(57)【要約】【課題】主に量子井戸または量子ドットを用いた光導波路型半導体光源の構造を簡単化し、デバイス表面の微細構造による光波制御を可能とすること。【解決手段】基板２０と、前記基板上に形成される下部クラッド層３０と、前記下部クラッド層上に形成され該下部クラッド層の屈折率より高い屈折率を有する活性層４０と、前記活性層上に形成され、前記活性層の屈折率より低い屈折率を有し前記下部クラッド層の層厚に比して薄厚の狭窄層５０と、前記狭窄層上に形成される光制御層６０とを具備し、前記狭窄層中の前記光制御層に対応する箇所の周囲が導通を起こさせない性質を有するように構成される。【選択図】図１
2010199158.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成される下部クラッド層と、
前記下部クラッド層上に形成され該下部クラッド層の屈折率より高い屈折率を有する活性層と、
前記活性層上に形成され、前記活性層の屈折率より低い屈折率を有し前記下部クラッド層の層厚に比して薄厚の狭窄層と、
前記狭窄層上に形成される光制御層と
を具備し、
前記狭窄層中の前記光制御層に対応する箇所の周囲が導通を起こさせない性質を有するように構成されることを特徴とする光導波路型半導体。
【請求項２】
前記基板の材料としてＧａ、Ｉｎ、ＡｌおよびＡｓ、Ｓｂ、Ｐ、Ｎを組み合わせたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃ、Ｓｎの組み合わせにより構成されるＩＶ族半導体、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｓを含むＩＩ−ＩＶ族化合物半導体、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｓｉのうちいずれかを含む酸化物材料、有機半導体材料、或いはこれらのいずれかを張り合わせされたもののうちのいずれかを採用し、
前記活性層の材料としてＧａ、Ｉｎ、ＡｌおよびＡｓ、Ｓｂ、Ｐ、Ｎを組み合わせたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃ、Ｓｎの組み合わせにより構成されるＩＶ族半導体、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｓを含むＩＩ−ＩＶ族化合物半導体、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｓｉのうちいずれかを含む酸化物材料、或いは有機半導体材料のいずれかを採用し、
前記狭窄層の材料としてＧａ、Ｉｎ、ＡｌおよびＡｓ、Ｓｂ、Ｐ、Ｎを組み合わせたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃ、Ｓｎの組み合わせにより構成されるＩＶ族半導体、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｓを含むＩＩ−ＩＶ族化合物半導体、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｓｉのうちいずれかを含む酸化物材料、或いは有機半導体材料のいずれかを採用したことを特徴とする請求項１記載の光導波路型半導体。
【請求項３】
前記下部クラッド層及び／もしくは前記狭窄層は、前記活性層の屈折率の略９０％以下の屈折率を有する材料からなることを特徴とする請求項２記載の光導波路型半導体。
【請求項４】
前記活性層には、量子ドット、量子細線、量子井戸、バルクのうちの少なくとも一つが形成されることを特徴とする請求項１記載の光導波路型半導体。
【請求項５】
前記狭窄層中の少なくとも前記光制御層に対応する箇所の周囲について、電気的に高抵抗材料とするか、もしくはｐｎ逆接合による電気的空乏領域に係る構造を採用することを特徴とする請求項１記載の光導波路型半導体。
【請求項６】
前記光制御層は前記活性層の屈折率以上の屈折率を有する材料にて化合物層として形成し、かかる化合物層に所望とする光波に対応する表面微細構造を加工して形成されることを特徴とする請求項１記載の光導波路型半導体。
【請求項７】
請求項１記載の光導波路型半導体において、前記光制御層として光入力端及び光出力端に連接され平面視で互いに分離され別個に電圧調整可能な第１の光制御パターン及び第２の光制御パターンを設け、前記第１の光制御パターンに印加する電圧及び前記第２の光制御パターンに印加する電圧を適合的に調整することにより、これらからの前記出力端での合波における光位相及び／もしくは光強度を制御することを特徴とする光波変調デバイス。
【請求項８】
請求項１記載の光導波路型半導体において、前記光制御層に、平面視で互いに分離され表面に一定のピッチで溝を穿設された複数の並列パターンとこれらの並列パターンに連接された光出力端を設け、前記複数の並列パターンのそれぞれのピッチを異ならしめることを特徴とする光源デバイス。
【請求項９】
請求項１記載の光導波路型半導体において、前記光制御層は平面視で光入力端、中間部及び光出力端を備え、前記中間部の表面に特定の波長が通過できるピッチで溝を穿設したことを特徴とする光波長フィルタ。
【請求項１０】
請求項８記載の光源デバイスもしくは９記載の光波長フィルタを用いて２つの波長に係る光波を生成し、前記２つの波長の差を一定の周波数異ならしめることを特徴とする光周波数差標準器。
【請求項１１】
請求項１記載の光導波路型半導体において、前記光制御層は平面視で光入力端、中間部及び光出力端を備え、前記中間部には断面視で、前記活性層を流れる光の伝播方向と略直交する方向に一定の高さを持つ導波路を一定のピッチで刻設したことを特徴とする面発光型光導波路デバイス。
【請求項１２】
基板上に下部クラッド層を形成し、
前記下部クラッド層上に該下部クラッド層の屈折率より高い屈折率を有する活性層を形成し、
前記活性層の屈折率より低い屈折率を有し前記下部クラッド層の層厚に比して薄厚の狭窄層を前記活性層上に形成し、
前記狭窄層の一定部分を電流非導通化させ、
前記狭窄層の上部の少なくとも前記狭窄層の一定部分に対応する部分に光制御層を形成し、
前記光制御層には表面微細構造を加工して形成した
ことを特徴とする半導体製造方法。
【請求項１３】
前記表面微細構造は所望とする光波に対応する周期構造を加工して形成されることを特徴とする請求項１２記載の半導体製造方法。
【請求項１４】
基板上に下部クラッド層、さらにその上に前記下部クラッド層の屈折率より高い屈折率を有する活性層を形成したのち、前記活性層の屈折率より低い屈折率を有し前記下部クラッド層の層厚に比して薄厚の狭窄層を前記活性層上に形成し、さらに前記狭窄層の一定範囲を電流非導通化し、少なくとも前記狭窄層の一定範囲に対応する箇所の上に光制御層を形成し、前記形成された光制御層に表面微細構造を穿設して作製された光導波路型半導体光源において、
前記活性層に順方向電圧を印加し、
前記印加された電圧による電流によって発生する光放出からレーザ発振させ、
前記発振されたレーザを前記表面微細構造下部の前記活性層近傍を伝播させることで特定の導波路レーザ出力を得ることを特徴とするレーザ生成方法。
【請求項１５】
前記表面微細構造として所望とする光波に対応する周期構造を加工した光導波路型半導体光源において、前記取り出されるレーザは単一波長性レーザであることを特徴とする請求項１４記載のレーザ生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば光導波路型半導体及びその製造方法に係り、特にデバイス表面の微細構造による光波制御を可能とする光導波路型半導体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、量子井戸または量子ドット構造を用いた半導体レーザ等の光導波路型半導体光源の開発では、その活性層を挟むようにミクロンオーダーの厚い二層のクラッド層が必要である。例えば半導体レーザやスーパールミネッセンスダイオードでは一般に上下に厚いクラッド層を設けることで光が閉じ込められている。
【０００３】
図９は、従来例の半導体レーザの構造を示す図である。同図に示すように、従来の半導体レーザの構造は、注入されたキャリア（電子及び正孔）が再結合してこの層の物性に係るバンドキャップエネルギーに応じた波長の光を発光する活性層４０を、上下部に積層した電源と接続するための電極１０、半導体基板２０及び当該活性層４０の接合領域の電子密度及び正孔密度を高めるクラッド層（下部クラッド層３０、上部クラッド層３１）で挟んで構成される。活性層４０内でキャリアが再結合するときに光子の形でバンドキャップに相当するエネルギー、すなわちレーザ光を放出する。上下部のクラッド層は、略１．５μｍから略２μｍの厚さで、バンドのエネルギーギャップが大きく、屈折率は活性層４０のそれより低い。したがって、活性層４０内で発生したレーザ光は、上下部のクラッド層の境界面で繰り返し反射し、活性層４０内を伝播する。これにより、レーザ光の発振を励起させつつ、レーザ光が活性層４０外に拡散することを抑制するため、出力を増幅することができる。すなわち、光の分布は図の点線内に閉じ込められる。
【０００４】
たとえば、非特許文献１では、デバイス表面から単一波長の光やポンプ光を出力するために、張り合わせ加工やエッチング加工等による表面加工法を行う技術的思想を開示している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｑｕｓａｉ−ｐｈａｓｅ−ｍａｔｈｃｅｄ  ａｄｈｅｒｅｄ  ｒｉｄｇｅ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  ＬｉＮｂｏ３  ＡＰＰＬＩＥＤ  ＰＨＹＳＩＣＳ  ＬＥＴＴＥＲ  ８９，１９１１２３（２００６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、これまでの半導体レーザやスーパールミネッセンスダイオード等の光導波路半導体光源は、レーザ光を活性層内に安定に閉じ込めるため、厚い上部のクラッド層の下方に局在する光波に対して制御を行うには、発振領域を制限する深堀エッチング等の高アスペクト比の構造が必要であった。略１．５μｍから２μｍの厚みのクラッド層に対し、光の波長に合わせた数百ｎｍの周期構造としてエッチングすることは、高難度の加工技術を要するため、デバイスの製造工程に影響を及ぼす。
【０００７】
また、このような場合、精密な加工技術や設定条件がなければ、エッチング形状にバラつきが生じ、活性層領域の幅が変化するため、横モードの制御や閾値電流の不安定性等が発生しやすくなり、歩留まりの低下等も招く。
【０００８】
さらに、非特許文献１で開示する技術的思想では、デバイス表面の加工において表面近傍から出力する光の波長等を操作できない。
【０００９】
すなわち、クラッド層に閉じ込められたレーザ光に対し、外部構造から付加的に影響を与えることが困難であった。したがって、レーザ光の光分布や波長を制御することはできなかった。
【００１０】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するべく、主に量子井戸または量子ドットを用いた光導波路型半導体光源の構造を簡単化し、デバイス表面の微細構造による光波制御を可能とすることを目的とする。具体的には、例えば半導体レーザやスーパールミネッセンスダイオード等の光導波路型半導体光源において、新構造によって、デバイス表面にエバネッセント光波しみ出しを生成させ、この新構造の表面微細構造の影響を光波に与え得る光導波路型半導体及び同半導体製造方法を提供することを目的とする。さらに詳細には、従来に比して製造工程及び時間（工期）の短縮を実現し、多品種光源の一括作製も可能とする光導波路型半導体及び同半導体製造方法を提供することを目的とする。また、より簡便及び／または経済効率が高く、所望のレーザ、たとえば単一波長性の高いレーザ等を生成できるレーザ生成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
かかる課題を解決するために、本願に係る発明者らは、研究及び実験を重ねた結果、従来の２層クラッドの上部クラッド層を取り除きつつ、光を上部に押し上げること、その上で更に活性層上部の抑え構造として屈折率の高い化合物等を用い、この抑え構造の表面にいろいろな加工を施すようにすれば、生成される光波に影響を与え得、レーザを制御できることを着想するに至った。すなわち、本願に係る光導波路型半導体は、基板と、前記基板上に形成される下部クラッド層と、前記下部クラッド層上に形成され該下部クラッド層の屈折率より高い屈折率を有する活性層と、前記活性層上に形成され、前記活性層の屈折率より低い屈折率を有し前記下部クラッド層の層厚に比して薄厚の狭窄層と、前記狭窄層上に形成される光制御層とを具備し、前記狭窄層中の前記光制御層に対応する箇所の周囲が導通を起こさせない性質を有するように構成される。
【００１２】
上記構成によれば、活性層に順方向に電圧を加えて電流を流すことで活性層に係るエネルギーギャップに相当する光が放出されこの放出光が伝導帯電子を刺激して誘導放出を促すことでレーザ発振を起こす過程において、断面的に見て、狭窄層の光制御層対応部分の周囲の構造・物性から、電流狭窄及び光モードの横方向閉じ込めが行われる。さらに、活性層にて発振されたレーザは、狭窄層の薄さとその上に積層される光制御層の屈折率により半導体デバイスの表面近傍にまでしみ出す。これにより、デバイス表面（すなわち光制御層の表面）による影響を活性層を伝播する光波に対して与えることが可能となる。換言すれば、（表面から光波制御をできることになるので）レーザ作製後であっても、半導体デバイスの表面を追加工することで、レーザ光波を制御することが可能となる。
【００１３】
狭窄層部分は極めて薄い構造であり、かつ下部クラッド層はミクロンオーダーの厚い構造になることから、本願に係る光導波路半導体光源は、シングルクラッド光デバイスと称することが可能である。
【００１４】
ここで、「狭窄層中の光制御層に対応する箇所の周囲が導通を起こさせない性質」とは、非狭窄部分（すなわち、狭窄層中における上部の光制御層に対応する箇所）に電流を集中して流すようにその経路を制限するものである。これにより、キャリアの再結合する面積が限定されるため、発生する光を横方向から閉じ込めることができる。また、光の反射・屈折を考慮して、狭窄層屈折率は活性層屈折率の略９０％以下であることが好ましい。なお、狭窄層の寸法及び狭窄部分と非狭窄部分との割合に特に限定はない。
【００１５】
また、光制御層とは、一定以上の屈折率を有する狭窄層の上部に設けることで、下部クラッド層方向に光波が閉じ込められるのを防止し、光波を上部方向に引き上げるためのものであり、これにより、デバイス表面に光がしみ出す方向に伝播する光波に対して影響を与えるものである。光制御層の寸法（特に、厚み寸法）及び形状に限定はないが、光が活性層に分布し、かつデバイス表面近傍に局在することを可能にするものであることが好ましい。この光制御層の材質の選定、及び／またはその厚み寸法もしくは形状等の選択を適宜行うことにより、発振されるレーザに係る光波の分布・伝播位置を任意に操作することができる。また、光の反射・屈折を考慮して、光制御層屈折率は活性層屈折率以上であることが好ましい。
【００１６】
狭窄層に係る非導通化部分（すなわち、狭窄層中の光制御層に対応する箇所の周囲部分であって、導通を起こさせない性質を備えた部分）を、光制御層の真下に非狭窄部分がくるように位置付けることもできる。この場合、当該非狭窄部分の幅が、光制御層の幅と同一或いはそれ以下になることが好ましい。
【００１７】
また、上記構成において、前記基板の材料としてＧａ、Ｉｎ、ＡｌおよびＡｓ、Ｓｂ、Ｐ、Ｎを組み合わせたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃ、Ｓｎの組み合わせにより構成されるＩＶ族半導体、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｓを含むＩＩ−ＩＶ族化合物半導体、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｓｉのうちいずれかを含む酸化物材料、有機半導体材料、或いはこれらのいずれかを張り合わせされたもののうちのいずれかを採用し、前記活性層の材料としてＧａ、Ｉｎ、ＡｌおよびＡｓ、Ｓｂ、Ｐ、Ｎを組み合わせたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃ、Ｓｎの組み合わせにより構成されるＩＶ族半導体、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｓを含むＩＩ−ＩＶ族化合物半導体、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｓｉのうちいずれかを含む酸化物材料、或いは有機半導体材料のいずれかを採用し、前記狭窄層の材料としてＧａ、Ｉｎ、ＡｌおよびＡｓ、Ｓｂ、Ｐ、Ｎを組み合わせたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃ、Ｓｎの組み合わせにより構成されるＩＶ族半導体、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｓを含むＩＩ−ＩＶ族化合物半導体、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｓｉのうちいずれかを含む酸化物材料、或いは有機半導体材料のいずれかを採用するものであってもよい。
【００１８】
上記各種の材料や化合物を使用することによって、各種材料・化合物に相応するエネルギーギャップが定義でき、所望とする光波の性質、環境、精度、製造コスト・期間等に順応した材料を適宜選択しつつ最適な製造環境によって所望の光を生成することが可能となる。さらに、それぞれの材料の持つ物性から、本願の目的とするところを達成するに当たり、素材の組合せの自由度を拡大することが可能となる。
【００１９】
また、上記構成において、前記下部クラッド層及び／もしく前記狭窄層は、前記活性層の屈折率の略９０％以下の屈折率を有する材料からなるようにしてもよい。
【００２０】
上記のように下部クラッド層の屈折率を活性層の屈折率の略９０％以下とすることで、下部クラッド層／もしく狭窄層への光波の散乱をより強く抑制し、レーザの発振強度を高めることが可能となる。
【００２１】
また、上記構成において、前記活性層には、量子ドット、量子細線、量子井戸、バルクのうちの少なくとも一つが形成されるようにしてもよい。
【００２２】
かかる構成により、量子ドット、量子細線、量子井戸、バルクのいずれかによって、活性層のエネルギー帯が高くなり電子が多くたまりやすくなることから、発振をより促進することができる。なお、これらの薄い活性層はたとえば、分子線エピタキシー法、スパッタ法、もしくは有機金属気相成長法等によって形成してよい。
【００２３】
また、上記構成において、前記狭窄層中の少なくとも前記光制御層に対応する箇所の周囲について、電気的に高抵抗材料とするか、もしくはｐｎ逆接合による電気的空乏領域に係る構造を採用するようにしてもよい。
【００２４】
かかる構成により、狭窄層のうち光制御部の下に位置する箇所の周囲に電流導通が略発生しないために、狭窄層の当該部分に伝播される光波の横方向の閉じ込めがより確実に果たされる。
【００２５】
また、上記構成において、前記光制御層は前記活性層の屈折率以上の屈折率を有する材料にて化合物層として形成し、かかる化合物層に所望とする光波に対応する表面微細構造を加工して形成されるようにしてもよい。
【００２６】
かかる構成により、発振され活性層中を伝播する光波は、光制御層の屈折率が活性層屈折率以上であることから、上記構造により余計に上側に引っ張られて表面にしみ出し、よってデバイス表面の影響をより強く受けることにようにすることが可能となる。このときに、この光制御層たる化合物層に所望とする光波に対応する表面微細構造を加工することで、例えば単一波長性の高いレーザ光源、高出力光源、出力が面方向となる光源、分散制御された光源などの高機能光源デバイスの作製が可能と期待される。この場合、表面微細構造の例としては周期構造を採用した場合には、導波路レーザ出力を面方向の光出力として得ることができる。より具体的には、エッチングによって一定のピッチ及び／もしくは深さで構造を穿設すれば、たとえばこのピッチを光波の周期を整数倍とすることで、所定波長の光波のみを収束させ、それ以外の光波を散乱させることができる。
【００２７】
表面微細構造とは、上部光制御層の表面にエッチング等の微細加工を施すことで一定の形状、寸法、ピッチ等を有する光導波路を構築するものを含んでいる。当該表面微細加工は、アスペクト比が略１となる比較的容易な加工であり、これまでのような深堀エッチング等の高アスペクト比・高難度の加工が不要である。具体的には、たとえば、光入力端と光出力端との間の経路を分岐し、当該分岐された各経路の電圧調整により位相や強度の異なる光を出力する構造、光の進行方向と略並行し周期の異なる溝を加工した一又は複数或いはそれらの組み合わせからなる経路により単一波長或いは多波長の光を出力する構造、光の進行方向と略垂直で表面から上方に光を出力する構造等として実現してもよい。
【００２８】
本願の上記課題の解決に当たっては、上記光導波路型半導体において、前記光制御層として光入力端及び光出力端に連接され平面視で互いに分離され別個に電圧調整可能な第１の光制御パターン及び第２の光制御パターンを設け、前記第１の光制御パターンに印加する電圧及び前記第２の光制御パターンに印加する電圧を適合的に調整することにより、これらからの前記出力端での合波における光位相及び／もしくは光強度を制御することを特徴とする光波変調デバイスとして構成するものであってもよい。
【００２９】
かかる構成によれば、入力端からＡ（第１の光制御パターン）とＢ（第２の光制御パターン）の経路に分離し、出力端で合波させる。この際にＡとＢの電圧の調整で出力端の光位相・光強度を制御できる。これにより、所望の光波を簡単な構造で得ることができる。
【００３０】
本願の上記課題の解決に当たっては、上記光導波路型半導体において、前記光制御層に、平面視で互いに分離され表面に一定のピッチで溝を穿設された複数の並列パターンとこれらの並列パターンに連接された光出力端を設け、前記複数の並列パターンのそれぞれのピッチを異ならしめることを特徴とする光源デバイスとして構成するものであってもよい。
【００３１】
かかる構成によれば、たとえば、３つの並列パターンを設けた場合に、当該３パターンに係る３経路について、それぞれ表面に周期の異なる溝を加工していることから、レーザとして、それぞれの経路についてそれぞれ該当する異なる３種類の波長の光が出力されることになる。したがって、光を集積する光集積デバイスとしても、或いは多波長光源デバイスとしても実現されることが可能となる。
【００３２】
本願の上記課題の解決に当たっては、上記光導波路型半導体において、前記光制御層は平面視で光入力端、中間部及び光出力端を備え、前記中間部の表面に特定の波長が通過できるピッチで溝を穿設したことを特徴とする光波長フィルタとして構成するものであってもよい。
【００３３】
かかる構成によれば、たとえば、平面的パターンとして表面に特定の波長（たとえばλ0）が通過できる一定周期の溝が加工されることで、入力端から入った光のλ0の成分のみを透過させるデバイスが実現されることとなる。これにより、たとえば、これを複数の並列パターンの配設と併せ構成させることにより、集積光波長フィルタの作製が可能となる。
【００３４】
本願の上記課題の解決に当たっては、上記構成の光源デバイスもしくは上記構成の光波長フィルタを用いて２つの波長に係る光波を生成し、前記２つの波長の差を一定の周波数異ならしめることを特徴とする光周波数差標準器として構成するものであってもよい。
【００３５】
かかる構成によれば、複数並列パターンの穿設による多波長光源もしくは単一パターン上での一定ピッチの溝の穿設による光波長フィルタを用いて２つの波長を生成し、この波長の差は一定の光周波数だけ離れたものとなるので、デバイスがコンパクトに実現でき、温度影響が小さいため標準器として利用できる。
【００３６】
本願の上記課題の解決に当たっては、上記光導波路型半導体において、前記光制御層は平面視で光入力端、中間部及び光出力端を備え、前記中間部には断面視で、前記活性層を流れる光の伝播方向と略直交する方向に一定の高さを持つ導波路を一定のピッチで刻設したことを特徴とする面発光型光導波路デバイスとして構成するものであってもよい。
【００３７】
かかる構成によれば、活性層の光波の伝播方向とは略直交し、一定の高さを有する導波路が一定ピッチで構成されているために、デバイス上部へ向けて半導体面から上方に光を出力することが可能となる。したがって、デバイス全体として見た場合に、面発光型デバイスとして実現されることとなる。
【００３８】
さらに、上記課題を解決するために、本願に係る半導体製造方法は、基板上に下部クラッド層を形成し、前記下部クラッド層上に該下部クラッド層の屈折率より高い屈折率を有する活性層を形成し、前記活性層の屈折率より低い屈折率を有し前記下部クラッド層の層厚に比して薄厚の狭窄層を前記活性層上に形成し、前記狭窄層の一定部分を電流非導通化させ、前記狭窄層の上部の少なくとも前記狭窄層の一定部分に対応する部分に光制御層を形成し、前記光制御層には表面微細構造を加工して形成する構成を備える。
【００３９】
かかる構成によれば、こうして生成される光波は上記のとおり、デバイス表面の影響を容易に受けることができ、所望の光波とすることが可能となる。そして、このデバイスの製造にあたり、これまで、厚い上部クラッド層の下に局在する光波へ、加工された構造の影響を与えるために必要であった、深堀エッチングなどの高アスペクト比、高難度の加工技術が不要となる。つまり、上記構成の新構造によれば、表面への微細構造加工としては、低アスペクト比の加工であるため高難度によらない半導体プロセスにより可能である。これによりレーザ製造工程・時間の短縮につながるほか、多品種光源の一括作製も可能となる。
【００４０】
このとき上記構成において、前記表面微細構造は所望とする光波に対応する周期構造を加工して形成されるようにしてもよい。
【００４１】
かかる構成によれば、デバイス表面の影響をより強く受けることにようにした上で、光制御層たる化合物層に所望とする光波に対応する周期構造を加工することで、導波路レーザ出力を面方向の光出力として得ることができる。たとえば光制御層としてエッチング加工において一定のピッチ及び／もしくは深さを採用することで、単一波長性の高いレーザ光源、高出力光源、出力が面方向となる光源、分散制御された光源などの高機能光源デバイスの作製が可能と期待される。
【００４２】
さらに、上記課題を解決するために、本願に係るレーザ生成方法は、基板上に下部クラッド層、さらにその上に前記下部クラッド層の屈折率より高い屈折率を有する活性層を形成したのち、前記活性層の屈折率より低い屈折率を有し前記下部クラッド層の層厚に比して薄厚の狭窄層を前記活性層上に形成し、さらに前記狭窄層の一定範囲を電流非導通化し、少なくとも前記狭窄層の一定範囲に対応する箇所の上に光制御層を形成し、前記形成された光制御層に表面微細構造を穿設して作製された光導波路型半導体光源において、前記活性層に順方向電圧を印加し、前記印加された電圧による電流によって発生する光放出からレーザ発振させ、前記発振されたレーザを前記表面微細構造下部の前記活性層近傍を伝播させることで特定の導波路レーザ出力を得る構成を具備する。
【００４３】
かかる構成によれば、活性層内における電圧の印加により発振され活性層中を伝播する光波は、光制御層の屈折率が活性層屈折率以上であるために、上記構造により余計に上側に引っ張られて表面にしみ出すことから、光制御層の表面に穿設されたエッチング加工の影響を受ける。したがって、加工された表面微細構造を変化させることで、例えば単一波長性の高いレーザ光源、高出力光源、出力が面方向となる光源、分散制御された光源などの高機能光源デバイスの作製が可能となる。たとえば表面微細構造の例として、化合物層に所望とする光波に対応する周期構造を加工することで、導波路レーザ出力を面方向の光出力として得ることができる。また、たとえばエッチング加工によって一定のピッチ及び／もしくは深さを所定の光波に適合するように選択することで、一定の物性を有する光波のみを選択的に伝播させることができる。
【００４４】
このとき上記構成において、前記表面微細構造として所望とする光波に対応する周期構造を加工した光導波路型半導体光源において、前記取り出されるレーザは単一波長性レーザであるようにしてもよい。
【００４５】
かかる構成によれば、光制御層として光波に対応する周期構造（たとえばエッチング加工によって穿設された一定のピッチ及び／もしくは深さの周期的構造）が表面に形成されるので、当該所定ピッチと（整数倍すれば）波長の合う光波が選択的に伝播され、そうでない波長の光波を散乱させることで、単一の所定波長の光波のみを増幅させて取り出すことができる。
【発明の効果】
【００４６】
本願によれば、例えば単一波長特性の良いレーザ、レーザ結晶作製後の光源の多品種化にともなう生産効率向上、光源の波長特性制御が可能となる。従来作製技術に比べて、レーザ本体が薄型にでき使用レアメタル材料の低量化なども期待される。
【００４７】
本願によれば、発振され活性層中を伝播する光波は、光制御層の屈折率が活性層屈折率以上であることから、上記構造により余計に上側に引っ張られて表面にしみ出し、よってデバイス表面の影響をより強く受けることにようにすることが可能となる。このときに、この光制御層たる化合物層に所望とする光波に対応する表面微細構造を加工することで、例えば単一波長性の高いレーザ光源、高出力光源、出力が面方向となる光源、分散制御された光源などの高機能光源デバイスの作製が可能と期待される。したがって、たとえば表面に発生するエバネッセント光を利用することにより、表面吸着分子のセンシングなどが可能となる。
【００４８】
本願によれば、例えば単一波長特性の良いレーザ、レーザ結晶作製後の光源の多品種化に伴う生産効率向上、光源の波長特性制御等が可能となる。
【００４９】
本願によれば、上部クラッド層が極めて薄く、デバイス表面から下部クラッド層までの距離も短いため、下部クラッド層に局在する光に対して活性層上部に設けた狭窄層及び光制御層の影響を容易に伝えることができる。すなわち、狭窄層の狭窄度合いや光制御層の厚み寸法或いは形状によって、活性層で発生する光を所望の状態で取り出したり外部に放射したりすることができる。したがって、深堀エッチング等の高アスペクト比・高難度加工が不要で、従来のデバイス製造プロセスで高出力なシングルクラッド光源デバイスを得ることができる。
【００５０】
また、本願によれば、狭窄層により横方向から光を閉じ込め、かつ活性層で発生した光が、真上に存在する光制御部の影響をより受けやすくすることができる。したがって、狭窄層の製造時間に変更なく、狭窄層と光制御層との位置関係を考慮することで、より一層高出力なシングルクラッド光源デバイスを得ることができる。
【００５１】
また、本願によれば、光制御層に簡易な加工で作製することができる表面微細構造により、所望の位相や強度の光及び所望の波長の光を発生させることができる。したがって、深堀エッチング等の高アスペクト比・高難度加工が不要であり、アスペクト比が略１となる加工で足り、製造工程・時間の短縮が実現する。さらに、表面微細構造の形状によっては一つのデバイスから多波長の光を出力することも可能であるため、多品種光源デバイスを安価に得ることができる。
【００５２】
また、本願によれば、狭窄層は電気的に高抵抗な材料、絶縁体及び電流導通が発生しない構造から選択されるいずれかであればよい。したがって、製造時間やコストに見合ったシングルクラッド光源デバイスを得ることができる。
【００５３】
また、本願によれば、光制御層に係る材料が上記記載のいずれかでよいため、品質を落とすことなく所望の波長を出力するシングルクラッド光源デバイスを得ることができる。
【００５４】
また、本願によれば、活性層の上部には上記記載のいずれかの材料・構造に係る狭窄層を形成し、好適には当該狭窄層に係る非狭窄部分と垂直に光制御層を形成し、所望の波長や位相・強度の光を出力できるように光制御層の表面に上記記載のいずれかの微細構造をエッチング等で刻設するので、単一波長性の高いレーザ光源、高出力光源、出力が面方向となる光源及び分散制御された光源等の高機能光源デバイスを作製することができる。すなわち、高アスペクト比・高難度加工の不要な、従来の半導体製造プロセスによりこれらのデバイスを作製できるため、多品種光源の一括作製も実現する。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施形態に係るシングルクラッド光デバイス１における光導波路半導体光源の構造を断面視した図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るシングルクラッド光デバイス１の断面における光導波状態を上斜め方向から斜視した図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態に係るシングルクラッド光デバイス１の上部光制御層６０の厚さｈを変化させた時の光モードシミュレーション結果を示す図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態に係るシングルクラッド光デバイス１の上部光制御層６０の厚さｈを変化させた時の光モードシミュレーション結果を示す図である。
【図３Ｃ】本発明の一実施形態に係るシングルクラッド光デバイス１の上部光制御層６０の厚さｈを変化させた時の光モードシミュレーション結果を示す図である。
【図３Ｄ】本発明の一実施形態に係るシングルクラッド光デバイス１の上部光制御層６０の厚さｈを変化させた時の光モードシミュレーション結果を示す図である。
【図３Ｅ】本発明の一実施形態に係るシングルクラッド光デバイス１の上部光制御層６０の厚さｈを変化させた時の光モードシミュレーション結果を示す図である。
【図３Ｆ】本発明の一実施形態に係るシングルクラッド光デバイス１の上部光制御層６０の厚さｈを変化させた時の光モードシミュレーション結果を示す図である。
【図３Ｇ】本発明の一実施形態に係るシングルクラッド光デバイス１の上部光制御層６０の厚さｈを変化させた時の光モードシミュレーション結果を示す図である。
【図３Ｈ】本発明の一実施形態に係るシングルクラッド光デバイス１の上部光制御層６０の厚さｈを変化させた時の光モードシミュレーション結果を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る別の上部光制御層６０を上から見た状態図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る更に別の上部光制御層６０を上から見た状態図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る更に別の上部光制御層６０を上から見た状態図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る更に別の上部光制御層６０を断面視した図である。
【図８】フォトニック結晶の参考図である。
【図９】従来例の半導体レーザの構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。なお、以下では、本発明の目的を達成するための説明に必要な範囲を模式的に示し、本発明の該当部分の説明に必要な範囲を主に説明することとし、説明を省略する箇所については公知技術によるものとする。
【００５７】
図１は、本発明の一実施形態に係るシングルクラッド光デバイス１における光導波路半導体光源の構造を示した断面概略図である。同図に示すとおり、シングルクラッド光デバイス１の構造は、電源と接続するための電極１０、半導体基板２０、活性層４０の接合領域の電子密度及び正孔密度を高める下部クラッド層３０、注入されたキャリアが再結合しバンドキャップエネルギーに応じた波長の光を発光する活性層４０、両端から酸化させて電流を狭窄し光モードを横方向に閉じ込める狭窄層５０、レーザ光の発振波長を固定する光制御層６０を積層して構成される。
【００５８】
半導体基板２０は、電極１０と下部クラッド層３０との間に挿入するもので、その材料は、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｌ及びＡｓ、Ｓｂ、Ｐ、Ｎのうち複数の組み合わせにより構成されるＩＩＩ―Ｖ族化合物半導体、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃ、Ｓｎのうち複数を組み合わせにより構成されるＩＶ族半導体、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｓを含むＩＩ−ＩＶ族化合物半導体、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｓｉのうちいずれかを含む酸化物材料、有機半導体材料から選択される構成としてもよい。なお、これらの材料で構成される基板同士を張り合わせて形成される基板でもよい。
【００５９】
下部クラッド層３０は、活性層４０の接合領域の電子密度及びホール密度を高め、活性層４０にレーザ光を閉じ込めることを可能にする屈折率及び材質を有する層で、その屈折率は活性層４０の屈折率より低く、活性層４０の屈折率の略９０％以下であるのが好ましい。寸法は略１．５μｍから２μｍの厚みを有している。高出力半導体レーザとしては、ＡｌＧａＡｓやＡｌＧａＩｎＰを用いることがあるが、材質について特に限定はなく、上記半導体基盤２０を構成するＩＩＩ―Ｖ族化合物半導体、ＩＶ族半導体、ＩＩ−ＩＶ族化合物半導体、酸化物材料、有機半導体材料のいずれでもよい。
【００６０】
活性層４０は、注入されたキャリアが再結合し、この層の物性であるバンドギャップエネルギーに応じた波長のレーザ光を発光する層であり、上記半導体基板２０で記載したＩＩＩ―Ｖ族化合物半導体、ＩＶ族半導体、ＩＩ−ＩＶ族化合物半導体、酸化物材料、有機半導体材料を利用することができるが、半導体基板２０と同じ材料でなくてもよい。また、活性層４０の構造として、１次元の方向から電子の移動を制限する量子井戸構造、２次元の方向から電子の移動を制限する量子細線構造、３次元全ての方向から移動方向を制限する量子ドット構造、１種類の元素組成の材料のみからなるバルク構造のいずれかが形成されていてもよい。
【００６１】
狭窄層５０は、活性層４０と上部の光制御層６０との間に挿入し、狭窄層５０中の光制御層６０に対応する箇所（非狭窄部分）の周囲部分（非導通化部分）について、横方向からたとえば酸化して非導通化処理を行う。これにより、レーザ光の分布を横方向及び光制御層６０の直下に閉じ込める。仮に活性層４０の上部にクラッド層がないと、上部は大気（真空状態を含む。）であり、その屈折率は下部クラッド層３０の屈折率よりも低い（屈折率は略１）。したがって、そのままではレーザ光が大気から離れるように下部クラッド層３０方向に逃げていってしまい、光分布が活性層４０と重ならないためレーザ光として品質面で機能しなくなることになる。こうした事態を防ぐため狭窄層５０を挿入することで、屈折率を大気に係るそれよりも向上させ、レーザ光が下方向に逃げず、上部に引っ張るようにするものである。また、レーザ光を発光するために電流を流す上部の電極１０と活性層４０との距離を、狭窄層５０を挟んで離すことで、金属素材の電極１０によるレーザ光の発散を抑制し、横方向に光の分布を閉じ込めることができる。
【００６２】
したがって、狭窄層５０が電流を絞り込む目的のため絶縁性を有し、活性層４０との境界面でレーザ光が全反射するように、狭窄層５０の屈折率は活性層４０の屈折率の略９０％以下であるのが好ましい。また、狭窄層５０は電気的に高抵抗（キロオーム以上）材料、或いはｐｎ逆接合による電気的な空乏領域による電流導通が発生しない構造が好ましく、半導体基板２０を構成するＩＩＩ―Ｖ族化合物半導体、ＩＶ族半導体、ＩＩ−ＩＶ族化合物半導体、酸化物材料、有機半導体材料のいずれを用いてもよい。さらに、狭窄層５０は絶縁体として、空気、真空、絶縁プラスチック、誘電体としてもよい。なお、図示する狭窄層５０は、一例として下部クラッド層と同じ化合物（たとえばＧａＡｓ）によって形成させた上で光制御層６０の直下近傍部分を囲むように酸化させて形成される構造を断面視したものである。当該近傍部分の寸法として特に限定はないが、上部光制御層６０に係る表面微細構造の真下に近い範囲の値とし、表面微細構造の幅よりも広いほうが好ましい。
【００６３】
上部の光制御層６０は、狭窄層５０と上部の電極１０との間に挿入し、活性層４０から発振されるレーザ光を安定化させて上部に引き上げる働きを有する層である。詳細には、（従来の２層のクラッド構造から）上部クラッド層を取り除いて極端に薄い狭窄層５０を形成した上で、屈折率が比較的に大きい光制御層６０を一定層厚分形成したことで、レーザ光が下部クラッド層方向に引っ張られることなく半導体デバイス表面にしみ出す。したがって、デバイス表面に微細構造を刻設すれば、当該微細構造の形状、寸法、構造等により生じる影響を活性層４０を伝播する光波に与えることが可能となる。つまり、光分布をデバイス表面近傍に持ち上げることができるので、高アスペクト比、高難度の加工技術を利用することなく、外部構造の加工のみで光波を制御することができることとなる。この場合、光波に当該微細構造の影響を与えることができる程度の深さまでエッチング等の加工することが好ましく、横方向を略数百ｎｍ、深さ方向を横方向と同程度に略数百ｎｍとすると、アスペクト比が略１となるため加工しやすい。また、光制御層６０の厚み寸法を厚くするほど（屈折率が高いために）光は持ち上げられることになり、当該エッチングにより形成した微細構造の影響を与えるという観点からは厚く設定することがよいと考えられる一方で、光分布の鉛直方向の配置位置としては、活性層４０近傍に保つことがレーザ光の品質の観点からは好ましいので、この面からは光制御層６０の厚み寸法の最適値が一定範囲に限定されることになる。なお、光制御層６０の厚み寸法と光分布との関係及び光制御層６０の厚み寸法の最適値範囲については、後述する。
【００６４】
したがって、レーザ光の光分布及び発振波長は、微細構造の形状、構造、寸法（エッチングの深さ）及び光制御層６０の厚み寸法等に応じて変化させることができる。すなわち、エッチング深さ、形状、構造及び／または光制御層６０の厚み寸法を調整することで、所望の光分布及び／または発振波長を有するレーザ光の出力が実現する。なお、図示する微細構造は、光伝播方向にレーザ光の周期構造を形成するエッチングにて形成する一例である。この場合の光伝播方向は、紙面に向かう方向とする。また、光制御層６０は、その屈折率が活性層４０の屈折率以上が好ましく、その材料に限定はなく、半導体基板２０を構成するＩＩＩ―Ｖ族化合物半導体、ＩＶ族半導体、ＩＩ−ＩＶ族化合物半導体、酸化物材料、有機半導体材料のいずれでもよい。
【００６５】
次に、本願に係るシングルクラッド光デバイス１の光分布及び光導波の作用及び動作状態を説明する。
【００６６】
図２は、本発明の一実施形態に係るシングルクラッド光デバイス１を一定の断面で仮想的に切断し、このときの光導波状態を上斜め方向から斜視した略透視図である。同図に示すとおり、レーザ光は活性層４０内でキャリアが再結合しバンドギャップに相当するエネルギーとして放出され、図示する矢印の方向に伝播する。このとき、狭窄層５０の絶縁性により電流が中央部に絞りこまれるため、レーザ光の分布を横方向に閉じ込めることができる。
【００６７】
発振したレーザ光は、下部クラッド層３０の屈折率が活性層４０の屈折率の９０％以下と低いため、レーザ光が下方向へ伝播して発散することを抑制されて活性層４０近傍にとどまって伝播することになる。一方、薄厚である狭窄層５０の屈折率が活性層４０の屈折率の９０％以下と低く、光制御層６０の屈折率が活性層４０の屈折率より高いために、光波は上方向へ引っ張られて伝播することになる。結果的に、光波は図１及び図２におけるＡ部に閉じ込められて伝播することとなる。なお、狭窄層５０の非狭窄部分の真上には金属部分がないため、光が拡散することなくスムーズに光制御層６０に導かれる。
【００６８】
ここにおいて、光制御層６０に形成した表面微細構造７０の寸法及び厚み寸法に応じた影響を受けて、レーザ光の発振波長を操作することができる。図示する表面周期構造７０によれば、ある特定の波長の光のみを周波数を合わせて発振させ、その他の光は散乱させるため、所望の波長の光による高出力レーザとして利用できる。さらに、表面微細構造７０のエッチング幅を広げ／狭めたり、ピッチを増減させたりすると、別の波長の発振も生じて光を閉じ込めることができる。この場合、異なった波長の光が表面構造材質と空気との屈折率の高低差により反射するマルチモードとすれば出力を２倍として得ることも可能であるとも考えられる。
【００６９】
したがって、レーザ光の光分布は点線の範囲Ａ内に閉じ込められ、それに応じた発振波長を有する光波を生成することができる。
【００７０】
図３Ａ乃至図３Ｈは、本発明の一実施形態に係るシングルクラッド光デバイス１の光制御層６０の厚さｈを変化させたときの光モードシミュレーション結果を示す図である。図３Ａはｈ＝０．３μｍで、以降図３Ｂ乃至図３Ｈは、ｈを０．１μｍずつ増やしたシミュレーション結果である。本シミュレーションでは、図１及び２に示す電流狭窄幅Ｌ１＝８μｍで一定とする。また、各図内のＹ軸方向の矢印は、活性層４０を示す。図３Ａはｈ＝０．３μｍであり、活性層４０に最も光分布が集中していることが認められる。次に、図３Ｂはｈ＝０．４μｍであり、光分布が活性層４０より縦方向上部に移動していることが認められる。すなわち、光制御層６０のｈが増加すると、光制御層６０の屈折率が高いために、光分布も上方向に移動するものであると考えられる。つまりはデバイス表面に光分布が近くなるわけであり、その分表面から（たとえば表面微細構造を設けることで）光波を制御できることになる。これはレーザ光を外部構造により操作できる本願に係るシングルクラッド光デバイス１の最大の特徴の一つを明確に示すものである。従来の半導体レーザでは、上部クラッド層がミクロンオーダーで厚いため、このような加工がしやすい表面微細構造等の外部構造のみでは光をデバイス表面に出すことは不可能であった。本願では、この表面からのレーザ光制御を、簡便な構造で実現するものである。
【００７１】
さて、同図において、さらにｈを増加させると、図３Ｃから図３Ｈに示すように光分布は活性層４０から縦方向上側に離れていくことが確認できる。すなわち、ｈを増やせば所望の波長を有する光を表面近傍に分布させることができる。しかし一方で、レーザ光として高品質に機能させるためには活性層４０に被らせる必要がある。別言すれば発光する材料とする活性層４０に光の分布がないと、レーザとしての質が悪いものになってしまう。レーザとしての質とは、たとえばレーザの発振閾値で、閾値が高くなると消費電力が増大すること等を意味する。
【００７２】
以上よりしたがって、ｈ＝０．５μｍ近傍にすることで、レーザ光の低閾値を維持しつつ、光モードが表面近傍に局在する最適な構造となることが明らかになった。なお、レーザ光の光モードを表面近傍にするか否かは、用途に応じて任意に行えばよい。
【００７３】
また、光制御層６０の外部構造を変えることで、種々の用途が生まれる。次にこの点について詳述する。
【００７４】
図４は、本発明の一実施形態に係る別の光制御層６０を上から見た状態図である。同図に示すとおり、光制御層６０は一つの経路の光入力端から所定の距離で経路を分岐し、光出力端で一つの経路になるものである。したがって、レーザ光は光入力端から入射し、分岐経路に沿って流れ、光出力端手前で同経路となる。これにより、第一の経路と第二の経路との電圧調整で光の位相や強度等を別個に設定・制御することで、光導波路デバイスとして利用できる。なお、経路の数に限定はない。
【００７５】
図５は、本発明の一実施形態に係る更に別の光制御層６０を上から見た状態図である。同図に示すとおり、光制御層６０は周期構造の異なる溝を加工した複数の光入力端と一つの光出力端から成るものである。同図において、第一の経路はλ１、第二の経路はλ２、第三の経路はλ３の周期構造であり、各経路に係る周期の単一波長を持った光が通過し、光出力端でλ１、λ２及びλ３の光の進行方向が同経路となる。したがって、周期構造を適宜設定することで、多波長の光を集積して放射する多波長光源或いはデバイス光集積デバイスとして利用することができる。なお、周期構造及びその数に限定はない。
【００７６】
図６は、本発明の一実施形態に係る更に別の光制御層６０を上から見た状態図である。同図に示すとおり、光制御層６０は単一のλ０の周期構造を有するものである。したがって、あらゆる波長のレーザ光が放射されても波長λ０の光のみを透過させるフィルタ機能を有する光波長フィルタとして利用することができる。なお、周期構造に限定はなく、図５に示すものと組み合せて、集積光波長フィルタとして利用することもできる。
【００７７】
また、図５に示す多波長光源若しくは図６に示す光波長フィルタを用いて、二つの異なる波長を生成することができる。この波長の差は一定の光周波数だけ離れている。なお、デバイスがコンパクトに実現でき、温度影響が小さいため標準器として利用できる。
【００７８】
図７は、本発明の一実施形態に係る更に別の光制御層６０を断面視した図である。図示するように、活性層を伝播する光の方向が左から右であるため、光にとっては光制御層６０の表面微細構造が進行方向を遮る壁面となるように機能する。こうした構造により、光が壁面に反射してデバイス上方に出力する面発光型光導波路デバイスとして利用することができる。なお、周期構造に限定はない。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
上述したように、本願によれば、活性層に順方向に電圧を印加して電流を流すことで活性層に係るエネルギーギャップに相当する光が放出されこの放出光が伝導帯電子を刺激して誘導放出を促すことでレーザ発振を起こす過程において、断面的に見て、狭窄層の光制御層対応部分の周囲の構造・物性から、電流狭窄及び光モードの横方向閉じ込めが行われる。さらに、活性層にて発振されたレーザは、狭窄層の薄さとその上に積層される光制御層の屈折率の働きにより半導体デバイスの表面近傍にまでしみ出す。これにより、デバイス表面（すなわち光制御層の表面）による影響を活性層を伝播する光波に対して与えることが可能となる。換言すれば、（表面から光波制御をできることになるので）レーザ作製後であっても、半導体デバイスの表面を追加工することで、レーザ光波を制御することが可能となる。
【００８０】
したがって、本願に係るデバイスの製造産業において、工程が複雑でなく廉価に高効率化が可能となり、この効果は、半導体製造産業にとどまらず、情報産業、電気器具産業等をはじめとする、半導体を用いた二次的製品を製造・使用するあらゆる産業にとって、非常に巨大な有益をもたらすものである。
【００８１】
たとえば、光制御層６０の表面をフォトニック結晶のような構造にすることで、ある部分に局所的に光を閉じ込めることができる。図８はフォトニック結晶の参考図であるが、フォトニック結晶とは屈折率の異なる材料が周期的に並んだ構造体を指し、一次元構造、二次元構造、三次元構造等がある。したがって、フォトニック結晶の表面の孔の周期と径を光導波路とすることにより、光の速度を制御（光の進行の遅延等）しつつ、ある種の光のＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）として、光を一時記憶し読み出す記憶媒体として利用することができる。たとえば、バイアスをかける電圧を変えることで光の速度をゼロにしたり非常に低速度にしたりすることもできる。すなわち、光の速度変化により極めてわずかな時間帯において結晶内に光を蓄積していることになるため、記憶媒体として利用可能となる。
【００８２】
また、レーザ光は、所定の化学物質との衝突により化学変化を起し、その発振が妨げられることがある。したがって、光制御層６０の表面に所定の化学物質を吸着させることで、光の伝播の過程で当該化学物質に衝突するため、当該化学物質の成分等や光の波長を認識するセンサとしても利用できる。たとえば、分光器等で分光した光の光導波路上に吸着した化学物質への衝突により、所定の波長の光が発振しなくなった原因となる化学反応等を検査することで、当該光との関係が明確になり、当該化学物質の成分等を検出・評価（視認できない化学物質の疲労、放射能漏洩等）することができる。逆に、吸着した化学物質が予め明確であれば、当該化学物質の化学反応を検査することで、発振が抑制された光の波長等を評価することもできる。
【００８３】
また、吸着した化学物質の温度と屈折率との関係を利用した関数を設け、化学物質の屈折率が温度に応じて変化する現象を利用すれば、化学物質を吸着した周期構造を光導波路とする光の波長の変化により、当該化学物質の温度を測定することもできる。温度によって屈折率が変化する化学物質は、たとえば、透明なプラスチック樹脂等がある。
【００８４】
さらに、光制御層６０に設けた表面微細構造７０の上に全く別の材質の薄膜を形成すると、いわゆるＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）に類似した構造となり、光の状態変化により当該材質の振動を加速度センサとして利用することもできる。
【００８５】
すなわち、光の状態（波長等）を変化させる物理現象であれば、上記の内容に限らず、たとえば、粘性、剛性、弾性、磁性等により生じる物質の変化に応じて光の状態を評価することができるものである。
【００８６】
さらにまた、本発明を用いて生産される装置、方法、システムが、その２次的生産品に搭載されて商品化された場合であっても、本発明の価値は何ら減ずるものではない。
【符号の説明】
【００８７】
１…シングルクラッド光デバイス、１０…電極、２０…基板、３０…下部クラッド層、  ４０…活性層、５０…狭窄層、６０…光制御層、７０…微細構造
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図３Ｇ】
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【図３Ｈ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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