JP3840253B2 - Optical element and manufacturing method thereof - Google Patents

Description

Translated fromJapanese

本発明は、光素子及びそれらの製造方法に関し、特に、反射特性が顕著に優れた分布ブラッグ反射鏡を備えた光素子及びそれらの製造方法に関する。  The present invention relates to an optical element and a manufacturing method thereof, and particularly relates to an optical element including a distributed Bragg reflector having remarkably excellent reflection characteristics and a manufacturing method thereof.

発光機能、光検出機能、光変調機能、などを有する各種の光素子においては、高い反射率を有する分布ブラッグ反射鏡（Distributed Bragg Reflector、以下ＤＢＲ）が用いられている。このＤＢＲは、屈折率が異なる２種類の材料を交互に積層し、その屈折率の違いを利用して光を反射する反射鏡である。このＤＢＲを用いた光素子の１つとして、以下、面発光レーザを例にあげて説明する。  In various optical elements having a light emitting function, a light detecting function, a light modulating function, etc., a distributed Bragg reflector (hereinafter referred to as DBR) having a high reflectance is used. This DBR is a reflecting mirror in which two types of materials having different refractive indexes are alternately stacked and light is reflected by utilizing the difference in refractive index. Hereinafter, a surface emitting laser will be described as an example of an optical element using the DBR.

面発光レーザは、基板に対して垂直方向にレーザ光を出射する面発光型素子である。この素子は、2次元的な集積化が容易であり、並列光情報処理や光インターコネクションあるいは光ディスクなどのデータストレージ分野への応用が期待されている。この面発光レーザとしては、現在までに、波長０．９８μｍのＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓ系面発光レーザ、波長０．７８〜０．８５μｍ帯のＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓ系面発光レーザ、波長０．６３〜０．６７μｍのＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ系面発光レーザなどが開発されている。これらの面発光レーザは、一般に、活性層と、この活性層を挟んで位置するｐ型およびｎ型クラッド層と、からなる共振器を具備し、共振器を挟んでＤＢＲが形成される。面発光レーザでは、レーザ光を得るために、活性層の上下のＤＢＲの反射率を各々９９％以上にする必要がある。  A surface emitting laser is a surface emitting element that emits laser light in a direction perpendicular to a substrate. This device can be easily integrated in two dimensions, and is expected to be applied to the field of data storage such as parallel optical information processing, optical interconnection, or optical disc. As this surface emitting laser, to date, a GaInAs / GaAs surface emitting laser with a wavelength of 0.98 μm, a GaAlAs / GaAs surface emitting laser with a wavelength of 0.78 to 0.85 μm, and a wavelength of 0.63 to 0.67 μm. AlGaInP / GaAs surface emitting lasers have been developed. These surface-emitting lasers generally include a resonator including an active layer and p-type and n-type clad layers positioned with the active layer interposed therebetween, and a DBR is formed with the resonator interposed therebetween. In the surface emitting laser, in order to obtain laser light, it is necessary that the reflectance of the DBR above and below the active layer is 99% or more.

近時、レーザでは、バンドギャップが大きい窒化物半導体を用いた波長約０．４μｍの短波長の窒化物半導体系レーザが注目されている。このような短波長のレーザには、ＤＶＤ等の光ディスクの記録密度を高めることができるなど、さまざまな利点がある。このため、この窒化物半導体系レーザは、次世代の高密度光ディスクシステムの光源等として注目されている。  Recently, as a laser, a nitride semiconductor laser having a short wavelength of about 0.4 μm using a nitride semiconductor having a large band gap has attracted attention. Such a short wavelength laser has various advantages such as an increase in recording density of an optical disk such as a DVD. For this reason, this nitride semiconductor laser attracts attention as a light source for the next generation high-density optical disk system.

しかしながら、従来、この窒化物半導体系レーザにおいて、面発光レーザは実用化されていなかった。この理由の１つは、窒化物半導体では、上記のような高い反射率のＤＢＲを作ることが困難であったからである。  However, conventionally, a surface emitting laser has not been put to practical use in this nitride semiconductor laser. One reason for this is that it is difficult to make a DBR having a high reflectivity as described above with a nitride semiconductor.

即ち、窒化ガリウム系レーザの場合、ＤＢＲとして使用可能な半導体材料の組み合わせはＧａＮとＡｌＧａＮまたはＧａＮとＡｌＮなどが挙げられる。しかし、屈折率ｎの差が大きいＧａＮ（ｎ＝２．５７）とＡｌＮ（ｎ＝２．１５）でＤＢＲを構成する場合でも、必要とされる高反射率を得るためには最小でも２０層以上の多層膜を成長する必要がある。従って、面発光レーザでは、活性層の上下で合計４０層以上の多層膜を形成する必要がある。ところが、ＧａＮとＡｌＮの積層構造では、格子定数の差が大きく、Ａｌの結晶が硬いために、クラックが発生しやすい。このため、４０層もの多層膜を形成するとクラックの発生が避けられず、歩留まりが著しく低下してしまった。また、ＧａＮとＡｌＮの多層膜の成長速度が遅いために、４０層もの多層膜を形成すると、生産性が著しく低下してしまうという問題もあった。このように、窒化物半導体では、高反射率の反射鏡を得ようとすると層数が多い積層構造になり、その結果、歩留まりや生産性が低下してまった。さらに、このＤＢＲの場合、高反射帯域（ストップバンドの波長幅）が非常に狭く、ＤＢＲの各層の厚さ、共振器の厚さ、活性層の組成、等が設計値よりわずかにずれただけでも発振条件を満足できなくなるので、安定したレーザ光が得られないという問題もあった。これらの理由から、従来、窒化物半導体面発光レーザは実用化されていなかった。  That is, in the case of a gallium nitride laser, the combination of semiconductor materials that can be used as the DBR includes GaN and AlGaN or GaN and AlN. However, even when a DBR is composed of GaN (n = 2.57) and AlN (n = 2.15) having a large difference in refractive index n, at least 20 layers are required to obtain the required high reflectivity. It is necessary to grow the above multilayer film. Therefore, in the surface emitting laser, it is necessary to form a total of 40 or more multilayer films above and below the active layer. However, in the laminated structure of GaN and AlN, the difference in lattice constant is large and the Al crystal is hard, so that cracks are likely to occur. For this reason, when a multilayer film having as many as 40 layers is formed, the generation of cracks is unavoidable, and the yield is significantly reduced. In addition, since the growth rate of the multilayer film of GaN and AlN is slow, there is a problem that productivity is significantly reduced when the multilayer film of 40 layers is formed. Thus, nitride semiconductors have a laminated structure with a large number of layers when trying to obtain a high-reflectivity reflecting mirror, resulting in a decrease in yield and productivity. Further, in the case of this DBR, the high reflection band (wavelength width of the stop band) is very narrow, and the thickness of each layer of the DBR, the thickness of the resonator, the composition of the active layer, etc. are slightly shifted from the design values. However, since the oscillation condition cannot be satisfied, there is a problem that a stable laser beam cannot be obtained. For these reasons, nitride semiconductor surface emitting lasers have not been put into practical use.

本発明は、上述した課題の認識に基づいてなされたものであり、その目的は、
高い反射率を有し、ストップバンドの波長幅が広く、製造が容易なＤＢＲを提供することによって、効率が高く、動作が安定しており、歩留まりが高い光素子及びそれらの製造方法を提供することである。The present invention has been made on the basis of recognition of the above-described problems, and its purpose is as follows.
By providing a DBR having high reflectivity, a wide stopband wavelength width, and easy manufacture, an optical element having high efficiency, stable operation, and high yield and a method for manufacturing the same are provided. That is.

本発明の光素子は、光を反射する反射鏡を備えた光素子であって、前記反射鏡は、アルミニウムを含有する第１の窒化物半導体からなるほぼ同一の膜厚の複数の半導体層が互いにほぼ等間隔に離間して積層された積層体を有することを特徴とする。  An optical element according to the present invention is an optical element including a reflecting mirror that reflects light, and the reflecting mirror includes a plurality of semiconductor layers having substantially the same film thickness made of a first nitride semiconductor containing aluminum. It has the laminated body laminated | stacked mutually spaced apart at substantially equal intervals, It is characterized by the above-mentioned.

また、本発明の光素子は、光を反射する反射鏡を備えた光素子であって、前記反射鏡は、アルミニウムを含有する窒化物半導体からなるほぼ同一の膜厚の複数の半導体層と、有機膜からなるほぼ同一の膜厚の複数の有機膜層と、が交互に積層された積層体であることを特徴とする。  Further, the optical element of the present invention is an optical element including a reflecting mirror that reflects light, and the reflecting mirror includes a plurality of semiconductor layers made of a nitride semiconductor containing aluminum and having substantially the same film thickness, It is a laminated body in which a plurality of organic film layers made of organic films and having substantially the same film thickness are alternately laminated.

また、本発明の光素子の製造方法は、光を反射する反射鏡を備える光素子の製造方法であって、前記反射鏡を、アルミニウムを含有する第１の窒化物半導体からなる半導体層と、前記第１の窒化物半導体よりもアルミニウムの含有割合が小さい第２の窒化物半導体からなるエッチング層と、を交互に積層した積層体を形成する工程と、前記積層体を水素を含有する雰囲気中で加熱することにより、前記積層体の端面に露出した前記エッチング層をエッチングして隣接する前記半導体層の間に間隙を形成する工程と、により形成することを特徴とする。  The optical element manufacturing method of the present invention is an optical element manufacturing method including a reflecting mirror that reflects light, and the reflecting mirror includes a semiconductor layer made of a first nitride semiconductor containing aluminum, and A step of forming a stacked body in which an etching layer made of a second nitride semiconductor having a smaller aluminum content than the first nitride semiconductor is stacked, and the stacked body in an atmosphere containing hydrogen Forming the gap between the adjacent semiconductor layers by etching the etching layer exposed at the end face of the stacked body.

また、本発明の光素子の製造方法は、光を反射する反射鏡を備える光素子の製造方法であって、前記反射鏡を、アルミニウムを含有する第１の窒化物半導体からなる半導体層と、前記第１の窒化物半導体よりもアルミニウムの含有割合が小さい第２の窒化物半導体からなるエッチング層と、を交互に積層した積層体を形成する工程と、前記積層体を水素を含有する雰囲気中で加熱することにより、前記積層体の端面に露出した前記エッチング層をエッチングして隣接する前記半導体層の間に間隙を形成する工程と、前記間隙に有機膜層を形成する工程と、により形成することを特徴とする。  The optical element manufacturing method of the present invention is an optical element manufacturing method including a reflecting mirror that reflects light, and the reflecting mirror includes a semiconductor layer made of a first nitride semiconductor containing aluminum, and A step of forming a stacked body in which an etching layer made of a second nitride semiconductor having a smaller aluminum content than the first nitride semiconductor is stacked, and the stacked body in an atmosphere containing hydrogen Forming the gap between the adjacent semiconductor layers by etching the etching layer exposed on the end face of the stacked body by heating at the step, and forming the organic film layer in the gap It is characterized by doing.

また、本発明の面発光型素子の製造方法は、活性層からの光を反射する第１の反射鏡と、前記活性層からの光を反射する第２の反射鏡と、が前記活性層を挟み込んで配置された面発光型素子の製造方法であって、前記第１の反射鏡と前記第２の反射鏡との少なくとも一方を、アルミニウムを含有する第１の窒化物半導体からなる半導体層と、前記第１の窒化物半導体よりもアルミニウムの含有割合が小さい第２の窒化物半導体からなるエッチング層と、を交互に積層した積層体を形成する工程と、前記積層体を水素を含有する雰囲気中で加熱することにより、前記積層体の端面に露出した前記エッチング層をエッチングして隣接する前記半導体層の間に間隙を形成する工程と、により形成することを特徴とする。  In the method of manufacturing the surface-emitting element according to the present invention, the first reflecting mirror that reflects the light from the active layer and the second reflecting mirror that reflects the light from the active layer are used to form the active layer. A method of manufacturing a surface-emitting element disposed in a sandwiched manner, wherein at least one of the first reflecting mirror and the second reflecting mirror is a semiconductor layer made of a first nitride semiconductor containing aluminum; A step of forming a stacked body in which an etching layer made of a second nitride semiconductor having a smaller aluminum content than the first nitride semiconductor is stacked, and an atmosphere containing hydrogen in the stacked body Forming the gap between the adjacent semiconductor layers by etching the etching layer exposed on the end face of the stacked body by heating in the layered structure.

また、本発明の面発光型素子の製造方法は、活性層からの光を反射する第１の反射鏡と、前記活性層からの光を反射する第２の反射鏡と、が前記活性層を挟み込んで配置された面発光型素子の製造方法であって、前記第１の反射鏡と前記第２の反射鏡との少なくとも一方を、アルミニウムを含有する第１の窒化物半導体からなる半導体層と、前記第１の窒化物半導体よりもアルミニウムの含有割合が小さい第２の窒化物半導体からなるエッチング層と、を交互に積層した積層体を形成する工程と、前記積層体を水素を含有する雰囲気中で加熱することにより、前記積層体の側面に露出した前記エッチング層をエッチングして隣接する前記半導体層の間に間隙を形成する工程と、前記間隙に有機膜層を形成する工程と、により形成することを特徴とする。  In the method of manufacturing the surface-emitting element according to the present invention, the first reflecting mirror that reflects the light from the active layer and the second reflecting mirror that reflects the light from the active layer are used to form the active layer. A method of manufacturing a surface-emitting element disposed in a sandwiched manner, wherein at least one of the first reflecting mirror and the second reflecting mirror is a semiconductor layer made of a first nitride semiconductor containing aluminum; A step of forming a stacked body in which an etching layer made of a second nitride semiconductor having a smaller aluminum content than the first nitride semiconductor is stacked, and an atmosphere containing hydrogen in the stacked body Etching the etching layer exposed on the side surface of the stacked body by heating in the step to form a gap between the adjacent semiconductor layers, and forming an organic film layer in the gap. Special to form To.

ここで、本願明細書において窒化物半導体とは、Ｂ_{１−ｘ−ｙ−ｚ}Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_ｚＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、０≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）なる化学式において組成比ｘ，ｙ及びｚをそれぞれの範囲内で変化させたすべての組成の半導体を含むものとする。例えば、ＩｎＧａＮ（ｘ＝０．４、ｙ＝０、ｚ＝０．６）も窒化物半導体に含まれるものとする。さらに、Ｖ族元素であるＮ（窒素）の一部をＡｓ（砒素）やＰ（リン）に置き換えたものも含まれるものとする。この際、III族元素としては上記の３つの元素（Ｉｎ，Ａｌ，Ｇａ）のいずれか１つが含まれ、また、V族元素としては必ずＮ（窒素）が含まれるものとする。Here, the nitride semiconductor_{herein, B 1-x-y-} z In x Al y Ga z N (0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1,0 ≦ z ≦ 1,0 ≦ x + y + z It is assumed to include semiconductors of all compositions in which the composition ratios x, y, and z are changed within the respective ranges in the chemical formula ≦ 1). For example, InGaN (x = 0.4, y = 0, z = 0.6) is also included in the nitride semiconductor. Furthermore, it is assumed that a part of the group V element N (nitrogen) is replaced with As (arsenic) or P (phosphorus). At this time, the group III element includes any one of the above three elements (In, Al, Ga), and the group V element necessarily includes N (nitrogen).

本発明によれば、III−Ｖ族化合物半導体からなる半導体層と空気等からなるギャップ層とを交互に積層した分布ブラック反射鏡（ＤＢＲ）を用いたので、効率が高く、動作が安定しており、歩留まりが高い光素子を提供することができる。また、本発明によれば、III−Ｖ族化合物半導体からなる半導体層と、有機膜からなる有機膜層と、を交互に積層した分布ブラック反射鏡（ＤＢＲ）を用いたので、効率が高く、動作が安定しており、歩留まりが高い光素子を提供することができ、さらに、ＤＢＲに導電性機能や光スイッチとしての機能を持たせることもできる。  According to the present invention, a distributed black reflector (DBR) in which a semiconductor layer made of a III-V compound semiconductor and a gap layer made of air or the like are used alternately is used, so that the efficiency is high and the operation is stable. Therefore, an optical element with a high yield can be provided. Moreover, according to the present invention, since a distributed black reflector (DBR) in which a semiconductor layer made of a III-V group compound semiconductor and an organic film layer made of an organic film are alternately stacked is used, the efficiency is high. An optical element with stable operation and high yield can be provided, and the DBR can have a conductive function and a function as an optical switch.

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態の光素子について説明する。本実施形態の光素子の特徴の１つは、反射率が高く、ストップバンドの波長幅が広く、製造が容易な分布ブラック反射鏡（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ、以下ＤＢＲ）備えたことである。まず、第１の実施の形態では、ＡｌＧａＮと、空気と、を交互に積層したＤＢＲを用いた光素子について説明する。次に、第２の実施の形態では、ＡｌＧａＮと、有機膜と、を交互に積層したＤＢＲを備えた光素子について説明する。その後、この第１及び第２の実施の形態に関して、具体例としての実施例を挙げつつ、さらに詳細に説明する。  Hereinafter, an optical element according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. One of the features of the optical element of the present embodiment is that it has a distributed black reflector (hereinafter referred to as DBR) that has a high reflectance, a wide stopband wavelength width, and is easy to manufacture. First, in the first embodiment, an optical element using a DBR in which AlGaN and air are alternately stacked will be described. Next, in the second embodiment, an optical element including a DBR in which AlGaN and organic films are alternately stacked will be described. Thereafter, the first and second embodiments will be described in more detail with reference to specific examples.

（第１の実施の形態）
第１の実施の形態の光素子の特徴の１つは、図１から分かるように、ＡｌＧａＮと、空気と、を交互に積層した分布ブラック反射鏡Ｍを備えている点である。以下では、まず図１を参照にして分布ブラック反射鏡Ｍの作用について簡単に説明し、次に図２〜図５を参照にして分布ブラック反射鏡Ｍの構造について説明し、次に図６〜図７を参照にして分布ブラック反射鏡Ｍの特性を従来例と比較しながら説明し、次に図８〜図９を用いて分布ブラック反射鏡Ｍの製造方法について説明する。なお、以下では、分布ブラック反射鏡を、反射鏡と呼ぶ場合がある。(First embodiment)
One of the features of the optical element of the first embodiment is that it includes a distributed black reflecting mirror M in which AlGaN and air are alternately stacked, as can be seen from FIG. In the following, first, the operation of the distributed black reflector M will be briefly described with reference to FIG. 1, then the structure of the distributed black reflector M will be described with reference to FIGS. The characteristics of the distributed black reflector M will be described with reference to FIGS. 7A and 7B in comparison with the conventional example. Next, a method for manufacturing the distributed black reflector M will be described with reference to FIGS. Hereinafter, the distributed black reflecting mirror may be referred to as a reflecting mirror.

図１は、本発明の第１の実施の形態の光素子ＯＤの構成を表す概念断面図である。光素子ＯＤは、発光素子でも受光素子でも光変調素子でも良く、あるいはこれらを組み合わせたものであっても良い。この光素子ＯＤは、基体Ｂ上に、分布ブラック反射鏡Ｍを有する。反射鏡Ｍは、特定の波長の入射光Ｌを反射する。反射する方向は、図示の如く反射鏡Ｍの主面に対して斜め方向でも良く、または主面に対して垂直方向でもよい。入射光Ｌの放出源は、図示の如く光素子ＯＤの中に設けられていても良く、また外部に設けられていても良い。また、反射された入射光Ｌは、光素子ＯＤの内部で変調あるいは光電変換などの処理を受けてもよく、または、そのまま外部に放出されてもよい。さらに、反射鏡Ｍに入射した入射光Ｌの一部は、反射されずに、反射鏡Ｍを透過するようにしてもよい。  FIG. 1 is a conceptual cross-sectional view showing the configuration of the optical element OD according to the first embodiment of the present invention. The optical element OD may be a light emitting element, a light receiving element, a light modulation element, or a combination thereof. This optical element OD has a distributed black reflecting mirror M on a base B. The reflecting mirror M reflects incident light L having a specific wavelength. The direction of reflection may be oblique with respect to the main surface of the reflecting mirror M, as shown, or may be perpendicular to the main surface. The emission source of the incident light L may be provided in the optical element OD as illustrated, or may be provided outside. The reflected incident light L may be subjected to processing such as modulation or photoelectric conversion inside the optical element OD, or may be emitted to the outside as it is. Further, a part of the incident light L incident on the reflecting mirror M may be transmitted through the reflecting mirror M without being reflected.

次に、図２〜図５を参照にして、反射鏡Ｍの構造について説明する。
図２は、分布ブラック反射鏡Ｍの構造を示す概念斜視図である。反射鏡Ｍは、Ａｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎからなる半導体層Ｍ１と、空気からなるギャップ層Ｍ２と、が交互に積層された構造である。言い換えると、反射鏡Ｍは、複数の半導体層Ｍ１が互いにほぼ等間隔に離間して積層された積層構造を有する。そして、それぞれの半導体層Ｍ１は、隣接する前記半導体層の間に介在して設けられた支持部Ｓによって支持されており、この支持部ＳはＧａＮからなる。反射鏡Ｍにおいて、波長λの入射光に対して高い反射率を得るためには、半導体層Ｍ１およびギャップ層Ｍ２の厚さを、それぞれλ／４ｎ_１およびλ／４ｎ_２とする。ここで、ｎ_１はＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎの屈折率約２．５７、ｎ_２は空気の屈折率約１、である。例えば、４００ｎｍの入射光Ｌに対して高い反射率の反射鏡Ｍを得るためには、半導体層Ｍ１の厚さを約４０ｎｍ、ギャップ層Ｍ２の厚さを約１００ｎｍにする。この反射鏡Ｍでは、半導体層Ｍ１のＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎと、ギャップ層Ｍ２の空気と、の大きな屈折率の差を利用して、入射光Ｌを高効率で反射する。Next, the structure of the reflecting mirror M will be described with reference to FIGS.
FIG. 2 is a conceptual perspective view showing the structure of the distributed black reflector M. As shown in FIG. The reflecting mirror M has a structure in which semiconductor layers M1 made of Al_0.05 Ga_0.95 N and gap layers M2 made of air are alternately stacked. In other words, the reflecting mirror M has a stacked structure in which a plurality of semiconductor layers M1 are stacked at substantially equal intervals. Each semiconductor layer M1 is supported by a support portion S provided between adjacent semiconductor layers, and the support portion S is made of GaN. In the reflecting mirror M, in order to obtain a high reflectance with respect to incident light having a wavelength λ, the thicknesses of the semiconductor layer M1 and the gap layer M2 are λ / 4n₁ and λ / 4n₂ , respectively. Here, n₁ is a refractive index of Al_0.05 Ga_0.95 N of about 2.57, and n₂ is a refractive index of air of about 1. For example, in order to obtain a reflecting mirror M having a high reflectivity with respect to incident light L of 400 nm, the thickness of the semiconductor layer M1 is set to about 40 nm and the thickness of the gap layer M2 is set to about 100 nm. In the reflecting mirror M, the incident light L is reflected with high efficiency by utilizing a large refractive index difference between Al_0.05 Ga_0.95 N of the semiconductor layer M1 and air of the gap layer M2.

ここで、図２の反射鏡Ｍでは、ギャップ層Ｍ２を空気からなる層にしたが、その他の気体あるいは真空空間からなる層とるすることもできる。また、図２の反射鏡では、半導体層Ｍ１をＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎからなる層にしたが、他の窒化物半導体からなる層にすることもできる。ただし、半導体層Ｍ１はＡｌを含有する窒化物半導体であることが望ましい。例えば、図２のようにＡｌＧａＮを用いると、ＡｌＧａＮはＧａＮと比較して基礎吸収端の波長が大幅に短いので、反射鏡Ｍが反射する最短波長を大幅に短くすることができる。ただし、半導体層Ｍ１には、光素子ＯＤの入射光Ｌのの波長に応じて、窒化物半導体以外のIII−Ｖ族半導体やＳｉを使用してもよい。また、各部の膜厚、層数、寸法などの関係は適宜変更することができる。Here, in the reflecting mirror M of FIG. 2, the gap layer M2 is a layer made of air, but it can also be a layer made of other gas or vacuum space. In the reflecting mirror of FIG. 2, the semiconductor layer M1 is a layer made of Al_0.05 Ga_0.95 N, but may be a layer made of another nitride semiconductor. However, the semiconductor layer M1 is preferably a nitride semiconductor containing Al. For example, when AlGaN is used as shown in FIG. 2, since the wavelength of the fundamental absorption edge of AlGaN is significantly shorter than that of GaN, the shortest wavelength reflected by the reflecting mirror M can be significantly shortened. However, for the semiconductor layer M1, a group III-V semiconductor other than a nitride semiconductor or Si may be used according to the wavelength of the incident light L of the optical element OD. In addition, the relationship among the film thickness, the number of layers, dimensions, and the like of each part can be changed as appropriate.

図３は、反射鏡Ｍの他の具体例を表す概念斜視図である。同図の例においては、反射鏡Ｍの一方のみに支持部Ｓが設けられ、いわば、半導体層Ｍ１は、「片持ち梁状」に支持されている。そして、層Ｍ１の間には、ギャップ層Ｍ２が形成されている。  FIG. 3 is a conceptual perspective view showing another specific example of the reflecting mirror M. FIG. In the example of the figure, the support portion S is provided only on one side of the reflecting mirror M, so to speak, the semiconductor layer M1 is supported in a “cantilever shape”. A gap layer M2 is formed between the layers M1.

図４及び図５は、反射鏡Ｍの他の具体例を表す概念斜視図である。これらの例においては、支持部Ｓが反射鏡Ｍのいずれかの側面において連続して設けられ、ここから半導体層Ｍ１のそれぞれが延在してＤＢＲを形成している。換言すると、半導体層Ｍ１のそれぞれの端部が支持部Ｓに連結された構成を有する。図４及び図５の反射鏡Ｍでは、支持部Ｓにも半導体層Ｍ１と同様に、Ａｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎを用いている。図４は、反射鏡Ｍの両端に支持部Ｓが設けられた例で、図５は、反射鏡Ｍの一端に支持部Ｓが設けられた例を、それぞれ表す。但し、本発明は、これらの具体例に限定されず、支持部Ｓは、反射鏡Ｍの周囲を取り囲むように設けられていても良く、または、反射鏡Ｍの内部の一部分を貫通するよう支柱状に設けられていても良い。4 and 5 are conceptual perspective views showing other specific examples of the reflecting mirror M. FIG. In these examples, the support portion S is continuously provided on either side of the reflecting mirror M, and each of the semiconductor layers M1 extends from here to form a DBR. In other words, each end portion of the semiconductor layer M1 is connected to the support portion S. 4 and 5, Al_0.05 Ga_0.95 N is used for the support portion S as well as the semiconductor layer M1. FIG. 4 shows an example in which the support portions S are provided at both ends of the reflecting mirror M, and FIG. 5 shows an example in which the support portions S are provided at one end of the reflecting mirror M, respectively. However, the present invention is not limited to these specific examples, and the support part S may be provided so as to surround the periphery of the reflecting mirror M, or the support pillar S may pass through a part of the inside of the reflecting mirror M. It may be provided in a shape.

次に、図６〜図７を参照にして、反射鏡Ｍの特性について説明する。図６は、図２に示した反射鏡Ｍの反射率特性を表すグラフ図である。この図６は、図２の反射鏡Ｍの各層の膜厚を波長４００ｎｍ前後の入射光Ｌに対して高い反射率が得られるように設計した場合のデータである。横軸は入射光Ｌの波長Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈを、縦軸はこの入射光に対する反射率Ｒを、示している。この図６では、図２の反射鏡Ｍにおいて、Ａｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎからなる半導体層Ｍ１と、空気からなるギャップ層Ｍ２と、を３ペア組み合わせた場合、及び４ペア組み合わせた場合の反射率Ｒを示している。Next, the characteristics of the reflecting mirror M will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a graph showing the reflectance characteristics of the reflecting mirror M shown in FIG. FIG. 6 shows data when the thickness of each layer of the reflecting mirror M in FIG. 2 is designed so as to obtain a high reflectance with respect to the incident light L having a wavelength of around 400 nm. The horizontal axis indicates the wavelength Wavelength of the incident light L, and the vertical axis indicates the reflectance R for the incident light. In FIG. 6, in the reflector M of FIG. 2, when the semiconductor layer M1 made of Al_0.05 Ga_0.95 N and the gap layer M2 made of air are combined in three pairs, and in the case where four pairs are combined The reflectance R is shown.

図６から分かるように、図２に示した反射鏡Ｍでは、３ペア積層しただけで、９９％以上の高反射率が得られる。例えば、面発光レーザでは、閾電流密度を低減するために、ＤＢＲの反射率は高いほど好ましく、９９％以上の高反射率の反射鏡が必要とされるが、図２の反射鏡Ｍでは、３ペア積層しただけで、このような高反射率が得られる。また、図２の反射鏡で、４ペア積層すれば９９．９％以上の反射率が得られ、しかもその高反射帯域（ストップバンドの波長幅）は約６０ｎｍと非常に広くなる。また、反射率９９．５％の高反射帯域は約１４０ｎｍにもなる。このため、半導体層Ｍ１の厚さが設計値から５ｎｍ程度ずれても、４００ｎｍの波長の入射光Ｌに対して９９．５％以上の反射率が得られる。このように、図２の反射鏡Ｍは、積層する層数が少なくても、高い特性を得ることができる。  As can be seen from FIG. 6, in the reflector M shown in FIG. 2, a high reflectance of 99% or more can be obtained only by stacking three pairs. For example, in the surface emitting laser, in order to reduce the threshold current density, the DBR reflectance is preferably as high as possible, and a reflector having a high reflectance of 99% or more is required. In the reflector M in FIG. Such a high reflectivity can be obtained only by stacking three pairs. Further, if four pairs of the reflecting mirrors in FIG. 2 are stacked, a reflectance of 99.9% or more can be obtained, and the high reflection band (wavelength width of the stop band) is as wide as about 60 nm. Further, the high reflection band having a reflectance of 99.5% is about 140 nm. For this reason, even if the thickness of the semiconductor layer M1 deviates by about 5 nm from the design value, a reflectance of 99.5% or more is obtained with respect to the incident light L having a wavelength of 400 nm. As described above, the reflecting mirror M in FIG. 2 can obtain high characteristics even if the number of layers to be stacked is small.

これに対し、比較例として、図７に、従来のＤＢＲの反射率特性を示す。図７は、ＧａＮ層とＡｌＮ層とを交互に１５ペアあるいは２０ペア積層したＤＢＲのデータである。図６と同様に、横軸は入射光Ｌの波長Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈを、縦軸はこの入射光Ｌに対する反射率Ｒを、示している。この反射鏡も、波長が４００ｎｍ前後において高い反射率が得られるように形成された反射鏡である。  In contrast, as a comparative example, FIG. 7 shows the reflectance characteristics of a conventional DBR. FIG. 7 shows DBR data in which 15 pairs or 20 pairs of GaN layers and AlN layers are alternately stacked. As in FIG. 6, the horizontal axis indicates the wavelength Wavelength of the incident light L, and the vertical axis indicates the reflectance R with respect to the incident light L. This reflecting mirror is also a reflecting mirror formed so as to obtain a high reflectance at a wavelength of around 400 nm.

図７から分かるように、ＧａＮ層とＡｌＮ層とを組み合わせた従来のＤＢＲにおいては、１５ペアの多層膜では９９％の高反射率を得ることができない。９９％の高反射率を得るためには、２０ペア以上の多層膜を成長する必要がある。また、図７の従来のＤＢＲにおいては、２０ペアの多層膜を成長した場合でも、反射率９９．５％以上の高反射帯域（ストップバンドの波長幅）は、約１５ｎｍ程度と非常に狭い。このため、半導体層Ｍ１の厚さが設計値から１ｎｍ程度以上ずれると、４００ｎｍの波長の入射光Ｌに対して９９．５％以上の反射率が得られなくなる。  As can be seen from FIG. 7, in a conventional DBR in which a GaN layer and an AlN layer are combined, a high reflectivity of 99% cannot be obtained with 15 pairs of multilayer films. In order to obtain a high reflectance of 99%, it is necessary to grow a multilayer film of 20 pairs or more. Further, in the conventional DBR of FIG. 7, even when 20 pairs of multilayer films are grown, the high reflection band (wavelength width of the stop band) having a reflectance of 99.5% or more is very narrow, about 15 nm. For this reason, if the thickness of the semiconductor layer M1 deviates from the design value by about 1 nm or more, a reflectance of 99.5% or more cannot be obtained with respect to the incident light L having a wavelength of 400 nm.

以上のように、図６に示す本実施形態のＤＢＲは、図７に示す従来のＤＢＲに比べ、少ない層数で高い特性が得られる。  As described above, the DBR of the present embodiment shown in FIG. 6 can obtain higher characteristics with a smaller number of layers than the conventional DBR shown in FIG.

もっとも、図２のようなギャップ層Ｍ２を用いた反射鏡Ｍを形成することは、従来、極めて困難であると考えられていた。なぜなら、従来のエッチング方法では、ギャップ層Ｍ２を図２のような形状にエッチングすることができなかったからである。即ち、前述のように、図２のギャップ層Ｍ２の厚さは１００ｎｍ程度と薄く、図２のような形状にエッチングするには微細加工が要求される。しかし、窒化物半導体は結晶が硬いために、ドライ・エッチングを用いてこのような微細加工を行うことは困難である。また、ウェット・エッチングを用いた場合も、エッチング液が厚さ約１００ｎｍの間隙を浸入することが困難であるために、図２のような形状にエッチングすることは難しい。しかも、図２から分かるように、ギャップ層Ｍ２は、周期的に３〜４層形成する必要があり、高い加工精度が要求される。このため、従来の技術常識では、図２のようなギャップ層Ｍ２を形成することは極めて困難であると考えられていた。しかしながら本発明者は、ギャップ層Ｍ２を形成して高い反射率のＤＢＲを得るべく各種の実験を繰り返した。その結果、独自に発明した気相エッチング法を用いて、これを実現できることを知得した。以下、図８〜図９を参照にして、この気相エッチング法を説明する。  However, it has been conventionally considered that it is extremely difficult to form the reflecting mirror M using the gap layer M2 as shown in FIG. This is because the conventional etching method could not etch the gap layer M2 into the shape shown in FIG. That is, as described above, the thickness of the gap layer M2 in FIG. 2 is as thin as about 100 nm, and fine processing is required for etching into the shape as shown in FIG. However, since a nitride semiconductor has a hard crystal, it is difficult to perform such fine processing using dry etching. Further, even when wet etching is used, it is difficult to etch into a shape as shown in FIG. 2 because it is difficult for the etchant to enter the gap having a thickness of about 100 nm. Moreover, as can be seen from FIG. 2, it is necessary to periodically form 3 to 4 gap layers M2, and high processing accuracy is required. For this reason, it has been considered that it is extremely difficult to form the gap layer M2 as shown in FIG. However, the present inventor repeated various experiments to form the gap layer M2 and obtain a DBR having a high reflectance. As a result, it was found that this can be realized by using the vapor-phase etching method originally invented. Hereinafter, the vapor phase etching method will be described with reference to FIGS.

図８は、図２に示した反射鏡Ｍの製造方法を示す概念断面図である。  FIG. 8 is a conceptual cross-sectional view showing a manufacturing method of the reflecting mirror M shown in FIG.

まず、図８（ａ）に示すように、所定の基体Ｂの上に、ＭＯＣＶＤ法（matal organic chemical vapor deposition：有機金属化学気相成長法）またはＭＢＥ法（molecular beam epitaxy：分子線エピタキシー）により、Ａｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎからなる半導体層Ｍ１と、ＧａＮからなるエッチング層Ｅと、の積層構造を形成する。First, as shown in FIG. 8 (a), an MOCVD method (matal organic chemical vapor deposition) or MBE method (molecular beam epitaxy) is performed on a predetermined substrate B. A stacked structure of a semiconductor layer M1 made of Al_0.05 Ga_0.95 N and an etching layer E made of GaN is formed.

次に、図８（ｂ）に示すように、積層構造の一部を選択的に除去してその側面ＳＦを露出させる。この除去は例えば、レジストなどのマスクとＲＩＥ（reactive ion etching：反応性イオンエッチング）あるいはイオン・ミリングなどのエッチング方法を用いて行うことができる。なお、図８（ｂ）においては、積層構造のみを選択的にエッチングした例を表したが、基体Ｂまでエッチングしても良い。  Next, as shown in FIG. 8B, a part of the laminated structure is selectively removed to expose the side surface SF. This removal can be performed, for example, using a mask such as a resist and an etching method such as RIE (reactive ion etching) or ion milling. Although FIG. 8B shows an example in which only the laminated structure is selectively etched, etching up to the base B may be performed.

次に、図８（ｃ）に示すように、本発明者が独自に発明した気相エッチング法を用いて、側面ＳＦからエッチング層Ｅを選択的にエッチング除去する。即ち、
図８（ｂ）の積層体を、水素を含有する雰囲気中で１０００℃前後に昇温すると、エッチング層Ｅはエッチングされ、半導体層Ｍ１は殆どエッチングされない。これにより、エッチング層Ｅのみを選択的にエッチング除去することができる。Next, as shown in FIG. 8C, the etching layer E is selectively removed from the side surface SF by using the vapor phase etching method originally invented by the present inventors. That is,
When the stack of FIG. 8B is heated to about 1000 ° C. in an atmosphere containing hydrogen, the etching layer E is etched and the semiconductor layer M1 is hardly etched. Thereby, only the etching layer E can be selectively removed by etching.

次に、図８（ｄ）に示すように、エッチングが所定量進行した段階でエッチングを停止する。その結果、エッチング層Ｅの一部が半導体層Ｍ１を支える支持部Ｓとして残留し、図２のＤＢＲ反射鏡Ｍが完成する。  Next, as shown in FIG. 8D, the etching is stopped when the etching proceeds by a predetermined amount. As a result, part of the etching layer E remains as the support portion S that supports the semiconductor layer M1, and the DBR reflector M of FIG. 2 is completed.

上記の気相エッチング法では、Ａｌを含有しない窒化物半導体に比べて、Ａｌを僅かでも含有した窒化物半導体のエッチング速度が大幅に低下することを利用している。即ち、図８（ｂ）の積層体を水素を含有する雰囲気中で１０００℃前後に昇温すると、ＧａＮからなるエッチング層Ｅはエッチングされるのに対し、Ａｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎからなる半導体層Ｍ１はほとんどエッチングされない。これは本発明者の独自の検討で得られた結果である。このようにＧａＮがエッチングされる理由について、本発明者は、ＧａＮが高温で水素と反応し、Ｇａ（気相）とＮＨ_３（気相）とに分解して昇華するからであると考えている。また、ＡｌＧａＮがエッチングされないのは、Ａｌを含有することにより、Ｖ属元素との結合力が強くなって分解が生じにくくなるからであると考えられる。そして、このエッチング速度の違いを利用して、選択的なエッチングを行うことができる。The above-described vapor phase etching method utilizes the fact that the etching rate of a nitride semiconductor containing even a small amount of Al is significantly lower than that of a nitride semiconductor containing no Al. That is, when the temperature of the laminated body of FIG. 8B is raised to about 1000 ° C. in an atmosphere containing hydrogen, the etching layer E made of GaN is etched, whereas from Al_0.05 Ga_0.95 N The resulting semiconductor layer M1 is hardly etched. This is a result obtained by the inventors' original study. The reason why GaN is etched in this way is that the present inventor thinks that GaN reacts with hydrogen at a high temperature and decomposes into Ga (gas phase) and NH₃ (gas phase) and sublimates. Yes. Moreover, it is considered that AlGaN is not etched because, when Al is contained, the bonding force with the group V element becomes strong and decomposition does not easily occur. Then, selective etching can be performed by utilizing the difference in the etching rate.

ここで、図８では、半導体層Ｍ１がＡｌＧａＮからなり、エッチング層ＥがＧａＮからなる場合について説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。即ち、半導体層Ｍ１のＡｌ含有割合をエッチング層ＥのＡｌ含有割合よりも高くすれば、エッチング層Ｅのエッチング速度が半導体層Ｍ１のエッチング速度よりも早くなるので、選択的なエッチングを行うことができる。例えば、半導体層Ｍ１をＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０＜ｘ≦１）とし、エッチング層ＥをＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０≦ｙ＜ｘ）とすることができる。Here, although the case where the semiconductor layer M1 is made of AlGaN and the etching layer E is made of GaN has been described with reference to FIG. 8, the present invention is not limited to this. That is, if the Al content ratio of the semiconductor layer M1 is made higher than the Al content ratio of the etching layer E, the etching rate of the etching layer E becomes faster than the etching rate of the semiconductor layer M1, so that selective etching can be performed. it can. For example, the semiconductor layer M1 can be Al_x Ga_1-x N (0 <x ≦ 1), and the etching layer E can be Al_y Ga_1-y N (0 ≦ y <x).

また、本発明者の実験によれば、Ｉｎを含有する量が多い窒化物半導体はエッチング速度が早くなることも判明している。従って、例えば、半導体層Ｍ１をＧａＮやＡｌＧａＮとし、エッチング層ＥをＩｎＧａＮとしても、選択的なエッチングを行うことができる。  In addition, according to experiments by the present inventors, it has been found that a nitride semiconductor having a large amount of In is increased in etching rate. Therefore, for example, even when the semiconductor layer M1 is GaN or AlGaN and the etching layer E is InGaN, selective etching can be performed.

また、本発明者の検討の結果、気相エッチングの雰囲気として、窒素、アンモニア、ヘリウム、アルゴン、キセノン及びネオンのうちのいずれかと水素との混合雰囲気、またはこれらのうちの２以上と水素との混合雰囲気、または水素雰囲気、を用いた場合に、良好なエッチングを行うことができた。  Further, as a result of the study by the present inventors, as an atmosphere for vapor phase etching, a mixed atmosphere of any one of nitrogen, ammonia, helium, argon, xenon, and neon and hydrogen, or two or more of these and hydrogen When a mixed atmosphere or a hydrogen atmosphere was used, good etching could be performed.

以上説明した気相エッチング法では、高いエッチング速度が得られる。例えば、本発明者の実験によれば、半導体層Ｍ１として厚さ４０ｎｍのＡｌＧａＮ層を用い、エッチング層Ｅとして厚さ１００ｎｍのＧａＮを用いた場合に、水素と窒素を体積比で１：３の割合で混合した１気圧の雰囲気中で約１１００℃に２分間保持したところ、エッチング層Ｅを、側面ＳＦから約５μｍの距離までサイドエッチングすることができた。このように高いエッチング速度が得られるので、図２のようなＤＢＲを容易に形成することができる。  In the vapor phase etching method described above, a high etching rate can be obtained. For example, according to an experiment by the present inventor, when an AlGaN layer having a thickness of 40 nm is used as the semiconductor layer M1 and GaN having a thickness of 100 nm is used as the etching layer E, the volume ratio of hydrogen and nitrogen is 1: 3. When kept at about 1100 ° C. for 2 minutes in an atmosphere of 1 atmosphere mixed at a ratio, the etching layer E could be side-etched to a distance of about 5 μm from the side surface SF. Since such a high etching rate can be obtained, a DBR as shown in FIG. 2 can be easily formed.

これに対して、従来のウェット・エッチングを用いた場合には、エッチング液が厚さ１００ｎｍの間隙を浸入することが困難であるために、側面ＳＦからサイドエッチングすることは極めて困難であった。また、ＡｌＧａＮに対してＧａＮを優先的にエッチングするエッチング液もなかった。  On the other hand, when conventional wet etching is used, it is difficult to perform side etching from the side surface SF because it is difficult for the etching solution to enter the gap having a thickness of 100 nm. Also, there was no etchant that preferentially etches GaN over AlGaN.

また、気相エッチングは、上述のように、水素を含有する雰囲気で行うことができる。この雰囲気は、従来のＣＤＥやＲＩＥなどのドライエッチングにおいて用いられてきたいわゆるエッチングガスとは異なり、窒化物半導体に対して化学的な反応を顕著には生じない。また、気相エッチング法においては、従来用いられてきた腐食性の反応性ガスは用いない。このため、気相エッチングでは、腐食性のエッチング・ガスやプラズマなどによる結晶の損傷を生ずることなく、ＤＢＲを形成することができる。  Further, as described above, the vapor phase etching can be performed in an atmosphere containing hydrogen. Unlike the so-called etching gas that has been used in conventional dry etching such as CDE and RIE, this atmosphere does not cause a significant chemical reaction to the nitride semiconductor. In the vapor phase etching method, a corrosive reactive gas which has been conventionally used is not used. For this reason, in the vapor phase etching, the DBR can be formed without causing crystal damage due to corrosive etching gas or plasma.

次に、気相エッチング法を用いた、他のＤＢＲの製造方法を説明する。図９は、図４または図５に示した反射鏡の製造方法を示す概念断面図である。図９については、図８に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。  Next, another DBR manufacturing method using the vapor phase etching method will be described. FIG. 9 is a conceptual cross-sectional view showing a manufacturing method of the reflecting mirror shown in FIG. 4 or FIG. 9, the same elements as those described above with reference to FIG. 8 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図９に例示した製造方法においては、同図（ｂ）の工程において、積層体の一部を選択的に除去し、この除去部分にＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎを形成することにより、支持部Ｓを形成する。このように支持部Ｓを埋め込み形成した後は、図８に関して前述したものと同様の工程により、エッチング層Ｅを気相エッチングする。但し、図９の反射鏡Ｍの場合には、支持部ＳがＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎなので、この支持部Ｓはエッチングされない。従って、この支持部Ｓによって気相エッチングを容易且つ確実に停止させることができる。その結果として、半導体層Ｍ１とギャップ層Ｍ２とにより形成される反射領域の寸法を厳密に制御することができる。In the manufacturing method illustrated in FIG. 9, in the step of FIG. 9B, by selectively removing a part of the stacked body and forming Al_0.05 Ga_0.95 N in the removed portion, The support part S is formed. After the support portion S is buried and formed in this manner, the etching layer E is vapor-phase etched by the same process as described above with reference to FIG. However, in the case of the reflecting mirror M of FIG. 9, since the support portion S is Al_0.05 Ga_0.95 N, the support portion S is not etched. Therefore, the gas phase etching can be easily and reliably stopped by the support portion S. As a result, it is possible to strictly control the size of the reflective region formed by the semiconductor layer M1 and the gap layer M2.

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態の光素子の特徴の１つは、ＡｌＧａＮと、有機材料と、を
交互に積層した分布ブラック反射鏡Ｍを備えている点である。光素子の全体の構成は第１の実施の形態（図１）と同様であり、詳細な説明は省略する。(Second Embodiment)
One of the features of the optical element of the second embodiment is that it includes a distributed black reflecting mirror M in which AlGaN and an organic material are alternately stacked. The overall configuration of the optical element is the same as that of the first embodiment (FIG. 1), and detailed description thereof is omitted.

図１０は、第２の実施の形態の光素子の分布ブラック反射鏡Ｍの構造を示す概念断面図である。反射鏡Ｍは、ＡｌＧａＮからなる半導体層Ｍ３と、透明な有機系高分子材料であるポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）からなる有機膜Ｍ４と、が交互に７ペア積層された構造である。ここで、透明な有機系高分子材料としては、他に、ポリカーネート（ＰＣ）、ポリジエチレングリコールビスアリルカーボネート、ポリスチレン（ＰＳ）、硬質ポリ塩化ビニル（硬質ＰＶＣ）、スチレン−メタクリル酸メチル共重合体（ＭＳ樹脂）、アクリロニトリル−スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）、ポリメタクリル酸シクロヘキシル（ＰＣＨＭＡ）、ポリ（４−メチルペンテン−１）（ＴＰＸ）等を用いることもできる。また、後述の実施例で説明するように、有機膜Ｍ４に導電性を有する有機材料や、フォトクロミズムを示す有機材料を用いることもできる。図１０の反射鏡Ｍにおいて、有機膜Ｍ４を構成する有機材料の屈折率は約１．３〜１．７であり、半導体層Ｍ３を構成するＡｌＧａＮの屈折率は約２．５７である。図１０の反射鏡Ｍでは、この有機材料と、ＡｌＧａＮと、の大きな屈折率の差を利用して、入射光Ｌを高い効率で反射する。  FIG. 10 is a conceptual cross-sectional view illustrating the structure of the distributed black reflector M of the optical element according to the second embodiment. The reflecting mirror M has a structure in which 7 pairs of semiconductor layers M3 made of AlGaN and organic films M4 made of polymethyl methacrylate (PMMA), which is a transparent organic polymer material, are alternately stacked. Here, other transparent organic polymer materials include polycarbonate (PC), polydiethylene glycol bisallyl carbonate, polystyrene (PS), rigid polyvinyl chloride (rigid PVC), styrene-methyl methacrylate copolymer. (MS resin), acrylonitrile-styrene copolymer (AS resin), polycyclohexyl methacrylate (PCHMA), poly (4-methylpentene-1) (TPX), and the like can also be used. Further, as will be described in the examples described later, an organic material having conductivity or an organic material exhibiting photochromism can be used for the organic film M4. In the reflecting mirror M of FIG. 10, the refractive index of the organic material constituting the organic film M4 is about 1.3 to 1.7, and the refractive index of AlGaN constituting the semiconductor layer M3 is about 2.57. In the reflecting mirror M of FIG. 10, the incident light L is reflected with high efficiency by utilizing a large refractive index difference between the organic material and AlGaN.

図１１は、図１０に示した反射鏡Ｍの反射率特性を、従来の反射鏡と比較しながら示した図である。この図１１は、反射鏡Ｍの各層の膜厚を波長４００ｎｍ前後の入射光Ｌに対して高い反射率が得られるように設計した場合のデータである。また、従来例は、ＧａＮとＡｌＮとを２０ペア組み合わせ、各層の膜厚を波長４００ｎｍ前後の入射光Ｌに対して高い反射率が得られるように設計した場合のデータである。図１１の横軸は入射光Ｌの波長Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈを、縦軸はこの入射光Ｌに対する反射率Ｒを示している。  FIG. 11 is a diagram showing the reflectance characteristics of the reflecting mirror M shown in FIG. 10 in comparison with a conventional reflecting mirror. FIG. 11 shows data when the thickness of each layer of the reflecting mirror M is designed so as to obtain a high reflectance with respect to the incident light L having a wavelength of around 400 nm. The conventional example is data when 20 pairs of GaN and AlN are combined and the thickness of each layer is designed so as to obtain a high reflectance with respect to incident light L having a wavelength of around 400 nm. In FIG. 11, the horizontal axis indicates the wavelength Wavelength of the incident light L, and the vertical axis indicates the reflectance R with respect to the incident light L.

図１１から分かるように、図１０に示したＡｌＧａＮ／ＰＭＭＡの組み合わせによるＤＢＲでは、７ペアで９９．５％以上の高反射率を得ることができる。しかもその高反射帯域は約６０ｎｍと広く、さらに反射率９９％以上の高反射帯域は約１００ｎｍにも及ぶ。これに対し、従来のＡｌＮ／ＧａＮ多層膜ＤＢＲでは、２０ペア以上の多層膜を形成したＤＢＲでも、反射率９９．５％以上になる高反射帯域は約１０ｎｍ程度と狭い。  As can be seen from FIG. 11, in the DBR by the combination of AlGaN / PMMA shown in FIG. 10, a high reflectance of 99.5% or more can be obtained with 7 pairs. Moreover, the high reflection band is as wide as about 60 nm, and the high reflection band with a reflectance of 99% or more extends to about 100 nm. On the other hand, in the conventional AlN / GaN multilayer DBR, even in a DBR in which a multilayer film of 20 pairs or more is formed, the high reflection band where the reflectivity is 99.5% or more is as narrow as about 10 nm.

図１０に示したような有機膜Ｍ４を用いた反射鏡Ｍを形成することも、第１の実施の形態と同様に、従来は、極めて困難であると考えられていた。しかしながら、本発明者は、前述の気相エッチング法を用いて、このような反射鏡Ｍを形成できることを独自に知得した。この具体的な方法については、後述の実施例２で説明する。  Forming the reflecting mirror M using the organic film M4 as shown in FIG. 10 has been conventionally considered to be extremely difficult as in the first embodiment. However, the present inventor has uniquely known that such a reflecting mirror M can be formed using the above-described vapor phase etching method. This specific method will be described in Example 2 described later.

（実施例）
次に、上述した本発明の実施の形態の光素子について、実施例を参照しつつ、さらに詳細に説明する。以下、第１の実施例では第１の実施の形態の光素子のＤＢＲを用いた窒化物半導体面発光レーザについて、第２の実施例では第２の実施の形態の光素子のＤＢＲを用いた窒化物半導体面発光レーザについて、第３および第４の実施の形態ではその他の光素子について説明する。(Example)
Next, the optical element according to the embodiment of the present invention described above will be described in more detail with reference to examples. Hereinafter, in the first example, the nitride semiconductor surface emitting laser using the DBR of the optical element of the first embodiment is used, and in the second example, the DBR of the optical element of the second embodiment is used. As for the nitride semiconductor surface emitting laser, other optical elements will be described in the third and fourth embodiments.

（第１の実施例）
まず、本発明の第１の実施例として、第１の実施の形態の光素子のＤＢＲを、窒化物半導体面発光レーザに適用した具体例について説明する。(First embodiment)
First, as a first example of the present invention, a specific example in which the DBR of the optical element of the first embodiment is applied to a nitride semiconductor surface emitting laser will be described.

図１２は、第１の実施例の窒化物半導体面発光レーザの概念断面図である。図１２は概念図であり、説明をしやすくするため、各層の倍率は変えて示している。サファイア基板１２の上には、バッファ層１４を介して、約１００ｎｍのＧａＮ層１８と、約４０ｎｍのＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ層１６と、を交互に４ペア積層した下側積層体ＭＬが形成されている。この下側積層体ＭＬの一部においてＧａＮ層１８が除去されてギャップ層２０が形成され、ＡｌＧａＮ層（半導体層）１６とギャップ層２０との４ペアの積層による下側ＤＢＲが形成されている。この下側ＤＢＲの上には、ＳｉドープのＧａＮからなりるｎ型コンタクト層２４、ＭｇドープのＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎからなる膜厚０．１μｍのｐ型電流ブロック層２６、が順次積層されている。このｎ型コンタクト層２４、ｐ型電流ブロック層２６には開口が形成されている。そして、この開口はＳｉドープのＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎからなる第１のｎ型クラッド層２８Ａで埋め込まれている。この第１のｎ型クラッド層２８Ａと、ｐ型電流ブロック層２６と、の上には、ＳｉドープのＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎからなる第２のｎ型クラッド層２８Ｂ、ＩｎＧａＮを含むＭＱＷ構造の活性層３０、ＭｇドープのＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎからなるｐ型クラッド層３２が順次形成されている。このｐ型クラッド層３２の上には、約１００ｎｍのＧａＮ層４０と、約４０ｎｍのＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ層４２と、を交互に４ペア積層した上側積層体ＭＬが形成されている。この上側積層体ＭＬにおいても、ＧａＮ層４０の一部が除去されてギャップ層４４が形成され、Ａｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ層４２とギャップ層４４との４ペアの積層による上側ＤＢＲが形成されている。FIG. 12 is a conceptual cross-sectional view of the nitride semiconductor surface emitting laser according to the first embodiment. FIG. 12 is a conceptual diagram, and the magnification of each layer is changed for easy explanation. On thesapphire substrate 12, a lower stacked body in which four pairs of GaN layers 18 of about 100 nm and Al_0.05 Ga_0.95 N layers 16 of about 40 nm are alternately stacked via abuffer layer 14. ML is formed. TheGaN layer 18 is removed from a part of the lower stacked body ML to form thegap layer 20, and the lower DBR is formed by stacking four pairs of the AlGaN layer (semiconductor layer) 16 and thegap layer 20. . On the lower DBR, there is an n-type contact layer 24 made of Si-doped GaN, and a p-typecurrent blocking layer 26 having a thickness of 0.1 μm made of Mg-doped Al_0.05 Ga_0.95 N. They are sequentially stacked. Openings are formed in the n-type contact layer 24 and the p-typecurrent blocking layer 26. The opening is filled with a first n-type cladding layer 28A made of Si-doped Al_0.05 Ga_0.95 N. On the first n-type cladding layer 28A and the p-typecurrent blocking layer 26, a second n-type cladding layer 28B made of Si-doped Al_0.05 Ga_0.95 N and InGaN are included. Anactive layer 30 having an MQW structure and a p-type cladding layer 32 made of Mg-doped Al_0.05 Ga_0.95 N are sequentially formed. On this p-type cladding layer 32, an upper stacked body ML is formed in which four pairs of GaN layers 40 of about 100 nm and Al_0.05 Ga_0.95 N layers 42 of about 40 nm are alternately stacked. Yes. Also in the upper stacked body ML, a part of theGaN layer 40 is removed to form thegap layer 44, and the upper DBR formed by stacking four pairs of the Al_0.05 Ga_0.95 N layer 42 and thegap layer 44 is formed. Is formed.

図１２の面発光レーザでは、ｎ型コンタクト層２４の露出部に設けられたｎ側電極５０と、ｐ型クラッド層３２の露出部に設けられたｐ側電極６０と、から活性層３０に電流が注入される。ここで、ｐ型電流ブロック層２６は、活性層３０に注入される電流を絞り込む働きをする。即ち、ｎ側電極５０からの電流は、ｐ型電流ブロック層２６を通らず、第１のｎ型クラッド層２８Ａを通り、この第１のｎ型クラッド層２８Ａの上方の活性層３０に絞り込んで注入される。その結果、第１のクラッド層２８Ａの上方部分の活性層３０から光が放射される。この光の波長は、活性層３０の組成により調整することができ、図１２のレーザでは約４００ｎｍになるようにした。放射された光は、活性層３０の上下のＤＢＲで増幅され、レーザ光となり、図中上下方向に放射される。ここで、前述のように、レーザ光を得るためにはＤＢＲの反射率を９９％以上にする必要がある。  In the surface emitting laser of FIG. 12, an electric current is supplied to theactive layer 30 from the n-side electrode 50 provided on the exposed portion of the n-type contact layer 24 and the p-side electrode 60 provided on the exposed portion of the p-type cladding layer 32. Is injected. Here, the p-typecurrent blocking layer 26 serves to narrow the current injected into theactive layer 30. That is, the current from the n-side electrode 50 does not pass through the p-typecurrent blocking layer 26, passes through the first n-type cladding layer 28A, and is narrowed down to theactive layer 30 above the first n-type cladding layer 28A. Injected. As a result, light is emitted from theactive layer 30 in the upper part of thefirst cladding layer 28A. The wavelength of this light can be adjusted by the composition of theactive layer 30 and is about 400 nm in the laser of FIG. The emitted light is amplified by the upper and lower DBRs of theactive layer 30, becomes laser light, and is emitted in the vertical direction in the figure. Here, as described above, in order to obtain laser light, the DBR reflectance needs to be 99% or more.

以上説明した、図１２の窒化物半導体面発光レーザでは、Ａｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ（ｎ＝２．５７）層１６、４２と、空気（ｎ＝１）層２０、４４と、を用いることにより、屈折率の差が大きい材料を組み合わせたＤＢＲを得ることができる。このため、図６に関して前述したように、わずか３ペア積層しただけでも、面発光レーザに必要な９９％以上の反射率のＤＢＲが得られる。そして、図１０のように４ペア積層すれば９９．９％の反射率が得られる。また、この図１０のレーザでは、ＤＢＲを、低Ａｌ組成のＡｌＧａＮを用いて作ることができる。このように図１０の窒化物半導体面発光レーザでは、少ない積層数で、かつ低Ａｌ組成の層により、高反射率のＤＢＲを得ることができるので、製造が容易で、クラックが発生しにくく、歩留まりを高くすることができるる。In the nitride semiconductor surface emitting laser shown in FIG. 12 described above, the Al_0.05 Ga_0.95 N (n = 2.57) layers 16 and 42 and the air (n = 1) layers 20 and 44 are provided. By using it, a DBR combining materials having a large difference in refractive index can be obtained. Therefore, as described above with reference to FIG. 6, a DBR having a reflectivity of 99% or more necessary for a surface emitting laser can be obtained even when only three pairs are stacked. Then, if 4 pairs are stacked as shown in FIG. 10, a reflectance of 99.9% can be obtained. In the laser shown in FIG. 10, the DBR can be made using AlGaN having a low Al composition. As described above, in the nitride semiconductor surface emitting laser of FIG. 10, a high reflectivity DBR can be obtained with a small number of stacked layers and a layer having a low Al composition. Yield can be increased.

また、図１２の窒化物半導体面発光レーザでは、図６に関して前述したように、９９．９％以上の高反射帯域（ストップバンドの波長幅）が約６０ｎｍと非常に広く、また９９．５％の高反射帯域が約１４０ｎｍと非常に広いＤＢＲを得ることができる。このため、ＤＢＲの各層の厚さ、共振器の厚さ、活性層の組成、等が設計値からある程度ずれてもレーザ光に大きな影響を与えず、安定したレーザ光を得ることができる。例えば、ＤＢＲの半導体層１６、４２の厚さが設計値から５ｎｍ程度ずれても、レーザー光に大きな影響を与えない。また、ＤＢＲのギャップ層２０、４４の厚さが設計値から１５ｎｍ程度ずれても、レーザ光に大きな影響を与えない。  Further, in the nitride semiconductor surface emitting laser of FIG. 12, as described above with reference to FIG. 6, the high reflection band (the wavelength band of the stop band) of 99.9% or more is very wide as about 60 nm, and 99.5%. A DBR having a very wide reflection band of about 140 nm can be obtained. For this reason, even if the thickness of each DBR layer, the thickness of the resonator, the composition of the active layer, etc. deviate from the design value to some extent, the laser light is not greatly affected, and stable laser light can be obtained. For example, even if the thickness of the DBR semiconductor layers 16 and 42 deviates from the design value by about 5 nm, the laser light is not greatly affected. Further, even if the thickness of the DBR gap layers 20 and 44 is deviated by about 15 nm from the design value, the laser light is not greatly affected.

また、図１２の窒化物半導体面発光レーザでは、９９．９％以上の高い反射率のＤＢＲが得られるので、発振閾電流密度を極めて小さくすることができる。  In addition, in the nitride semiconductor surface emitting laser of FIG. 12, a DBR having a high reflectance of 99.9% or more can be obtained, so that the oscillation threshold current density can be extremely reduced.

また、図１２の窒化物半導体面発光レーザでは、ＤＢＲの積層数が少ないので、生産性も低くならない。  Further, in the nitride semiconductor surface emitting laser of FIG. 12, the productivity is not lowered because the number of DBR layers is small.

これに対し、従来、このような窒化物半導体面発光レーザのＤＢＲとして、ＧａＮ層と、ＡｌＧａＮ層またはＡｌＮ層と、の組み合わせを用いることが考えられていた。このような従来のＤＢＲを用いた場合には、図７に関して前述したように、９９％以上の高反射率を得るために２０ペア以上の多層膜を成長する必要がある。従って、図１２の面発光レーザでは、活性層３０の下側と上側のＤＢＲで合わせて４０ペア以上の多層膜を成長する必要がある。しかしながら、前述のように、このような４０ペア以上の多層膜を成長させるとクラックが発生するのが避けられず、歩留まりが著しく低下してしまった。また、このＤＢＲは、反射率９９．５％以上の高反射帯域（ストップバンドの波長幅）が、約１５ｎｍ程度と非常に狭く、ＤＢＲの各層の厚さ、共振器の厚さ、活性層の組成、等が設計値よりわずかにずれただけでも発振条件を満足できなくなるので、安定したレーザ光が得られなかった。  On the other hand, conventionally, it has been considered to use a combination of a GaN layer and an AlGaN layer or an AlN layer as the DBR of such a nitride semiconductor surface emitting laser. When such a conventional DBR is used, as described above with reference to FIG. 7, it is necessary to grow 20 pairs or more of multilayer films in order to obtain a high reflectance of 99% or more. Therefore, in the surface emitting laser of FIG. 12, it is necessary to grow a multilayer film of 40 pairs or more in total with the lower and upper DBRs of theactive layer 30. However, as described above, when such a multilayer film of 40 pairs or more is grown, it is inevitable that cracks are generated, and the yield is significantly reduced. Also, this DBR has a very narrow reflection band (wavelength of stop band) with a reflectivity of 99.5% or more, which is very narrow, about 15 nm. The thickness of each layer of the DBR, the thickness of the resonator, and the active layer Even if the composition, etc., slightly deviates from the design value, the oscillation conditions cannot be satisfied, and a stable laser beam cannot be obtained.

次に、図１３〜図１７を参照にして、本実施例の面発光レーザの製造方法について説明する。図１３〜図１７は、本実施例の面発光レーザの製造方法を概念的に示す斜視図である。図１３〜図１７では、サファイア基板１２は実際は直径約５×１０^４μｍの円形であるが、この一部を切り取った状態を概念的に示している。また、図１３〜図１７では、説明をしやすくするため、各層の倍率を変えて示している。なお、図１２の基板１２は、図１３の基板１２を細かく切断したものであり、その一辺の長さは約５×１０^２μｍである。Next, a method for manufacturing the surface emitting laser according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 13 to 17 are perspective views conceptually showing the method for manufacturing the surface emitting laser according to the present embodiment. In FIGS. 13 to 17, thesapphire substrate 12 is actually a circle having a diameter of about 5 × 10⁴ μm, but a part of this sapphire substrate is conceptually shown. In FIGS. 13 to 17, the magnification of each layer is changed for easy explanation. Thesubstrate 12 in FIG. 12 is obtained by finely cutting thesubstrate 12 in FIG. 13, and the length of one side is about 5 × 10² μm.

まず、図１３に表したように、サファイア基板１２の上にＭＯＣＶＤ法により、バッファ層１４を１０〜２００ｎｍ程度の膜厚で成長する。そして、バッファ層１４上に、膜厚約４０ｎｍのＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ層１６と、膜厚約１００ｎｍのＧａＮ層１８と、を交互に４ペア積層する。その後、ＳｉドープのＧａＮからなるｎ型コンタクト層２４を積層し、ＭｇドープＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎからなるｐ型電流ブロック層２６を０．１μｍの厚みに積層する。First, as shown in FIG. 13, thebuffer layer 14 is grown on thesapphire substrate 12 with a film thickness of about 10 to 200 nm by MOCVD. Then, four pairs of Al_0.05 Ga_0.95 N layers 16 having a thickness of about 40 nm and GaN layers 18 having a thickness of about 100 nm are alternately stacked on thebuffer layer 14. Thereafter, an n-type contact layer 24 made of Si-doped GaN is laminated, and a p-typecurrent blocking layer 26 made of Mg-doped Al_0.05 Ga_0.95 N is laminated to a thickness of 0.1 μm.

次に、ウェーハをＭＯＣＶＤ装置より取り出し、図１４から分かるように、光露光プロセスによりレジストあるいはＳｉＯ_２などからなるマスク３００を形成する。そして、図１４に示すように、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）や反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）等のドライエッチング法により、最下層のＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ層１６に達する矩形状の開口Ｈを形成する。その後、必要に応じてマスク３００を除去した後、雰囲気の調整が可能な加熱炉へウェーハをセットする。そして、窒素ガスを４ＳＬＭ流し、ウェーハ温度を１０００℃まで約４分で昇温する。この過程においては、窒素雰囲気で加熱昇温することにより、ウェーハに付着していた水分や不純物ガスが除去される。なお、この昇温過程でのＧａＮ層１８の分解蒸発によるエッチングはほとんど無視できる。Next, the wafer is taken out from the MOCVD apparatus, and as can be seen from FIG. 14, amask 300 made of resist or SiO₂ is formed by an optical exposure process. Then, as shown in FIG. 14, a rectangular shape reaching the lowermost Al_0.05 Ga_0.95 N layer 16 by a dry etching method such as reactive ion etching (RIE) or reactive ion beam etching (RIBE). The opening H is formed. Then, after removing themask 300 as necessary, the wafer is set in a heating furnace capable of adjusting the atmosphere. Then, nitrogen gas is flowed at 4 SLM, and the wafer temperature is raised to 1000 ° C. in about 4 minutes. In this process, moisture and impurity gas adhering to the wafer are removed by heating and heating in a nitrogen atmosphere. It should be noted that etching due to decomposition evaporation of theGaN layer 18 during this temperature rising process is almost negligible.

次に、図１５から分かるように、ウェーハ温度が１０００℃に達したところで、４ＳＬＭの窒素ガスに加えて、１ＳＬＭの水素ガスを導入し、ＳｉドープＧａＮ層１８の気相エッチングを開始する。そして、この雰囲気において、１０００℃で２分間保持した。この工程において、ＧａＮ層１８は水素との反応により分解蒸発が促進され、気相エッチングが進行する。一方、Ａｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ層１６のエッチングはほとんど進行せず、選択エッチングが行われる。すなわち、ＧａＮ層１８およびＧａＮからなるｎ型コンタクト層２４は、矩形状の穴Ｈの側面よりサイドエッチングされるが、Ａｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ層１６のサイドエッチングは生じない。この選択エッチングにより、図１５に示すように、矩形状の開口Ｈの側面より約２０μｍの範囲内のＧａＮ層１８は完全にエッチング除去され、その結果として、Ａｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ層１６とギャップ層２０とのＤＢＲ構造が形成された。その後、水素ガスの供給を停止して再び窒素雰囲気に戻し、室温まで降温した。なお、図１５においては、ＧａＮ層１８と共にＧａＮコンタクト層２４も気相エッチングされる場合を例示した。これに対して、図１２に例示したように、コンタクト層２４の開口のサイズをＤＢＲのギャップ層２０のサイズよりも小さく形成したい場合には、ＧａＮコンタクト層２４にＡｌＧａＮ層１６よりも少量のＡｌを含有させれば良く、微量のＡｌを含有させれば足りる。このようにすれば、コンタクト層２４の抵抗は上昇させることなく、気相エッチングの速度を大幅に低下させることが可能となる。その結果として、図１０に表したように、コンタクト層２４の開口のサイズをＤＢＲのギャップ層２０よりも小さく形成することも可能となる。Next, as can be seen from FIG. 15, when the wafer temperature reaches 1000 ° C., 1 SLM hydrogen gas is introduced in addition to 4 SLM nitrogen gas, and vapor phase etching of the Si-dopedGaN layer 18 is started. And it hold | maintained for 2 minutes at 1000 degreeC in this atmosphere. In this step, decomposition and evaporation of theGaN layer 18 is promoted by reaction with hydrogen, and vapor phase etching proceeds. On the other hand, the etching of the Al_0.05 Ga_0.95 N layer 16 hardly proceeds and selective etching is performed. That is, theGaN layer 18 and the n-type contact layer 24 made of GaN are side-etched from the side surface of the rectangular hole H, but side etching of the Al_0.05 Ga_0.95 N layer 16 does not occur. By this selective etching, as shown in FIG. 15, theGaN layer 18 within a range of about 20 μm from the side surface of the rectangular opening H is completely removed by etching, and as a result, an Al_0.05 Ga_0.95 N layer is removed. A DBR structure of 16 and thegap layer 20 was formed. Thereafter, the supply of hydrogen gas was stopped, the atmosphere was returned to the nitrogen atmosphere again, and the temperature was lowered to room temperature. FIG. 15 illustrates the case where theGaN contact layer 24 is vapor-phase etched together with theGaN layer 18. On the other hand, as illustrated in FIG. 12, when it is desired to make the size of the opening of thecontact layer 24 smaller than the size of thegap layer 20 of the DBR, theGaN contact layer 24 has a smaller amount of Al than theAlGaN layer 16. It is sufficient to contain a small amount of Al. In this way, the speed of the vapor phase etching can be greatly reduced without increasing the resistance of thecontact layer 24. As a result, as shown in FIG. 10, it is possible to make the size of the opening of thecontact layer 24 smaller than thegap layer 20 of the DBR.

次に、図１６に示すように、電流狭窄用の窓Ｗを形成する。具体的には、ウェーハを加熱炉より取り出し、再び光露光プロセスによりｐ型電流ブロック層２６上に図示しないマスクを形成し、ドライエッチング法あるいはＫＯＨによるウエットエッチング法などにより幅約１０μｍの矩形状の窓Ｗを形成した。  Next, as shown in FIG. 16, a current confinement window W is formed. Specifically, the wafer is taken out from the heating furnace, a mask (not shown) is formed on the p-typecurrent blocking layer 26 again by a light exposure process, and a rectangular shape having a width of about 10 μm is formed by a dry etching method or a KOH wet etching method. A window W was formed.

次に、図１７に示すように、レーザ構造を積層形成する。具体的には、まず、窓Ｗを形成するために用いたレジストあるいはＳｉＯ_２などのマスク（図示せず）を除去し、ウェーハを再びＭＯＣＶＤ装置へセットする。次に、アンモニアガスを供給し、窒素ガス２０ＳＬＭ、アンモニアガス１０ＳＬＭの混合ガスを流し、基板温度を１０８０℃まで昇温する。次に、基板温度が１０８０℃に達すると同時に、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）およびシランガスおよび水素ガスの供給を開始し、ＳｉドープのＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎからなるｎ型クラッド層の２８Ｂを成長する。この層の成長中に、ｐ型電流ブロック層２６に形成したストライプ状の窓Ｗは、埋め込まれて埋め込み部２８Ａが形成される。次に、ＩｎＧａＮを含むＭＱＷ構造の活性層３０、ＭｇドープのＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎからなるｐ型クラッド層３２を積層する。その後、ＧａＮ層４０と、Ａｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ層４２と、を交互に４ペア積層する。この時、ＧａＮ層４０とＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ層４２の膜厚は、下側ＤＢＲと同様にする。次に、ＭＯＣＶＤ装置よりウェーハを取り出し、光露光プロセスによりマスクを形成し、ドライエッチング法により、ｐ型クラッド層３２に達する矩形上の穴Ｈを開口する。その後、上述した下側ＤＢＲの形成と同様の気相エッチング法により、Ａｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ層４２とギャップ層４４とのＤＢＲ構造を形成する。Next, as shown in FIG. 17, a laser structure is stacked. Specifically, first, the resist or the mask (not shown) such as SiO₂ used for forming the window W is removed, and the wafer is set in the MOCVD apparatus again. Next, ammonia gas is supplied, a mixed gas of nitrogen gas 20SLM and ammonia gas 10SLM is flowed, and the substrate temperature is raised to 1080 ° C. Next, as soon as the substrate temperature reaches 1080 ° C., supply of trimethylgallium (TMG), trimethylaluminum (TMA), silane gas, and hydrogen gas is started, and n composed of Si-doped Al_0.05 Ga_0.95 N is started. 28B of the mold cladding layer is grown. During the growth of this layer, the stripe-shaped window W formed in the p-typecurrent blocking layer 26 is buried to form a buriedportion 28A. Next, anactive layer 30 having an MQW structure containing InGaN and a p-type cladding layer 32 made of Mg-doped Al_0.05 Ga_0.95 N are stacked. Thereafter, four pairs of GaN layers 40 and Al_0.05 Ga_0.95 N layers 42 are alternately stacked. At this time, the film thickness of theGaN layer 40 and the Al_0.05 Ga_0.95 N layer 42 is the same as that of the lower DBR. Next, the wafer is taken out from the MOCVD apparatus, a mask is formed by an optical exposure process, and a rectangular hole H reaching the p-type cladding layer 32 is opened by a dry etching method. Thereafter, a DBR structure of the Al_0.05 Ga_0.95 N layer 42 and thegap layer 44 is formed by a vapor phase etching method similar to the formation of the lower DBR described above.

次に、光露光プロセスでマスクを形成し、ドライエッチング法によりｐ型クラッド層３２およびｎ型コンタクト層２６の一部をそれぞれを露出させ、素子分離を行う。そして、リフトオフ法により、ｎ側電極５０、ｐ側電極６０を形成して、図１２に表した面発光レーザが完成する。  Next, a mask is formed by a light exposure process, the p-type cladding layer 32 and a part of the n-type contact layer 26 are exposed by dry etching, and element isolation is performed. Then, the n-side electrode 50 and the p-side electrode 60 are formed by the lift-off method, and the surface emitting laser shown in FIG. 12 is completed.

以上説明した製造方法では、本発明者が独自に発明した気相エッチング法を用いることにより反射率が高いＤＢＲを形成して、面発光の窒化物半導体レーザを得ることができる。これに対し、従来は、窒化物半導体をエッチングする有効な方法が存在せず、反射率の高いＤＢＲを形成することが困難で、面発光の窒化物半導体レーザを得ることは困難であった。  In the manufacturing method described above, a surface-emitting nitride semiconductor laser can be obtained by forming a DBR having a high reflectivity by using a vapor phase etching method originally invented by the present inventor. On the other hand, conventionally, there is no effective method for etching a nitride semiconductor, it is difficult to form a highly reflective DBR, and it is difficult to obtain a surface emitting nitride semiconductor laser.

（第２の実施例）
次に、第２の実施例として、第２の実施の形態のＤＢＲを、窒化物半導体面発光レーザに適用した具体例について説明する。(Second embodiment)
Next, as a second example, a specific example in which the DBR of the second embodiment is applied to a nitride semiconductor surface emitting laser will be described.

図１８は、第２の実施例の窒化物半導体面発光レーザの概念断面図である。サファイア基板１１２の上には、バッファ層１１４を介して、ＧａＮバッファ層１１５が形成されている。そしてＧａＮバッファ層１１５の上には、ＡｌＮ層１１６とＧａＮ層１１８とを交互に２０ペア積層した下側ＤＢＲ１１７が形成されている。この下側ＤＢＲ１１７の上には、ｎ型コンタクト層１２４、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１２８、ＩｎＧａＮを含むＭＱＷ構造の活性層１３０、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１３２、が順次形成されている。このｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１３２上には、ｎ型ＡｌＧａＮ電流狭窄層１３４、第１のｐ型ＧａＮコンタクト層１３６Ａが形成され、これらの上には第２のｐ型ＧａＮコンタクト層１３６Ｂが形成されている。この第２のｐ型ＧａＮコンタクト層１３６Ｂの上には、ＭｇドープのＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎからなる半導体層１４２と、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）からなる有機膜層１４４と、を交互に７ペア積層した上側ＤＢＲ１４１が形成されている。半導体層１４２および有機膜層１４４の膜厚は、それぞれ、λ／４ｎ_３およびλ／４ｎ_４である。ここで、ｎ_３はＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎの屈折率、ｎ_４はＰＭＭＡの屈折率、λは面発光レーザの発振波長である。FIG. 18 is a conceptual cross-sectional view of the nitride semiconductor surface emitting laser according to the second embodiment. AGaN buffer layer 115 is formed on thesapphire substrate 112 via abuffer layer 114. On theGaN buffer layer 115, alower DBR 117 in which 20 pairs of AlN layers 116 andGaN layers 118 are alternately stacked is formed. On thelower DBR 117, an n-type contact layer 124, an n-typeAlGaN cladding layer 128, an MQW structureactive layer 130 containing InGaN, and a p-typeAlGaN cladding layer 132 are sequentially formed. An n-type AlGaNcurrent confinement layer 134 and a first p-typeGaN contact layer 136A are formed on the p-typeAlGaN cladding layer 132, and a second p-typeGaN contact layer 136B is formed thereon. Yes. On the second p-typeGaN contact layer 136B, asemiconductor layer 142 made of Mg-doped Al_0.05 Ga_0.95 N and anorganic film layer 144 made of polymethyl methacrylate (PMMA) are formed.Upper DBR 141 in which seven pairs are alternately stacked is formed. The film thicknesses of thesemiconductor layer 142 and theorganic film layer 144 are λ / 4n₃ and λ / 4n₄ , respectively. Here, n₃ is the refractive index of Al_0.05 Ga_0.95 N, n₄ is the refractive index of PMMA, and λ is the oscillation wavelength of the surface emitting laser.

図１８の面発光レーザでは、ｎ型コンタクト層１２４の露出部に設けられたｎ側電極１５０と、第１のｐ型クラッド層１３６Ｂおよび上側ＤＢＲ１４１の露出部に設けられたｐ側電極１６０と、から活性層１３０に電流が注入される。ここで、ｎ型電流ブロック層１３４は、活性層１３０に注入される電流を絞り込む働きをする。即ち、電流は第１のｐ型クラッド層１３６Ａの下方の活性層１３０に絞り込んで注入される。その結果、第１のｐ型クラッド層１３６Ａの下方部分の活性層１３０から光が放射される。放射された光は、活性層１３０の上側ＤＢＲ１４１と下側ＤＢＲ１１７で増幅され、レーザ光となり、図中上下方向に放射される。  In the surface emitting laser of FIG. 18, an n-side electrode 150 provided on the exposed portion of the n-type contact layer 124, a p-side electrode 160 provided on the exposed portion of the first p-type cladding layer 136B and theupper DBR 141, Current is injected into theactive layer 130. Here, the n-typecurrent blocking layer 134 serves to narrow the current injected into theactive layer 130. That is, the current is focused and injected into theactive layer 130 below the first p-type cladding layer 136A. As a result, light is emitted from theactive layer 130 in the lower part of the first p-type cladding layer 136A. The emitted light is amplified by theupper DBR 141 and thelower DBR 117 of theactive layer 130, becomes laser light, and is emitted in the vertical direction in the figure.

以上説明した、図１８の窒化物半導体面発光レーザでは、上側ＤＢＲ１４１に、Ａｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎからなる半導体層１４２とＰＭＭＡからなる有機膜層１４４とを用いることにより、屈折率の差が大きい材料を組み合わせたＤＢＲを得ることができる。このため、図１１に関して前述したように、７ペアの積層で９９．５％以上の反射率のＤＢＲを得ることができる。また、図１４の窒化物半導体面発光レーザでは、後述の製造方法からも分かるように、上側ＤＢＲを、低Ａｌ組成のＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ層（半導体層）１４２を用いて作ることができる。このように図１８の窒化物半導体面発光レーザでは、少ない積層数で、かつ低Ａｌ組成の層により、高反射率のＤＢＲを得ることができるので、クラックが発生しにくくなり、歩留まりを高くすることができるる。In the nitride semiconductor surface emitting laser of FIG. 18 described above, the refractive index of theupper DBR 141 is increased by using thesemiconductor layer 142 made of Al_0.05 Ga_0.95 N and theorganic film layer 144 made of PMMA. A DBR combining materials having a large difference can be obtained. For this reason, as described above with reference to FIG. 11, a DBR having a reflectance of 99.5% or more can be obtained by stacking 7 pairs. Further, in the nitride semiconductor surface emitting laser of FIG. 14, the upper DBR is formed using the Al_0.05 Ga_0.95 N layer (semiconductor layer) 142 having a low Al composition, as can be seen from the manufacturing method described later. be able to. As described above, in the nitride semiconductor surface emitting laser of FIG. 18, a high reflectivity DBR can be obtained with a small number of layers and a layer with a low Al composition, so that cracks are hardly generated and the yield is increased. I can do it.

ここで、図１８の窒化物半導体面発光レーザでは、下側ＤＢＲ１２１には、従来用いられていた、ＧａＮ層１１８とＡｌＮ層１１６の組み合わせのＤＢＲを用いた。しかし上側ＤＢＲ１４１に、半導体層１４２と有機膜層１４４の組み合わせのＤＢＲを用いたので、クラックは発生しなかった。これに対し、上側ＤＢＲ１４１にも従来のＤＢＲを用いた場合には、クラックが発生し、歩留まりが著しく低下した。  Here, in the nitride semiconductor surface emitting laser of FIG. 18, a DBR that is a combination of theGaN layer 118 and theAlN layer 116 that is conventionally used is used for the lower DBR 121. However, since a DBR of a combination of thesemiconductor layer 142 and theorganic film layer 144 was used for theupper DBR 141, no crack was generated. On the other hand, when the conventional DBR was used for theupper DBR 141, cracks occurred and the yield was remarkably reduced.

また、図１８の窒化物半導体面発光レーザでは、図１１に関して前述したように、９９．９％以上の高い反射率の上側ＤＢＲが得られるので、発振閾電流密度を小さくすることができる。  In the nitride semiconductor surface emitting laser shown in FIG. 18, the upper DBR having a high reflectivity of 99.9% or more can be obtained as described above with reference to FIG. 11, so that the oscillation threshold current density can be reduced.

以上説明した図１８の窒化物半導体面発光レーザでは、下側ＤＢＲにＧａＮ層１１８とＡｌＮ層１１６の組み合わせのＤＢＲを用いた例を示したが、これを、上側ＤＢＲと同様に、半導体層と有機膜層の組み合わせのＤＢＲにすることもできる。このようにすると、安定したレーザ光を得ることができる。即ち、半導体層と有機膜層の組み合わせのＤＢＲでは、図１１に関して前述したように、９９．９％以上の高反射帯域（ストップバンドの波長幅）が約６０ｎｍと非常に広く、また９９．５％の高反射帯域が約１００ｎｍにも及ぶ。このため、ＤＢＲの各層の厚さ、共振器の厚さ、活性層の組成、等が設計値からある程度ずれてもレーザ光の反射率が大きく影響されず、安定したレーザ光を得ることができる。例えば、ＤＢＲの半導体層の厚さが設計値から５ｎｍ程度ずれても、レーザー光に大きな影響を与えない。また、ＤＢＲの有機膜層の厚さが設計値から１０ｎｍ程度ずれても、レーザ光に大きな影響を与えない。  In the nitride semiconductor surface emitting laser of FIG. 18 described above, an example in which a DBR of a combination of theGaN layer 118 and theAlN layer 116 is used for the lower DBR has been shown. A DBR with a combination of organic film layers can also be used. In this way, stable laser light can be obtained. That is, in the DBR of the combination of the semiconductor layer and the organic film layer, as described above with reference to FIG. 11, the high reflection band (the wavelength band of the stop band) of 99.9% or more is very wide as about 60 nm, and 99.5%. % High reflection band extends to about 100 nm. For this reason, even if the thickness of each layer of DBR, the thickness of the resonator, the composition of the active layer, etc. deviate from the design value to some extent, the reflectance of the laser beam is not greatly affected, and a stable laser beam can be obtained. . For example, even if the thickness of the DBR semiconductor layer is shifted by about 5 nm from the design value, the laser light is not greatly affected. Further, even if the thickness of the DBR organic film layer is deviated by about 10 nm from the design value, the laser light is not greatly affected.

また、図１８の窒化物半導体面発光レーザでは、ＰＭＭＡからなる有機膜層１４４を用いたＤＢＲを示したが、有機膜層１４４に、第２の実施の形態で説明した各種の透明な有機系高分子材料を用いることもできる。また、この有機膜層１４４に、導電性を有する有機材料を用いることもできる。このような導電性を有する有機材料には、π電子共役系高分子、直鎖状全π共役系高分子、非共役高分子がある。これらの有機材料は、それ自身あるいはドーピングにより金属領域の高い導電性を示す。さらに具体的には、π電子共役系高分子および直鎖状全π共役系高分子として、(1)脂肪族共役系：ポリアセチレン類、ポリジアセチレン類、(2)芳香族共役系：ポリ（ｐ−フェニレン）類、(3)混合型共役系：ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）、ポリ（フェニレンカルコゲナイド）類、(4)複素環式共役系：ポリピロール、ポリチオフェン、ポリフラン、ポリカルバゾール、ポリキノリン類、(5)含ヘテロ原子共役系：ポリアニリン類、(6)複鎖型共役系（はしご型共役系）が挙げられる。また、非共役系高分子として、(1)側鎖にπ電子共役系基（カルバゾール、フェロセン、ピレン、ペリレン、フタロシアニン）を含む高分子、(2)大環状金属錯体（フタロシアニンなど）を主鎖に含む高分子：ニッケルフタロシアニン、(3)高分子ポリカチオン−ＴＣＮＱラジカルアニオン塩、等が挙げられる。これらの、導電性を示す有機膜を用いると、上側ＤＢＲ１４１を通して活性層１３０へ電流注入を行うことができ、ｐ側電極１６０の形成を容易にすることができる。  In the nitride semiconductor surface emitting laser shown in FIG. 18, the DBR using theorganic film layer 144 made of PMMA is shown. However, theorganic film layer 144 has various transparent organic materials described in the second embodiment. A polymer material can also be used. In addition, an organic material having conductivity can be used for theorganic film layer 144. Examples of such an organic material having conductivity include a π-electron conjugated polymer, a linear all-π conjugated polymer, and a non-conjugated polymer. These organic materials exhibit high electrical conductivity in the metal regions themselves or by doping. More specifically, as a π electron conjugated polymer and a linear all π conjugated polymer, (1) aliphatic conjugated system: polyacetylenes, polydiacetylenes, (2) aromatic conjugated system: poly (p -Phenylene), (3) mixed conjugated system: poly (p-phenylene vinylene), poly (phenylene chalcogenide), (4) heterocyclic conjugated system: polypyrrole, polythiophene, polyfuran, polycarbazole, polyquinoline, ( 5) Heteroatom-containing conjugated systems: polyanilines, (6) Double-chain conjugated systems (ladder-type conjugated systems). As non-conjugated polymers, (1) polymers containing π-electron conjugated groups (carbazole, ferrocene, pyrene, perylene, phthalocyanine) in the side chain, and (2) macrocyclic metal complexes (phthalocyanine, etc.) as the main chain Polymer: nickel phthalocyanine, (3) polymer polycation-TCNQ radical anion salt, and the like. When these organic films exhibiting conductivity are used, current can be injected into theactive layer 130 through theupper DBR 141, and the formation of the p-side electrode 160 can be facilitated.

次に、図１９〜図２５の概念斜視図を参照にして、図１８の面発光レーザの製造方法について説明する。  Next, a method for manufacturing the surface emitting laser of FIG. 18 will be described with reference to the conceptual perspective views of FIGS.

まず、図１９に示すように、サファイア基板１１２の上に、ＭＯＣＶＤ法により、バッファ層１１４を１０〜２００ｎｍ程度の膜厚で成長する。そして、バッファ層１１４上に、ＧａＮバッファ層１１５を０．３μｍの膜厚で成長する。続いて、ＡｌＮ層１１６と、ＧａＮ層１１８と、を交互に２０ペア積層して、下側ＤＢＲ１１７を形成する。その後、ＳｉドープのＧａＮからなるｎ型コンタクト層１２４、ＳｉドープのＡｌ_０．９５Ｇａ_０．０５Ｎからなるｎ型クラッド層１２８、ＩｎＧａＮを含むＭＱＷ構造の活性層１３０、ＭｇドープのＡｌ_０．９５Ｇａ_０．０５Ｎからなるｐ型クラッド層１３２、ＳｉドープのＧａＮからなる電流狭窄層１３４、を順次積層する。First, as shown in FIG. 19, thebuffer layer 114 is grown on thesapphire substrate 112 to a thickness of about 10 to 200 nm by MOCVD. Then, aGaN buffer layer 115 is grown on thebuffer layer 114 to a thickness of 0.3 μm. Subsequently, 20 pairs of AlN layers 116 andGaN layers 118 are alternately stacked to form thelower DBR 117. Thereafter, an n-type contact layer 124 made of Si-doped GaN, an n-type cladding layer 128 made of Si-doped Al_0.95 Ga_0.05 N, an MQW structureactive layer 130 containing InGaN, and Mg-doped Al_{0. A} p-type cladding layer 132 made of₉₅ Ga_0.05 N and acurrent confinement layer 134 made of Si-doped GaN are sequentially stacked.

次に、図２０に示すように、ウェーハをＭＯＣＶＤ装置から取り出してエッチングマスクとなるＳｉＯ_２を堆積し、光露光プロセスにより電流狭窄層１３４の一部を露出させて、ＳｉＯ_２に開口パターンＨを形成する。Next, as shown in FIG. 20, the wafer is taken out from the MOCVD apparatus and SiO_{2 serving} as an etching mask is deposited, and a part of thecurrent confinement layer 134 is exposed by an optical exposure process, and an opening pattern H is formed in the SiO_2. Form.

次に、図２１に示すように、電流狭窄層１３４に窓部ＣＨを形成する。即ち、まず、図２０のウェーハを加熱路にセットし、窒素ガスを４ＳＬＭ流して、ウェーハを１０００℃まで４分間で昇温する。この昇温過程では、ＧａＮからなる電流狭窄層１３４の分解蒸発はほとんど無視できる。そして、ウェーハが１０００℃に達したところで、水素ガスを導入し、窒素ガス４ＳＬＭと水素ガス１ＳＬＭの混合ガスを流した雰囲気において２分間保持した。その後、水素ガスの供給を停止して再び窒素雰囲気に戻し、室温まで降温した。この工程において、ＧａＮからなる電流狭窄層１３４の、開口パターンＨに露呈した部分は、水素との反応によって分解蒸発し、エッチングされる。一方、ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層１３２は、この条件ではエッチングされないため、このｐ型クラッド層１３２でエッチングは止まる。この工程により、ＧａＮからなる電流狭窄層１３４に、ｐ型クラッド層１３２に達する窓部ＣＨが形成される。その後ＳｉＯ_２マスクを除去する。Next, as shown in FIG. 21, a window portion CH is formed in thecurrent confinement layer 134. That is, first, the wafer of FIG. 20 is set in a heating path, nitrogen gas is flowed by 4 SLM, and the wafer is heated to 1000 ° C. in 4 minutes. In this temperature raising process, the decomposition evaporation of thecurrent confinement layer 134 made of GaN is almost negligible. When the wafer reached 1000 ° C., hydrogen gas was introduced and held for 2 minutes in an atmosphere in which a mixed gas of nitrogen gas 4SLM and hydrogen gas 1SLM was flowed. Thereafter, the supply of hydrogen gas was stopped, the atmosphere was returned to the nitrogen atmosphere again, and the temperature was lowered to room temperature. In this step, the portion of thecurrent confinement layer 134 made of GaN exposed to the opening pattern H is decomposed and evaporated by reaction with hydrogen and etched. On the other hand, since the p-type cladding layer 132 made of AlGaN is not etched under these conditions, the etching stops at the p-type cladding layer 132. By this step, the window portion CH reaching the p-type cladding layer 132 is formed in thecurrent confinement layer 134 made of GaN. Thereafter, the SiO₂ mask is removed.

次に、図２２に示すように、レーザ構造を積層形成する。即ち、図２１の積層体を再びＭＯＣＶＤ装置にセットし、窒素ガス雰囲気で基板温度を１０８０℃まで昇温する。そして、基板温度が１０８０℃に達すると同時にアンモニアガスおよび水素ガスの供給を開始し、さらにＧａとＭｇの原料ガスの供給を開始する。これにより、ＭｇドープのＧａＮからなる第１のｐ型クラッド層１３６Ａ（図１８）、および第２のｐ型クラッド層１３６Ｂを形成する。次に、ＭｇドープのＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ層１４２と、ＭｇドープのＧａＮ層１４０と、を交互に７ペア積層し、Ａｌ_０．０５Ｇａ_０．９５ＮとＧａＮの多層膜１３８を形成する。その後、ＭＯＣＶＤ装置からウェーハを取り出す。Next, as shown in FIG. 22, a laser structure is stacked. That is, the laminate of FIG. 21 is set again in the MOCVD apparatus, and the substrate temperature is raised to 1080 ° C. in a nitrogen gas atmosphere. As soon as the substrate temperature reaches 1080 ° C., supply of ammonia gas and hydrogen gas is started, and supply of Ga and Mg source gases is started. Thus, a first p-type cladding layer 136A (FIG. 18) and a second p-type cladding layer 136B made of Mg-doped GaN are formed. Next, seven pairs of Mg-doped Al_0.05 Ga_0.95 N layers 142 and Mg-doped GaN layers 140 are alternately stacked, and amultilayer film 138 of Al_0.05 Ga_0.95 N and GaN is laminated. Form. Thereafter, the wafer is taken out from the MOCVD apparatus.

次に、図２３から分かるように、光露光プロセスによりマスクを形成し、ドライエッチングにより多層膜１３８の一部をエッチングして、メサを形成する。この際、多層膜１３８の一番下側のＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ層１４２はエッチングしない。その後、マスクを除去する。Next, as can be seen from FIG. 23, a mask is formed by an optical exposure process, and a part of themultilayer film 138 is etched by dry etching to form a mesa. At this time, the lowermost Al_0.05 Ga_0.95 N layer 142 of themultilayer film 138 is not etched. Thereafter, the mask is removed.

次に、図２４に示すように、上側ＤＢＲ１４１を形成する。即ち、まず、前述の気相エッチング法を行うことにより、図２４に点線で示した部分の下側のＧａＮ層１４０を選択的にエッチングする。その後、溶媒に溶かしたＰＭＭＡを図２３の積層体にスピンコートするか、あるいはＰＭＭＡを溶かした溶媒中にこの積層体をディップすることにより、上記の気相エッチングされた部分にＰＭＭＡからなる有機膜層１４４を形成する。この工程によって、Ａｌ_０．９５Ｇａ_０．０５Ｎ層（半導体層）１４２と、有機膜層１４４と、を交互に７ペア積層したＤＢＲ１４１を形成する。Next, as shown in FIG. 24, theupper DBR 141 is formed. That is, first, by performing the above-mentioned vapor phase etching method, thelower GaN layer 140 shown by the dotted line in FIG. 24 is selectively etched. Thereafter, PMMA dissolved in a solvent is spin-coated on the laminate shown in FIG. 23, or the laminate is dipped in a solvent in which PMMA is dissolved, so that an organic film made of PMMA is formed on the above-mentioned gas-phase etched portion.Layer 144 is formed. Through this step,DBR 141 in which seven pairs of Al_0.95 Ga_0.05 N layers (semiconductor layers) 142 and organic film layers 144 are alternately stacked is formed.

次に、図２５から分かるように、光露光プロセスでマスクを形成後、多層膜１３８の一番下側のＡｌ_０．９５Ｇａ_０．０５Ｎ層１４２をエッチングして、第２のｐ型コンタクト層１３６Ｂの一部を露出させる。その後、光露光プロセスおよびドライエッチングによりｎ型コンタクト層１２４の一部を露出させ、リフトオフによりｐ側電極１６０およびｎ側電極１５０（図１８）を形成して、図１８の面発光レーザが完成する。なお、図１８は、図２５の積層体を切断線ＣＣに沿って切断した断面図である。ただし、図２５ではｎ側電極１５０付近は示していない。Next, as can be seen from FIG. 25, after the mask is formed by the light exposure process, the lowermost Al_0.95 Ga_0.05 N layer 142 of themultilayer film 138 is etched to form the second p-type contact. A portion oflayer 136B is exposed. Thereafter, a part of the n-type contact layer 124 is exposed by a light exposure process and dry etching, and the p-side electrode 160 and the n-side electrode 150 (FIG. 18) are formed by lift-off, thereby completing the surface emitting laser of FIG. . FIG. 18 is a cross-sectional view of the stack of FIG. 25 cut along a cutting line CC. However, FIG. 25 does not show the vicinity of the n-side electrode 150.

以上説明した製造方法では、本発明者が独自に発明した気相エッチング法を用いることにより反射率が高いＤＢＲを形成して、面発光の窒化物半導体レーザを得ることができる。これに対し、従来は、窒化物半導体をエッチングする有効な方法が存在せず、反射率の高いＤＢＲを形成することが困難で、面発光の窒化物半導体レーザを得ることは困難であった。  In the manufacturing method described above, a surface-emitting nitride semiconductor laser can be obtained by forming a DBR having a high reflectivity by using a vapor phase etching method originally invented by the present inventor. On the other hand, conventionally, there is no effective method for etching a nitride semiconductor, it is difficult to form a highly reflective DBR, and it is difficult to obtain a surface emitting nitride semiconductor laser.

（第３の実施例）
次に、本発明の第３の実施例として、第１の実施の形態のＤＢＲと、端面出射型のＩｎＧａＡｓＰ系半導体レーザと、を組み合わせた光素子について説明する。(Third embodiment)
Next, as a third example of the present invention, an optical element in which the DBR according to the first embodiment and an edge-emitting InGaAsP semiconductor laser are combined will be described.

図２６は、第３の実施例の光素子の概念断面図である。基板ＳＵの上には、発振波長１．５５μｍの端面出射型のＩｎＧａＡｓＰ系半導体レーザＬＤがマウントされている。基板ＳＵの表面には、窒化物半導体レーザＬＤの前面に斜面Ｐが形成され、この斜面Ｐの上に反射鏡Ｍが設けられている。この反射鏡Ｍは、Ａｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎからなる半導体層Ｍ１と、空気からなるギャップ層Ｍ２と、を交互に３ペア積層した構造である。そして、レーザ素子ＬＢから放出されたレーザ光Ｌは、反射鏡Ｍにより反射されて基板ＳＵに対して略垂直上方に出射される。基板ＳＵには、主面が（１００）面から所定の傾斜方位を有するシリコンウェーハを用いた。そして、斜面Ｐは、このシリコンウェーハの（１１１）面により形成した。FIG. 26 is a conceptual cross-sectional view of the optical element of the third embodiment. On the substrate SU, an end face emission type InGaAsP semiconductor laser LD having an oscillation wavelength of 1.55 μm is mounted. On the surface of the substrate SU, a slope P is formed in front of the nitride semiconductor laser LD, and a reflecting mirror M is provided on the slope P. The reflecting mirror M has a structure in which three pairs of semiconductor layers M1 made of Al_0.05 Ga_0.95 N and gap layers M2 made of air are alternately stacked. Then, the laser light L emitted from the laser element LB is reflected by the reflecting mirror M and is emitted substantially vertically upward with respect to the substrate SU. As the substrate SU, a silicon wafer having a principal surface with a predetermined tilt orientation from the (100) plane was used. The slope P was formed by the (111) plane of this silicon wafer.

図２６の反射鏡Ｍの基本構造は図２に関して前述したものと同様であるが、
波長１．５５μｍの光に対する反射率が高くなるように、半導体層Ｍ１の膜厚を約１５０ｎｍ、ギャップ層Ｍ２の膜厚を約３９０ｎｍとした。この反射鏡Ｍの反射率特性を、図２７に示す。図２７に示したように、この反射鏡Ｍは、波長１．５５ｎｍを中心として非常に広い波長範囲において高い反射率が得られる。The basic structure of the reflector M in FIG. 26 is the same as that described above with reference to FIG.
The thickness of the semiconductor layer M1 was set to about 150 nm and the thickness of the gap layer M2 was set to about 390 nm so that the reflectance with respect to light having a wavelength of 1.55 μm was increased. The reflectance characteristics of the reflecting mirror M are shown in FIG. As shown in FIG. 27, the reflecting mirror M can obtain a high reflectance in a very wide wavelength range centering on a wavelength of 1.55 nm.

以上説明した図２６の光素子では、Ａｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎからなる半導体層Ｍ１と、空気からなるギャップ層Ｍ２と、からなる反射鏡Ｍを用いたので、発振波長１．５５μｍのレーザ光を極めて高い反射率で反射することができる。このため、基板ＳＵに対して垂直方向に波長１．５５μｍのレーザ光を出射する光素子において、発光効率を極めて高くすることができる。In the optical element of FIG. 26 described above, since the reflecting mirror M including the semiconductor layer M1 made of Al_0.05 Ga_0.95 N and the gap layer M2 made of air is used, the oscillation wavelength is 1.55 μm. Laser light can be reflected with a very high reflectance. For this reason, in the optical element that emits laser light having a wavelength of 1.55 μm in the direction perpendicular to the substrate SU, the light emission efficiency can be extremely increased.

また、図２６の光素子の反射鏡Ｍは、図２７に示したように、反射する光の波長範囲が非常に広い。従って、レーザＬＤのマウント位置、反射鏡Ｍの各層の膜厚、レーザ光Ｌの波長、等が多少ずれても反射率がほとんど変化しない。このため、図２６の光素子では、安定した動作が得られる。  26 has a very wide wavelength range of reflected light, as shown in FIG. Therefore, the reflectance hardly changes even if the mounting position of the laser LD, the film thickness of each layer of the reflecting mirror M, the wavelength of the laser light L, etc. are slightly shifted. Therefore, a stable operation can be obtained with the optical element of FIG.

また、図２６の光素子の反射鏡Ｍは、図２に関して前述したように、少ない積層数で高い反射率が得られる。このため、図２６の光素子を用いることで、製造を容易にし、歩留まりを高くすることがきる。  In addition, as described above with reference to FIG. 2, the reflector M of the optical element in FIG. 26 can obtain a high reflectance with a small number of layers. For this reason, by using the optical element of FIG. 26, the manufacturing can be facilitated and the yield can be increased.

以上説明した、図２６の光素子の反射鏡Ｍは、半導体層Ｍ１、ギャプ層Ｍ２の膜厚を必要に応じて調整することで、反射するレーザー光Ｌの波長を変えることができる。これにより、図２６のＩｎＧａＡｓＰ系半導体レーザＬＤの替わりに、ＩｎＧａＡｓ系レーザ、ＩｎＧａＡｌＰ系レーザ、ＧａＩｎＮＡｓ系レーザを用いることもできる。  26 described above can change the wavelength of the reflected laser beam L by adjusting the film thicknesses of the semiconductor layer M1 and the gap layer M2 as necessary. As a result, an InGaAs laser, InGaAlP laser, or GaInNAs laser can be used instead of the InGaAsP semiconductor laser LD of FIG.

また、図２６光素子の反射鏡Ｍは、半導体層Ｍ１、ギャプ層Ｍ２の膜厚を必要に応じて調整することで、異なる波長のレーザ光Ｌに対する共通の反射鏡として用いることが可能である。即ち、この反射鏡は図２７及び図１１から分かるように、高反射率で、かつ、光反射率領域が広いので、波長の異なる数種類のレーザ光Ｌに対する共通の反射鏡として用いることができる。例えば、この反射鏡を、光ディスクの信号読み取り・書き込み用の光ピックアップの一部に用いることができる。この光ピックアップでは、ＤＶＤ用のレーザと、ＣＤ用のレーザと、を併用する場合が多いが、この反射鏡を用いることで、両方のレーザ光に対して高い反射率を得ることが出来る。  26 can be used as a common reflecting mirror for laser light L having different wavelengths by adjusting the film thicknesses of the semiconductor layer M1 and the gap layer M2 as necessary. . That is, as can be seen from FIG. 27 and FIG. 11, this reflecting mirror has a high reflectivity and a wide light reflectivity region, so that it can be used as a common reflecting mirror for several types of laser beams L having different wavelengths. For example, the reflecting mirror can be used as a part of an optical pickup for reading and writing signals on an optical disk. In this optical pickup, a DVD laser and a CD laser are often used in combination, but by using this reflecting mirror, a high reflectance can be obtained for both laser beams.

（第４の実施例）
次に、本発明の第４の実施例として、第２の実施の形態のＤＢＲと、端面出射型の窒化物系半導体レーザと、を組み合わせた光素子について説明する。(Fourth embodiment)
Next, as a fourth example of the present invention, an optical element in which the DBR of the second embodiment and an edge-emitting nitride semiconductor laser are combined will be described.

図２８は、第４の実施例の光素子の概念斜視図である。サファイア基板ＳＵの上には、端面放出型の窒化物半導体レーザＬＤがマウントされている。サファイア基板ＳＵの表面には、レーザ固定層２３０を介して窒化物半導体レーザＬＤがマウントされている。そして、この窒化物半導体レーザＬＤの前面に斜面Ｐが形成され、この斜面Ｐの上に反射鏡Ｍが設けられている。この反射鏡Ｍの構造は、図６に関して前述したものと同様である。そして、窒化物半導体レーザＬＤから放出されたレーザ光Ｌは、反射鏡Ｍにより反射されて基板ＳＵに対して略垂直上方に出射される。  FIG. 28 is a conceptual perspective view of an optical element according to the fourth embodiment. On the sapphire substrate SU, an edge-emitting nitride semiconductor laser LD is mounted. A nitride semiconductor laser LD is mounted on the surface of the sapphire substrate SU via alaser fixing layer 230. A slope P is formed on the front surface of the nitride semiconductor laser LD, and a reflecting mirror M is provided on the slope P. The structure of the reflecting mirror M is the same as that described above with reference to FIG. The laser light L emitted from the nitride semiconductor laser LD is reflected by the reflecting mirror M and is emitted substantially vertically upward with respect to the substrate SU.

図２８の光素子では、半導体層Ｍ３と有機膜層Ｍ４とからなる反射鏡Ｍを用いたので、端面出射型の窒化物半導体レーザＬＤからのレーザ光を極めて高い反射率で反射することができる。このため、基板ＳＵに対して垂直方向にレーザ光を出射する光素子において、発光効率を高くすることができる。  In the optical element of FIG. 28, since the reflecting mirror M composed of the semiconductor layer M3 and the organic film layer M4 is used, the laser light from the edge emitting nitride semiconductor laser LD can be reflected with an extremely high reflectance. . For this reason, in the optical element which emits a laser beam in the direction perpendicular to the substrate SU, the light emission efficiency can be increased.

また、図２８の光素子の反射鏡Ｍは、図１１に示したように、反射する光の波長範囲が非常に広い。従って、レーザＬＤのマウント位置、反射鏡Ｍの各層の膜厚、レーザ光Ｌの波長、等が多少ずれても反射率がほとんど変化しない。このため、図２８の光素子では、安定した動作が得られる。  Further, as shown in FIG. 11, the reflecting mirror M of the optical element in FIG. 28 has a very wide wavelength range of reflected light. Therefore, the reflectance hardly changes even if the mounting position of the laser LD, the film thickness of each layer of the reflecting mirror M, the wavelength of the laser light L, etc. are slightly shifted. Therefore, a stable operation can be obtained with the optical element of FIG.

また、図２８の光素子の反射鏡Ｍは、図１１に関して前述したように、少ない積層数で高い反射率が得られる。このため、図２８の光素子を用いることで、製造を容易にし、歩留まりを高くすることがきる。  Further, as described above with reference to FIG. 11, the reflector M of the optical element of FIG. 28 can obtain a high reflectance with a small number of layers. For this reason, by using the optical element of FIG. 28, the manufacturing can be facilitated and the yield can be increased.

次に、この製造方法について、図２９（ａ）〜（ｂ）を参照にして説明する。  Next, this manufacturing method will be described with reference to FIGS.

まず、図２９（ａ）から分かるように、サファイア（０００１）基板ＳＵ上に、低温バッファ層を介して、約２μｍの厚さの第１のＧａＮ層２００を形成し、その上にＳｉＯ_２パターン２１０を形成する。その後、図１９Ａに示すように、ＳｉＯ_２パターン２１０の<１１−２０>方向に、ストライプ状の窓を持つパターンＴを形成する。なお、ここで、（０００１）面を主面とするＧａＮ基板を用いることもできる。First, as can be seen from FIG. 29A, afirst GaN layer 200 having a thickness of about 2 μm is formed on a sapphire (0001) substrate SU via a low-temperature buffer layer, and an SiO₂ pattern is formed thereon. 210 is formed. Thereafter, as shown in FIG. 19A, a pattern T having stripe-like windows is formed in the <11-20> direction of the SiO₂ pattern 210. Here, a GaN substrate having a (0001) plane as a main surface can also be used.

次に、図２９（ｂ）に示すように、上記のＳｉＯ_２パターン２１０の窓Ｔを利用して、ＭＯＣＶＤ法によりＧａＮを選択成長させることにより、｛１−１０１｝ファセット面Ｐを有する第２のＧａＮ層２２０を形成する。Next, as shown in FIG. 29 (b), by using the window T of the SiO₂ pattern 210 described above, GaN is selectively grown by the MOCVD method, so that the second surface having the {1-101} facet plane P is obtained. TheGaN layer 220 is formed.

次に、露呈されたＳｉＯ_２パターン２２０を除去した後、ファセット面Ｐ上に、ＡｌＧａＮ層Ｍ３と、ＧａＮ層（図示しない）と、の多層膜を形成する。そして、第２の実施例で説明した方法によりＧａＮ層を選択的にエッチングして、有機膜層Ｍ４を形成する。その後、レーザ固定層２３０を介してレーザＬＤをマウントし、図２８の光素子が得られる。Next, after removing the exposed SiO₂ pattern 220, a multilayer film of anAlGaN layer M 3 and a GaN layer (not shown) is formed on the facet plane P. Then, the organic film layer M4 is formed by selectively etching the GaN layer by the method described in the second embodiment. Thereafter, the laser LD is mounted through thelaser fixing layer 230, and the optical element of FIG. 28 is obtained.

以上説明した図２８の光素子では、ＤＢＲの有機膜Ｍ４の材料としてフォトクロミズムを示す材料を使っても良い。その材料としては、(1)スペロベンゾピラン系高分子、(2)フルギト系分子、(3)ジアリールエテン系分子、(4)シクロファン系分子、等を用いることができる。一般に、フォトクロミズムを示す材料は、光励起状態において化学結合を組み替える性質を持つため、光を受けると、電子状態の異なる別の異性体へ変換する。このため、吸収スペクトルの異なる二つの異性体を可逆的に生成することができる。これにより、光スイッチ機能を持つ高反射率のＤＢＲを形成することができる。  In the optical element of FIG. 28 described above, a material exhibiting photochromism may be used as the material of the DBR organic film M4. As the material, (1) a spirobenzopyran polymer, (2) a fulgite molecule, (3) a diarylethene molecule, (4) a cyclophane molecule, or the like can be used. In general, a material exhibiting photochromism has a property of recombining chemical bonds in a photoexcited state, so that when receiving light, it is converted into another isomer having a different electronic state. For this reason, two isomers having different absorption spectra can be reversibly generated. Thereby, a highly reflective DBR having an optical switch function can be formed.

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。  The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples.

例えば、本実施形態の反射鏡を、ＬＥＤ（light emitting diode：発光ダイオード）の裏面側における反射ミラーとして使用できる。  For example, the reflecting mirror of this embodiment can be used as a reflecting mirror on the back side of an LED (light emitting diode).

また、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）層とギャップ層との多層構造、またはＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）層と有機膜層との多層構造、により形成された反射鏡を、異種材料同士の接着技術により、ＩｎＧａＡｓ系レーザ、ＩｎＧａＡｓＰ系レーザ、ＩｎＧａＡｌＰ系レーザ、ＧａＡｌＮＡｓ系レーザなどの上下に接着することもできる。これにより、例えば従来良好なＤＢＲ材料のなかったＩｎＧａＡｓＰ系などにおいても面発光レーザが実現可能である。A multilayer structure of an Al_x Ga_1-x N (0 ≦ X ≦ 1) layer and a gap layer, or a multilayer structure of an Al_x Ga_1-x N (0 ≦ X ≦ 1) layer and an organic film layer; The reflecting mirror formed by the above can be bonded to the top and bottom of an InGaAs laser, an InGaAsP laser, an InGaAlP laser, a GaAlNAs laser, or the like by a bonding technique between different materials. Thereby, for example, a surface emitting laser can be realized even in an InGaAsP system which has not had a good DBR material.

本発明の第１の実施の形態の光素子を示す概念図。The conceptual diagram which shows the optical element of the 1st Embodiment of this invention.本発明の第１の実施の形態の光素子の反射鏡Ｍの概念斜視図。The conceptual perspective view of the reflective mirror M of the optical element of the 1st Embodiment of this invention.本発明の第１の実施の形態の光素子の反射鏡Ｍの他の具体例の概念斜視図。The conceptual perspective view of the other specific example of the reflective mirror M of the optical element of the 1st Embodiment of this invention.本発明の第１の実施の形態の光素子の反射鏡Ｍの他の具体例の概念斜視図。The conceptual perspective view of the other specific example of the reflective mirror M of the optical element of the 1st Embodiment of this invention.本発明の第１の実施の形態の光素子の反射鏡Ｍの他の具体例の概念斜視図。The conceptual perspective view of the other specific example of the reflective mirror M of the optical element of the 1st Embodiment of this invention.本発明の第１の実施の形態の光素子の反射鏡Ｍの反射率特性を示す図。The figure which shows the reflectance characteristic of the reflective mirror M of the optical element of the 1st Embodiment of this invention.従来の反射鏡の反射率特性を示す図。The figure which shows the reflectance characteristic of the conventional reflective mirror.図２のの反射鏡Ｍの製造方法を示す概略工程断面図。FIG. 3 is a schematic process cross-sectional view showing a method for manufacturing the reflecting mirror M of FIG.図４または図５の反射鏡Ｍの製造方法を示す概略工程断面図。FIG. 6 is a schematic process cross-sectional view illustrating a method for manufacturing the reflecting mirror M of FIG. 4 or FIG. 5.本発明の第２の実施の形態の光素子の反射鏡Ｍの概念斜視図。The conceptual perspective view of the reflective mirror M of the optical element of the 2nd Embodiment of this invention.本発明の第２の実施の形態の反射鏡Ｍの反射率特性、および従来の反射鏡の反射率特性、を示す図。The figure which shows the reflectance characteristic of the reflective mirror M of the 2nd Embodiment of this invention, and the reflectance characteristic of the conventional reflective mirror.本発明の第１の実施例の窒化物半導体面発光レーザの概念斜視図。1 is a conceptual perspective view of a nitride semiconductor surface emitting laser according to a first embodiment of the present invention.本発明の第１の実施例の窒化物半導体面発光型レーザの製造方法を示す概念斜視図。The conceptual perspective view which shows the manufacturing method of the nitride semiconductor surface emitting laser of the 1st Example of this invention.本発明の第１の実施例の窒化物半導体面発光型レーザの製造方法を示す概念斜視図で、図１３に続く図。FIG. 14 is a conceptual perspective view showing the method for manufacturing the nitride semiconductor surface emitting laser according to the first embodiment of the present invention, following FIG. 13.本発明の第１の実施例の窒化物半導体面発光型レーザの製造方法を示す概念斜視図で、図１４に続く図。FIG. 15 is a conceptual perspective view showing the method for manufacturing the nitride semiconductor surface emitting laser according to the first embodiment of the present invention, following FIG. 14.本発明の第１の実施例の窒化物半導体面発光型レーザの製造方法を示す概念斜視図で、図１５に続く図。FIG. 16 is a conceptual perspective view illustrating the method for manufacturing the nitride semiconductor surface emitting laser according to the first embodiment of the present invention, continuing from FIG. 15.本発明の第１の実施例の窒化物半導体面発光型レーザの製造方法を示す概念斜視図で、図１６に続く図。FIG. 17 is a conceptual perspective view showing the method for manufacturing the nitride semiconductor surface emitting laser according to the first embodiment of the present invention, following FIG. 16.本発明の第２の実施例の窒化物半導体面発光レーザの概念断面図。The conceptual sectional drawing of the nitride semiconductor surface emitting laser of the 2nd Example of this invention.本発明の第２の実施例の窒化物半導体面発光型レーザの製造方法を示す概念斜視図。The conceptual perspective view which shows the manufacturing method of the nitride semiconductor surface emitting laser of the 2nd Example of this invention.本発明の第２の実施例の窒化物半導体面発光型レーザの製造方法を示す概念斜視図で、図１９に続く図。FIG. 20 is a conceptual perspective view showing the method for manufacturing the nitride semiconductor surface emitting laser according to the second embodiment of the present invention, following FIG. 19.本発明の第２の実施例の窒化物半導体面発光型レーザの製造方法を示す概念斜視図で、図２０に続く図。FIG. 21 is a conceptual perspective view showing the method for manufacturing the nitride semiconductor surface emitting laser according to the second embodiment of the present invention, following FIG. 20.本発明の第２の実施例の窒化物半導体面発光型レーザの製造方法を示す概念斜視図で、図２１に続く図。FIG. 22 is a conceptual perspective view showing the method for manufacturing the nitride semiconductor surface emitting laser according to the second embodiment of the present invention, following FIG. 21.本発明の第２の実施例の窒化物半導体面発光型レーザの製造方法を示す概念斜視図で、図２２に続く図。FIG. 23 is a conceptual perspective view showing the method for manufacturing the nitride semiconductor surface emitting laser according to the second embodiment of the present invention, following FIG. 22.本発明の第２の実施例の窒化物半導体面発光型レーザの製造方法を示す概念斜視図で、図２３に続く図。FIG. 24 is a conceptual perspective view showing the method for manufacturing the nitride semiconductor surface emitting laser according to the second embodiment of the present invention, following FIG. 23.本発明の第２の実施例の窒化物半導体面発光型レーザの製造方法を示す概念斜視図で、図２４に続く図。FIG. 25 is a conceptual perspective view showing the method for manufacturing the nitride semiconductor surface emitting laser according to the second embodiment of the present invention, following FIG. 24.本発明の第３の実施例の光素子の概念断面図。The conceptual sectional drawing of the optical element of the 3rd Example of this invention.本発明の第３の実施例の光素子の反射鏡Ｍの反射率特性を示す図。The figure which shows the reflectance characteristic of the reflective mirror M of the optical element of the 3rd Example of this invention.本発明の第４の実施例の光素子の概念斜視図。The conceptual perspective view of the optical element of the 4th Example of this invention.本発明の第４の実施例の光素子の製造方法を示す概念斜視図。The conceptual perspective view which shows the manufacturing method of the optical element of the 4th Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

ＯＤ 光素子
Ｍ 分布ブラック反射鏡
Ｍ１ 半導体層
Ｍ２ ギャップ層
Ｓ 支持部
Ｅ エッチング層
Ｍ３ 半導体層
Ｍ４ 有機膜層
ＭＬ 反射鏡
１６ Ａｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎからなる半導体層
２０ 空気からなるギャップ層
３０ 活性層
４２ Ａｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎからなる半導体層
４４ 空気からなるギャップ層
１１７ 下側ＤＢＲ
１３０ 活性層
１４１ 上側ＤＢＲ
１４２ Ａｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎからなる半導体層
１４４ ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）からなる有機膜層OD optical element M distributed black reflector M1 semiconductor layer M2 gap layer S support part E etching layer M3 semiconductor layer M4 organic filmlayer ML reflector 16 semiconductor layer made of Al_0.05 Ga_0.95 N gap layer made ofair 30Active layer 42Semiconductor layer 44 made of Al_0.05 Ga_0.95N Gap layer 117 made of air Lower DBR
130Active layer 141 Upper DBR
142Semiconductor layer 144 made of Al_0.05 Ga_0.95 N 144 Organic film layer made of polymethyl methacrylate (PMMA)

Claims (12)

Translated fromJapanese

光を反射する反射鏡を備えた光素子であって、
前記反射鏡は、アルミニウムを含有する窒化物半導体からなるほぼ同一の膜厚の複数の半導体層と、有機膜からなるほぼ同一の膜厚の複数の有機膜層と、が交互に積層された積層体であることを特徴とする光素子。An optical element having a reflecting mirror for reflecting light,
The reflecting mirror is a laminate in which a plurality of semiconductor layers having substantially the same thickness made of a nitride semiconductor containing aluminum and a plurality of organic film layers having substantially the same thickness made of an organic film are alternately stacked. An optical element characterized by being a body. 前記反射鏡が波長λの光を反射する反射鏡であり、前記半導体層の屈折率がｎ_３で膜厚がλ／４ｎ_３であり、前記有機膜層の屈折率がｎ_４で膜厚がλ／４ｎ_４であることを特徴とする請求項１記載の光素子。The reflecting mirror is a reflecting mirror that reflects light having a wavelength λ, the refractive index of the semiconductor layer is n₃ and the film thickness is λ / 4n₃ , and the refractive index of the organic film layer is n₄ and the film thickness is optical device according to claim 1, wherein the lambda / 4n_4. 前記有機膜が、透明な有機系高分子材料を含み、前記透明な高分子材料が、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーネート、ポリジエチレングリコールビスアリルカーボネート、ポリスチレン、硬質ポリ塩化ビニル、スチレン−メタクリル酸メチル共重合体、アクリロニトリル−スチレン共重合体、ポリメタクリル酸シクロヘキシル、ポリ（４−メチルペンテン−１）、のいずれかであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光素子。  The organic film includes a transparent organic polymer material, and the transparent polymer material includes polymethyl methacrylate, polycarbonate, polydiethylene glycol bisallyl carbonate, polystyrene, hard polyvinyl chloride, and styrene-methyl methacrylate. 3. The optical element according to claim 1, wherein the optical element is any one of a polymer, an acrylonitrile-styrene copolymer, polycyclohexyl methacrylate, and poly (4-methylpentene-1). 前記有機膜が、導電性を有する有機材料を含み、前記導電性を有する有機材料が、π電子共役系高分子、直鎖状全π共役系高分子、非共役系高分子、のいずれかであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光素子。  The organic film includes an organic material having conductivity, and the organic material having conductivity is any one of a π-electron conjugated polymer, a linear all-π conjugated polymer, and a non-conjugated polymer. The optical element according to claim 1, wherein the optical element is provided. 前記有機膜が、フォトクロミズムを示す有機材料を含み、前記フォトクロミズムを示す有機材料が、スペロベンゾピラン系高分子、フルギト系分子、ジアリールエテン系分子、シクロファン係分子のいずれかであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光素子。  The organic film includes an organic material exhibiting photochromism, and the organic material exhibiting photochromism is any one of a spirobenzopyran polymer, a fulgite molecule, a diarylethene molecule, and a cyclophane molecule. The optical element according to claim 1. 前記光素子が面発光型素子であり、前記反射鏡を活性層からの光を反射するように配置したことを特徴とする、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の光素子。  The optical element according to claim 1, wherein the optical element is a surface-emitting element, and the reflecting mirror is disposed so as to reflect light from an active layer. 前記光素子が面発光素子であり、活性層からの光を反射する第１の反射鏡と、前記活性層からの光を反射する第２の反射鏡と、が前記活性層を挟み込んで配置され、前記第１の反射鏡と前記第２の反射鏡との少なくとも一方が前記反射鏡であることを特徴とする、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の光素子。  The optical element is a surface light emitting element, and a first reflecting mirror that reflects light from the active layer and a second reflecting mirror that reflects light from the active layer are disposed with the active layer interposed therebetween. 6. The optical element according to claim 1, wherein at least one of the first reflecting mirror and the second reflecting mirror is the reflecting mirror. 前記活性層が窒化物半導体からなることを特徴とする請求項６または請求項７記載の光素子。  8. The optical element according to claim 6, wherein the active layer is made of a nitride semiconductor. 光を反射する反射鏡を備える光素子の製造方法であって、
前記反射鏡を、
アルミニウムを含有する第１の窒化物半導体からなる半導体層と、前記第１の窒化物半導体よりもアルミニウムの含有割合が小さい第２の窒化物半導体からなるエッチング層と、を交互に積層した積層体を形成する工程と、
前記積層体を水素を含有する雰囲気中で加熱することにより、前記積層体の端面に露出した前記エッチング層をエッチングして隣接する前記半導体層の間に間隙を形成する工程と、
前記間隙に有機膜層を形成する工程と、により形成することを特徴とする光素子の製造方法。A method of manufacturing an optical element including a reflecting mirror that reflects light,
The reflector,
A laminate in which a semiconductor layer made of a first nitride semiconductor containing aluminum and an etching layer made of a second nitride semiconductor having a smaller aluminum content than the first nitride semiconductor are alternately laminated. Forming a step;
Heating the stacked body in an atmosphere containing hydrogen to etch the etching layer exposed on the end face of the stacked body to form a gap between the adjacent semiconductor layers;
Forming an organic film layer in the gap, and forming the optical element. 前記水素を含有する雰囲気は、窒素、アンモニア、ヘリウム、アルゴン、キセノン及びネオンのうちの少なくとも１種と水素との混合気体、または水素のみ、のいずれかであることを特徴とする、請求項９記載の光素子の製造方法。  The atmosphere containing hydrogen is any one of nitrogen, ammonia, helium, argon, xenon and neon mixed gas with hydrogen, or only hydrogen. The manufacturing method of the optical element of description. 前記水素を含有する雰囲気は、窒素と水素の混合ガスであることを特徴とする請求項１０に記載の光素子の製造方法。  The method of manufacturing an optical element according to claim 10, wherein the atmosphere containing hydrogen is a mixed gas of nitrogen and hydrogen. 前記第１の窒化物半導体がＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）であり、前記第２の窒化物半導体がＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０≦ｙ＜ｘ）またはＩｎ_ｚＧａ_１−ｚＮ（０≦ｚ≦１）であることを特徴とする請求項９乃至請求項１１のいずれかに記載の光素子の製造方法。The first nitride semiconductor is Al_x Ga_1-x N (0 ≦ x ≦ 1), and the second nitride semiconductor is Al_y Ga_1-y N (0 ≦ y <x) or In_z. It is Ga1_-zN (0 <= z <= 1), The manufacturing method of the optical element in any one of Claim 9 thru | or 11 characterized by the above-mentioned.

Images