈折率層８２２の光学膜厚は５λ／４よりもλ／１６だけ大きい。低屈折率層８２１は第２低屈折率層の一例であり、高屈折率層８２２は第２高屈折率層の一例である。
第１スペーサ層８０５は第１導電型の半導体層、例えばｎ型のＧａＮ層である。活性層８０６は、例えば、ＩｎＧａＮ／ＧａＮなどの多重量子井戸構造を有し、４１０ｎｍで発光する。第２スペーサ層８０７は第２導電型の半導体層、例えばｐ型のＧａＮ層である。
第１スペーサ層８０５と、活性層８０６と、第２スペーサ層８０７とから共振器が構成される。例えば、共振器は２λ相当の厚さで形成されている。例えば、第１スペーサ層８０５の下端から活性層８０６の中心までの部分は０．５λ相当の厚さを有し、活性層８０６の中心から第２スペーサ層８０７の上端までの部分は１．５λ相当の厚さを有する。
第２多層膜８２、第１スペーサ層８０５、活性層８０６及び第２スペーサ層８０７の積層体がメサ構造８４２を有する。メサ構造８４２は、第２多層膜８２の一部、例えば高屈折率層８２２の一部を底面とする。
面発光レーザ８００は、メサ構造８４２の上に平面視で環状の絶縁層８４１を有する。絶縁層８４１は、例えばＳｉＯ２層である。透明導電膜８０９は絶縁層８４１の上にあり、絶縁層８４１の開口を通じて第２スペーサ層８０７に接する。透明導電膜８０９は、例えば酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）膜である。
面発光レーザ８００は、透明導電膜７０９の表面上の上部電極８５１と、メサ構造８４２から露出する高屈折率層８２２の表面上の下部電極８５２と、を有する。上部電極８５１及び下部電極８５２には半導体とオーミック接触が形成できる材料が用いられる。上部電極８５１は、平面視で環状に形成されている。
面発光レーザ８００は、上部電極８５１の内側に透明導電膜７０９上の第２反射鏡８０８を有する。第２反射鏡８０８は、例えば中心波長λが４１０ｎｍの反射帯域を有する。第２反射鏡８０８は、例えば誘電体分布ブラッグ反射器（Distributed Bragg Reflector：ＤＢＲ）である。第２反射鏡８０８では、ＳｉＯ２からなる低屈折率層８３１と、Ｔａ２Ｏ５からなる高屈折率層８３２とが交互に積層されている。第２反射鏡８０８は、例えば、低屈折率層８３１と高屈折率層８３２とのペアを複数、例えば１０含む。
例えば、第１反射鏡８０４、第１スペーサ層８０５、活性層８０６及び第２スペーサ層８０７はＭＯＣＶＤ法により形成される。例えば、メサ構造８４２は、フォトリソグラフィによるマスクの形成及びＩＣＰエッチング等により形成される。例えば、絶縁層８４１は、フォトリソグラフィによるマスクの形成及びエッチング等により形成される。
面発光レーザ８００では、電流は上部電極８５１から、絶縁層８４１により狭窄されながら、第２スペーサ層８０７を通じて活性層８０６に注入される。また、電流は活性層８０６からｎ型の第１スペーサ層８０５、低屈折率層８２１及び高屈折率層８２２を通じて下部電極８５２に流れる。従って、素子抵抗を低減することができる。
また、第１１実施形態では、低屈折率層８２１のＡｌ組成が低屈折率層８１１のＡｌ組成よりも低く、低屈折率層８２１のバンドギャップが低屈折率層８１１のバンドギャップよりも小さい。そして、高屈折率層８１２と低屈折率層８１１との間のバンドギャップの差よりも高屈折率層８２２と低屈折率層８２１との間のバンドギャップの差が小さい。従って、第１スペーサ層８０５と第１反射鏡８０４との間のヘテロ障壁が低く、素子抵抗を低減することができる。
（第１２実施形態）
次に、第１２実施形態について説明する。第１２実施形態は、面発光レーザに関する。図１６は、第１２実施形態に係る面発光レーザを示す断面図である。
図１６に示すように、第１２実施形態に係る面発光レーザ７９６は、基板７０１に代えて導電性の基板７０１Ａを含む。第１反射鏡７０４に開口部７５９が形成され、開口部７５９内に導電部７５３が設けられている。すなわち、面発光レーザ７９６は、開口部７５９内に基板７０１Ａと第１反射鏡７０４の最表面に位置する高屈折率層７２２とを電気的に接続する導電部７５３を有する。面発光レーザ７９６は、更に、基板７０１Ａの裏面上の下部電極７５４を有する。ここで高屈折率層７２２は導電部７５３を通じて基板７０１Ａと電気的に接続しているため第１多層膜７１をアンドープにすることができる。
面発光レーザ７９６では、導電部７５３を介して基板７０１Ａと高屈折率層７２２とが電気的に接続されている。このため、第１スペーサ層７０５が薄くても、基板７０１Ａ側から高屈折率層７２２を通じて活性層７０６にキャリアを注入することができる。従って、面発光レーザ７９６の素子抵抗は低く、面発光レーザ７９６は低閾値利得で発振することができる。さらに第１多層膜７１をアンドープにすることができるため光吸収を低減できるためさらに低閾利得で発振することが可能になる。
（第１３実施形態）
次に、第１３実施形態について説明する。第１３実施形態は、投影装置の一例であるヘッドアップディスプレイ（head-up display：ＨＵＤ）に関する。図１７は、第１３実施形態に係る投影装置の一例であるＨＵＤを示す模式図である。図１８は、第１３実施形態に係るＨＵＤを搭載した自動車を示す模式図である。
投影装置は、光走査により画像を投影する装置であり、例えばＨＵＤである。
第１３実施形態に係るＨＵＤ５００は、図１８に示すように、例えば、自動車４００のウインドシールド（フロントガラス４０１等）の付近に設置される。ＨＵＤ５００から発せられる投射光Ｌがフロントガラス４０１で反射され、ユーザーである観察者（運転者４０２）に向かう。これにより、運転者４０２は、ＨＵＤ５００によって投影された画像等を虚像として視認することができる。なお、ウインドシールドの内壁面にコンバイナを設置し、コンバイナによって反射する投射光によってユーザーに虚像を視認させる構成にしてもよい。自動車４００は移動体の一例である。
図１７に示すように、ＨＵＤ５００は、赤色、緑色、青色のレーザ光源５０１Ｒ，５０１Ｇ，５０１Ｂからレーザ光が出射される。出射されたレーザ光は、各レーザ光源に対して設けられるコリメートレンズ５０２，５０３，５０４と、２つのダイクロイックミラー５０５，５０６と、光量調整部５０７と、から構成される入射光学系を経た後、反射面５１４を有する可動装置５１３にて偏向される。そして、偏向されたレーザ光は、自由曲面ミラー５０９と、中間スクリーン５１０と、投射ミラー５１１とから構成される投射光学系を経て、スクリーンに投影される。なお、上記ＨＵＤ５００では、レーザ光源５０１Ｒ，５０１Ｇ，５０１Ｂ、コリメートレンズ５０２，５０３，５０４、ダイクロイックミラー５０５，５０６は、光源ユニット５３０として光学ハウジングによってユニット化されている。レーザ光源５０１Ｒ，５０１Ｇ，５０１Ｂは、第５〜第１２実施形態のいずれかに係る面発光レーザを含む。レーザ光源５０１Ｒ，５０１Ｇ，５０１Ｂが、第５〜第１２実施形態のいずれかに係る面発光レーザを複数備えた面発光レーザアレイを含んでもよい。
ＨＵＤ５００は、中間スクリーン５１０に表示される中間像を自動車４００のフロントガラス４０１に投射することで、その中間像を運転者４０２に虚像として視認させる。
レーザ光源５０１Ｒ，５０１Ｇ，５０１Ｂから発せられる各色レーザ光は、それぞれ、コリメートレンズ５０２，５０３，５０４で略平行光とされ、合成部となる２つのダイクロイックミラー５０５，５０６により合成される。合成されたレーザ光は、光量調整部５０７で光量が調整された後、反射面５１４を有する可動装置５１３によって二次元走査される。可動装置５１３で二次元走査された投射光Ｌは、自由曲面ミラー５０９で反射されて歪みを補正された後、中間スクリーン５１０に集光され、中間像を表示する。中間スクリーン５１０は、マイクロレンズが二次元配置されたマイクロレンズアレイで構成されており、中間スクリーン５１０に入射してくる投射光Ｌをマイクロレンズ単位で拡大する。
可動装置５１３は、反射面５１４を２軸方向に往復可動させ、反射面５１４に入射する投射光Ｌを二次元走査する。この可動装置５１３の駆動制御は、レーザ光源５０１Ｒ，５０１Ｇ，５０１Ｂの発光タイミングに同期して行われる。
光源ユニット５３０及び可動装置５１３は制御装置５１５により制御される。
以上、投影装置の一例としてのＨＵＤ５００の説明をしたが、投影装置は、反射面５１４を有した可動装置５１３により光走査を行うことで画像を投影する装置であればよい。例えば、机等に置かれ、表示スクリーン上に画像を投影するプロジェクタや、観測者の頭部等に装着される装着部材に搭載され、装着部材が有する反射透過スクリーンに投影、または眼球をスクリーンとして画像を投影するヘッドマウントディスプレイ等にも、同様に適用することができる。
また、投影装置は、車両や装着部材だけでなく、例えば、航空機、船舶、移動式ロボット等の移動体、あるいは、その場から移動せずにマニピュレータ等の駆動対象を操作する作業ロボットなどの非移動体に搭載されてもよい。
（第１４実施形態）
次に、第１４実施形態について説明する。第１４実施形態は、ヘッドマウントディスプレイ（head mount display：ＨＭＤ）に関する。図１９は、第１４実施形態に係るＨＭＤの外観を例示する斜視図である。
ＨＭＤは、人間の頭部に装着可能な頭部装着型ディスプレイで、例えば、眼鏡に類する形状とすることができる。
第１４実施形態に係るＨＭＤ６００は、図１９に示すように、左右に１組ずつ略対称に設けられたフロント６００ａ、及びテンプル６００ｂにより構成されている。フロント６００ａは、例えば、導光板６１０により構成することができ、光学系や制御装置等は、テンプル６００ｂに内蔵することができる。
図２０は、ＨＭＤ６００の構成を部分的に例示する図である。なお、図２０では、左眼用の構成を例示しているが、ＨＭＤ６００は右眼用としても同様の構成を有している。
ＨＭＤ６００は、制御装置５１５と、光源ユニット５３０と、光量調整部５０７と、反射面５１４を有する可動装置５１３と、導光板６１０と、ハーフミラー６２０とを有している。
光源ユニット５３０は、上述したように、レーザ光源５０１Ｒ、５０１Ｇ、及び５０１Ｂと、コリメートレンズ５０２、５０３、及び５０４と、ダイクロイックミラー５０５、及び５０６とを、光学ハウジングによってユニット化したものである。光源ユニット５３０において、レーザ光源５０１Ｒ、５０１Ｇ、及び５０１Ｂからの三色のレーザ光は、合成部となるダイクロイックミラー５０５及び５０６で合成される。光源ユニット５３０からは、合成された平行光が発せられる。
光源ユニット５３０からの光は、光量調整部５０７により光量調整された後、可動装置５１３に入射する。可動装置５１３は、制御装置５１５からの信号に基づき、反射面５１４をＸＹ方向に可動し、光源ユニット５３０からの光を二次元走査する。この可動装置５１３の駆動制御は、レーザ光源５０１Ｒ、５０１Ｇ、５０１Ｂの発光タイミングに同期して行われ、走査光によりカラー画像が形成される。
可動装置５１３による走査光は、導光板６１０に入射する。導光板６１０は、走査光を内壁面で反射させながらハーフミラー６２０に導光する。導光板６１０は、走査光の波長に対して透過性を有する樹脂等により形成されている。
ハーフミラー６２０は、導光板６１０からの光をＨＭＤ６００の背面側に反射し、ＨＭＤ６００の装着者６３０の眼の方向に出射する。ハーフミラー６２０は、例えば、自由曲面形状を有している。走査光による画像は、ハーフミラー６２０での反射により、装着者６３０の網膜に結像する。或いは、ハーフミラー６２０での反射と眼球における水晶体のレンズ効果とにより、装着者６３０の網膜に結像する。またハーフミラー６２０での反射により、画像は空間歪が補正される。装着者６３０は、ＸＹ方向に走査される光で形成される画像を、観察することができる。
フロント６００ａにハーフミラー６２０が設けられているため、装着者６３０には、外界からの光による像と走査光による画像が重畳して観察される。ハーフミラー６２０に代えてミラーを設けることで、外界からの光をなくし、走査光による画像のみを観察できる構成としてもよい。
（第１５実施形態）
次に、第１５実施形態について説明する。第１５実施形態は、検眼装置に関する。
第１５実施形態に係る検眼装置は、視力検査、眼屈折力検査、眼圧検査、眼軸長検査など種々の検査を行うことができる装置である。検眼装置は、眼球に非接触で検査可能な装置であって、被験者の顔を支持する支持部と、検眼窓と、検眼に際し被検者の眼球に検査用情報を投影する表示部と、制御部と、測定部とを有している。被検者は支持部に顔を固定し、検眼窓から表示部により投影される検査用情報を凝視する。検査用情報の投影のための光源に、第５〜第１２実施形態のいずれかに係る面発光レーザを用いることができる。検査用情報の投影のための光源に、第５〜第１２実施形態のいずれかに係る面発光レーザを複数備えた面発光レーザアレイを用いてもよい。また、検眼装置がグラス形態の検眼装置であってもよい。グラス形態の検眼装置により、検査に必要な空間や大型の検眼装置が不要となり、簡便な構成で場所に左右されることなく検査が可能となる。
（第１６実施形態）
次に、第１６実施形態について説明する。第１６実施形態は、照明装置に関する。図２１は、第１５実施形態に係る照明装置の構成を例示する図である。
第１６実施形態に係る照明装置９００は、建築物の建屋内照明、移動体の夜間照明など、様々な照明に用いることができる。照明装置９００は、面発光レーザモジュール９０１と、蛍光板９０２と、受光素子９０３と、反射板９０４と、レンズ９０５と、を有する。面発光レーザモジュール９０１は、第５〜第１２実施形態のいずれかに係る面発光レーザを含む。面発光レーザモジュール９０１が、第５〜第１２実施形態のいずれかに係る面発光レーザを複数備えた面発光レーザアレイを含んでもよい。蛍光板９０２は面発光レーザモジュール９０１の出射側にあり、面発光レーザモジュール９０１から出射された光を拡散させる。反射板９０４は、蛍光板９０２により拡散された光を反射する。レンズ９０５は、反射板９０４により反射された光を成型して外部に放射する。
反射板９０４により反射された光の一部が受光素子９０３に入射してもよい。受光素子９０３は入射した光を検出する。制御部（図示せず）が受光素子９０３による検出結果に基づいて照明装置９００を制御してもよい。
反射板９０４の面発光レーザモジュール９０１からの直射部分に、蛍光板９０２の破損時の安全のために開口部９０６があってもよい。開口部９０６があることで、面発光レーザモジュール９０１からのコヒーレント光が直接外部に取り出されないようにできる。
第５〜第１２実施形態のいずれかに係る面発光レーザ、又は、この面発光レーザを複数備えた面発光レーザアレイを含む面発光レーザモジュール９０１を用いることで、よりエネルギー効率の高い照明装置を得ることができる。
以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。
１０、２０、３０、４０ 反射鏡
１１、２１、７１、８１ 第１多層膜
１２、２２、７２、８２ 第２多層膜
１３ 第３多層膜
１１１、１２１、１３１、２２１、７１１、７２１、７２１Ｂ、８１１、８２１ 低屈折率層
１１１ａ、１２１ａ、１３１ａ ＡｌＧａＩｎＮ層
１１１ｂ、１２１ｂ、１３１ｂ ＧａＮ層
１１２、１２２、１３２、２２２、７１２、７２２、７２２Ａ、７２２Ｂ、８１２、８２２ 高屈折率層
２００、３００、７９１、７９２、７９３、７９４、７９６、８００ 面発光レーザ
２０４、７０４、８０４ 第１反射鏡
２０５、７０５、８０５ 第１スペーサ層
２０６、７０６、８０６ 活性層
２０７、７０７、８０７ 第２スペーサ層
２０８、７０８、８０８ 第２反射鏡
４００ 自動車
５００ ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）
５０１Ｂ、５０１Ｇ、５０１Ｒ レーザ光源
６００ ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）
９００ 照明装置
特開２０１９−１５３７７９号公報
Applied Science 2019, 9, 416

Claims (40)

  1. 第１多層膜と、
    前記第１多層膜上の第２多層膜と、
    を有し、
    前記第１多層膜は、
    第１平均屈折率を有する第１低屈折率層と、
    前記第１平均屈折率よりも高い第２平均屈折率を有する第１高屈折率層と、
    を備え、
    前記第２多層膜は、
    第３平均屈折率を有する第２低屈折率層と、
    前記第３平均屈折率よりも高い第４平均屈折率を有する第２高屈折率層と、
    を備え、
    中心波長がλの反射帯域を有し、
    前記第１低屈折率層の第１光学膜厚と前記第１高屈折率層の第２光学膜厚との和はλ／２であり、
    前記第２低屈折率層の第３光学膜厚と前記第２高屈折率層の第４光学膜厚との和は（ｎ＋１）λ／２以上（ｎは１以上の整数）である、反射鏡。
  2. 前記第２多層膜は導電性を備える、請求項１に記載の反射鏡。
  3. 前記第１低屈折率層は、ＧａＮよりも屈折率が低い層を１以上含み、
    前記第１高屈折率層は、ＧａＮよりも屈折率が高い層を１以上含む、請求項１又は２に記載の反射鏡。
  4. 前記第２高屈折率層の光学膜厚は、λ／２以上である、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の反射鏡。
  5. 前記第２高屈折率層は、ＧａＮ層を有する、請求項４に記載の反射鏡。
  6. 前記第１低屈折率層は、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ層（ｘは０．９以上以下であり、ｙは０以上０．１以下である）とＧａＮ層とが交互に積層された積層構造を有し、
    前記第１高屈折率層は、ＩｎＧａＮ層を含む、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の反射鏡。
  7. 前記第２低屈折率層の光学膜厚は、λ／２以上である、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の反射鏡。
  8. 前記第２低屈折率層は、ＧａＮ層を有する、請求項７に記載の反射鏡。
  9. 活性層と、
    前記活性層を挟んで設けられた第１反射鏡及び第２反射鏡と、
    を有し、
    前記第１反射鏡は、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の反射鏡を有する、面発光レーザ。
  10. 前記活性層と前記第１反射鏡の間に配置された第１半導体層と、
    前記活性層と前記第２反射鏡の間に配置された第２半導体層と、
    をさらに有し、
    前記第１反射鏡は導電性の基板上に形成され、
    少なくとも前記第２半導体層、前記活性層及び前記第１半導体層の積層体はメサ構造を有し、
    少なくとも前記第１反射鏡に開口部が形成され、
    前記開口部内に前記基板と前記第２多層膜とを電気的に接続する導電部を有する、請求項９に記載の面発光レーザ。
  11. 前記第２多層膜と前記第１半導体層とが接している、請求項１０に記載の面発光レーザ。
  12. 前記第１半導体層の膜厚が４００ｎｍ以下である、請求項１０又は１１に記載の面発光レーザ。
  13. 請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の面発光レーザと、
    前記面発光レーザが発した光を偏向する光偏向装置と、
    を備え、
    前記光を偏向して投影する、投影装置。
  14. 前記面発光レーザは複数設けられており、
    前記複数の面発光レーザは、異なる波長の光を発するものであって、
    前記複数の面発光レーザから発した前記複数の光を合成する合成部を更に備え、
    前記合成部において合成された光を偏向して投影する、請求項１３に記載の投影装置。
  15. 請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の面発光レーザを備える、ヘッドアップディスプレイ。
  16. 請求項１５に記載のヘッドアップディスプレイを備える、移動体。
  17. 請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の面発光レーザを備える、ヘッドマウントディスプレイ。
  18. 請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の面発光レーザを備える、検眼装置。
  19. 活性層と、
    前記活性層を挟んで設けられた第１反射鏡及び第２反射鏡と、
    前記活性層と前記第１反射鏡の間に配置された第１半導体層と、
    前記活性層と前記第２反射鏡の間に配置された第２半導体層と、
    を有し、
    前記第１反射鏡は基板上に形成され、
    前記第１反射鏡及び前記第２反射鏡は、中心波長がλの反射帯域を有し、
    前記第１反射鏡は、
    第１多層膜と、
    前記第１多層膜上の第２多層膜と、
    を有し、
    前記第１多層膜は、
    第１平均屈折率を有する第１低屈折率層と、
    前記第１平均屈折率よりも高い第２平均屈折率を有する第１高屈折率層と、
    を備え、
    前記第２多層膜は、
    第３平均屈折率を有する第２低屈折率層と、
    前記第３平均屈折率よりも高い第４平均屈折率を有する第２高屈折率層と、
    を備え、
    前記第１低屈折率層の第１光学膜厚と前記第１高屈折率層の第２光学膜厚との和はλ／２であり、
    前記第２低屈折率層の第３光学膜厚と前記第２高屈折率層の第４光学膜厚との和は（ｎ＋１）λ／２以上（ｎは１以上の整数）であり、
    少なくとも前記第２半導体層、前記活性層及び前記第１半導体層の積層体は前記第１半導体層の一部を底面とするメサ構造を有し、
    前記第２多層膜は導電性を備え、
    前記第１半導体層に電気的に接続された電極を有する、面発光レーザ。
  20. 活性層と、
    前記活性層を挟んで設けられた第１反射鏡及び第２反射鏡と、
    前記活性層と前記第１反射鏡の間に配置された第１半導体層と、
    前記活性層と前記第２反射鏡の間に配置された第２半導体層と、
    を有し、
    前記第１反射鏡は基板上に形成され、
    前記第１反射鏡及び前記第２反射鏡は、中心波長がλの反射帯域を有し、
    前記第１反射鏡は、
    第１多層膜と、
    前記第１多層膜上の第２多層膜と、
    を有し、
    前記第１多層膜は、
    第１平均屈折率を有する第１低屈折率層と、
    前記第１平均屈折率よりも高い第２平均屈折率を有する第１高屈折率層と、
    を備え、
    前記第２多層膜は、
    第３平均屈折率を有する第２低屈折率層と、
    前記第３平均屈折率よりも高い第４平均屈折率を有する第２高屈折率層と、
    を備え、
    前記第１低屈折率層の第１光学膜厚と前記第１高屈折率層の第２光学膜厚との和はλ／２であり、
    前記第２低屈折率層の第３光学膜厚と前記第２高屈折率層の第４光学膜厚との和は（ｎ＋１）λ／２以上（ｎは１以上の整数）であり、
    少なくとも前記第２半導体層、前記活性層、前記第１半導体層及び前記第２多層膜の積層体は前記第２多層膜の一部を底面とするメサ構造を有し、
    前記第２多層膜は導電性を備え、
    前記第２多層膜に電気的に接続された電極を有する、面発光レーザ。
  21. 活性層と、
    前記活性層を挟んで設けられた第１反射鏡及び第２反射鏡と、
    前記活性層と前記第１反射鏡の間に配置された第１半導体層と、
    前記活性層と前記第２反射鏡の間に配置された第２半導体層と、
    を有し、
    前記第１反射鏡は導電性の基板上に形成され、
    前記第１反射鏡及び前記第２反射鏡は、中心波長がλの反射帯域を有し、
    前記第１反射鏡は、
    第１多層膜と、
    前記第１多層膜上の第２多層膜と、
    を有し、
    前記第１多層膜は、
    第１平均屈折率を有する第１低屈折率層と、
    前記第１平均屈折率よりも高い第２平均屈折率を有する第１高屈折率層と、
    を備え、
    前記第２多層膜は、
    第３平均屈折率を有する第２低屈折率層と、
    前記第３平均屈折率よりも高い第４平均屈折率を有する第２高屈折率層と、
    を備え、
    前記第１低屈折率層の第１光学膜厚と前記第１高屈折率層の第２光学膜厚との和はλ／２であり、
    前記第２低屈折率層の第３光学膜厚と前記第２高屈折率層の第４光学膜厚との和は（ｎ＋１）λ／２以上（ｎは１以上の整数）であり、
    少なくとも前記第２半導体層、前記活性層及び前記第１半導体層の積層体はメサ構造を有し、
    前記第２多層膜は導電性を備え、
    少なくとも前記第１反射鏡に開口部が形成され、
    前記開口部内に前記基板と前記第２多層膜とを電気的に接続する導電部を有する、面発光レーザ。
  22. 前記第１高屈折率層と前記第１低屈折率層との間のバンドギャップの差よりも前記第２高屈折率層と前記第２低屈折率層との間のバンドギャップの差が小さい、請求項１９乃至２１のいずれか１項に記載の面発光レーザ。
  23. 前記第１多層膜はアンドープである、請求項１９乃至２２のいずれか１項に記載の面発光レーザ。
  24. 前記第２多層膜はｐ型の導電性を備える、請求項１９乃至２３のいずれか１項に記載の面発光レーザ。
  25. 前記第１低屈折率層、前記第１高屈折率層、前記第２低屈折率層及び前記第２高屈折率層は、それぞれ窒化物半導体からなる、請求項１９乃至２４のいずれか１項に記載の面発光レーザ。
  26. 前記第１低屈折率層は、ＧａＮよりも屈折率が低い層を１以上含み、
    前記第１高屈折率層は、ＧａＮよりも屈折率が高い層を１以上含む、請求項２５に記載の面発光レーザ。
  27. 前記第２高屈折率層の光学膜厚は、λ／２以上である、請求項１９乃至２６のいずれか１項に記載の面発光レーザ。
  28. 前記第２高屈折率層は、ＧａＮ層を有する、請求項２７に記載の面発光レーザ。
  29. 前記第１低屈折率層は、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ層（ｘは０．９以上あり、ｙは０以上０．１以下である）とＧａＮ層とが交互に積層された積層構造を有し、
    前記第１高屈折率層は、ＩｎＧａＮ層を含む、請求項１９乃至２８のいずれか１項に記載の面発光レーザ。
  30. 前記第２低屈折率層の光学膜厚は、λ／２以上である、請求項１９乃至２６のいずれか１項に記載の面発光レーザ。
  31. 前記第２低屈折率層は、ＧａＮ層を有する、請求項３０に記載の面発光レーザ。
  32. 前記第１半導体層の膜厚が４００ｎｍ以下である、請求項３０又は３１に記載の面発光レーザ。
  33. 請求項１９乃至３２のいずれか１項に記載の面発光レーザを複数含む、面発光レーザアレイ。
  34. 請求項１９乃至３２のいずれか１項に記載の面発光レーザ又は請求項３３に記載の面発光レーザアレイと、
    前記面発光レーザが発した光を偏向する光偏向装置と、
    を備え、
    前記光を偏向して投影する、投影装置。
  35. 前記面発光レーザは複数設けられており、
    前記複数の面発光レーザは、異なる波長の光を発するものであって、
    前記複数の面発光レーザから発した前記複数の光を合成する合成部を更に備え、
    前記合成部において合成された光を偏向して投影する、請求項３４に記載の投影装置。
  36. 請求項１９乃至３２のいずれか１項に記載の面発光レーザ又は請求項３３に記載の面発光レーザアレイを備える、ヘッドアップディスプレイ。
  37. 請求項３６に記載のヘッドアップディスプレイを備える、移動体。
  38. 請求項１９乃至３２のいずれか１項に記載の面発光レーザ又は請求項３３に記載の面発光レーザアレイを備える、ヘッドマウントディスプレイ。
  39. 請求項１９乃至３２のいずれか１項に記載の面発光レーザ又は請求項３３に記載の面発光レーザアレイを備える、検眼装置。
  40. 請求項１９乃至３２のいずれか１項に記載の面発光レーザ又は請求項３３に記載の面発光レーザアレイを備える、照明装置。
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