JP2021176194A - 反射鏡、面発光レーザ、光源、投影装置、表示装置及び投光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性が高い反射鏡を提供すること。【解決手段】本発明の一態様に係る反射鏡１００は、第１の平均屈折率を有する低屈折率層１０２と、第１の平均屈折率よりも高い第２の平均屈折率を有する高屈折率層１０３と、を備え、低屈折率層はＧａ添加ＡｌＮ層とＧａＮ層とがそれぞれ複数層交互に積層された積層構造、又はＩｎ添加ＡｌＮ層とＧａＮ層とがそれぞれ複数層交互に積層された積層構造を有し、高屈折率層はＩｎＧａＮ層を有する。【選択図】図１

Description

本願は、反射鏡、面発光レーザ、光源、投影装置、表示装置及び投光装置に関する。

従来、一対の反射鏡で活性層を挟み、基板に垂直な方向に共振器を形成した垂直共振器型の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ；Vertical Cavity Surface Emitting LASER）が知られている。面発光レーザでは、発光層で発せられた光を繰り返し反射して増幅するため、共振器を構成する反射鏡（ＤＢＲ；Distributed Bragg Reflector）には９９％以上等の高い反射率が要求される。

またＤＢＲの形状の歪みを補償するために、高屈折率層としてＩｎＧａＮ、低屈折率層としてＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮとＡｌＧａＮの間にバッファ層としてＧａＮを用いる構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら特許文献１の構成では、反射鏡の生産性が低下する場合がある。

本発明は、生産性が高い反射鏡を提供することを課題とする。

本発明の一態様に係る反射鏡は、第１の平均屈折率を有する低屈折率層と、前記第１の平均屈折率よりも高い第２の平均屈折率を有する高屈折率層と、を備え、前記低屈折率層はＧａ添加ＡｌＮ層とＧａＮ層とがそれぞれ複数層交互に積層された積層構造、又はＩｎ添加ＡｌＮ層とＧａＮ層とがそれぞれ複数層交互に積層された積層構造を有し、前記高屈折率層はＩｎＧａＮ層を有する。

本発明によれば、生産性が高い反射鏡を提供できる。

第１実施形態に係る反射鏡の構成例を示す断面図である。 Ｇａ添加ＡｌＮ中のＧａ濃度の原子濃度比と熱伝導率の関係例の図である。 第２実施形態に係る反射鏡の構成例を示す断面図である。 Ｉｎ添加ＡｌＮ中のＩｎ濃度の原子濃度比と熱伝導率の関係例の図である。 第３実施形態に係る面発光レーザの構成例を示す断面図である。 第４実施形態に係る面発光レーザの構成例を示す断面図である。 第５実施形態に係る２次元アレイ光源の構成例を示す断面図である。 ２次元アレイ光源のレイアウトの第１例を示す平面図である。 ２次元アレイ光源のレイアウトの第２例を示す平面図である。 ２次元アレイ光源のレイアウトの第３例を示す平面図である。 ２次元アレイ光源のレイアウトの第４例を示す平面図である。 第６実施形態に係る投影装置の構成例を示す図である。 第７実施形態に係る投影装置の構成例を示す図である。 第８実施形態に係るＨＵＤを搭載した車両の構成例の図である。 第８実施形態に係るＨＵＤの構成例を示す図である。 第９実施形態に係るＨＭＤの構成例の斜視図である。 第９実施形態に係るＨＭＤの構成例の断面図である。 第１０実施形態に係る投光装置の構成例を示す図である。 第１０実施形態に係る投光装置における光源のレイアウト例を示す図である。 第２実施例に係る反射鏡を示す断面図である。 第３実施例に係る面発光レーザを示す断面図である。 第４実施例に係る面発光レーザを示す断面図である。 第５実施例に係るアレイ光源を示す断面図である。

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適宜省略する。

また以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための反射鏡、面発光レーザ、光源、投影装置、表示装置及び投光装置を例示するものであって、本発明を以下に示す実施形態に限定するものではない。

［第１実施形態］
まず、第１実施形態に係る反射鏡について説明する。図１は、第１実施形態に係る反射鏡１００の構成の一例を説明する断面図である。

＜反射鏡１００の構成例＞
図１に示すように、反射鏡１００は、複数層のＧａ添加ＡｌＮ１０２ａとＧａＮ１０２ｂとが交互に積層された積層構造を有する低屈折率層１０２と、ＩｎＧａＮを有する高屈折率層１０３とが交互に積層され、形成されている。低屈折率層１０２の平均屈折率（第１の平均屈折率の一例）は、高屈折率層１０３の平均屈折率（第２の平均屈折率の一例）よりも小さい。

低屈折率層１０２の平均屈折率とは、低屈折率層１０２に含まれる層毎の光学膜厚と屈折率との積の総和を該当する低屈折率層１０２の総光学膜厚で除して得られる値をいう。同様に、高屈折率層１０３はＩｎＧａＮ層のみから構成されていてもよく、その場合、高屈折率層１０３の平均屈折率は該当するＩｎＧａＮ層の屈折率そのものである。

反射鏡１００は、例えばＧａＮを含む基板１０１上に設けて使用される。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基板または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。

Ｇａ添加ＡｌＮ１０２ａはＧａが添加されており、詳細は製造方法で説明するが、Ｇａを添加しないＡｌＮと比べて容易に平坦性を向上させることができる。Ｇａの添加量は、Ｇａ添加ＡｌＮを平坦に成長でき、且つ反射鏡１００の反射率が十分に得られる範囲で添加されていればよい。但し、Ｇａの添加量が多すぎると合金散乱によって熱伝導率が低下する場合がある。

図２はＧａ添加ＡｌＮ層の熱伝導率の計算結果を示す図であり、Ｇａ添加ＡｌＮ層中のＧａ濃度の原子濃度比に対する熱伝導率の関係を示している。

ある材料ＡとＢの混晶ＡＢの熱伝導率は次の（１）式で計算される。
１／Ｋ_ＡＢ＝１／｛ｘ（１／Ｋ_Ａ）＋（１−ｘ）（１／Ｋ_Ｂ）＋ｘ（１−ｘ）（１／Ｃ_ＡＢ）｝ ・・・（１）
なお、（１）式におけるｘは混晶ＡＢ中の材料Ａの組成である。言い換えると材料Ｂ中に含まれるＡの濃度の原子濃度比である。Ｋ_ＡＢは混晶ＡＢの熱伝導率であり、Ｋ_Ａは材料Ａの熱伝導率であり、Ｋ_Ｂは材料Ｂの熱伝導率である。Ｃ_ＡＢはボーイングパラメータである。

＜Ｇａ添加ＡｌＮ中のＧａ濃度の原子濃度比と熱伝導率の関係例＞
ＡｌＮの熱伝導率を３５０Ｗ／ｍＫ、ＧａＮの熱伝導率を１５０Ｗ／ｍＫ、ボーイングパラメータを３．１Ｗ／ｍＫとして（１）式に代入し、Ｇａ添加ＡｌＮのＧａ濃度の原子濃度比に対する熱伝導率を計算すると図２のグラフになる。

Ｇａ濃度の原子濃度比が０である時、すなわちＡｌＮの時、熱伝導率は最も高く３５０Ｗ／ｍＫである。Ｇａの原子濃度比０．０３の時に８０．７Ｗ／ｍＫとなってＧａＮの熱伝導率を下回り、０．０５では熱伝導率が５４．３Ｗ／ｍＫ、０．１０では３０．９Ｗ／ｍＫとＡｌＮの１／１０以下まで低下する。それ以降、熱伝導率は緩やかに下がり、Ｇａ濃度の原子濃度比が０．５０付近で１１．６Ｗ／ｍＫと最低値となる。以上の計算結果から、ＡｌＮへのＧａ添加量は少量が好ましく、添加量はＧａ濃度の原子濃度比で０．１０以下、より好ましくは０．０５以下である。さらに好ましくは０．０３以下である。

反射鏡１００によれば、適切な低屈折率層１０２及び高屈折率層１０３の組み合わせにより、極めて高い反射率、例えば９９．９％以上の反射率を実現することができる。また、Ｇａ添加ＡｌＮ層１０２ａとＧａＮ層１０２ｂが特許文献１の実施例に記載されている２０〜４０％程度のＡｌＧａＮと比べて熱伝導が高いため、放熱性を向上させることができる。

ここで、低屈折率層に用いるＧａ添加ＡｌＮ層１０２ａには基板であるＧａＮとの格子不整合による引張歪が生じ、高屈折率層に用いるＩｎＧａＮ１０２ｂには圧縮歪が生じる。歪の量を制御せずに反射鏡１０４を形成した場合、基板が大きく反りクラックやピットが発生し反射率が低下する。そのため、Ｇａ添加ＡｌＮ層１０２ａの歪と総膜厚の積と、ＩｎＧａＮの歪と総膜厚の積が等しくなるのが好ましい。

実際に作製する場合、歪量を等しくするのが難しいため、Ｇａ添加ＡｌＮ層の歪と総膜厚の積と、ＩｎＧａＮ層の歪と総膜厚の積の比を０．８〜１．２になるように各膜厚を調整する。より好ましくは０．９〜１．１である。なお、歪εは次の（２）式で表される。分母は基板のａ軸格子定数（ａ_ｓ）であり、ここではＧａＮのａ軸格子定数である。分子は変形量（Δａ）であり、ここではＩｎＧａＮやＧａ添加ＡｌＮのａ軸格子定数（ａ_ｅ）からＧａＮのａ軸格子定数（ａ_ｓ）を引いた値である。
ε＝Δａ／ａ_ｓ＝（ａ_ｅ−ａ_ｓ）／ａ_ｓ ・・・（２）

Ｇａ添加ＡｌＮは、基板であるＧａＮとの格子定数差が大きく、反射鏡１００の中で一番大きな格子歪が発生する。そのため、低屈折率層に単層で厚くＧａ添加ＡｌＮ層を成長させると、歪の蓄積によってミスフィット転位や表面荒れが生じやすく反射率の低下につながる。

従って、低屈折率層を複数のＧａ添加ＡｌＮ層１０２ａとＧａＮ層１０２ｂで構成し、Ｇａ添加ＡｌＮ層の１層の膜厚を２０ｎｍ以下、より好ましくは１５ｎｍ以下、さらに好ましくは１０ｎｍ以下にして２層以上を形成するのがよい。ＧａＮ層１０２ｂに関しては、歪は発生しないため、特に膜厚に制限はない。ＧａＮ層１０２ｂは基本的にＧａＮを用いることが好ましいが、基板であるＧａＮの格子定数とほとんど変わらなければ、僅かながらＡｌやＩｎを添加したＧａＮを主体とする層にすることもできる。

反射鏡１００の反射波長をλとしたとき、低屈折率層１０２と高屈折率層１０３は、λ／４に対応する光学膜厚（屈折率と膜厚の積）で形成される。但し、上述した歪εを調整するために、低屈折率層と高屈折率層の光学膜厚の和をλ／２にした上で、各層の膜厚を増減することもできる。特に屈折率は、ＧａＮよりＧａ添加ＡｌＮの方が小さいので、高屈折率層の光学膜厚をλ／４より厚く、低屈折率層の光学膜厚をλ／４より薄くした構造において反射率をより高めることができる。

高屈折率層の光学膜厚をλ／４より厚くすると、歪補償の観点から低屈折率層中のＧａ添加ＡｌＮ層の膜厚を増加させる方が好ましい。光学膜厚の総和はλ／２にしなければならないため、高屈折率層のλ／４からの膜厚増加分と、歪補償のために厚くしたＧａ添加ＡｌＮ層の膜厚増加分に対して、ＧａＮの膜厚を薄くすることになる。

その結果、低屈折率層の屈折率は、光学膜厚がλ／４の構造と比べて、高屈折率層をλ／４より厚く低屈折率層をλ／４より薄くした構造の方が低くなり、屈折率差が大きくなる。そのため反射鏡の反射率もより高くできる。

Ｇａ添加ＡｌＮ層１０２ａと高屈折率層１０３であるＩｎＧａＮとの間をＧａＮにするとバッファ層の役割を果たし結晶品質が良くなる。従って、低屈折率層１０２の表面側と基板側の最外層はＧａＮで構成することが望ましい。

また高屈折率層１０３に含まれるＩｎＧａＮ層のＩｎ組成が０．２０超であると、十分な熱伝導性が得られないことがある。従って、熱伝導性の観点から、ＩｎＧａＮ層のＩｎ組成は０．２０未満であることが好ましく、０．１０未満であることがより好ましい。

一方、ＩｎＧａＮ層のＩｎ組成が０．０２未満であると、ＩｎＧａＮ層に生じる圧縮歪が小さくなり、Ｇａ添加ＡｌＮ層１０２ａの歪を十分に補償できない場合がある。従って、歪の観点から、ＩｎＧａＮ層のＩｎ組成は０．０２以上であることが好ましく、０．０３以上であることがより好ましい。

高屈折率層１０３が、ＩｎＧａＮ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。高屈折率層１０３がＧａＮ層を含むことで、より優れた放熱性を得ることができる。この場合、高屈折率層１０３の全体で、熱伝導性及び歪の観点から、Ｉｎ組成が０．０２以上０．２０未満であることが好ましく、０．０３以上０．１０未満であることがより好ましい。

上記のＧａ添加ＡｌＮ層とＧａＮ層の多層膜構造及び、ＩｎＧａＮを交互に多層積層することで高品質かつ放熱性の高い反射鏡を得ることができる。

＜反射鏡１００の製造方法例＞
次に反射鏡１００の製造方法の一例について説明する。

製造装置としては、有機金属気相成長（Metal Organic chemical vapor deposition；ＭＯＣＶＤ）法や、分子ビームエピタキシー（Molecular Beam Epitaxy；ＭＢＥ）法、プラズマ堆積（Plasma Enhanced Chemical Vapor Depositionｐ；ＰＥＣＶＤ）法、ハイドライド気相成長（Hydride Vapor Phase Epitaxy；ＨＶＰＥ）法等がある。特に限定はされないが、ここではＭＯＣＶＤ法を用いて説明する。

使用原料は、ＩＩＩ族原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）等を使用できる。窒素原料としてアンモニア（ＮＨ_３）等を使用できる。導電性制御用不純物としてドナー不純物としてＳｉ源のシランやジシラン、Ｇｅ源のモノゲルマン等を使用できる。アクセプター不純物として、Ｍｇ源のシクロペンタジエニルマグネシウム等を使用できる。各層の成長はＮＨ_３を供給したまま、ＩＩＩ族原料や不純物原料のバルブを開又は閉とすることで制御される。

基板を製造装置の反応炉内へセット後、キャリアガスと窒素原料のＮＨ_３を供給しながら、基板を７００℃以上１０００℃未満に昇温後、ＩＩＩ族原料を供給して低屈折率層１０２と高屈折率層１０３を交互に成長させることで反射鏡を形成することが望ましい。後述するが生産性をそこねなければ１０００℃以上（例えば１１００℃）に温度をあげてもよい。このようにして、反射鏡１００を製造することができる。なお、積層する順番は、低屈折率層が先でも、高屈折率層が先でもどちらでもよい。

Ｇａ添加ＡｌＮ層の歪と総膜厚との積Ｐ_ＡｌＮ、及びＩｎＧａＮ層の歪と総膜厚との積Ｐ_{ＩｎＧａＮ}は、例えばこれらの膜厚で調整できる。

後述する実施例４のように、基板上に導電性を備えたバッファ層を形成した後に、バッファ層上に低屈折率層１０２及び高屈折率層１０３を交互に成長させてもよい。バッファ層を形成することでより優れた結晶品質を得ることができる。この場合、バッファ層が形成された基板を、導電性を備えた一つの基板とみなすことができる。

ＭＯＣＶＤ法において、ＡｌＮやＡｌＧａＮのＡｌ原料として用いられるＴＭＡは、窒素原料として用いられるＮＨ_３と気相中で混ざることで成長に寄与しない不可逆の寄生反応を起こす。ＡｌＧａＮの場合、窒素の脱離を抑えて良好な結晶品質を得るために、Ｖ族原料であるＮＨ３とＩＩＩ族原料のモル比であるＶ／ＩＩＩ比を１０００〜１００００にして成長することが好ましい。しかし、このような高Ｖ／ＩＩＩ比で寄生反応が顕著になりやすく、固相でのＡｌの取り込み低下に伴い成長速度の低下が生じる場合がある。

寄生反応を抑制しやすい条件を採用すると、例えばＶ／ＩＩＩ比を下げると、窒素脱離等が生じて欠陥が発生し、結晶品質が低下しやすい。一方で、Ａｌ原子は、Ｇａ原子やＩｎ原子と比べて窒素原子との結合が強い。そのため、Ｇａ添加ＡｌＮ層をＶ／ＩＩＩ比を１０００未満で形成しても窒素の脱離が起こりにくく、Ｖ／ＩＩＩを１０００未満にして成長させることもできる。

またＧａ添加ＡｌＮをＶ／ＩＩＩ比１０００以上で成長させると、原料の不可逆反応によって基板表面へのＡｌの供給量が低下し成長速度が若干低下することもある。しかし、ＧａＮ層及びＩｎＧａＮ層は高速で成長できるため、反射鏡１００全体では良好な生産性が得られる。

低屈折率層１０２及び高屈折率層１０３の成長温度は、低屈折率層と高屈折率層とで温度を変えても良いが、生産性の観点から７００℃以上１０００℃未満とすることが好ましい。成長温度が７００℃未満であると、優れた結晶性が得られない場合がある。一方、成長温度が１０００℃以上であると、ＩｎＧａＮ層にＩｎが取り込まれにくく、ＩｎＧａＮ層の形成が困難になる。従って、低屈折率層１０２及び高屈折率層１０３の成長温度は７００℃以上１０００℃未満とすることが好ましい。更に、ＧａＮ層を９００℃前後の温度で成長させると、優れた平坦性を得やすい。従って、低屈折率層１０２及び高屈折率層１０３の成長温度は８００℃以上９５０℃未満とすることがより好ましい。

低屈折率層に例えばＡｌ組成が１０〜５０％程度のＡｌＧａＮを用いた場合、最適な成長温度は１０００℃〜１１００℃であるが、Ｇａ添加ＡｌＮ層は１０００℃未満でもＡｌＧａＮと比べて品質低下が起こりにくい。Ａｌ原子は７００〜１０００℃の温度帯も、１０００〜１１００℃の温度帯でもマイグレーションをほとんどしないため、温度による結晶品質の差が生じにくい。そのため、低屈折率層と高屈折率層を同じ温度で成長させることができる。

低屈折率層と高屈折率層は基本的に同じ温度で成長するが、層間で±数℃〜±１０℃程度であれば温調器のＰＩＤ（Proportional-Integral-Differential）制御等で基板温度が大きくオーバーシュートやアンダーシュートをすることもない。そのため層間のガスや圧力の切換え時間で基板温度を±数℃〜±１０℃程度の範囲で変更をすることもできる。また低屈折率層と高屈折率層の成長温度差が例えば２００℃以内であれば数分で加熱と冷却ができるので、基板温度を低屈折率層と高屈折率層とで変更することもできる。

低屈折率層１０２及び高屈折率層１０３の成長温度はほぼ一定に保つことが好ましい。低屈折率層１０２と高屈折率層１０３との成長温度を変化させた場合、特に温度差が２００℃以上あると、温度の切り替え後に温度が安定するまでの間、次の成長を行うことができず生産性が下がる。特に、ＩｎＧａＮ層のＩｎ組成は温度の影響を受けやすい。

低屈折率層にＡｌＧａＮを用いて成長温度を２００℃以上異ならせる場合に、昇温に要する時間及びその後の安定に要する時間の合計が５分間、降温に要する時間及びその後の安定に要する時間の合計が１５分間と見積もられる。この場合、本実施形態に係る製造方法と比較して、約１７〜２０時間も時間がかかる。

さらに、温度の変更のために成長中断している間に、反応炉や基板を設置するトレイ等に用いられる石英部材からＳｉが脱離したり、導電性を持たせるために低屈折率層１０２や高屈折率層１０３に不純物をドーピングしている場合にドーピングした不純物が基板表面に濃縮（高濃度に集まること）したり、偏析したりする場合がある。

不純物の濃縮又は偏析は、低屈折率層１０２と高屈折率層１０３との間の界面に欠陥を引き起こし、結晶性の低下及び反射率の低下に繋がる場合がある。そのため、低屈折率層１０２及び高屈折率層１０３の成長温度を一定に保ち成長中断時間を極力少なくすることが好ましい。

低屈折率層１０２及び高屈折率層１０３に１×１０^１８ｃｍ^−３程度の不純物をドーピングすると、界面の不純物濃度を１×１０^２１ｃｍ^−３以下に抑制できる。またアンドープにすると、１×１０^１７ｃｍ^−３以下に抑制できる。なお、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１×１０^１７ｃｍ^−３以下であることをいう。

このような方法によれば、ガス条件にもよるが、低屈折率層１０２及び高屈折率層１０３の１ペア（１周期）は５分前後で成長させることができ、約４時間〜５時間で５０〜６０周期の低屈折率層１０２及び高屈折率層１０３を含む反射鏡１００を製造できる。

低屈折率層は、高屈折率層に含まれるＩｎＧａＮと同じ温度で成長することが望ましいが、低屈折率層にＧａを添加しないＡｌＮを用いると、結晶自体の品質は低下しなくともピットが発生することがある。Ａｌ原子は結合力が強いため基板表面をほとんどマイグレーションしない。そのため、低屈折率層中に多層構造として用いる薄膜のＡｌＮではＡｌＮの結晶同士がつながらず島状に成長することがある。

低屈折率層の成長温度がＧａＮの成長に最適な１０００℃以上では、Ｇａ原子が基板表面を盛んにマイグレーションすることができるので、マイグレーションするＧａ原子でＡｌＮの隙間を埋め、平坦に成長させることを容易に行える。

しかし、本実施形態に係る反射鏡１００の観点で望ましい成長温度である７００℃以上〜１０００℃未満では、Ｇａ原子のマイグレーションが１０００℃以上の場合に比べて弱くなる。ＡｌＮが島状に成長した場合に、ＧａＮ層をＡｌＮ層上に成長しても隙間が残り、それがピットとして反射鏡の表面に現れる場合がある。

一方、基板表面を弱くマイグレーションできるＧａ原子を、ＡｌＮの成長中に少量でも添加することで、Ｇａ原子がＡｌ原子の表面での濡れ性を助け、容易に隙間の無い平坦なＡｌＮを形成することができる。すなわちＧａ添加ＡｌＮ層を平坦に形成できる。

ＩｎＧａＮ層は窒素雰囲気中で成長させることができる。水素雰囲気中でＩｎＧａＮ層の成長を行おうとしても、層中にＩｎを全く取り込めない。そのため、Ｇａ添加ＡｌＮ層及びＧａＮ層は窒素雰囲気又は水素雰囲気のどちらの雰囲気中で成長させてもよいが、窒素雰囲気中で成長させることが好ましい。

ＡｌＮ層及びＧａＮ層を水素雰囲気中で成長させた場合、ＩｎＧａＮ層を成長させるための窒素雰囲気から水素雰囲気に切り替えた時に、ＩｎＧａＮ層の表面からＩｎが離脱するおそれがある。低屈折率層１０２を成長させる際に、ＩｎＧａＮ上に窒素雰囲気でＧａＮを保護膜として成長させるか、最初のＧａ添加ＡｌＮ層１０２ａ及びＧａＮ層１０２ｂの一組を窒素雰囲気中で成長させ、残りを水素雰囲気中で成長させてもよい。

以上の製造方法によって、Ｇａ添加ＡｌＮ層とＧａＮ層の多層膜構造及び、ＩｎＧａＮを交互に多層積層して反射鏡１００を製造することで、生産性を損なうことなく高品質かつ放熱性の高い反射鏡を得ることができる。

＜反射鏡１００の作用効果＞
次に、反射鏡１００の作用効果について説明する。

従来、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垂直共振器型の面発光レーザが知られている。面発光レーザでは、発光層で発せられた光を繰り返し反射して増幅するために、共振器を構成するＤＢＲには９９％以上等の高い反射率が要求される。

またＤＢＲの形状の歪みを補償するために、高屈折率層としてＩｎＧａＮ、低屈折率層としてＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮとＡｌＧａＮの間にバッファ層としてＧａＮを用いる構成が開示されている。この構成では、ＤＢＲを構成する各層は、所定の成長条件で成長する。具体的にはＩｎＧａＮは６００℃〜９００℃、ＡｌＧａＮは１０００℃以上で成長する。例えば、高屈折率層のＩｎＧａＮを８００℃で成長させた後、基板温度を昇温して１０００℃以上で低屈折率層のＡｌＧａＮを成長させる。そして、再び基板温度を８００℃に下げてＩｎＧａＮを成長させる。

しかし、ＩｎＧａＮとＡｌＧａＮの間にバッファ層としてＧａＮを用いる構成では、ＩｎＧａＮのＩｎ組成は成長温度に依存するため、ＡｌＧａＮの最適な成長温度である１０００℃以上ではＩｎがまったく取り込まれない。そのためＡｌＧａＮの成長後にＩｎＧａＮを成長させる際に、基板温度をＩｎＧａＮの最適な成長温度まで下げることが好ましい。しかし、基板温度はすぐに設定温度に追従しないので、数分〜十数分程度の待ち時間が必要になる。同様にＩｎＧａＮの最適温度からＡｌＧａＮの最適温度に昇温する際にも温度が目標温度に安定するまでの待ち時間が必要になる。

このような基板温度の切り替えと、温度安定化のための待ち時間により、反射率９９％以上のＤＢＲは、構造にもよるが４０〜６０周期程度のペア数が必要で温度の昇降温だけで数時間〜十数時間かかり、生産性が大きく低下する場合がある。また、低屈折率層に用いているＡｌＧａＮは３元混晶であるため合金散乱で熱伝導率が悪く、面発光レーザの放熱特性が悪くなる場合がある。

これに対し、本実施形態では、第１の平均屈折率を有する低屈折率層と、第１の平均屈折率よりも高い第２の平均屈折率を有する高屈折率層とを備え、低屈折率層はＧａ添加ＡｌＮ層とＧａＮ層とがそれぞれ複数層交互に積層された積層構造を有し、高屈折率層はＩｎＧａＮ層を有する。

ＡｌＮ層にＧａを添加することで、低屈折率層１０２と高屈折率層１０３とを同じ温度で成長させることもできるため、低屈折率層１０２を成長させる時と、高屈折率層１０３を成長させる時とで温度を切り替えることを必要としない。そのため、温度切替後に温度が安定するまでの間の待ち時間も不要となり、低屈折率層１０２と高屈折率層１０３とを短時間に成長させることができる。これにより反射鏡１００の生産性を上げることができ、生産性が高い反射鏡１００を提供することができる。

また本実施形態に係るＧａ添加ＡｌＮ層１０２ａとＧａＮ層１０２ｂは、２０〜４０％程度のＡｌＧａＮと比べて熱伝導が高い。そのため、ＩｎＧａＮとＡｌＧａＮの間にバッファ層としてＧａＮを用いる構成等と比較して、より高い放熱性を得ることができる。

また比較例として、ＡｌＮ層とＧａＮ層とを交互に積層して形成した低屈折率層と、ＩｎＧａＮ層を含んで形成した高屈折率層とを含んで反射鏡を形成すると、反射鏡の表面にクラックやピットが発生し、反射鏡の反射率が低下する場合がある。これに対し、本実施形態では、Ｇａ添加ＡｌＮ層１０２ａに添加したＧａ原子がＡｌ原子の表面での濡れ性を助けるため、隙間の無い平坦なＧａ添加ＡｌＮ層を容易に形成できる。平坦なＧａ添加ＡｌＮ層を形成することで、より反射率の高い反射鏡１００を提供できる。

また本実施形態では、Ｇａ添加ＡｌＮ中に含まれるＧａ濃度の原子濃度比を０より大きく且つ０．１０以下にする。これにより、Ｇａ添加ＡｌＮの熱伝導率を高くすることができ、反射鏡１００の放熱性を良好にすることができる。

また本実施形態では、高屈折率層１０３の光学膜厚は、低屈折率層１０２の光学膜厚と異なっている。より詳しくは高屈折率層１０３の光学膜厚は、低屈折率層１０２の光学膜厚より大きい。このようにすることで高屈折率層１０３と低屈折率層１０２の間の屈折率差を大きくし、反射鏡１００の反射率を向上させることができる。

また本実施形態では、ＩｎＧａＮ層のＩｎ組成を０．０３以上０．２０未満にする。ＩｎＧａＮ層のＩｎ組成を０．０３以上にすることで、Ｇａ添加ＡｌＮ層１０２ａの歪を十分に補償できる。またＩｎＧａＮ層のＩｎ組成を０．２０未満にすることで、ＩｎＧａＮ層の十分な熱伝導性を確保し、反射鏡１００の放熱性を確保することができる。

［第２実施形態］
第２実施形態に係る反射鏡について説明する。図３は第２実施形態に係る反射鏡１０９の構成の一例を示す断面図である。第１実施形態と基本的な構造は同じで、ＡｌＮへの添加元素がＧａではなくＩｎである。以下に添加元素がＩｎによる異なる点について説明する。

反射鏡１０９は、第１実施形態の反射鏡１００のＧａ添加ＡｌＮ１０２ａから、ＡｌＮにＩｎ添加したＩｎ添加ＡｌＮ１０２ｃに置き換えている。Ｇａ添加と同様にＩｎを添加することで何も添加しないＡｌＮと比べて容易に平坦性を向上させることができる。Ｉｎの添加量は、Ｉｎ添加ＡｌＮを平坦に成長でき、且つ反射鏡１０９の反射率が十分に得られる範囲で添加されていればよい。但し、Ｉｎの添加量が多すぎると合金散乱によって熱伝導率が低下する場合がある。

＜Ｉｎ添加ＡｌＮ中のＩｎ濃度の原子濃度比と熱伝導率の関係例＞
図４はＩｎ添加ＡｌＮ層の熱伝導率の計算結果を示す図であり、Ｉｎ添加ＡｌＮ層中のＩｎ濃度の原子濃度比に対する熱伝導率の関係を示している。

ＡｌＮの熱伝導率を３５０Ｗ／ｍＫ、ＩｎＮの熱伝導率を４５Ｗ／ｍＫ、ボーイングパラメータを１．２Ｗ／ｍＫとして式（１）に代入し、計算すると図４のグラフになる。

Ｉｎ濃度の原子濃度比が０である時、すなわちＡｌＮの時、熱伝導率は最も高く３５０Ｗ／ｍＫである。Ｉｎの原子濃度比０．０１の時に１０３．７Ｗ／ｍＫで、ＧａＮの１３０Ｗ／ｍＫより低くなる。０．０３の時に６１．３Ｗ／ｍｋ、０．０５では２８．２Ｗ／ｍＫとＡｌＮの１／１０以下まで低下し、０．１０では１５．４Ｗ／ｍＫとＧａＮの１／１０近くまで低下する。それ以降、熱伝導率は緩やかに下がり、Ｉｎ濃度の原子濃度比が０．５０付近で５．５８Ｗ／ｍＫと最低値となる。Ｇａ添加ＡｌＮと比べると、Ｉｎ添加での熱伝導率の低下が大きい。そのため、添加量はＩｎ濃度の原子濃度比で０．５０以下、より好ましくは０．０３以下である。さらに好ましくは０．０１以下である。

＜反射鏡１０９の製造方法例＞
次に反射鏡１０９の製造方法の一例について説明する。ここではＭＯＣＶＤ装置を用いた例の説明をする。

基本的な製造法は反射鏡１００と同じように製造し、ＡｌＮへの添加元素Ｉｎにすることで反射鏡１０９を製造する。ＡｌＮにＩｎを添加することで、Ｇａを添加した時と同様にＡｌＮの平坦性を向上させることができる。

反射鏡１０９の熱伝導率を考慮すると、Ｉｎ添加ＡｌＮ１０２ｃ中の添加量を少なくすることが好ましい。Ｇａ添加の場合は、原料ガスのＧａのモル比で制御するが、Ｉｎの場合、モル比以外に成長温度やガス雰囲気などで制御することができる。

有機金属原料の供給モル比でのＩｎ添加量制御は、単純に原料ガスの流量で行うが、ガス供給量をコントロールしているマスフローコントローラは、フルスケールに対して制御可能な最低流量がある。そのため、原料ガスのＩｎを少なく調整するには限度がある。また、Ｉｎ原料のガス流量を少なくしすぎるとＩｎによるＡｌＮの平坦性改善の効果が薄くなってしまう。

成長温度でのＩｎ添加量制御は、高屈折率層１０３であるＩｎＧａＮの成長温度より高くすることで、Ｉｎ添加ＡｌＮの平坦性を改善しつつＩｎの添加量を低くすることができる。しかしながら、低屈折率層１０２と高屈折率層１０３で成長温度差が大きくなると温度の昇降温で時間を要するので、生産性を損ねない範囲で低屈折率層１０２の成長温度を高くする。

ガス雰囲気でのＩｎ添加量制御はキャリアガスに水素を使う。Ｉｎを含む窒化物半導体は、成長時のキャリアガスに水素を含むとＩｎが取り込まれにくくなる。そこで、低屈折率層のＡｌＮの成長中のキャリアガスを水素にすることでＩｎ添加ＡｌＮ中へのＩｎの取り込みを抑えることができる。またキャリアガスを水素と窒素の混合ガスにして、水素の割合を制御することで、Ｉｎ添加ＡｌＮ中への取り込み量を制御することもできる。

成長温度をＩｎＧａＮよりも高くしたり、キャリアガス中に水素を含ませたりすることで、ＡｌＮの平坦性が改善できるＩｎ原料のガスを供給しつつ、Ｉｎ添加ＡｌＮ中に取り込まれるＩｎの量を抑えることができる。例えば、Ｉｎ原料の供給比を１０％以上にしても、ＡｌＮ中に含まれるＩｎ添加量を１％以下、さらには不純物のドーピングのレベルにまで減らすことができ、Ｉｎの効果による平坦性の改善をしつつ、熱伝導率をＡｌＮと同等にすることができる。

［第３実施形態］
次に、第３実施形態に係る面発光レーザを、図５を参照して説明する。図５は、本実施形態に係る面発光レーザ２００の構成の一例を説明する断面図である。

図５に示すように、面発光レーザ２００は、第１の反射層２０４と、第１の半導体層２０５と、活性層２０６と、第２の半導体層２０７と、第２の反射層２０８とを備えている。面発光レーザ２００が発光するレーザ光は、第１の反射層２０４と第２の反射層２０８の両側から出射され、何れの出射光を利用することもできる。

第１の反射層２０４は、第１実施形態で示した反射鏡１００、又は第２実施形態で示した反射鏡１０９を含んで構成され、ＧａＮを含む基板２０１上に形成されている。第１の反射層２０４の上には、第１の半導体層２０５が形成されている。

第１の半導体層２０５上には、活性層２０６と第２の半導体層２０７とを含む積層体で、素子分離のためのメサ構造２１１が配置されている。第２の半導体層２０７上には、第２の反射層２０８が形成されている。

第２の半導体層２０７上には第１の電極２０９が形成され、また第１の半導体層２０５上におけるメサ構造２１１の周辺には第２の電極２１０が形成されている。なお、図５では、活性層２０６を起点に活性層２０６より上をメサ構造２１１として示しているが、製造上、活性層２０６を起点にメサ構造を形成することが困難な場合がある。このような場合には、第１の半導体層２０５の一部を含めてメサ構造２１１を形成してもよい。

第１の半導体層２０５は導電型を有する半導体層で、ＧａＮやＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ等で構成できる。導電型にはｎ型、又はｐ型があるが、抵抗率の観点からｎ型が好ましい。ｎ型であればＳｉやＧｅ等を、ｐ型であればＭｇ等を不純物としてそれぞれ用いることができる。

膜厚は薄過ぎると抵抗が増加して、第２の電極２１０から活性層２０６へのキャリア注入が妨げられる。そのため、膜厚は１μｍ以上が好ましい。しかしながら、膜厚を厚くすると第１の反射層２０４と、第２の反射層２０８との間で形成される共振器の共振器長が長くなり、光の回折損失が大きくなる場合がある。そのため、膜厚は２μｍ以下が好ましい。

活性層２０６は第１の半導体層２０５上にメサ構造状に配置されている。活性層２０６は、第１の半導体層２０５や第２の半導体層２０７から注入されたキャリアを閉じ込め、発光効率を高めるために、ＩｎＧａＮ／ＧａＮやＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ等の多重量子井戸構造で形成すると好適である。

第２の半導体層２０７は、第１の半導体層２０５とは逆の導電型を有する半導体層であり、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ等で形成されている。第１の半導体層２０５がｎ型の場合には、第２の半導体層２０７はｐ型で形成され、第１の半導体層２０５がｐ型の場合には、第２の半導体層２０７はｎ型で形成される。

第２の反射層２０８は、半導体や誘電体、又はその組み合わせからなる多層膜反射鏡である。半導体を用いる場合には、第２の反射層２０８を第１の反射層２０４と同じ構造に形成してもよいし、ＡｌＩｎＮ／ＧａＮ等の第１の反射層２０４とは異なる構造に形成してもよい。第１の反射層２０４及び第２の反射層２０８のそれぞれに反射鏡１００を適用すると、面発光レーザ２００の表面側（基板２０１とは反対側）からも基板２０１側からも、活性層２０６で発生した熱を効率よく放出できるため好適である。

第１の反射層２０４にドーピングをして電気伝導度を持たせることもできる。その場合、第１の半導体層２０５と同じ導電型にする。図５では第２の電極２１０を第１の半導体層２０５上に形成しているが、第１の反射層２０４が導電性を有する場合には、基板２０１の裏面に第２の電極を形成することもできる。

誘電体を第２の反射層２０８の材料として用いる場合には、ＳｉＮ、ＳｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｎｂ_２Ｏ_５等の材料を用いることができる。但し、これらに限定されるものではなく、目的に応じて適宜材料を選択できる。

誘電体は、屈折率差が半導体よりも大きく１ペアあたりの反射率の増減が大きい。そのため、第１の反射層２０４より第２の反射層２０８の反射率を低くして、第２の反射層２０８側から光を取り出す場合には、第２の反射層２０８の反射率を適切に調整することが好ましい。調整方法としては、屈折率差の異なる複数種類のペアから任意の反射率になるように組み合わせる方法や、低屈折率層と高屈折率層の光学膜厚をλ／４から増減させる方法、或いは低屈折率層と高屈折率層の他に屈折率の異なる層を１層追加する方法等を適用できる。

また、誘電体は熱伝導率が半導体より低いため、第２の反射層２０８側への放熱性は低くなるが、第１の反射層２０４に反射鏡１００を適用することで、活性層２０６の発熱を基板２０１側へ十分に放熱でき、これにより面発光レーザ２００の発熱を抑制できる。

なお、図５には示さなかったが、目的に応じて、開口のあるＳｉＯ_２等の絶縁膜とＩＴＯ等の透明電極を用いた構造、或いはトンネル接合を第２の半導体層２０７上に選択的に形成し、第１の半導体層２０５と同じ導電型の半導体層で覆った電流狭窄構造等を形成することもできる。

また、第１の電極２０９及び／又は第２の電極２１０として、オーミック接触を形成可能な材料を用いると好適である。例えばｐ−ＧａＮ等と接触させる場合にはＮｉ／Ａｕ等を材料とし、またｎ−ＧａＮ等と接触させる場合にはＴｉ／Ａｌ等を材料として、第１の電極２０９及び／又は第２の電極２１０を形成すると好適である。

以上説明したように、反射鏡１００を含んで第１の反射層２０４を構成することで、生産性が高く、且つ放熱性の良好な面発光レーザを提供することができる。

また放熱性のよい第１の反射層２０４を備えることで、電流注入時の活性層２０６の発熱を効率的に放熱できるため、面発光レーザ２００による発光特性をより向上させることができる。例えば、光と電流をより狭い領域に閉じ込めて低電流で駆動させることで、面発光レーザ２００の消費電力を低減できる。また高い電流値で駆動させることで、面発光レーザ２００の発光の出力を向上させることができる。

［第４実施形態］
次に、第４実施形態に係る面発光レーザを、図６を参照して説明する。なお、第３実施形態と同じ部分は説明を適宜省略し、異なる部分を中心に説明する。図６は、本実施形態に係る面発光レーザ２００ａの構成の一例を説明する断面図である。

図６に示すように、面発光レーザ２００ａは、第１の反射層２０４ａと、第２の電極２１０ａとを備えている。第１の反射層２０４ａは、反射鏡１００又は反射鏡１０９を含んで構成され、ＧａＮを含む基板２０１上に形成されている。第２の電極２１０ａは、基板２０１における第１の反射層２０４ａとは反対側の面に設けられている。

ここで、第１の反射層２０４ａの低屈折率層に用いるＧａ添加ＡｌＮ層、又はＩｎ添加ＡｌＮ層は電気抵抗が高く、Ｓｉ等の不純物をドーピングして導電性を持たせても十分に抵抗を下げることが難しい。そのため本実施形態では、第１の半導体層２０５と基板２０１とを電気的に接続させるための導電部２１２を第１の反射層２０４ａに設けている。

この導電部２１２は、第１の反射層２０４ａを貫通する貫通孔２１３と、貫通孔２１３の内部を埋めるように設けられた通電部２１４とを含んで構成されている。通電部２１４は、半導体、又は金属等の導電性を有する材料で形成され、一端が第１の半導体層２０５に電気的に接続され、他端が基板２０１に電気的に接続されている。通電部２１４が第１の半導体層２０５と基板２０１とを通電させることで、第１の半導体層２０５と基板２０１とが電気的に接続され、基板２０１側から第１の半導体層２０５を通してメサ構造２１１等へキャリアを注入できるようになっている。

通電部２１４を半導体材料で形成する場合には、第１の半導体層２０５と同じ導電型の材料で形成することが好ましい。このよう材料として、例えばＧａＮやＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＮ等が挙げられる。また通電部２１４を金属材料で形成する場合には、基板２０１又は第１の半導体層２０５とオーミック接触を形成可能な材料で形成することが好ましい。このような材料として、例えばＴｉ／Ａｌ、Ｔｉ／Ａｕ、Ｃｒ／Ａｕ等が挙げられる。

また面発光レーザ２００ａの寸法によっては、基板２０１と通電部２１４の接触面積が十分に確保できず接触抵抗が高くなる場合がある。この場合には、第１の反射層２０４ａと基板２０１の間に不純物を１×１０^１８ｃｍ^−３以上ドーピングした半導体層を設けると、接触抵抗を低減できるため好適である。なお図６では、貫通孔２１３の内部を全て埋めるように通電部２１４を設ける例を示したが、これに限定されるものではない。素子抵抗に影響が出なければ全てを埋め込む必要はなく、貫通孔２１３の内部の少なくとも一部に通電部２１４を設ければよい。

以上説明したように、本実施形態では、第１の半導体層２０５と基板２０１とを電気的に接続させるための導電部２１２を含んで第１の反射層２０４ａを構成する。Ｇａ添加ＡｌＮ層、又はＩｎ添加ＡｌＮ層の電気抵抗が高い場合にも、第１の半導体層２０５と基板２０１との導電性を確保でき、光と電流をより狭い領域に閉じ込めることで、低電流で駆動可能な低消費電力の面発光レーザ、又は高い電流値で駆動可能な高出力の面発光レーザ等を提供可能になる。

［第５実施形態］
次に、第５実施形態に係る２次元アレイ光源を、図７を参照して説明する。図７は、本実施形態に係る２次元アレイ光源３００の構成の一例を説明する断面図である。ここで、２次元アレイ光源３００は、「光源」の一例である。

２次元アレイ光源３００は、第４実施形態で示した面発光レーザ２００ａを面内に複数個、アレイ状に配置している。但し、第４実施形態では、１個の面発光レーザ２００ａが１個の第１の電極２０９を備えるのに対し、本実施形態では複数の面発光レーザ２００ａが１個又は２個以上の共通電極３１２を備えている。

また２次元アレイ光源３００は、第１の半導体層２０５及び導電部２１２と、共通電極３１２とを電気的に絶縁する絶縁層３２０を備えている。絶縁層３２０は、第１の半導体層２０５及び導電部２１２を覆うと共に、メサ構造２１１の側壁も覆っている。絶縁層３２０の材料には、例えばＳｉＯ_２、ＳｉＮ等の無機材料やポリイミド等の有機材料を使用できる。なお、図７には１個の共通電極３１２を示したが、用途に合わせて面内で発光させたい領域毎に２個以上の共通電極を形成してもよい。

２次元アレイ光源３００のレイアウト例を、図８〜図１１を参照して説明する。図８〜図１１は、それぞれ２次元アレイ光源３００のレイアウト例を説明する図である。ここでは、メサ構造２１１及び導電部２１２のレイアウトについて説明する。

図８に示す例では、複数のメサ構造２１１が正三角形の格子状に配置され、導電部２１２は、複数のメサ構造２１１毎にメサ構造２１１の周囲に独立して設けられている。換言すると、複数のメサ構造２１１のそれぞれが１つの導電部２１２により囲まれている。

図９に示す例では、複数のメサ構造２１１が正三角形の格子状に配置され、複数のメサ構造２１１の周囲に単一の導電部２１２が設けられている。換言すると、導電部２１２が複数のメサ構造２１１に共有されている。さらに換言すると、導電部２１２が複数の面発光レーザ２００ａに共有されている。

図１０に示す例では、複数のメサ構造２１１は正三角形の格子状に配置され、導電部２１２は、複数のメサ構造２１１毎にメサ構造２１１の周囲に複数（ここでは６つ）設けられ、且つ複数のメサ構造２１１間で共有されている。

また、格子点を形成する隣接するメサ構造２１１の重心位置に、１つの導電部２１２が設けられている。図１０に破線で示す三角形は、３つのメサ構造２１１で形成される格子点２１６を表している。格子点２１６の重心位置２１７の位置に１つの導電部２１２が配置されている。

図１０に示す例は、図８及び図９に示す例よりも、面発光レーザ２００ａの密度を高められる構造である。

図１１に示す例は、図１０に示す例において、メサ構造２１１同士を外接させたものである。この構成によりメサ構造２１１をより高密度に配置し、面発光レーザ２００ａをより高密度に配置することができる。メサ構造２１１に囲まれた領域の全てを導電部２１２とすることができる。なお図１１では、隣接するメサ構造２１１同士が接触する例を示したが、隣接するメサ構造２１１同士の間に隙間があってもよい。換言すると隣接するメサ構造２１１同士が近接する配置であってもよい。

なお、図８〜図１１に示す例ではメサ構造２１１の平面形状を円形とし、図８〜図１１に示す例では導電部２１２の平面形状を円形としているが、これらが四角形、三角形等の多角形であってもよく、円形又は多角形以外の形状であってもよい。また、メサ構造２１１の配置について正三角形の格子状の例を示したが、メサ構造２１１が四角形の格子状や、ハニカム状等の別の形態で配置されていてもよい。

本実施形態に係る２次元アレイ光源３００では、共通電極３１２と第２の電極２１０ａとの間に電圧を印加することで、複数の面発光レーザ２００ａのそれぞれにキャリアが注入され、複数の面発光レーザ２００ａのそれぞれが発光する。面発光レーザ２００ａは放熱特性の良い２次元アレイ光源であるので、メサ構造２１１間の距離を狭くでき高密度に面発光レーザ２００ａを配置することができる。

なお、第３実施形態で示した面発光レーザ２００ａを用いて２次元アレイ光源３００を説明したが、第２実施形態で示した面発光レーザ２００を用いて２次元アレイ光源３００を構成することもできる。この場合には、導電部２１２が無くなり、第１の半導体層２０５上に形成する第２の電極２１０を複数の面発光レーザ２００間で共有することで実現できる。面発光レーザ２００のレイアウトは図１１の様にメサ構造２１１同士を隣接させた配置以外であれば、第２の電極２１０を複数の面発光レーザ２００間で共有させて形成することができる。

［第６実施形態］
次に、第６実施形態に係る投影装置を、図１２を参照して説明する。図１２は、本実施形態に係る投影装置１０００の構成の一例を説明する図である。投影装置１０００は、レーザ光を走査して画像を描画することができる。

図１２に示すように、投影装置１０００は、光源１００１と、光走査部１００２とを備えている。光源１００１は、第２実施形態に係る面発光レーザ２００、第３実施形態に係る面発光レーザ２００ａ又は第４実施形態に係る２次元アレイ光源３００を、１又は２以上備えている。

面発光レーザ２００、面発光レーザ２００ａ又は２次元アレイ光源３００が１つの場合には、投影装置１０００は単色の画像を対象物１００３に投影する。面発光レーザ２００、面発光レーザ２００ａ又は２次元アレイ光源３００が複数の場合には、投影装置１０００は、各面発光レーザの光軸を同軸上に揃えて出射面から出射し、面発光レーザ毎に発振波長を変えることで、複数の色の画像を対象物１００３に投影できる。

光走査部１００２は光源１００１から出射されたレーザ光を走査し対象物１００３へ投影するための素子を含む。このような素子として、２軸方向に可動するＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）ミラーや１軸方向に可動するＭＥＭＳミラーを２個組み合わせた素子等を用いることができる。光走査部１００２は、光源１００１から出射されたレーザ光の進行方向を調整する光学素子の一例である。

画像の生成の際には、光走査部１００２の走査に合わせて、レーザ光の強度を変調して対象物１００３上にレーザ光を照射する。このようにして、対象物１００３上に直接画像を生成することができる。

光源１００１に面発光レーザ２００を用いる場合、μＷオーダーから数ｍＷ程度のレーザ光を出力し、微小な領域に画像を描画することができる。このような投影装置１０００は、例えば、レーザ光で網膜に直接描画する網膜ディスプレイとして用いることができる。本実施形態に係る低消費電力な面発光レーザを用いることで、バッテリー容量を小さくできるため、小型で軽量な網膜ディスプレイを実現できる。

光源１００１にアレイ光源を用いる場合、ｍＷオーダーからｋＷオーダーのレーザ光を出力し、大面積な領域に画像を描画することができる。このような投影装置は、例えば、プロジェクターとして用いることができる。高密度に集積した２次元アレイ光源で光学系を簡素にできるため、小型なプロジェクターを実現できる。

［第７実施形態］
次に、第７実施形態に係る投影装置を、図１３を参照して説明する。図１３は、本実施形態に係る投影装置１１００の構成の一例を説明する図である。投影装置１１００は、光源１１０１と、投影光学部１１０２とを備えている。光源１１０１は、第５実施形態で示した２次元アレイ光源３００を備える。

投影光学部１１０２は、少なくとも、蛍光部材１１０３、フィルター１１０４及び画像生成素子１１０５を備え、必要に応じて、投影レンズ１１０６等のレンズやミラー等を更に備えてもよい。

蛍光部材１１０３は、光源１１０１から投影光学部１１０２へ入射した光の一部によって励起されることで、白色光を作り出す。蛍光部材１１０３としては、例えば、光源１１０１から出射される光が青色光の場合、黄色光を発する蛍光部材が用いられ、光源１１０１から出射される光が紫外光の場合、白色光を発する蛍光部材が用いられる。

フィルター１１０４は、白色光から色を分離するフィルターであり、可動部も備えている。フィルター１１０４としては、例えば赤色、青色、緑色の光を透過させるカラーホイール等が用いられる。

画像生成素子１１０５は、フィルター１１０４を透過した光から画像を生成する素子である。画像生成素子１１０５としては、例えば、２次元アレイ状に微細なミラーを備えたＭＥＭＳデバイスや、反射型液晶素子等が用いられる。

投影レンズ１１０６は、画像生成素子１１０５により生成された画像を所望の倍率に拡大し対象物へ投影する。投影光学部１１０２は、光源１１０１から出射されたレーザ光の波長及び進行方向等を調整する光学素子の一例である。

本実施形態では、投影光学部１１０２にフィルター１１０４が含まれているが、フィルター１１０４の代わりに、プリズムやダイクロイックミラーが用いられてもよい。プリズムやダイクロイックミラーが用いられる場合、光を例えば赤色、緑色、青色に分離し、３つの画像生成素子で各色の画像を生成し、最後にプリズム等で合成する構成等にすることができる。

本実施形態の投影装置は例えばプロジェクターとして用いることができ、高密度に集積した２次元アレイ光源３００で光学系を簡素にできるため、小型なプロジェクターを実現できる。

［第８実施形態］
次に、第８実施形態に係るヘッドアップディスプレイを、図１４及び図１５を参照して説明する。図１４は、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ５００を搭載した車両４００の構成の一例を説明する図である。また図１５はヘッドアップディスプレイ５００の構成の一例を説明する図である。

ヘッドアップディスプレイ５００は、車両４００のフロントガラス（フロントウインドシールド）４０１に画像等の光を投影し、車両４００の前景に虚像を重畳表示する表示装置の一例である。なお、以降ではヘッドアップディスプレイをＨＵＤと省略して表記する。

図１４に示すように、ＨＵＤ５００は、車両４００のフロントガラス４０１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。投射光Ｌが運転者４０２の目に到達することで、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、フロントガラス４０１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。

図１５に示すように、ＨＵＤ５００では、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。レーザ光源５０１Ｒは、面発光レーザ２００、面発光レーザ２００ａ、又は２次元アレイ光源３００を、１又は２以上備え、赤色のレーザ光を照射する。レーザ光源５０１Ｇは、面発光レーザ２００、面発光レーザ２００ａ、又は２次元アレイ光源３００を、１又は２以上備え、緑色のレーザ光を照射する。レーザ光源５０１Ｂは、面発光レーザ２００、面発光レーザ２００ａ、又は２次元アレイ光源３００を、１又は２以上備え、青色のレーザ光を照射する。

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１４を有する可動装置１３にて偏向される。

可動装置１３として、２軸方向に可動するＭＥＭＳミラーや１軸方向に可動するＭＥＭＳミラーを２個組み合わせた素子等を用いることができる。

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、フロントガラス４０１に投影される。なお、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。

ＨＵＤ５００は、中間スクリーン５１０に表示される中間像を車両４００のフロントガラス４０１に投影することで、その中間像を運転者４０２に虚像として視認させることができる。

レーザ光源５０１Ｒ，５０１Ｇ，５０１Ｂから発せられる各色のレーザ光は、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１４を有する可動装置１３によって二次元走査される。可動装置１３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１３は、反射面１４を２軸方向に往復可動させ、反射面１４に入射する投射光Ｌを二次元走査する。この可動装置１３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。

本実施形態では、高密度に集積した面発光レーザ又は２次元アレイ光源で光学系を簡素にできるため、小型なＨＵＤを実現できる。

なおＨＵＤ５００は、車両４００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、或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等の非移動体に搭載することもでき、上述したものと同様の効果を得ることができる。

［第９実施形態］
次に、第９実施形態に係るヘッドマウントディスプレイを、図１６及び図１７を参照して説明する。図１６は、本実施形態に係るヘッドマウントディスプレイ６０の構成の一例を説明する斜視図である。また図１７はヘッドマウントディスプレイ６０の構成の一例を説明する断面図である。

ヘッドマウントディスプレイ６０は、人間の頭部に装着可能な頭部装着型の表示装置の一例であり、例えば眼鏡に類する形状とすることができる。なお、ヘッドマウントディスプレイを以降ではＨＭＤと省略して表記する。

図１６において、ＨＭＤ６０は、左右に１組ずつ略対称に設けられたフロント６０ａ及びテンプル６０ｂにより構成されている。フロント６０ａは、例えば、導光板６１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６０ｂに内蔵することができる。

図１７は、ＨＭＤ６０の構成を部分的に示している。なお、図１７では、左眼用の構成を例示しているが、ＨＭＤ６０は右眼用としても同様の構成を備えている。

ＨＭＤ６０は、制御装置１１と、光源ユニット５３０と、光量調整部５０７と、反射面
１４を有する可動装置１３と、導光板６１と、ハーフミラー６２とを備えている。

レーザ光源５０１Ｒは、面発光レーザ２００、面発光レーザ２００ａ、又は２次元アレイ光源３００を、１又は２以上備え、赤色のレーザ光を照射する。レーザ光源５０１Ｇは、面発光レーザ２００、面発光レーザ２００ａ、又は２次元アレイ光源３００を、１又は２以上備え、緑色のレーザ光を照射する。レーザ光源５０１Ｂは、面発光レーザ２００、面発光レーザ２００ａ、又は２次元アレイ光源３００を、１又は２以上備え、青色のレーザ光を照射する。

光源ユニット５３０は、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１３に入射する。可動装置１３は、制御装置１１からの信号に基づき、反射面１４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。可動装置１３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。

可動装置１３による走査光は、導光板６１に入射する。導光板６１は、走査光を内壁面で反射させながらハーフミラー６２に導光する。導光板６１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６２は、導光板６１からの光をＨＭＤ６０の背面側に反射し、ＨＭＤ６０の装着者６３の眼の方向に出射する。ハーフミラー６２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６２での反射により、装着者６３の網膜に結像する。或いは、ハーフミラー６２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６３の網膜に結像する。またハーフミラー６２での反射により、画像は空間歪が補正される。装着者６３は、ＸＹ方向に走査される光で形成される画像を視認することができる。

６２はハーフミラーであるため、装着者６３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視認される。ハーフミラー６２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視認できる構成にしてもよい。

本実施形態では、高密度に集積した面発光レーザ又は２次元アレイ光源で光学系を簡素にできる。光源は、端面発光型レーザを用いた場合と比べて、消費電力も少ないので小型、軽量なＨＤＭが実現できる。

［第１０実施形態］
次に、第１０実施形態に係る投光装置を、図１８及び図１９を参照して説明する。図１８は、本実施形態に係る投光装置１６００の構成の一例を説明する図である。また図１９は、投光装置１６００における光源のレイアウトの一例を説明する図である。

投光装置１６００は、光源１６０１と、蛍光部材１６０２と、投光部材１６０３とを備えている。光源１６０１としては、例えば第４実施形態に係る２次元アレイ光源３００が用いられ、光源１６０１から出射された光で蛍光部材１６０２を励起させる。光源１６０１から出射された光と、蛍光部材１６０２が励起されて放射された光とを投光部材１６０３で２次元状に拡げて投光する。図１８には、投光部材１６０３の例として、反射鏡を図示してある。

蛍光部材１６０２としては、例えば、光源１６０１から出射される光が青色光の場合、黄色光を発する蛍光部材が用いられ、光源１６０１から出射される光が紫外光の場合、白色光を発する蛍光部材が用いられる。蛍光部材１６０２は、光源１６０１から出射されたレーザ光の波長を調整する光学素子の一例である。また、投光部材１６０３は、光源１６０１から出射され、蛍光部材１６０２により波長が調整されたレーザ光の進行方向を調整する光学素子の一例である。

図１９に示す光源１６０１は、簡略化のため数十個の面発光レーザと４つの共通電極１６０５で記載しているが、面内に数千個〜数万個の面発光レーザ１６０４を２次元アレイ状に並べた２次元アレイ光源であり、複数の共通電極１６０５を有している。図１９に示した複数の共通電極１６０５の配置と形状は一例であり、目的の用途に合わせて複数の共通電極１６０５の配置と形状を適宜選択できる。

複数の共通電極１６０５のうちから、電圧を印加する上部共通電極を選択することで、１つの光源１６０１で、任意の場所や空間に投光することができる。例えば、投光装置１６００を車載用のヘッドライトモジュールとして使う場合、１チップ内で多数の上部共通電極を設けることで、高出力かつ小型な配光可変型前照灯として使うことができる。また発光させる面発光レーザを選択することで、狙った位置にレーザ光を照射することができる。

［各種実施例］
次に、上述した各実施形態をさらに具体化した実施例について説明する。

（実施例１）
まず実施例１について説明する。実施例１は、反射波長４０５ｎｍの反射鏡の構造と、その製造方法についてである。本実施例の多層膜反射鏡の構成は、図１の反射鏡１００と同様であるため、図１を参照して説明する。

基板１０１としてＧａＮ基板を用いる。低屈折率層は、Ｇａの添加量が原子濃度比で０．０３のＧａ添加ＡｌＮ層とＧａＮ層の多層膜で構成され、膜厚はそれぞれ５．２ｎｍのＧａ添加ＡｌＮ層２層と、膜厚９ｎｍのＧａＮ層３層からなる。

高屈折率層は膜厚４３ｎｍのＩｎ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎで、低屈折率層と高屈折率層を交互に合計４４周期形成する。ＧａＮの屈折率を２．５４、Ｇａ添加ＡｌＮの屈折率を２．１１、Ｉｎ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎの屈折率を２．６０として光学膜厚を計算すると、低屈折率層が６７．６ｎｍ、高屈折率層が１１１．８ｎｍである。高屈折率層はλ／４から約１２％厚く、低屈折率層はλ／４から約１２％薄い。以上の構成にすることで、Ｇａ添加ＡｌＮの歪と膜厚の積と、ＩｎＧａＮの歪と膜厚の積の比は１．００６になり、ＡｌＮとＩｎＧａＮとの歪がほぼ等しくなる。

次に製造方法について説明する。窒化物半導体の製造装置にＭＯＣＶＤ装置を用いる。まず、ＧａＮ基板をＭＯＣＶＤ装置の反応炉にセットし加熱する。基板の温度を９００℃まで加熱し、低屈折率層１０２としてＧａ添加ＡｌＮ層１０２ａとＧａＮ１０２ｂの多層膜を成長させる。Ｇａ添加ＡｌＮ層は５．２ｎｍの厚さで２層、ＧａＮは９ｎｍの厚さで、ＧａＮから先に成長し合計で２．５周期成長する。

Ｇａ添加ＡｌＮ層のガス条件は、窒素雰囲気、ＴＭＡとＴＭＧのＧａ供給比を０．０３、ＴＭＡとＴＭＧの供給和を８０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３を４０ｍｍｏｌ／ｍｉｎでＶ／ＩＩＩ比を５００として、ＧａＮのガス条件は窒素雰囲気、ＴＭＧを１００μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ_３を２００ｍｍｏｌ／ｍｉｎでＶ／ＩＩＩ比を２０００としている。

ＧａＮ層とＧａ添加ＡｌＮ層の成長でＮＨ_３供給量を変更しているため、ＮＨ_３のガス供給量の安定待ち時間として５秒の成長中断を設ける。次に、温度は変更せず９００℃のままで、高屈折率層１０３として厚さ４３ｎｍのＩｎ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎを成長させる。

ガス条件は窒素雰囲気、ＴＭＧを１００μｍｏｌ／ｍｉ、ＴＭＩを７０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３を２００ｍｍｏｌ／ｍｉｎでＶ／ＩＩＩ比を１１７６とする。ＴＭＧとＮＨ３の供給量は直前に成長したＧａＮと同じであるため、成長中断は設けず連続成長で成長させる。

以降は、Ｇａ添加ＡｌＮ層とＧａＮ層の多層膜とＩｎＧａＮを交互に繰り返し、合計で４４回繰り返すことで反射率約９９．８％、反射波長４０５ｎｍの多層膜反射鏡１０４が得られる。

（実施例２）
本実施例は、反射波長４５０ｎｍの反射鏡１８００の構造とその製造方法についてである。図２０は本実施例に係る反射鏡１８００の構成の一例を示す断面図である。

低屈折率層１８０２は、Ｇａの添加量が原子濃度比で０．０５のＧａ添加ＡｌＮ層１８０２ａとＧａＮ層１８０２ｂの多層膜で構成され、膜厚はそれぞれ６ｎｍのＧａ添加ＡｌＮ層が３層と、膜厚９．７ｎｍのＧａＮ層が４層からなる。

高屈折率層１８０３は膜厚３７ｎｍのＩｎ_０．１０Ｇａ_０．９０Ｎで、低屈折率層と高屈折率層を交互に合計４７周期形成する。ＧａＮの屈折率を２．４５、Ｇａ添加ＡｌＮの屈折率を２．０９８５、Ｉｎ_０．１０Ｇａ_０．９０Ｎの屈折率を２．４９として光学膜厚を計算すると、低屈折率層が７２．７ｎｍ、高屈折率層が９２．１ｎｍである。高屈折率層はλ／４から約５．８％薄く、低屈折率層はλ／４から約５．８％厚い。以上の構成にすることで、Ｇａ添加ＡｌＮの歪と膜厚の積と、ＩｎＧａＮの歪と膜厚の積の比は０．９９１になり、Ｇａ添加ＡｌＮとＩｎＧａＮとの歪がほぼ等しくなる。

次に製造方法について説明する。窒化物半導体の製造装置にＭＯＣＶＤ装置を用いる。まず、ＧａＮ基板１８０１をＭＯＣＶＤ装置の反応炉にセットし加熱する。始めに結晶品質を向上するためのバッファ層として２μｍのＧａＮを１１００℃の温度で成長させる。次に、基板の温度を８５０℃まで下げ、低屈折率層１８０２としてＧａの原子濃度比で０．０５のＧａ添加ＡｌＮ層１８０２ａとＧａＮ１８０２ｂの多層膜を成長させる。Ｇａ添加ＡｌＮ層は６ｎｍの厚さで３層、ＧａＮは９．７ｎｍの厚さで３層、ＧａＮから先に成長させ、合計で３．５周期成長させる。Ｇａ添加ＡｌＮ層のガス条件は、窒素雰囲気でＴＭＡとＴＭＧのＧａ供給比を０．０５、ＴＭＡとＴＭＧの供給和を８０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３を２００ｍｍｏｌ／ｍｉｎでＶ／ＩＩＩ比を２５００として、ＧａＮのガス条件は窒素雰囲気、ＴＭＧを１００μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３を２００ｍｍｏｌ／ｍｉｎでＶ／ＩＩＩ比を２０００としている。ＧａＮとＡｌＮは連続して成長する。

次に、温度はそのままの８５０℃で、高屈折率層１８０３として膜厚３７ｎｍのＩｎ_０．１０Ｇａ_０．９０Ｎ１８０３を成長させる。ガス条件は、窒素雰囲気、ＴＭＧを１００μｍｏｌ／ｍｉ、ＴＭＩを７０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３を２００ｍｍｏｌ／ｍｉｎでＶ／ＩＩＩ比を１１７６とする。ＴＭＧとＮＨ３の供給量とは直前に成長するＧａＮと同じであるため、連続成長で成長させる。

以降は、Ｇａ添加ＡｌＮ層とＧａＮ層の多層膜からなる低屈折率層１８０２とＩｎ_０．１０Ｇａ_０．９０Ｎからなる高屈折率層１８０３を交互に繰り返し、合計で４７回繰り返すことで反射率約９９．８％、反射波長４５０ｎｍの反射鏡１８００が得られる。

（実施例３）
本実施例は、第２実施形態に係る発振波長４０５ｎｍの面発光レーザの実施例で、反射鏡に実施例１の反射鏡を用いている。図２１は本実施例に係る面発光レーザ１９００の構成の一例を示す断面図である。

基板としてＧａＮ基板１９０１を用いる。ＧａＮ基板上に結晶品質をよくするためのバッファ層としてアンドープのＧａＮ１９１２を１μｍ成長させる。次に、第１の反射層として実施例１の反射鏡１９０４（１００）を成長させる。形成方法は実施例１と同じなので省略する。反射鏡１９０４の上に第１の半導体層として膜厚１μｍのｎ−ＧａＮ１９０５を成長させる。

続いて、活性層としてＩｎ_０．０９Ｇａ_０．９１Ｎ／ＧａＮの３周期の多重量子井戸構造１９０６を成長させる。井戸層であるＩｎ_０．０９Ｇａ_０．９１Ｎと障壁層であるＧａＮの膜厚はそれぞれ、６ｎｍ、４ｎｍである。次に、活性層への電子の閉じ込めを強くするための電子ブロック層として、ｐ−Ａｌ_０．２０Ｇａ_０．８０Ｎ１９１３を２０ｎｍ成長させ、その上に第２の半導体層としてｐ−ＧａＮ１９０７を２１０ｎｍ成長させる。最後に電極とのオーミック接触を得るためのコンタクト層として、ｐ^＋＋−ＧａＮ１９１４を５ｎｍ成長させる。

次に、基板を反応炉から取り出し、フォトリソグラフィーとＲＩＥでｎ−ＧａＮ１９０５が露出するまでエッチングしメサ構造１９１１を形成し、その後に表面再結合を抑えるパッシベーションのための絶縁膜としてＳｉＯ_２１９１５をメサ構造１９１１と基板表面を覆うように１００ｎｍ成膜する。次に、メサ上部のパッシベーション膜を直径８μｍの円形のパターンを用いてウェットエッチングで除去した後にメサ上に透明電極としてＩＴＯ１９１６を厚さ２０ｎｍで形成し、電流狭窄構造を形成する。続けてＩＴＯ１９１６の外周部に第２の電極としてリング状のＴｉ／Ａｕ電極１９０９を形成する。さらに、メサ構造１９１１の周辺をウェットエッチングでＳｉＯ_２を除去し、第１の電極として、Ｔｉ／Ａｌ電極１９１０を形成する。最後に、ＩＴＯ１９１６上にＴａ_２Ｏ_５／ＳｉＯ_２からなる誘電体ＤＢＲ１９０８を形成することで、面発光レーザが完成する。本実施例の反射鏡を用いて基板側への放熱性がよい高出力駆動が可能な面発光レーザが完成する。

（実施例４）
本実施例は、第３実施形態に係る発振波長４５０ｎｍの面発光レーザの実施例で、反射鏡に実施例２の反射鏡を用いている。図２２は本実施例に係る面発光レーザ２０００の構成の一例を示す断面図である。

基板としてｎ型のＧａＮ基板２００１を用いる。ＧａＮ基板上に結晶品質をよくするためと、導電部とのオーミック接触を取るためのバッファ層としてＳｉを３×１０^１８ｃｍ^−３の濃度でドーピングしたｎ−ＧａＮ２０１７を１μｍ成長させる。次に、反射鏡として実施例２の反射鏡２００４（２０４）を成長させる。形成方法は実施例２と同じなので省略する。反射鏡２００４の上に第１の半導体層として膜厚１μｍのｎ−ＧａＮ２００５を成長させる。

続いて、活性層としてＩｎ_０．２０Ｇａ_０．８０Ｎ／ＧａＮの３周期の多重量子井戸構造２００６を成長させる。井戸層であるＩｎ_０．２０Ｇａ_０．８０Ｎと障壁層であるＧａＮの膜厚はそれぞれ、６ｎｍ、４ｎｍである。次に、活性層への電子の閉じ込めを強くするための電子ブロック層として、ｐ−Ａｌ_０．２０Ｇａ_０．８０Ｎ２０１３を２０ｎｍ成長させ、その上に第２の半導体層としてｐ−ＧａＮ２００７を２１０ｎｍ成長させる。最後に電極とのオーミック接触を得るためのコンタクト層として、ｐ^＋＋−ＧａＮ２０１４を５ｎｍ成長させる。

次に、基板を反応炉から取り出し、フォトリソグラフィーとＲＩＥでｎ−ＧａＮ２００５が露出するまでエッチングし、メサ構造２０１１を形成し、続けてメサ構造２０１１の周辺のｎ−ＧａＮ２００５が露出した領域に、導電部２０１２を形成する。導電部２０１２の深さは反射鏡２００４を貫通しバッファ層のｎ−ＧａＮ２０１２が露出する深さである。そして、通電部としてＴｉ／Ａｌ２０１６を導電部２０１２における貫通孔の内部にｎ−ＧａＮ２００５とｎ−ＧａＮ２０１２とが電気的に接続されるように形成する。

導電部２０１２の形はメサ構造２０１１周辺を堀の様に覆った形状や、円形や矩形などの形でメサ構造２０１１の周辺に複数個配置した構造等、活性層に隣接するｎ−ＧａＮ２００５と基板と隣接するｎ−ＧａＮ２０１２を電気的に接続できればどのような形状でも良い。

メサ構造２０１１とＴｉ／Ａｌ２０１６、導電部２０１２における貫通孔内部の通電部の形成が終わったら、基板表面全体を覆うように絶縁膜としてＳｉＯ_２２０１５を形成する。その後、メサ上部のＳＩＯ_２を直径８μｍの円形のパターンを用いてウェットエッチングで除去した後に、メサ上に透明電極としてＩＴＯ２０１８を厚さ２０ｎｍで形成し、続けてＩＴＯ２０１８の外周部に第２の電極としてリング状のＴｉ／Ａｕ電極２００９を形成する。そして、基板の裏面に第１の電極として、Ｔｉ／Ａｌ電極２０１０を形成する。最後に、ＩＴＯ２０１８上にＴａ_２Ｏ_５／ＳｉＯ_２からなる誘電体ＤＢＲ２００８を形成することで、面発光レーザが完成する。

本実施例の反射鏡を用いて基板側への放熱性がよい高出力駆動が可能な面発光レーザが完成する。

（実施例５）
次に、実施例５について説明する。実施例５は、第４実施形態に係る２次元アレイ状光源の具体例である。図２３は２次元アレイ光源２１００の構成の一例を示す断面図である。２次元アレイ光源２１００を構成する面発光レーザのレイアウトは図７と同じである。

実施例５に係る２次元アレイ光源２１００は、実施例４の面発光レーザを面内にアレイ状に複数配置した構造を有する。実施例４と同じ部分は適宜省略し、異なる部分を中心に説明する。

実施例４で用いていたリング状の電極の代わりに、すべての素子に同時に通電できるように各メサ構造２０１１上に形成してある各ＩＴＯ２０１８が電気的に接続されるように共通電極としてＴｉ／Ａｌ電極２１１２を用いる。

面発光レーザのピッチ（最近接の面発光レーザ同士の中心間距離）を４０μｍ、メサ構造２０１１の直径を２８μｍ、メサ構造２０１１と導電部２０１２との距離を３μｍとることで、チップ１ｃｍ角あたりに面発光レーザを約３６０００個配置でき、放熱性の良い面発光レーザであるため、全素子を同時に駆動できる。

（実施例６）
本実施例は、反射波長４５０ｎｍの構造と、その製造方法についてである。本実施例の多層膜反射鏡の構成は図３の反射鏡１０９と同様であるため、図３を参照して説明する。

基板１０１としてＧａＮ基板を用いる。低屈折率層は、Ｉｎの添加量が原子濃度比で０．０１未満のＩｎ添加ＡｌＮ層とＧａＮ層の多層膜で構成され、膜厚はそれぞれ１１ｎｍのＩｎ添加ＡｌＮ層２層と、膜厚７．５ｎｍのＧａＮ層３層からなる。

高屈折率層１０３は膜厚５０ｎｍのＩｎ０．１０Ｇａ０．９０Ｎで、低屈折率層と高屈折率層を交互に合計３５周期形成する。ＧａＮの屈折率を２．４５、Ｉｎ添加ＡｌＮの屈折率を２．０８、Ｉｎ０．１０Ｇａ０．９０Ｎの屈折率を２．４７として光学膜厚を計算すると、低屈折率層が１００．９ｎｍ、高屈折率層が１２３．５ｎｍである。高屈折率層はλ／４から約１０％薄く、低屈折率層はλ／４から約１０％厚い。以上の構成にすることで、Ｇａ添加ＡｌＮの歪と膜厚の積と、ＩｎＧａＮの歪と膜厚の積の比は０．９７８になり、Ｉｎ添加ＡｌＮとＩｎＧａＮとの歪がほぼ等しくなる。

次に製造方法について説明する。窒化物半導体の製造装置にＭＯＣＶＤ装置を用いる。まず、ＧａＮ基板をＭＯＣＶＤ装置の反応炉にセットし加熱する。基板の温度を１０５０℃まで加熱し、低屈折率層１０２としてＩｎの原子濃度比で０．０１未満のＩｎ添加ＡｌＮ層１０２ｃとＧａＮ１０２ｂの多層膜を成長させる。Ｉｎ添加ＡｌＮ層は１１ｎｍの厚さで２層、ＧａＮは７．５ｎｍの厚さで３層、ＧａＮから先に成長させ、合計で３．５周期成長させる。1層目のＧａＮは窒素雰囲気で成長し、その後の層は水素雰囲気で成長する。Ｇａ添加ＡｌＮ層のガス条件は、ＴＭＡとＴＭＩのＩｎ供給比を０．１０、ＴＭＡとＴＭＩの供給和を８０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３を２００ｍｍｏｌ／ｍｉｎでＶ／ＩＩＩ比を２５００として、ＧａＮのガス条件は、ＴＭＧを１００μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３を２００ｍｍｏｌ／ｍｉｎでＶ／ＩＩＩ比を２０００としている。

次に、基板の温度を１分３０秒かけて１５０℃下げ９００℃にする。高屈折率層１０３として膜厚５０ｎｍのＩｎ０．１０Ｇａ０．９０Ｎ１０３を成長させる。ガス条件は、窒素雰囲気、ＴＭＧを１００μｍｏｌ／ｍｉ、ＴＭＩを７０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３を２００ｍｍｏｌ／ｍｉｎでＶ／ＩＩＩ比を１１７６とする。

次に、Ｉｎ添加ＡｌＮ層とＧａＮの多層膜からなる低屈折率層１０２を成長するために、基板の温度を１分かけて１５０℃上げ１０５０℃にする。なお昇降温に要する時間は合計２分３０秒で、生産性を損ねるほどではない。

以降は、Ｉｎ添加ＡｌＮ層とＧａＮ層の多層膜からなる低屈折率層１０２とＩｎ０．１０Ｇａ０．９０Ｎからなる高屈折率層１０３を交互に繰り返し、合計で３５回繰り返すことで反射率約９９．８％、反射波長４５０ｎｍの反射鏡１０９が得られる。

以上、好ましい実施形態等について詳説したが、上述した実施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、上述した実施形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。

１００、１０９ 反射鏡
１０１、２０１ ＧａＮを含む基板
１０２ 低屈折率層
１０２ａ Ｇａ添加ＡｌＮ層
１０２ｂ ＧａＮ層
１０２ｃ Ｉｎ添加ＡｌＮ層
１０３ 高屈折率層
２００、２００ａ 面発光レーザ
２０４ 第１の反射層
２０５ 第１の半導体層
２０６ 活性層
２０７ 第２の半導体層
２０８ 第２の反射層
２０９ 第１の電極
２１０ 第２の電極
２１１ メサ構造
２１２ 導電部
２１３ 貫通孔
２１４ 通電部
２１６ 格子点
２１７ 重心位置
３００ ２次元アレイ光源
３１２ 共通電極
３２０ 絶縁層
４００ 車両
５００ ヘッドアップディスプレイ（表示装置の一例）
６０ ヘッドマウントディスプレイ（表示装置の一例）
１０００ 投影装置
１１００ 投影装置
１６００ 投光装置

特許６１２９０５１号公報

Claims (17)

1. 第１の平均屈折率を有する低屈折率層と、
   前記第１の平均屈折率よりも高い第２の平均屈折率を有する高屈折率層と、を備え、
   前記低屈折率層はＧａ添加ＡｌＮ層とＧａＮを主体とする層とがそれぞれ複数層交互に積層された積層構造を有し、
   前記高屈折率層はＩｎＧａＮ層を有する
   反射鏡。
2. 前記Ｇａ添加ＡｌＮ中に含まれるＧａ濃度の原子濃度比は、０より大きく且つ０．１０以下である
   請求項１に記載の反射鏡。
3. 第１の平均屈折率を有する低屈折率層と、
   前記第１の平均屈折率よりも高い第２の平均屈折率を有する高屈折率層と、を備え、
   前記低屈折率層はＩｎ添加ＡｌＮ層とＧａＮ層とがそれぞれ複数層交互に積層された積層構造を有し、
   前記高屈折率層はＩｎＧａＮ層を有する
   反射鏡。
4. 前記Ｉｎ添加ＡｌＮ中に含まれるＩｎ濃度の原子濃度比は、０より大きく且つ０．０５以下である請求項３に記載の反射鏡。
5. 前記高屈折率層の光学膜厚は、前記低屈折率層の光学膜厚とは異なる
   請求項１乃至４の何れか１項に記載の反射鏡。
6. 前記高屈折率層の光学膜厚は、前記低屈折率層の光学膜厚より大きい
   請求項５に記載の反射鏡。
7. 前記ＩｎＧａＮ層のＩｎ組成は、０．０３以上０．２０未満である
   請求項１乃至６の何れか１項に記載の反射鏡。
8. 活性層と、
   前記活性層を挟んで設けられた第１の反射層及び第２の反射層と、を有し、
   前記第１の反射層は、請求項１乃至７の何れか１項に記載の反射鏡を有する
   面発光レーザ。
9. 前記活性層と前記第１の反射層の間に配置された第１の半導体層と、
   前記活性層と前記第２の反射層の間に配置された第２の半導体層と、をさらに有し、
   前記第１の反射層は導電性の基板上に形成され、
   少なくとも前記第２の半導体層及び前記活性層の積層体はメサ構造を有し、
   少なくとも前記第１の反射層には、前記第１の半導体層と前記基板とを電気的に接続させるための導電部が形成されている
   請求項８に記載の面発光レーザ。
10. 前記導電部は、
    前記第１の反射層を貫通する貫通孔と、
    前記貫通孔の内部の少なくとも一部に設けられ、一端が前記第１の半導体層に接続し、他端が前記基板に接続する通電部と、を含む
    請求項９に記載の面発光レーザ。
11. 請求項８乃至１０の何れか１項に記載の面発光レーザを複数備える
    光源。
12. 請求項９、又は１０に記載の面発光レーザを複数備え、
    前記導電部は、複数の前記メサ構造ごとに、前記メサ構造の周囲に設けられている
    光源。
13. 前記導電部は、複数の前記メサ構造ごとに、前記メサ構造の周囲に複数設けられ、且つ複数の前記メサ構造の間で共有されている
    請求項１２に記載の光源。
14. 前記メサ構造は、隣接する複数の前記メサ構造で格子点を形成するように配置され、
    前記導電部は、前記格子点の重心位置に配置されている
    請求項１２に記載の光源。
15. 請求項８乃至１０の何れか１項に記載の面発光レーザ、又は請求項１１乃至１４の何れか１項に記載の光源の少なくとも一方を備える
    投影装置。
16. 請求項８乃至１０の何れか１項に記載の面発光レーザ、又は請求項１１乃至１４の何れか１項に記載の光源の少なくとも一方を備える
    表示装置。
17. 請求項８乃至１０の何れか１項に記載の面発光レーザ、又は請求項１１乃至１４の何れか１項に記載の光源の少なくとも一方を備える
    投光装置。

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