JP2003101141A - 多層膜反射層およびそれを用いた窒化ガリウム系発光素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高い反射率を維持しながら、結晶性の優れた
窒化ガリウム系多層膜反射層を提供すること、および、
そのような多層膜反射層を用いた窒化ガリウム系発光素
子を提供する。 【解決手段】 本発明の多層膜反射層は、膜厚が（α_１
・λ）／（４ｎ_１）（λ：入射光波長、ｎ_１：屈折率）
のＡｌ_ａＧａ_１−ａＮ（０＜ａ＜１）層と、膜厚が（α
_２・λ）／（４ｎ_２）（ｎ_２：屈折率）のＧａＮ層とが
交互に積層されてなる多層膜反射層であって、０＜α_１
＜１、かつ、α_１＋α_２＝２であることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、窒化物半導体（Ｉ
ｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）より
なる、レーザダイオード素子（ＬＤ）および発光ダイオ
ード素子（ＬＥＤ）等の発光素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】屈折率の異なる２つの層が交互に積層さ
れてなる多層膜反射層は、極めて高い反射率を得ること
ができるので、様々な用途に使用されている。このよう
な多層膜反射層は一般に、膜厚がλ／４ｎ_ａ（λ：入射
光波長、ｎ_ａ：屈折率）である第１の層と、膜厚がλ／
４ｎ_ｂ（λ：入射光波長、ｎ_ｂ：屈折率（ｎ_ｂ≠
ｎ_ａ））である第２の層からなるペアが複数積層されて
形成されており、より高い反射率を得るためには、第１
の層と第２の層との屈折率差を大きくする必要がある。

【０００３】例えば、上記第１の層にＡｌ_αＧａ_１−α
Ｎ（０＜α＜１）を使用し、第２の層にＧａＮを使用し
て多層膜反射層を作製する場合、これらの層の屈折率差
を大きくするためには、Ａｌ_αＧａ_１−αＮ層における
Ａｌ混晶比αを高くする必要がある。

【０００４】このような多層膜反射層を使用した発光素
子として、本出願人は、例えば特開２００１−７４４４
号公報に示すように、紫外〜緑色領域で発振する短波長
レーザを開発した。このレーザ素子の模式的な断面図を
図１３に示す。図１３のレーザ素子１０は面発光型レー
ザ素子であり、サファイア基板１の上にバッファ層２を
介して、ｎ型窒化物半導体層と、Ｉｎ_ｘＧａ_1-ｘＮ（０
＜ｘ＜１）からなる活性層６と、ｐ型窒化物半導体層と
がこの順で積層されて形成されている。レーザ素子１０
において、ｎ型窒化物半導体層は、バッファ層２上に形
成された、ｎ型コンタクト層３と、第２のｎ型クラッド
層４と、ｎ型の多層膜反射層４４と、第１のｎ型クラッ
ド層５とからなる。一方、活性層６上に形成されたｐ型
窒化物半導体層は、第２のｐ型クラッド層７と、第１の
ｐ型クラッド層８と、ｐ型コンタクト層９とからなる。
また、ｎ型コンタクト層３の上には負電極が形成されて
おり、ｐ型コンタクト層９の上には正電極が形成されて
いる。

【０００５】このようなレーザ素子１０において、多層
膜反射層４４は、活性層６よりも基板１側のｎ型窒化物
半導体層中に形成されている。多層膜反射層４４は、ミ
ラー（光反射）層として機能し、活性層６からの発光を
反射させて、活性層６に閉じ込めることができる。図１
３のレーザ素子１０において、多層膜反射層４４は、例
えばＡｌ_αＧａ_１−αＮ（０＜α＜１）とＧａＮとがそ
れぞれ１０層ずつ交互に積層されてなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】

【０００７】Ａｌ_αＧａ_１−αＮとＧａＮとからなる多
層膜反射層において、これらの層の屈折率差を大きくす
るためにＡｌ_αＧａ_１−αＮ層におけるＡｌ混晶比αを
高くした場合、αを高くするにつれて、Ａｌ_αＧａ
_１−αＮ層の結晶性が低下してしまう。結晶性の低下し
た多層膜反射層がレーザ素子１０中に形成されると、活
性層６からの発光が、多層膜反射層４４において散乱し
てしまい、多層膜反射層４４が反射層としての機能を十
分に発揮できず、レーザの発振閾値電流値および閾値電
圧値が上昇してしまうという問題があった。

【０００８】またレーザ素子１０において、多層膜反射
層４４の結晶性が低いと、多層膜反射層４４の上に成長
させる各窒化物半導体層の結晶性の劣化、モフォロジー
異常やクラックの発生を引き起こしてしまうという問題
もあった。

【０００９】一方、Ａｌ_αＧａ_１−αＮ層の結晶性低下
を抑制するために、Ａｌ混晶比αを低くすれば、Ａｌ_α
Ｇａ_１−αＮ層とＧａＮ層との屈折率差が小さくなり、
多層膜反射層の反射率が低下してしまう。反射率の低い
多層膜反射層がレーザ素子１０中に形成されると、活性
層６に効果的に光を閉じ込めることができす、レーザの
発振が困難になる。

【００１０】本発明は上述した課題を解決するためのも
のであり、高い反射率を維持しながら、結晶性の優れた
窒化ガリウム系多層膜反射層を提供すること、および、
そのような多層膜反射層を用いた窒化ガリウム系発光素
子を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の多層膜反射層
は、膜厚が（α_１・λ）／（４ｎ_１）（λ：入射光波
長、ｎ_１：屈折率）のＡｌ_ａＧａ_１−ａＮ（０＜ａ＜
１）層と、膜厚が（α_２・λ）／（４ｎ_２）（ｎ_２：屈
折率）のＧａＮ層とが交互に積層されてなり、０＜α _１
＜１、かつ、α_１＋α_２＝２であることを特徴とする。

【００１２】従来は、Ａｌ_aＧａ_１−aＮ層とＧａＮ層と
からなるペアが複数積層された多層膜反射層において、
１ペアを構成するＡｌ_aＧａ_１−aＮ層の膜厚はλ／４ｎ
_１（すなわちα_１＝１）であり、ＧａＮ層の膜厚はλ／
４ｎ_２（すなわちα_２＝１）であった。これに対して本
発明によると、α_１＋α_２＝２を従来と同様に維持しな
がら、α_１を１未満にしてＡｌ_aＧａ_１−aＮ層の膜厚を
従来のλ／４ｎ_１よりも小さくすることにより、高い反
射率を維持しながら、結晶性の優れた多層膜反射層を得
ることができる。また、Ａｌ_aＧａ_１−aＮ層を従来より
も薄膜化できるので、Ａｌ混晶比ａを比較的高くしても
結晶性の劣化を抑制でき、より反射率の高い多層膜反射
層を得ることが可能となる。

【００１３】このような多層膜反射層において、Ａｌ_ａ
Ｇａ_１−ａＮ層のＡｌ混晶比ａは、０．２≦ａ≦０．８
であることが好ましい。ａが０．８を上回ると、多層膜
反射層の結晶性劣化が顕著となる恐れがあるからであ
る。また、ａが０．２を下回ると、Ａｌ_ａＧａ_１−ａＮ
層とＧａＮ層との間の屈折率差が小さくなり、十分な反
射率を有する多層膜反射層を得ることができない恐れが
あるからである。また、Ａｌ混晶比ａは、より好ましく
は０．３≦ａ≦０．７であり、このような場合、極めて
大きな屈折率差および、優れた結晶性を実現することが
可能となる。

【００１４】また、上記多層膜反射層において、α_１は
α_１≦０．７５であることが好ましい。α_１が０．７５
を超えると、Ａｌ_ａＧａ_１−ａＮ層の膜厚が大きくなり
過ぎ、多層膜反射層の結晶性劣化が顕著になる恐れがあ
るからである。α_１は、より好ましくはα_１≦０．５で
あり、このような場合、Ａｌ_ａＧａ_１−ａＮ層の膜厚が
十分小さく、多層膜反射層の結晶性が極めて優れたもの
となる。

【００１５】上述したような多層膜反射層は、Ｉｎ_ｘＧ
ａ_１−ｘＮ（０≦ｘ＜１）からなる活性層を有する窒化
ガリウム系発光素子に好適に使用される。以下、本発明
の窒化ガリウム系発光素子について説明する。本発明の
窒化ガリウム系発光素子は、上述の多層膜反射層が、窒
化物半導体層を介してＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ＜
１）から成る活性層の少なくとも片側に積層されてい
る。

【００１６】また、多層膜反射層を活性層と基板との間
に有することが好ましい。また、基板の上に、ｎ型クラ
ッド層と、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ＜１）からなる
活性層と、ｐ型クラッド層とをこの順で積層して形成
し、基板と活性層との間に、上述した多層膜反射層を有
することが好ましい。このような窒化ガリウム系発光素
子は、基板と活性層との間に、結晶性が高く、かつ、反
射率の高い多層膜反射層を有するので、多層膜反射層の
上に積層される各窒化物半導体層の結晶性の劣化が防止
され、クラックの発生およびモフォロジー異常が防止さ
れ、また、発光素子の閾値電流値および閾値電圧値が低
下される。

【００１７】また、多重膜反射層と活性層との間に存在
する窒化物半導体層は超格子層であることが好ましい。
電気抵抗の低い超格子層を用いることにより、活性層へ
のキャリアの注入の効率を高めることができ発光素子の
閾値電流値および閾値電圧値をさらに低下させることが
可能となる。また、超格子層を多層膜反射層に接して形
成しても良く、さらに超格子層を活性層に接して形成し
ても良い。これにより、キャリアの注入効率をさらに向
上させることが可能となる。

【００１８】また、このような本発明の窒化ガリウム系
発光素子は、基板の主面に対して垂直な方向に発光させ
る面発光型レーザ素子に好適に適用される。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１（ａ）は、活性層がＩｎ_ｘＧ
ａ_1-ｘＮ（０≦ｘ＜１）からなる、本発明に係るＧａＮ
系発光素子の一例を示す断面図である。図１（ａ）のＧ
ａＮ系発光素子は、面発光型ＧａＮ系レーザ素子であ
り、基板１０１の主面に垂直な方向に光を発光させる。
この半導体レーザ素子２は、ＧａＮ基板１０１の上にお
いて、Ｉｎ_ｘＧａ_1-ｘＮ（０≦ｘ＜１）からなる活性層
１０７が、ｎ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０≦ｙ＜１）層
（各層毎にｙの値は異なる）１０３〜１０６と、ｐ型Ａ
ｌ_ｚＧａ_１−ｚＮ（０≦ｚ＜１）層（各層毎にｚの値は
異なる）１０８〜１１１とによって挟まれて形成され
た、いわゆるダブルへテロ構造を有し、活性層１０７と
基板１０１との間に多層膜反射層９８を有する。

【００２０】図１（ａ）の窒化物半導体レーザ素子２
は、例えば、バッファ層１０２とｎ型コンタクト層１０
３（いずれも後述する）との間に、多層膜反射層９８を
有する。多層膜反射層９８は、図１（ｂ）に示すよう
に、膜厚が（α_１・λ）／（４ｎ _１）のＡｌ_aＧａ_１−a
Ｎ（０＜ａ＜１）層と、膜厚が（α_２・λ）／（４
ｎ_２）のＧａＮ層とが交互に積層されてなり、０＜α_１
＜１、かつ、α_１＋α_２＝２である。なお、λは入射光
波長であり、ｎ_１はＡｌ_aＧａ_１−aＮの屈折率、ｎ_２は
ＧａＮの屈折率である。

【００２１】従来の多層膜反射層は、図１３を参照して
前述したように、１ペアを構成するＡｌ_aＧａ_１−aＮ層
の膜厚はλ／４ｎ_１（すなわちα_１＝１）であり、Ｇａ
Ｎ層の膜厚はλ／４ｎ_２（すなわちα_２＝１）であっ
た。このような従来の多層膜反射層によると、Ａｌ_aＧ
ａ_１−aＮ層の結晶性が低いために、高い反射率と高い
結晶性の両方を同時に実現させることが困難であった。
本発明者は、α_１＋α_２＝２を従来と同様に維持すれ
ば、Ａｌ_aＧａ_１−aＮ層の膜厚をλ／４ｎ_１よりも小さ
くし（α_１＜１）、ＧａＮ層の膜厚をλ／４ｎ_２よりも
大きく（α_２＞１）しても、優れた反射率を維持するこ
とができ、さらに、反射率の波長選択性をむしろ向上で
きることを見出した。このようにＡｌ_aＧａ_１−aＮ層の
膜厚をλ／４ｎ _１よりも小さく設定することにより、Ａ
ｌ_aＧａ_１−aＮ層を従来よりも薄膜化できるために、高
い反射率を維持しながら結晶性を向上することができ
る。

【００２２】図２は、本実施形態の多層膜反射層９８の
反射率の波長依存性（理論値）を示すグラフである。多
層膜反射層９８は、膜厚λ／８ｎ_１のＡｌ_０．５Ｇａ
_０．５Ｎ層（すなわちα_１＝１／２、λ＝４００ｎｍの
ときＡｌ_０．５Ｇａ_０．５Ｎの屈折率ｎ_１＝２．０５）
と、３λ／８ｎ_２のＧａＮ層（すなわちα_２＝３／２、
λ＝４００ｎｍのときＧａＮの屈折率ｎ_１＝２．５）と
が１００層ずつ交互に積層されて形成されている。比較
のために、膜厚λ／４ｎ_１のＡｌ_０．５Ｇａ_{０． ５}Ｎ層
と、膜厚λ／４ｎ_２のＧａＮ層とが１００層ずつ交互に
積層されて形成された多層膜反射層の反射率の波長依存
性（理論値）も合わせて示す。図２から分かるように、
本実施形態の多層膜反射層によると、反射率のピーク強
度を比較例と同程度に維持しながら、比較例よりも、選
択的な波長領域での反射効果を向上できることが分か
る。なお、図２に示すデータはいずれも理論値であり、
結晶性の劣化等に伴う反射率の低下は考慮されていな
い。従って、実際には、比較例の多層膜反射層の反射率
は、結晶性の低下により、光の吸収、散乱が強くなり、
大幅に低下することが予想される。

【００２３】次に、Ａｌ_ａＧａ_１−ａＮ層の膜厚と、そ
の表面形態との関係を説明する。図３は、ＧａＮ層上に
Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５Ｎ層を成膜した場合に、Ａｌ
_０．５Ｇａ_０．５Ｎ層の膜厚と、そのＡｌ_０．５Ｇａ
_０．５Ｎ層の表面形態との関係を示す図である。図３に
示すように、膜厚がλ／８ｎ_１までは、Ａｌ_０．５Ｇａ
_{０． ５}Ｎ層の表面形態は正常であるが、λ／８ｎ_１を超
えると、結晶性の劣化により、モフォロジー異常が観測
され、λ／４ｎ_１を超えるとクラックの発生が観測され
る。このような膜厚と表面形態との関係は、Ａｌ_ａＧａ
_１−ａＮ層のＡｌ混晶比ａに依存し、混晶比ａが大きい
ほど、モフォロジー異常またはクラックなどの表面形態
の異常が観測される閾値膜厚は、薄い方にシフトする。
結晶性の劣化によってモフォロジー異常またはクラック
が発生したＡｌ_ａＧａ_１−ａＮ層の上に、他の窒化物半
導体層を積層させた場合、積層された他の窒化物半導体
層にもＡｌ_ａＧａ_１−ａＮ層の結晶性劣化が伝搬してし
まうという問題がある。従って、結晶性の高い多層膜反
射層を作製するには、Ａｌ_ａＧａ_１−ａＮ層の膜厚を、
λ／４ｎ_１未満にすることが好ましいことが分かる。ま
た、Ａｌ_ａＧａ_１−ａＮ層の膜厚が薄いと反射率が下が
る傾向にあるので、λ／８ｎ_１にすることがより好まし
い。

【００２４】本発明の多層膜反射層９８によると、α_１
＋α_２＝２を従来と同様に維持して多層膜反射層の高い
反射率を維持しながら、α_１＜１にして、結晶性の低く
なり易いＡｌ_aＧａ_１−aＮ層を薄膜化できる。従って、
結晶性の優れた、反射率の高い多層膜反射層を得ること
ができる。また、Ａｌ_aＧａ_１−aＮ層を薄膜化できるの
で、Ａｌ混晶比ａを比較的高くしても、結晶性の劣化を
抑制でき、より反射率の高い多層膜反射層を得ることが
できる。また、結晶性の高い多層膜反射層９８を作製す
ることができるので、多層膜反射層９８の上に積層され
る各窒化物半導体層の結晶性の劣化を防止し、クラック
の発生およびモフォロジー異常を防止することができ
る。また、このような多層膜反射層を発光素子に使用し
た場合、閾値電流値および閾値電圧値を低下させること
ができる。

【００２５】なお、Ａｌ_ａＧａ_１−ａＮ層のＡｌ混晶比
ａは、０．２≦ａ≦０．８であることが好ましく、より
好ましくは０．３≦ａ≦０．７である。ａが０．８を上
回ると、Ａｌ_ａＧａ_１−ａＮ層の結晶性の顕著となる恐
れがあるからであり、また、ａが０．２を下回ると、Ａ
ｌ_ａＧａ_１−ａＮ層とＧａＮ層との間の屈折率差が小さ
くなり、十分な反射率を有する多層膜反射層を得ること
ができない恐れがある。ａが０．３≦ａ≦０．７である
場合には、極めて大きな屈折率差および、優れた結晶性
を実現することが可能となる。

【００２６】また、α_１はα_１≦０．７５、より好まし
くはα_１≦０．５である。α_１が０．７５を超えると、
Ａｌ_ａＧａ_１−ａＮ層の膜厚が大きくなり過ぎ、Ａｌ_ａ
Ｇａ _１−ａＮ層の結晶性劣化が顕著になる恐れがあるか
らであり、α_１≦０．５の場合、Ａｌ_ａＧａ_１−ａＮ層
の膜厚が十分小さく、Ａｌ_ａＧａ_１−ａＮ層の結晶性が
極めて優れたものとなる。

【００２７】また、多層膜反射層９８の好ましい積層ペ
ア数は、積層ペア数が多すぎると多層膜反射層９８によ
って吸収される光の量が多大となることなどを考慮し
て、５０〜２００程度である。積層ペア数が上記範囲内
にあれば、多層膜反射層９８の結晶性および反射率を効
果的に向上させることができる。また多層膜反射層９８
にはＳｉ、Ｇｅなどのｎ型となる不純物を１×１０^１８
／ｃｍ^３〜１×１０^２１／ｃｍ^３の濃度範囲でドープし
てもよい。Ａｌ_ａＧａ_１−ａＮ層およびＧａＮ層のどち
らか一方にｎ型不純物をドープしても良く、あるいは、
両方にドープしてもよい。多層膜反射層９８にｎ型不純
物をドープすることにより、多層膜反射層９８の抵抗値
が下がり、これにより、レーザ素子のＶ_ｆを低下させる
ことができる。しかしながら、多層膜反射層９８にｎ型
不純物をドープすることで、多層膜反射層９８の結晶性
が低下する傾向があり、結晶性の低下した多層膜反射層
９８の上に窒化物半導体層を積層した場合、多層膜反射
層９８の結晶性の低下が、多層膜反射層９８上の各窒化
物半導体層に伝搬して、それらの層の結晶性を低下させ
てしまう。従って、多層膜反射層９８にｎ型不純物をド
ープする場合には、多層膜反射層９８の上に積層する窒
化物半導体層の積層数が小さくなるように、基板１０１
から離れた位置、すなわち、活性層１０７の近くに多層
膜反射層９８を設けることが好ましい。これにより、結
晶性の高いレーザ素子を作製することができる。

【００２８】図１（ｂ）に示す多層膜反射層９８は、Ａ
ｌ_aＧａ_１−aＮ層９４から始まってＧａＮ層９６で終わ
るように積層されているが、本発明の多層膜反射層９８
において、Ａｌ_aＧａ_１−aＮ層９４とＧａＮ層９６との
積層順序は特に限定されず、基板１０１側から、Ａｌ_a
Ｇａ_１−aＮ層９４、ＧａＮ層９６、Ａｌ_aＧａ_１−aＮ
層９４・・・・Ａｌ_aＧａ_１−aＮ層９４、ＧａＮ層９６
の順で積層しても、あるいは、基板１０１側から、Ｇａ
Ｎ層９６、Ａｌ_aＧａ_１−aＮ層９４、ＧａＮ層９６・・
・・ＧａＮ層９６、Ａｌ_aＧａ_１−aＮ層９４の順で積層
しても同様の効果が得られる。ただし、例えば多層膜反
射層９８を基板１０１側から、ＧａＮ層９６、Ａｌ_aＧ
ａ_１−aＮ層９４・・・・ＧａＮ層９６、Ａｌ_aＧａ
_１−aＮ層９４の順で積層し、Ａｌ_aＧａ_１−aＮ層９４
と同様の組成を有するコンタクト層１０３をＡｌ_aＧａ
_１−aＮ層９４に接して形成する場合、多層膜９８の最
上層（基板１０１から最も離れた層）のＡｌ_aＧａ_１−a
Ｎ層９４は、反射（ミラー）層として機能しない。従っ
て、多層膜反射層９８の積層順序は、多層膜反射層９８
に接する他の窒化物半導体層の組成を考慮して、多層膜
反射層９８の反射層としての効果を最大限発揮できるよ
うに適宜選択することが好ましい。

【００２９】図１（ａ）に示すレーザ素子２において、
多層膜反射層９８は、バッファ層１０２とｎ型コンタク
ト層１０３との間に積層されているが、本発明のレーザ
素子の多層膜反射層９８の積層位置はこれに限定される
ものでなく、活性層と基板との間に窒化物半導体を介し
て積層されていれば良い。好ましくは、活性層に接する
窒化物半導体層に接して設けることで、閾値電流の小さ
いレーザ素子が得られる。

【００３０】さらに、多層膜反射層９８を、活性層１０
７の基板１０１と反対方向にあるｐ型窒化物半導体層中
にも形成することがより好ましい。理由は以下の通りで
ある。ｐ型窒化物半導体層において、例えばＧａＮから
なるｐ型コンタクト層１１１と空気層との屈折率差は比
較的大きい。従って、ｐ型窒化物半導体層において、活
性層１０７からの発光をｐ型コンタクト層１１１によっ
て反射させて、活性層１０７に戻して閉じ込めることが
できる。しかし、上述したように本発明の多層膜反射層
９８は極めて高い反射率を有するので、多層膜反射層９
８をｐ型窒化物半導体層中にも形成すれば、活性層１０
７への光の閉じ込め効果がより向上する。なお、ｐ型窒
化物半導体層中における多層膜反射層９８の積層位置は
特に限定されないが、多層膜反射層９８にｐ型不純物を
ドープする場合には、多層膜反射層９８を活性層１０７
からできるだけ離れた位置のｐ型窒化物半導体層中に設
けることが好ましい。これは、多層膜反射層９８にｐ型
不純物をドープすることによって、多層膜反射層９８の
結晶性が低下する傾向にあるためである。

【００３１】また、活性層１０７と多層膜反射層９８と
の間に介在させる窒化物半導体層は、超格子層とし、さ
らに、多層膜反射層９８に接して設けることが好まし
い。超格子層は、数原子層程度の厚さであり、大体１０
０Å以下の厚さの層を繰返し積層したものであり、１ペ
ア当り最大２００Å程度の膜厚を有する。一方、本願の
多層膜反射層は、前述のように、Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５
Ｎ層を膜厚λ／８ｎ_１まで薄くすることができ、この時
のＡｌ_０．５Ｇａ_０．５Ｎ層の膜厚は２４３Å、３λ／
８ｎ_２のＧａＮ層の膜厚は６００Åとなり、１ペア当り
の膜厚が８４３Åとなる。したがって、超格子層の１ペ
ア当りの膜厚が、多層膜反射層の１ペア当りの膜厚より
も小さいので、ミラーとして機能することなく、光学的
反射率の低下を抑制することができる。さらに、超格子
層により、光の共振方向に対して横方向のキャリアの移
動度を高くすることができるので、高屈折領域を設ける
面発光型半導体レーザの場合、高屈折領域に効率良くキ
ャリアを注入することができる。さらに、共振方向にお
いても、超格子のトンネル効果により活性層に効率良く
キャリアを注入することができる。なお、超格子層や活
性層などの多層膜反射層に挟まれる層の各膜厚は、定在
波が存在する条件に調整することができる。また、活性
層を定在波の腹に設けることが好ましい。

【００３２】また、活性層１０７の基板１０１と反対方
向にあるｐ型窒化物半導体層側に誘電体多層膜を設けて
もよい。例えばｐ型窒化物半導体層の最上層のほぼ全面
にＳｉＯ_２／ＴｉＯ_２からなる層をそれぞれλ／４ｎ
（λ：入射光波長）の膜厚で２層以上蒸着により積層
し、多層膜とすることで、活性層１０７への光の閉じ込
め効果がより向上する。

【００３３】さらに、注入されたキャリアを特定の部分
に集中させる電流狭窄を行うような構造とすることで発
光効率が向上するので好ましい。具体的にはｐ型窒化物
半導体層中に電流狭窄層を形成することである。電流狭
窄層を設けることにより、光の共振方向に対して横方向
の屈折率差を大きくし、すなわち、電流狭窄層の屈折率
を小さくすることにより、導波領域における光の閉じ込
めを大きくすることができる。この電流狭窄層はｐ型窒
化物半導体層中に形成するので、ｎ型またはｉ型の窒化
物半導体層で構成されることが好ましい。さらに電流狭
窄層はＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０＜ｘ＜１、０
≦ｙ＜１、ｘ＋ｙ≦１）で形成することが好ましく、特
にＡｌまたはｎ型不純物をイオン注入して形成すること
によって、効果的な電流狭窄層を得ることができる。さ
らに、Ｉｎの混晶比ｙを０≦ｙ＜０．１とすることで効
率良く光を閉じ込めることができる。また、この電流狭
窄層は、活性層から０．４μｍ（発光波長に相当する
値）上部よりも活性層に近い位置に電流狭窄層の最下部
がくるように形成することによって、電流のリークを防
止することができる。

【００３４】上述の説明では面発光型レーザについて説
明したが、本発明はこれに限定されず、多層膜反射膜を
使用できる発光素子であれば、他の発光素子にも適用す
ることができる。

【００３５】以下、図１（ａ）に示すＧａＮ系半導体レ
ーザ２について、より詳細に説明する。基板１０１とし
ては、ＧａＮを用いることが好ましいが、窒化物半導体
と異なる異種基板を用いても良い。異種基板としては、
例えば、Ｃ面、Ｒ面、及びＡ面のいずれかを主面とする
サファイア、スピネル（ＭｇＡ１₂Ｏ₄のような絶縁性基
板、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、ＺｎＳ、Ｚｎ
Ｏ、ＧａＡｓ、Ｓｉ、及び窒化物半導体と格子整合する
酸化物基板等、窒化物半導体を成長させることが可能で
従来から知られており、窒化物半導体と異なる基板材料
を用いることができる。好ましい異種基板としては、サ
ファイア、スピネルが挙げられる。また、異種基板は、
オフアングルしていてもよく、この場合ステップ状にオ
フアングルしたものを用いると窒化ガリウムからなる下
地層が結晶性よく成長するため好ましい。更に、異種基
板を用いる場合には、異種基板上に素子構造形成前の下
地層となる窒化物半導体を成長させた後、異種基板を研
磨などの方法により除去して、窒化物半導体の単体基板
として素子構造を形成してもよく、また、素子構造形成
後に、異種基板を除去する方法でも良い。

【００３６】異種基板を用いる場合には、バッファ層
（低温成長層）１０２、窒化物半導体（好ましくはＧａ
Ｎ、不図示）からなる下地層を介して、素子構造を形成
すると、窒化物半導体の成長が良好なものとなる。ま
た、異種基板上に設ける下地層（成長基板）として、そ
の他に、ELOG(Epitaxially Laterally Overgrowth)成長
させた窒化物半導体を用いると結晶性が良好な成長基板
が得られる。ELOG成長層の具体例としては、異種基板上
に、窒化物半導体層を成長させ、その表面に窒化物半導
体の成長が困難な保護膜を設けるなどして形成したマス
ク領域と、窒化物半導体を成長させる非マスク領域を、
ストライプ状に設け、その非マスク領域から窒化物半導
体を成長させることで、膜厚方向への成長に加えて、横
方向への成長が成されることにより、マスク領域にも窒
化物半導体が成長して成膜された層などがある。その他
の形態では、異種基板上に成長させた窒化物半導体層に
開口部を設け、その開口部側面から横方向への成長がな
されて、成膜される層でもよい。

【００３７】バッファ層（低温成長層）１０２の上に
は、多層膜反射層９８が形成される。多層膜反射層９８
は上述したように、Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５Ｎ層９４とＧ
ａＮ層９６とが交互に積層されて形成されており、Ａｌ
_０．５Ｇａ_０．５Ｎ層９４とＧａＮ層９６とからなる１
ペア中に含まれるＡｌ_０．５Ｇａ_０．５Ｎ層９４の膜厚
は、λ／８ｎ_１であり、ＧａＮ層９６の膜厚は３λ／８
ｎ_２である。また、多層膜反射層９８は、Ａｌ_０．５Ｇ
ａ_０．５Ｎ層９４から始まってＧａＮ層９６で終わるよ
うに、各層が１００層ずつ交互に積層されて形成されて
いる。

【００３８】図４は、本実施形態の多層膜反射層９８の
反射率の波長依存性（実験値）を示すグラフである。図
４から分かるように、多層膜反射層９８は反射率のピー
ク値が９７％以上であり、極めて高い反射率を有する。

【００３９】多層膜反射層９８の上には、ｎ型窒化物半
導体層であるｎ型コンタクト層１０３、クラック防止層
１０４、ｎ型クラッド層１０５、及びｎ型光ガイド層１
０６が形成されている。ｎ型コンタクト層１０３が電子
供給層としても機能する場合には、ｎ型コンタクト層１
０３を除く他の層は、素子によっては省略することもで
きる。ｎ型窒化物半導体層は、少なくとも活性層１０７
と接する部分において活性層よりも広いバンドギャップ
を有することが必要であり、そのためにＡｌを含む組成
であることが好ましい。また、各層は、ｎ型不純物をド
ープしながら成長させてｎ型としても良いし、アンドー
プで成長させてｎ型としても良い。

【００４０】ｎ型窒化物半導体層１０３〜１０６の上に
は、活性層１０７が形成されている。活性層１０７は、
例えばＩｎ_ｃＧａ_1-ｃＮ井戸層（０＜ｃ＜１）とＩｎ_ｄ
Ｇａ _1-ｄＮ障壁層（０≦ｄ＜１、ｃ＞ｄ）とが適当な回
数だけ交互に繰り返し積層された多重量子井戸（ＭＱ
Ｗ）構造を有する。なお、活性層１０７は、単一組成
の、Ｉｎ_ｅＧａ_1-ｅＮ（０≦ｅ＜１）からなる単一量子
井戸構造（ＳＱＷ）構造を有していても良い。

【００４１】活性層１０７の上には、ｐ型窒化物半導体
層として、ｐ型電子閉じ込め層１０８、ｐ型光ガイド層
１０９、ｐ型クラッド層１１０、ｐ型コンタクト層１１
１が形成されている。ｐ型電子閉じ込め層１０８および
ｐ型コンタクト層１１１を除く他の層は、素子によって
は省略することもできる。ｐ型窒化物半導体層は、少な
くとも活性層と接する部分において活性層よりも広いバ
ンドギャップを有することが必要であり、そのためにＡ
ｌを含む組成であることが好ましい。また、各層は、ｐ
型不純物をドープしながら成長させてｐ型としても良い
し、隣接する他の層からｐ型不純物を拡散させてｐ型と
しても良い。

【００４２】ｐ型電子閉じ込め層１０８は、ｐ型クラッ
ド層１１０よりも高いＡｌ混晶比を持つｐ型窒化物半導
体から成り、好ましくはＡｌ_ｘＧａ_1-ｘＮ（０．１＜ｘ
＜０．５）なる組成を有する。また、Ｍｇ等のｐ型不純
物が高濃度で、好ましくは５×１０^１７〜１×１０^１９
ｃｍ^-３の濃度でドープされている。これにより、ｐ型
電子閉じ込め層１０８は、電子を活性層中に有効に閉じ
込めることができ、レーザの閾値を低下させる。また、
ｐ型電子閉じ込め層１０８は、３０〜２００Å程度の薄
膜で成長させれば良く、薄膜であればｐ型光ガイド層１
０９やｐ型光クラッド層１１０よりも低温で成長させる
ことができる。したがって、ｐ型電子閉じ込め層１０８
を形成することにより、ｐ型光ガイド層１０９等を活性
層の上に直接形成する場合に比べて、Ｉｎを含む活性層
１０７の分解を抑制することができる。

【００４３】さらに、保護膜１６１、１６２、ｐ型電極
１２０、ｎ型電極１２１、ｐパット電極１２２、及びｎ
パット電極１２３がさらに形成されて半導体レーザ素子
２が構成されている。

【００４４】

【実施例】以下、本発明をより具体的に説明するために
実施例を用いて説明する。

【００４５】（実施例１）図１（ａ）を参照しながら実
施例１のレーザ素子を説明する。 （基板１０１）基板として、異種基板に成長させた窒化
物半導体、本実施例ではＧａＮを厚膜（１００μｍ）で
成長させた後、異種基板を除去して、８０μｍのＧａＮ
からなる窒化物半導体基板を用いる。基板の詳しい形成
方法は、以下の通りである。２インチφ、Ｃ面を主面と
するサファイアよりなる異種基板をＭＯＶＰＥ反応容器
内にセットし、温度を５００℃にして、トリメチルガリ
ウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ₃）を用い、ＧａＮ
よりなるバッファ層を２００Åの膜厚で成長させ、その
後、温度を上げて、アンドープのＧａＮを１．５μｍの
膜厚で成長させて、下地層とする。次に、下地層表面に
ストライプ状のマスクを複数形成して、マスク開口部
（窓部）から窒化物半導体、本実施例ではＧａＮを選択
成長させて、横方向の成長を伴った成長（ＥＬＯＧ）に
より成膜された窒化物半導体層を、さらに厚膜で成長さ
せて、異種基板、バッファ層、下地層を除去して、窒化
物半導体基板を得る。この時、選択成長時のマスクは、
ＳｉＯ₂からなり、マスク幅１５μｍ、開口部（窓部）
幅５μｍとする。また、この基板は、次のバッファ層１
０２を形成する場合、サファイアを基板とし、サファイ
ア上に直接バッファ層を積層してもよい。

【００４６】（バッファ層１０２）窒化物半導体基板の
上に、バッファ層成長後、温度を１０５０℃にして、Ｔ
ＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡ（トリメチルアル
ミニウム）、アンモニアを用い、Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎよ
りなるバッファ層１０２を４μｍの膜厚で成長させる。
この層は、ＡｌＧａＮのｎ型コンタクト層と、ＧａＮか
らなる窒化物半導体基板との間で、バッファ層として機
能する。次に、窒化物半導体からなる下地層の上に、素
子構造となる各層を積層する。なお、この層は省略する
ことが可能である。

【００４７】（多層膜反射層９８）続いて、１０５０℃
でＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ、アンモ
ニアを用い、アンドープＡｌ_０．５Ｇａ_０．５Ｎよりな
る層を２２２Åの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止め
て、アンドープＧａＮよりなる層を６００Åの膜厚で成
長させる。上記アンドープＡｌ_０．５Ｇａ_０．５Ｎより
なる層と、アンドープＧａＮよりなる層とを交互に積層
して超格子層を構成し、総膜厚８．２２μｍの超格子よ
りなる多層膜反射層９８を成長させる。

【００４８】（ｎ型コンタクト層１０３）次に、多層膜
反射層９８を積層後、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、不
純物ガスとしてシランガスを用い、１０５０℃でＳｉド
ープしたＡｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎよりなるｎ型コンタクト層
１０３を４μｍの膜厚で成長させる。

【００４９】（クラック防止層１０４）次に、ＴＭＧ、
ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニアを用い、
温度を８００℃にしてＩｎ_0.06Ｇａ_0.94Ｎよりなるクラ
ック防止層１０４を０．１５μｍの膜厚で成長させる。
なお、このクラック防止層は省略可能である。

【００５０】（ｎ型クラッド層１０５）ｎ型クラッド層
１０５としては、活性層１０７のバンドギャップエネル
ギーより大きくなる組成であり、活性層１０７へのキャ
リア閉じ込め及び光閉じ込めが可能であれば特に限定さ
れないが、Ａｌ_ｂＧａ_１−ｂＮ（０≦ｂ＜０．３）が好
ましい。ここで、さらに好ましくは、０≦ｂ＜０．１で
ある。ｎ型クラッド層の膜厚は特に限定されないが、好
ましくは定在波が存在する膜厚を選択する。また、ｎ型
クラッド層のｎ型不純物濃度は特に限定されるものでは
ないが、好ましくは１×１０^１７〜１×１０^２０／ｃｍ
^３、より好ましくは１×１０^１８〜１×１０^１９／ｃｍ
^３である。ｎ型クラッド層は単一層でも超格子層でも良
い。

【００５１】超格子層とする場合、例えば、以下の方法
により形成することができる。温度を１０５０℃にし
て、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、
アンドープのＡｌ_0.05Ｇａ_0.95ＮよりなるＡ層を２５Å
の膜厚で成長させ、続いて、ＴＭＡを止め、不純物ガス
としてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０^１８／ｃｍ^３
ドープしたＧａＮよりなるＢ層を２５Åの膜厚で成長さ
せる。そして、この操作をそれぞれ複数回繰り返してＡ
層とＢ層とを積層し、多層膜（超格子構造）よりなるｎ
型クラッド層１０６を成長させる。この時、アンドープ
ＡｌＧａＮのＡｌ混晶比としては、０．０５以上０．３
以下の範囲であれば、十分にクラッド層として機能する
屈折率差を設けることができる。

【００５２】（ｎ型光ガイド層１０６）次に、同様の温
度で、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンド
ープのＧａＮよりなるｎ型光ガイド層１０６を０．１５
μｍの膜厚で成長させる。また、ｎ型不純物をドープし
てもよい。なお、この層は省略することが可能である。

【００５３】（活性層１０７）次に、温度を８００℃に
して、原料ガスにＴＭＩ（トリメチルインジウム）、Ｔ
ＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてシランガ
スを用い、Ｓｉを５×１０^１８／ｃｍ^３ドープしたＩｎ
_0.05Ｇａ_0.95Ｎよりなる障壁層（Ｂ）を７０Åの膜厚
で、シランガスを止め、アンドープのＩｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ
よりなる井戸層（Ｗ）を７０Åの膜厚で、この障壁層
（Ｂ）と井戸層（Ｗ）とを、（Ｂ）／（Ｗ）／（Ｂ）／
（Ｗ）／（Ｂ）／（Ｗ）／（Ｂ）の順に積層する。活性
層１０７は、総膜厚約４９０Åの多重量子井戸構造（Ｍ
ＱＷ）となる。

【００５４】（ｐ型電子閉込め層１０８）次に、同様の
温度で、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用
い、不純物ガスとしてＣｐ_２Ｍｇ（シクロペンタジエニ
ルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０^１9／ｃｍ^３
ドープしたＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎよりなるｐ型電子閉込層１
０８を１００Åの膜厚で成長させる。この層は、特に設
けられていなくても良いが、設けることで電子閉込めと
して機能し、閾値の低下に寄与するものとなる。

【００５５】（ｐ型光ガイド層１０９）次に、温度を１
０５０℃にして、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用
い、アンドープのＧａＮよりなるｐ型光ガイド層１０９
を０．１５μｍの膜厚で成長させる。このｐ型光ガイド
層１０９は、アンドープとして成長させるが、ｐ型電子
閉込め層１０８、ｐ型クラッド層１０９等の隣接層から
のＭｇの拡散により、Ｍｇ濃度が５×１０^１６／ｃｍ³
となりｐ型を示す。またこの層は成長時に意図的にＭｇ
をドープしても良い。なお、この層は省略することが可
能である。

【００５６】（ｐ型クラッド層１１０）ｐ型クラッド層
１１０としては、活性層１０７のバンドギャップエネル
ギーより大きくなる組成であり、活性層１０７へのキャ
リアの閉じ込め及び光閉じ込めができるものであれば特
に限定されないが、Ａｌ_ｃＧａ_１−ｃＮ（０≦ｃ＜０．
３）が好ましい。ここで、より好ましくは、０≦ｃ＜
０．１である。ｐ型クラッド層の膜厚は特に限定されな
いが、好ましくは定在波が存在する膜厚を選択する。ｐ
型クラッド層のｐ型不純物濃度は、１×１０^１８〜１×
１０^２１／ｃｍ^３、１×１０^１９〜５×１０^２０ｃｍ^３
である。ｐ型不純物濃度が上記の範囲にあると、結晶性
を低下させることなくバルク抵抗を低下させることがで
きる。ｎ型クラッド層は単一層でも超格子層でも良い。

【００５７】超格子層とする場合、例えば、以下の方法
により形成することができる。１０５０℃でアンドープ
Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎよりなる層を２５Åの膜厚で成長さ
せ、続いてＴＭＡを止め、Ｃｐ₂Ｍｇを用いて、Ｍｇド
ープＧａＮよりなる層を２５Åの膜厚で成長させ、それ
を複数回繰り返して超格子層より成るｐ型クラッド層１
１０を成長させる。ｐ型クラッド層は少なくとも一方が
Ａｌを含む窒化物半導体層を含み、互いにバンドギャッ
プエネルギーが異なる窒化物半導体層を積層した超格子
で作製した場合、不純物はいずれか一方の層に多くドー
プして、いわゆる変調ドープを行うと結晶性が良くなる
傾向にあるが、両方に同じようにドープしても良い。ク
ラッド層１１０は、Ａｌを含む窒化物半導体層、好まし
くはＡｌ_XＧａ_1-XＮ（０＜X＜１）を含む超格子構造と
することが望ましく、さらに好ましくはＧａＮとＡｌＧ
ａＮとを積層した超格子構造とする。ｐ側クラッド層１
１０を超格子構造とすることによって、クラッド層全体
のＡｌ混晶比を上げることができるので、クラッド層自
体の屈折率が小さくなり、さらにバンドギャップエネル
ギーが大きくなるので、閾値を低下させる上で非常に有
効である。さらに、超格子としたことにより、クラッド
層自体に発生するピットが超格子にしないものよりも少
なくなるので、ショートの発生も低くなる。なお、この
層は省略することが可能である。

【００５８】（ｐ型コンタクト層１１１）最後に、１０
５０℃で、ｐ型クラッド層１１０の上に、Ｍｇを１×１
０²⁰／cm ³ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタク
ト層１１１を１５０Åの膜厚で成長させる。ｐ型コンタ
クト層１１１はｐ型のＩｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ（０≦X、
０≦Y、X＋Y≦１）で構成することができ、好ましくは
ＭｇをドープしたＧａＮとすれば、ｐ電極１２０と最も
好ましいオーミック接触が得られる。コンタクト層１１
１は電極を形成する層であるので、１×１０¹⁷／cm³以
上の高キャリア濃度とすることが望ましい。１×１０¹⁷
／cm³よりも低いと電極と好ましいオーミックを得るの
が難しくなる傾向にある。さらにコンタクト層の組成を
ＧａＮとすると、電極材料と好ましいオーミックが得ら
れやすくなる。反応終了後、反応容器内において、ウエ
ハを窒素雰囲気中、７００℃でアニーリングを行い、ｐ
型層を更に低抵抗化する。

【００５９】以上のようにして窒化物半導体を成長させ
て各層を積層した後、ウエハを反応容器から取り出し、
ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）によって、図１
（ａ）に示すように、ｎ電極１２１を形成するために、
ｎ型コンタクト層１０３の一部分を露出させる。次に最
上層のｐ型コンタクト層１１１のほぼ全面にＮｉ／Ａｕ
よりなるｐ電極１２０を形成し、露出させたｎ型コンタ
クト層１０３上にＴｉ／Ａｌよりなるｎ電極１２１を形
成する。以上のようにして、ｎ電極１２１およびｐ電極
１２０を形成した後、チップ状に分離して、図１（ａ）
に示すような構造のレーザ素子２を得る。

【００６０】（実施例２）以下、図５を参照して、実施
例２のレーザ素子を説明する。基板１０１の上に、多層
膜反射層９８、ｎ型コンタクト層１０３、活性層１０
７、ｐ型電子閉じ込め層１０８およびｐ型コンタクト層
１１１を順に積層する。各層はそれぞれ実施例１と同様
にして形成する。

【００６１】次にｐ型コンタクト層１１１上に円形状の
開口部を有するＳｉＯ_２からなるブロック層２０１を設
けて、その円形状の開口部からＮｉ／Ａｕ／ＩＴＯ（Ｉ
ｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）を積層し、半透明か
らなる第２のｐ電極２０２を形成する。その第２のｐ電
極２０２上に、ＳｉＯ_２／ＴｉＯ_２からなる誘電体多層
膜を形成してｐ側反射膜２０３とし、ブロック層２０１
の開口部の上に円形状に設ける。

【００６２】そして、ｎ型コンタクト層１０３が露出す
るまでエッチングして、露出したｎ型コンタクト層１０
３の上にリング上のｎ電極１２１、第２のｐ電極２０２
上に、ｐ側反射膜２０３の周りを囲むｐ電極１２０をそ
れぞれ形成する。最後にチップ状に分離して、図５に示
すような構造のレーザ素子を得る。本実施例のレーザ素
子のように、ｐ側窒化物半導体層中に反射層を設けるこ
とで、実施例１と比較して、さらに高出力の面発光レー
ザ素子を得ることができる。

【００６３】（実施例３）以下、図６を参照して実施例
３のレーザ素子を説明する。基板１０１の上に、多層膜
反射層９８、ｎ型コンタクト層１０３、活性層１０７お
よびｐ型電子閉じ込め層１０８を順に積層する。各層は
それぞれ実施例１と同様にして形成する。次に、Ｍｇを
１×１０^２０／ｃｍ^３ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ
型クラッド層１１０を０．４５μｍの膜厚で成長させ、
さらにＭｇを１×１０^２０／ｃｍ^３ドープしたＧａＮよ
りなるｐ型コンタクト層１１１を形成させる。

【００６４】ｐ型コンタクト層１１１成長後、ウエハを
反応容器から取り出し、ｐ型コンタクト層の所定の部分
をＳｉ酸化物またはレジスト等からなるたとえば１０μ
ｍφの形状のマスクによって覆い、イオン注入装置を用
いて、ｐ型クラッド層の上部からｐ型コンタクト層の下
部の深さに欠けてイオン注入を行い、マスク部分を開口
部とした電流狭窄層２０４を形成する。このイオン注入
の深さは注入エネルギーによって制御できる。このとき
イオン注入に用いられる元素としてはＳｉ、Ｇｅといっ
た窒化物半導体をｎ型化する元素、窒化物半導体のバン
ドギャップエネルギーを大きくするＡｌ、窒化物系半導
体を高抵抗化するIII族元素であるＢ、窒化物半導体を
高抵抗なｐ型とするｐ型不純物であるＢｅ、Ｚｎ、Ｃ
ｄ、VI族元素であるＳｅ、Ｔｅ等が挙げられる。上記の
方法により、活性層から０．３μｍ（発光波長に相当す
る値）上部に電流狭窄層２０４の最下部がくるように電
流狭窄層２０４を形成する。

【００６５】次にｐ型コンタクト層１１１の表面に円形
状の開口部を有するＮｉ／Ａｕ／ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ
Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）を形成しｐ電極１２０とし、さ
らにｐ型コンタクト層１１１の開口部にＳｉＯ_２／Ｔｉ
Ｏ_２からなる誘電体多層膜を形成しｐ側反射層２０３と
する。最後に、チップ状に分離して、図６に示すような
構造のレーザ素子を得る。本実施例のレーザ素子のよう
に、ｐ側窒化物半導体層の中に反射層を設け、電流狭窄
構造とすることで、実施例２と比較して、さらに高出力
の面発光レーザ素子を得ることができる。

【００６６】（実施例４）以下、図７を参照して実施例
４のレーザ素子を説明する。基板１０１の上に、バッフ
ァ層１０２、ｎ型コンタクト層１０３、多層膜反射層９
８（以下、基板側多層膜反射層と呼ぶ。）、単一層のｎ
型クラッド層１０５、活性層１０７、単一層のｐ型クラ
ッド層１１０、出射面側多層膜反射層９９、そして円形
状の開口部を有するブロック層２０１、ｐ電極１２０を
順に積層する。ｎ型クラッド層１０５をアンドープのＧ
ａＮとし、ｐ型クラッド層１１０をＭｇを１×１０^２０
／ｃｍ^３ドープしたＧａＮとし、定在波が存在する膜厚
を選択して、形成する。ｎ型クラッド層１０５とｐ型ク
ラッド層１１０以外の各層はそれぞれ、実施例１及び２
と同様にして形成する。また、出射面側多層膜反射層９
９も、基板側多層膜反射層９８と同様にして形成する。
最後に、チップ状に分離して、図７に示すような構造の
レーザ素子を得る。本実施例のレーザ素子のように、活
性層の両側に多層膜反射層を設けることで、共振器長が
短くなるので、低閾値電流で発振する。

【００６７】（実施例５）以下、図８を参照して実施例
５のレーザ素子を説明する。基板１０１の上に、バッフ
ァ層１０２、ｎ型コンタクト層１０３、基板側多層膜反
射層９８、単一層のｎ型クラッド層１０５、活性層１０
７、単一層のｐ型クラッド層１１０を順に積層する。ｎ
型クラッド層１０５とｐ型クラッド層１１０以外の各層
はそれぞれ、実施例１及び２と同様にして形成する。ｎ
型クラッド層１０５とｐ型クラッド層１１０は、実施例
４と同様にして形成する。本実施例は、電流狭窄層をア
ンドープのＡｌ_０．３５Ｉｎ_０．０５Ｇａ_０．６Ｎで形
成し、電流狭窄層を形成後、多層膜反射層９９を形成す
る。次に、出射面側多層膜反射層９９の上にＮｉ／Ａｕ
からなるｐ電極１２０を形成する。最後に、チップ状に
分離して、図８に示すような構造のレーザ素子を得る。
本実施例のレーザ素子のように、活性層の両側に多層膜
反射層を設け、出射面側多層膜反射層９９に電流狭窄構
造を設けることで、電流が高屈折率領域に集中し、電流
注入が効果的に行われ、また、光閉じ込めの効果を大き
くでき、これらの結果、低閾値電流で発振する。

【００６８】（実施例６）以下、図９を参照して実施例
６のレーザ素子を説明する。基板１０１の上に、バッフ
ァ層１０２、ｎ型コンタクト層１０３、基板側多層膜反
射層９８、単一層のｎ型クラッド層１０５、活性層１０
７、単一層のｐ型クラッド層１１０、出射面側多層膜反
射層９９を順に積層する。ｎ型クラッド層１０５とｐ型
クラッド層１１０以外の各層はそれぞれ、実施例１と同
様にして形成する。ｎ型クラッド層１０５とｐ型クラッ
ド層１１０は、実施例４と同様にして形成する。次に、
出射面側多層膜反射層９９の上に、その多層膜反射層の
表面の中央部にＮｉ／Ａｕからなるｐ電極１２０を形成
する。最後に、チップ状に分離して、図９に示すような
構造のレーザ素子を得る。本実施例のレーザ素子のよう
に、多層膜反射層に接して、ｐ電極を部分的に設けるこ
とで、ｐ電極の直下に電流が流れ易くなり、導波路領域
が形成される。これによって、共振器長が短く、さらに
電流狭窄層を設けることなく面発光レーザ素子を得るこ
とができる。

【００６９】（実施例７）以下、図１０を参照して実施
例７のレーザ素子を説明する。基板１０１の上に、バッ
ファ層１０２、ｎ型コンタクト層１０３、基板側多層膜
反射層９８、単一層のｎ型クラッド層１０５、活性層１
０７、単一層のｐ型クラッド層１１０を順に積層する。
ｎ型クラッド層１０５とｐ型クラッド層１１０以外の各
層はそれぞれ、実施例１と同様にして形成する。ｎ型ク
ラッド層１０５とｐ型クラッド層１１０は、実施例４と
同様にして形成する。次に、ｐ型クラッド層１１０の上
に出射面側多層膜反射層９９を積層した後、実施例３の
方法と同様にして、電流狭窄層２０４を形成する。次
に、出射面側多層膜反射層９９の上にＮｉ／Ａｕからな
るｐ電極１２０を形成する。最後に、チップ状に分離し
て、図１０に示すような構造のレーザ素子を得る。本実
施例のレーザ素子のように、出射面側多層膜反射層と活
性層との間に電流狭窄構造を設けることで、電流が高屈
折領域に集中し、電流注入が効果的に行われる。さら
に、共振器内での屈折率差が大きくなり、光閉じ込めの
効果をさらに大きくできるので、低閾値電流で発振する
面発光素子レーザ素子を得ることができる。

【００７０】（実施例８）以下、図１１を参照して実施
例８のレーザ素子を説明する。基板１０１の上に、バッ
ファ層１０２、ｎ型コンタクト層１０３、基板側多層膜
反射層９８、超格子層のｎ型クラッド層１０５、活性層
１０７、単一層のｐ型クラッド層１１０、円形状の開口
部を有するブロック層２０１、半透明の第２のｐ電極２
０２、ＳｉＯ_２／ＴｉＯ_２の誘電体多層膜からなり円形
状の開口部を有するｐ側反射膜２０３、そしてｐ側反射
膜の回りを囲むｐ電極１２０を順に積層する。各層はそ
れぞれ実施例１及び３と同様にして形成する。最後に、
チップ状に分離して、図１１に示すような構造のレーザ
素子を得る。本実施例のレーザ素子のように、ｎ型クラ
ッド層及びｐ型クラッド層の少なくとも一方を超格子構
造とすることで、キャリアの移動度が大きくなり、キャ
リアが効果的に活性層に注入されるようになり、閾値電
流をさらに小さくすることができる。

【００７１】（実施例９）以下、図１２を参照して実施
例９のレーザ素子を説明する。基板１０１の上に、バッ
ファ層１０２、ｎ型コンタクト層１０３、基板側多層膜
反射層９８、超格子層のｎ型クラッド層１０５、活性層
１０７、超格子層のｐ型クラッド層１１０、出射面側多
層膜反射層９９、ｐ型コンタクト層１１１、円形状の開
口部を有するブロック層２０１、そしてｐ電極１２０を
順に積層する。各層はそれぞれ実施例１及び２と同様に
して形成する。次に、基板１０１及びバッファ層１０２
をレーザ照射により剥離して除去してｎ型コンタクト層
１０３を露出させる。次に露出させたｎ型コンタクト層
１０３の上に、円形状の開口部を有するブロック層２０
１とｐ電極１２０を順に積層する。最後に、チップ状に
分離して、図１２に示すような構造のレーザ素子を得
る。本実施例のレーザ素子のように、ｐ電極及びｎ電極
を互いに対向した構造にすることができるので、ｐ電極
とｎ電極が水平に配置されている場合に比べ電流分布が
均一化され、素子の発熱を抑制することができる。さら
に、ｎ電極側にもブロック層を設けたので、活性層に対
するキャリアの注入効率を高める効果も有する。

【００７２】

【発明の効果】上述したように、本発明の多層膜反射層
によると、膜厚が（α_１・λ）／（４ｎ_１）（λ：入射
光波長、ｎ_１：屈折率）のＡｌ_ａＧａ_１−ａＮ（０＜ａ
＜１）層と、膜厚が（α_２・λ）／（４ｎ_２）（ｎ_２：
屈折率）のＧａＮ層とが交互に積層されてなり、０＜α
_１＜１、かつ、α_１＋α_２＝２であることを特徴とす
る。従って、α_１＋α_２＝２を従来と同様に維持しなが
ら、α_１を１未満にしてＡｌ_aＧａ_１−aＮ層の膜厚を従
来のλ／４ｎ_１よりも小さくすることにより、高い反射
率を維持しながら、結晶性の優れた多層膜反射層を得る
ことができる。また、Ａｌ_aＧａ_１−aＮ層を従来よりも
薄膜化できるので、Ａｌ混晶比ａを比較的高くしても結
晶性の劣化を抑制でき、より反射率の高い多層膜反射層
を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 （ａ）は、本発明に係るＧａＮ系発光素子の
一例を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）の発光素子に
含まれる多層膜反射層の拡大断面図である。

【図２】 本発明の実施形態に係る多層膜反射層の反射
率の波長依存性（理論値）を示すグラフである。

【図３】 Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５Ｎ層の膜厚と、そのＡ
ｌ_０．５Ｇａ_０．５Ｎ層の表面形態との関係を示す図で
ある。

【図４】 本実施形態の多層膜反射層９８の反射率の波
長依存性（実験値）を示すグラフである。

【図５】 実施例２に係るＧａＮ系発光素子を示す断面
図である。

【図６】 実施例３に係るＧａＮ系発光素子を示す断面
図である。

【図７】 実施例４に係るＧａＮ系発光素子を示す断面
図である。

【図８】 実施例５に係るＧａＮ系発光素子を示す断面
図である。

【図９】 実施例６に係るＧａＮ系発光素子を示す断面
図である。

【図１０】 実施例７に係るＧａＮ系発光素子を示す断
面図である。

【図１１】 実施例８に係るＧａＮ系発光素子を示す断
面図である。

【図１２】 実施例９に係るＧａＮ系発光素子を示す断
面図である。

【図１３】 従来のレーザ素子の模式的な断面図であ
る。

【符号の説明】

９８ （基板側）多層膜反射層、９９ 出射面側多層膜
反射層、１０１ 基板（ＧａＮ基板）、１０２ バッフ
ァ層、１０３ ｎ型コンタクト層、１０４ クラック防
止層、１０５ ｎ型クラッド層、１０６ ｎ型光ガイド
層、１０７ 活性層、１０８ ｐ型電子閉込め層、１０
９ ｐ型光ガイド層、１１０ ｐ型クラッド層、１１１
ｐ型コンタクト層、１２０ ｐ電極、１２１ ｎ電
極、１２２ｐパッド電極、１２３ ｎパッド電極、２０
１ ブロック層、２０２ 第２のｐ電極、２０３ ｐ側
反射膜、２０４ 電流狭窄層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H048 FA05 FA09 FA18 FA22 FA24 GA04 GA11 GA24 GA35 GA52 GA61 5F073 AA45 AA51 AA65 AA74 AA77 AB17 CA07 CB05 CB07 DA05 DA07 DA14 DA25

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 膜厚が（α_１・λ）／（４ｎ_１）（λ：
   入射光波長、ｎ_１：屈折率）のＡｌ_ａＧａ_１−ａＮ（０
   ＜ａ＜１）層と、膜厚が（α_２・λ）／（４ｎ_２）（ｎ
   _２：屈折率）のＧａＮ層とが交互に積層されてなる多層
   膜反射層であって、０＜α_１＜１、かつ、α_１＋α_２＝
   ２であることを特徴とする多層膜反射層。
2. 【請求項２】 前記Ａｌ_ａＧａ_１−ａＮ層のＡｌ混晶比
   ａが０．２≦ａ≦０．８である請求項１記載の多層膜反
   射層。
3. 【請求項３】 前記Ａｌ_ａＧａ_１−ａＮ層のＡｌ混晶比
   ａが０．３≦ａ≦０．７である請求項２記載の多層膜反
   射層。
4. 【請求項４】 前記α_１がα_１≦０．７５である請求項
   １から３のいずれか一つに記載の多層膜反射層。
5. 【請求項５】 前記α_１がα_１≦０．５である請求項４
   記載の多層膜反射層。
6. 【請求項６】 Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ＜１）から
   成る活性層の少なくとも片側に窒化物半導体層を介して
   積層した多層膜反射層を、基板上に有する窒化ガリウム
   系発光素子であって、 上記多層膜反射層が、膜厚（α_１・λ）／（４ｎ_１）
   （λ：入射光波長、ｎ_１：屈折率）のＡｌ_ａＧａ_１−ａ
   Ｎ（０＜ａ＜１）層と、膜厚（α_２・λ）／（４ｎ_２）
   （ｎ_２：屈折率）のＧａＮ層とが交互に積層されてな
   り、０＜α_１＜１、かつ、α_１＋α_２＝２であることを
   特徴とする窒化ガリウム系発光素子。
7. 【請求項７】 上記多層膜反射層が活性層と基板の間に
   形成されている請求項６記載の窒化ガリウム系発光素
   子。
8. 【請求項８】 上記窒化物半導体層がクラッド層を含む
   請求項７記載の窒化ガリウム系発光素子。
9. 【請求項９】 上記窒化物半導体層が超格子層である請
   求項６から８のいずれか一つに記載の窒化ガリウム系発
   光素子。
10. 【請求項１０】 上記超格子層が上記多層膜反射層に接
    して形成されている請求項９記載の窒化ガリウム系発光
    素子。
11. 【請求項１１】 上記超格子層が上記活性層に接して形
    成されている請求項９又は１０に記載の窒化ガリウム系
    発光素子。
12. 【請求項１２】 前記Ａｌ_ａＧａ_１−ａＮ層のＡｌ混晶
    比ａが０．２≦ａ≦０．８である請求項６から１１のい
    ずれか一つに記載の窒化ガリウム系発光素子。
13. 【請求項１３】 前記Ａｌ_ａＧａ_１−ａＮ層のＡｌ混晶
    比ａが０．３≦ａ≦０．７である請求項１２記載の窒化
    ガリウム系発光素子。
14. 【請求項１４】 前記α_１がα_１≦０．７５である請求
    項６から１３のいずれか一つに記載の窒化ガリウム系発
    光素子。
15. 【請求項１５】 前記α_１がα_１≦０．５である請求項
    １４記載の窒化ガリウム系発光素子。
16. 【請求項１６】 前記窒化ガリウム系発光素子が、前記
    基板の主面に対して垂直な方向に発光させる面発光型レ
    ーザ素子である請求項６から１５のいずれか一つに記載
    の窒化ガリウム系発光素子。