(57)【要約】【課題】スラブを導波する水平方向への光の漏れを有効活用し、光の出力を向上させることが可能となる面発光レーザ、面発光レーザを備えた発光装置を提供する。【解決手段】面発光レーザであって、下部クラッド層１２０と、活性層１３０と、上部クラッド層１４０と、活性層１３０と光学的に結合するフォトニック結晶構造体１４５と、上部クラッド層１４０の上に設けられ、周期的な微細構造１５５を有する金属薄膜１５０とを備える。そして、この金属薄膜１５０により上部クラッド層の面内方向に導波する光を外部に取り出す。【選択図】            図１
2008218975.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
面発光レーザであって、
下部クラッド層と、
前記下部クラッド層の上に形成されている活性層と、
前記活性層の上に形成され、該活性層と光学的に結合するフォトニック結晶構造を有する上部クラッド層と、
前記上部クラッド層の上に設けられ、周期的な微細構造を有する金属薄膜とを備え、
前記金属薄膜を介して前記上部クラッド層の面内方向に導波する光を外部に取り出すことを特徴とする面発光レーザ。
【請求項２】
面発光レーザであって、
下部ミラーと、
前記下部ミラーの上に形成されている活性層と、
前記活性層の上に形成され、該活性層と光学的に結合するフォトニック結晶構造体を有する上部ミラーと、
前記上部ミラーの上に設けられ、周期的な微細構造を有する金属薄膜とを備え、
前記金属薄膜を介して前記上部ミラーの面内方向に導波する光を外部に取り出すことを特徴とする面発光レーザ。
【請求項３】
前記金属薄膜の上に、電極が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の面発光レーザ。
【請求項４】
前記金属薄膜が、電極を兼ね備え、該金属薄膜を通じて活性層にキャリアが注入されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の面発光レーザ。
【請求項５】
前記金属薄膜が有する周期的な微細構造は、金属と微細な孔により構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の面発光レーザ。
【請求項６】
前記金属薄膜が有する周期的な微細構造は、微小な金属構造体により構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の面発光レーザ。
【請求項７】
請求項１または２に記載の面発光レーザと、
前記面発光レーザのフォトニック結晶構造体からの出射光と、
前記金属薄膜からの出射光とを結合する集光機構と、
を有することを特徴とする発光装置。
【請求項８】
前記集光機構は、レンズであることを特徴とする請求項７に記載の発光装置。
【請求項９】
請求項１または２に記載の面発光レーザと、
前記金属薄膜からの出射光を検出する光センサと、
前記光センサにより得た情報に基づいて前記面発光レーザの駆動を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする発光装置。
【請求項１０】
構造体であって、
フォトニック結晶構造体を有し、光が面内方向に導波しうるスラブ層と、
前記スラブ層の上に設けられ、周期的な微細構造を有する金属薄膜とを備え、
前記金属薄膜を介して、前記スラブ層の面内方向に導波する光を該スラブ層の外部に取り出すことを特徴とする構造体。
【請求項１１】
構造体であって、
フォトニック結晶構造が形成されているフォトニック結晶構造領域と、
前記フォトニック結晶構造が形成されていない非フォトニック結晶構造領域とを有する導波路と、
前記非フォトニック結晶構造領域上にプラズモニック結晶構造を有する部材とを備え、
前記部材を介して、前記導波路を伝播する光を出力することを特徴とする構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造体、面発光レーザ、及び該面発光レーザを備えた発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体基板面に対して垂直方向にレーザ光を出射する面発光レーザが開発、研究されている。
面発光レーザは縦モード特性として安定した単一モードが得られ、また２次元アレイ化が容易などの優れた特性を持つ。
このため、光通信、光伝送用の光源、また電子写真の光源として応用が期待されている。
【０００３】
この種の面発光レーザとして、フォトニック結晶を利用した２次元フォトニック結晶面発光レーザが特許文献１に開示されている。
フォトニック結晶とは、光の波長と同程度もしくはより小さい屈折率周期を有する構造体である。
上記特許文献１記載の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ている。
そして、基板に対して水平に配置され、周囲より屈折率の高いスラブ状導波路に形成されたフォトニック結晶は、このスラブ状導波路に閉じ込められた光を共振させて、基板に対して垂直方向に発光するように構成されている。
また、特許文献２には、フォトニック結晶構造を有するスラブを共振器のミラーとして用いた面発光レーザが提案されている。
上記ミラーは、フォトニック結晶構造を有するスラブのＧＭＲ（Ｇｕｉｄｅｄ  Ｍｏｄｅ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ；以下これをＧＭＲと記す）を利用している。
上記ＧＭＲでは、スラブ導波路に刻んであるフォトニック結晶構造によって、スラブ導波路の導波モードが、スラブの外部に光を放出する輻射モードと共鳴している。
この結果、上記フォトニック結晶スラブはＧＭＲの共鳴波長において、スラブ導波路の面に対して垂直方向からの入射光の透過率を著しく減少させることや反射率を著しく増加させることもできる。
すなわち、フォトニック結晶スラブは、ミラーとしての機能を有することができる。
【特許文献１】特開２００３−２７３４５３号公報
【特許文献２】米国特許６１５４４８０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来例における２次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、つぎのような課題を有している。
すなわち、特許文献１に記載された技術では、前述したようにフォトニック結晶構造が設けられていないスラブを導波して水平方向に光が漏れて損失が生じ、光の利用効率の低下を招くこととなる。
現実にデバイスを作る際は、フォトニック結晶構造が設けられている領域が有限のサイズであるから、フォトニック結晶構造領域で共振している光の一部は、導波路をそのまま導波し、フォトニック結晶領域の外に漏れ出してしまうこととなる。
このように、フォトニック結晶構造が設けられていない非フォトニック結晶構造領域に漏れ出した光は、レーザ発振に寄与せず面発光出力としても取り出すことができない。
その結果、その分だけ光がムダとなり、光の利用効率の低下するという問題が生じる。
【０００５】
また、特許文献２に記載のレーザにおいても、フォトニック結晶構造が設けられた領域は有限であるから、フォトニック結晶スラブのＧＭＲで共振している光のうち、一部はスラブ導波路の面内方向に漏れ出してしまう。
この結果、ＧＭＲを利用したミラーの反射率はその分減少し、従って上記ミラーを用いた面発光レーザの出力は減少することになる。
なお、特許文献１に記載のレーザは分布帰還型（ＤＦＢ型：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ）であり、
特許文献２に記載のレーザは垂直共振器型（ＶＣＳＥＬ型：Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ）と類型化することができる。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑み、フォトニック結晶構造体を有するスラブの水平方向に導波する光の漏れを有効活用することが可能となる構造体、面発光レーザ、および面発光レーザを備えた発光装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記課題を解決するため、つぎの（１）から（１１）ように構成した構造体、面発光レーザ、および面発光レーザを備えた発光装置を提供するものである。
（１）面発光レーザであって、
下部クラッド層と、
前記下部クラッド層の上に形成されている活性層と、
前記活性層の上に形成され、該活性層と光学的に結合するフォトニック結晶構造を有する上部クラッド層と、
前記上部クラッド層の上に設けられ、周期的な微細構造を有する金属薄膜とを備え、
前記金属薄膜を介して前記上部クラッド層の面内方向に導波する光を外部に取り出すことを特徴とする面発光レーザ。
（２）面発光レーザであって、
下部ミラーと、
前記下部ミラーの上に形成されている活性層と、
前記活性層の上に形成され、該活性層と光学的に結合するフォトニック結晶構造体を有する上部ミラーと、
前記上部ミラーの上に設けられ、周期的な微細構造を有する金属薄膜とを備え、
前記金属薄膜を介して前記上部ミラーの面内方向に導波する光を外部に取り出すことを特徴とする面発光レーザ。
（３）面発光レーザであって、前記金属薄膜の上に、電極が形成されていることを特徴とする上記（１）または上記（２）に記載の面発光レーザ。
（４）面発光レーザであって、前記金属薄膜が、電極を兼ね備え、該金属薄膜を通じて活性層にキャリアが注入されることを特徴とする上記（１）または上記（２）に記載の面発光レーザ。
（５）面発光レーザであって、前記金属薄膜が有する周期的な微細構造は、金属と微細な孔により構成されていることを特徴とする上記（１）または上記（２）に記載の面発光レーザ。
（６）面発光レーザであって、前記金属薄膜が有する周期的な微細構造は、微小な金属構造体により構成されていることを特徴とする上記（１）または上記（２）に記載の面発光レーザ。
（７）発光装置であって、
上記（１）または上記（２）に記載の面発光レーザと、
前記面発光レーザのフォトニック結晶構造体からの出射光と、
前記金属薄膜からの出射光とを結合する集光機構と、
を有することを特徴とする発光装置。
（８）発光装置であって、前記集光機構が、レンズであることを特徴とする上記（７）に記載の発光装置。
（９）発光装置であって、上記（１）または上記（２）に記載の面発光レーザと、
前記金属薄膜からの出射光を検出する光センサと、
前記光センサにより得た情報に基づいて前記面発光レーザの駆動を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする発光装置。
（１０）構造体であって、
フォトニック結晶構造体を有し、光が面内方向に導波しうるスラブ層と、
前記スラブ層の上に設けられ、周期的な微細構造を有する金属薄膜とを備え、
前記金属薄膜を介して、前記スラブ層の面内方向に導波する光を該スラブ層の外部に取り出すことを特徴とする構造体。
（１１）構造体であって、  フォトニック結晶構造が形成されているフォトニック結晶構造領域と、
前記フォトニック結晶構造が形成されていない非フォトニック結晶構造領域とを有する導波路と、
前記非フォトニック結晶構造領域上にプラズモニック結晶構造を有する部材とを備え、
前記部材を介して、前記導波路を伝播する光を出力することを特徴とする構造体。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、フォトニック結晶構造体を有するスラブの水平方向に導波する光の漏れを有効活用することが可能となる構造体、面発光レーザ、および面発光レーザを備えた発光装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
（実施形態１）
まず、本発明における実施形態１に係る構造体の構成例について説明する。
図３において、３１０は光を導波させることのできるスラブ層（光導波路層）である。
ＤＦＢ型のレーザを構成する場合のスラブ層３１０とは、後述する上部クラッド層のことである。また、ＶＣＳＥＬ型のレーザを構成する場合のスラブ層３１０とは、後述する上部ミラーのことである。
なお、本実施形態に係る構造体においては、スラブ層３１０に入力される光の入力手段は問わない。
すなわち、実施例１や２で説明するように、該構造体の上部または下部に形成された活性層を用いた光入力手段でもよいし、該構造体に対して物理的に離れた外部から光を入力する光入力手段であってもよい。
このスラブ層３１０にはフォトニック結晶構造３２０が設けられており、スラブ層３１０に導波した光はこのフォトニック結晶構造３２０の外に漏れだした漏れ光３３０は有効活用できない。
しかし、本実施形態で説明する構造体では、このスラブ層３１０の上に周期的な微細構造３５０を有する金属薄膜３４０が形成されている。これにより、スラブ層３１０の面内方向に導波した光は、金属薄膜３４０により構造体の外部に取り出されることとなる。
この周期的な微細構造３５０を有する金属薄膜３４０は、いわゆるプラズモニック結晶を構成するものであり、つぎのように機能する。
すなわち、金属薄膜３４０とスラブ層３１０との界面では、金属薄膜３４０の近傍で伝搬する光と、金属薄膜３４０の表面に存在する表面プラズモンポラリトンとの間でエネルギーの授受が行われる。
また、金属薄膜３４０は、適当な周期の微細構造を有するため、スラブ層３１０と金属薄膜３４０との界面に存在する表面プラズモンポラリトンが、反対側の金属薄膜３４０と誘電体層との界面に存在する表面プラズモンポラリトンを励起することができる。
一般に金属は光を吸収するため、可視光は例えば数十ｎｍの厚さの金や銀などの金属薄膜をほとんど透過しない。
しかし、光が透過しない厚さの金属薄膜であっても、表面プラズモンポラリトンを経由させることで、金属薄膜に入射した光を薄膜反対側から取り出すことができる。
なお、微細構造３５０からの光を外部に出力できれば、金属薄膜３４０と、スラブ層３１０との間に光を導波する膜などが介在していてもよい。
【００１０】
以上説明した本実施形態に係る構造体は、以下のようにも表現することができる。
すなわち、前記構造体は、フォトニック結晶構造が形成されているフォトニック結晶構造領域と、フォトニック結晶構造が形成されていない非フォトニック結晶構造領域とを有する導波路を備えている。
また、非フォトニック結晶構造領域上にプラズモニック結晶構造を有する部材を備えている。そして、前記部材を介して、前記導波路を伝播する光を出力することを特徴としている。
ここで、導波路とはスラブ層３１０であり、部材とは金属薄膜３４０である。
また、フォトニック結晶構造領域とは、フォトニック結晶構造３２０が設けられているスラブ層３１０のことであり、非フォトック結晶構造領域とは、フォトニック結晶構造３２０が設けられていないスラブ層３１０のことである。
このようにして、基板水平方向にスラブ層３１０を導波する漏れ光３３０は、金属薄膜３４０の界面で表面プラズモンポラリトンに変換され、それは金属薄膜３４０のもう片側の界面の表面プラズモンポラリトンを励起する。
そして、後者の表面プラズモンポラリトンは再び光に変換され、金属薄膜から基板方向とは反対側に変換光３６０として出射される。
【００１１】
以上のように、本実施形態に係る構造体によれば、周期的な微細構造を有する金属薄膜を利用して、フォトニック結晶構造体から漏れ出した光の一部を外部に取り出すことができる。
なお、上記構成例では、金属薄膜が有する周期的な微細構造は、金属と微細な孔により構成された形態について説明した。
しかし、本発明に係る周期的な微細構造を有する金属薄膜は、このようなホール型に限られず、ドット型の周期的な微細構造を有する金属薄膜であってもよい。すなわち、図９のように、微小な金属構造体９４０を複数有した周期的な微細構造９５０のような形態であっても良い。
図９のように構成することにより、フォトニック結晶構造体９２０が設けられていないスラブ層９１０を導波する光を外部に取り出すことができる。
金属薄膜の厚さとしては、例えば１０ｎｍから１μｍの範囲である。
また、微細な孔のサイズとしては、例えば１０ｎｍから１０μｍの範囲である。また、微小な金属構造体のサイズとしては、例えば１０ｎｍ〜１０μｍの範囲である。
また、周期的な微細構造の周期としては、例えば１０ｎｍ〜１０μｍの範囲である。
漏れ光３３０の波長は、例えば７８０ｎｍであり、スラブ層の材料はこの漏れ光３３０が伝播できれば特に材料は限定されない。
例えば、漏れ光の波長が６８０ｎｍである場合に、スラブの材料はＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓである。
また、金属薄膜が有する周期的な微細構造は、１次元の周期構造でも２次元の周期構造でも良い。
また、フォトニック結晶構造体は、１次元の周期構造でも２次元の周期構造でもよい。
【００１２】
（実施形態２）
つぎに、本発明における面発光レーザおよび発光装置の構成例について説明する。
上記金属薄膜を通じて面発光レーザにおける活性層にキャリアを注入することもできる。すなわち金属薄膜による光取り出し機構は、活性層へのキャリア注入の妨げにならないように構成することができる。
また、上記金属薄膜から取り出された光を用いた発光装置を構成し、例えば、レーザ出力や、出力モニター用の光源として利用することもできる。
なお、本明細書および特許請求の範囲において、「Ａの上に形成されているＢ」という表現は、Ａの上に直接Ｂが設けられていることを意味することは勿論のこと、Ａの上に他の部材を介してＢが設けられていることも包含する。
【実施例】
【００１３】
以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
本発明の実施例１においては、本発明の構成を適用したＤＦＢ型の面発光レーザの構成例について説明する。
図１に、本発明の実施例１における面発光レーザの概略断面図を示す。
図２に、本発明の実施例１における面発光レーザの概略平面構成図を示す。
図１及び図２において、１００は面発光レーザ、１１０は基板、１２０は下部クラッド層、１３０は活性層、１４０は上部クラッド層、１４５はフォトニック結晶構造体が設けられている２次元フォトニック結晶領域である。
また、１５０は金属薄膜、１５５は周期構造領域、１６０は上部電極、１７０は下部電極である。
【００１４】
本実施例において、面発光レーザ１００は基板１１０上に下部クラッド層１２０、活性層１３０、上部クラッド層１４０が積層されることにより構成されている。
また、上部クラッド層１４０には２次元フォトニック結晶領域１４５が形成されている。
上部クラッド層１４０には金属薄膜１５０が隣接して形成され、金属薄膜１５０には周期構造領域１５５が形成される。
また、電極の構成については、本実施例の図１に示す構成例では基板１１０の下面に下部電極１７０が形成され、金属薄膜１５０の上には上部電極１６０が形成される構成が採られている。
しかし、電極の構成はこれに限られず、前記金属薄膜が電極を兼ねた構成を採るようにしてもよい。
すなわち、金属薄膜１５０は表面プラズモンポラリトンを介してスラブ導波光を取り出すためのものであるが、金属は電流をよく流すことから、金属薄膜を上部電極として使用し、この金属薄膜を通じて活性層にキャリアを注入するようにしてもよい。
【００１５】
つぎに、面発光レーザ１００の製造プロセスについて説明する。
まず基板１１０上に下部クラッド層１２０、活性層１３０、上部クラッド層１４０を積層する。
基板１１０は例えばｎ型ＧａＡｓの半導体材料からなり、下部クラッド層１２０および上部クラッド層１４０はＡｌＧａＡｓ系の半導体材料からなる。
活性層１３０はＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ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。
これらの積層プロセスは通常の半導体結晶成長技術が用いられる。
【００１６】
次に、上部クラッド層１４０の表面に例えば電子ビームリソグラフィ技術によって、２次元フォトニック結晶領域１４５を形成する。
２次元フォトニック結晶構造体は、上部クラッド層１４０に形成された空孔にて構成される。
空孔の形成は例えばドライエッチング法により行う。空孔には樹脂などを充填してもよい。空孔の形成は上部クラッドに限られるものではなく、空孔は活性層や下部クラッドまで及んでいても良い。
２次元フォトニック結晶領域１４５は上部クラッド層１４０と、異なる屈折率の物質が２次元周期で配列された正方格子や三角格子からなる。
次に、リフトオフなどにより上部クラッド層１４０の上に例えば金などの金属薄膜１５０を蒸着し、電子ビームリソグラフィなどにより周期構造領域１５５を形成する。なお、金属薄膜１５０の厚さは望ましくは１μｍ以下である。
周期構造領域１５５は、金属薄膜形状が周期的に変化しているものである。
【００１７】
以上の構造により、２次元フォトニック結晶領域１４５から漏れ出した光は金属薄膜１５０の周期構造領域１５５によって外部に取り出されるので、面発光レーザ１００の光を有効活用できる。
なお、金属薄膜１５０へ周期構造領域１５５を形成する際はエッチングによる方法でもよいし、あらかじめ上部クラッドにパターニングしておいてリフトオフにより周期構造領域１５５を形成する方法でもよい。
【００１８】
また、本実施例の面発光レーザは、図４にその断面図を示すように、下部クラッド層１２０と基板１１０との間に多層膜反射鏡１８０を挿入してもよい。
このように、下部クラッド層と基板との間に、多層膜反射鏡を介して形成する構成を採ることで、スラブ導波路のフォトニック結晶１４５や金属薄膜１５５から基板側への回折光をスラブ側へ反射し、さらに面発光レーザの光取り出し効率をあげることができる。
【００１９】
［実施例２］
本発明の実施例２においては、本発明の構成を適用したＶＣＳＥＬ型の面発光レーザの構成例について説明する。
図５に、本発明の実施例２における面発光レーザの概略断面図を示す。
図５において、５００は面発光レーザ、５１０は基板、５１５は下部ミラーとしての多層膜反射鏡、５２０は下部スペーサ層、５３０は活性層である。
また、５３５は上部スペーサ層、５４０は上部ミラーとしてのスラブ層、５４５はフォトニック結晶領域、５５０は金属薄膜、５５５は周期構造領域、５６０は上部電極、５７０は下部電極である。
【００２０】
本実施例において、面発光レーザ５００は基板５１０上に多層膜反射鏡５１５、下部スペーサ層５２０、活性層５３０、上部スペーサ層５３５、スラブ層５４０が積層される。
スラブ層５４０にはフォトニック結晶構造体を有したフォトニック結晶領域５４５が形成される。
スラブ層５４０には金属薄膜５５０が隣接して形成され、金属薄膜５５０には周期構造領域５５５が形成される。
また、電極の構成については、本実施例の図５に示す構成例では基板５１０の下面に下部電極５７０が形成され、金属薄膜５５０の上には上部電極５６０が形成される構成が採られている。
しかし、電極の構成はこれに限られず、前記金属薄膜が電極を兼ねた構成を採るようにしてもよい。
すなわち、金属薄膜５５０は表面プラズモンポラリトンを介してスラブ導波光を取り出すためのものであるが、金属薄膜を上部電極として使用し、この金属薄膜を通じて活性層にキャリアを注入するようにしてもよい。
【００２１】
つぎに、面発光レーザ５００の製造プロセスについて説明する。
まず、基板５１０上に多層膜反射鏡５１５、下部スペーサ層５２０、活性層５３０、上部スペーサ層５３５、スラブ層５４０を積層する。
基板５１０は例えばｎ型ＧａＡｓの半導体材料からなり、多層膜反射鏡５１５、下部スペーサ層５２０および上部スペーサ層５３５、スラブ層５４０はＡｌＧａＡｓ系の半導体材料からなる。
多層膜反射鏡５１５はＡｌ０．９Ｇａ０．１ＡｓとＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓとが交互に積層された構成となっており、波長６８０ｎｍの光に対してλ／４の光学的厚さで交互に積層される。
下部スペーサ層５２０、上部スペーサ層５３５はＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ、スラブ層５４０はＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓからなる。
下部スペーサ層５２０、上部スペーサ層５３５の厚さは、多層膜反射鏡５１５と、スラブ層５４０によるミラーによる垂直共振器において、共振波長が６８０ｎｍとなるような値とする。
また、下部スペーサ層５２０、上部スペーサ層５３５の厚さは共振波長における、定在波の電場強度の腹に活性層５３０が位置するように適当な値とする。
活性層５３０はＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ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。
これらの積層プロセスは通常の半導体結晶成長技術が用いられる。
【００２２】
次に、スラブ層５４０の表面に例えば電子ビームリソグラフィ技術によって、たとえば２次元的に屈折率周期構造を持つフォトニック結晶領域５４５を形成する。
２次元フォトニック結晶は、スラブ層５４０に形成された空孔にて構成される。空孔の形成は例えばドライエッチング法により行う。
空孔には樹脂などを充填してもよい。空孔の形成はスラブ層に限られるものではなく、空孔は上部スペーサ層５３５まで及んでいても良い。
２次元フォトニック結晶領域５４５はスラブ層５４０と、異なる屈折率の物質が２次元周期で配列された正方格子や三角格子からなる。
例えば、スラブ層５４０の厚さは２３０ｎｍ、空孔の深さは８０ｎｍ、空孔は円形としその直径は４０ｎｍ、２次元フォトニック結晶領域におけるフォトニック結晶の格子定数は２２０ｎｍとする。
このとき、スラブ層５４０は波長６８０ｎｍ付近にＧＭＲが現れ、スラブ層５４０によるミラーは前記モード波長にて高い反射率を持つ。
【００２３】
次に、リフトオフなどによりスラブ層５４０の上に例えば金などの金属薄膜５５０を蒸着し、電子ビームリソグラフィなどにより周期構造領域５５５を形成する。
なお、金属薄膜５５０の厚さは望ましくは１μｍ以下である。周期構造領域５５５は、金属薄膜形状が周期的に変化しているものであり、周期・金属膜厚は調整して、レーザ波長にてプラズモン共鳴が起きるようにする。
以上の構造により、２次元フォトニック結晶領域５４５から漏れ出した光は金属薄膜５５０の周期構造領域５５５によって外部に取り出すことができるので、面発光レーザ５００の光を有効活用することが可能となる。
なお、金属薄膜５５０へ周期構造領域５５５を形成する際はエッチングによる方法でもよいし、あらかじめ上部クラッドにパターニングしておいてリフトオフにより周期構造領域５５５を形成する方法でもよい。
【００２４】
［実施例３］
本発明の実施例３においては、上記面発光レーザと、集光機構とを備え、該集光機構によって面発光レーザのフォトニック結晶からの出射光と金属薄膜からの出射光が結合されて出力光として取り出されるようにした発光装置の構成例について説明する。
図６に、本実施例における発光装置の概略断面図を示す。
図１の実施例１と同じ構成には同一の符号が付されている。
図６において、１０２は面発光レーザ、６００は発光装置、６１０は集光機構である。
【００２５】
本実施例の発光装置６００においては、面発光レーザ６０２と集光機構６１０とを備えた構成を有している。
面発光レーザ６０２は、実施例１における面発光レーザ６００と同様に形成されている。
集光機構６１０は面発光レーザ６０２のフォトニック結晶領域１４５からの出射光と金属薄膜の周期構造領域１５５からの出射光とを結合するように配置される。
その出力光は、フォトニック結晶領域１４５からの出射光と金属薄膜の周期構造領域１５５からの出射光が全体としてコヒーレントな出力光となるようになされることが望ましい。
集光機構６１０は、例えば凸レンズである。
このような構成による発光装置６００においては、金属薄膜に周期構造領域１５５がない場合の面発光レーザの出力にくらべて、出力の増加を得ることができる。
なお、本実施例では実施例１で説明したＤＦＢ型の面発光レーザについて説明したが、実施例２で説明したＶＣＳＥＬ型の面発光レーザも本実施例で説明した発光装置に適用することができる。
【００２６】
［実施例４］
本発明の実施例４においては、面発光レーザと、光センサとを備え、該光センサによって金属薄膜からの発光を参照し、該光センサにより得た情報に基づいて面発光レーザの出力光強度を制御するようにした発光装置の構成例について説明する。
図７、図８に、それぞれ本実施例における発光装置の側面からの概略断面図、上方から見た概略平面図を示す。
図１の実施例１と同じ構成には同一の符号が付されている。
図７、図８において、１０３は面発光レーザ、７００は発光装置、７１０は光センサ、７２０は制御手段である。
【００２７】
本実施例の発光装置７００においては、面発光レーザ１０３と光センサ７１０とを備えた構成を有している。
面発光レーザ１０３は、金属薄膜の周期構造領域１５５の一部の構造を除いて、実施例１における面発光レーザ１００と同様の素子である。
すなわち、本実施例では、面発光レーザ１０３において、上部電極１６０を上部クラッド層１４０に隣接させ、上部クラッド層の別の場所で金属薄膜の周期構造領域１５５を配するように構成されている。
この場合、金属薄膜の周期構造領域１５５は活性層へのキャリア注入経路とはなっておらず、上部クラッド層１４０を導波する光の取り出し機能を担っている。もちろん、実施例１から実施例３のように、金属薄膜を通じて電極から活性層にキャリア注入できるような配置としてもよい。
【００２８】
本実施例においては、図７、図８に示すように金属薄膜の周期構造領域１５５からの出射光を受けることが可能な位置に光センサ７１０が配置されている。
金属薄膜の周期構造領域１５５からの出射光強度は、フォトニック結晶領域１４５からの出射光強度と相関がある。
このため、周期構造領域１５５からの出射光強度をモニタリングすれば、フォトニック結晶領域１４５からの出射光強度を推定することができる。
これを利用してキャリア注入量にフィードバックをかければ、フォトニック結晶領域１４５からの出射光強度を安定化させることもできる。
すなわち、図８に示すように、光センサ７１０で検出された出力強度の情報に基づいて、制御手段７２０は上部電極１６０へ注入するキャリアを制御し、面発光レーザの駆動を制御することができる。
このような構成による発光装置７００においては、ムダになっていた光を利用して面発光レーザ１０３の出射光強度を知ることができる。
このため、出力のモニタリングのために面発光レーザ１０３の出射光を遮ったり出力を落としたりする必要がなくなる。
なお、本実施例では実施例１で説明したＤＦＢ型の面発光レーザの適用例について説明したが、実施例２で説明したＶＣＳＥＬ型の面発光レーザも本実施例で説明した発光装置に適用することができる。
【００２９】
以上、本発明による面発光レーザ及びこれを用いた発光装置の実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限られるものではない。種々の変形、変更が可能である。
また、本発明は、上記各実施例における構造の半導体に限られるものではない。例えば、実施例１では面発光レーザの材料はＧａＡｓ系としたが、ＩｎＰ系、ＧａＮ系とするなど適宜選択を行うことができる。
また、各層の成膜方法も上記各実施例のものに限られるものではない。
また、１次元または２次元フォトニック結晶領域、金属薄膜の周期構造領域の形状も、本発明の構成を逸脱しない範囲において種々の変形、変更をなされ得る。
また、本発明による面発光レーザおよび発光装置は、単一基板上あるいは複数の基板上に面発光レーザが複数個形成されたアレイレーザとして構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施例１における面発光レーザの概略断面図である。
【図２】本発明の実施例１における面発光レーザの概略平面構成図である。
【図３】本発明に係る実施形態を説明するための図である。
【図４】本発明の実施例１における別の構成例である下部クラッド層と基板との間に多層膜反射鏡を挿入した面発光レーザの概略断面図である。
【図５】本発明の実施例２における面発光レーザの概略断面図である。
【図６】本発明の実施例３における発光装置の概略断面図である。
【図７】本発明の実施例４における発光装置の概略断面図である。
【図８】本発明の実施例４における発光装置を説明するための概略図である。
【図９】微小な金属構造体を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３１】
１００、１０２、１０３：面発光レーザ
１１０：基板
１２０：下部クラッド層
１３０：活性層
１４０：上部クラッド層
１４５：２次元フォトニック結晶領域
１５０：金属薄膜
１５５：周期構造領域
１６０：上部電極
１７０：下部電極
１８０：多層膜反射鏡
３１０：スラブ層（光導波路層）
３２０：フォトニック結晶構造
３３０：漏れ光
３４０：金属薄膜
３５０：周期的な微細構造
３６０：変換光
５００：面発光レーザ
５１０：基板
５１５：下部ミラー（多層膜反射鏡）
５２０：下部スペーサ層
５３０：活性層
５３５：上部スペーサ層
５４０：上部ミラー（スラブ層）
５４５：フォトニック結晶領域
５５０：金属薄膜
５５５：周期構造領域
５６０：上部電極
５７０：下部電極
６００、７００：発光装置
６１０：集光機構
７１０：光センサ
【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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