面発光レーザ素子およびその製造方法
【課題】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。
【解決手段】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。
【解決手段】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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−６６５５０号公報
【特許文献２】特開２００８−７８４６０号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Y.Higuchi et al. “Room Temperature CW Lasing of a GaN-Based Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser by Current Injection”, Applied Physics Express1(2008)121102
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【発明の効果】
【００２２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】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。
【図２】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３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】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。
【図１１】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。
【図１２】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１３】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。
【図１４】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１５】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。
【図１６】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。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【００２５】
（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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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、Ｓｉ３Ｎ４やＳｉＯ２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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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、ＺｒＯ２(２．３)、Ｔａ２Ｏ５(２．２)、ＨｆＯ２(２．１１)、ＭｇＯ(１．７４)、Ａｌ２Ｏ３(１．７)、ＳｉＯ２(１．５)などの酸化物誘電体、Ｓｉ３Ｎ４(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ＭｇＦ２(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。
【００４１】
また、高屈折率層としては、ＴｉＯ２（２．５）、Ｎｂ２Ｏ５（２．４）、ＺｒＯ２（２．３）、Ｔａ２Ｏ５（２．２）、ＨｆＯ２（２．１１）、ＭｇＯ（１．７４）、Ａｌ２Ｏ３（１．７）、ＳｉＯ２（１．５）などの酸化物誘電体、Ｓｉ３Ｎ４（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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
（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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
（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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
（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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
（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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
（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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
（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。
【００９９】
（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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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(Ｏ２)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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
ＭＯＣＶＤ法では、窒素源としてアンモニア(ＮＨ３)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。
【０１０７】
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、Ｓｉ３Ｎ４やＳｉＯ２といった絶縁膜、金属等で保護しておくことが好ましい。
【０１０８】
（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。
【０１０９】
つぎに、上部コンタクト層８上にＳｉＯ２層またはＳｉ３Ｎ４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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【符号の説明】
【０１１９】
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
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−６６５５０号公報
【特許文献２】特開２００８−７８４６０号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Y.Higuchi et al. “Room Temperature CW Lasing of a GaN-Based Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser by Current Injection”, Applied Physics Express1(2008)121102
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【発明の効果】
【００２２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】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。
【図２】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３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】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。
【図１１】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。
【図１２】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１３】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。
【図１４】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１５】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。
【図１６】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。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【００２５】
（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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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、Ｓｉ３Ｎ４やＳｉＯ２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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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、ＺｒＯ２(２．３)、Ｔａ２Ｏ５(２．２)、ＨｆＯ２(２．１１)、ＭｇＯ(１．７４)、Ａｌ２Ｏ３(１．７)、ＳｉＯ２(１．５)などの酸化物誘電体、Ｓｉ３Ｎ４(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ＭｇＦ２(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。
【００４１】
また、高屈折率層としては、ＴｉＯ２（２．５）、Ｎｂ２Ｏ５（２．４）、ＺｒＯ２（２．３）、Ｔａ２Ｏ５（２．２）、ＨｆＯ２（２．１１）、ＭｇＯ（１．７４）、Ａｌ２Ｏ３（１．７）、ＳｉＯ２（１．５）などの酸化物誘電体、Ｓｉ３Ｎ４（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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
（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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
（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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
（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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
（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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
（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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
（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。
【００９９】
（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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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(Ｏ２)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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
ＭＯＣＶＤ法では、窒素源としてアンモニア(ＮＨ３)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。
【０１０７】
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、Ｓｉ３Ｎ４やＳｉＯ２といった絶縁膜、金属等で保護しておくことが好ましい。
【０１０８】
（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。
【０１０９】
つぎに、上部コンタクト層８上にＳｉＯ２層またはＳｉ３Ｎ４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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【符号の説明】
【０１１９】
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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
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。
【請求項１２】
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。
【請求項１３】
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。
【請求項１４】
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。
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
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。
【請求項１２】
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。
【請求項１３】
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。
【請求項１４】
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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１１−２３８８５２（Ｐ２０１１−２３８８５２Ａ）
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１０４５３（Ｐ２０１０−１１０４５３）
【出願日】平成２２年５月１２日（２０１０．５．１２）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１２日（２０１０．５．１２）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
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