(57)【要約】【課題】  フォトニック結晶層とそれに隣接するクラッド層との屈折率差が十分にとれない場合でも、ＧＲにより反射機能を発揮し得るフォトニック結晶を用いた構造体、面発光レーザ等を提供する。【解決手段】  平板状の第１の部材１０１５と、該第１の部材上に二次元周期的に配列した複数のピラー１０１０とから構成されたフォトニック結晶層１０００を備える。このフォトニック結晶層１０００は、第１の屈折率（ｎ１）を有する第１の材料からなる。また、このフォトニック結晶層１０００には第１の屈折率よりも低い第２の屈折率（ｎ２）を有する第２の材料からなる低屈折率層が隣接している。さらに第１の屈折率と第２の屈折率との比屈折率差が０．０４以上０．１３以下であり、フォトニック結晶層１０００の層厚ｔに対するピラー１０１０の高さｈは、０．１０ｔ以上０．７０ｔ以下である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトニック結晶層を有する構造体であって、
平板状の第１の部材と、該第１の部材上に二次元周期的に配列した複数のピラーとから構成され、且つ第１の屈折率（ｎ１）を有する第１の材料からなるフォトニック結晶層と、
該フォトニック結晶層に隣接し、該第１の屈折率よりも低い第２の屈折率（ｎ２）を有する第２の材料からなる低屈折率層と、を備え、
前記第１の屈折率と前記第２の屈折率との比屈折率差Δｎ（＝（ｎ１−ｎ２）／ｎ１）が０．０４以上０．１３以下であり、前記フォトニック結晶層の層厚ｔに対する前記ピラーの高さｈは、０．１０ｔ以上０．７０ｔ以下であることを特徴とする構造体。
【請求項２】
前記第１の屈折率ｎ１が、２．１５から３．５０の範囲の中から選択される屈折率を有し、前記第２の屈折率ｎ２が、１．９０から３．３０の範囲の中から選択される屈折率を有することを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項３】
前記第１の材料が、ＴｉＯ２、ＧａＮ、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ、の中から選択されるいずれかの材料からなり、前記第２の材料が、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ、インジウム錫酸化物、の中から選択されるいずれかの材料からなることを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項４】
請求項１に記載の構造体からなる第１のミラーと、活性層と、第２のミラーとを含み構成されることを特徴とする面発光レーザ。
【請求項５】
前記第２のミラーが、請求項１に記載の構造体、または分布ブラッグ反射ミラーによって構成されることを特徴とする請求項４に記載の面発光レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトニック結晶を有する構造体及びそれを用いた面発光レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、フォトニック結晶に関する研究が盛んに行われている。
フォトニック結晶とは、結晶中における電子状態にバンドギャップが存在するのと同様に、屈折率に周期構造をもたせることで、光の導波を抑制する波長帯（フォトニックバンドギャップ）が生じる構造である。
【０００３】
非特許文献１には、このようなフォトニック結晶を用いて、Ｇｕｉｄｅｄ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ（以下、これをＧＲと記す。）に関する検討がなされている。
【０００４】
上記ＧＲとは、屈折率周期構造を面内方向に有するフォトニック結晶の面内方向に導波している導波モードの光が、放射モードに結合することにより、フォトニック結晶の外に放射されることをいう。
【０００５】
このＧＲを利用することにより、フォトニック結晶は、ミラーとして利用することができる。すなわち、フォトニック結晶の面内に対して垂直方向に入射した光がライトラインより上に位置するモードと結合することで、フォトニック結晶中を導波するモードに変換される。その後、この光が放射モードに結合することで再度フォトニック結晶外に放射される。そして、導波モードに結合せず直接反射する光と、一旦導波モードに結合して再度外部に放射される光との干渉により、特異な反射現象、例えば効率１００％の反射が起こる。
【０００６】
一般的には、導波モードとは、フォトニック結晶層から光が漏れないという条件を満たすモードのことをいい、放射モードとは、フォトニック結晶層から光が漏れるモードのことをいう。
【０００７】
また、ライトラインとは、導波層（この場合はフォトニック結晶層）に隣接する媒質中を伝播する光の分散関係を示すものである。このライトラインは、ｗ＝ｃｋ／ｎ（ｗ：角周波数、ｃ：光速、ｎ：屈折率、ｋ：波数）で定まる直線で示すことができる。一般的に、ライトラインよりも高周波数の領域は、光がフォトニック結晶から漏れやすい領域となっている。
【０００８】
このように、ＧＲを利用するミラーは、フォトニックバンドギャップを利用したミラーとは動作原理が異なるものである。
【０００９】
従って、図２（ａ）で示されるフォトニック結晶に垂直に入射する入射光の波長を、前記ＧＲによって反射率が著しく増大する波長に合わせた場合、入射した光は高い反射率で反射されることとなる。
【００１０】
上記非特許文献１においては、つぎのような条件のもとで、実際にシミュレーションが行われている。
【００１１】
すなわち、断面形状が円であるピラーの半径ｒ＝０．４ａ（ａは格子の周期）、高さｈ＝０．９ａとしている。そして、該ピラーを構成する材料の屈折率ｎｐｈｃ＝４．４７、ピラーに隣接する領域の屈折率は、１．０として、シミュレーションが行われている。
その結果、図２（ｂ）に示すＧＲが生じることが示されている。
【非特許文献１】Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．８７，０９１１０２（２００５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、フォトニック結晶における上記ＧＲを利用して、レーザ等に適用されるミラーを作製する場合、フォトニック結晶層と隣接するクラッド層との屈折率差が非常に小さい条件で構成せざるを得ない場合がある。
【００１３】
例えば、波長６７０ｎｍの面発光レーザにおいては、フォトニック結晶層をＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓで構成し、それに隣接するクラッド層をＡｌ０．９３Ｇａ０．０７Ａｓなどで構成することが想定される。この場合、波長６７０ｎｍの光に対するＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓの屈折率は３．４４６、Ａｌ０．９３Ｇａ０．０７Ａｓの屈折率は３．１３０であるため、両者の比屈折率差（Δｎ（＝（ｎｐｈｃ−ｎｃｌａｄ）／ｎｐｈｃ））は、約０．０９（約９％）である。
【００１４】
このような場合、前記非特許文献１に記載の構成をそのまま適用したのでは、上記ＧＲが生じ難く、フォトニック結晶をミラーとして使用することは難しいことが想定される。
【００１５】
このようなことから、本発明者らは、図３（ａ）に示す構成により、同様にシミュレーションを行い、上記ＧＲが存在し得るかを確認した。
【００１６】
少なくとも、ピラーからなるフォトニック結晶層と、それに隣接するクラッド層として機能する基板との比屈折率差Δｎ（＝（ｎｐｈｃ−ｎｃｌａｄ）／ｎｐｈｃ）が、０．３５（３５％）以上では、上記ＧＲ効果が生じ得る。
【００１７】
しかし、少なくとも０．１３（１３％）以下では、上記ＧＲ効果が生じ無いことが確認された。実際のシミュレーション結果を図３（ｂ）に示す。
【００１８】
そこで、本発明は、フォトニック結晶層とそれに隣接するクラッド層との屈折率差が十分にとれない場合であっても、上記ＧＲにより反射機能を発揮し得る新規な構造体、及びそれを用いた面発光レーザの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明に係る構造体は、フォトニック結晶層を有する構造体であって、平板状の第１の部材と、該第１の部材上に二次元周期的に配列した複数のピラーとから構成され、且つ第１の屈折率（ｎ１）を有する第１の材料からなるフォトニック結晶層と、該フォトニック結晶層に隣接し、該第１の屈折率よりも低い第２の屈折率（ｎ２）を有する第２の材料からなる低屈折率層と、を備え、前記第１の屈折率と前記第２の屈折率との比屈折率差Δｎ（＝（ｎ１−ｎ２）／ｎ１）が０．０４以上０．１３以下であり、前記フォトニック結晶層の層厚ｔに対する前記ピラーの高さｈは、０．１０ｔ以上０．７０ｔ以下であることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係る面発光レーザは、上記に記載の構造体からなる第１のミラーと、活性層と、第２のミラーとを含み構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、フォトニック結晶層とそれに隣接するクラッド層との屈折率差が十分にとれない場合であっても、上記ＧＲにより反射機能を発揮し得る新規な構造体、及びそれを用いた面発光レーザ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】
【００２２】
（実施形態１）
実施形態１として、ミラーとして使用する構造体について説明する。
【００２３】
図１に、本実施形態１に係るフォトニック結晶を有する構造体を説明するための図を示す。図１（ａ）は上記構造体の構成を説明するための模式的斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるａ−ａ’断面図である。
【００２４】
図１（ａ）において、１０００は、フォトニック結晶層である。当該フォトニック結晶層は、平板状の第１の部材１０１５と、該第１の部材上に二次元周期的（すなわち、面内方向に周期的）に配列した複数のピラー（柱状構造体）１０１０から構成される。
【００２５】
ピラー（柱状構造体）１０１０と第１の部材１０１５とは同じ材料（第１の屈折率ｎ１）から構成される。
【００２６】
そして、第１の屈折率（ｎ１）を有する第１の材料からなる第１の部材１０１５に隣接し、該第１の屈折率よりも低い第２の屈折率（ｎ２）を有する第２の材料からなる低屈折率層１０２０（クラッド層と呼ばれる場合もある。）が設けられている。
【００２７】
本実施形態に係る構造体は、図１に記載した、フォトニック結晶層１０００の厚さ方向（平板状の第１の部材の面内に対して垂直方向）に入射する光を反射するように、当該入射光の波長に対して、上記ＧＲを生じるように設計される。
【００２８】
斯かる場合、フォトニック結晶層１０００に入射した光は回折され、一旦、フォトニック結晶層内を伝播する。そして、この伝播した光は放射モードと結合し、外部に放射される。この伝播して放射された光が、フォトニック結晶内を伝播せずに反射した光と干渉することにより、上記構造体はミラーとして機能する。
【００２９】
ここで、前記第１の屈折率と第２の屈折率との屈折率差Δｎ（＝（ｎ１−ｎ２）／ｎ１）は０．０４以上０．１３以下である。なお、Δｎがゼロということはありえないので、実際のデバイスを構成するという観点からの現実的な下限値が０．０４である。
【００３０】
ピラーを利用したフォトニック結晶の場合は、ピラーの断面径を大きくすればする程、下層の低屈折率層との屈折率差を大きくできるので好ましい。
【００３１】
フォトニック結晶層の層厚ｔに対するピラーの高さｈの関係について述べる。
【００３２】
以下の表は、ｔ＝１．２ａ、屈折率差０．１０の場合に、ＧＲ効果が確認できるか否かを示したものである。表の中で、○はＧＲ効果が確認できることを意味し、×はＧＲ効果が確認できないことを意味する。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
このように、ピラーの高さｈは、０．１０ｔ以上０．７０ｔ以下の範囲でＧＲ現象が生じる。
【００３５】
ところで、０．１０ｔ未満の層厚では、屈折率周期の振幅が小さくなることで回折効率が落ち、従ってＧＲ現象が生じ難くなり好ましくない。
【００３６】
また、０．７０ｔを超えると、フォトニック結晶層の実効的な屈折率が低下し、下層の低屈折率層との屈折率差が小さくなり、ＧＲ現象が生じ難くなってしまう場合がある。かかる点からも、ｈの範囲は、上記範囲にしておくことが好ましい。
【００３７】
つぎに、本実施形態に係るミラーとしての構造体を構成する第１の部材、第２の部材について、説明する。
【００３８】
第１の屈折率ｎ１としては、例えば２．１５から３．５０の範囲である。具体的な材料としては、ＴｉＯ２などの高屈折率誘電体、ＧａＮ、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰなどの半導体を選択的に用いることができる。また、第２の屈折率ｎ２としては、例えば１．９０から３．３０の範囲である。具体的な材料としては、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓなどの半導体、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ；インジウム錫酸化物）などの透明導電材料を選択的に用いることができる。
【００３９】
ここで、Δｎが０．１３以下となる構成としては、例えば第１の部材をＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓとし、第２の部材をＡｌ０．９３Ｇａ０．０７Ａｓとする場合がある。周期構造を実現するための、ピラーの断面形状は円、四角などである。また、格子の形としては、四角格子や三角格子などがある。フォトニック結晶層の層厚ｔは、例えば、ａから２．０ａの範囲が好ましい。
【００４０】
（実施形態２）
実施形態２として、実施形態１で説明した構造体を用いた面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）について説明する。
【００４１】
図４に、本実施形態に係る面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）の構成を説明するための断面模式図を示す。
【００４２】
図４において、４０１は基板、４０２は下部共振器ミラー（第２のミラー）、４０３は下部クラッド層、４０４は活性層、４０５は上部クラッド層、４０６は電流狭窄構造、４０７は上部共振器ミラー（第１のミラー）である。
【００４３】
本実施形態に係るＶＣＳＥＬにおいては、共振器を構成するミラーの一方、または両方についてフォトニック結晶を有する構造体を用いて構成している。
【００４４】
どちらの構成をとるにしても、図４の下部共振器ミラーをフォトニック結晶を用いて構成する場合には、プロセスに張り合わせなどを用いる必要がある。
【００４５】
従って、プロセス難易度の観点では、一方のミラー、それも上部共振器ミラーのみにフォトニック結晶を用いることが好ましい。図４では、便宜的にそのような構成を記載している。
【００４６】
フォトニック結晶を有する構造体以外のもう一方のミラーとしては、例えば半導体または誘電体で構成された分布ブラッグ反射ミラー（ＤＢＲミラー）を用いることができる。
【００４７】
上部共振器ミラーにフォトニック結晶を用いた場合について、前述したように、フォトニック結晶層と上部クラッド層との屈折率差を小さくせざるを得ない場合がある。
【００４８】
この時、上部クラッド層はフォトニック結晶層よりも屈折率が小さくなる。実施形態１でのミラーを用いた場合、とれる屈折率差の範囲は上述したとおりである。
【００４９】
さらに、ＶＣＳＥＬのミラーとして適用することを考えると、フォトニック結晶を有する構造体の反射帯域は、広いほど好ましい。
【００５０】
上記実施形態１でのミラーは、ピラー同士が接触しない範囲においては、大きい程ＧＲの帯域（半値幅）が広くなる傾向がある。
【００５１】
従ってＶＣＳＥＬに用いる場合には、ピラーの半径は、ピラー同士が接触しない範囲で可能な限り大きいことが好ましい。
【００５２】
さらにこのような状況の場合、フォトニック結晶の実効的な屈折率を大きくとることができるため、低い屈折率差においてＧＲを発現させるためにも好ましい。以上の点より、上記実施形態１でのミラーを用いた本実施形態に係る面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）は、ミラーとクラッドの低屈折率差およびミラーの広帯域化の２つの利点を同時に持ち合わせている。
【００５３】
次に、本実施形態に係る面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）における、レーザ共振器について説明する。共振器長Ｌは、共振波長λに対してＬ＝ｍλ／２（ｍ：整数）の関係を満たす。但し、ここで用いている共振器長とは、共振器ミラーにおける位相シフトの量を含めた実効的な共振器長である。
【００５４】
また、本実施形態に係るＶＣＳＥＬに電極を設け（図４には不図示）、電流注入により駆動する場合は、電流狭窄構造を設けることが好ましい。用いることができる構造には、例えば酸化狭窄による狭窄層、イオン注入による高抵抗化を利用した狭窄層などがある。
【００５５】
本実施形態に係る面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）において、用いることのできる材料は、フォトニック結晶を有する構造体、およびクラッド層に関しては上述したような材料である。
【００５６】
また、ＤＢＲミラーに関しては、半導体では上述したような材料を用いることができる。また、誘電体では上述した材料に加え、ＳｉＯ２、ＨｆＯ２、ＺｒＯ２などを用いることが可能である。
【００５７】
活性層４０４は、例えば半導体の多重量子井戸構造、ひずみ量子井戸構造などを用いることができる。この場合材料は、発振させる波長に応じて、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ、ＧａＮ、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ、ＺｎＳｅ、ＺｎＯなどの半導体である。
【００５８】
基板４０１には、例えば半導体ＧａＡｓ、ＧａＮ、または誘電体Ｓａｐｐｈｉｒｅなどを用いることができる。
【００５９】
なお、本実施形態ではＶＣＳＥＬのミラーとして用いる構造体について説明したが、実施形態１で説明した構造体はＤＦＢ型のレーザの回折格子としても用いることができる。つまり、活性層の近くに上記構造体を配置して、構造体に入射した光を面内方向に共振させ、構造体の外部に取り出すという構成も取り得る。なお、ＤＦＢ型のレーザは、下部共振器ミラーが必ずしも必要でない点において、ＶＣＳＥＬとは異なるものである。
【実施例】
【００６０】
以下に、本発明の実施例について説明する。
【００６１】
［実施例１］
実施例１においては、図１に記載のピラー型のフォトニック結晶を用いて、シミュレーション上、確認したＧＲ現象について説明する。
【００６２】
それぞれの材料は、フォトニック結晶層１０００の屈折率が３．４４６（波長６７０ｎｍ付近におけるＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓの屈折率）である。
【００６３】
また、クラッド層１０２０が３．１３０（波長６７０ｎｍ付近におけるＡｌ０．９３Ｇａ０．０７Ａｓの屈折率）である。
【００６４】
フォトニック結晶のパラメータとしては、格子定数ａ２１０ｎｍ、半径９５ｎｍ（０．４５ａ）、厚さｔ３２０ｎｍ（１．５３ａ）、ピラー高さｈ１６０ｎｍ（０．５ｔ）として、上述の転送行列法を用いて計算している。
【００６５】
計算結果を図５に示す。これは上記のフォトニック結晶を有する構造体に平面波を入射したときの透過率スペクトルである。波長６７５ｎｍ付近で透過率が０となり、１００％反射のミラーとして機能していることがわかる。本実施例におけるフォトニック結晶−クラッド間の屈折率差Δｎはおよそ０．０９であり、屈折率差の低い状況で上記ＧＲ効果が発現している。
【００６６】
本実施例では、パラメータをある一定値に固定した時の計算結果を示したが、上述した通り、これ以外にも所定のパラメータ範囲内において上記ＧＲ効果を発現させることができる。
【００６７】
まず、本実施例では、屈折率差Δｎを０．０９としているが、フォトニック結晶層の厚さ、ピラーの高さなどのパラメータを適当に設定することにより、最大でΔｎ０．０４程度まで上記ＧＲ効果を発現させることが可能である。
【００６８】
さらに、フォトニック結晶の厚さｔについては、それぞれのパラメータの関係で多少上下するが、およそ０．９ａ以上であれば上記ＧＲ効果が発現する。それ以上においては、厚ければ厚いほど上記ＧＲ効果は発現しやすくなる傾向がある。
【００６９】
このとき、ある最適値において、上記ＧＲ効果の半値幅は最大となり、それ以上厚くすると、半値幅は徐々に小さくなってくる。
【００７０】
また、ピラーの高さに関しては、フォトニック結晶層の厚さｔに対して、およそ０．１ｔ〜０．７ｔの間でＧＲが発現する。理由は上述のとおりである。
【００７１】
また、ピラーの半径については、上述したように、ピラー同士が接触しない範囲においては、大きい程、上記ＧＲ効果の帯域（半値幅）が広くなる傾向がある。さらに、このような状況の場合、フォトニック結晶の実効的な屈折率を大きくとることができるため、低い屈折率差において上記ＧＲ効果を発現させるのにも適した構成となる。
【００７２】
最後にミラーを構成する材料に関して説明する。本実施例では、材料をある組成のＡｌｘＧａ１−ｘＡｓにしている。しかし、フォトニック結晶層１０００を構成する物質の屈折率と、低屈折率層１０２０を構成する物質の屈折率の関係が同様であれば、実施形態１の項で述べたような材料では、どのような材料においても上記ＧＲ効果は発現する。
【００７３】
従って、これらを用いて屈折率差Δｎ０．１３〜０．０４の間でＧＲを発現させることができる。
【００７４】
なお、上述したシミュレーションは、文献Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｂ６８，１５５１０１（２００３）に記載の転送行列法を用いて行っている。
【００７５】
［実施例２］
実施例２では、本発明を適用して構成した面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）について説明する。
【００７６】
図６に、本実施例に係る面発光レーザを説明するための断面模式図を示す。図６において、６０１は基板、６０２は下部共振器ミラー、６０３は下部クラッド層、６０４は活性層、６０５は上部クラッド層である。また、６０６は酸化電流狭窄層、６０７は電流狭窄酸化層、６０８は上部共振器ミラー光閉じ込め層、６０９は上部共振器ミラー、６１０はｎ電極、６１１はｐ電極である。
【００７７】
以下に、本実施例における面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）の各部位の機能、構成、材料に関して説明する。
【００７８】
本実施例では、共振器を構成するミラーは一方がフォトニック結晶を有する構造体、もう一方がＤＢＲミラーである。
【００７９】
上部共振器ミラー６０９はフォトニック結晶を有する構造体であり、ｐ−Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓで構成されている。
【００８０】
構造パラメータは実施例１におけるミラーと同様である。上記ミラーは、本実施例におけるＶＣＳＥＬの発振波長である６７０ｎｍの光を反射する。
【００８１】
ミラーのフォトニック結晶部の大きさは７μｍΦであり、およそ３０周期分のピラーが円形状に並べられている。
【００８２】
上部共振器ミラー光閉じ込め層６０８は、実施例１におけるミラーのクラッド層と同様、光をフォトニック結晶に閉じ込める役割をする。材料はｐ−Ａｌ０．９３Ｇａ０．０７Ａｓである。厚さは４２８ｎｍ（２波長分）である。
【００８３】
下部共振器ミラーは、ＤＢＲミラーであり、ｎ−Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ／ｎ−Ａｌ０．９３Ｇａ０．０７Ａｓのペアよりなり、層数は７０ペアである。それぞれの層の厚さは、光路長換算でそれぞれ発振波長のλ／４となっている。本実施例では、発振波長は６７０ｎｍの赤色光であるため、それぞれの層は４８ｎｍ、５３ｎｍである。また、共振器の下部クラッド層に近い順にｎ−Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ／ｎ−Ａｌ０．９３Ｇａ０．０７Ａｓの順番で積層されている。
【００８４】
活性層６０４は、ノンドープの（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５ＩｎＰ／Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ｐの多重量子井戸構造となっており、井戸数は３層、それぞれの層厚は７ｎｍ、９ｎｍである。井戸とクラッドの境界は、１２μｍの（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５ＩｎＰ層となっている。
【００８５】
下部クラッド層６０３、上部クラッド層６０５は、それぞれｎ、ｐ−（Ａｌ０．７３Ｇａ０．２７）０．５ＩｎＰで構成されている。厚さはそれぞれ１１９ｎｍである。
【００８６】
本実施例における面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）の共振器は、下部および上部クラッド層、活性層、上部共振器ミラー光閉じ込め層で構成されている。それぞれの厚さは（下部クラッド層＋活性層＋上部クラッド層）＝（１．５波長分）、上部共振器ミラー光閉じ込め層＝（２波長分）であり、合計３．５波長分となっている。
【００８７】
また、活性層は、下部共振器ミラーから０．７５波長離れて導入されており、共振光の定在波の腹の部分に位置するようになっている。
【００８８】
ｐ電極は、上部共振器ミラーの、フォトニック結晶のピラー構造が設けられている領域の周囲に形成されているリング電極である。
【００８９】
材料はＡｕ−Ｇｅ−Ｎｉである。ｎ電極はＡｕ−Ｚｎであり、基板の裏側全域に形成されている。
【００９０】
酸化電流狭窄層６０６、電流狭窄酸化層６０７は厚さ２０ｎｍ、酸化電流狭窄層の大きさおよび形状は、５μｍΦの円形である。
【００９１】
基板６０１はｎ−ＧａＡｓであり、厚さは５２５μｍである。
【００９２】
次に、本実施例における面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）の製造プロセスについて説明する。
【００９３】
本実施例の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）は、基本的には公知のＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ系の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）製造において用いられているプロセスを用いて製造することができる。
【００９４】
具体的には、結晶成長、フォトリソグラフィー、ドライエッチング、電極蒸着・スパッタリングを組み合わせたプロセスで製造することができる。フォトニック結晶の部分は、ＥＢリソグラフィーとドライエッチングにより作製する。
【００９５】
本実施例における面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）に通電すると、６７０ｎｍの赤色光がレーザ発振する。上部共振器ミラーであるフォトニック結晶を有する構造体と、下部共振器ミラーであるＤＢＲミラーで構成されている共振器が、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）の垂直共振器として働く。
【００９６】
本実施例においては、活性層およびクラッドに（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ、共振器ミラー、および上部共振器ミラー光閉じ込め層にＡｌｘＧａ１−ｘＡｓを用いたが、その他の材料を用いることもできる。用いることのできる材料は、実施形態１、実施形態２で述べたとおりである。
【００９７】
但し、上部共振器ミラーと上部共振器ミラー光閉じ込め層間の屈折率差は、０．１３〜０．０４の間となる。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本実施形態１に係るフォトニック結晶を用いた構造体を説明するための図であり、（ａ）は上記構造体の構成を説明するための模式的斜視図、（ｂ）は上記（ａ）におけるａ−ａ’断面図である。
【図２】非特許文献１における、ピラー型フォトニック結晶とその透過率スペクトルを示した図である（非特許文献１より抜粋）。（ａ）ピラー型フォトニック結晶の形態を示した斜視図である。（ｂ）ピラー型フォトニック結晶の透過率スペクトルを示した図である。
【図３】非特許文献１における、ピラー型フォトニック結晶に、基板を設けた場合の検討に用いた、シミュレーション構造と結果を示した図であり、（ａ）シミュレーション構造を示した図、（ｂ）シミュレーション結果を示した図である。
【図４】本発明の実施形態２に係る面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）の構成を説明するための断面模式図である。
【図５】本発明の実施例１に係るフォトニック結晶を有する構造体の透過スペクトルを示したグラフである。
【図６】本発明の実施例２に係る面発光レーザを説明するための断面模式図である。
【符号の説明】
【００９９】
１０００  フォトニック結晶層
１０１０  ピラー
１０１５  平板状部材
１０２０  基板
【図１】
2008141166.tif 000004
【図２】
2008141166.tif 000005
【図３】
2008141166.tif 000006
【図４】
2008141166.tif 000007
【図５】
2008141166.tif 000008
【図６】
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