(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体により形成された発光体である量子ドットを含み、第１の材料を含む材料により形成された中心層と、
前記中心層の一方の側に設けられた第１の通常ＤＢＲ層と、
前記中心層の他方の側に設けられた第２の通常ＤＢＲ層と、
前記中心層と前記第１の通常ＤＢＲ層との間に設けられた第１の遷移ＤＢＲ層と、
前記中心層と前記第２の通常ＤＢＲ層との間に設けられた第２の遷移ＤＢＲ層と、
を有し、
前記第１の遷移ＤＢＲ層及び前記第２の遷移ＤＢＲ層は、前記第１の材料により形成される層と第２の材料により形成される層とを交互に積層することにより形成されており、前記第１の材料により形成される層または前記第２の材料により形成される層の膜厚を徐々に変化させながら形成されるものであって、
前記第１の通常ＤＢＲ層及び前記第２の通常ＤＢＲ層は、第３の材料により形成される層と第４の材料により形成される層とを交互に積層することにより形成されており、
前記第３の材料と前記第４の材料との屈折率差は、前記第１の材料と前記第２の材料との屈折率差よりも大きく、
前記第１の材料はＩｎＧａＡｓＰにより形成されており、前記第２の材料はＩｎＰにより形成されており、前記第３の材料はＳｉＯ２により形成されており、前記第４の材料はＳｉにより形成されていることを特徴とする光微小共振器。
【請求項２】
前記第１の遷移ＤＢＲ層及び前記第２の遷移ＤＢＲ層において、前記第１の材料により形成される層及び前記第２の材料により形成される層の膜厚が、前記中心層に近づくに従って、徐々に薄くなっていることを特徴とする請求項１に記載の光微小共振器。
【請求項３】
前記第１の遷移ＤＢＲ層及び前記第２の遷移ＤＢＲ層において、
前記第１の材料により形成される層の膜厚が、前記中心層に近づくに従って徐々に厚くなっており、
前記第２の材料により形成される層の膜厚は、前記中心層に近づくに従って徐々に薄くなっていることを特徴とする請求項１に記載の光微小共振器。
【請求項４】
半導体により形成された発光体である量子ドットを含み、第１の材料を含む材料により形成された中心層と、
前記中心層の一方の側に設けられた第１の通常ＤＢＲ層と、
前記中心層の他方の側に設けられた第２の通常ＤＢＲ層と、
前記中心層と前記第１の通常ＤＢＲ層との間に設けられた第１の遷移ＤＢＲ層と、
前記中心層と前記第２の通常ＤＢＲ層との間に設けられた第２の遷移ＤＢＲ層と、
を有し、
前記第１の遷移ＤＢＲ層は、前記中心層と接して形成される第１の内遷移ＤＢＲ層と、前記第１の通常ＤＢＲ層と接して形成される第１の外遷移ＤＢＲ層とを有しており、
前記第２の遷移ＤＢＲ層は、前記中心層と接して形成される第２の内遷移ＤＢＲ層と、前記第２の通常ＤＢＲ層と接して形成される第２の外遷移ＤＢＲ層とを有しており、
前記第１の内遷移ＤＢＲ層及び前記第２の内遷移ＤＢＲ層は、前記第１の材料により形成される層と第２の材料により形成される層とを交互に積層することにより形成されており、前記第１の材料により形成される層または前記第２の材料により形成される層の膜厚を徐々に変化させながら形成されるものであって、
前記第１の外遷移ＤＢＲ層及び前記第２の外遷移ＤＢＲ層は、第３の材料により形成される層と第４の材料により形成される層とを交互に積層することにより形成されており、前記第３の材料により形成される層または前記第４の材料により形成される層の膜厚を徐々に変化させながら形成されるものであって、
前記第１の通常ＤＢＲ層及び前記第２の通常ＤＢＲ層は、前記第３の材料により形成される層と前記第４の材料により形成される層とを交互に積層することにより形成されており、
前記第３の材料と前記第４の材料との屈折率差は、前記第１の材料と前記第２の材料との屈折率差よりも大きく、
前記第１の材料はＩｎＧａＡｓＰにより形成されており、前記第２の材料はＩｎＰにより形成されており、前記第３の材料はＳｉＯ２により形成されており、前記第４の材料はＳｉにより形成されていることを特徴とする光微小共振器。
【請求項５】
前記第１の内遷移ＤＢＲ層及び前記第２の内遷移ＤＢＲ層において、前記第１の材料により形成される層及び前記第２の材料により形成される層の膜厚が、前記中心層に近づくに従って、徐々に薄くなっており、
前記第１の外遷移ＤＢＲ層及び前記第２の外遷移ＤＢＲ層において、前記第３の材料により形成される層及び前記第４の材料により形成される層の膜厚が、前記中心層に近づくに従って、徐々に薄くなっていることを特徴とする請求項４に記載の光微小共振器。
【請求項６】
前記第１の内遷移ＤＢＲ層、前記第２の内遷移ＤＢＲ層、前記第１の外遷移ＤＢＲ層及び前記第２の外遷移ＤＢＲ層を形成している、前記第１の材料、前記第２の材料、前記第３の材料及び前記第４の材料のうちのいずれかにより形成される層の膜厚が、前記中心層に近づくに従って、徐々に厚くなっていることを特徴とする請求項４に記載の光微小共振器。
【請求項７】
前記第１の通常ＤＢＲ層と第１の遷移ＤＢＲ層との間に設けられた第３の通常ＤＢＲ層と、
前記第２の通常ＤＢＲ層と第２の遷移ＤＢＲ層との間に設けられた第４の通常ＤＢＲ層と、
を有し、
前記第３の通常ＤＢＲ層及び前記第４の通常ＤＢＲ層は、前記第３の材料により形成される層と前記第４の材料により形成される層とを交互に積層することにより形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光微小共振器。
【請求項８】
前記半導体により形成された発光体である量子ドットは、ＩｎＡｓ量子ドットであることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の光微小共振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光微小共振器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
今までの情報処理は、電圧や電荷等の観測できる物理量の値に数値を対応させることにより実現されている。一方、量子情報処理においては、量子力学に基づく重ね合わせ状態に情報を載せ、盗聴不可能な情報通信（量子暗号）や大規模な並列計算を可能にする計算機（量子コンピュータ）が実現可能になると考えられており、研究開発が進められている。
【０００３】
このような量子情報処理を行うための基本素子として、光子を１つずつ発生する単一光子源が有力な候補となっている。この単一光子源を量子暗号通信の光源として用いることにより、盗聴があった際に識別可能となるセキュアな通信が可能となる。更に単一光子発生器から発せられる光子の性質を揃えお互いに区別出来ない（識別不可能）状態が実現されると、量子演算と呼ばれる量子力学的重ね合わせ状態に対する演算が可能となり、量子中継による長距離量子暗号通信、量子コンピュータなどより高度な量子情報処理につながる技術となる。
【０００４】
単一光子源の性能である光子の取り出し効率と識別不可能性は、どちらも光子の自然放射寿命に大きく依存する。非発光再結合過程の寿命より自然放射寿命が長いと発光効率自体が低下する。また、発光素子内の電子・正孔対（励起子）の散乱寿命（コヒーレンス時間）より自然放射寿命が長いと、発光中に量子力学的位相が変化してしまうため光子の均一性が失われてしまい、識別不可能性が低下してしまう。
【０００５】
従って、量子情報通信システムに使用される単一光子発生器をより高度な量子演算などに応用する場合には、発生した光子が特定の電磁界モードに効果的に結合し発光寿命が短くなる（弱結合）ような素子構造を用いる。これにより、発生する光子の取り出し効率及び識別不可能性を向上させることができる。また、コヒーレントな単一光子源や、電子と光子の相互もつれ（エンタングル）などを実現するためには、発光体が電磁界モードに非常に強く結合すること（強結合）が必要となる。このような構造としては、発光体である量子ドットをＤＢＲ（distributed Bragg reflector）ミラーを用いてミクロンサイズのピラー構造に埋め込んだマイクロピラー共振器が有望とされている。一般的なマイクロピラー共振器は、単層の中心層と、中心層の上下に設けられたＤＢＲミラーを有するピラーにより形成されている。
【０００６】
しかしながら、現状では、半導体量子ドットによる光ファイバーで長距離伝送が可能な通信波長が１．５５μｍ帯の発光に適用するマイクロピラー共振器は少ない。１．５５μｍ領域の光を効率的に発光することが可能な量子ドットは、現在のところＩｎＰ基板上のＩｎＡｓ量子ドットのみである。ＩｎＰ基板上でエピタキシャル成長することが可能な半導体材料で高い屈折率差をもつ組み合わせは得られていないため、そのような材料でＤＢＲを形成した場合、閉込めが弱いため電磁界の実効的な広がりを表すモード体積が大きくなってしまうとともに、十分な反射率を得るためのＤＢＲの層数が大きくなる。このため、ピラー高さが２０μｍ以上と非常に大きくなってしまい、アスペク比の極めて高いピラーを作らなければならない。このようなピラーは作製することが難しく、使いにくく、崩れやすいので、モノリシックなＩｎＰ系マイクロピラー共振器は実用にはなっていない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】宋他、第６０回応用物理学会春季学術講演会,29a-PB6-1.
【非特許文献２】Song et al., Opt. Lett. 38, 3241(2013).
【非特許文献３】M. Lermer et al., Phys.Rev.Lett.108,057402(2012).
【非特許文献４】Y. Zhang and M. Loncar, Opt. Lett. 34, 902 (2009).
【非特許文献５】Optical Electronics, edited by A. Yariv (Saunders College, San Francisco, 1991).
【非特許文献６】Handbook of optical constants of solids, edited by E. D. Palik (Academic Press, An Imprint of Elsevier, 1998).
【非特許文献７】K. Takemoto et al., Appl. Phys. Exp. 3, 092802 (2010).
【非特許文献８】T. Kuroda et al., Phys. Stat. Sol.(c) 6, 944 (2009).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そのために、発明者達は、屈折率差の大きいＳｉ／ＳｉＯ２−ＤＢＲミラーとＩｎＡｓ／ＩｎＰ量子ドットを含む半導体ＩｎＰ中心層をハイブリド接合して、高品質の通信波長帯におけるマイクロピラー共振器を提案した（例えば、非特許文献１、２）。
【０００９】
このマイクロピラー共振器は、図１(a)に示されるように、Ｓｉ基板９１０の上に、第１のＳｉ／ＳｉＯ２−ＤＢＲミラー層９２１、ＩｎＰ中心層９１１、第２のＳｉ／ＳｉＯ２−ＤＢＲミラー層９２２が積層されているピラー構造である。ＩｎＰ中心層９１１は、光学厚さλ（１波長）となるように形成されており、第１のＳｉ／ＳｉＯ２−ＤＢＲミラー層９２１、第２のＳｉ／ＳｉＯ２−ＤＢＲミラー層９２２は、光学厚さλ／４のＳｉ層とＳｉＯ２層とを交互に数対積層することにより形成されている。
【００１０】
このマイクロピラー共振器は、１．５５μｍ帯において、十分な発光増強（Purcell因子ＦＰ＝２０〜１２０）が得られるため、量子ドット単一光子源の量子鍵レートの向上及び光子の識別不可化が可能となった。しかしながら、このようなマイクロピラー共振器を作製するためには、半導体により形成されるＩｎＰ中心層９１１の両側に、Ｓｉ／ＳｉＯ２−ＤＢＲミラー層を成膜する必要がある。このため、図１（ｂ）に示すように、第１のＳｉ／ＳｉＯ２−ＤＢＲミラー層９２１または第２のＳｉ／ＳｉＯ２−ＤＢＲミラー層９２２を成膜する際、または半導体層をエッチングする際に、ＩｎＰ中心層９１１に１００〜２００ｎｍの深さまでダメージが生じる。ＩｎＰ中心層９１１の厚さは約５００ｎｍ以下であるため、図１（ｃ）に示されるように、ＩｎＰ中心層９１１における量子ドット層はダメージを受けた領域から十分に離れていないため、量子ドットの発光効率を弱めてしまう可能性がある。
【００１１】
同時に、このマイクロピラー共振器の構造では、十分な品質を実現するための共振器ピラーの横サイズが大きい（例えば、円形ピラーの場合ピラー直径Ｄ＞１．６μｍ）ため、マイクロピラー共振器中に存在している量子ドットの数を抑えにくく、単一のドットのみと共鳴させることが困難である。
【００１２】
小さい横サイズのマイクロピラーにおいて、高い品質を実現する技術としては、通常のマイクロピラー共振器では、単層の中心層だけであった部分を、多層のテーパＤＢＲ構造にする方法がある（例えば、非特許文献３、４）。テーパＤＢＲ構造とは、通常ＤＢＲと同様に２種材料を交互に繰り返して積層することにより形成される構造であるが、テーパＤＢＲを形成している各々の膜の膜厚が共振器中心に近づくに従って、徐々に減るように形成されている構造である。しかしながら、このマイクロピラー共振器におけるＤＢＲに用いられているＡｌＡｓ／ＧａＡｓ、ＳｉＯ２／ＴｉＯ２の材料は、通信波長帯１．５５μｍの光源には適しておらず、かつ、屈折率差が小さいため、ピラーの高さが高くなるという問題もある。
【００１３】
よって、発光体となるＩｎＡｓ量子ドットが含まれるＩｎＰ中心層を有する光微小共振器であるマイクロピラー型共振器において、小型で、高いPurcell因子ＦＰ、または、高い品質因子Ｑを得ることのできる光微小共振器が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本実施の形態の一観点によれば、半導体により形成された発光体である量子ドットを含み、第１の材料を含む材料により形成された中心層と、前記中心層の一方の側に設けられた第１の通常ＤＢＲ層と、前記中心層の他方の側に設けられた第２の通常ＤＢＲ層と、前記中心層と前記第１の通常ＤＢＲ層との間に設けられた第１の遷移ＤＢＲ層と、前記中心層と前記第２の通常ＤＢＲ層との間に設けられた第２の遷移ＤＢＲ層と、を有し、前記第１の遷移ＤＢＲ層及び前記第２の遷移ＤＢＲ層は、前記第１の材料により形成される層と第２の材料により形成される層とを交互に積層することにより形成されており、前記第１の材料により形成される層または前記第２の材料により形成される層の膜厚を徐々に変化させながら形成されるものであって、前記第１の通常ＤＢＲ層及び前記第２の通常ＤＢＲ層は、第３の材料により形成される層と第４の材料により形成される層とを交互に積層することにより形成されており、前記第３の材料と前記第４の材料との屈折率差は、前記第１の材料と前記第２の材料との屈折率差よりも大きく、前記第１の材料はＩｎＧａＡｓＰにより形成されており、前記第２の材料はＩｎＰにより形成されており、前記第３の材料はＳｉＯ２により形成されており、前記第４の材料はＳｉにより形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
開示の光微小共振器によれば、ＩｎＰ基板上に形成されたＩｎＡｓ量子ドット等により形成される発光層（中心層）を有する共振器構造において、小型で、高いPurcell因子ＦＰ、または、高い品質因子Ｑを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】光微小共振器の構造図
【図２】ＴＭ波に対する平面ＤＢＲミラーでの電磁界減衰の割合の膜厚依存性の説明図
【図３】第１の実施の形態における光微小共振器の構造図
【図４】第１の実施の形態における光微小共振器の特性図
【図５】第１の実施の形態における光微小共振器の製造方法の工程図（１）
【図６】第１の実施の形態における光微小共振器の製造方法の工程図（２）
【図７】第１の実施の形態における光微小共振器の製造方法の工程図（３）
【図８】第１の実施の形態における光微小共振器の説明図
【図９】第２の実施の形態における光微小共振器の構造図
【図１０】第２の実施の形態における光微小共振器の特性図
【図１１】第３の実施の形態における光微小共振器の構造図
【図１２】第３の実施の形態における光微小共振器の特性図
【図１３】第４の実施の形態における光微小共振器の構造図
【図１４】第４の実施の形態における光微小共振器の特性図（１）
【図１５】第４の実施の形態における光微小共振器の特性図（２）
【図１６】第５の実施の形態における光微小共振器の構造図
【図１７】第５の実施の形態における光微小共振器の特性図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。ピラーの形状は円形に限定されるものではないが、本願においては、ピラー直径Ｄを持つ円形ピラーを例として説明する。
【００１８】
（実施の形態の概要）
本実施の形態における光微小共振器は、中心層と、中心層の両側に各々形成された遷移ＤＢＲ層と、遷移ＤＢＲ層の外側となる両側に形成された通常ＤＢＲ層とを有している。中心層は第１の材料により形成されており、例えば、化合物半導体であるＩｎＧａＡｓＰにより形成されている。遷移ＤＢＲ層は、第１の材料と第２の材料とを膜厚を変化させながら交互に積層することにより形成されている。第２の材料は化合物半導体により形成されており、例えば、ＩｎＰが用いられている。通常ＤＢＲ層は、第３の材料と第４の材料を一定の周期で交互に積層することにより形成されている。第３の材料としては、例えば、ＳｉＯ２が用いられ、第４の材料としては、例えば、Ｓｉが用いられる。
【００１９】
また、本実施の形態は、遷移ＤＢＲ層を内遷移ＤＢＲ層と外遷移ＤＢＲ層とにより形成した光微小共振器であってもよい。この場合、遷移ＤＢＲ層における内遷移ＤＢＲ層は中心層側に形成され、外遷移ＤＢＲ層は通常ＤＢＲ層側に形成される。この際、内遷移ＤＢＲ層は、第１の材料と第２の材料を交互に積層することにより形成してもよく、外遷移ＤＢＲ層は、第３の材料と第４の材料を交互に積層することにより形成してもよい。
【００２０】
（実施の形態における効果）
ＤＢＲを用いたマイクロピラー型微小共振器では、近似的に言えば、ピラーの縦方向となる軸方向においてはＤＢＲによるブラッグ反射により光閉じ込めを行い、横方向となる半径方向においては屈折率差による全反射による光閉じ込めを行う。これにより、共振器構造を実現している。しかしながら、全反射がおこるのは平面波の場合であり、微小共振器のように反射面が有限領域である場合は厳密には、全反射はおこらず有限のリークが発生する。これが微小共振器におけるＱ値が有限の値になる理由の１つである。即ち、全反射が起こらない理由は、光が有限領域に閉じ込められていることにより、波数成分に広がりが生じ、全反射条件を満たさない成分が発生するからである。
【００２１】
テーパ型構造においては、ＤＢＲ層を形成している膜の膜厚を中心層に近づくに伴い薄くすることにより、ＤＢＲのバンドギャップを高波数側に徐々にシフトさせている。これによりＤＢＲの減衰率は中心層に近づくに従って小さくなり、ゆるやかな光閉じ込めが実現される。光閉じ込めがゆるやかになることにより、光の電磁界の包絡線の変化も緩やかになり、フーリエ変換により得られる電磁界の波数成分の広がりも小さくなり、全反射条件を満たさない光の成分を小さくすることができる。
【００２２】
しかしながら、ＤＢＲの減衰率を中心層に近づくに従って小さくする方法は、ＤＢＲ層の膜厚を中心に近づくに従って薄くすることによりバンドギャップを高波数側にシフトさせる方法が唯一の方法ではない。高屈折率層及び低屈折率層の膜厚を変化させる方法には様々な方法があり、バンドギャップの中心波長をシフトさせるだけではなく、バンドギャップの幅自体を変化させることによっても可能である。
【００２３】
この様子を定性的に調べるには、平面ＤＢＲで解析を行えばよい。例えば、積層方向をＺ方向とした場合のＴＭモードに対して考えると、次のようになる。まず、数１に示される式のように、Ｅｚを進行波成分Ｅｆと後退波成分Ｅｂとに分ける。すると各接合面での境界条件は数２に示される式となり、数３に示される式が得られる。
【００２４】
【数１】
0006422048.tif 000002
【００２５】
【数２】
0006422048.tif 000003
【００２６】
【数３】
0006422048.tif 000004
【００２７】
これに基づき、材料１及び材料２の２層膜からなる領域の両側のＥｚを結びつける縦続行列Ｆは、数４に示される。
【００２８】
【数４】
0006422048.tif 000005
【００２９】
尚、数５に示されるものは材料ｉでできた層における誘電率であり、数６に示されるものはｚ方向の波数である。
【００３０】
【数５】
0006422048.tif 000006
【００３１】
【数６】
0006422048.tif 000007
【００３２】
平面ＤＢＲの１層（高屈折率層１層＋低屈折率層１層）あたりの電磁界の振幅の減衰割合を表す定数は、数４に示される行列の固有値であり、数７に示される固有方程式の解ｘとして与えられる。
【００３３】
【数７】
0006422048.tif 000008
【００３４】
数７に示される方程式の解が、２つの異なる実数となる場合、一方の解の絶対値は１より大きく、他方は１より小さくなるため、考えている光の波長はＤＢＲの阻止域にあり、絶対値の小さい解が１層あたりの電磁界の減衰の割合となる。
【００３５】
ＴＥモードに対しても、上記固有方程式の誘電率の代わり透磁率を用いることにより、同様の結果を得ることができる。
【００３６】
図２は、以上のように計算したＴＭ波に対する平面ＤＢＲミラーでの電磁界の減衰の割合を表す定数ｘのＤＢＲ膜厚依存性を示している。上記のように、ｘは１層進む毎に電磁界がどれだけ小さくなるかを表しているので、ｘの値が小さいほど減衰の割合は大きい。従って、ＤＢＲの減衰率を最も大きくするためには、高屈折率層及び低屈折率層をともに、λ／４の奇数倍にする必要があることがわかるが、これよりも小さい減衰率を得るためには、様々な膜厚の組み合わせがあることがわかる。よって、中心層の膜厚にあまり制約を与えることなく、中心に近づくに従って減衰率が小さくなるような緩やかな光閉じ込めを実現することは可能である。
【００３７】
以下に開示する実施の形態は、このような様々な構造変化に基づき遷移ＤＢＲを形成することにより、中心層の膜厚にあまり制約を与えることなく、高いＱ値をもつマイクロピラー型微小共振器を得るものである。更に、開示する実施の形態は、製造工程において中心層が受けるダメージをできるだけ少なくし、歩留まりが高く、信頼性の高い光微小共振器を得ることができるものである。尚、開示される実施の形態おいて得られるＱ値については、開示する実施の形態とともに記載する。
【００３８】
〔第１の実施の形態〕
（構造）
本実施の形態における光微小共振器について、図３に基づき説明する。本実施の形態における光微小共振器は、遷移ＤＢＲ層を形成している第１の材料により形成される層と第２の材料により形成される層の膜厚が、中心層に近づくに伴い、徐々に薄くなっているマイクロピラー共振器である。
【００３９】
本実施の形態における光微小共振器は、基板１０の上に形成されたピラー１００により形成されている。本実施の形態における光微小共振器のピラー１００の横断面の形状は、円形に限定されるものではないが、本実施の形態においては、ピラー直径Ｄのピラー１００の構造の場合を例に説明する。ピラー１００の中央付近には第１の材料１１１により中心層１１が形成されている。中心層１１には発光体（例えば、半導体量子ドット）が形成されており、中心層１１の両側には、第１の遷移ＤＢＲ層３１及び第２の遷移ＤＢＲ層３２が形成されている。更に、第１の遷移ＤＢＲ層３１及び第２の遷移ＤＢＲ層３２の外側には、第１の通常ＤＢＲ層２１及び第２の通常ＤＢＲ層２２が形成されている。即ち、本実施の形態における光微小共振器は、基板１０の上に、第１の通常ＤＢＲ層２１、第１の遷移ＤＢＲ層３１、中心層１１、第２の遷移ＤＢＲ層３２、第２の通常ＤＢＲ層２２を積層することにより形成されたピラー１００により形成されている。
【００４０】
第１の遷移ＤＢＲ層３１及び第２の遷移ＤＢＲ層３２は、第１の材料１１１により形成される層と第２の材料１１２により形成される層とを交互に積層することにより形成されている。本実施の形態においては、第１の遷移ＤＢＲ層３１及び第２の遷移ＤＢＲ層３２は、中心層１１に近づくに伴って、第１の材料１１１により形成される層と第２の材料１１２により形成される層の膜厚が徐々に薄くなるＮ段のテーパＤＢＲにより形成されている。尚、本実施の形態においては、段とは、第１の材料１１１により形成される層と第２の材料１１２により形成される層の１セットの２層膜である。また、本実施の形態においては、第１の材料１１１は、ＩｎＧａＡｓＰが用いられており、第２の材料１１２は、ＩｎＰが用いられている。
【００４１】
第１の通常ＤＢＲ層２１及び第２の通常ＤＢＲ層２２は、第３の材料１１３により形成される層と第４の材料１１４により形成される層を一定の周期で交互に積層することにより形成されているｍ／ｎ周期の構造である。第３の材料１１３により形成される層は低屈折率層であり、例えば、ＳｉＯ２により形成されており、第４の材料１１４により形成される層は高屈折率層であり、例えば、Ｓｉにより形成されている。
【００４２】
本実施の形態における光微小共振器は、第１の材料１１１と第２の材料１１２との屈折率差よりも、第３の材料１１３と第４の材料１１４との屈折率差の方が大きくしている。即ち、第１の遷移ＤＢＲ層３１及び第２の遷移ＤＢＲ層３２を形成している材料における屈折率差よりも、第１の通常ＤＢＲ層２１及び第２の通常ＤＢＲ層２２を形成している材料における屈折率差の方が大きくなるように形成されている。具体的には、第１の材料１１１となるＩｎＧａＡｓＰの屈折率は３．３であり、第２の材料１１２となるＩｎＰの屈折率は３．１である。これに対し、第３の材料１１３となるＳｉＯ２の屈折率は１．５であり、第４の材料１１４となるＳｉの屈折率は３．５である。従って、第１の材料１１１と第２の材料１１２との屈折率差０．２よりも、第３の材料１１３と第４の材料１１４との屈折率差２．０の方が大きくなっている。尚、本実施の形態における光微小共振器においては、第１の材料１１１と第２の材料１１２は、どちらが屈折率が高くてもよい。
【００４３】
このように、中心層１１の両側に、第１の遷移ＤＢＲ層３１及び第２の遷移ＤＢＲ層３２を形成することにより、製造プロセスにおいて中心層１１の受けるダメージを防ぐことができる。また、第１の遷移ＤＢＲ層３１及び第２の遷移ＤＢＲ層３２を形成している材料の屈折率差よりも、第１の通常ＤＢＲ層２１及び第２の通常ＤＢＲ層２２を形成している材料の屈折率差を大きくすることにより、ピラー１００の高さを低くすることができる。これにより、光微小共振器の製造がしやすくなり、また、光微小共振器を一層小型にすることができる。
【００４４】
本実施の形態においては、一例として、第１の通常ＤＢＲ層２１及び第２の通常ＤＢＲ層２２における第３の材料１１３により形成される層と第４の材料１１４により形成される層の光学厚さは、ブラッグ波長λＢの１／４とする。即ち、第３の材料１１３により形成される層の膜厚ｔ３と第４の材料１１４により形成される層の膜厚ｔ４は、下記の数８に示される式により定まる。
【００４５】
【数８】
0006422048.tif 000009
【００４６】
ここで、ne3は第３の材料１１３の有効屈折率であり、ne4は第４の材料１１４の有効屈折率である。有効屈折率については、非特許文献５に記載されている方法により計算することができる。ブラッグ波長λＢは目標モード波長付近、例えば、通信波長帯の１．５５μｍに設定する。
【００４７】
次に、第１の遷移ＤＢＲ層３１及び第２の遷移ＤＢＲ層３２について説明する。第１の遷移ＤＢＲ層３１及び第２の遷移ＤＢＲ層３２においては、第１の材料１１１により形成される層と第２の材料１１２により形成される層の膜厚は、形成される位置により異なる。具体的には、ｉ段における第１の材料１１１により形成される層の膜厚ｔ１ｉと第２の材料１１２により形成される層の膜厚ｔ２ｉは、下記の数９に示される式により定まる。
【００４８】
【数９】
0006422048.tif 000010
【００４９】
尚、膜位置を表す段番号iは、第１の通常ＤＢＲ層２１または第２の通常ＤＢＲ層２２の側から離れ、中心層１１に近づくに伴い大きくなる整数である。ne1は第１の材料１１１の有効屈折率であり、ne2は第１の材料１１１の有効屈折率であり、ρ（ρ＞０）は膜厚変化の度合（傾き）である。尚、中心層１１の膜厚ｔ１０は、第１の遷移ＤＢＲ層３１及び第２の遷移ＤＢＲ層３２の構造と関係があり、数１０に示される式により定めることが好ましい。
【００５０】
【数１０】
0006422048.tif 000011
【００５１】
以上については、膜厚の設定の一例であるが、これに限定されるものではない。尚、有効屈折率はピラー１００におけるピラー直径Ｄによって変化する。また、上記においては、光微小共振器を形成している第１の材料１１１、第２の材料１１２、第３の材料１１３、第４の材料１１４における有効屈折率の値は、ピラー直径Ｄが一定な値、例えば０．８μｍにおける値である。
【００５２】
（効果）
本実施の形態における光微小共振器であるマイクロピラー共振器の光学性能は、ＦＤＴＤ（finite-difference-time-domain）法を用いて解析することができる。上述した第１の材料１１１、第２の材料１１２、第３の材料１１３、第４の材料１１４は上述した材料を用いた光微小共振器について解析を行った。光微小共振器は、第２の通常ＤＢＲ層２２／第１の通常ＤＢＲ層２１を４／６．５対、第１の遷移ＤＢＲ層３１及び第２の遷移ＤＢＲ層３２におけるテーパＤＢＲの段数Ｎ＝６とした。また、ブラッグ波長λＢを１．５５μｍ、ρを０．０３とし、数８〜１０に基づき膜厚を設定した場合の計算を行った。この結果を図４に示す。尚、図４（ａ）は、ピラー直径Ｄとモード波長λとの関係を示し、図４（ｂ）は、ピラー直径Ｄと品質因子Ｑとの関係を示し、図４（ｃ）は、ピラー直径ＤとPurcell因子ＦＰとの関係を示す。尚、図４において、従来構造は、図１に示される構造の光微小共振器におけるものである。
【００５３】
本実施の形態における光微小共振器は、従来のＳｉ／ＳｉＯ２−ＩｎＰマイクロピラー共振器と比べ、モード波長λの変化は同様であるが、品質因子Ｑはより高くなっているため、特性が向上している。また、ピラー直径Ｄが１．５μｍ以下においては、２０から１００以上までの高いPurcell因子ＦＰが得られている。特に、ピラー直径Ｄが０．８０μｍ近傍においては、モード波長λが１．５５μｍと、Purcell因子ＦＰ＝２０〜１４０が実現されている。これにより、本実施の形態における光微小共振器は、ピラー直径Ｄが、サブミクロンの直径であっても、１．５５μｍの通信波長帯の量子ドット単一光子源において、十分強い発光増強効果が実現できる。本実施の形態においては、光微小共振器であるピラー１００の横サイズを小さくすることにより、単一ドット発光が実現しやすくなった。例えば、本実施の形態における光微小共振器において、量子ドットの面密度を１０１０ｃｍ−２オーダに、発光スペクトル半値幅を５０ｍｅＶとし、ピラー直径Ｄを０．８μｍとすると、マイクロピラー共振器の共振モードと共鳴する量子ドットが１個程度になる。
【００５４】
（製造方法）
次に、本実施の形態における光微小共振器であるマイクロピラー共振器の製造方法について説明する。説明の便宜上、基板１０がＳｉ、第１の材料１１１がＩｎＧａＡｓＰ、第２の材料１１２がＩｎＰ、第３の材料１１３がＳｉＯ２、第４の材料１１４がＳｉにより形成されている場合について説明する。図５から図７は、本実施の形態における光微小共振器の製造方法を説明する工程断面図である。
【００５５】
最初に、図５（ａ）に示すように、本実施の形態における光微小共振器の第２の遷移ＤＢＲ層３２、中心層１１、第１の遷移ＤＢＲ層３１を形成する。第２の遷移ＤＢＲ層３２、中心層１１、第１の遷移ＤＢＲ層３１は、分子線エピタキシー（molecular beam epitaxy：ＭＢＥ）法又は有機金属気相成長（metal organic chemical vapor deposition：ＭＯＣＶＤ）法等により形成する。
【００５６】
具体的には、ＩｎＰウェハ５０の上に、厚さが１μｍ〜数μｍのＩｎＰからなる不図示のバッファ層を形成し、更に、基板１０と格子整合するエッチストップ層５１として、例えば、膜厚が１００ｎｍ程度となるＩｎＧａＡｓからなる層を形成する。更に、エッチストップ層５１の上に、第１の材料１１１であるＩｎＧａＡｓＰにより形成される高屈折率層と第２の材料１１２であるＩｎＰにより形成される低屈折率層とをＮ回交互に積層することにより、テーパＤＢＲである第２の遷移ＤＢＲ層３２を形成する。第２の遷移ＤＢＲ層３２を形成している第１の材料１１１であるＩｎＧａＡｓＰにより形成される高屈折率層と第２の材料１１２であるＩｎＰにより形成される低屈折率層は積層する度に徐々に膜厚が変化している。例えば、第１の材料１１１であるＩｎＧａＡｓＰにより形成される高屈折率層は、６層成膜される間に、膜厚が１２４ｎｍから８５ｎｍまで線形に薄くなっている。また、第２の材料１１２であるＩｎＰにより形成される低屈折率層は、６層成膜される間に、膜厚が１２８ｎｍから８７ｎｍまで線形に薄くなっている。
【００５７】
このように形成された第２の遷移ＤＢＲ層３２の上に、膜厚が４０ｎｍ程度の量子ドット下地ＩｎＧａＡｓＰ層を形成した後、基板温度や成長環境を調整してＩｎＡｓを２原子層程度の堆積させることによりＩｎＡｓ量子ドットを形成する。更に、このＩｎＡｓ量子ドットの上に、膜厚が４０ｎｍ程度の量子ドットキャップＩｎＧａＡｓＰ層を形成する。これにより、量子ドット下地ＩｎＧａＡｓＰ層、ＩｎＡｓ量子ドット及び量子ドットキャップＩｎＧａＡｓＰ層により中心層１１が形成される。
【００５８】
更に、中心層１１の上に、第２の材料１１２であるＩｎＰにより形成される低屈折率層と第１の材料１１１であるＩｎＧａＡｓＰにより形成される高屈折率層とをＮ回交互に積層することにより、テーパＤＢＲである第１の遷移ＤＢＲ層３１を形成する。第１の遷移ＤＢＲ層３１を形成している第１の材料１１１であるＩｎＧａＡｓＰにより形成される高屈折率層と第２の材料１１２であるＩｎＰにより形成される低屈折率層は積層する度に徐々に膜厚が変化している。例えば、第１の材料１１１であるＩｎＧａＡｓＰにより形成される高屈折率層は、６層成膜される間に、膜厚が８５ｎｍから１２４ｎｍまで線形に厚くなっている。また、第２の材料１１２であるＩｎＰにより形成される低屈折率層は、６層成膜される間に、膜厚が８７ｎｍから１２８ｎｍまで線形に厚くなっている。
【００５９】
これにより、ＩｎＰウェハ５０の上に、不図示のバッファ層、エッチストップ層５１、第２の遷移ＤＢＲ層３２、中心層１１、第１の遷移ＤＢＲ層３１が形成される。尚、中心層１１は、ドット下地ＩｎＧａＡｓＰ層、ＩｎＡｓ量子ドット及び量子ドットキャップＩｎＧａＡｓＰ層により形成されている。
【００６０】
次に、図５（ｂ）に示すように、第１の遷移ＤＢＲ層３１の上に、第１の通常ＤＢＲ層２１を形成する。具体的には、ＭＯＣＶＤ装置等より量子ドットが形成されたＩｎＰ基板を取り出して蒸着装置内に設置する。Ｓｉ及びＳｉＯ２の成膜は、ＰＥＣＶＤ（plasma-enhanced chemical vapor deposition）や電子ビーム蒸着等により行なう。第１の通常ＤＢＲ層２１は、ｎ周期の通常Ｓｉ／ＳｉＯ２−ＤＢＲであり、第１の遷移ＤＢＲ層３１の上に、一定の膜厚の高屈折率層と低屈折率層とを交互にｎ回繰り返して蒸着することにより形成する。本実施の形態においては、膜厚が１２２ｎｍのＳｉにより形成される高屈折率層と、膜厚が３４６ｎｍのＳｉＯ２により形成される低屈折率層とをｎ回繰り返して蒸着することにより形成している。
【００６１】
次に、図５（ｃ）に示すように、第１の通常ＤＢＲ層２１まで成膜されているＩｎＰウェハ５０の上下反転し、基板１０となるＳｉウェハの上に、第１の通常ＤＢＲ層２１が位置するように貼り合せる。このＳｉウェハは、これまでの構造図において基板１０として示されているものである。基板１０となるＳｉウェハの上の貼り合せはウェハボンディングなどの方法で行う。これにより、Ｓｉウェハである基板１０の上に、第１の通常ＤＢＲ層２１、第１の遷移ＤＢＲ層３１、中心層１１、第２の遷移ＤＢＲ層３２、エッチストップ層５１、不図示のバッファ層、ＩｎＰウェハ５０の順に積層されたものが形成される。従って、第１の通常ＤＢＲ層２１は基板１０と接しており、ＩｎＰウェハ５０は上側になる。
【００６２】
次に、図６（ａ）に示すように、研磨により、ＩｎＰウェハ５０の大部分を削り落とした後、例えば、Ｈ３ＰＯ４／ＨＣｌ溶液を用いたウェットエッチング等により、不図示のＩｎＰからなるバッファ層を除去することにより、エッチストップ層５１を露出させる。
【００６３】
次に、図６（ｂ）に示すように、例えば、ＦｅＣｌ３／Ｈ２Ｏ溶液を用いたウェットエッチングにより、ＩｎＧａＡｓにより形成されているエッチストップ層５１を除去することにより、第２の遷移ＤＢＲ層３２の表面を露出させる。
【００６４】
次に、図６（ｃ）に示すように、基板１０を再び蒸着装置に設置し、第２の遷移ＤＢＲ層３２の上に、第２の通常ＤＢＲ層２２を形成する。尚、第２の通常ＤＢＲ層２２は、ｍ周期の通常Ｓｉ／ＳｉＯ２−ＤＢＲであり、第１の通常ＤＢＲ層２１と同様に、蒸着による成膜により形成する。これにより、光微小共振器を形成するための共振器の縦構造が形成される。
【００６５】
次に、図７に示すように、リソグラフィによるパターニングにより、ピラー１００が形成される領域に不図示のレジストパターンを形成した後、レジストパターンの形成されていない領域において基板１０の表面が露出するまでエッチングを行う。これにより、一定の横サイズとなるピラー直径を有するマイクロピラーとなるピラー１００を形成することができ、本実施の形態における光微小共振器が作製される。この後、不図示のレジストパターンは、有機溶剤等により除去する。尚、上記エッチングは、ドライエッチングを含む方法であってもよい。
【００６６】
本実施の形態においては、中心層１１の一方の側には、第１の遷移ＤＢＲ層３１が形成されているため、図５（ｂ）に示される工程において、第１の通常ＤＢＲ層２１を形成する際に、中心層１１がダメージを受けることはない。また、中心層１１の他方の側には、第２の遷移ＤＢＲ層３２が形成されているため、図６（ｂ）（ｃ）に示される工程において、エッチストップ層５１を除去する際に、第２の通常ＤＢＲ層２２を形成する際に、中心層１１がダメージを受けることはない。よって、本実施の形態においては、中心層１１は、膜厚が均一であって、ダメージも受けていないため、歩留まりが高く、均一な光微小共振器を作製することができる。
【００６７】
即ち、本実施の形態における光微小共振器においては、図８に示されるように、化合物半導体材料であるＩｎＰとＩｎＧａＡｓＰとにより形成される第１の遷移ＤＢＲ層３１、中心層１１、第２の遷移ＤＢＲ層３２の全体の厚さは約２．５μｍである。従って、第１の遷移ＤＢＲ層３１と第１の通常ＤＢＲ層２１との界面から中心層１１までの距離及び第２の遷移ＤＢＲ層３２と第２の通常ＤＢＲ層２２との界面から中心層１１までの距離は、１μｍ以上離れている。蒸着等により化合物半導体が受けるダメージを受ける領域６０は、第１の遷移ＤＢＲ層３１と第１の通常ＤＢＲ層２１との界面及び第２の遷移ＤＢＲ層３２と第２の通常ＤＢＲ層２２との界面から約２００ｎｍの深さまでである。よって、本実施の形態における光微小共振器は、光微小共振器を製造する工程において、中心層１１がダメージを受けることはない。
【００６８】
〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態における光微小共振器は、第１の遷移ＤＢＲ層３１及び第２の遷移ＤＢＲ層３２が、中心層１１に近づくに伴い、第１の材料１１１により形成される層が徐々に厚くなり、第２の材料１１２により形成される層が徐々に薄くなる構造のものである。
【００６９】
（構造）
図９に基づき、本実施の形態における光微小共振器について説明する。本実施の形態における光微小共振器は、基板１０の上に形成されたピラー１００により形成されている。具体的には、本実施の形態における光微小共振器は、基板１０の上に、第１の通常ＤＢＲ層２１、第１の遷移ＤＢＲ層３１、中心層１１、第２の遷移ＤＢＲ層３２、第２の通常ＤＢＲ層２２を積層することにより形成されたピラー１００により形成されている。
【００７０】
第１の遷移ＤＢＲ層３１及び第２の遷移ＤＢＲ層３２は、第１の材料１１１により形成される層と第２の材料１１２により形成される層とを交互に積層することにより形成されている。具体的には、第１の遷移ＤＢＲ層３１及び第２の遷移ＤＢＲ層３２は、中心層１１に近づくに伴い、徐々に第１の材料１１１により形成される層の膜厚が厚くなり、第２の材料１１２により形成される層の膜厚が薄くなるＮ段のテーパＤＢＲにより形成されている。尚、本実施の形態においては、第１の材料１１１は、ＩｎＧａＡｓＰが用いられており、第２の材料１１２は、ＩｎＰが用いられている。
【００７１】
本実施の形態においては、ｉ段における第１の材料１１１により形成される層の膜厚ｔ１ｉと第２の材料１１２により形成される層の膜厚ｔ２ｉは、下記の数１１に示される式により定まる。
【００７２】
【数１１】
0006422048.tif 000012
【００７３】
具体的には、ρ１＜０、ρ２＞０とすることにより、中心層１１に近づくに伴い、第１の材料１１１により形成される層の膜厚を増加させ、第２の材料１１２により形成される層の膜厚を減少させている。
【００７４】
また、第１の通常ＤＢＲ層２１及び第２の通常ＤＢＲ層２２については、第３の材料１１３により形成される層と第４の材料１１４により形成される層の膜厚が、上述した数８に示されるように、均一となるように形成されている。
【００７５】
また、本実施の形態においては、中心層１１の厚さは数１２に示される式を満たすように形成されている。
【００７６】
【数１２】
0006422048.tif 000013
【００７７】
以上は、一例であり、上記の内容に限定されるものではなく、上記と異なる構成のほうが有効である場合がある。
【００７８】
（効果）
本実施の形態における光微小共振器の効果について説明する。光微小共振器は、第１の通常ＤＢＲ層２１及び第２の通常ＤＢＲ層２２を４／６．５対とし、第１の遷移ＤＢＲ層３１及び第２の遷移ＤＢＲ層３２におけるテーパＤＢＲの段数Ｎ＝６とした。尚、本実施の形態における光微小共振器は、第１の材料１１１がＩｎＧａＡｓＰ、第２の材料１１２がＩｎＰ、第３の材料１１３がＳｉＯ２、第４の材料１１４がＳｉにより形成されている。
【００７９】
λＢを１．５５μｍ、ρ１＝−ρ２＝０．０３として、数１１及び数１２等に基づき、膜厚を設定した場合の計算を行った。この結果を図１０に示す。尚、図１０（ａ）は、ピラー直径Ｄとモード波長λとの関係を示し、図１０（ｂ）は、ピラー直径Ｄと品質因子Ｑとの関係を示し、図１０（ｃ）は、ピラー直径ＤとPurcell因子ＦＰとの関係を示す。尚、図１０において、従来構造は、図１に示される構造の光微小共振器におけるものである。ピラー直径Ｄが０．８５μｍで、モード波長λが１．５μｍの場合、Ｑ値は１×１０４に達しており、従来構造のものより大幅に向上している。また、Purcell因子ＦＰは２０〜２００以上となる。
【００８０】
本実施の形態における光微小共振器においても、サブミクロンのピラー直径でも通信波長帯の量子ドット単一光子源に対する十分強い発光増強効果が実現できる。サブミクロンのピラー直径と高いＱ値では、量子ドットの面密度は５×１０１０ｃｍ−２程度でも、単一ドットとの共鳴ができる。また、本実施の形態においては、第１の材料１１１と第２の材料１１２により形成される層全体の厚さは、第１の実施の形態における光微小共振器よりも厚く形成することができる。具体的には、本実施の形態においては、第１の材料１１１と第２の材料１１２により形成される層の全体の厚さは３μｍとなるため、中心層１１に含まれる発光体（量子ドット）へのダメージの影響を一層避けることができる。
【００８１】
尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。また、本実施の形態における光微小共振器であるマイクロピラー共振器の製造方法は、第１の実施の形態における光微小共振器の製造方法と、膜厚等を除き略同様であるため省略する。
【００８２】
〔第３の実施の形態〕
次に、第３の実施の形態について説明する。本実施の形態における光微小共振器は、第１の遷移ＤＢＲ層及び第２の遷移ＤＢＲ層がハイブリッドとなっている構造のものである。第１の実施の形態等において、第１の材料１１１と第２の材料１１２との屈折率差が小さい場合、第１の遷移ＤＢＲ層及び第２の遷移ＤＢＲ層において得られる減衰率は、あまり大きくない。このような第１の遷移ＤＢＲ層及び第２の遷移ＤＢＲ層である遷移ＤＢＲ層に、減衰率の大きい第１の通常ＤＢＲ層及び第２の通常ＤＢＲ層である通常ＤＢＲ層を直接接合すると、減衰率の不連続性が大きくなってしまう。
【００８３】
本実施の形態は、このような減衰率の不連続性が大きくなることを避けるため、遷移ＤＢＲ層を内遷移ＤＢＲ層と外遷移ＤＢＲ層とにより形成したものである。このように形成される遷移ＤＢＲ層における内遷移ＤＢＲ層は中心層が形成されている側に形成し、外遷移ＤＢＲ層は、通常ＤＢＲ層が形成される側に、通常ＤＢＲ層を形成している材料と同じ材料で形成したものである。
【００８４】
本実施の形態は、内遷移ＤＢＲ層及び外遷移ＤＢＲ層を形成している層が、中心層に向かって徐々に薄くなるように形成されているマイクロピラー共振器である。
【００８５】
（構造）
図１１に基づき、本実施の形態における光微小共振器について説明する。本実施の形態における光微小共振器は、基板１０の上に形成されたピラー１００により形成されている。基板１０の上に形成されるピラー１００は、第１の通常ＤＢＲ層２１、第１の外遷移ＤＢＲ層１４１、第１の内遷移ＤＢＲ層１５１、中心層１１、第２の内遷移ＤＢＲ層１５２、第２の外遷移ＤＢＲ層１４２、第２の通常ＤＢＲ層２２が積層されている。本実施の形態においては、第１の外遷移ＤＢＲ層１４１と第１の内遷移ＤＢＲ層１５１により第１の遷移ＤＢＲ層１３１が形成され、第２の外遷移ＤＢＲ層１４２と第２の内遷移ＤＢＲ層１５２により第２の遷移ＤＢＲ層１３２が形成される。
【００８６】
本実施の形態においては、第１の内遷移ＤＢＲ層１５１及び第２の内遷移ＤＢＲ層１５２は、第１の材料１１１により形成される層と第２の材料１１２により形成される層とを交互に積層することにより形成されている。第１の内遷移ＤＢＲ層１５１及び第２の内遷移ＤＢＲ層１５２は、中心層１１に近づくに伴って、第１の材料１１１により形成される層と第２の材料１１２により形成される層の膜厚が徐々に薄くなるＮｉｎ段のテーパＤＢＲにより形成されている。尚、本実施の形態においては、第１の材料１１１は、ＩｎＧａＡｓＰが用いられており、第２の材料１１２は、ＩｎＰが用いられている。
【００８７】
また、第１の外遷移ＤＢＲ層１４１及び第２の外遷移ＤＢＲ層１４２は、第３の材料１１３により形成される層と第４の材料１１４により形成される層とを交互に積層することにより形成されている。第１の外遷移ＤＢＲ層１４１及び第２の外遷移ＤＢＲ層１４２は、中心層１１に近づくに伴って、第３の材料１１３により形成される層と第４の材料１１４により形成される層の膜厚が徐々に薄くなるＮｅｘ段のテーパＤＢＲにより形成されている。尚、本実施の形態においては、第３の材料１１３は、ＳｉＯ２が用いられており、第４の材料１１４は、Ｓｉが用いられている。
【００８８】
第１の通常ＤＢＲ層２１及び第２の通常ＤＢＲ層２２は、第３の材料１１３により形成される層と第４の材料１１４により形成される層とを交互に積層することにより形成されており、ｍ／ｎ対となっている。
【００８９】
本実施の形態においては、第１の内遷移ＤＢＲ層１５１及び第２の内遷移ＤＢＲ層１５２、第１の外遷移ＤＢＲ層１４１及び第２の外遷移ＤＢＲ層１４２は、ともに段番号が増加するに伴い、徐々に薄くなるように形成されている。
【００９０】
例えば、第１の内遷移ＤＢＲ層１５１及び第２の内遷移ＤＢＲ層１５２を形成している第１の材料１１１により形成される層及び第２の材料１１２により形成される層の膜厚は、数１１及び数１２に示す式において、ρ１＞０、ρ２＞０より定められる。また、第１の外遷移ＤＢＲ層１４１及び第２の外遷移ＤＢＲ層１４２を形成している第３の材料１１３により形成される層及び第４の材料１１４により形成される層の膜厚は、下記の数１３に示す式において、ρ３＞０、ρ４＞０より定められる。
【００９１】
【数１３】
0006422048.tif 000014
【００９２】
以上は、一例であり、上記の内容に限定されるものではなく、上記と異なる構成の方が有効である場合がある。
【００９３】
（効果）
本実施の形態における光微小共振器の効果について説明する。光微小共振器は、第１の外遷移ＤＢＲ層１４１及び第２の外遷移ＤＢＲ層１４２と第１の内遷移ＤＢＲ層１５１及び第２の内遷移ＤＢＲ層１５２におけるテーパＤＢＲの段数Ｎｅｘ＝Ｎｉｎ＝３とした。また、第１の通常ＤＢＲ層２１及び第２の通常ＤＢＲ層２２を４／６．５対とした。尚、第１の外遷移ＤＢＲ層１４１及び第２の外遷移ＤＢＲ層１４２は、第３の材料１１３により形成される層と第４の材料１１４により形成される層とを交互に積層することにより形成されている。また、第１の内遷移ＤＢＲ層１５１及び第２の内遷移ＤＢＲ層１５２は、第１の材料１１１により形成される層と第２の材料１１２により形成される層とを交互に積層することにより形成されている。本実施の形態における光微小共振器は、第１の材料１１１がＩｎＧａＡｓＰ、第２の材料１１２がＩｎＰ、第３の材料１１３がＳｉＯ２、第４の材料１１４がＳｉにより形成されている。
【００９４】
数１１、数１２、数１３に基づき、λＢ＝１．３４μｍ、ρ１＝ρ２＝ρ３＝ρ４＝０．０３５となるように遷移ＤＢＲ層を形成している各々の層の膜厚を設定する。これにより、第１の外遷移ＤＢＲ層１４１及び第２の外遷移ＤＢＲ層１４２と第１の内遷移ＤＢＲ層１５１及び第２の内遷移ＤＢＲ層１５２においては、中心層１１に近づくに従い各々の層の膜厚は徐々に均一な割合で薄くなる。
【００９５】
上述した設定された膜厚に基づき計算した結果を図１２に示す。尚、図１２（ａ）は、ピラー直径Ｄとモード波長λとの関係を示し、図１２（ｂ）は、ピラー直径Ｄと品質因子Ｑとの関係を示し、図１２（ｃ）は、ピラー直径ＤとPurcell因子ＦＰとの関係を示す。尚、図１２において、従来構造は、図１に示される構造の光微小共振器におけるものである。
【００９６】
上記のように、遷移ＤＢＲ層において、中心層１１に近づくに従い各々の層の膜厚は徐々に均一な割合で薄くなる構造の光微小共振器の計算結果を図１２における「▲」により示す。「▲」により示されるように、ピラー直径Ｄが０．８０μｍで、モード波長λが１．５５μｍの場合、Ｑ値は５０００に達しており、従来構造のものより大幅に向上している。また、Purcell因子ＦＰは２０〜２００以上となる。
【００９７】
本実施の形態における光微小共振器においても、サブミクロンのピラー直径でも通信波長帯の量子ドット単一光子源に対する十分強い発光増強効果が実現できる。サブミクロンのピラー直径と高いＱ値では、量子ドットの面密度は数１０１０ｃｍ−２程度でも、単一ドットとの共鳴ができる。本実施の形態においては、第１の材料１１１と第２の材料１１２により形成される層の全体の厚さは１μｍとなるため、中心層１１に含まれる発光体（量子ドット）へのダメージの影響を十分に避けることができる。更に、Ｆｐ＞２０となるピラー直径Ｄ範囲は０．２μｍの幅であり、第１の実施形態及び第２の実施の形態における数十ｎｍの狭い有効直径範囲と比べて、本実施の形態における光微小共振器は、製造しやすいといった利点がある。
【００９８】
また、本実施の形態における他の光微小共振器の例として、数１１、数１２、数１３に基づき、λＢ＝１．４５μｍ、ρ１＝ρ２＝０．０２５、ρ３＝ρ４＝０．０３となるように遷移ＤＢＲ層を形成している各々の層の膜厚を設定する。これにより、第１の外遷移ＤＢＲ層１４１及び第２の外遷移ＤＢＲ層１４２と第１の内遷移ＤＢＲ層１５１及び第２の内遷移ＤＢＲ層１５２においては、中心層１１に近づくに従い各々の層の膜厚は徐々に不均一な割合で薄くなる。
【００９９】
上述した設定された膜厚に基づき計算した結果を図１２における「□」により示す。「□」により示されるように、ピラー直径Ｄが０．９０μｍで、モード波長λが１．５５μｍの場合、Ｑ値は４×１０４に達しており、従来構造のものより大幅に向上している。また、Purcell因子ＦＰは２０〜２００以上となる。この構造のものは、「▲」に示されるものと同じ効果があることの他に、Ｑ値が１×１０４以上と高い値になり、発光体と共振器モードの強結合ができることも期待できる。
【０１００】
尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。また、本実施の形態における光微小共振器であるマイクロピラー共振器の製造方法は、第１の実施の形態における光微小共振器の製造方法と膜厚等を除き略同様であるため省略する。
【０１０１】
〔第４の実施の形態〕
次に、第４の実施の形態について説明する。本実施の形態における光微小共振器は、第１の遷移ＤＢＲ層及び第２の遷移ＤＢＲ層がハイブリッドとなっている構造のものである。本実施の形態は、内遷移ＤＢＲ層及び外遷移ＤＢＲ層を形成している層の一部が、中心層に向かって徐々に厚くなるように形成されているマイクロピラー共振器である。
【０１０２】
第３の実施の形態においては、遷移ＤＢＲ層を内遷移ＤＢＲ層と外遷移ＤＢＲ層により形成することにより、全体としての減衰率の連続性を得ている。しかしながら、第１の材料１１１と第２の材料１１２の屈折率の平均と、第３の材料１１３と第４の材料１１４の屈折率の平均の差が大きい場合には、内遷移ＤＢＲ層と外遷移ＤＢＲ層とにおいて、波数の不連続性が大きくなるという問題がある。本実施の形態は、第１の材料１１１、第２の材料１１２、第３の材料１１３、第４の材料１１４のうちで、他の材料と屈折率差の大きい材料の膜厚の割合が、内遷移ＤＢＲ層と外遷移ＤＢＲ層との接合面に近づくに伴い、小さくなるように形成したものである。このように、内遷移ＤＢＲ層と外遷移ＤＢＲ層との接合面に近づくに従って小さくなるように形成することにより、波数の不連続性が大きくならないようにすることができる。本実施の形態において、上述した他の材料と屈折率差の大きい材料としては、例えば、第３の材料１１３が挙げられる。
【０１０３】
（構造）
図１３に基づき、本実施の形態における光微小共振器について説明する。本実施の形態における光微小共振器は、基板１０の上に形成されたピラー１００により形成されている。基板１０の上に形成されるピラー１００は、第１の通常ＤＢＲ層２１、第１の外遷移ＤＢＲ層１４１、第１の内遷移ＤＢＲ層１５１、中心層１１、第２の内遷移ＤＢＲ層１５２、第２の外遷移ＤＢＲ層１４２、第２の通常ＤＢＲ層２２が積層されている。本実施の形態においては、第１の外遷移ＤＢＲ層１４１と第１の内遷移ＤＢＲ層１５１により第１の遷移ＤＢＲ層１３１が形成され、第２の外遷移ＤＢＲ層１４２と第２の内遷移ＤＢＲ層１５２により第２の遷移ＤＢＲ層１３２が形成される。
【０１０４】
本実施の形態においては、第１の内遷移ＤＢＲ層１５１及び第２の内遷移ＤＢＲ層１５２は、第１の材料１１１により形成される層と第２の材料１１２により形成される層とを交互に積層することにより形成されている。第１の内遷移ＤＢＲ層１５１及び第２の内遷移ＤＢＲ層１５２は、中心層１１に近づくに伴い、徐々に第１の材料１１１により形成される層の膜厚が厚くなり、第２の材料１１２により形成される層の膜厚が薄くなるＮｉｎ段のテーパＤＢＲにより形成されている。尚、本実施の形態においては、第１の材料１１１は、ＩｎＧａＡｓＰが用いられており、第２の材料１１２は、ＩｎＰが用いられている。
【０１０５】
また、第１の外遷移ＤＢＲ層１４１及び第２の外遷移ＤＢＲ層１４２は、第３の材料１１３により形成される層と第４の材料１１４により形成される層とを交互に積層することにより形成されている。第１の外遷移ＤＢＲ層１４１及び第２の外遷移ＤＢＲ層１４２は、中心層１１に近づくに伴って、徐々に第４の材料１１４により形成される層の膜厚が厚くなり、第３の材料１１３により形成される層の膜厚が薄くなるＮｅｘ段のテーパＤＢＲにより形成されている。尚、本実施の形態においては、第３の材料１１３は、ＳｉＯ２が用いられており、第４の材料１１４は、Ｓｉが用いられている。
【０１０６】
第１の通常ＤＢＲ層２１及び第２の通常ＤＢＲ層２２は、第３の材料１１３により形成される層と第４の材料１１４により形成される層とを交互に積層することにより形成されており、ｍ／ｎ対となっている。
【０１０７】
本実施の形態は、第１の外遷移ＤＢＲ層１４１及び第２の外遷移ＤＢＲ層１４２は、中心層１１に近づくに従って、第４の材料１１４により形成された高屈折率層の膜厚が徐々に厚くなり、第３の材料１１３により形成された低屈折率層の膜厚が徐々に厚くなる。また、第１の内遷移ＤＢＲ層１５１及び第２の内遷移ＤＢＲ層１５２は、第２の材料１１２により形成された層及び第１の材料１１１により形成された層は、中心層１１に近づくに伴い連続的に変化する。
【０１０８】
数１１、数１２、数１３に示す式において、ρ３＞０、ρ４＜０となるように、各々の膜厚を設定してもよいが、これに限定されることなく、他にも多様に膜厚を変化させる方法がある。
【０１０９】
（効果）
本実施の形態における光微小共振器の効果について説明する。光微小共振器は、第１の外遷移ＤＢＲ層１４１及び第２の外遷移ＤＢＲ層１４２と第１の内遷移ＤＢＲ層１５１及び第２の内遷移ＤＢＲ層１５２における遷移ＤＢＲ層の段数Ｎｅｘ＝Ｎｉｎ＝３とした。また、第１の通常ＤＢＲ層２１及び第２の通常ＤＢＲ層２２を４／６．５対とした。尚、第１の外遷移ＤＢＲ層１４１及び第２の外遷移ＤＢＲ層１４２は、第３の材料１１３により形成される層と第４の材料１１４により形成される層とを交互に積層することにより形成されている。また、第１の内遷移ＤＢＲ層１５１及び第２の内遷移ＤＢＲ層１５２は、第１の材料１１１により形成される層と第２の材料１１２により形成される層とを交互に積層することにより形成されている。この光微小共振器は、第１の材料１１１がＩｎＧａＡｓＰ、第２の材料１１２がＩｎＰ、第３の材料１１３がＳｉＯ２、第４の材料１１４がＳｉにより形成されている。
【０１１０】
数１１、数１２、数１３に基づき、λＢ＝１．８０μｍ、−ρ１＝ρ２＝ρ３＝−ρ４＝０．０７となるように遷移ＤＢＲ層を形成している各々の層の膜厚を設定する。これにより、中心層１１に近づくに伴い、内遷移ＤＢＲ層及び外遷移ＤＢＲ層において高屈折率材料（SiとＩｎＧａＡｓＰ）により形成される層の膜厚を徐々に増加させ、低屈折率材料（ＳｉＯ２とＩｎＰ）により形成される層の膜厚を徐々に減少させる。
【０１１１】
上述した設定された膜厚に基づき計算した結果を図１４に示す。尚、図１４（ａ）は、ピラー直径Ｄとモード波長λとの関係を示し、図１４（ｂ）は、ピラー直径Ｄと品質因子Ｑとの関係を示し、図１４（ｃ）は、ピラー直径ＤとPurcell因子ＦＰとの関係を示す。尚、図１４において、従来構造は、図１に示される構造の光微小共振器におけるものである。
【０１１２】
中心層１１に近づくに伴い、内遷移ＤＢＲ層及び外遷移ＤＢＲ層において高屈折率材料により形成される層の膜厚が徐々に増加し、低屈折率材料により形成される層の膜厚が徐々に減少している構造の光微小共振器の計算結果を図１４における「△」により示す。「△」により示されるように、ピラー直径Ｄは０．８５μｍ〜１．４０μｍの広い範囲において、モード波長λが１．５５μｍの場合、Ｑ値は１×１０３〜１×１０４となり、Purcell因子ＦＰは２０〜２００以上となる。よって、従来構造におけるピラー直径Ｄ＞１．６μｍよりは改善が明らかであり、Ｄ＜１μｍであっても、λＢ＝１．５５μｍにおいてＦｐ＞２０となる。
【０１１３】
本実施の形態における光微小共振器においても、サブミクロンのピラー直径でも通信波長帯の量子ドット単一光子源に対する十分強い発光増強効果が実現できる。サブミクロンのピラー直径と高いＱ値では、量子ドットの面密度は数１０１０ｃｍ−２程度でも、単一ドットとの共鳴ができる。本実施の形態においては、第１の材料１１１と第２の材料１１２により形成される層の全体の厚さはが２μｍとなるため、中心層１１に含まれる発光体（量子ドット）へのダメージの影響を十分に避けることができる。更に、Ｆｐ＞２０となるピラー直径Ｄの範囲は、０．８μｍ〜１．４μｍの殆どであるため、第１の実施形態及び第２の実施の形態における数十ｎｍの狭い有効直径範囲と比べて、本実施の形態における光微小共振器は、製造しやすいといった利点がある。
【０１１４】
次に、本実施の形態における光微小共振器の他の構造として、数１１、数１２、数１３に基づき、λＢ＝１．８１μｍ、ρ１＝ρ２＝０．０４、ρ３＝−ρ４＝０．０６となるように遷移ＤＢＲ層を形成している各々の層の膜厚を設定する。これにより、中心層１１に近づくに伴い、外遷移ＤＢＲ層において高屈折率材料（Ｓｉ）により形成される層の膜厚を徐々に増加させ、低屈折率材料（ＳｉＯ２）により形成される層の膜厚を徐々に減少させることができる。また、内遷移ＤＢＲ層において高屈折率材料（ＩｎＧａＡｓＰ）により形成される層及び低屈折率材料（ＩｎＰ）により形成される層の膜厚を徐々に減少させることができる。
【０１１５】
この構造の光微小共振器の計算結果を図１５における「□」により示す。「□」により示されるように、ピラー直径Ｄは０．９５μｍ付近の広い範囲（幅が０．３μｍ）において、モード波長λが１．５５μｍの場合、Ｑ値は１×１０３となり、Purcell因子ＦＰは２０〜１２０となる。
【０１１６】
次に、本実施の形態における光微小共振器の更に他の構造として、数１１、数１２、数１３に基づき、λＢ＝１．８１μｍ、ρ１＝ρ２＝−０．０４、ρ３＝−ρ４＝０．０６となるように遷移ＤＢＲ層を形成している各々の層の膜厚を設定する。これにより、中心層１１に近づくに伴い、外遷移ＤＢＲ層において高屈折率材料（Ｓｉ）により形成される層の膜厚を徐々に増加させ、低屈折率材料（ＳｉＯ２）により形成される層の膜厚を徐々に減少させることができる。また、内遷移ＤＢＲ層において高屈折率材料（ＩｎＧａＡｓＰ）により形成される層及び低屈折率材料（ＩｎＰ）により形成される層の膜厚を徐々に増加させることができる。
【０１１７】
この構造の光微小共振器の計算結果を図１５における「△」により示す。「△」により示されるように、ピラー直径Ｄは０．８５μｍ付近の広い範囲（幅が０．４μｍ）において、モード波長λが１．５５μｍの場合、Ｑ値は１×１０３となり、Purcell因子ＦＰは２０〜１００となる。
【０１１８】
尚、上記以外の内容については、第３の実施の形態と同様である。また、本実施の形態における光微小共振器であるマイクロピラー共振器の製造方法は、第１の実施の形態における光微小共振器の製造方法と膜厚を除き略同様であるため省略する。
【０１１９】
〔第５の実施の形態〕
次に、第５の実施の形態について説明する。本実施の形態における光微小共振器は、遷移ＤＢＲ層と通常ＤＢＲ層との間に、第１の材料１１１と第２の材料１１２を交互に積層することにより、半導体通常ＤＢＲ層を形成した構造のものである。
【０１２０】
（構造）
図１６に基づき、本実施の形態における光微小共振器について説明する。本実施の形態における光微小共振器は、基板１０の上に形成されたピラー１００により形成されている。基板１０の上に形成されるピラー１００は、第１の通常ＤＢＲ層２１、第３の通常ＤＢＲ層２２３、第１の遷移ＤＢＲ層３１、中心層１１、第２の遷移ＤＢＲ層３２、第４の通常ＤＢＲ層２２４、第２の通常ＤＢＲ層２２が積層されている。即ち、第１の通常ＤＢＲ層２１と第１の遷移ＤＢＲ層３１との間に第３の通常ＤＢＲ層２２３が形成されており、第２の通常ＤＢＲ層２２と第２の遷移ＤＢＲ層３２との間に第４の通常ＤＢＲ層２２４が形成されている。
【０１２１】
第１の遷移ＤＢＲ層３１及び第２の遷移ＤＢＲ層３２は、第１の材料１１１により形成される層と第２の材料１１２により形成される層とを交互に積層することにより形成されている。本実施の形態においては、第１の遷移ＤＢＲ層３１及び第２の遷移ＤＢＲ層３２は、中心層１１に近づくに伴って、第１の材料１１１により形成される層と第２の材料１１２により形成される層の膜厚が徐々に薄くなるＮｉｎ段のテーパＤＢＲにより形成されている。具体的には、数１１及び数１２における式に基づいた値により形成されている。尚、本実施の形態においては、第１の材料１１１は、ＩｎＧａＡｓＰが用いられており、第２の材料１１２は、ＩｎＰが用いられている。
【０１２２】
第１の通常ＤＢＲ層２１及び第２の通常ＤＢＲ層２２は、第３の材料１１３により形成される層と第４の材料１１４により形成される層とを交互に積層することにより形成されており、ｍ／ｎ対となっている。尚、本実施の形態においては、第３の材料１１３は、ＳｉＯ２が用いられており、第４の材料１１４は、Ｓｉが用いられている。
【０１２３】
第３の通常ＤＢＲ層２２３及び第４の通常ＤＢＲ層２２４は、第１の材料１１１により形成される層と第２の材料１１２により形成される層とを交互に積層することにより形成されており、ｍｓ／ｎｓ対となっている。また、第３の通常ＤＢＲ層２２３及び第４の通常ＤＢＲ層２２４を形成している第１の材料１１１により形成される層及び第２の材料１１２により形成される層の膜厚は、下記の数１４に示す式により定められる。しかしながら、この設定に限定されることなく、これ以外にも膜厚の設定方法がある。
【０１２４】
【数１４】
0006422048.tif 000015
【０１２５】
（効果）
本実施の形態における光微小共振器の効果について説明する。光微小共振器は、第１の通常ＤＢＲ層２１及び第２の通常ＤＢＲ層２２を４／６．５対、第３の通常ＤＢＲ層２２３及び第４の通常ＤＢＲ層２２４を３／３対、第１の遷移ＤＢＲ層３１及び第２の遷移ＤＢＲ層３２のテーパＤＢＲの段数Ｎ＝３とした。尚、本実施の形態における光微小共振器は、第１の材料１１１がＩｎＧａＡｓＰ、第２の材料１１２がＩｎＰ、第３の材料１１３がＳｉＯ２、第４の材料１１４がＳｉにより形成されている。
【０１２６】
数１１、数１２及び数１４等に基づき、λＢを１．５５μｍ、ρ１＝ρ２＝０．０３として、膜厚を設定した場合の計算を行った。この結果を図１７に示す。尚、図１７（ａ）は、ピラー直径Ｄとモード波長λとの関係を示し、図１７（ｂ）は、ピラー直径Ｄと品質因子Ｑとの関係を示し、図１７（ｃ）は、ピラー直径ＤとPurcell因子ＦＰとの関係を示す。尚、図１７において、従来構造は、図１に示される構造の光微小共振器におけるものである。ピラー直径Ｄが０．８６μｍで、モード波長λが１．５５μｍの場合、Ｑ値は１×１０３〜１×１０４に達しており、従来構造のものより大幅に向上している。また、Purcell因子ＦＰは２０〜２００以上となる。また、ピラー直径Ｄ＜１．５μｍの範囲において、他にもＦｐ＞２０ができるが、ピラー直径Ｄが０．６８μｍ付近においては、Purcell因子ＦＰは６０にも達した。
【０１２７】
本実施の形態における光微小共振器においても、サブミクロンのピラー直径でも通信波長帯の量子ドット単一光子源に対する十分強い発光増強効果が実現できる。サブミクロンのピラー直径と高いＱ値では、量子ドットの面密度は１０１０ｃｍ−２程度でも、単一ドットとの共鳴ができる。本実施の形態においては、第１の材料１１１と第２の材料１１２により形成される層全体の厚さは、第１の実施の形態における光微小共振器よりも厚く形成することができる。具体的には、本実施の形態においては、第１の材料１１１と第２の材料１１２により形成される層の全体の厚さは３μｍとなる。よって、中心層１１に含まれる発光体（量子ドット）へのダメージの影響を一層避けることができる。
【０１２８】
尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。また、本実施の形態における光微小共振器であるマイクロピラー共振器の製造方法は、第１の実施の形態における光微小共振器の製造方法と膜厚を除き略同様であるため省略する。
【０１２９】
以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。即ち、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。
【０１３０】
上記の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
微小な発光体を含み、第１の材料を含む材料により形成された中心層と、
前記中心層の一方の側に設けられた第１の通常ＤＢＲ層と、
前記中心層の他方の側に設けられた第２の通常ＤＢＲ層と、
前記中心層と前記第１の通常ＤＢＲ層との間に設けられた第１の遷移ＤＢＲ層と、
前記中心層と前記第２の通常ＤＢＲ層との間に設けられた第２の遷移ＤＢＲ層と、
を有し、
前記第１の遷移ＤＢＲ層及び前記第２の遷移ＤＢＲ層は、前記第１の材料により形成される層と第２の材料により形成される層とを交互に積層することにより形成されており、前記第１の材料により形成される層または前記第２の材料により形成される層の膜厚を徐々に変化させながら形成されるものであって、
前記第１の通常ＤＢＲ層及び前記第２の通常ＤＢＲ層は、第３の材料により形成される層と第４の材料により形成される層とを交互に積層することにより形成されており、
前記第３の材料と前記第４の材料との屈折率差は、前記第１の材料と前記第２の材料との屈折率差よりも大きいことを特徴とする光微小共振器。
（付記２）
前記第１の遷移ＤＢＲ層及び前記第２の遷移ＤＢＲ層は、前記中心層に近づくに従って光の減衰率が徐々に小さくなっていることを特徴とする付記１に記載の光微小共振器。
（付記３）
前記第１の遷移ＤＢＲ層及び前記第２の遷移ＤＢＲ層において、前記第１の材料により形成される層及び前記第２の材料により形成される層の膜厚が、前記中心層に近づくに従って、徐々に薄くなっていることを特徴とする付記１に記載の光微小共振器。
（付記４）
前記第１の遷移ＤＢＲ層及び前記第２の遷移ＤＢＲ層において、
前記第１の材料により形成される層の膜厚が、前記中心層に近づくに従って徐々に厚くなっており、
前記第２の材料により形成される層の膜厚は、前記中心層に近づくに従って徐々に薄くなっていることを特徴とする付記１に記載の光微小共振器。
（付記５）
微小な発光体を含み、第１の材料を含む材料により形成された中心層と、
前記中心層の一方の側に設けられた第１の通常ＤＢＲ層と、
前記中心層の他方の側に設けられた第２の通常ＤＢＲ層と、
前記中心層と前記第１の通常ＤＢＲ層との間に設けられた第１の遷移ＤＢＲ層と、
前記中心層と前記第２の通常ＤＢＲ層との間に設けられた第２の遷移ＤＢＲ層と、
を有し、
前記第１の遷移ＤＢＲ層は、前記中心層と接して形成される第１の内遷移ＤＢＲ層と、前記第１の通常ＤＢＲ層と接して形成される第１の外遷移ＤＢＲ層とを有しており、
前記第２の遷移ＤＢＲ層は、前記中心層と接して形成される第２の内遷移ＤＢＲ層と、前記第２の通常ＤＢＲ層と接して形成される第２の外遷移ＤＢＲ層とを有しており、
前記第１の内遷移ＤＢＲ層及び前記第２の内遷移ＤＢＲ層は、前記第１の材料により形成される層と第２の材料により形成される層とを交互に積層することにより形成されており、前記第１の材料により形成される層または前記第２の材料により形成される層の膜厚を徐々に変化させながら形成されるものであって、
前記第１の外遷移ＤＢＲ層及び前記第２の外遷移ＤＢＲ層は、第３の材料により形成される層と第４の材料により形成される層とを交互に積層することにより形成されており、前記第３の材料により形成される層または前記第４の材料により形成される層の膜厚を徐々に変化させながら形成されるものであって、
前記第１の通常ＤＢＲ層及び前記第２の通常ＤＢＲ層は、前記第３の材料により形成される層と前記第４の材料により形成される層とを交互に積層することにより形成されており、
前記第３の材料と前記第４の材料との屈折率差は、前記第１の材料と前記第２の材料との屈折率差よりも大きいことを特徴とする光微小共振器。
（付記６）
前記第１の内遷移ＤＢＲ層及び前記第２の内遷移ＤＢＲ層において、前記第１の材料により形成される層及び前記第２の材料により形成される層の膜厚が、前記中心層に近づくに従って、徐々に薄くなっており、
前記第１の外遷移ＤＢＲ層及び前記第２の外遷移ＤＢＲ層において、前記第３の材料により形成される層及び前記第４の材料により形成される層の膜厚が、前記中心層に近づくに従って、徐々に薄くなっていることを特徴とする付記５に記載の光微小共振器。
（付記７）
前記第１の内遷移ＤＢＲ層、前記第２の内遷移ＤＢＲ層、前記第１の外遷移ＤＢＲ層及び前記第２の外遷移ＤＢＲ層を形成している、前記第１の材料、前記第２の材料、前記第３の材料及び前記第４の材料のうちのいずれかにより形成される層の膜厚が、前記中心層に近づくに従って、徐々に厚くなっていることを特徴とする付記５に記載の光微小共振器。
（付記８）
前記第１の通常ＤＢＲ層と第１の遷移ＤＢＲ層との間に設けられた第３の通常ＤＢＲ層と、
前記第２の通常ＤＢＲ層と第２の遷移ＤＢＲ層との間に設けられた第４の通常ＤＢＲ層と、
を有し、
前記第３の通常ＤＢＲ層及び前記第４の通常ＤＢＲ層は、前記第３の材料により形成される層と前記第４の材料により形成される層とを交互に積層することにより形成されていることを特徴とする付記１から４のいずれかに記載の光微小共振器。
（付記９）
前記第１の通常ＤＢＲ層、前記第１の遷移ＤＢＲ層、前記中心層、前記第２の遷移ＤＢＲ層、前記第２の通常ＤＢＲ層は、基板の上に形成されているピラーに形成されており、
前記ピラーの上面は円形であることを特徴とする付記１から８のいずれかに記載の光微小共振器。
（付記１０）
前記第１の材料はＩｎＧａＡｓＰを含む材料により形成されており、前記第２の材料はＩｎＰを含む材料により形成されており、前記第３の材料はＳｉＯ２を含む材料により形成されており、前記第４の材料はＳｉを含む材料により形成されていることを特徴とする付記１から９のいずれかに記載の光微小共振器。
【符号の説明】
【０１３１】
１０        基板
１１        中心層
２１        第１の通常ＤＢＲ層
２２        第２の通常ＤＢＲ層
３１        第１の遷移ＤＢＲ層
３２        第２の遷移ＤＢＲ層
５０        ＩｎＰウェハ
５１        エッチストップ層
１００      ピラー
１１１      第１の材料
１１２      第２の材料
１１３      第３の材料
１１４      第４の材料
１３１      第１の遷移ＤＢＲ層
１３２      第２の遷移ＤＢＲ層
１４１      第１の外遷移ＤＢＲ層
１４２      第２の外遷移ＤＢＲ層
１５１      第１の内遷移ＤＢＲ層
１５２      第２の内遷移ＤＢＲ層
２２３      第３の通常ＤＢＲ層
２２４      第４の通常ＤＢＲ層
【図１】
0006422048.tif 000016
【図２】
0006422048.tif 000017
【図３】
0006422048.tif 000018
【図４】
0006422048.tif 000019
【図５】
0006422048.tif 000020
【図６】
0006422048.tif 000021
【図７】
0006422048.tif 000022
【図８】
0006422048.tif 000023
【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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