(57)【要約】【課題】電流の漏れ成分を抑制し、レーザ駆動の効率を向上させることができるフォトニック結晶デバイスを提供する。【解決手段】フォトニック結晶デバイス１０は、空気穴が規則的に配列されたフォトニック結晶と、フォトニック結晶内に線状の欠陥としての溝構造１７を有し、活性層１６を含む光導波路と、光導波路に異なるキャリアを注入するための電極１５，１６とを含む。【選択図】図３
2014150151.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体スラブに空気穴が規則的に配列されているフォトニック結晶と、
前記フォトニック結晶内の一部に形成されている活性層と、
前記活性層に対して面方向にバイアスを印加するための電極構造と、
バイアス印加方向と異なる方向で、かつ前記活性層の外側領域に有する溝構造と
を含むことを特徴とするフォトニック結晶デバイス。
【請求項２】
前記フォトニック結晶内の一部に線欠陥導波路を有し、
前記活性層は、前記線欠陥導波路内に形成されており、
前記溝構造は、前記線欠陥導波路内の導波路方向で、かつ前記活性層の両側領域に形成されてい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デバイス。
【請求項３】
前記溝構造は、幅が前記線欠陥導波路に収まる範囲内となるように形成されていることを特徴とする請求項２に記載のフォトニック結晶デバイス。
【請求項４】
前記溝構造と前記活性層との間の隙間は、０からフォトニック結晶格子定数の数倍の値までの範囲内で形成されてい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デバイス。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は、フォトニック結晶が共振器に用いられるレーザ発振素子等のデバイスに関する。
【０００２】
近年、消費電力の少ないフォトニック結晶レーザをCMOSチップ上に集積し、チップ上での光通信を実現することでCMOSチップ全体の消費電力を削減する試みが進められている。フォトニック結晶レーザでは、光を閉じ込めることができるフォトニック結晶技術と、化合物半導体による光の利得とを組み合わせることにより、レーザ発振が行われている。
【０００３】
レーザ発振のためには、素子に対してエネルギーを与えてレーザ駆動を行う必要がある。一般に、半導体レーザでは、光と電流とによってエネルギーを与えられることが知られているが、チップ上に集積されたレーザは、電子回路によって駆動するため、電流によって駆動するレーザが求められている。従来、電流駆動によって実現する様々なフォトニック結晶レーザが報告されている。例えば非特許文献１〜３では、共振器からウエハ面内に向かう方向に台形状のｐ型およびｎ型ドーピング領域が形成され、これらのドーピング領域の構成により形成されたｐｎ接合が共振器で形成されている。そして、非特許文献１〜３のフォトニック結晶レーザは、ｐｎ接合に対して電流を注入することにより電子と正孔との対を生成し、レーザ発振するようになっている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】C. M. Long et al., Lateral current injection photonic crystal membrane light emitting diodes, J. Vac. Sci. Technol.B, Vol. 28, No. 2, pp. 359 -364, 2010年
【非特許文献２】B. Ellis et al., Ultralow-threshold electrically pumped quantum dot photonic-crystal nanocavity laser, Nature Photonics, Vol. 5, pp. 297 -300, 2011年
【非特許文献３】S. Matsuo et al., Room-temperature continuous-wave operation of lateral current injection wavelength-scale embedded active-region photonic-crystal laser, Optics Express, Vol. 20, pp. 3773 -3780, 2012
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のフォトニック結晶レーザでは、特に、高バイアス状態において活性層の外側を流れるリーク電流が存在する。このリーク電流は、しきい値の付近である低バイアスの条件下では少ないものの、高バイアスの条件下では多くなるという不都合があった。
【０００６】
オンチップ光通信等、光通信の実現のためには、電流の漏れ成分を抑制し、活性層に対して電流を効率よく流す必要があった。
【０００７】
本発明は、上記の状況においてなされたものであり、電流の漏れ成分を抑制し、レーザ駆動の効率を向上させることができるフォトニック結晶デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するためのフォトニック結晶デバイスは、半導体スラブに空気穴が規則的に配列されているフォトニック結晶と、前記フォトニック結晶内の一部に形成されている活性層と、前記活性層に対して面方向にバイアスを印加するための電極構造と、
バイアス印加方向と異なる方向で、かつ前記活性層の外側領域に有する溝構造とを含む。
【０００９】
ここで、前記フォトニック結晶内の一部に線欠陥導波路を有し、前記活性層は、前記線欠陥導波路内に形成されており、前記溝構造は、前記線欠陥導波路内の導波路方向で、かつ前記活性層の両側領域に形成するようにしてもよい。
【００１０】
前記溝構造は、幅が前記線欠陥導波路に収まる範囲内となるように形成するようにしてもよい。
【００１１】
前記溝構造の深さ、幅、または長さは、異なるように形成してもよい。例えば、スラブを貫通したりスラブの中心まで溝を掘る構造が考えられる。前記溝構造の幅は前記線欠陥導波路より広くてもよいし、狭くてもよい。前記溝構造の長さは、前記溝構造と前記活性層との間の隙間が、０からフォトニック結晶格子定数の数倍の値までの範囲内で変更してもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電流の漏れ成分を抑制し、レーザ駆動の効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】従来のフォトニック結晶デバイスの構成を示す図である。
【図２】従来のフォトニック結晶デバイスにおいて、バイアス電圧が３Ｖの場合における電子と正孔との濃度分布を説明するための図である。
【図３】第１実施形態のフォトニック結晶デバイスの構成例を示す図である。
【図４】第１実施形態のフォトニック結晶デバイスにおいて、バイアス電圧が３Ｖの場合における電子と正孔との濃度分布を説明するための図である。
【図５】第１実施形態における光のモード分布を従来例のモード分布と比較して説明するための図である。
【図６】第１実施形態における溝部のフォトニックバンド構造を従来例の導波路構造と比較して説明するための図である。
【図７】第１実施形態における溝部において、溝の幅とＱ値との関係の一例を示す図である。
【図８】第１実施形態のフォトニック結晶デバイスの作製方法を説明するための説明図である。
【図９】第１実施形態のフォトニック結晶デバイスにおいて、注入電流と出力パワーとの関係の一例を示す図である。
【図１０】第２実施形態のフォトニック結晶デバイスの構成例を示す図である。
【図１１】第３実施形態のフォトニック結晶デバイスの構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の複数の実施形態について説明する。各実施形態に係るフォトニック結晶デバイスは、屈折率の異なる媒質である空気および半導体材料が規則的に配列されたフォトニック結晶を含んで構成され、フォトニック結晶を利用して光を出力するための半導体レーザである。
【００１５】
＜従来例＞
先ず、従来のフォトニック結晶デバイス１００の構成について、図１を参照して説明する。図１は、従来例のフォトニック結晶デバイス１００の構成例を示す斜視図である。
【００１６】
図１に示すように、従来のフォトニック結晶デバイス１００は、全体としてＩｎＰ基板１０１上に形成されており、基板１０１の上には、犠牲層１０２および埋め込み成長層１０３が順に形成されている。
【００１７】
犠牲層１０２は、エアギャップ構造２０１を有する構成となっている。
【００１８】
埋め込み成長層１０３には、ｘｚ平面において複数の空気穴を有する２次元フォトニック結晶スラブが構成されており、このフォトニック結晶内には、ＩｎＰ薄膜中に埋め込まれた活性層１０６が形成されている。なお、図１において、ｙ方向は、ｘｚ平面の法線方向を表してある。
【００１９】
ｎ型領域Ｒ１は、埋め込み成長層１０３にIV族ないしVI族元素をドーピングすることによって形成され、ｐ型領域Ｒ２は、埋め込み成長層１０３にII族ないしIV族元素をドーピングすることによって形成される。領域Ｒ１および領域Ｒ２はそれぞれ、ｎ型電極１０４およびｐ型電極１０５から電子と正孔を注入可能な構造となっている。
【００２０】
欠陥領域１０７は、例えばｚ軸方向に沿って線状に欠陥が形成され、光を通過する光導波路として形成されている。この欠陥領域１５内には、上述した活性層１０６が形成されている。
【００２１】
フォトニック結晶デバイス１００では、共振器の外側に流れるリーク電流（図１の紙面上左右の方向に破線の矢印で示す。）を表してある。
【００２２】
図２は、フォトニック結晶デバイス１００において、バイアス電圧が３Ｖの場合における電子と正孔との濃度分布を説明するための図であって、（ａ）は電子濃度の分布、（ｂ）は正孔濃度の分布を示す。
【００２３】
図２（ａ）および図２（ｂ）では、濃度が高くなるにつれ、それに応じた濃度を示すための濃淡レベルを「０」〜「２」の間で表示した例が示してある。
【００２４】
図２（ａ）および図２（ｂ）において、濃度が最も高いのは、図１に示した活性層１０６の位置に対応する白色の部分（「０」の濃淡レベル）であり、この部分は、２×１０18ｃｍ-3以上の濃度となっている。
【００２５】
一方、図２（ａ）および図２（ｂ）に示した例では、ｎ型領域Ｒ１とｐ型領域Ｒ２にドーピングが行われているにもかかわらず、リーク電流が流れる共振器外側の領域にもいくらかの電子濃度および正孔濃度を有する状態となっている。
【００２６】
＜第１実施形態＞
以上では、図１および図２を参照して、従来例について説明した。しかしながら、レーザ駆動の効率を向上させるには、リーク電流を抑制し、前述の領域、すなわちリーク電流が流れる共振器外側の領域における電子濃度および正孔濃度を低くするようにすることが好ましい。
【００２７】
図３は、本実施形態におけるフォトニック結晶デバイス１０の構成例を示す図である。この実施形態は、図１に示した欠陥領域１０７に代えて、溝部（溝構造）１７を備えるようにしたフォトニック結晶デバイス１０である。
【００２８】
図３に示すように、フォトニック結晶デバイス１０は、全体としてＩｎＰ基板１１上に形成されており、基板１１の上には、犠牲層１２および埋め込み成長層１３が順に形成されている。基板１１として例えばＩｎＰ基板を適用する一例を示している。一般に、光通信に用いられる光の波長は１．３〜１．５μｍ帯であるため、その波長帯にバンドギャップをもつＩｎＰ系の基板が広く用いられている。
【００２９】
犠牲層１２は、エアギャップ構造２１を有する構成となっている。犠牲層１２の材料としては、例えばＩｎＧａＡｓが用いられる。
【００３０】
埋め込み成長層１３には、複数の空気穴（フォトニック結晶穴）を有する２次元フォトニック結晶スラブが構成されており、このフォトニック結晶内の例えばＩｎＰ薄膜中に、活性層１６が埋め込んで形成されている。埋め込み成長層１３は、活性層１６を含むコア層領域よりも熱伝導率が高く、かつ、コア層領域よりもバンドギャップが大きい化合物（ＩＩＩ−Ｖ族混合結晶）で形成される。埋め込み成長層１３の材料としては、例えばＩｎＰが用いられる。
【００３１】
活性層１６は、量子井戸構造を有しており、キャリアの注入により光を励起する化合物（ＩＩＩ−Ｖ族混合結晶）で形成される。活性層１６の材料としては、例えばＩｎＧａＡｓＰが用いられる。
【００３２】
この実施形態では、複数の空気穴は、ｘｚ平面において、一定の間隔で規則的になるように配列されている。例えば、隣接する各空気穴の間隔は、このフォトニック結晶デバイスの動作波長をλ、埋め込み成長層１３の屈折率をＮとすると、λ／Ｎで求められる大きさに調整される。図３の例では、隣接する空気穴の間隔は例えば４２２ｎｍに設定されるが、適宜変更してもよい。
【００３３】
また、埋め込み成長層１３は、空気穴が形成されない領域として、溝部１７を有する。溝部１７は、例えばｚ軸方向に沿って線状に欠陥が形成され、電流を通さない領域として形成されている。
【００３４】
溝部１７の深さは、例えば、埋め込み成長層１３表面から埋め込みヘテロ構造に隣接する深さ位置まで達する。この溝部１７に挟まれた領域内に、上述した活性層１６が形成されている。
【００３５】
図３において、ｎ型領域Ｒ１は、埋め込み成長層１３にIV族ないしVI族元素をドーピングすることによって形成され、ｐ型領域Ｒ２は、埋め込み成長層１３にII族ないしIV族元素をドーピングすることによって形成される。領域Ｒ１およびＲ２はそれぞれ、ｎ型電極１４およびｐ型電極１５から電子と正孔を注入可能な構造となっている。図３では、領域Ｒ１，Ｒ２は、斜線で示してある。
【００３６】
図４は、フォトニック結晶デバイス１０において、バイアス電圧が３Ｖの場合における電子と正孔との濃度分布を説明するための図であって、（ａ）は電子濃度の分布、（ｂ）は正孔濃度の分布を示す。
【００３７】
図２（ａ）および図２（ｂ）に示したものと同様に、図４（ａ）および図４（ｂ）においても、濃度が高くなるにつれ、それに応じた濃度を示すための濃淡レベルを「０」〜「２」の間で表示してある。
【００３８】
図４（ａ）および図４（ｂ）においても、図２（ａ）および図２（ｂ）に示したものと同様に、濃度が最も高いのは図３に示した活性層１６の位置に対応する白色の部分（「０」の濃淡レベル）である。すなわち、この白色の部分は、２×１０18ｃｍ-3以上の濃度となっている。
【００３９】
一方、図４（ａ）および図４（ｂ）に示した例では、図２（ａ）および図２（ｂ）に示したものと比較して、図１の破線で示したリーク電流が流れていた領域における電子濃度および正孔濃度が低くなっている。
【００４０】
なお、図４（ａ）および図４（ｂ）において、活性領域におけるキャリア濃度は、図２（ａ）および図２（ｂ）のものに比べて、２０％増加したことがわかった。これは、同一のバイアス電圧（＝３Ｖ）において、活性層へのキャリアの注入効率は、この実施形態のフォトニック結晶デバイス１０の方が従来例のものよりも高くなることを意味する。換言すると、フォトニック結晶デバイス１０では、リーク電流が低減する。
【００４１】
図５は、フォトニック結晶デバイス１０における基本モードの磁界分布を従来のものと比較して説明するための図であって、（ａ）は従来のフォトニック結晶デバイス１００の構成、（ｂ）は従来例の基本モードの磁界分布、（ｃ）は図３に示したフォトニック結晶デバイス１０の構成、（ｄ）は本実施形態の基本モードの磁界分布を示す。なお、図５（ａ）および図５（ｃ）は、それぞれ、図１および図３に示したフォトニック結晶デバイスの上面図である。
【００４２】
図５（ｂ）および図５（ｄ）に示す基本モードの磁界分布は、有限差分時間領域法（ＦＤＴＤ法）により計算された磁場成分をプロットして表したものである。磁界分布はｘｚ平面上の磁界分布である。
【００４３】
図５では、フォトニック結晶の格子定数を４２２ｎｍ、溝部１７の幅を３００ｎｍとした例を示してある。
【００４４】
図５（ａ）に示したフォトニック結晶デバイス１００の場合には、基本モードは、図５（ｂ）に示したような分布となる。この場合、共振の強さを示すＱ値は、３７００となった。
【００４５】
一方、  図５（ｃ）に示したフォトニック結晶デバイス１０の場合には、基本モードは、図５（ｄ）に示したような分布となる。この場合、共振の強さを示すＱ値は、４５００となり、従来のものよりも大きい。つまり、この実施形態の場合には、共振器の光閉じ込めが従来のものに比べて約２１％上昇することがわかった。また、高バイアスの状況下であっても、埋め込みヘテロ構造に電流を効率よく流すことができることがわかった。なお、図５（ｄ）に示した例では、非特許文献（S. Matsuo et al., 20-Gbit/s directly modulated photonic crystal nanocavity laser with ultra-low power consumption, Optics Express, Vol. 19, No. 3, pp. 2242 -2250, 2011）に開示されているモードと同様のプロファイルが得られた。
【００４６】
図５（ａ）に示したフォトニック結晶デバイス１００では、２つの導波路が並行に形成する構成となっているが、これらの導波路は方向性結合器として機能し、出力導波路の出力パワーのばらつきが大きくなると考えられる。これは、出力導波路の出力パワーが波長に依存する影響を無視できなくなるからである。
【００４７】
一方、本実施形態のフォトニック結晶デバイス１０では、１つの導波路しか形成されていないため、導波路が方向性結合器として機能することはない。この点で、フォトニック結晶デバイス１０によれば、出力パワーのばらつきが小さくなるため、出力効率の向上、および歩留まりの向上が実現する。
【００４８】
なお、溝部１７の構造は、フォトニクス結晶孔のエッチングと同時に形成することができるため、溝部１７を形成するための製造工程を追加する必要がない。
【００４９】
次に、前述の溝部１７のフォトニックバンド構造について、図６を参照して説明する。図６は、溝部１７のフォトニックバンド構造を従来例の導波路構造と比較して説明するための図である。
【００５０】
なお、図６中、実線は従来の導波路１０７（図１参照）のフォトニックバンド構造、破線は例えば３００ｎｍの幅を有する溝部１７のフォトニックバンド構造を示してある。
【００５１】
図６では、フォトニックバンド構造として、２次元平面波展開法に従って計算した波数と規格化周波数との関係を示してある。
【００５２】
図６において縦線で示す領域は、フォトニック結晶のバンドギャップ（禁制帯）を表している。このバンドギャップ中には、導波路などに欠陥がなければ、光子が存在できない状態となるが、図６によれば、２本の実線が存在するため、従来例の導波路構造では、２つのモードが存在することがわかる。
【００５３】
一方、図６によれば、バンドギャップ中に破線が存在しないため、溝部１７のフォトニックバンド構造では、バンドギャップ中にモードが存在しないことがわかる。これは、溝部１７を有する導波路は、フォトニックバンドギャップを持ち、光を閉じ込める効果があることを明らかにした。
【００５４】
図７は、溝部１７の幅とＱ値との関係の一例を示す図である。なお、Ｑ値は、フォトニック結晶デバイスのレーザの共振Ｑ値を示している。
【００５５】
Ｑ値は、溝部１７の幅が変化するに伴って図７に示すような値を採り、結果として、溝部１７の幅が０〜５００ｎｍの間で変化しても、Ｑ値が劣化することがないことがわかった。すなわち、溝部１７の幅にかかわらず、溝部１７は共振器として機能する。
【００５６】
［フォトニック結晶デバイスの作製方法］
次に、本実施形態におけるフォトニック結晶デバイス１０の作製方法について図８を参照して説明する。
【００５７】
図８は、フォトニック結晶デバイス１０の作製方法を説明するための説明図である。
【００５８】
まず、図８（ａ）に示すように、ＩｎＰ基板１１上に、ＩｎＧａＡｓ犠牲層１２、ＩｎＰ層１３１、キャリア閉じ込め層１６２、ＩｎＧａＡｓＰ活性層１６、キャリア閉じ込め層１６１、ＩｎＰ層１３２を順番に結晶成長させる。結晶の成長法の一例として、ＭＯＶＰＥ法を使用する。
【００５９】
次に、図８（ｂ）に示すように、リソグラフィおよびエッチングにより、キャリア閉じ込め層１６２、ＩｎＧａＡｓＰ活性層１６、キャリア閉じ込め層１６１およびＩｎＰ層１３２を除去して、図１に示した活性層１６を含むコア層領域を形成する部分以外の部分を露出させる。
【００６０】
次に、図８（ｃ）に示すように、キャリア閉じ込め層１６２、ＩｎＧａＡｓＰ活性層１６、キャリア閉じ込め層１６１およびＩｎＰ層１３２の両端面に、再度、ＩｎＰ層１３３を成長させる。バットジョイント成長法により、埋め込みヘテロ構造を形成する。
【００６１】
次に、図８（ｄ）に示すように、ＩｎＰ層１３２，１３３の上面にわたりＩｎＰ層１３４を成長させる。不純物拡散とイオン注入とにより、ｎ型領域Ｒ１とｐ型領域Ｒ２とを形成する。
【００６２】
次に、図８（ｅ）に示すように、ドライエッチングにより、ＩｎＰ層１３４，１３３，１３１を貫通して、ＩｎＧａＡｓ犠牲層１２の中間付近まで達する複数の空気穴２０を形成する。図８（ｅ）の例では、複数の空気穴２０は、一定の間隔（例えば、４２２ｎｍ）に規則的に配列されている（図３）。また、リソグラフィにより、図３に示した溝部１７を形成する。
【００６３】
次に、ｎ型領域Ｒ１およびｐ型領域Ｒ２の上に、それぞれ電極１４，１５を形成する。この形成に際して、例えば、真空蒸着法、リフトオフ法を用いる。そして、複数の空気穴２０を用いて、ＩｎＧａＡｓ犠牲層１２をウエットエッチングして、図８（ｆ）に示すように、基板１１とＩｎＰ層１３１との間に、エアギャップ２１を形成する。このようにして、本実施形態のフォトニック結晶デバイス１０が作製できる。なお、図３において、ＩｎＰ層１３１，１３２，１３３，１３４は、それぞれ図１，２に示した埋め込み成長層１３に対応する。
【００６４】
図８では、フォトニック結晶の格子定数を４３０ｎｍ、埋め込みヘテロ構造の長さを２．５８μｍ、エアギャップによるスラブ層１２の厚さを２５０ｎｍとした。
【００６５】
このようにして作製されたフォトニック結晶デバイス１０の注入電流と出力パワーとの関係について、図９を参照して説明する。
【００６６】
図９は、フォトニック結晶デバイス１０において、注入電流と出力パワーとの関係の一例を示す図である。
【００６７】
図９では、しきい値電流を４．９μＡとした場合に、室温で連続発信する様子が観測できた。つまり、溝部１７を備えるフォトニック結晶デバイス１０は、小さいしきい値でのレーザの連続発振が可能である。さらに、しきい値の少なくとも４０倍に相当する電流値まで出力光が増大し続けることがわかった。これは、しきい値の数倍に相当する注入電流で出力光が飽和し始める状態となる非特許文献３の場合と比較して、本実施形態のフォトニック結晶デバイス１０の場合の方が、高デバイス状況下において、電流注入の効率が向上していることを意味する。
【００６８】
以上説明したように、本実施形態のフォトニック結晶デバイス１０によれば、溝部１７の構成によって、電流の漏れ成分が抑制され、レーザ駆動の効率を向上する。
【００６９】
＜第２実施形態＞
第２実施形態について図１０を参照して説明する。図１０は、本実施形態におけるフォトニック結晶デバイス１０Ａの構成例を示す図である。
【００７０】
図１０において、フォトニック結晶デバイス１０Ａが第１実施形態と異なるのは、ｎ型領域Ｒ１１およびｐ型領域Ｒ２１を有する点である。
【００７１】
すなわち、フォトニック結晶デバイス１０Ａでは、第１実施形態と同様に、ＩｎＰ基板１１上に、エアギャップ２１を有するＩｎＧａＡｓ犠牲層１２、および、複数の空気穴２０を有するＩｎＰ埋め込み成長層１３が順に形成されている。空気穴２０の配列および間隔は、図１に例示した配列および間隔と同じようにしてある。また、活性層１６は、図１に示した例と同様に埋め込まれてある。
【００７２】
一方、第１実施形態と異なり、ｎ型領域Ｒ１１とｐ型領域Ｒ２１とは、図３に例示した領域Ｒ１，Ｒ２と異なる形状を有するようになっている。この場合、素子の直列抵抗を低減することができるという効果を奏する。
【００７３】
＜第３実施形態＞
第３実施形態について図１１を参照して説明する。図１１は、本実施形態におけるフォトニック結晶デバイス１０Ｂの構成例を示す図である。
【００７４】
図１０において、フォトニック結晶デバイス１０Ｂが第１実施形態と異なるのは、異なる長さの溝部１８，１９を有する点である。
【００７５】
すなわち、フォトニック結晶デバイス１０Ｂでは、第１実施形態と同様に、ＩｎＰ基板１１上に、エアギャップ２１を有するＩｎＧａＡｓ犠牲層１２、および、複数の空気穴２０を有するＩｎＰ埋め込み成長層１３が順に形成されている。空気穴２０の配列および間隔は、図１に例示した配列および間隔と同じようにしてある。また、活性層１６は、図１に示した例と同様に埋め込まれてある。
【００７６】
一方、第１実施形態と異なり、２つの溝部１８，１９は、異なる長さを有するようになっている。例えば、溝部１８は、埋め込みヘテロ構造に隣接する位置に相当する深さまで有するように形成し、溝部１９は、埋め込みヘテロ構造の一部を切り欠く位置に相当する長さまで有するように形成される。このような溝部構造は、フォトニック結晶穴のエッチング（図９（ｅ））およびエアギャップ２１の形成（図９（ｆ））後に、追加のエッチング、または集束イオンビーム（ＦＩＢ）等の手法により形成することができる。図１１のフォトニック結晶デバイス１０Ｂによると、活性層１６の脇にアンドープのＩｎＰ層が残らず、活性層１６の脇を流れるリーク電流を少なくすることができる。
【００７７】
＜変形例＞
以上では、第１実施形態ないし第３実施形態を参照して、電流の漏れ成分を抑制し、レーザ駆動の効率を向上させることができるフォトニクス結晶デバイスについて説明したが、他の形状の構成を適用することもできる。
【００７８】
例えば、溝部１７，１８，１９の深さ、幅、または長さは、異なるように形成してもよい。例えば、スラブを貫通したりスラブの中心まで溝を掘る構造が考えられる。溝部１７〜１９の幅は光導波路より広くてもよいし、狭くてもよい。溝部１７〜１９の長さは、溝部と活性層１６との間の隙間が、０からフォトニック結晶格子定数の数倍の値までの範囲内で変更してもよい。
【００７９】
各実施形態のフォトニクス結晶デバイスでは、活性層の材料をＩｎＧａＡｓＰとしたが、例えばＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｌＡｓ等を適用してもよい。また、活性層の構造として量子井戸としたが、バルクや量子細線、また量子ドットを適用してもよい。また、キャリア閉じ込め層の材料をＩｎＧａＡｓＰとしたが、例えば、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｌＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等を適用してもよい。
【００８０】
あるいは、埋め込み成長層の材料をＩｎＰとしたが、例えばＩｎＧａＡｓＰ、ＧａＡｓ等を適用してもよい。犠牲層の材料をＩｎＧａＡｓとしたが、例えばＩｎＡｌＡｓ等を適用してもよい。また、ＩｎＰ基板１１を用いる場合について説明しているが、例えば、ＧａＡｓ、サファイア基板、シリコン基板、または、他の半導体基板を適用することもできる。
【００８１】
空気穴の間隔または配列は、各実施形態に限られるものではなく、変更可能である。あるいは、溝部１７，１８，１９の幅、深さ、配置についても、各実施形態に限られるものではなく、変更可能である。例えば、フォトニック結晶の基本モードの電磁分布が強い領域を除く範囲に形成されるようにすれば、溝部１７，１８，１９は、光導波路の導波方向に対して所定の領域に形成するようにしてもよい。
【００８２】
フォトニクス結晶デバイスは、半導体レーザの場合を例にとって説明したが、例えば屈折率の変化を利用する半導体光スイッチ、変調器、フォトディテクタ等に適用するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００８３】
１０  フォトニクス結晶デバイス
１１  基板
１３  埋め込み成長層
１４，１５  電極
１６  活性層
１７，１８，１９  溝部
【図１】
2014150151.tif 000003
【図３】
2014150151.tif 000004
【図６】
2014150151.tif 000005
【図７】
2014150151.tif 000006
【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２】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年3月25日(2014.3.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
上記の目的を達成するためのフォトニック結晶デバイスは、半導体スラブに空気穴が規則的に配列されているフォトニック結晶と、前記フォトニック結晶内の一部に形成されている線欠陥導波路と、前記線欠陥導波路内の一部に形成されている活性層と、前記活性層に対して前記線欠陥導波路の延在方向と異なる方向の面方向にバイアスを印加するための電極構造と、前記線欠陥導波路内であって、その幅が前記線欠陥導波路に収まる範囲内となるよう、前記活性層の両側領域に形成されている溝構造とを含む。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体スラブに空気穴が規則的に配列されているフォトニック結晶と、
前記フォトニック結晶内の一部に形成されている線欠陥導波路と、
前記線欠陥導波路内の一部に形成されている活性層と、
前記活性層に対して前記線欠陥導波路の延在方向と異なる方向の面方向にバイアスを印加するための電極構造と、
前記線欠陥導波路内であって、その幅が前記線欠陥導波路に収まる範囲内となるよう、前記活性層の両側領域に形成されている溝構造と
を含むことを特徴とするフォトニック結晶デバイス。
【請求項２】
前記溝構造と前記活性層との間の隙間は、０からフォトニック結晶格子定数の数倍の値までの範囲内で形成されてい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デバイス。