(57)【要約】  本発明の２次元フォトニック結晶面発光レーザ１００は、２次元フォトニック結晶構造として複数の凹部１０を形成した第１半導体層５を備え、凹部１０の径が深さ方向に沿って徐々に変化しているものであり、このような構成の２次元フォトニック結晶面発光レーザ１００は、活性層３上に積層された第１半導体層５に、活性層３とは反対側の表面から、活性層３に近づくほど細くなっていく凹部１０を形成する工程を含むことによって製造される。
2010087231.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２半導体層と、
前記第１半導体層と、前記第２半導体層とに挟まれ、キャリア注入によって、光を発生する活性層とを備え、
前記第１半導体層は、前記第１半導体層の前記活性層側とは反対側の主面から複数の凹部が形成されることで少なくとも前記第１半導体層の一部が２次元フォトニック結晶構造を有し、
前記凹部の径は、深さ方向に沿って変化していること
を特徴とする２次元フォトニック結晶面発光レーザ。
【請求項２】
前記第１半導体層は、第１クラッド層を有し、
前記第２半導体層は、第２クラッド層を有し、
前記第１クラッド層の屈折率は、前記第２クラッド層の屈折率よりも高いこと
を特徴とする請求項１に記載の２次元フォトニック結晶面発光レーザ。
【請求項３】
前記第１クラッド層の厚さは、０．３μｍ〜１．０μｍであること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の２次元フォトニック結晶面発光レーザ。
【請求項４】
前記凹部は、前記活性層には到達しないこと
を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の２次元フォトニック結晶面発光レーザ。
【請求項５】
前記第１半導体層の発光面側主面における半導体が占める面積の割合を表面側ＦＦとし、
前記第１半導体層において、前記複数の凹部の底面を含む平面を仮想した場合に、この仮想した平面における半導体が占める面積の割合を活性層側ＦＦとし、
前記表面側ＦＦと前記活性層側ＦＦとは異なる値であること
を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の２次元フォトニック結晶面発光レーザ。
【請求項６】
前記活性層側ＦＦは、前記表面側ＦＦよりも大きいこと
を特徴とする請求項５に記載の２次元フォトニック結晶面発光レーザ。
【請求項７】
前記表面側ＦＦは、０．８以下であって、前記活性層側ＦＦは、０．８以上であること
を特徴とする請求項６に記載の２次元フォトニック結晶面発光レーザ。
【請求項８】
第２半導体層上に活性層を積層し、
前記活性層上に、第１半導体層を積層した後に、
前記第１半導体層において、前記活性層とは反対側の表面から、前記活性層に近づくほど細くなっていく凹部を形成することで、前記第１半導体層の少なくとも一部に２次元フォトニック結晶構造を形成すること
を特徴とする２次元フォトニック結晶面発光レーザの製造方法。
【請求項９】
前記第１半導体層の前記複数の凹部には、埋め込み材料が埋め込まれていること
を特徴とする請求項１に記載の２次元フォトニック結晶面発光レーザ。
【請求項１０】
前記第１半導体層の前記複数の凹部には、空所が形成されるようにその深さ方向の途中まで埋め込み材料が埋め込まれていること
を特徴とする請求項１に記載の２次元フォトニック結晶面発光レーザ。
【請求項１１】
前記第１半導体層の前記活性層側とは反対側の主面における半導体が占める面積の割合を表面側ＦＦとし、
前記第１半導体層において、前記複数の凹部の底面を含む平面を仮想した場合に、この仮想した平面における半導体が占める面積の割合を活性層側ＦＦとし、
前記表面側ＦＦと前記活性層側ＦＦとは異なる値であること
を特徴とする請求項９または請求項１０に記載の２次元フォトニック結晶面発光レーザ。
【請求項１２】
前記複数の凹部に、埋め込み材料を埋め込む工程をさらに含むこと
を特徴とする請求項８に記載の２次元フォトニック結晶面発光レーザの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２次元フォトニック結晶で共振させることによって面発光する２次元フォトニック結晶面発光レーザおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
面発光レーザは、基板面から略垂直（その法線方向）にレーザ光を射出することができる、複数のレーザ素子を２次元に集積すること（２次元アレイ化）ができる、および、各レーザ素子からコヒーレントな光を並列的に射出することができるなどの様々な特徴を有している。このことから、例えば、ストレージ分野、通信分野および情報処理分野などの各分野へ様々な応用が期待され、その研究、開発が進んでいる。【０００３】
面発光レーザでは、キャリア注入によって光を発生する活性層を多層膜反射鏡（ＤＢＲ）で上下に挟み込む構造が一般的な基本構造として採用されるが、この他、例えば、２次元フォトニック結晶を用いるものがある。ここで、フォトニック結晶は、一般的に光の波長と同程度もしくはより小さい周期的な屈折率分布を内部に備える光学素子である。フォトニック結晶には、３次元的な屈折率分布を持つ３次元フォトニック結晶や、２次元的な屈折率分布を持つ２次元フォトニック結晶などがある。フォトニック結晶は、半導体において原子核の周期ポテンシャルによって電子（電子波）がブラック反射を受けてバンド構造が形成される現象と同様に、周期的な屈折率分布によって光波がブラッグ反射を受けて光に対するバンド構造（フォトニックバンド構造）が形成されるという特徴を有している。この特徴を利用して、フォトニック結晶によって、様々な光の制御が可能になると期待されている。【０００４】
例えば、２次元フォトニック結晶面発光レーザは、キャリアの注入により発光する活性層の近傍に、２次元的に屈折率周期を配置したフォトニック結晶周期構造体を備え、フォトニック結晶により共振して面発光するものである。例えば、特許文献１等は、従来の２次元フォトニック結晶面発光レーザについて記載されている。図２２は、従来の２次元フォトニック結晶面発光レーザの構成を示す斜視図である。より具体的には、図２２に示すように、この２次元フォトニック結晶面発光レーザ２００では、概略、基板１０１上に下部クラッド層１０２、活性層１０３、上部クラッド層１０４が積層され、下部クラッド層１０２には活性層１０３の近傍に２次元フォトニック結晶１２０が内蔵されている。【０００５】
基板１０１は、例えば、ｎ型ＩｎＰの半導体材料からなる。下部クラッド層１０２および上部クラッド層１０４は、例えば、それぞれｎ型およびｐ型ＩｎＰの半導体層であり、これらは、活性層１０３よりも屈折率が低い。２次元フォトニック結晶１２０は、下部クラッド層１０２に空孔（フォトニック結晶周期構造体１２１）を形成することで構成される。また、空孔内にはＳｉＮ等を充填してもよい。これにより、下部クラッド層１０２の２次元フォトニック結晶１２０は、屈折率の異なる媒質が２次元の周期で配列された正方格子や三角格子からなっている。活性層１０３は、例えば、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ系の半導体材料を用いた多重量子井戸構造からなっており、キャリアの注入により発光する。２次元フォトニック結晶面発光レーザ２００は、下部クラッド層１０２および上部クラッド層１０４により活性層１０３を挟んだダブルヘテロ接合を形成し、キャリアを閉じ込めて発光に寄与するキャリアを活性層１０３に集中させるようになっている。【０００６】
基板１０１の底面および上部クラッド層１０４の上面には、金等からなる下部電極１０６および上部電極１０７が形成されている。これら下部電極１０６および上部電極１０７に電圧を印加することにより活性層１０３が発光し、活性層１０３から漏れた光が２次元フォトニック結晶１２０に入射する。２次元フォトニック結晶１２０の格子間隔に波長が一致する光は、２次元フォトニック結晶１２０により共振して増幅される。これにより、上部クラッド層１０４の上面（電極１０７の周囲に位置する発光領域１０８）からコヒーレントな光が面発光される。【０００７】
ここで、図２３に示すような正方格子からなる２次元フォトニック結晶１２０の共振作用について説明する。図２３は、２次元フォトニック結晶面発光レーザの共振作用を示す説明図である。２次元フォトニック結晶１２０は、下部クラッド層１０２内に空孔１２１が形成されることで構成されている。空孔１２１が直交する２方向に同じ周期で形成されることによって正方格子が構成されている。正方格子は、Γ−Ｘ方向とΓ−Ｍ方向の代表的な方向を有している。Γ−Ｘ方向に隣接する空孔１２１の間隔をａとすると、空孔１２１を格子点とした一辺がａの正方形からなる基本格子Ｅが、形成されている。ここで、波長λが基本格子Ｅの格子間隔ａに一致する光ＬがΓ−Ｘ方向に進行すると、光Ｌは、格子点で２次回折される。このうち、光Ｌの進行方向に対して０°、±９０°、１８０°の方向に回折された光のみがブラッグ条件を満たす。さらに、０°、±９０°、１８０°の方向に回折された光の進行方向にも格子点が存在するため、回折光は、再度進行方向に対して０°、±９０°、１８０°方向に回折する。光Ｌが１回または複数回の２次回折を繰り返すと、回折光が元の格子点に戻るため共振作用が生じる。また、紙面に垂直な方向に１次回折された光もブラッグ条件を満たす。このため、共振によって増幅された光が上部クラッド層１０４を介して出射され、面発光機能を有することになる。また、全ての格子点でこの現象が生じるため、面内全域でコヒーレントなレーザ発振が可能である。なお、特許文献１には、活性層を形成したウェハと、表面に２次元フォトニック結晶１２０を形成したウェハとを接合（融着）することで２次元フォトニック結晶面発光レーザを製造する方法が記載されている。【０００８】
また、特許文献２には、融着を用いずに２次元フォトニック結晶面発光レーザを製造する方法が記載されている。特許文献２に記載の製造方法は、具体的には、エピタキシャル層と誘電体膜とを有するフォトニック結晶構造工程と、フォトニック結晶構造工程後に、誘電体膜上およびエピタキシャル層上にＧａＮ層を形成する工程とを備えている。この製造方法によると、融着を用いる必要がないことから、製造時にデバイスにダメージを与えることがほとんどない。【０００９】
また、特許文献３には、上部クラッド層をエピタキシャル成長により形成後、円柱状の凹部を形成することで、フォトニック結晶を構成する２次元フォトニック結晶面発光レーザが記載されている。この２次元フォトニック結晶面発光レーザは、閾値電流が低く、しかも光の偏波面が制御されているという効果を有する。【００１０】
また、特許文献４には、フォトニック結晶構造体の結晶面に対する断面形状の幅が主たる発光方向に沿って漸減している、２次元フォトニック結晶面発光レーザが記載されている。これにより、高い光利用効率を得ることができる。【００１１】
前記特許文献１に記載の２次元フォトニック結晶面発光レーザは、製造の際にフォトニック結晶を形成したウェハとフォトニック結晶の真上に配置される活性層を形成したウェハとを融着することで製造する。しかし、ウェハ全面を均一に融着することは、難しく、歩留まりが悪い。また、融着させる材料ごとに最適な融着の条件が異なることから、材料が異なるごとに最適な融着条件を求める必要があり、このように融着条件を変更しなければならず、この製造方法は、煩雑である。融着は、通常還元もしくは不活性雰囲気で高温の状態で行われることから、融着の際にフォトニック結晶の空孔の変形等のダメージが生じる可能性がある。また、フォトニック結晶構造に反りやうねりが発生している場合は、融着が困難になってしまう。したがって、歩留まりが低い。【００１２】
また、前記特許文献２に記載の２次元フォトニック結晶面発光レーザの製造方法は、ＧａＮ系を用いる場合にのみ可能であり、他の半導体レーザ材料であるＧａＡｓ系やＩｎＰ系では実現することができない。また、同じＧａＮ系であっても、現状使われているｃ面と異なる面方位を用いた場合、例えばＧａＮ系緑色レーザやＬＥＤなどで研究が行われている無極性面や半極性面といった面方位の基板を使う場合には、ｃ面上とは成長条件が異なる。また、このように、特殊な製造方法であることから、２次元フォトニック結晶レーザの構成にも制限が生じる可能性がある。【００１３】
また、前記特許文献３に記載の２次元フォトニック結晶面発光レーザの構造において、低閾値化を行うためには、形成する円柱状の凹部の径を小さくする必要があるため、アスペクト比が高くなる。低閾値を実現するような構成とするためには、アスペクト比が高くなりすぎるため、エッチングによる凹部の形成は、実際には困難である。【００１４】
また、前記特許文献４に記載の２次元フォトニック結晶面発光レーザは、前記特許文献１と同様に融着を用いて製造するため、この特許文献１の２次元フォトニック結晶面発光レーザと同様の問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特許第３９８３９３３号公報
【特許文献２】特開２００８−１３０７３１号公報
【特許文献３】特許第３６１３３４８号公報
【特許文献４】特許第３８３３９５３号公報
【発明の概要】
【００１６】
本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、容易に作製でき、低コストで歩留まりの高い２次元フォトニック結晶面発光レーザおよびその製造方法を提供することである。
【００１７】
本発明の２次元フォトニック結晶面発光レーザは、２次元フォトニック結晶構造として複数の凹部を形成した第１半導体層を備え、前記凹部の径が深さ方向に沿って徐々に変化しているものであり、このような構成の２次元フォトニック結晶面発光レーザは、活性層上に積層された第１半導体層に、前記活性層とは反対側の表面から、前記活性層に近づくほど細くなっていく凹部を形成する工程を含むことによって製造される。このような構成の２次元フォトニック結晶面発光レーザおよびその製造方法は、従来に較べて、容易に作製でき、低コストで歩留まりも高い。
【００１８】
上記並びにその他の本発明の目的、特徴および利点は、以下の詳細な記載と添付図面から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる２次元フォトニック結晶面発光レーザの構成を示す断面図である。
【図２】結合係数κとFilling Factorを計算により求めるために用いた２次元フォトニック結晶面発光レーザのモデル構成を示す断面図である。
【図３】１次元結合波理論を用いて求めた結合係数κとFilling Factorとの関係を表すグラフである。
【図４】第１クラッド層のＡｌ組成を変化させた場合の結合係数κとFilling Factorとの関係を表すグラフである。
【図５】第１クラッド層の厚さと光閉じ込めの強さの関係を求めるために用いたレーザのモデル構成を示す断面図である。
【図６】転送行列法を用いて求めた第１クラッド層厚さとコンタクト層にしみだす光の割合との関係を表すグラフである。
【図７】１次元結合波理論および２次元結合波理論を用いて求めた結合係数κとFilling Factorとの関係を表すグラフである。
【図８】２次元結合波理論を用いて求めた、第１クラッド層のＡｌ組成を変化させた場合の結合係数κとFilling Factorとの関係を表すグラフである。
【図９】本発明の第１実施形態にかかる２次元フォトニック結晶面発光レーザの要部拡大図である。
【図１０】凹部深さが０．５２μｍの場合の表面側ＦＦ（Filling Factor）および活性層側ＦＦ（Filling Factor）に対する計算結果を示すグラフであって、図１０（Ａ）は結合係数κの値を示すグラフであり、図１０（Ｂ）はコンタクト層へしみだした光の割合を示すグラフである。
【図１１】凹部深さが０．９２μｍの場合の表面側ＦＦ（Filling Factor）および活性層側ＦＦ（Filling Factor）に対する計算結果を示すグラフであって、図１１（Ａ）は結合係数κの値を示すグラフであり、図１１（Ｂ）はコンタクト層へしみだした光の割合を示すグラフである。
【図１２】本発明の第１実施形態にかかる２次元フォトニック結晶面発光レーザの製造工程を示す断面工程図であって、図１２（Ａ）〜図１２（Ｅ）は、各工程図である。
【図１３】パターンが形成された状態のレジスト層の平面図である。
【図１４】本発明の第２実施形態にかかる２次元フォトニック結晶面発光レーザの構成を示す断面図である。
【図１５】本発明の第２実施形態にかかる２次元フォトニック結晶面発光レーザの要部拡大図である。
【図１６】本発明の第２実施形態にかかる２次元フォトニック結晶面発光レーザの製造工程を示す第１の断面工程図であって、図１６（Ａ）〜図１６（Ｄ）は、各工程図である。
【図１７】本発明の第２実施形態に係る２次元フォトニック結晶面発光レーザの製造工程を示す第２の断面工程図であって、図１７（Ａ）〜図１７（Ｄ）は、各工程図である。
【図１８】本発明の第２実施形態における２次元フォトニック結晶面発光レーザの電極の構成を示す平面図であって、図１８（Ａ）〜図１８（Ｄ）は、それぞれ異なる形状の電極の構成を示す平面図である。
【図１９】本発明の第２実施形態にかかる２次元フォトニック結晶面発光レーザの他の製造工程としての第１製造工程を説明するための断面工程図であって、図１９（Ａ）および図１９（Ｂ）は、各工程図である。
【図２０】本発明の第２実施形態にかかる２次元フォトニック結晶面発光レーザの他の製造工程としての第２製造工程を説明するための断面工程図である。
【図２１】本発明の第２実施形態にかかる２次元フォトニック結晶面発光レーザの他の構成を示す断面図である。
【図２２】従来の２次元フォトニック結晶面発光レーザの構成を示す斜視図である。
【図２３】２次元フォトニック結晶面発光レーザの共振作用を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
【００２１】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態にかかる２次元フォトニック結晶面発光レーザの構成を示す断面図である。図１において、第１実施形態にかかる２次元フォトニック結晶面発光レーザ１００は、基板１と、基板１の一方の主面上に形成された第２半導体層である第２クラッド層２と、第２クラッド層２上に形成された活性層３と、活性層３上に形成されるキャリアストップ層４と、キャリアストップ層４上に形成された第１クラッド層５と、第１クラッド層５上に形成されたコンタクト層６と、コンタクト層６上に形成された円環状（リング状、ドーナツ状）の第１電極７と、基板１における前記一方の主面に対向する他方の主面上の全面に形成された第２電極８とを備えて構成される。なお、コンタクト層６上において第１電極７が形成されていない箇所は、光が発光される発光面９である。そして、半導体からなる第１クラッド層５およびコンタクト層６において、それらの発光面９側（活性層３と反対側）の主面すなわち第１電極７との境界面から加工がなされることで、第１クラッド層５およびコンタクト層６には、複数の凹部１０が周期的に配置されるように形成されている。これにより、コンタクト層６、第１クラッド層５およびキャリアストップ層４からなる第１半導体層は、２次元フォトニック結晶構造を有する。なお、第１電極７側から加工がなされるので、凹部１０は、コンタクト層６において第１電極７と接する側の表面には少なくとも形成されている。このフォトニック結晶構造は、活性層３でレーザ発振する光の波長を選択する。なお、凹部１０の径は、深さ方向に沿って徐々に変化している。より具体的には、積層方向に沿った面による断面形状において、凹部１０および凹部１０以外の半導体部分は、いわゆるテーパ形状を有する。
【００２２】
基板１は、例えばｎ型のＧａＡｓ基板である。第２クラッド層２は、例えば、電子をキャリアとするｎ型の半導体層であり、例えば、ｎ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓで形成されている。キャリアストップ層４は、例えば、ホール（正孔）をキャリアとするｐ型の半導体層であり、例えば、ｐ型Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓで形成されている。第１クラッド層５も、例えば、ホール（正孔）をキャリアとするｐ型の半導体層であり、例えば、ｐ型ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓで形成されている。コンタクト層６も、例えば、ホール（正孔）をキャリアとするｐ型の半導体層であり、例えば、ｐ＋型ＧａＡｓで形成されている。なお、第１半導体層および第２半導体層における各層の導電型は、上述のものに限られるわけではない。２次元フォトニック結晶面発光レーザ１００は、例えば、埋め込みトンネル接合（ＢＴＪ：Buried Tunnel Junction）型のように、活性層の上層に、異なる導電型であるｐ型およびｎ型の半導体層を有する構造でもよい。
【００２３】
活性層３は、上述のように、第２クラッド層２からなる第２半導体層と、コンタクト層６、第１クラッド層５およびキャリアストップ層４からなる第１半導体層とに挟まれており、キャリア注入によって光を発生（発光）する。なお、活性層３と第１クラッド層５との間にはキャリアストップ層４が配置されている。活性層３は、公知の一般的な材料および構造を採用することができ、使用用途に応じた波長を発光するように材料や構造などが選択される。活性層３は、例えば、３周期のＩｎＧａＡｓ井戸層、ＧａＡｓ障壁層および分離閉じ込め層（ＳＣＨ（Separate Confinement Heterostructure）層）により構成されている歪み量子井戸構造であってよい。
【００２４】
第１および第２クラッド層５、２は、活性層３の屈折率よりも低い屈折率の材料で形成され、下部および上部クラッド層の機能を兼ね備えている。また、第１クラッド層５の屈折率は、第２クラッド層２の屈折率よりも高いことが好ましい。このように、第１クラッド層５の屈折率を第２クラッド層２の屈折率よりも高くすることで、２次元フォトニック結晶構造が形成された場合に、第１クラッド層５の平均屈折率が低下し過ぎることがない。これにより、フォトニック結晶構造が形成された層に分布する光の割合の減少を防ぐことから、結合係数κの低下を防ぐことができる。
【００２５】
そして、この２次元フォトニック結晶面発光レーザ１００は、活性層３を挟んでダブルへテロ接合を形成し、キャリアを閉じ込めて、発光に寄与するキャリアを活性層３に集中させている。コンタクト層６は、第１電極７と第１クラッド層５との間に配置され、これらを電気的に接続させている。キャリアストップ層４は、キャリアオーバーフローによって活性層３から第１クラッド層５へ向かう電子に対する電位障壁として機能する。なお、第１クラッド層５と活性層３との間にはキャリアストップ層４が配置されていなくてもよい。また、第１クラッド層５と活性層３との間に他の層が介在していてもよい。
【００２６】
第１および第２電極７、８は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide：酸化インジウムスズ）電極や金系電極などから構成され、第１電極７と第２電極８との間に電圧を印加することによって活性層３にキャリアが注入され、所定値以上の電圧値で活性層３が発光するようになっている。なお、第１および第２電極７、８は、導電性を有するだけでなく、発光面側においては、この２次元フォトニック結晶面発光レーザ１００が発光するレーザ光の波長に対して透明であり、導電性を有する材料を用いた透明電極であることが好ましい。したがって、ＩＴＯ電極とすることが好ましい。なお、発光面９側に設置された第１電極７は、開口を形成し、第２電極８は、基板１全面に形成されている。このような構成とすることで、第１電極７が形成された側の面から選択的にレーザ光が射出される。なお、２次元フォトニック結晶面発光レーザ１００は、第１電極７の一部または全部を透明電極とし、開口を形成せずに、発光面９の全面に第１電極７が形成された構成であってもよい。このような構成では、透明電極を介して、レーザ光が射出される。
【００２７】
また、本実施の形態では、第１クラッド層５の上面がレーザ光を射出する射出面（発光面９）となっているが、例えば、基板１の底面を発光面とすることも可能である。具体的には、基板１は、取り出す光の波長帯に対して透明な材料とし、第１電極７をコンタクト層６の全面に形成し、第２電極８に開口を形成すればよい。これにより、２次元フォトニック結晶面発光レーザ１００は、第２電極８に形成された開口からレーザ光を射出することができる。なお、この場合も、２次元フォトニック結晶面発光レーザ１００は、第２電極８の一部または全部を透明電極とし、開口を形成せずに、基板１の全面に第２電極８が形成された構成であってもよい。これにより、透明電極を介して、レーザ光が射出される。
【００２８】
第１クラッド層５およびコンタクト層６に形成された２次元フォトニック結晶構造において、２次元の周期的な屈折率分布は、第１クラッド層５を形成する材料の屈折率と異なる屈折率の材料が格子点として互いに異なる２方向（線形独立な２方向）に所定の周期（格子間隔、格子定数）で配列されることによって形成されている。格子点は、本実施の形態では、例えば、第１クラッド層５およびコンタクト層６に形成された錐状の凹部１０から構成される。なお、凹部１０は、コンタクト層６および第１クラッド層５だけでなく、キャリアストップ層４まで到達していてもよいが、活性層３には到達しないことが好ましい。凹部１０が活性層３に到達、すなわちフォトニック結晶と活性層３とが近接すると、エッチング時に活性層３へのダメージが生じる可能性がある。
【００２９】
ここで、コンタクト層６の上面における半導体および凹部１０において、半導体の占める面積の割合を表面側ＦＦとし、また、第１クラッド層５内において凹部１０の底面を含む平面による断面を仮想した場合に、この断面における半導体および凹部１０において、半導体の占める面積の割合を活性層側ＦＦとする。上述のように、凹部１０の断面は、テーパ形状であるため、表面側ＦＦと活性層側ＦＦは異なる値となる。このように、凹部１０の断面形状がテーパ状であることから、２次元フォトニック結晶の結合係数κの値が高く、かつ、光閉じ込め効果が高い。そして、凹部１０の形成が容易となる。例えば、凹部１０は、エッチングにより形成されるが、その形成難度の低下を実現できる。また、活性層側ＦＦは、表面側ＦＦよりも大きいことが好ましい。すなわち、凹部１０は、活性層３に近づくほど細くなるテーパ形状を有する。そのため、活性層３に近づくほど太くなるテーパ形状である凹部１０に比べて、容易に作製することができる。また、表面側ＦＦは０．８以下であって、前記活性層側ＦＦは０．８以上であることが好ましい。これにより、２次元フォトニック結晶における高い結合係数κおよび第１クラッド層５による高い光閉じ込め効果を得ることができる。そして、２次元フォトニック結晶の製造が容易である。
【００３０】
また、第１クラッド層５の厚さは、第１クラッド層５の屈折率にもよるが０．３μｍ〜１．０μｍ程度が好ましい。さらに好ましくは、０．５μｍ前後である。これにより、アスペクト比が小さくなり凹部１０の形成が容易であり、光閉じ込め効果も十分得ることができる。なお、第１クラッド層５が薄すぎると光閉じ込めが不十分になり、第１電極７による光の吸収が問題になる。一方、第１クラッド層５が厚すぎると、アスペクト比が高くなり凹部１０の形成が困難となる。
【００３１】
上述の本実施形態にかかる２次元フォトニック結晶面発光レーザ１００は、第１電極７および第２電極８間に電圧が印加されることで活性層３が発光する。活性層３から漏れた光がコンタクト層６および第１クラッド層５に形成された２次元フォトニック結晶構造に入射し、その格子間隔に波長が一致する光は、２次元フォトニック結晶により共振して増幅され、発光面９からコヒーレントな光が発光される。
【００３２】
ここで、このような２次元フォトニック結晶を備えたレーザの結合係数κについて説明する。このような回折格子結合型のレーザにおける重要なパラメータとして、回折格子の結合係数κが挙げられる。ここで、フォトニック結晶構造は、回折格子であり、２次元フォトニック結晶構造は、２次元回折格子なので、２次元フォトニック結晶レーザは、通常の１次元回折格子を使ったＤＦＢ（distributed feedback laser：分布帰還型）レーザと同様に考えることができる。結合係数κは、回折格子に光が結合する割合を示す値である。結合係数κは、１次元回折格子を用いたＤＦＢレーザにおいて、公知の１次元結合波理論を用いて下記の式（１）により表される（例えば、W. Streifer他、”Coupled Wave Analysis of DFB and DBR Lasers”, IEEE Journal of Quantum Electronics,  vol.  QE-13, No.4, pp.134, 1977参照）。
【００３３】
2010087231.tif 000003
【００３４】
ここで、回折格子に対して垂直な方向がｘとされ、光伝搬方向がｚとされている。また、ｋ０は、自由空間での波数であり、β０はｚ方向の伝搬定数であり、Ａｑ、は、屈折率の二乗をｚ方向についてフーリエ展開したときのｑ次成分であり、ε０は、電界振幅であり、ε０＊（ｘ）は、その共役複素数であり、Ｐは、｛ε０（ｘ）ε０＊（ｘ）｝をｘ方向全体に積分したものである。１次元回折格子の断面が矩形である場合は、より簡便に下記の式（２）で表される。
【００３５】
2010087231.tif 000004
【００３６】
ここでｎ１、ｎ２は、１次元回折格子を構成する材料の屈折率であり、ｍは、ブラッグ回折の次数であり、Γｇｒａｔｉｎｇは、１次元回折格子層に分布する光の割合（光閉じ込め係数）であり、ｗは、１次元回折格子における溝の幅であり、Λは、１次元回折格子の周期である。式（２）から分かるように、結合係数κは、「１次元回折格子を構成する材料の屈折率差」、「１次元回折格子層に分布する光の割合」、「１次元回折格子における溝の幅」により決まる。
【００３７】
式（２）を用いて、２次元フォトニック結晶面発光レーザ１００における結合係数κとFilling Factor（以下、ＦＦという）すなわち２次元フォトニック結晶構造全体における高屈折率部分の割合との関係を計算により求める。なお、ＦＦは、具体的には（１−ｗ／Λ）で表される。このように、１次元回折格子（１次元フォトニック結晶構造）の場合は、１から、１次元フォトニック結晶構造における周期に対する溝の割合を減じた値であるが、２次元フォトニック結晶構造の場合は、２次元フォトニック結晶の単位格子を考えたときに、単位格子における凹部（低屈折率材料）の面積の割合を１から減じた値である。なお、計算においては、２次元フォトニック結晶面発光レーザとしては、図２に示した構成の２次元フォトニック結晶面発光レーザを用いる。図２は、結合係数κとFilling Factorを計算により求めるために用いた２次元フォトニック結晶面発光レーザのモデル構成を示す断面図である。なお、図２においては、計算には用いないため、電極については省略している。図２において、基板２１は、屈折率が３．５２４であるＧａＡｓとし、厚さは、無限大とした。第２クラッド層２２は、屈折率が３．３０６であるＡｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓとし、厚さは、２．０μｍとした。活性層２３は、ＳＣＨ−ＭＱＷ（Multiple Quantum Well：多重量子井戸）構造であり、屈折率が３．５３９であり、厚さは、０．１４４μｍとした。また、キャリアストップ層２４は、屈折率が３．１９５であるＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓとし、厚さは、０．０４μｍとした。また、第１クラッド層２５のうちフォトニック結晶構造を有していない箇所２５ｂは、屈折率が３．３０６であるＡｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓとし、厚さは０．０４μｍとした。また、第１クラッド層２５のうちフォトニック結晶構造を有している箇所２５ａは、屈折率が３．３０６であるＡｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓと、屈折率が１．５である材料３０（例えばＳｉＯ２）とが、図２に示すように交互に周期的に形成されていて、厚さは、１．９６μｍとした。また、コンタクト層２６は、屈折率が３．５２４２であるＧａＡｓと、屈折率が１．５である材料３０（例えばＳｉＯ２）とが、図２に示すように交互に周期的に形成されていて、厚さは、０．０２μｍとした。また、コンタクト層２６の上層には、屈折率が１．０の空気が無限大の厚さで配置されていることとした。このような２次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、回折次数ｍを２と仮定して、式（２）を用いることによって結合係数κとＦＦとの関係が求められた。なお、上述のように、式（２）は、１次元回折格子（１次元フォトニック結晶構造）における計算式であるが、２次元フォトニック結晶の場合の計算においても、簡便な近似として用いることができる。なお、Γｇｒａｔｉｎｇは、スラブ導波路を仮定し、転送行列法で計算した。また、光の波長は、９８０ｎｍを仮定した。
【００３８】
式（２）により計算した結果が図３に表されている。図３は、１次元結合波理論を用いて求めた結合係数κとFilling Factorとの関係を表すグラフである。なお、フォトニック結晶構造における材料３０（例えばＳｉＯ２）の断面形状は、テーパ状ではなく直方体状の場合、すなわちフォトニック結晶に形成される凹部は、柱状の場合について、まず計算する。図３に示すように、ＦＦは、結合係数κに大きく依存し、ＦＦ＝０．９付近で極大値を持つ。２次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、結合係数κが大きいほど、フォトニック結晶構造による特性がより強く生じるため、好ましい。しかし、ＦＦ＝０．９とすると、１次元フォトニック結晶構造とした場合は、その周期に対して溝の幅が０．１であることから、例えば周期を３００ｎｍとすると、溝の幅が３０ｎｍとなり、パターン形状が微細化するため製造が困難である。また、２次元フォトニック結晶としても、直径１００ｎｍ程度の円柱状の凹部を形成する必要があり、パターン形状が微細化するため製造が困難である。より具体的には、１次元フォトニック結晶構造であれば、一般的なレーザとして上部クラッド層である第１クラッド層２５の厚さを２μｍとすればエッチング深さは１．９μｍ程度必要であることから、アスペクト比は、６０となり、２次元フォトニック結晶構造であればアスペクト比は、２０となり、非常に高いアスペクト比の周期構造が必要である。したがって、加工難度が高い。
【００３９】
また、一般的に、１次元フォトニック結晶構造を有するレーザにおいては、結合係数κは１０００ｃｍ−１以上が必要であるとされている（例えば、D. Ohnishi他、Optics Express, vol.12, No.8,  pp.1562, 2004参照）。しかし、図３に示された極大値は、５００ｃｍ−１であることから、図２に示した２次元フォトニック結晶面発光レーザの構成では好ましい特性を得ることができない。これは、本実施形態にかかる２次元フォトニック結晶面発光レーザは、第１クラッド層２５の表面から加工することでフォトニック結晶構造を形成することから、上部クラッド層である第１クラッド層２５に低屈折率材料である材料３０が充填された部分が形成されているため、第１クラッド層２５全体の平均屈折率が低下し、Γｇｒａｔｉｎｇが小さくなっているためであると考えられる。
【００４０】
結合係数κを増加させるためには、例えば、Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓである第１クラッド層２５のうち、Ａｌの組成を変化させて、第１クラッド層２５の屈折率を増加させる方法が考えられる。より具体的には、Ａｌの組成を４０％から０％へと減少させた場合について、式（２）を用いて計算が実行され、その計算結果が図４に示されている。図４は、第１クラッド層のＡｌ組成を変化させた場合の結合係数κとFilling Factorとの関係を表すグラフである。図４に示されているように、Ａｌの組成を３０％以下とした場合は、結合係数κの極大値が、上述した必要とされる値である１０００ｃｍ−１を超えている。また、さらにＡｌの組成を下げることで、結合係数κは、５０００ｃｍ−１以上となり、大幅に向上していることが分かる。このように、第１クラッド層２５の屈折率を高く設計することで、十分な結合係数κが得られる。
【００４１】
また、２次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、高アスペクト比の周期構造を有することから、加工が困難である点を改善するために、第１クラッド層２５の厚さを薄くすればよい。しかし、薄すぎると第１クラッド層２５の光閉じ込め効果が弱くなり、第１電極７による光吸収が増大し、発振閾値が上昇するという問題が生じる。それにより、発振しないという問題も生じ得る。そこで、十分な光閉じ込め効果を有する第１クラッド層２５の厚さが計算により求められた。この計算には、図５に示す構成のレーザが用いられた。図５は、第１クラッド層の厚さと光閉じ込めの強さの関係を求めるために用いたレーザのモデル構成を示す断面図である。図５に示すように、第２クラッド層に光閉じ込め効果を算出するため用いたモデルは、ｎ型のＧａＡｓ基板である基板３１と、ｎ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓで形成された第２クラッド層３２と、活性層３３と、ｐ型Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓで形成されたキャリアストップ層３４と、ｐ型ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓで形成された第１クラッド層３５と、ｐ＋型ＧａＡｓで形成されたコンタクト層３６とが順次積層された構成である。また、光の波長は、先ほどの計算と同様に、９８０ｎｍを仮定している。
【００４２】
図５に示したモデルにおいて、第１クラッド層３５のＡｌ組成を、通常のレーザで用いられる４０％とした場合の第１クラッド層３５の厚さとコンタクト層３６の表面にしみだす光の割合が計算され、図６に示されている。さらに、Ａｌの組成が０％の場合に、第１クラッド層３５とコンタクト層３６とに回折格子（１次元もしくは２次元）を形成した場合に、そのＦＦを変化させて第１クラッド層３５の厚さとコンタクト層３６にしみ出す光の割合とが計算され、図６に示されている。なお、ＦＦは、０．９から０．６まで変化させている。図６は、転送行列法を用いて求めた第１クラッド層厚さとコンタクト層にしみだす光の割合との関係を表すグラフである。図６に示すように、結合係数κが最適の値となる、ＦＦ＝０．９の場合は、コンタクト層３６にしみだす光の割合が、回折格子がない場合に比べると１桁以上増加しており、第１クラッド層３５の光閉じ込め効果が弱いことが分かる。一方、ＦＦを０．８以下にすれば、通常のＡｌ組成４０％よりも強い光閉じ込め効果が得られる。この場合、第１クラッド層３５の厚さは、０．５〜１μｍまたはそれ以下の厚さという、通常のレーザにおける上部クラッド層の厚さよりも薄い状態であっても、十分に強い光閉じ込め効果が得られる。したがって、第１クラッド層３５の厚さは、０．３μｍ〜１．０μｍ程度が好ましい。さらに好ましくは、０．５μｍ前後とすればよい。これにより、十分な光閉じ込め効果を得ながら、アスペクト比が小さくなる。これにより、凹部の形成が容易になる。具体的には、エッチング加工の難度が下がる。
【００４３】
上述のように、２次元フォトニック結晶面発光レーザにおける結合係数κの増加およびアスペクト比を減少させる方法が、計算により求められた。しかしながら、上述の計算において用いた式（２）は、１次元回折格子（１次元フォトニック結晶構造）におけるものである。１次元フォトニック結晶構造に関する式であっても、２次元フォトニック結晶構造の解析において、近似的に用いることができるが、以下では、より厳密な解を求めるために、２次元フォトニック結晶における結合係数κの厳密な解法を用いて、同様の計算が行われる。なお、２次元フォトニック結晶構造における厳密な解法は、例えば、公知の２次元回折格子に対する２次元の結合波理論が用いられた。この理論は、例えば、「K. Sakai他、”Coupled-wave model for square-lattice two-dimensional photonic  crystal with transverse-electric-like mode”, Applied Physics Letters, vol.89, 021101  (2006)」に示されている。まず、図２に示したモデルを用いて、結合係数κとＦＦとの関係が求められた。各層の屈折率および厚さも上述した値と同一とする。また、格子点形状は、真円を仮定し、１次元（１Ｄ）の場合および２次元（２Ｄ）の場合のどちらも１８０°方向への回折に対する結合係数κが計算された。
【００４４】
図７は、１次元結合波理論および２次元結合波理論を用いて求めた結合係数κとFilling Factorとの関係を表すグラフである。図７に示されているように、１次元フォトニック結晶構造の場合（１Ｄ計算）の極大値に対して、２次元フォトニック結晶構造の場合（２Ｄ計算）の極大値は、０．５倍程度になっている。このことから、上述したように、一般的に、２次元フォトニック結晶レーザの結合係数κを１次元結合波理論で近似的に見積もった場合は、低閾値発振には１０００ｃｍ−１以上の結合係数κが必要である。ここで、図７に示された結果より、２次元フォトニック結晶レーザの結合係数を２次元結合波理論で見積もった場合には、５００ｃｍ−１以上が必要であると考えられる。また、２次元結合波理論を用いて、第１クラッド層２５のＡｌ組成を変化させた場合の結合係数κとFilling Factorとの関係が計算により求められた。なお、計算において、図４に示したグラフを求めた条件と同様の条件について、結合係数κとFilling Factorとの関係が計算され、その計算結果が図８に示されている。図８は、２次元結合波理論を用いて求めた、第１クラッド層のＡｌ組成を変化させた場合の結合係数κとFilling Factorとの関係を表すグラフである。図４と図８とを比較すればわかるように、両者は若干の違いはあるが、どちらもＦＦ＝０．９〜０．９５で極大値を取るという同じ傾向を示している。したがって、１次元結合波理論を用いて、２次元フォトニック結晶の解析を行うことは、有効な近似であることが分かる。
【００４５】
上述した計算結果より、２次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、フォトニック結晶構造のＦＦは、０．９近傍が好ましい。しかしながら、クラッド層の光閉じ込めおよび加工難易度の点から、ＦＦは、０．８以下が好ましく、さらに好ましくは０．７以下である。このように、好ましいＦＦの値が異なるが、これら好ましい条件を共に含むこととするために、２次元フォトニック結晶面発光レーザにおける２次元フォトニック結晶構造の断面形状をテーパ状とすることが好ましい。つまり、凹部１０（図１を参照）において、断面形状において表面側ＦＦと活性層側ＦＦとが異なっていることが好ましい。図９は、本発明の実施の形態にかかる２次元フォトニック結晶面発光レーザの要部拡大図である。より具体的には、図１に示した２次元フォトニック結晶面発光レーザ１００におけるフォトニック結晶構造部分の拡大図である。なお、表面側ＦＦとは、コンタクト層６の主面の内、発光面側の主面におけるＦＦをいう。また、活性層側ＦＦとは、第１クラッド層５に形成された凹部１０の底面に沿った面１０ａにおけるＦＦをいう。
【００４６】
以下、好ましい表面側ＦＦおよび活性層側ＦＦの値について、計算により求める。計算には、図２に示した構成のモデルが用いられ、第１クラッド層２５以外は、条件も上述したものと略同じとする。第１クラッド層２５については、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）ＡｓであってＡｌ組成は、０％とする。具体的には、第１クラッド層２５のうちフォトニック結晶構造を有していない箇所２５ｂは、屈折率が３．５２４２であるＡｌ０．０Ｇａ１．０Ａｓとし、厚さは、０．０４μｍとした。また、第１クラッド層２５のうちフォトニック結晶構造を有している箇所２５ａは、屈折率が３．５２４２であるＡｌ０．０Ｇａ１．０Ａｓと、屈折率が１．５である材料３０とが、図２に示すように交互に周期的に形成されていて、厚さは、０．５μｍまたは０．９μｍとした。また、第１クラッド層２５およびコンタクト層２６における凹部深さも変更する。なお、凹部深さは、材料３０の深さ方向の長さに当たる。具体的には、第１クラッド層２５全体の厚さが０．５４μｍまたは０．９４μｍとして計算された。なお、第１クラッド層２５全体の厚さを０．５４μｍとする場合は、フォトニック結晶構造を有している箇所２５ａの厚さは、０．５μｍとし、第１クラッド層２５全体の厚さを０．９４μｍとする場合は、フォトニック結晶構造を有している箇所２５ａの厚さは、０．９μｍとする。また、コンタクト層２６の厚さは、０．０２μｍであることから、なお、第１クラッド層２５全体の厚さを０．５４μｍとする場合の凹部深さは、０．５２μｍであり、第１クラッド層２５全体の厚さを０．９４μｍとする場合の凹部深さは、０．９２μｍである。
【００４７】
なお、計算には、２次元結合波理論が用いられた。そして、表面側ＦＦおよび活性層側ＦＦの値をそれぞれ０．０〜１．０まで変化させたときの１８０°方向への回折の結合係数κおよびコンタクト層２６へしみだした光の割合が計算された。図１０は、凹部深さが０．５２μｍの場合の表面側ＦＦ（Filling Factor）および活性層側ＦＦ（Filling Factor）に対する計算結果を示すグラフであって、図１０（Ａ）は、結合係数κの値を示すグラフであり、図１０（Ｂ）は、コンタクト層へしみだした光の割合を示すグラフである。
【００４８】
図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）より、凹部深さが０．５２μｍである場合は、活性層側ＦＦが０．８以上であれば表面側ＦＦの広い範囲において、結合係数κは、５００ｃｍ−１以上である。特に、表面側ＦＦが０．９付近では結合係数κは、１５００ｃｍ−１を超えている。また、表面側ＦＦが０．８以下であれば第１クラッド層２５およびコンタクト層２６を合わせた厚さが約０．５μｍ（正確には、０．５６μｍ）と薄いにもかかわらず、コンタクト層２６へのしみだしは、０．０１％以下であることから、十分な光閉じ込め効果が得られていると言える。したがって、活性層側ＦＦは、０．８以上が好ましく、さらに好ましくは０．９以上である。また、表面側ＦＦは、０．８以下とすることが好ましい。これにより、高い結合係数κと強い光閉じ込めが両立できるという効果を奏する。なお、表面側ＦＦが小さすぎると、２次元フォトニック結晶構造における凹部の間に存在する半導体の部分が薄くなり構造的に弱くなるという問題が生じる。さらに、２次元フォトニック結晶面発光レーザ１００の平面視においてコンタクト層６の面積が小さいほど、それらの上に形成される第１電極７の面積が小さくなるため電気抵抗が高くなるという問題も生じる（図１参照）。したがって、表面側ＦＦが小さすぎるのは好ましくなく、表面側ＦＦは０．４以上とすることが好ましい。
【００４９】
また、本実施の形態にかかる２次元フォトニック結晶面発光レーザ１００では、その製造において、半導体を積層後、半導体表面からエッチング等を行うことでフォトニック結晶構造が形成される。このような加工方法を用いることを考えると、加工難度の点から、活性層側ＦＦが表面側ＦＦと同一または大きいことが好ましい。つまり、フォトニック結晶構造積層方向に沿った面による断面形状において、凹部１０は、活性層側に近づくほど細くなるテーパ形状あるいはテーパ形状でなく直方体であることが好ましい。
【００５０】
次に、凹部深さが０．９２μｍである場合の表面側ＦＦおよび活性層側ＦＦに対する計算結果について説明する。図１１は、凹部深さが０．９２μｍである場合の表面側ＦＦ（Filling Factor）および活性層側ＦＦ（Filling Factor）に対する計算結果を示すグラフであって、図１１（Ａ）は、結合係数κの値を示すグラフであり、図１１（Ｂ）は、コンタクト層へしみだした光の割合を示すグラフである。
【００５１】
図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）より、凹部深さが０．９２μｍである場合は、活性層側ＦＦが０．８以上であれば表面側ＦＦの全範囲において、結合係数κは、５００ｃｍ−１以上である。特に、表面側ＦＦが０．９付近では結合係数κは、２０００ｃｍ−１を超えている。また、表面側ＦＦが０．９以下であれば第１クラッド層２５およびコンタクト層２６を合わせた厚さが約１．０μｍ（正確には、０．９６μｍ）と薄いにもかかわらず、コンタクト層２６へのしみだしは０．０１％以下であることから、十分な光閉じ込め効果が得られていると言える。したがって、活性層側ＦＦは、０．８以上が好ましく、さらに好ましくは０．９以上である。また、表面側ＦＦは、０．９以下とすることが好ましい。これにより、高い結合係数κと強い光閉じ込めとが両立できるという効果を奏する。なお、表面側ＦＦが小さすぎると、２次元フォトニック結晶構造における凹部の間に存在する半導体の部分が薄くなり構造的に弱くなるという問題が生じる。さらに、２次元フォトニック結晶面発光レーザ１００の平面視においてコンタクト層６の面積が小さいほど、それらの上に形成される第１電極７の面積が小さくなるため電気抵抗が高くなるという問題も生じる（図１参照）。したがって、表面側ＦＦが小さすぎるのは好ましくなく、表面側ＦＦは、０．４以上とすることが好ましい。
【００５２】
また、本実施の形態にかかる２次元フォトニック結晶面発光レーザ１００では、その製造において、半導体を積層後、半導体表面からエッチング等を行うことでフォトニック結晶構造が形成される。このような加工方法を用いることを考えると、加工難度の点から、活性層側ＦＦが表面側ＦＦと同一または大きいことが好ましい。
【００５３】
なお、上述の計算においては、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓである第１クラッド層２５のＡｌ組成を０％とし、その厚さを０．５４μｍ、０．９４μｍとしている。ここで、Ａｌ組成を高くして、第１クラッド層２５の平均屈折率を高くすれば、第１クラッド層２５の厚さを０．３μｍ以下程度にしても、十分な光閉じ込め効果を得ることができる。したがって、さらに加工難度を低下させることができる。なお、加工難度が高くなっても、加工が可能であれば、第１クラッド層２５の厚さを０．５４μｍより厚い、例えば０．７５μｍ〜１．０μｍにすることで、図１０と図１１との比較から分かるように、結合係数κの値を全体的に大きくするとともに、コンタクト層２６にしみだす光の割合を小さくすることができる。これにより、結合係数κが５００ｃｍ−１よりも大きい値を得ることができるＦＦの範囲が広くなる、およびコンタクト層２６への光のしみだしをさらに低減でき、上部電極での光の吸収をさらに抑制できることが分かる。
【００５４】
上述したように、本実施の形態にかかる２次元フォトニック結晶面発光レーザ１００（図１参照）では、第１クラッド層５を含む第１半導体層に２次元フォトニック結晶構造が形成される。これにより、第１クラッド層５の平均屈折率を活性層３に比べて大幅に低くすることができる。そのため、第１クラッド層５は、通常の半導体レーザに比べて屈折率が高い組成の材料を用いることができる。さらに第１クラッド層５の厚さが、通常の半導体レーザに比べて薄くても十分な光閉じ込め効果を得ることができる。例えば、９８０ｎｍ帯のレーザにおいて、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓを第１クラッド層５とした場合に、Ａｌ組成は、４０％〜６０％とするのが一般的である。また、第１クラッド層５の厚さは、１．５〜２．０μｍ程度が一般的だが、本実施の形態にかかる２次元フォトニック結晶面発光レーザ１００においては、第１クラッド層５のＡｌ組成は、０％〜２０％、厚さは０．５〜１．０μｍとすれば、十分な光閉じ込め効果を得ることができる。
【００５５】
したがって、２次元フォトニック結晶構造のアスペクト比、深さを低くすることができるため、加工難度が低下する。具体的には、凹部１０をエッチングにより容易に形成することができる。また、Ａｌ組成が低いため、特にＡｌを含む材料で問題になる、Ａｌの酸化による素子劣化の問題が低減される。また、Ａｌ組成が低いため、第１クラッド層５の電気抵抗、熱抵抗が低くなり、素子特性が向上する。また、第１クラッド層５にＧａＮ系を用いた場合に、Ａｌ組成が下がることによって、上記に加えて結晶性の悪化が避けられる。また、第１クラッド層５にＡｌＧａＮを用いた場合に、Ａｌ組成を下げてＡｌ組成がゼロのＧａＮを第１ククラッド層として用いることができる。それにより、ＡｌＧａＮ系材料で一般的な課題であるｐ型化が困難であるという問題も避けることができる。
【００５６】
次に、本実施の形態にかかる２次元フォトニック結晶面発光レーザの製造方法について図面を用いて説明する。図１２は、本発明の実施の形態にかかる２次元フォトニック結晶面発光レーザの製造工程を示す断面工程図であって、図１２（Ａ）〜図１２（Ｅ）は、各工程図である。ここでは、具体的には、ＧａＡｓ基板上で活性層としてＩｎＧａＡｓを用いた９８０ｎｍ帯の２次元フォトニック結晶面発光レーザの製造方法について説明する。なお、他の波長帯の材料系、例えばＩｎＰ基板上のＩｎＧａＡｓＰ系材料、ＧａＮ基板上のＩｎＧａＮや、ＡｌＧａＮ系でも同様に製造することができる。
【００５７】
図１２（Ａ）に示すように、まずｎ型ＧａＡｓで形成される基板１上に有機金属気相成長（Metal Organic Vapor Phase Epitaxy：ＭＯＶＰＥ）法や分子線エピタキシー(Molecular Beam Epitaxy：ＭＢＥ)法などにより、半導体レーザ構造が順次に成長される。より具体的には、基板１上にｎ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓにより形成される第２クラッド層２（厚さ２．０μｍ）、無添加のＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸活性層３、ｐ型Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓにより形成されるキャリアストップ層４（厚さ４０ｎｍ）、ｐ型ＧａＡｓにより形成される第１クラッド層５（厚さ０．５μｍ）、ｐ＋型ＧａＡｓにより形成されるコンタクト層６（厚さ２０ｎｍ）が順次に積層形成される。ここで、活性層３は、３周期のＩｎＧａＡｓ井戸層（厚さ８ｎｍ）、ＧａＡｓ障壁層（厚さ２０ｎｍ）および分離閉じ込め層（ＳＣＨ層）（厚さ２０ｎｍ）で構成されている歪み量子井戸構造であり、量子井戸発光波長が９８０ｎｍになるように設計されている。なお、本実施の形態においては、上述の結晶成長工程は、一回でよいので、容易に２次元フォトニック結晶面発光レーザを製造することができる。
【００５８】
次に、図１２（Ｂ）に示すように、エッチングマスク層１１としてＳｉＯ２（ＳｉＮや金属（Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ等）でもよい）がプラズマＣＶＤやスパッタや蒸着等でコンタクト層６上に成膜され、続いて、その上にレジスト層１２(電子線レジストやインプリント材料等)がスピンコート等の方法で成膜される。
【００５９】
その後、図１２（Ｃ）に示すように、電子線描画法やナノインプリント法を用いることによって、２次元フォトニック結晶構造パターンがレジスト層１２に形成され、レジスト層１２に形成されたパターンがＲＩＥ（reactive ion etching：反応性イオンエッチング）やＩＣＰ（Inductively
Coupled Plasma：誘導結合プラズマ）などのドライエッチングによってエッチングマスク層１１に転写される。パターンは、より具体的には例えば円柱状の凹部１３である。なお、波長９８０ｎｍの光を面発光させる場合は、２次元フォトニック結晶構造パターンの周期は、２９０ｎｍ程度であり、パターンである凹部１３の直径は、５０〜２００ｎｍ程度である。なお、図１３は、パターンが形成された状態のレジスト層の平面図である。図１３に示すように、円柱状の凹部１３が２０μｍ角以上の範囲に規則性を有して配列されている。なお、凹部１３の配列領域は、正方形状、長方形状、円形状などであってよい。
【００６０】
また、本実施の形態において、２次元フォトニック結晶構造は、真円形状の格子点を正方格子配列させた構造としているが、格子点形状は、これに限定されるものではなく、例えば、三角形や楕円形やＶ字型などの公知の形状が用いられてよい。さらに、配列は、これに限定されるものではなく、例えば、三角格子配列や大きさの異なる格子点の複合型やフォトニック準結晶などの公知の構造が用いられてよい。このような格子点形状や配列は、例えば、特開２００３−２３１９３号公報、特開２００７−２７３７３０号公報、特開２００６−５９８６４号公報、特開２００４−２９６５３８号公報等に開示されている。
【００６１】
次に、図１２（Ｄ）に示すように、エッチングマスク層１１をマスクとしてコンタクト層６と第１クラッド層５をＩＣＰ、ＲＩＥなどのドライエッチングでエッチングすることによって凹部１０が形成される。エッチングガスは、III−Ｖ族半導体のドライエッチングに一般的に用いられているメタン／水素系ガス、塩素系ガス、ヨウ素系ガス、臭素系ガスなどが用いられる。エッチングの際に、２次元フォトニック結晶構造の断面がテーパ形状に形成されてもよい。より具体的には、活性層側ＦＦが表面側ＦＦよりも大きくされてよい。この場合のエッチング方法について説明する。まず、第１の方法は、エッチングの最初に、パターン（凹部１３）として直径の小さい穴を形成し、エッチングを進めていくことによるマスクの後退を利用することによって、マスクのパターンの直径を徐々に広げることで、凹部１０の上下の径を相違させる方法である。また、第２の方法は、エッチングにより形成している凹部１０の側壁保護を強くするようなエッチング条件を設定する方法である。つまり、エッチングとともに側壁に保護膜が堆積し穴径が小さくなるようなエッチング条件が用いられる。また、エッチングガスによるエッチングレートがＡｌ組成で大きく変わる性質を利用すると、キャリアストップ層４をエッチングストップ層として利用することもできる。
【００６２】
エッチングにより形成された凹部１０において、活性層側ＦＦは、０．８以上が好ましく、さらに好ましくは０．９以上である。また、表面側ＦＦは、０．８以下とすることが好ましい。これにより、高い結合係数κと強い光閉じ込めが両立できるという効果を奏する。なお、表面側ＦＦが小さすぎると、２次元フォトニック結晶構造における凹部の間に存在する半導体の部分が薄くなり構造的に弱くなるという問題が生じる。さらに、第１電極７の面積が小さくなるため電気抵抗が高くなるという問題を防ぐために、表面側ＦＦは、０．４以上とすることが好ましい。
【００６３】
なお、上記エッチングは、活性層３に到達する前に停止させる必要がある。より具体的には、第１クラッド層５のすべてをエッチングせずに途中でエッチングが停止される。これにより、上記エッチングによる活性層３へのダメージを抑制することができ、発光効率の減少を避けることができる。より具体的には、エッチングは、活性層３の手前５０ｎｍから活性層３の直前までのいずれかの位置で停止されることが好ましい。エッチングにより形成される凹部１０の底面が活性層３に近いほどフォトニック結晶構造の結合係数κは、大きくなるが、近すぎるとプラズマによる活性層３へのダメージが生じる可能性がある。
【００６４】
ここで、上述したフォトニック結晶の断面形状をテーパ形状とするための具体的な条件についてその一例を説明する。上述のように、エッチングマスク層１１は、ＳｉＯ２として、ｐ＋型ＧａＡｓにより形成されるコンタクト層６およびｐ型ＧａＡｓにより形成される第１クラッド層５がＲＩＥ装置を使用することによってドライエッチングされる。エッチングガスは、ＢＣｌ３とし、ガス流量は、２ｓｃｃｍとし、圧力は、５ｍＴｏｒｒとし、ＲＦ電力は、１００Ｗとし、エッチング時間は、３分間とした。その結果、周期は、２９０ｎｍであり、深さは、４００ｎｍの凹部１０を形成することができた。そして、その表面側ＦＦは、０．６５であり、活性層側ＦＦは、０．８４であり、断面においてテーパ形状をもつ２次元フォトニック結晶構造を形成することができた。
【００６５】
次に、図１２（Ｅ）に示すように、エッチングマスク層１１をバッファードフッ酸などで除去した後に斜め方向から金属を蒸着することで、コンタクト層６の上面のみに第１電極７が形成される。このようにして第１電極７を形成することで、凹部１０の底面に金属が蒸着されることを防ぐことができる。凹部１０の底面に金属が蒸着されると、活性層３で発生した光が金属により吸収されることになり、閾値上昇や発光効率の低下につながるので好ましくない。なお、第１電極７は、コンタクト層６の上面すべてに形成されるのではなく、発光面９を形成するために選択的に形成される。さらに、基板１の底面に第２電極８を形成することで、本実施の形態にかかる２次元フォトニック結晶面発光レーザ１００が製造される。
【００６６】
本実施の形態にかかる２次元フォトニック結晶面発光レーザ１００の製造方法において、上述のように、融着を用いずに製造するため、融着を行うことで生じる可能性の高い、デバイスへのダメージが生じることが無く、製造時に不良品が生じる可能性がほとんどない。さらに、融着においては、デバイスに反りやうねりが存在すると行うことはできないという問題もあるが、本実施の形態にかかる２次元フォトニック結晶面発光レーザ１００の製造方法においては、融着を用いないことから、不良品が生じる可能性が低く、歩留まりが高く、容易に製造を行うことができる。また、使用材料は、特に、限定されることがなく、一般的に用いられる材料を使って、容易に、２次元フォトニック結晶面発光レーザ１００を作製することができる。
【００６７】
次に、別の実施形態について説明する。
【００６８】
（第２実施形態）
【００６９】
図１４は、本発明の第２実施形態にかかる２次元フォトニック結晶面発光レーザの構成を示す断面図である。図１５は、本発明の第２実施形態にかかる２次元フォトニック結晶面発光レーザの要部拡大図である。図１４において、第２実施形態にかかる２次元フォトニック結晶面発光レーザ２００は、基板１と、基板１の一方の主面上に形成された第２半導体層である第２クラッド層２と、第２クラッド層２上に形成された活性層３と、活性層３上に形成されるキャリアストップ層４と、キャリアストップ層４上に形成された第１クラッド層５と、第１クラッド層５上に形成されたコンタクト層６と、コンタクト層６上に形成された絶縁層１４と、絶縁層１４を貫通し、コンタクト層６とオーミック接触する円環状（リング状、ドーナツ状）の第１電極７と、基板１における前記一方の主面に対向する他方の主面上の全面に形成された第２電極８とを備えて構成される。なお、絶縁層１４上において第１電極７が形成されていない箇所は、光が発光される発光面９である。また、第１クラッド層５およびコンタクト層６には第１電極７側（活性層３と反対側）から加工がなされることで形成された凹部１０に埋め込み材料１０ｂが埋め込まれて、第１クラッド層５およびコンタクト層６には、複数の埋め込み材料１０ｂが周期的に配置されるように形成されている。これにより、コンタクト層６、第１クラッド層５およびキャリアストップ層４からなる第１半導体層は、２次元フォトニック結晶構造を有する。なお、第１電極７側から加工がなされるので、埋め込み材料１０ｂは、コンタクト層６において第１電極７と接する側の表面には少なくとも形成されている。このフォトニック結晶構造は、活性層３でレーザ発振する光の波長を選択する。なお、凹部１０の径は、深さ方向に沿って徐々に変化している。したがって、埋め込み材料１０ｂの径は、深さ方向に沿って徐々に変化している。より具体的には、積層方向に沿った面による断面形状において、埋め込み材料１０ｂおよび埋め込み材料１０ｂ以外の半導体部分はいわゆるテーパ形状を有する。
【００７０】
このように第２実施形態の２次元フォトニック結晶面発光レーザ２００は、第１実施形態の２次元フォトニック結晶面発光レーザ１００に対し、凹部１０には埋め込み材料１０ｂが埋め込まれている点で主に異なり、この相違点から絶縁層１４をさらに備えている。
【００７１】
第１クラッド層５およびコンタクト層６に形成された２次元フォトニック結晶構造において、２次元の周期的な屈折率分布は、第１クラッド層５を形成する材料の屈折率と異なる屈折率の埋め込み材料１０ｂが格子点として互いに異なる２方向（線形独立な２方向）に所定の周期（格子間隔、格子定数）で配列されることによって形成されている。格子点は、本実施の形態では、例えば、第１クラッド層５およびコンタクト層６に形成された錐状の埋め込み材料１０ｂから構成される。なお、埋め込み材料１０ｂは、コンタクト層６および第１クラッド層５だけでなく、キャリアストップ層４まで到達していてもよいが、活性層３には到達しないことが好ましい。埋め込み材料１０ｂが活性層３に到達、すなわちフォトニック結晶と活性層３とが近接すると、エッチング時に活性層３へのダメージが生じる可能性がある。
【００７２】
なお、埋め込み材料１０ｂとしては、活性層３からの光を透過する必要があることから、透明絶縁材料を用いる。例えば、埋め込み材料１０ｂは、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳＯＧ（spinon glass）、ポリイミド、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）などのような、レーザの発振波長で透明でかつ電気的絶縁性のある材料で、電極形成の際の電極合金化工程の加熱に耐えうる耐熱性のある材料である。また、コンタクト層６上に形成される絶縁層１４は、発光面９を形成し、埋め込み材料１０ｂと同様に活性層３からの光を透過する必要があることから、埋め込み材料１０ｂに用いた材料で形成される。なお、埋め込み材料１０ｂと絶縁層１４とは、同一の材料でもよいし、異なる材料でもよい。本実施形態にかかる２次元フォトニック結晶面発光レーザ２００において、コンタクト層６に形成された凹部１０に埋め込み材料１０ｂが埋め込まれていることから、コンタクト層６の第１電極７側表面は、平坦化されている。このため、第１電極７の形成が容易である。また、コンタクト層６および第１クラッド層５には埋め込み材料１０ｂが埋め込まれていることから、これらが露呈されることはない。つまり、コンタクト層６および第１クラッド層５は、空気にさらされることがないので、酸化による素子劣化を防ぐことができる。
【００７３】
ここで、第２実施形態では、図１５に示すように、上述の表面側ＦＦは、コンタクト層６の上面における半導体および埋め込み材料１０ｂにおいて、半導体の占める面積の割合とされ、活性層側ＦＦは、第１クラッド層５内において、埋め込み材料１０の底面を含む平面による断面を仮想した場合に、この断面における半導体および埋め込み材料１０ｂにおいて、半導体の占める面積の割合とされる。第２実施形態の２次元フォトニック結晶面発光レーザ２００は、第１実施形態で説明した結合係数κの解析と同様の解析が成り立ち、第１実施形態の２次元フォトニック結晶面発光レーザ１００と同様な作用効果を奏する。なお、凹部１０の深さは、埋め込み材料１０ｂの深さでもある。すなわち、上述のように、埋め込み材料１０ｂの断面は、テーパ形状であるため、表面側ＦＦと活性層側ＦＦは異なる値となる。そして、このように、埋め込み材料１０ｂの断面形状がテーパ状であることから、２次元フォトニック結晶の結合係数κの値が高く、かつ、光閉じ込め効果が高くすることが容易である。そして、埋め込み材料１０ｂを埋め込む凹部１０の形成が容易となる。例えば、凹部１０は、エッチングにより形成されるが、その形成難度を低下させることができる。また、活性層側ＦＦは、表面側ＦＦよりも大きいことが好ましい。すなわち、凹部１０および埋め込み材料１０ｂは、活性層３に近づくほど細くなるテーパ形状を有することが好ましい。活性層３に近づくほど細くなるテーパ形状を有する凹部１０は、活性層３に近づくほど太くなるテーパ形状である凹部１０に比べて、容易に作製することができるため、容易に凹部１０を作製できる。また、表面側ＦＦは、０．８以下であって、活性層側ＦＦは、０．８以上であることが好ましい。これにより、２次元フォトニック結晶における高い結合係数κおよび第１クラッド層５による高い光閉じ込め効果を得ることができる。そして、２次元フォトニック結晶の製造が容易である。
【００７４】
また、第１クラッド層５の厚さは、第１クラッド層５の屈折率にもよるが０．３μｍ〜１．０μｍ程度が好ましい。さらに好ましくは、０．５μｍ前後とすればよい。これにより、アスペクト比が小さくなり凹部１０の形成が容易であり、光閉じ込め効果も十分得ることができる。なお、第１クラッド層５が薄すぎると光閉じ込めが不十分になり、第１電極７による光の吸収が問題になる、一方、第１クラッド層５が厚すぎると、アスペクト比が高くなり凹部１０の形成が困難となる。
【００７５】
上述の第２実施形態にかかる２次元フォトニック結晶面発光レーザ２００は、第１電極７および第２電極８間に電圧が印加されることで活性層３が発光する。活性層３から漏れた光がコンタクト層６および第１クラッド層５に形成された２次元フォトニック結晶構造に入射し、その格子間隔に波長が一致する光は、２次元フォトニック結晶により共振して増幅され、発光面９からコヒーレントな光が発光される。
【００７６】
次に、本第２実施形態にかかる２次元フォトニック結晶面発光レーザの製造方法について図面を用いて説明する。図１６は、本発明の第２実施形態にかかる２次元フォトニック結晶面発光レーザの製造工程を示す第１の断面工程図であって、図１６（Ａ）〜図１６（Ｄ）は、各工程図である。図１７は、本発明の第２実施形態にかかる２次元フォトニック結晶面発光レーザの製造工程を示す第２の断面工程図であって、図１７（Ａ）〜図１７（Ｄ）は、各工程図である。なお、図１７は、図１６に示した工程後の工程図である。ここでは、具体的には、ＧａＡｓ基板上で活性層としてＩｎＧａＡｓを用いた９８０ｎｍ帯の２次元フォトニック結晶面発光レーザの製造方法について説明する。なお、他の波長帯の材料系、例えば、ＩｎＰ基板上のＩｎＧａＡｓＰ系材料や、ＧａＮ基板上のＩｎＧａＮや、ＡｌＧａＮ系でも以下の説明と同様に製造することができる。
【００７７】
図１６（Ａ）に示すように、まずｎ型ＧａＡｓで形成される基板１上に有機金属気相成長（Metal Organic Vapor Phase Epitaxy：ＭＯＶＰＥ）法や分子線エピタキシー(Molecular Beam Epitaxy：ＭＢＥ)法などにより、半導体レーザ構造が順次に成長される。より具体的には、基板１上にｎ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓにより形成される第２クラッド層２（厚さ２．０μｍ）、無添加のＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸活性層３、ｐ型Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓにより形成されるキャリアストップ層４（厚さ４０ｎｍ）、ｐ型ＧａＡｓにより形成される第１クラッド層５（厚さ０．５μｍ）、ｐ＋型ＧａＡｓにより形成されるコンタクト層６（厚さ２０ｎｍ）が順次に積層形成される。ここで、活性層３は、３周期のＩｎＧａＡｓ井戸層（厚さ８ｎｍ）、ＧａＡｓ障壁層（厚さ２０ｎｍ）および分離閉じ込め層（ＳＣＨ層）（厚さ２０ｎｍ）で構成されている歪み量子井戸構造であり、量子井戸発光波長が９８０ｎｍになるように設計されている。なお、本実施の形態においては、上述の結晶成長工程は、一回でよいので、容易に２次元フォトニック結晶面発光レーザを製造できる。
【００７８】
次に、図１６（Ｂ）に示すように、エッチングマスク層１１としてＳｉＯ２（ＳｉＮや金属（Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ等）でもよい）がプラズマＣＶＤやスパッタや蒸着等によってコンタクト層６上に成膜され、続いて、その上にレジスト層１２(電子線レジストやインプリント材料等)がスピンコート等の方法で成膜される。
【００７９】
その後、図１６（Ｃ）に示すように、電子線描画法やナノインプリント法を用いて、２次元フォトニック結晶構造パターンをレジスト層１２に形成し、レジスト層１２に形成したパターンがＲＩＥ（reactive ion etching：反応性イオンエッチング）やＩＣＰ（Inductively  Coupled Plasma：誘導結合プラズマ）などのドライエッチングによってエッチングマスク層１１に転写される。パターンは、具体的には、円柱状の凹部１３である。なお、波長９８０ｎｍの光を面発光させる場合は２次元フォトニック結晶構造パターンの周期としては、２９０ｎｍ程度とし、パターンである凹部１３の直径は、５０〜２００ｎｍ程度とすればよい。上述の図１３と同様に、円柱状の凹部１３が例えば２０μｍ角以上の範囲に規則性を有して配列されている。なお、凹部１３の配列領域は、正方形状、長方形状、円形状などであってよい。
【００８０】
また、本実施の形態においては、２次元フォトニック結晶構造は、真円形状の格子点を正方格子配列させた構造としているが、格子点形状は、これに限定されるものではなく、三角形や楕円形やＶ字型などの公知の形状が用いられてよい。さらに、配列は、これに限定されるものではなく、三角格子配列や大きさの異なる格子点の複合型やフォトニック準結晶などの公知の構造が用いられてよい。
【００８１】
次に、図１６（Ｄ）に示すように、エッチングマスク層１１をマスクとしてコンタクト層６と第１クラッド層５をＩＣＰ、ＲＩＥなどのドライエッチングでエッチングすることによって凹部１０が形成される。エッチングガスとしては、III−Ｖ族半導体のドライエッチングに一般的に用いられているメタン／水素系ガス、塩素系ガス、ヨウ素系ガス、臭素系ガスなどが用いられる。エッチングの際に、２次元フォトニック結晶構造の断面をテーパ形状にしてもよい。より具体的には、活性層側ＦＦを表面側ＦＦよりも大きくされてよい。この場合のエッチング方法について説明する。まず、第１の方法は、エッチングの最初に、パターン（凹部１３）として直径の小さい穴を形成し、エッチングを進めていくことによるマスクの後退を利用することによって、マスクパターンの直径を徐々に広げることで、凹部１０の上下の径を相違させる方法がある。また、第２の方法は、エッチングにより形成している凹部１０の側壁保護を強くするようなエッチング条件を設定する方法がある。つまり、エッチングとともに側壁に保護膜が堆積し穴径が小さくなるようなエッチング条件が用いられる。また、エッチングガスによるエッチングレートがＡｌ組成で大きく変わる性質を利用すると、キャリアストップ層４をエッチングストップ層として利用することもできる。
【００８２】
エッチングにより形成された凹部１０において、活性層側ＦＦは、０．８以上が好ましく、さらに好ましくは０．９以上である。また、表面側ＦＦは、０．８以下とすることが好ましい。これにより、高い結合係数κと強い光閉じ込めが両立できるという効果を奏する。なお、表面側ＦＦが小さすぎると、２次元フォトニック結晶構造における凹部１０の間に存在する半導体の部分が薄くなり構造的に弱くなるという問題が生じる。さらに、第１電極７の面積が小さくなるため電気抵抗が高くなるという問題を防ぐために、表面側ＦＦは、０．４以上とすることが好ましい。
【００８３】
なお、上記エッチングは、活性層３に到達する前に停止させる必要がある。より具体的には、第１クラッド層５のすべてをエッチングせずに途中でエッチングが停止される。これにより、上記エッチングによる活性層３へのダメージを抑制することができ、発光効率の減少を避けることができる。より具体的には、エッチングは、活性層３の手前５０ｎｍから活性層３の直前までのいずれかの位置で停止されることが好ましい。エッチングにより形成される凹部１０の底面が活性層３に近いほどフォトニック結晶構造の結合係数κは、大きくなるが、近すぎるとプラズマによる活性層３へのダメージが生じる可能性がある。
【００８４】
ここで、上述したフォトニック結晶の断面形状をテーパ形状とするための具体的な条件についてその一例を説明する。上述のように、エッチングマスク層１１は、ＳｉＯ２として、ｐ＋型ＧａＡｓにより形成されるコンタクト層６およびｐ型ＧａＡｓにより形成される第１クラッド層５がＲＩＥ装置を使用することによってドライエッチングされる。エッチングガスは、ＢＣｌ３とし、ガス流量は、２ｓｃｃｍとし、圧力は、５ｍＴｏｒｒとし、ＲＦ電力は、１００Ｗとし、エッチング時間は、３分間とした。その結果、周期は、２９０ｎｍであり、深さは、４００ｎｍの凹部１０ａを形成することができた。そして、その表面側ＦＦは、０．６５であり、活性層側ＦＦは、０．８４であり、断面においてテーパ形状をもつ２次元フォトニック結晶構造を形成することができた。
【００８５】
次に、図１７（Ａ）に示すように、エッチングマスク層１１をバッファードフッ酸などで除去した後に、凹部１０に埋め込み材料１０ｂが埋め込まれる。例えば、上述のように、埋め込み材料１０ｂは、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳＯＧ（spin on glass）、ポリイミド、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）などのような、レーザの発振波長で透明でかつ電気的絶縁性のある材料で、電極形成の際の電極合金化工程の加熱に耐えうる耐熱性のある材料が用いられる。また埋込方法は、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）、ＬＰＣＶＤ（Low Pressure  Chemical Vapor Deposition）などの化学気相体積（ＣＶＤ）法、スパッタ法、スピンコート法などが用いられる。このように、凹部１０に埋め込み材料１０ｂを埋め込むことにより、コンタクト層６の上面が平坦になり、コンタクト層６の上面への電極形成が容易になる。また、コンタクト層６および第１クラッド層５の凹部１０が露呈されないため、２次元フォトニック結晶面発光レーザ２００は、酸化による素子劣化を受けにくい。
【００８６】
次に、図１７（Ｂ）に示すように、エッチング（ウェットエッチングまたはドライエッチング）を用いることによって、コンタクト層６上に成膜された埋め込み材料１０ｂが除去され、コンタクト層６が露出される。なお、埋め込み材料１０ｂは、エッチングするが、コンタクト層６は、エッチングしないように方法および条件を選択することで、コンタクト層６がエッチングされてしまうことを防ぐことができる。
【００８７】
次に、図１７（Ｃ）に示すように、デバイス全面に絶縁層１４が形成される。なお、絶縁層１４の材料および成膜方法は、図１７（Ａ）で示した埋め込み材料１０ｂを成膜する場合と同様である。すなわち、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳＯＧ（spin on glass）、ポリイミド、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）などが、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）、ＬＰＣＶＤ（Low
Pressure Chemical Vapor Deposition）などの化学気相体積（ＣＶＤ）法、スパッタ法、スピンコート法などにより成膜される。絶縁層１４の厚さによっては、面発光でレーザ光を取り出すときの反射防止層として絶縁層１４が機能するため、この際に、絶縁層１４の厚さが調整される。次に、図１７（Ｄ）に示すように、絶縁層１４において第１電極７を形成する部分を開口１４ａとするために、フォトリソグラフィーとドライエッチングが行われる。この際、埋め込み材料１０ｂと絶縁層１４の材質を意図的に異なる材料とし、エッチング条件を適切に選択することによって、絶縁層１４を選択的にエッチング除去することも可能である。これによって、絶縁層１４をエッチングするときに、エッチングを余分に行ったとしても、埋め込み材料１０ｂがエッチングされてしまうことを防ぐことができる。
【００８８】
次に、図１７（Ｅ）に示すように、フォトリソグラフィーとリフトオフによって第１電極７が形成される。第１電極７は、ｐ＋型ＧａＡｓであるコンタクト層６にオーミック接触する材料であればよい。なお、２次元フォトニック結晶構造形成領域の一部（発光面９）は、第１電極７により覆われないこととする。これにより、２次元フォトニック結晶構造により回折され垂直方向に放射される光を発光面９から外部に取り出すことができる。図１８は、本発明の第２実施形態における２次元フォトニック結晶面発光レーザの電極の構成を示す平面図であって、図１８（Ａ）〜図１８（Ｄ）は、それぞれ異なる形状の電極の構成を示す平面図である。図１８（Ａ）〜図１８（Ｄ）に示すように、２次元フォトニック結晶面発光レーザにおけるフォトニック結晶構造形成領域２７に、電極２８が配置される。電極２８の形状は、例えば、円形または矩形等である。そして、電極２８は、その電極２８の中央部分には、電極が形成されない形状（図１８（Ａ）および図１８（Ｂ）参照）、例えばドーナッツ形状等であってもよいし、電極２８は、フォトニック結晶構造形成領域２７に比べて小さい形状（図１８（Ｃ）および図１８（Ｄ）参照）としてもよい。これにより、フォトニック結晶構造形成領域２７において、電極２８が形成されない箇所が存在し、その箇所から光を取り出すことができる。
【００８９】
さらに、基板１の底面に第２電極８を形成することによって、第２実施形態にかかる２次元フォトニック結晶面発光レーザ２００が製造される。
【００９０】
また、本発明の第２実施形態にかかる２次元フォトニック結晶面発光レーザの他の製造方法について説明する。図１９は、本発明の第２実施形態にかかる２次元フォトニック結晶面発光レーザの他の製造工程としての第１製造工程を説明するための断面工程図であって、図１９（Ａ）および図１９（Ｂ）は、各工程図である。この製造方法は、図１７（Ａ）に示された工程の後に、図１９（Ａ）に示すように、フォトリソグラフィーとエッチングによって埋め込み材料１０ｂの一部に開口１０ｃを形成することでコンタクト層６が露出される。そして、図１９（Ｂ）に示すように、開口１０ｃに第１電極７が形成される。そして、基板１の底面に第２電極を形成することで２次元フォトニック結晶面発光レーザ２００が製造される。これにより、図１７（Ｃ）に示すような、絶縁層１４を形成する必要がないことから、製造工程が短縮化されるという効果を奏する。
【００９１】
また、本発明の第２実施形態にかかる２次元フォトニック結晶面発光レーザのさらに他の製造方法について説明する。図２０は、本発明の第２実施形態にかかる２次元フォトニック結晶面発光レーザの他の製造工程としての第２製造工程を説明するための断面工程図である。この製造方法は、図１７（Ａ）の工程において、図２０に示すように凹部１０に埋め込み材料１０ｂを埋め込む際に、凹部１０すべてに埋め込むのではなく、凹部１０に空気の部分（空所（空孔）１０ｄ）を残留させるように埋め込み材料１０ｂが埋め込まれる。より具体的には、埋め込み方法がＣＶＤ法やスパッタを用いる場合は、成膜条件を調整することでこのような埋め込み方が可能である。また、埋め込み方法が、スピンコートの場合は、例えば、埋め込み材料１０として粘度が高い材料を使うことでこのような埋め込み方が可能である。また、まず、別基板にスピンコートにより埋め込み材料１０を形成しておき、凹部１０が形成されたデバイスにその埋め込み材料１０ｂを押し付けることによって、凹部１０の途中まで埋め込み材料１０ｂが埋め込まれてもよい。なお、凹部１０における空孔１０ｄの深さは、例えば、０．１μｍ以上であって、凹部１０のすべての深さから０．１μｍ減じた深さとすればよい。つまり、埋め込み材料１０ｂが埋め込まれる量は、凹部１０に０．１μｍだけ埋め込まれた状態と、凹部１０の底部まで０．１μｍしかない状態まで埋め込まれた状態との間とされる。埋め込み材料１０ｂを埋め込み後は、図１７（Ｂ）以降に示された工程が行われる。これにより、埋め込み材料１０ｂの一部に空気を含む、２次元フォトニック結晶面発光レーザを製造することができる。空気の屈折率は、一般的に低いことから、この２次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、第１クラッド層５およびコンタクト層６に形成された２次元フォトニック結晶構造の屈折率差を大きくすることができる。これにより、２次元フォトニック結晶構造の回折効率が向上する。したがって、２次元フォトニック結晶面発光レーザの低閾値化および高効率化につながる。なお、凹部１０に不活性ガス等を注入した状態で埋め込み材料１０ｂを埋め込むことによって、凹部１０には空気の代わりに不活性ガス等の気体を残留させてもよい。また、空孔１０ｄが真空状態とされてもよい。これにより、凹部１０が酸化により劣化することを防ぐことができる。
【００９２】
第２実施形態にかかる２次元フォトニック結晶面発光レーザ２００の製造方法において、上述のように、融着を用いずに製造するため、融着を行うことで生じる可能性の高い、デバイスへのダメージが生じることが無く、製造時に不良品が生じる可能性がほとんどない。さらに、融着においては、デバイスに反りやうねりが存在すると行うことはできないという問題もあるが、本実施の形態に係る２次元フォトニック結晶面発光レーザ２００の製造方法においては、融着を用いないことから、不良品が生じる可能性が低く、歩留まりが高く、容易に製造を行うことができる。また、使用材料は、特に、限定されることがなく、一般的に用いられる材料を使って、容易に、２次元フォトニック結晶面発光レーザ２００を作製することができる。また、凹部１０に埋め込み材料１０ｂを埋め込んで、第１半導体層（コンタクト層）の上面を平坦化するので、第１半導体層（コンタクト層）上への電極形成を容易に行うことができる。
【００９３】
なお、本発明の第２実施形態にかかる２次元フォトニック結晶面発光レーザ２００は、図２１に示すように、光を基板１側から取り出す構成とされてもよい。図２１は、本発明の第２実施形態にかかる２次元フォトニック結晶面発光レーザの他の構成を示す断面図である。より具体的には、基板１が取り出す光の波長帯に対して透明な材料とされる。そして、例えば、図１７（Ｂ）に示した工程の後に、第２電極８がコンタクト層６上の全面に形成され、基板１の底面に、取り出す光の波長帯に対して透明な材料である絶縁層１４が形成され、その絶縁層１４を貫通して基板１と接触する第１電極７が形成される。これにより、基板１側に発光面９が形成された２次元フォトニック結晶面発光レーザ２００Ａが実現される。なお、図２１では、２次元フォトニック結晶面発光レーザ２００Ａは、第１電極７を発光面９の全面に形成せずに、開口を有する構成とされ、この開口からレーザ光が射出される構成とされた。しかしながら、このような構成に限定されるものではなく、これ以外の構成であってもよく、例えば、第１電極７の一部または全部が透明電極とされ、開口を形成せずに、発光面９の全面に第１電極７が形成された構成とされてもよい。これにより、透明電極を介して、レーザ光が射出される。
【００９４】
本明細書は、上記のように様々な態様の技術を開示しているが、そのうち主な技術を以下に纏める。
【００９５】
一態様にかかる２次元フォトニック結晶面発光レーザは、第１および第２半導体層と、前記第１半導体層と、前記第２半導体層とに挟まれ、キャリア注入によって、光を発生する活性層とを備え、前記第１半導体層は、前記第１半導体層の前記活性層側とは反対側の主面から複数の凹部が形成されることで少なくとも前記第１半導体層の一部が２次元フォトニック結晶構造を有し、前記凹部の径は、深さ方向に沿って変化しているものである。好ましくは、前記凹部の径は、深さ方向に沿って徐々に変化しているものであり、また、好ましくは、第１半導体層におけるフォトニック結晶構造積層方向に沿った面による断面形状において、凹部および凹部以外の半導体は、いわゆるテーパ形状を有する。
【００９６】
この構成によれば、２次元フォトニック結晶面発光レーザが融着を用いずに製造することができることから、容易に製造でき、製造時に不良品が生じる可能性も低い。したがって、この構成によれば、低コストで作製でき、分留まりが高い２次元フォトニック結晶面発光レーザを実現することができる。また、凹部の径を深さ方向に沿って徐々に変化させた構成であることから、２次元フォトニック結晶の結合係数κの値を高くし、かつ、光閉じ込め効果の向上および凹部形成を容易に行うことができる。これにより、低閾値化、高効率化、短波長化等を容易に行うことができる。
【００９７】
また、他の一態様では、上述の２次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、好ましくは、前記第１半導体層は、第１クラッド層を有し、前記第２半導体層は、第２クラッド層を有し、前記第１クラッド層の屈折率は、前記第２クラッド層の屈折率よりも高いことである。
【００９８】
この構成によれば、第１クラッド層の屈折率を第２クラッド層のそれよりも高くすることで、２次元フォトニック結晶構造が形成されたとしても、第１クラッド層の平均屈折率が低下しすぎることがない。これにより、フォトニック結晶層に分布する光の割合の減少を防ぐことから結合係数の低下を防ぐことができる。
【００９９】
また、他の一態様では、これら上述の２次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、好ましくは、前記第１クラッド層の厚さは、０．３μｍ〜１．０μｍであることである。
【０１００】
この構成によれば、第１クラッド層の厚さが厚すぎないので、アスペクト比が小さいフォトニック結晶構造を有することとなる。そのため、第１クラッド層に形成する凹部の加工が容易である。より具体的には、エッチング加工の難度が低い。
【０１０１】
また、他の一態様では、これら上述の２次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、好ましくは、前記凹部は、前記活性層には到達しないことである。
【０１０２】
凹部が活性層に到達、すなわちフォトニック結晶と活性層とが近接すると、プラズマによる活性層へのダメージが生じる可能性があるが、この構成によれば、凹部が活性層に到達しないことから、そのよう問題が生じることはない。
【０１０３】
また、他の一態様では、これら上述の２次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、好ましくは、前記第１半導体層の発光面側主面における半導体が占める面積の割合を表面側ＦＦとし、前記第１半導体層において、前記複数の凹部の底面を含む平面を仮想した場合に、この仮想した平面における半導体が占める面積の割合を活性層側ＦＦとし、前記表面側ＦＦと前記活性層側ＦＦとは異なる値であることである。
【０１０４】
この構成によれば、第１半導体層におけるフォトニック結晶構造積層方向に沿った面による断面形状において、凹部および凹部以外の半導体は、いわゆるテーパ形状を有することとなる。したがって、このような構成の２次元フォトニック結晶面発光レーザは、２次元フォトニック結晶の結合係数κの値を高くし、かつ、第１クラッド層による光閉じ込め効果を向上させることが可能である。また、凹部の加工が容易である。より具体的には、凹部のエッチング加工の難度が低い。
【０１０５】
また、他の一態様では、これら上述の２次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、好ましくは、前記活性層側ＦＦは、前記表面側ＦＦよりも大きいことである。
【０１０６】
この構成によれば、第１半導体層におけるフォトニック結晶構造積層方向に沿った面による断面形状において、活性層側に近づくほど凹部が細くなるテーパ形状を有することとなる。このため、このような構成の２次元フォトニック結晶面発光レーザは、活性層側に近づくほど凹部が太くなるテーパ形状に比べて、容易に作製することができる。
【０１０７】
また、他の一態様では、これら上述の２次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、好ましくは、前記表面側ＦＦは、０．８以下であって、前記活性層側ＦＦは、０．８以上であることである。
【０１０８】
このような構成の２次元フォトニック結晶面発光レーザは、２次元フォトニック結晶における高い結合係数κ、かつ、第１クラッド層による光閉じ込め効果を向上させることが可能である。また、凹部の加工が容易である。より具体的には、凹部のエッチング加工の難度が低い。
【０１０９】
また、他の一態様にかかる２次元フォトニック結晶面発光レーザの製造方法は、第２半導体層上に活性層を積層し、前記活性層上に、第１半導体層を積層した後に、前記第１半導体層において、前記活性層とは反対側の表面から、前記活性層に近づくほど細くなっていく凹部を形成することで、前記第１半導体層の少なくとも一部に２次元フォトニック結晶構造を形成することである。
【０１１０】
この構成によれば、融着や特殊な埋め込み再成長法などを用いずに、２次元フォトニック結晶面発光レーザを製造することができるので、このような構成の製造方法は、材料の選択性が広く、歩留まりがよく、低コスト化が可能である。
【０１１１】
また、他の一態様では、これら上述の２次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、好ましくは、前記第１半導体層の前記複数の凹部には、埋め込み材料が埋め込まれていることである。
【０１１２】
このような構成によっても、２次元フォトニック結晶面発光レーザが融着を用いずに製造することができることから、容易に製造でき、製造時に不良品が生じる可能性も低い。したがって、この構成によれば、低コストで作製でき、分留まりが高い２次元フォトニック結晶面発光レーザを実現することができる。また、凹部（埋め込み材料）の径を深さ方向に沿って徐々に変化させた構成であることから、２次元フォトニック結晶の結合係数κの値を高くし、かつ、光閉じ込め効果の向上および凹部形成を容易に行うことができる。これにより、低閾値化、高効率化、短波長化等を容易に行うことができる。また、凹部に埋め込み材料が埋め込まれていることから、第１半導体層の上面が平坦化されているため、第１半導体層上に容易に電極を形成することができる。また、凹部に埋め込み材料が埋め込まれていることから、第１半導体層における凹部が大気に露呈されることはない。これにより、第１半導体層は、酸化されにくく、２次元フォトニック結晶面発光レーザの劣化を防ぐことができる。
【０１１３】
また、他の一態様では、これら上述の２次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、好ましくは、前記第１半導体層の前記複数の凹部には、空所（空孔）が形成されるようにその深さ方向の途中まで埋め込み材料が埋め込まれていることである。なお、空所内には、空気や、空気以外の気体が封入されてよい。また、空孔内は、真空状態であってもよい。
【０１１４】
この構成によれば、埋め込み材料の一部に空気等の気体を含むこととなる。空気等の気体は、屈折率が一般的に低いことから、埋め込み材料の屈折率よりも空気の屈折率の方が低い。したがって、第１半導体層に形成された２次元フォトニック結晶構造の屈折率差を大きくすることができる。それにより、２次元フォトニック結晶構造の回折効率が向上し、２次元フォトニック結晶面発光レーザは、低閾値化および高効率化が可能である。なお、空孔内は、真空としてもよいが、その場合も屈折率は、略空気と同程度である。
【０１１５】
また、他の一態様では、これら上述の２次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、好ましくは、前記第１半導体層の前記活性層側とは反対側の主面における半導体が占める面積の割合を表面側ＦＦとし、前記第１半導体層において、前記複数の凹部の底面を含む平面を仮想した場合に、この仮想した平面における半導体が占める面積の割合を活性層側ＦＦとし、前記表面側ＦＦと前記活性層側ＦＦとは異なる値であることである。
【０１１６】
この構成によれば、第１半導体層におけるフォトニック結晶構造積層方向に沿った面による断面形状において、凹部、埋め込み材料および凹部以外の半導体は、いわゆるテーパ形状を有することとなる。したがって、このような構成の２次元フォトニック結晶面発光レーザは、２次元フォトニック結晶の結合係数κの値を高くし、かつ、第１クラッド層による光閉じ込め効果を向上させることが可能である。また、凹部の加工が容易である。より具体的には、凹部のエッチング加工の難度が低い。
【０１１７】
また、他の一態様では、上述の２次元フォトニック結晶面発光レーザの製造方法において、好ましくは、前記複数の凹部に、埋め込み材料を埋め込む工程をさらに含むことである。
【０１１８】
この構成によれば、融着や特殊な埋め込み再成長法などを用いずに、２次元フォトニック結晶面発光レーザを製造することができるので、このような構成の製造方法は、材料の選択性が広く、歩留まりがよく、低コスト化が可能である。また、この構成によれば、凹部に埋め込み材料を埋め込んで、第１半導体層の上面を平坦化するので、第１半導体層上への電極形成を容易に行うことができる。
【０１１９】
この出願は、２００９年０１月２８日に出願された日本国特許出願特願２００９−０１７１４８および２００９年０１月２８日に出願された日本国特許出願特願２００９−０１７１７９を基礎とするものであり、その内容は、本願に含まれるものである。
【０１２０】
本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
本発明によれば、２次元フォトニック結晶面発光レーザおよびその製造方法を提供することができる。
【図１】
2010087231.tif 000005
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年6月29日(2011.6.29)
【手続補正１】
【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】
第１および第２半導体層と、
前記第１半導体層と、前記第２半導体層とに挟まれ、キャリア注入によって、光を発生する活性層とを備え、
前記第１半導体層は、前記第１半導体層の前記活性層側とは反対側の主面から複数の凹部が形成されることで少なくとも前記第１半導体層の一部が２次元フォトニック結晶構造を有し、前記活性層から発生された光を前記２次元フォトニック結晶構造により共振させることによって、選択された波長の光を面発光する２次元フォトニック結晶面発光レーザであって、
前記複数の凹部は、前記選択された波長と一致する周期で形成されており、前記凹部の径は、深さ方向に沿って変化していること
を特徴とする２次元フォトニック結晶面発光レーザ。
【請求項２】
前記第１半導体層は、第１クラッド層を有し、
前記第２半導体層は、第２クラッド層を有し、
前記第１クラッド層の屈折率は、前記第２クラッド層の屈折率よりも高いこと
を特徴とする請求項１に記載の２次元フォトニック結晶面発光レーザ。
【請求項３】
前記第１クラッド層の厚さは、０．３μｍ〜１．０μｍであること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の２次元フォトニック結晶面発光レーザ。
【請求項４】
前記凹部は、前記活性層には到達しないこと
を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の２次元フォトニック結晶面発光レーザ。
【請求項５】
前記第１半導体層の発光面側主面における半導体が占める面積の割合を表面側ＦＦとし、
前記第１半導体層において、前記複数の凹部の底面を含む平面を仮想した場合に、この仮想した平面における半導体が占める面積の割合を活性層側ＦＦとし、
前記表面側ＦＦと前記活性層側ＦＦとは異なる値であること
を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の２次元フォトニック結晶面発光レーザ。
【請求項６】
前記活性層側ＦＦは、前記表面側ＦＦよりも大きいこと
を特徴とする請求項５に記載の２次元フォトニック結晶面発光レーザ。
【請求項７】
前記表面側ＦＦは、０．８以下であって、前記活性層側ＦＦは、０．８以上であること
を特徴とする請求項６に記載の２次元フォトニック結晶面発光レーザ。
【請求項８】
活性層から発生された光を２次元フォトニック結晶構造により共振させることによって、選択された波長の光を面発光する２次元フォトニック結晶面発光レーザの製造方法であって
第２半導体層上に前記活性層を積層し、
前記活性層上に、第１半導体層を積層した後に、
前記第１半導体層において、前記選択された波長と一致する周期で、前記活性層とは反対側の表面から、前記活性層に近づくほど細くなっていく複数の凹部を形成することで、前記第１半導体層の少なくとも一部に前記２次元フォトニック結晶構造を形成すること
を特徴とする２次元フォトニック結晶面発光レーザの製造方法。
【請求項９】
前記第１半導体層の前記複数の凹部には、埋め込み材料が埋め込まれていること
を特徴とする請求項１に記載の２次元フォトニック結晶面発光レーザ。
【請求項１０】
前記第１半導体層の前記複数の凹部には、空所が形成されるようにその深さ方向の途中まで埋め込み材料が埋め込まれていること
を特徴とする請求項１に記載の２次元フォトニック結晶面発光レーザ。
【請求項１１】
前記第１半導体層の前記活性層側とは反対側の主面における半導体が占める面積の割合を表面側ＦＦとし、
前記第１半導体層において、前記複数の凹部の底面を含む平面を仮想した場合に、この仮想した平面における半導体が占める面積の割合を活性層側ＦＦとし、
前記表面側ＦＦと前記活性層側ＦＦとは異なる値であること
を特徴とする請求項９または請求項１０に記載の２次元フォトニック結晶面発光レーザ。
【請求項１２】
前記複数の凹部に、埋め込み材料を埋め込む工程をさらに含むこと
を特徴とする請求項８に記載の２次元フォトニック結晶面発光レーザの製造方法。
【国際調査報告】
2010087231.tif 000028
2010087231.tif 000029
2010087231.tif 000030
2010087231.tif 000031