(57)【要約】      （修正有）【課題】フォトニック結晶に対して垂直な方向への射出光の強度を従来のものよりも低減させ、レーザ発振に必要な閾値を十分に下げることが可能となるフォトニック結晶レーザを提供する。【解決手段】活性層１０３と、フォトニック結晶層１１０を有し、波長λで発振するフォトニック結晶レーザであって、フォトニック結晶層は、活性層に近い側に設けられた第１のフォトニック結晶層１１１と、第１のフォトニック結晶層よりも活性層から遠い側に設けられた第２のフォトニック結晶層１１２とを備え、フォトニック結晶層の実厚さとフォトニック結晶レーザが形成する導波モードの有効屈折率との積によって規定される光学的な厚みと、波長λとが等しく、第２のフォトニック結晶層の回折効率は、第１のフォトニック結晶層の回折効率よりも高い構成を有する。【選択図】図１
2014067947.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性層と、フォトニック結晶層を有し、波長λで発振するフォトニック結晶レーザであって、
前記フォトニック結晶層は、
前記活性層に近い側に設けられた第１のフォトニック結晶層と、
前記第１のフォトニック結晶層よりも前記活性層から遠い側に設けられた第２のフォトニック結晶層とを備え、
前記フォトニック結晶層の実厚さと前記フォトニック結晶レーザが形成する導波モードの有効屈折率との積によって規定される光学的な厚みと、前記波長λとが等しく、
前記第２のフォトニック結晶層の回折効率は、前記第１のフォトニック結晶層の回折効率よりも高いことを特徴とするフォトニック結晶レーザ。
【請求項２】
前記第２のフォトニック結晶層の厚みが、前記フォトニック結晶層の厚みの半分以上であることを特徴とする請求項１に記載のフォトニック結晶レーザ。
【請求項３】
前記第２のフォトニック結晶層を構成する低屈折率媒質の充填率が、前記第１のフォトニック結晶層を構成する低屈折率媒質の充填率よりも０．５に近いことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフォトニック結晶レーザ。
【請求項４】
前記第２のフォトニック結晶層を構成する低屈折率媒質の充填率が、０．２以下であることを特徴とする請求項３に記載のフォトニック結晶レーザ。
【請求項５】
前記第１のフォトニック結晶層を構成する低屈折率媒質の充填率が、０．５以上であることを特徴とする請求項３に記載のフォトニック結晶レーザ。
【請求項６】
前記第２のフォトニック結晶層を構成する高屈折率媒質と低屈折率媒質との誘電率差が、前記第１のフォトニック結晶層を構成する高屈折率媒質と低屈折率媒質との誘電率差よりも大きいことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のフォトニック結晶レーザ。
【請求項７】
前記第２のフォトニック結晶層を構成する高屈折率媒質の屈折率が、前記第１のフォトニック結晶層を構成する高屈折率媒質の屈折率よりも高いことを特徴とする請求項６に記載のフォトニック結晶レーザ。
【請求項８】
前記第２のフォトニック結晶層の平均屈折率が、前記第１のフォトニック結晶層の平均屈折率よりも高いことを特徴とする請求項７に記載のフォトニック結晶レーザ。
【請求項９】
前記フォトニック結晶層を構成する空孔の中心位置と、２次元周期配列との、位置ずれ量の標準偏差をランダム度としたとき、
前記第２のフォトニック結晶層におけるランダム度が、前記第１のフォトニック結晶層におけるランダム度よりも小さいことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のフォトニック結晶レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトニック結晶レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、フォトニック結晶を半導体レーザに適用した例が多く報告されている。例えば、特許文献１には、活性層の近傍に２次元フォトニック結晶を形成した面発光レーザが開示されている。
この２次元フォトニック結晶は、半導体層に円柱状の空孔等が周期的に設けられており、２次元的に周期的な屈折率分布を持っている。
活性層で生成された光は、導波モードを面内方向に伝搬しながら、フォトニック結晶の周期的な屈折率分布による回折を受けて、定在波を形成してレーザ発振する。レーザ発振した光は、フォトニック結晶によって回折され、活性層の面に垂直な方向に射出される。
フォトニック結晶レーザにおいて、レーザ発振に必要な閾値を下げるためには、フォトニック結晶に対して垂直な方向への射出光強度を下げることが好ましい。  非特許文献１には、フォトニック結晶レーザにおいて、フォトニック結晶の厚みが、垂直方向への射出光の強度に影響を与えることが開示されている。
フォトニック結晶の厚み方向の位置が異なる光同士が、互いに干渉して強めあいや弱めあいを生じるため、射出光の強度が異なる。
フォトニック結晶層の光学的な厚み（実厚さと屈折率の積）をレーザの発振波長λに等しくすると、弱めあいの条件が生じ、射出強度を下げることができる。即ち、フォトニック結晶層の光学的な厚みをλに等しくすることで、レーザ発振に必要な閾値を下げることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１６５２５５号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｓ．  Ｉｗａｈａｓｈｉ，  ｅｔ  ａｌ．，  Ｊ．  Ｏｐｔ．  Ｓｏｃ．  Ａｍ．  Ｂ  ２７，  １２０４  （２０１０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、非特許文献１に開示されている手法を用い、フォトニック結晶層の光学的な厚みをλに等しくしても、フォトニック結晶に対して垂直な方向への射出光の強度を十分に落とすことができない。
その理由を以下に説明する。
レーザ発振を実現するためには、フォトニック結晶レーザにおいても、通常の端面共振器型レーザと同様に、活性層近傍に光を閉じ込める必要がある。そのため、形成される導波モードのフォトニック結晶層内における面垂直方向の光強度分布は一様でなく、活性層側に集中した不均一な分布となる。
従って、フォトニック結晶層内において、活性層側で発生した射出光の強度は、活性層と反対側で発生した射出光の強度よりも強く、射出光同士の弱めあいが不十分になってしまう。その結果、レーザ発振に必要な閾値を十分に下げることができない。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑み、フォトニック結晶に対して垂直な方向への射出光の強度を従来のものよりも低減させ、レーザ発振に必要な閾値を十分に下げることが可能となるフォトニック結晶レーザ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】
【０００７】
本発明のフォトニック結晶レーザは、活性層と、フォトニック結晶層を有し、波長λで発振するフォトニック結晶レーザであって、
前記フォトニック結晶層は、
前記活性層に近い側に設けられた第１のフォトニック結晶層と、
前記第１のフォトニック結晶層よりも前記活性層から遠い側に設けられた第２のフォトニック結晶層とを備え、
前記フォトニック結晶層の実厚さと前記フォトニック結晶レーザが形成する導波モードの有効屈折率との積によって規定される光学的な厚みと、前記波長λとが等しく、
前記第２のフォトニック結晶層の回折効率は、前記第１のフォトニック結晶層の回折効率よりも高いことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、フォトニック結晶に対して垂直な方向への射出光の強度を従来のものよりも低減させ、レーザ発振に必要な閾値を十分に下げることが可能となるフォトニック結晶レーザを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態におけるフォトニック結晶レーザの全体構成を説明する断面図。
【図２】本発明の実施形態におけるフォトニック結晶レーザを説明するための回折光同士の干渉の様子を示す図。
【図３】本発明の実施形態のフォトニック結晶レーザにおける光強度分布について説明する図。
【図４】本発明の実施形態のフォトニック結晶レーザにおける孔の充填率と回折効率の関係について説明する図。
【図５】本発明の実施形態におけるフォトニック結晶レーザの変形例について説明する図。
【図６】本発明の実施形態におけるフォトニック結晶レーザの別の変形例について説明する図。
【図７】本発明の実施形態におけるフォトニック結晶レーザの別の変形例について説明する図。
【図８】本発明の実施形態におけるフォトニック結晶レーザの別の変形例について説明する図。
【図９】本発明の実施例１におけるフォトニック結晶レーザの構成例について説明する図。
【図１０】本発明の実施例２におけるフォトニック結晶レーザの構成例について説明する図。
【図１１】本発明の実施例３におけるフォトニック結晶レーザの構成例について説明する図。
【図１２】本発明の実施例４におけるフォトニック結晶レーザの構成例について説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施形態について、図１を用いて説明する。
図１において、１００はフォトニック結晶レーザであり、本実施形態のフォトニック結晶レーザ１００は、基板１０１上に、ｎ型伝導層１０２、活性層１０３、ｐ型伝導層１０４が設けられている。
ｐ型伝導層１０４は、電子ブロック層１０５と、フォトニック結晶層１１０と、ｐ型コンタクト層１０６を有する。そして、ｐ型電極１０７とｎ型電極１０８が素子の上下に設けられている。
フォトニック結晶層１１０は、ｐ型半導体中に、基板面内方向（ｘｙ方向）に空孔が周期的に形成されている２次元フォトニック結晶からなっている。
そして、フォトニック結晶層１１０は、活性層１０３に近い方から第１のフォトニック結晶層１１１、第２のフォトニック結晶層１１２がｚ方向に積層された構造である。
【００１１】
ｐ型電極１０７からｐ型伝導層１０４を通って注入された正孔と、ｎ型電極１０８からｎ型伝導層１０２を通って注入された電子は、活性層１０３にて発光再結合を起こし、光に変換される。
生成された光は、フォトニック結晶層１１０中の、高屈折率媒質と低屈折率媒質による周期的な屈折率変化を感じて面内回折し、定在波を形成してレーザ発振する。そして、フォトニック結晶層１１０中の、高屈折率媒質と低屈折率媒質による周期的な屈折率変化を感じて面外回折し、射出光としてｚ方向に取り出される。
【００１２】
ここで、本実施形態のフォトニック結晶レーザにおける、厚みと空孔の充填率について説明する。
本実施形態におけるフォトニック結晶層１１０の光学的な厚みは、レーザ発振波長λに等しい。
光学的な厚みとは、フォトニック結晶層の実厚さと屈折率の積により規定され、具体的には、フォトニック結晶レーザが形成する導波モードの有効屈折率と、フォトニック結晶層１１０の実厚さの積を取ったものである。
フォトニック結晶層１１２の空孔の充填率は、フォトニック結晶層１１１の空孔の充填率よりも０．５に近く、フォトニック結晶層１１２の回折効率の方が、フォトニック結晶層１１１の回折効率よりも高くなっている。
このような構成とすることで、フォトニック結晶レーザ１００の発振閾値を下げることができる。
【００１３】
以下に、従来のフォトニック結晶レーザとの比較を行いつつ、本発明の原理について説明する。
フォトニック結晶層で発生した回折光同士は干渉し、ちょうどｚ方向の光学的な距離がλ／２であるときに打ち消しあう。
従って、フォトニック結晶層内の光強度分布が完全に均一であれば、フォトニック結晶層の光学的な厚みをλとすることで、各場所で発生した回折光同士が弱めあい、射出光は発生しない（図２（ａ））。
しかし、フォトニック結晶層の光強度分布が不均一な場合、光強度が強い場所で発生した回折光の一部が残る（図２（ｂ））。
【００１４】
図３は、フォトニック結晶層が単一の層から形成される、従来のフォトニック結晶レーザ１０００の、ｚ方向の光強度分布を示したものである。
フォトニック結晶層１０１０の光学的な厚みは、フォトニック結晶１００と同様にλに等しい。
なお、フォトニック結晶層１０１０のうち最も活性層に近い場所の座標をｚ＝０とし、ｚ座標は実厚みでなく光学的な厚みに換算してある。
図３より分かるように、フォトニック結晶層１０１０内における光強度分布は、ｚ＝０（活性層）側が強くなるような非対称な分布となっている。
従って、フォトニック結晶レーザ１０００では、フォトニック結晶層１０００のうち、ｚ＝０近傍で発生した回折光が、主として射出される。
【００１５】
フォトニック結晶レーザ１００では、フォトニック結晶層１１０内の回折効率にｚ方向の分布を持たせることで、光強度分布によって生じた回折光同士の強度差を補償している。
具体的にはフォトニック結晶層内において、光強度の強い場所の回折効率に対し、光強度の弱い場所の回折効率を強めている。
これにより、回折光の強度の差が減少し、射出光を低減させることができる。
図４（ａ）は、横軸にフォトニック結晶を構成する低屈折率媒質である空孔の充填率、縦軸にフォトニック結晶の１次の結合係数を示したグラフである。
１次の結合係数は、フォトニック結晶における１次回折の起こりやすさを示す指標である。
図４（ａ）より、低屈折率媒質の充填率が０．５に近いほど回折効率が高いことが分かる。
フォトニック結晶レーザ１００では、第２のフォトニック結晶層１１２の低屈折率媒質の充填率が、第１のフォトニック結晶層１１１の低屈折率媒質の充填率よりも０．５に近い。
そのため、光強度の弱いフォトニック結晶層１１２の回折効率の方が、光強度の強いフォトニック結晶層１１１の回折効率よりも高い。回折効率の差により、光強度による回折光の強度差を補償することができ、フォトニック結晶レーザの閾値を下げることができる。
【００１６】
つぎに、低屈折率媒質の充填率の好ましい値について説明する。
図４（ａ）から分かるように、低屈折率媒質の充填率が０．５から離れているほど、回折効率の変化が大きくなる。
そのため、フォトニック結晶層の低屈折率媒質の充填率は０．５から離れている方が、回折効率を大きく変化させられるため、好ましい。
特に、低屈折率媒質の充填率が０．２以下の場合、回折効率を大きく変化させることができる。従って、第２のフォトニック結晶層１１２の低屈折率媒質の充填率が０．２以下であると好ましい。
また、第１のフォトニック結晶層１１１の低屈折率媒質の充填率が０．５以上である場合、フォトニック結晶層１１０内のｚ方向の光強度分布が均一化し、射出光が低減できるため、好ましい。
【００１７】
以下でその理由を説明する。
前述したように、フォトニック結晶層内におけるｚ方向の光強度分布によって生じた、回折光同士の強度差が大きいほど、射出される光の強度が大きい。
従って、フォトニック結晶層内における、ｚ方向の光強度分布は均一である方が好ましい。
図４（ｂ）は、第２のフォトニック結晶層１１２の低屈折率媒質の充填率が、第１のフォトニック結晶層１１１の低屈折率媒質の充填率よりも０．５に近くなるような、条件を示したものである。
図４（ｂ）より、フォトニック結晶層１１１の空孔の充填率が０．５よりも大きい場合、フォトニック結晶層１１２の空孔の充填率は、フォトニック結晶層１１１よりも低くなる。
空孔の充填率の相違を反映し、フォトニック結晶層１１２の平均屈折率は、フォトニック結晶層１１１の平均屈折率よりも高い。ここで、平均屈折率Ｎａｖは低屈折率媒質である空孔の充填率をｆｆ、屈折率をＮｌ、高屈折率媒質であるｐ型半導体の屈折率をＮｈとした時、以下の式のように定義される。
Ｎａｖ＝√｛（ｆｆ）×（Ｎｌ）2＋（１−ｆｆ）×（Ｎｈ）2｝
すると、フォトニック結晶層１１１側、即ち活性層に近い側の光強度を相対的に下げ、フォトニック結晶層１１２側、即ち活性層から遠い側の光強度を相対的に上げることが出来る。
以上より、第２のフォトニック結晶層１１２の低屈折率媒質の充填率が０．５以上である場合、フォトニック結晶層１１０内のｚ方向の光強度分布も均一化し、閾値が下がるため好ましい。
【００１８】
なお、フォトニック結晶層１１０の光学的な厚みが完全に波長λに一致していない場合も、本発明に係る「フォトニック結晶の光学的な厚みと波長λとが等しい」範囲に含まれる場合がある。
例えば、フォトニック結晶の光学的な厚みと波長λとが製造誤差程度ずれている場合は、フォトニック結晶の光学的な厚みと波長λがと等しい範囲であるといえる。
また、光学的な大きさが波長λの１／１０以下の構造は、波長のλの光にとってほぼ均一な構造とみなせる。そのため、フォトニック結晶の光学的な厚みと波長λとに波長λの１／１０以下の差がある場合も、「フォトニック結晶の光学的な厚みと波長λとが等しい」範囲であるといえる。
また、第２のフォトニック結晶層１１２の厚みは、フォトニック結晶層１１０の半分以上であることが好ましい。その理由を以下で説明する。フォトニック結晶層１１０において、最も光強度分布が強いのはｚ＝０近傍である。
ｚ＝０で発生した回折光に対して打ち消し合いの条件を満たすのは、ｚ＝λ／２近傍で発生した回折光である。
そのため、ｚ＝λ／２は回折効率が相対的に高いフォトニック結晶層１１２に含まれていた方が、ｚ＝０で発生した回折光をより効果的に打ち消すことができるため、好ましい。
【００１９】
なお、図１におけるフォトニック結晶レーザ１００では、フォトニック結晶を構成する低屈折率媒質である空孔の充填率を変えていたが、回折効率が変わっていれば、空孔の充填率は同じでも良い。
以下に、フォトニック結晶レーザ１００の変形例について説明する。
図５は、図１におけるフォトニック結晶レーザの変形例として、フォトニック結晶層１１１とフォトニック結晶層１１２を構成する媒質を変更した例について説明する図である。
図５におけるフォトニック結晶レーザは、空孔の充填率は同じで、フォトニック結晶を構成する媒質を変えることで回折効率を変えている。
具体的にはフォトニック結晶層１１１を構成する高屈折率媒質１２１と低屈折率媒質１３１の誘電率差に対し、フォトニック結晶層１１２を構成する高屈折率媒質１２２と低屈折率媒質１３２の誘電率差の方が大きくすればよい。
フォトニック結晶を構成する高屈折率媒質と低屈折率媒質の誘電率差が大きいほど回折効率が高いため、フォトニック結晶層１１２の回折効率を、フォトニック結晶層１１１の回折効率よりも高くすることができる。
誘電率差を高くするには、例えば高屈折率媒質１２２の屈折率を高屈折率媒質１２１よりも高くすればよい（図５（ａ））。
また、フォトニック結晶層の空孔を別の媒質で充填し、低屈折率媒質１３２の屈折率を低屈折率媒質１３１よりも低くしても良い（図５（ｂ））。
更に、高屈折率媒質と低屈折率媒質の双方を変更しても良い（図５（ｃ））。
媒質を変える場合、第２のフォトニック結晶層１１２の平均屈折率が第１のフォトニック結晶層１１１の平均屈折率以上であると更に好ましい。なぜならば、フォトニック結晶層１１０内のｚ方向の光強度分布も均一化し、閾値が下がるためである。
【００２０】
図６は、図１におけるフォトニック結晶レーザの別の変形例として、フォトニック結晶層１１１とフォトニック結晶層１１２の配列のランダム度を変更した例について説明する図である。
図６におけるフォトニック結晶レーザ２００は、低屈折率媒質である空孔の周期配列のランダム度を変えることで、回折効率を変えている。
具体的には、フォトニック結晶層１１２を構成する空孔の周期配列のランダム度は、フォトニック結晶層１１１を構成する空孔の周期配列のランダム度よりも小さい。
ランダム度とは、フォトニック結晶を構成する空孔の中心位置と、２次元周期配列との、位置ずれ量の標準偏差で定義される。
フォトニック結晶においては、配列が周期的に並んでいるほど回折が強いため、ランダム度を変化させることで、フォトニック結晶層１１２の回折効率を、フォトニック結晶層１１１の回折効率よりも高くすることができる。
【００２１】
図７は、図１におけるフォトニック結晶レーザの別の変形例として、フォトニック結晶層１１０がｎ型伝導層に設けられるようにした構成例について説明する図である。
図１では、フォトニック結晶層１１０はｐ型伝導層に設けられているとしたが、図７のようにｎ型伝導層に設けられていてもよい。
特に、低屈折率媒質である空孔の充填率を変える場合で、フォトニック結晶層１１２の孔の充填率が０．５以上の時は、フォトニック結晶層１１０がｎ型クラッド層に設けられていたほうが、製造が容易なため好ましい。
なぜなら、空孔の充填率の高い層の上に空孔の充填率の低い層を積層する場合、下側の空孔の一部が埋まり、形状の制御が困難なためである。
フォトニック結晶層１１０をｎ型伝導層に設けた場合、活性層からフォトニック結晶層１１２が基板１０１に近い側に来るため、空孔の充填率の低い層を先に積層することができる。
【００２２】
図８は、別の変形例として、フォトニック結晶層１１０が３層以上からなる構成例について説明する図である。
フォトニック結晶層１１０は３つ以上の層からなっていても良い。具体的には、図８のように、第２のフォトニック結晶層１１２が更に２つの層に分かれていても良い。層の分割数を増やすことで、フォトニック結晶内の回折効率を、より精密に制御することができる。
例えば、ｚ＝０で発生した回折光に対して逆位相となる条件を満たすｚ＝λ／２近傍の回折強度を、ｚ＝０近傍と同位相のｚ＝λ近傍の回折強度よりも高くすることで、より射出光を低減させることが出来る。
また、フォトニック結晶を構成する半導体や活性層は、一般的な化合物半導体を用いることができる。たとえばＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰなどを用いればよい。
【実施例】
【００２３】
以下に、本発明の実施例について説明する。以下の実施例は、実施形態で述べた、フォトニック結晶レーザの構造を具体的に示すものである。
［実施例１］
実施例１におけるフォトニック結晶レーザの構成例について、図９を用いて説明する。
図９に、本実施例におけるフォトニック結晶レーザ２００の層構成を示す。
フォトニック結晶レーザ２００は、波長λ＝４００ｎｍでレーザ発振するように設計されており、導波モードの有効屈折率は２．５である。
フォトニック結晶層２１０の光学的な厚みが４００ｎｍとなるように、フォトニック結晶層２１０の実厚みは１６０ｎｍとなっている。
第１のフォトニック結晶層２１１の空孔は直径３２ｎｍの円孔、第２のフォトニック結晶層２１２の空孔は直径８０ｎｍの円孔である。フォトニック結晶層２１１の孔の充填率は０．０３、フォトニック結晶層２１２の孔の充填率は０．２０であり、フォトニック結晶層２１２の回折効率の方がフォトニック結晶層２１１の回折効率よりも高い。
このような構成とすることで、前述したように、光強度分布によって生じた各回折光同士の強度差を、回折効率で補償することが出来るため、フォトニック結晶レーザの発振閾値を下げることができる。
特に、フォトニック結晶層２１２の孔の充填率が０．２以下であるため、孔の充填率変化による回折効率変化を大きくすることができる。
【００２４】
つぎに、本実施例におけるフォトニック結晶レーザ２００の製造方法を説明する。
まず、ｎ型ＧａＮ基板上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、窒化物半導体を図９に示す層構成になるように、後にフォトニック結晶層２１１となるｐ−ＧａＮ層まで順次積層する。次に、電子線リソグラフィとドライエッチングを用いて、フォトニック結晶２１１を構成する空孔を形成する。
その後、再度フォトニック結晶層２１２となるｐ−ＧａＮ層を積層し、同様に電子線リソグラフィとドライエッチングを用いて、フォトニック結晶層２１２を構成する空孔を形成する。
このようにして、フォトニック結晶層２１１とフォトニック結晶層２１２が形成される。その後、再度ＭＯＣＶＤによってｐ型コンタクト層１０６を成長させ、電子線蒸着によってＮｉ／Ａｕからなるｐ型電極１０７とＴｉ／Ａｌからなるｎ型電極１０８を付けることで、フォトニック結晶レーザ２００を製造することができる。
【００２５】
［実施例２］
実施例２におけるフォトニック結晶レーザの構成例について、図１０を用いて説明する。
図１０に、本実施例におけるフォトニック結晶レーザ３００の層構成を示す。
レーザの発振波長や導波モードの屈折率、フォトニック結晶層の厚みはフォトニック結晶レーザ２００と同じである。但し、フォトニック結晶層はｐ−ＧａＮ中ではなく、ｎ−ＧａＮ中に設けられている。
第１のフォトニック結晶層３１１の空孔は直径１４４ｎｍの円孔、第２のフォトニック結晶層３１２の空孔は直径１２８ｎｍの円孔である。
フォトニック結晶層３１１の孔の充填率は０．６４、フォトニック結晶層３１２の孔の充填率は０．５であり、フォトニック結晶層３１２の回折効率の方がフォトニック結晶層３１１の回折効率よりも高い。
フォトニック結晶層３１２の孔の充填率が、フォトニック結晶層３１１の孔の充填率よりも低いため、回折効率による補償に加えて、光強度分布も均一化することが出来る。
フォトニック結晶レーザ３００も、フォトニック結晶レーザ２００と同様にＭＯＣＶＤによる成長と、電子線リソグラフィとドライエッチングを組み合わせて製造すればよい。ｎ−ＧａＮ中にフォトニック結晶層を設けたことで、孔の充填率の小さいフォトニック結晶層３１２を先に形成することができる。
【００２６】
［実施例３］
実施例３におけるフォトニック結晶レーザの構成例について、図１１を用いて説明する。
図１１に、本実施例におけるフォトニック結晶レーザ４００の層構成を示す。
レーザの発振波長や導波モードの屈折率、フォトニック結晶層の厚みはフォトニック結晶レーザ２００と同じである。
第１のフォトニック結晶層４１１を構成する高屈折率媒質はｐ−ＧａＮ、低屈折率媒質はＳｉＮであり、第２のフォトニック結晶層４１２を構成する高屈折率媒質はｐ−Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ、低屈折率媒質はＭｇＦ2である。
また、フォトニック結晶を構成する空孔は直径６４ｎｍの円孔である。
【００２７】
波長４００ｎｍにおいて、ｐ−Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎの屈折率は２．５８、ｐ−ＧａＮの屈折率は２．５０、ＭｇＦ2の屈折率は１．３８、ＳｉＮの屈折率は１．８０である。
フォトニック結晶層４１１の高屈折率媒質と低屈折率媒質の誘電率差は３．２２、フォトニック結晶層４１２の高屈折率媒質と低屈折率媒質の誘電率差は４．７４と、フォトニック結晶層４１２の誘電率差の方が大きい。
従って、フォトニック結晶層４１２の方が、回折効率が高い。また、フォトニック結晶層４１１とフォトニック結晶層４１２の平均屈折率はともに２．４６と等しい。
このような構成とすることで、光強度分布の不均一さを増大することなく、回折効率によって回折光同士の強度差を補償することが出来る。
空孔を低屈折率媒質で充填するには、電子線リソグラフィとドライエッチにより周期的な空孔を形成した後、ＳｉＮやＭｇＦ2をスパッタ等によって成膜し、表面をＣＭＰ等で切削すればよい。
【００２８】
［実施例４］
実施例４におけるフォトニック結晶レーザの構成例について、図１２を用いて説明する。
図１２に、本実施例におけるフォトニック結晶レーザ５００の層構成を示す。
レーザの発振波長や導波モードの屈折率、フォトニック結晶層の厚みはフォトニック結晶レーザ２００と同じである。
第１のフォトニック結晶層５１１、第２のフォトニック結晶層５１２の空孔は共に直径６４ｎｍの円孔であるが、周期配列のランダム度が異なる。
具体的には、フォトニック結晶層５１２を構成する空孔は標準偏差２．５ｎｍ、フォトニック結晶層５１１を構成する空孔は標準偏差１０ｎｍのランダム度で、規則的な周期配列からずれて空孔が配列されている。
ランダム度を有する空孔配列を形成するには、電子線リソグラフィの描画パターンを所望のランダム度となるように変化させておけばよい。
【符号の説明】
【００２９】
１００：フォトニック結晶レーザ
１０１：基板
１０２：ｎ型伝導層
１０３：活性層
１０４：ｐ型伝導層
１０５：電子ブロック層
１０６：ｐ型コンタクト層
１０７：ｐ型電極
１０８：ｎ型電極
１１０：フォトニック結晶層
１１１：第１のフォトニック結晶層
１１２：第２のフォトニック結晶層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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