(57)【要約】  【課題】  結晶品質の劣化を抑制しつつ、材料が互いに異なる共振器部と反射鏡とを一体化させる。  【解決手段】  ＩｎＧａＮ化合物半導体光閉じ込め層２の上下面にＡｌＧａＮ化合物半導体膜１ａ、１ｂがそれぞれ形成された共振器部１をＳｉＣ基板３上に形成し、ＳｉＣ基板３を除去した後、紫外線硬化樹脂６、９をそれぞれ介し、ＳｉＯ2膜５ａとＺｒＯ2膜５ｂとが交互に積層された分布ブラッグ反射鏡５、８を共振器部１の上下面にそれぞれ貼り合わせる。  【選択図】      図１
2005322857.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を閉じ込める半導体層が設けられた共振器部と、
前記共振器部に閉じ込められる光を反射させる分布ブラッグ反射鏡と、
前記共振器部に閉じ込められる光を透過させるとともに、前記共振器部の少なくとも一方の面に前記分布ブラッグ反射鏡を貼り合わせる樹脂層とを備えることを特徴とする光共振器。
【請求項２】
前記分布ブラッグ反射鏡は、反射波長が異なる複数の分布ブラッグ反射鏡を備えることを特徴とする請求項１記載の光共振器。
【請求項３】
光を閉じ込める第１半導体層が設けられた第１共振器部と、
前記第１共振器部に閉じ込められる光を反射させる第１分布ブラッグ反射鏡と、
前記第１共振器部に閉じ込められる光を透過させるとともに、前記第１共振器部の少なくとも一方の面に前記第１分布ブラッグ反射鏡を貼り合わせる第１樹脂層と、
光を閉じ込める第２半導体層が設けられた第２共振器部と、
前記第２共振器部に閉じ込められる光を反射させる第２分布ブラッグ反射鏡と、
前記第２共振器部に閉じ込められる光を透過させるとともに、前記第２共振器部の少なくとも一方の面に前記第２分布ブラッグ反射鏡を貼り合わせる第２樹脂層と、
前記第１共振器部または前記第２共振器部に閉じ込められる光を透過させるとともに、前記第１分布ブラッグ反射鏡および前記第２分布ブラッグ反射鏡を介し前記第１共振器部および前記第２共振器部を貼り合わせる第３樹脂層とを備えることを特徴とする光共振器。
【請求項４】
光を閉じ込める第１半導体層が設けられた第１共振器部と、
前記第１共振器部に閉じ込められる光を反射させる第１分布ブラッグ反射鏡と、
前記第１共振器部に閉じ込められる光を透過させるとともに、前記第１共振器部の少なくとも一方の面に前記第１分布ブラッグ反射鏡を貼り合わせる第１樹脂層と、
高調波を発生させる非線形光学結晶と、
前記第１共振器部に閉じ込められる光を透過させるとともに、前記第１共振器部または前記第１分布ブラッグ反射鏡の少なくとも一方の面に前記非線形光学結晶を貼り合わせる第２樹脂層とを備えることを特徴とする光共振器。
【請求項５】
前記樹脂層は、硬化波長が４００ｎｍ以下で、硬化後の透過率が３５０ｎｍから２μｍの波長域で５０％を越える紫外線硬化樹脂であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の光共振器。
【請求項６】
前記分布ブラッグ反射鏡の反射率は波長が４００ｎｍ以下で８０％以下であることを特徴とする請求項５記載の光共振器。
【請求項７】
前記半導体層は、窒化物半導体、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体またはＩＶ族半導体のいずれか少なくとも１個から選択されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の光共振器。
【請求項８】
前記半導体層は、量子ドット構造、量子細線構造、量子井戸構造またはバルクから構成されることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の光共振器。
【請求項９】
前記半導体層は、１次元、２次元または３次元の屈折率周期構造を備えることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項記載の光共振器。
【請求項１０】
前記分布ブラッグ反射鏡を構成する各層の膜厚Ｌは、波長λにおける各層の屈折率に対してλ／（４ｎ）の整数倍であることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項記載の光共振器。
【請求項１１】
前記分布ブラッグ反射鏡は、半導体、酸化化合物、誘電体または金属から構成される膜の組み合わせであることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項記載の光共振器。
【請求項１２】
光閉じ込め層が表面または内部に設けられた半導体膜を支持基板上に成長させる工程と、
前記支持基板を前記半導体膜から除去する工程と、
前記光閉じ込め層に閉じ込められる光を透過させることが可能な樹脂を用いることにより、前記半導体膜の少なくとも一方の面に分布ブラッグ反射鏡を貼り合わせる工程とを備えることを特徴とする光共振器の製造方法。
【請求項１３】
光閉じ込め層が表面または内部に設けられた半導体膜を支持基板上に成長させる工程と、
前記光閉じ込め層に閉じ込められる光を透過させることが可能な樹脂を用いることにより、前記半導体膜側に分布ブラッグ反射鏡を貼り合わせる工程と、
前記分布ブラッグ反射鏡に貼り合わせられた半導体膜上の支持基板を除去する工程とを備えることを特徴とする光共振器の製造方法。
【請求項１４】
前記樹脂の貼り合わせ工程は、
前記半導体膜または前記分布ブラッグ反射鏡上にスピンコートにて樹脂を塗布する工程と、
前記半導体膜または前記分布ブラッグ反射鏡上に塗布された樹脂を加圧しながら、前記樹脂を硬化させる工程とを備えることを特徴とする請求項１２または１３記載の光共振器の製造方法。
【請求項１５】
前記支持基板は、ウェットエッチング、ドライエッチングまたはレーザーリフトオフにて選択的に除去することが可能な材料から構成されていることを特徴とする請求項１２から１４のいずれか１項記載の光共振器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光共振器および光共振器の製造方法に関し、特に、分布ブラッグ反射鏡が設けられた光共振器に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体微小光共振器を用いた光素子は、極低閾値面発光レーザ、高精度波長フィルタ、波長変換素子やポラリトンレーザなどの非線形光学素子への応用が期待され、これまで盛んに研究されている。そして、これらの光素子の応用分野では、窒化物半導体やＩＩ−ＶＩ族を代表とするワイドバンドギャップ半導体は高い励起子特性を有していることから、光学特定的に重要な材料群を構成している。
【０００３】
具体的には、ワイドバンドギャップ半導体はエネルギーギャップが大きいため、その発光波長は紫外から青色領域をカバーすることができる。また、大きな非線形定数や励起子振動子強度を得られるとともに、室温を超える大きな励起子束縛エネルギーを有している。このため、ワイドバンドギャップ半導体を半導体微小光共振器に用いることで、ＩＩＩ−Ｖ族を中心とした化合物半導体を用いた場合に比べ、室温以上の高温で動作可能な高効率な光素子を実現することができる。
【０００４】
また、半導体微小光共振器では、波長程度の微小領域に光を閉じ込めるため、屈折率の周期的変化を用いることが行われている。ここで、屈折率を周期的に変化される方法としては、屈折率が互いに異なる物質が交互に積層された１次元多層積層を用いたり、エアホールやエアブリッジ構造が形成された２次元および３次元フォトニック結晶構造を用いる方法がある。
【０００５】
図１１は、従来の１次元ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体微小光共振器の概略構成を示す斜視図である。
図１１において、屈折率が互いに異なる物質が交互に積層された分布ブラッグ反射鏡１０５、１０８が共振器部１０１の上下面にそれぞれ形成されている。ここで、共振器部１０１としては、例えば、（Ｉｎ）ＧａＡｓ化合物半導体層１０２の上下面に（Ａｌ）ＧａＡｓ化合物半導体層１０１ａ、１０１ｂがそれぞれ形成された構造を用いることができる。また、分布ブラッグ反射鏡１０５としては、例えば、（Ａｌ）ＧａＡｓ化合物半導体膜１０５ａとＡｌ（Ｇａ）Ａｓ化合物半導体膜１０５ｂとが交互に積層された積層構造を用いることができ、分布ブラッグ反射鏡１０８としては、例えば、（Ａｌ）ＧａＡｓ化合物半導体膜１０８ａとＡｌ（Ｇａ）Ａｓ化合物半導体膜１０８ｂとが交互に積層された積層構造を用いることができる。
【０００６】
また、分布ブラッグ反射鏡１０５、１０８を共振器部１０１の上下面にそれぞれ形成する方法としては、エピタキシャル成長にて、（Ａｌ）ＧａＡｓ／Ａｌ（Ｇａ）Ａｓからなる多層膜構造を成長基板上に形成した後、（Ａｌ）ＧａＡｓ／（Ｉｎ）ＧａＡｓからなる共振器構造を（Ａｌ）ＧａＡｓ／Ａｌ（Ｇａ）Ａｓからなる多層膜構造上に形成し、引き続いて、（Ａｌ）ＧａＡｓ／Ａｌ（Ｇａ）Ａｓからなる多層膜構造を（Ａｌ）ＧａＡｓ／（Ｉｎ）ＧａＡｓからなる共振器構造上に形成することができる。
【０００７】
そして、分布ブラッグ反射鏡１０５、１０８をそれぞれ構成する各層の膜厚Ｌを、反射中心波長λにおける各層の屈折率ｎに対してλ／（４ｎ）に設定することにより、ブラッグ反射条件を満たし、光波位相の揃った反射を実現することができる。なお、図１１の１次元ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体微小光共振器は、非特許文献１に開示されている。
【０００８】
図１２は、従来の１次元窒化物半導体微小光共振器の概略構成を示す斜視図である。
図１２において、屈折率が互いに異なる物質が交互に積層された分布ブラッグ反射鏡１０５、１０８が共振器部１１１の上下面にそれぞれ形成されている。ここで、共振器部１１１としては、例えば、ＩｎＧａＮ化合物半導体光閉じ込め層１１２の上下面にＡｌＧａＮ化合物半導体膜１１１ａ、１１１ｂがそれぞれ形成された構造を用いることができる。また、分布ブラッグ反射鏡１１５としては、例えば、ＳｉＯ2膜１１５ａとＺｒＯ2膜１１５ｂとが交互に積層された積層構造を用いることができ、分布ブラッグ反射鏡１１８としては、例えば、ＧａＮ化合物半導体膜１１８ａとＡｌＧａＮ化合物半導体膜１１８ｂとが交互に積層された積層構造を用いることができる。
【０００９】
また、分布ブラッグ反射鏡１１５、１１８を共振器部１１１の上下面にそれぞれ形成する方法としては、エピタキシャル成長にて、ＧａＮ／ＡｌＧａＮからなる多層膜構造を成長基板上に形成した後、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮからなる共振器構造をＧａＮ／ＡｌＧａＮからなる多層膜構造上に形成する。引き続いて、スパッタなどの方法にて、ＳｉＯ2／ＺｒＯ2からなる多層膜構造をＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮからなる共振器構造上に形成することができる。
そして、分布ブラッグ反射鏡１１５、１１８をそれぞれ構成する各層の膜厚Ｌを、反射中心波長λにおける各層の屈折率ｎに対してλ／（４ｎ）に設定することにより、ブラッグ反射条件を満たし、光波位相の揃った反射を実現することができる。なお、図１２の１次元窒化物半導体微小光共振器は、非特許文献２に開示されている。
【００１０】
図１３は、従来のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の２次元および３次元フォトニック結晶構造を示す斜視図である。
図１３において、ＡｌＧａＡｓ半導体支持層１２３を介し共振器部１２１がＧａＡｓ基板１２６上に支持されている。ここで、共振器部１２１としては、ＧａＡｓ化合物半導体層１２２の上下面にＡｌＧａＡｓ化合物半導体層１２１ａ、１２１ｂがそれぞれ形成された構造を用いることができる。そして、共振器部１２１に設けられるストライプ１２７の両側に共振器部１２１を貫通する円柱状のエアホール１２５を設けることにより、２次元光閉じ込め構造が形成されている。ここで、エアホール１２５は、反射中心波長λに対して２次元面内でブラッグ反射条件を満たすように配置することができる。なお、ストライプ１２７上にエアホール１２５を配置することにより、そのエアホール１２５の部分に光を溜めることができる。
【００１１】
また、共振器部１２１とＧａＡｓ基板１２６との間には空洞部１２４が形成され、共振器部１２１をエアブリッジ構造とすることにより、共振器部１２１の上下面が空気層に接するように構成されている。このため、共振器部１２１の上下面では、半導体層と空気層との屈折率差に発生させることができ、３次元光閉じ込め構造を実現することができる。
【００１２】
ここで、共振器部１２１にエアホール１２５を設ける方法としては、エアホール１２５に直径および配列周期が光の波長程度であるため、電子ビーム描画およびドライエッチング技術を用いることができる。また、エアブリッジ構造を形成する方法としては、半導体膜と基板結晶との間に別の半導体層を設け、その半導体層をウェットエッチングにて選択的に除去する方法を用いることができる。なお、図１３の２次元および３次元フォトニック結晶構造は、非特許文献３に開示されている。
【非特許文献１】Ｋ．Ｉｇａ，Ｆ．ｋｏｙａｍａ，Ｓ．Ｋｉｎｏｓｈｉｔａ，“ｓｕｒｆａｃｅ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｌａｓｅｒ”，ＩＥＥＥ  Ｊ．Ｑｕａｎｔ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．ＱＥ−２４（１９９８）１８４５．
【非特許文献２】Ｔ．Ｓｏｍｅｙａ，Ｒ．Ｗｅｒｎｅｒ，Ａ．Ｆｏｒｃｈｅｌ，Ｍ．Ｃａｔａｌａｎｏ，Ｒ．Ｃｉｎｇｏｌａｎｉ，Ｙ．Ａｒａｋａｗａ，“Ｒｏｏｍ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｌａｓｉｎｇ  ａｔ  ｂｌｕｅ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｉｎ  Ｇａｌｌｉｕｍ  ｎｉｔｒｉｄｅ  ｍｉｃｒｏｃａｖｉｔｉｅｓ”，Ｎａｔｕｒｅ  ２８５（１９９９）１９０５．
【非特許文献３】Ｎ．Ｋａｗａｉ，Ｋ．Ｉｎｏｕｅ，Ｎ．Ｃａｒｌｓｓｏｎ，Ｎ．Ｉｋｅｄａ，Ｙ．Ｓｕｇｉｍｏｔｏ，Ｋ．Ａｓａｋａｗａ，Ｔ．Ｔａｋｅｍｏｒｉ，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．８６（２００１）２２８９．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、非特許文献１に開示された方法では、１次元半導体微小光共振器を構成するために、１次元ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が用いられているため、エネルギーギャップを大きくすることができず、室温以上の高温で動作可能な高効率な光素子を実現することが困難であるという問題があった。
一方、エネルギーギャップを大きくするために、窒化物半導体を用いて１次元半導体微小光共振器を構成した場合、高品質な１次元半導体微小光共振器を作製するためには、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮからなる共振器構造とＧａＮ／ＡｌＧａＮからなる分布ブラッグ反射鏡を同一工程でエピタキシャル成長させる必要がある。このため、光閉じ込め効果を確保するために、Ａｌの組成を増加させ、分布ブラッグ反射鏡を構成する各層の屈折率差を大きくすると、ＧａＮ層とＡｌＧａＮ層との格子不整合が増大し、光共振器全体にひびや結晶表面の荒れなどを招くという問題があった。
【００１４】
一方、ＧａＮ層とＡｌＧａＮ層との格子不整合を軽減するために、Ａｌの組成を減少させると、分布ブラッグ反射鏡を構成する各層の屈折率差が小さくなり、光閉じ込め効果が劣化するという問題があった。
また、非特許文献２に開示された方法では、分布ブラッグ反射鏡１１８に用いられるＧａＮ化合物半導体膜１１８ａとＡｌＧａＮ化合物半導体膜１１８ｂとの積層構造の反射帯域が狭く、発光波長とのチューニングが難しいという問題があった。
【００１５】
さらに、非特許文献３に開示された方法では、窒化物半導体を用いてエアブリッジ構造を構成するには、原子間結合が非常に安定な窒化物半導体をウェットエッチングにて選択的に除去する必要があり、窒化物半導体の３次元フォトニック結晶構造の作製が困難であるという問題があった。
また、窒化物半導体を用いてエアブリッジ構造を構成した場合においても、窒化物半導体と空気との屈折率差がＳｉ系半導体またはＧａＡｓ系半導体に比べて小さいため、上下方向に光の漏洩が生じ、光閉じ込め効果が劣化するという問題があった。
【００１６】
また、エネルギーギャップを大きくするために、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を用いた場合においても、その結晶構造に特有の大きなイオン性から、高品質な分布ブラッグ反射鏡や微小共振器構造を作製することが困難であるという問題があった。
また、格子不整合や価電子不整合の問題から、エピタキシャル成長にて異なる結晶族の半導体を同一共振器内に作製することは困難だった。
そこで、本発明の目的は、結晶品質の劣化を抑制しつつ、材料が互いに異なる共振器部と反射鏡とを一体化させることが可能な光共振器および光共振器の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上述した課題を解決するために、請求項１記載の光共振器によれば、光を閉じ込める半導体層が設けられた共振器部と、前記共振器部に閉じ込められる光を反射させる分布ブラッグ反射鏡と、前記共振器部に閉じ込められる光を透過させるとともに、前記共振器部の少なくとも一方の面に前記分布ブラッグ反射鏡を貼り合わせる樹脂層とを備えることを特徴とする。
【００１８】
これにより、分布ブラッグ反射鏡を共振器部に直接成膜させることなく、共振器部に分布ブラッグ反射鏡を設けることが可能となり、共振器部に分布ブラッグ反射鏡を設ける際に、格子不整合や価電子不整合の問題を解消することができる。このため、様々の材料を組み合わせることを可能としつつ、共振器部と分布ブラッグ反射鏡とを一体化させることが可能となり、発光波長として紫外から赤外領域を幅広くカバーすることを可能としつつ、光閉じ込め効果を確保することが可能となる。
【００１９】
また、請求項２記載の光共振器によれば、前記分布ブラッグ反射鏡は、反射波長が異なる複数の分布ブラッグ反射鏡を備えることを特徴とする。
これにより、共振器部と分布ブラッグ反射鏡とを貼り合せて光共振器を構成した場合においても、波長変換素子などにおいて、基本波だけでなく高調波においても光反射および光閉じ込めを実現することが可能となる。
【００２０】
また、請求項３記載の光共振器によれば、光を閉じ込める第１半導体層が設けられた第１共振器部と、前記第１共振器部に閉じ込められる光を反射させる第１分布ブラッグ反射鏡と、前記第１共振器部に閉じ込められる光を透過させるとともに、前記第１共振器部の少なくとも一方の面に前記第１分布ブラッグ反射鏡を貼り合わせる第１樹脂層と、光を閉じ込める第２半導体層が設けられた第２共振器部と、前記第２共振器部に閉じ込められる光を反射させる第２分布ブラッグ反射鏡と、前記第２共振器部に閉じ込められる光を透過させるとともに、前記第２共振器部の少なくとも一方の面に前記第２分布ブラッグ反射鏡を貼り合わせる第２樹脂層と、前記第１共振器部または前記第２共振器部に閉じ込められる光を透過させるとともに、前記第１分布ブラッグ反射鏡および前記第２分布ブラッグ反射鏡を介し前記第１共振器部および前記第２共振器部を貼り合わせる第３樹脂層とを備えることを特徴とする。
【００２１】
これにより、格子不整合や価電子不整合の問題からエピタキシャル成長では作製することができない場合においても、光閉じ込め効果を確保することを可能としつつ、異なる結晶族の半導体を同一共振器内に作製することが可能となる。このため、複数の波長の光を同一共振器内で効率よく発生させたり、同一共振器内で波長変換を効率よく行わせることが可能となり、光素子の集積化を可能としつつ、高効率な光素子を実現することができる。
【００２２】
また、請求項４記載の光共振器によれば、光を閉じ込める第１半導体層が設けられた第１共振器部と、前記第１共振器部に閉じ込められる光を反射させる第１分布ブラッグ反射鏡と、前記第１共振器部に閉じ込められる光を透過させるとともに、前記第１共振器部の少なくとも一方の面に前記第１分布ブラッグ反射鏡を貼り合わせる第１樹脂層と、高調波を発生させる非線形光学結晶と、前記第１共振器部に閉じ込められる光を透過させるとともに、前記第１共振器部または前記第１分布ブラッグ反射鏡の少なくとも一方の面に前記非線形光学結晶を貼り合わせる第２樹脂層とを備えることを特徴とする。
これにより、様々の材料を組み合わせることを可能としつつ、共振器部と非線形光学結晶とを一体化させることが可能となる。このため、光素子の集積化を可能としつつ、波長変換を効率よく行わせることが可能となる。
【００２３】
また、請求項５記載の光共振器によれば、前記樹脂層は、硬化波長が４００ｎｍ以下で、硬化後の透過率が３５０ｎｍから２μｍの波長域で５０％を越える紫外線硬化樹脂であることを特徴とする。
これにより、樹脂を用いて共振器部と分布ブラッグ反射鏡とを貼り合わせ場合においても、紫外から赤外領域において高い透過率を維持することが可能となる。このため、吸収損失を抑制しつつ、光閉じ込め効果を確保することが可能となるとともに、発光波長として紫外から赤外領域を幅広くカバーすることが可能となる。
【００２４】
また、請求項６記載の光共振器によれば、前記分布ブラッグ反射鏡の反射率は波長が４００ｎｍ以下で８０％以下であることを特徴とする。
これにより、分布ブラッグ反射鏡を介して紫外線を樹脂に照射することが可能となり、紫外線硬化樹脂を用いて共振器部と分布ブラッグ反射鏡とを貼り合わせることが可能となる。
【００２５】
また、請求項７記載の光共振器によれば、前記半導体層は、窒化物半導体、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体またはＩＶ族半導体のいずれか少なくとも１個から選択されることを特徴とする。
これにより、様々の材料を組み合わせることを可能としつつ、共振器部と分布ブラッグ反射鏡とを一体化させることが可能となり、極低閾値面発光レーザ、高精度波長フィルタ、波長変換素子やポラリトンレーザなどの非線形光学素子への応用を容易に行うことができる。
【００２６】
また、請求項８記載の光共振器によれば、前記半導体層は、量子ドット構造、量子細線構造、量子井戸構造またはバルクから構成されることを特徴とする。
これにより、共振器部の任意の位置に光を効率よく閉じ込めることが可能となるとともに、そこに存在する電子のエネルギー状態も制御することができ、様々の分野に光素子を応用することができる。
【００２７】
また、請求項９記載の光共振器によれば、前記半導体層は、１次元、２次元または３次元の屈折率周期構造を備えることを特徴とする。
これにより、空気との屈折率差が小さな半導体を用いて共振器部を構成した場合においても、高次元の光閉じ込め構造を実現することができ、高効率な光素子を実現することができる。
【００２８】
また、請求項１０記載の光共振器によれば、前記分布ブラッグ反射鏡を構成する各層の膜厚Ｌは、波長λにおける各層の屈折率に対してλ／（４ｎ）の整数倍であることを特徴とする。
これにより、分布ブラッグ反射鏡のブラッグ反射条件を満足させることができ、光波位相の揃った反射を実現することが可能となる。また、第２高調波発生時における擬似位相整合条件を満足させることができ、光波位相の揃った基本波の反射を実現させつつ、２高調波を効率よく発生させることが可能となる。
【００２９】
また、請求項１１記載の光共振器によれば、前記分布ブラッグ反射鏡は、半導体、酸化化合物、誘電体または金属から構成される膜の組み合わせであることを特徴とする。
これにより、様々の材料の中から共振器部が構成されている場合においても、その共振器部に適合した分布ブラッグ反射鏡を選択することが可能となり、光閉じ込め効果を確保することを可能としつつ、様々の分野に光共振器を適用することができる。
【００３０】
また、請求項１２記載の光共振器の製造方法によれば、光閉じ込め層が表面または内部に設けられた半導体膜を支持基板上に成長させる工程と、前記支持基板を前記半導体膜から除去する工程と、前記光閉じ込め層に閉じ込められる光を透過させることが可能な樹脂を用いることにより、前記半導体膜の少なくとも一方の面に分布ブラッグ反射鏡を貼り合わせる工程とを備えることを特徴とする。
【００３１】
これにより、樹脂を介して半導体膜を分布ブラッグ反射鏡に貼り合わせることが可能となり、半導体膜を分布ブラッグ反射鏡に結合させる際に、格子不整合や価電子不整合の問題を解消することが可能となるとともに、共振器部に発生するひびや表面荒れを抑制することができる。このため、様々の材料を組み合わせることを可能としつつ、共振器部および分布ブラッグ反射鏡を構成することが可能となり、光閉じ込め効果を向上させることが可能となるとともに、光閉じ込め層内のキャリアが欠陥に捕捉される確率を減少させて、再結合寿命を向上させることができる。
【００３２】
また、請求項１３記載の光共振器の製造方法によれば、光閉じ込め層が表面または内部に設けられた半導体膜を支持基板上に成長させる工程と、前記光閉じ込め層に閉じ込められる光を透過させることが可能な樹脂を用いることにより、前記半導体膜側に分布ブラッグ反射鏡を貼り合わせる工程と、前記分布ブラッグ反射鏡に貼り合わせられた半導体膜上の支持基板を除去する工程とを備えることを特徴とする。
【００３３】
これにより、支持基板上に成長された半導体膜を分布ブラッグ反射鏡に貼り合わせてから、支持基板を除去することができる。このため、半導体膜の膜厚が薄い場合においても、半導体膜を分布ブラッグ反射鏡に安定して貼り合わせることが可能となり、様々の材料を組み合わせることを可能としつつ、共振器部と分布ブラッグ反射鏡とを一体化させることができる。
【００３４】
また、請求項１４記載の光共振器の製造方法によれば、前記樹脂の貼り合わせ工程は、前記半導体膜または前記分布ブラッグ反射鏡上にスピンコートにて樹脂を塗布する工程と、前記半導体膜または前記分布ブラッグ反射鏡上に塗布された樹脂を加圧しながら、前記樹脂を硬化させる工程とを備えることを特徴とする。
これにより、半導体膜と分布ブラッグ反射鏡との貼り合わせに用いられる樹脂の膜厚を光の波長の精度で制御することが可能となる。このため、樹脂を用いて半導体膜と分布ブラッグ反射鏡とを貼り合わせた場合においても、樹脂の膜厚の乱れによる光の位相の乱れを抑制することができ、位相が揃った状態で光を反射させることが可能となる。
【００３５】
また、請求項１５記載の光共振器の製造方法によれば、前記支持基板は、ウェットエッチング、ドライエッチングまたはレーザーリフトオフにて選択的に除去することが可能な材料から構成されていることを特徴とする。
これにより、半導体膜のいずれの方向にも分布ブラッグ反射鏡を貼り合わせることが可能となるとともに、支持基板を光共振器から除去することが可能となり、共振モード数や吸収損失を低減させることができる。
【発明の効果】
【００３６】
以上説明したように、本発明によれば、樹脂を介して共振器部と分布ブラッグ反射鏡とを貼り合わせることにより、共振器部に分布ブラッグ反射鏡を結合させる際に、分布ブラッグ反射鏡を共振器部に直接成膜させる必要がなくなる。このため、格子不整合や価電子不整合の問題を解消することができ、様々の材料を組み合わせることを可能としつつ、共振器部と分布ブラッグ反射鏡とを一体化させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明の実施形態に係る光共振器およびその製造方法について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る光共振器の製造方法を示す断面図である。
図１（ａ）において、ＳｉＣ基板３上には共振器部１が形成されている。ここで、共振器部１としては、例えば、ＩｎＧａＮ化合物半導体光閉じ込め層２の上下面にＡｌＧａＮ化合物半導体膜１ａ、１ｂがそれぞれ形成された構造を用いることができる。なお、ＡｌＧａＮ化合物半導体膜１ｂ、ＩｎＧａＮ化合物半導体光閉じ込め層２およびＡｌＧａＮ化合物半導体膜１ａをＳｉＣ基板３上に順次積層する場合、エピタキシャル成長を用いることができる。
【００３８】
また、図１（ｂ）において、反射鏡支持基板４、７上には、屈折率が互いに異なる物質が交互に積層された分布ブラッグ反射鏡５、８がそれぞれ形成されている。ここで、分布ブラッグ反射鏡５としては、例えば、ＳｉＯ2膜５ａとＺｒＯ2膜５ｂとが交互に積層された積層構造を用いることができ、分布ブラッグ反射鏡８としては、例えば、ＳｉＯ2膜８ａとＺｒＯ2膜８ｂとが交互に積層された積層構造を用いることができる。また、分布ブラッグ反射鏡５、８をそれぞれ構成する各層の膜厚Ｌは、反射中心波長λにおける各層の屈折率ｎに対してλ／（４ｎ）に設定することができる。さらに、分布ブラッグ反射鏡５、８の反射率は波長が４００ｎｍ以下で８０％以下に設定することが好ましい。
【００３９】
そして、図１（ａ）に示すように、ＳｉＣ基板３のエッチングＥＴ１を行うことにより、共振器部１からＳｉＣ基板３を選択的に除去する。ここで、共振器部１からＳｉＣ基板３を除去する場合、ウェットエッチングまたはドライエッチングなどのエッチングＥＴ１の他、レーザーリフトオフなどの方法を用いることができる。あるいは、ＣＭＰ（化学的機械的研磨）などの方法を用いるようにしてもよい。
【００４０】
次に、図１（ｂ）に示すように、分布ブラッグ反射鏡５、８の表面に紫外線硬化樹脂６、９をそれぞれ塗布する。そして、紫外線硬化樹脂６、９をそれぞれ介し、共振器部１の上下面に分布ブラッグ反射鏡５、８をそれぞれ貼り合わせる。なお、分布ブラッグ反射鏡５、８の表面に紫外線硬化樹脂６、９をそれぞれ塗布する場合、紫外線硬化樹脂６、９のスピンコートを用いることができる。また、紫外線硬化樹脂６、９としては、硬化波長が４００ｎｍ以下で、硬化後の透過率が３５０ｎｍから２μｍの波長域で５０％を越えるものを選択することが好ましい。
【００４１】
そして、図１（ｃ）に示すように、紫外線硬化樹脂６、９に紫外線を照射し、紫外線硬化樹脂６、９を硬化させることにより、共振器部１の上下面に分布ブラッグ反射鏡５、８をそれぞれ結合させる。
これにより、共振器部１を分布ブラッグ反射鏡５、８に結合させる際に、格子不整合や価電子不整合の問題を解消することが可能となるとともに、共振器部１に発生するひびや表面荒れを抑制することができる。このため、様々の材料を組み合わせることを可能としつつ、共振器部１および分布ブラッグ反射鏡５、８を構成することが可能となり、光閉じ込め効果を向上させることが可能となるとともに、ＩｎＧａＮ化合物半導体光閉じ込め層２内のキャリアが欠陥に捕捉される確率を減少させて、再結合寿命を向上させることができる。
【００４２】
なお、共振器部１の上下面に分布ブラッグ反射鏡５、８をそれぞれ貼り合わせる場合、分布ブラッグ反射鏡５、８の上下面から紫外線硬化樹脂６、９を加圧しながら、紫外線硬化樹脂６、９に紫外線を照射するようにしてもよい。なお、加圧圧力は、紫外線硬化樹脂６、９の膜厚によって適宜調整することができる。
これにより、紫外線硬化樹脂６、９の膜厚を光の波長の精度で制御することが可能となる。このため、紫外線硬化樹脂６、９を用いて共振器部１と分布ブラッグ反射鏡５、８とを貼り合わせた場合においても、紫外線硬化樹脂６、９の膜厚の乱れによる光の位相の乱れを抑制することができ、位相が揃った状態で光を反射させることが可能となる。
【００４３】
ここで、分布ブラッグ反射鏡５、８の反射率を波長が４００ｎｍ以下で８０％以下に設定することにより、分布ブラッグ反射鏡５、８を介し、紫外線硬化樹脂６、９に紫外線を照射することができる。このため、共振器部１の上下面に分布ブラッグ反射鏡５、８が配置されている場合においても、紫外線硬化樹脂６、９を硬化させることができる。
なお、上述した実施形態では、共振器部１の上下面に分布ブラッグ反射鏡５、８をそれぞれ形成する方法について説明したが、共振器部１の一面にのみ分布ブラッグ反射鏡を貼り付けるようにしてもよい。
【００４４】
また、上述した実施形態では、分布ブラッグ反射鏡５、８側に紫外線硬化樹脂６、９をそれぞれ塗布する方法について説明したが、共振器部１側に紫外線硬化樹脂６、９を塗布するようにしてもよい。
また、共振器部１と分布ブラッグ反射鏡５、８とを貼り合わせるために、紫外線硬化樹脂６、９を用いる方法について説明したが、アクリルやポリカーボネートなどの熱可塑性樹脂を用いるようにしてもよく、熱硬化性樹脂を用いるようにしてもよい。
【００４５】
また、反射鏡支持基板４、７を除去した後、ＩｎＧａＮ化合物半導体光閉じ込め層２に電流を注入するための電極を分布ブラッグ反射鏡５、８の表面のそれぞれ形成するようにしてもよい。また、ＡｌＧａＮ化合物半導体膜１ａ、１ｂは必ずしも設ける必要はなく、紫外線硬化樹脂６、９をそれぞれ介しＩｎＧａＮ化合物半導体光閉じ込め層２の上下に分布ブラッグ反射鏡５、８をそれぞれ貼り付けるようにしてもよい。
【００４６】
また、上述した実施形態では、共振器部１として、ＩｎＧａＮ化合物半導体光閉じ込め層２の上下面にＡｌＧａＮ化合物半導体膜１ａ、１ｂがそれぞれ形成された構造を用いる方法について説明したが、共振器部１を構成する半導体としては、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ化合物半導体以外にも、窒化物半導体、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体またはＩＶ族半導体のいずれか少なくとも１個から選択するようにしてもよい。
【００４７】
また、共振器部１を構成する半導体として、量子ドット構造、量子細線構造、量子井戸構造またはバルクを用いるようにしてもよい。
また、上述した実施形態では、分布ブラッグ反射鏡５、８として、ＳｉＯ2膜５ａとＺｒＯ2膜５ｂとが交互に積層された積層構造を用いる方法について説明したが、ＳｉＯ2膜５ａとＺｒＯ2膜５ｂとの組み合わせ以外にも、半導体、酸化化合物、誘電体または金属から構成される膜の組み合わせを用いるようにしてもよい。
【００４８】
図２は、本発明の第２実施形態に係る光共振器の製造方法を示す断面図である。
図２（ａ）において、ＳｉＣ基板１３上には共振器部１１が形成されている。ここで、共振器部１１としては、例えば、ＩｎＧａＮ化合物半導体光閉じ込め層１２の上下面にＡｌＧａＮ化合物半導体膜１１ａ、１１ｂがそれぞれ形成された構造を用いることができる。また、反射鏡支持基板１４上には、屈折率が互いに異なる物質が交互に積層された分布ブラッグ反射鏡１５が形成されている。ここで、分布ブラッグ反射鏡１５としては、例えば、ＳｉＯ2膜１５ａとＺｒＯ2膜１５ｂとが交互に積層された積層構造を用いることができる。
【００４９】
また、図２（ｃ）において、反射鏡支持基板１７上には、屈折率が互いに異なる物質が交互に積層された分布ブラッグ反射鏡１８が形成されている。ここで、分布ブラッグ反射鏡１８としては、例えば、ＳｉＯ2膜１８ａとＺｒＯ2膜１８ｂとが交互に積層された積層構造を用いることができる。
そして、図２（ａ）に示すように、例えば、スピンコートなどの方法により、分布ブラッグ反射鏡１５の表面に紫外線硬化樹脂１６を塗布する。そして、紫外線硬化樹脂１６を介し、共振器部１１の一方の面に分布ブラッグ反射鏡１５を貼り合わせる。そして、紫外線硬化樹脂１６に紫外線を照射し、紫外線硬化樹脂１６を硬化させることにより、共振器部１１の一方の面に分布ブラッグ反射鏡１５を結合させる。
【００５０】
次に、図２（ｂ）に示すように、例えば、ＳｉＣ基板１３のエッチングＥＴ２を行うことにより、共振器部１１からＳｉＣ基板１３を選択的に除去する。
次に、図２（ｃ）に示すように、例えば、スピンコートなどの方法により、分布ブラッグ反射鏡１８の表面に紫外線硬化樹脂１９を塗布する。そして、紫外線硬化樹脂１９を介し、共振器部１１の他方の面に分布ブラッグ反射鏡１８を貼り合わせる。
【００５１】
そして、図２（ｄ）に示すように、紫外線硬化樹脂１９に紫外線を照射し、紫外線硬化樹脂１９を硬化させることにより、共振器部１１の他方の面に分布ブラッグ反射鏡１８を結合させる。
これにより、ＳｉＣ基板１３上に形成された共振器部１１を分布ブラッグ反射鏡１５に貼り合わせてから、ＳｉＣ基板１３を除去することができる。このため、共振器部１１を構成するＡｌＧａＮ化合物半導体膜１１ａ、１１ｂおよびＩｎＧａＮ化合物半導体光閉じ込め層１２の膜厚が薄い場合においても、共振器部１１を分布ブラッグ反射鏡１５に安定して貼り合わせることが可能となり、様々の材料を組み合わせることを可能としつつ、共振器部１１と分布ブラッグ反射鏡１５とを結合させることができる。
【００５２】
図３は、本発明の第３実施形態に係る光共振器の概略構成を示す斜視図である。
図３において、紫外線硬化樹脂２６、２９をそれぞれ介し、分布ブラッグ反射鏡２５、２８が共振器部２１の上下面にそれぞれ貼り合わされている。ここで、共振器部２１としては、例えば、ＩｎＧａＮ化合物半導体光閉じ込め層２２の上下面にＡｌＧａＮ化合物半導体膜２１ａ、２１ｂがそれぞれ形成された構造を用いることができる。また、分布ブラッグ反射鏡２５としては、例えば、ＳｉＯ2膜２５ａとＺｒＯ2膜２５ｂとが交互に積層された積層構造を用いることができ、分布ブラッグ反射鏡２８としては、例えば、ＳｉＯ2膜２８ａとＺｒＯ2膜２８ｂとが交互に積層された積層構造を用いることができる。
【００５３】
これにより、分布ブラッグ反射鏡２５、２８を共振器部２１に直接成膜させることなく、共振器部２１に分布ブラッグ反射鏡２５、２８を結合させることが可能となり、共振器部２１に分布ブラッグ反射鏡２５、２８を結合させる際に、格子不整合や価電子不整合の問題を解消することができる。このため、様々の材料を組み合わせることを可能としつつ、共振器部２１と分布ブラッグ反射鏡２５、２８とを一体化させることが可能となり、発光波長として紫外から赤外領域を幅広くカバーすることを可能としつつ、光閉じ込め効果を確保することが可能となる。
【００５４】
図４は、本発明の光共振器に使用される紫外線硬化樹脂の光透過特性を示す図である。
図４において、図３の紫外線硬化樹脂２６、２９は、硬化波長が３６０ｎｍ程度で、硬化後の透過帯域は４００ｎｍから２μｍまでをカバーすることができる。このため、共振器部２１と分布ブラッグ反射鏡２５、２８とを貼り合わせる際に紫外線硬化樹脂２６、２９を用いることにより、紫外から赤外領域において高い透過率を維持することが可能となる。このため、吸収損失を抑制しつつ、光閉じ込め効果を確保することが可能となるとともに、発光波長として紫外から赤外領域を幅広くカバーすることが可能となる。
【００５５】
図５は、本発明の第５実施形態に係る基板貼り合せ装置の概略構成を示す断面図である。
図５において、プレス治具台座３５上には、紫外光を反射させる紫外光反射鏡３６が設置され、紫外光反射鏡３６上には、試料３７を載せる石英平行平面基板３３が配置されている。そして、石英平行平面基板３３上には、試料３７を加圧するプレス機本体３１が配置されるとともに、プレス機本体３１は上部プレス治具３２にてプレス治具台座３５上に支持されている。また、基板貼り合せ装置には、紫外光反射鏡３６に紫外光を導く紫外線導入用ファイバ３４が設けられている。
【００５６】
そして、図３の共振器部２１と分布ブラッグ反射鏡２５、２８とを貼り合わせる場合、共振器部２１と分布ブラッグ反射鏡２５、２８との間に紫外線硬化樹脂２６、２９が塗布された試料３７を石英平行平面基板３３上に載せる。そして、プレス機本体３１を用いて試料３７を加圧しながら、紫外線導入用ファイバ３４および紫外光反射鏡３６を介して紫外線を試料３７に照射することにより、紫外線硬化樹脂２６、２９を硬化させる。
【００５７】
これにより、共振器部２１と分布ブラッグ反射鏡２５、２８との貼り合わせに用いられる紫外線硬化樹脂２６、２９の膜厚を光の波長の精度で制御することが可能となり、紫外線硬化樹脂２６、２９の膜厚の乱れによる光の位相の乱れを抑制することができる。また、石英平行平面基板３３上に試料３７を載せることにより、試料３７の加圧時の平行度を確保することができ、紫外線硬化樹脂２６、２９の膜厚を均一化することができる。
【００５８】
図６は、本発明の一実施形態に係る光共振器の断面構造を示すＳＥＭ像である。
図６において、ＳｉＣ基板４４上には共振器部４３が形成されている。そして、紫外線硬化樹脂４２を介し、分布ブラッグ反射鏡４１が共振器部４３上に貼り合わされている。ここで、共振器部４３としては、例えば、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ半導体膜２を用いることができる。また、分布ブラッグ反射鏡４１としては、例えば、ＳｉＯ2／ＺｒＯ2多層膜反射鏡を用いることができる。
図６から判るように、紫外線硬化樹脂４２を用いて分布ブラッグ反射鏡４１と共振器部４３とを貼り合わせることにより、分布ブラッグ反射鏡４１と共振器部４３との平行度を保つことが可能となるとともに、振器部４３のひびや表面荒れを抑制することができる。
【００５９】
図７は、本発明の第６実施形態に係る光共振器の概略構成を示す斜視図である。
図７において、紫外線硬化樹脂５６、５９をそれぞれ介し、分布ブラッグ反射鏡５５、５８が共振器部５１の上下面にそれぞれ貼り合わされている。ここで、共振器部５１としては、例えば、ＩｎＧａＮ化合物半導体光閉じ込め層５２の上下面にＡｌＧａＮ化合物半導体膜５１ａ、５１ｂがそれぞれ形成された構造を用いることができる。また、分布ブラッグ反射鏡５５としては、例えば、ＳｉＯ2膜５５ａとＺｒＯ2膜５５ｂとが交互に積層された積層構造を用いることができ、分布ブラッグ反射鏡５８としては、例えば、ＳｉＯ2膜５８ａとＺｒＯ2膜５８ｂとが交互に積層された積層構造を用いることができる。
【００６０】
そして、共振器部５１に設けられるストライプ５７の両側には、共振器部５１を貫通する円柱状の開口部５１ｃが設けられ、２次元光閉じ込め構造が形成されている。ここで、開口部５１は、反射中心波長λに対して２次元面内でブラッグ反射条件を満たすように配置することができる。なお、ストライプ５７上に開口部５１ｃを配置することにより、その開口部５１ｃの部分に光を溜めることができる。
【００６１】
ここで、共振器部５１に開口部５１ｃを設ける方法としては、電子ビーム描画およびドライエッチング技術を用いることができる。そして、開口部５１ｃが形成された共振器部５１に分布ブラッグ反射鏡５５、５８を貼り合わせることにより、空気との屈折率差が小さな半導体を用いて共振器部を構成した場合においても、高次元の光閉じ込め構造を実現することができ、高効率な光素子を実現することができる。また、エアブリッジ構造を形成することなく、３次元光閉じ込め構造を実現することが可能となり、製造工程を簡易化することができる。
【００６２】
図８は、本発明の第７実施形態に係る光共振器の概略構成を示す斜視図である。
図８において、紫外線硬化樹脂６６、６９をそれぞれ介し、分布ブラッグ反射鏡６５、６８が共振器部６１の上下面にそれぞれ貼り合わされている。ここで、共振器部６１としては、例えば、ＩｎＧａＮ化合物半導体光閉じ込め層６２の上下面にＧａＡｓ化合物半導体膜６１ａ、６１ｂがそれぞれ形成された構造を用いることができる。また、分布ブラッグ反射鏡６５としては、例えば、ＧａＡｓ膜６５ａとＡｌＧａＡｓ膜６５ｂとが交互に積層された積層構造を用いることができ、分布ブラッグ反射鏡６８としては、例えば、ＧａＡｓ膜６８ａとＡｌＧａＡｓ膜６８ｂとが交互に積層された積層構造を用いることができる。
【００６３】
また、分布ブラッグ反射鏡６５には、紫外線硬化樹脂７２を介し第２高調波発生部７０が貼り合わされている。ここで、第２高調波発生部７０としては、例えば、ＺｎＳｅ膜７０ａとＭｇＳＳｅ膜７０ｂとが交互に積層された積層構造を用いることができる。
さらに、分布ブラッグ反射鏡７１には、紫外線硬化樹脂７３を介し第２高調波発生部７１が貼り合わされている。ここで、第２高調波発生部７１としては、例えば、ＺｎＳｅ膜７１ａとＭｇＳＳｅ膜７１ｂとが交互に積層された積層構造を用いることができる。
【００６４】
そして、共振器部６１にて生成された赤外光は分布ブラッグ反射鏡６５、６８間で反射され、共振器部６１にて生成された赤外光の一部が紫外線硬化樹脂６６、６９、分布ブラッグ反射鏡６５、６８および紫外線硬化樹脂７２、７３をそれぞれ介し第２高調波発生部７０、７１に入射する。そして、第２高調波発生部７０、７１に入射した赤外光は可視光に変換され、可視光を外部に取り出すことができる。
【００６５】
なお、ＺｎＳｅ／ＭｇＳＳｅ化合物半導体は非線形定数が大きく、その各層の膜厚をλ／（２ｎi）に設定することにより、位相整合のとれた第２高調波を取り出すことができる。ただし、λは基本波光波長、ｎiはＺｎＳｅおよびＭｇＳＳｅのλにおける屈折率である。また、ＺｎＳｅ／ＭｇＳＳｅ化合物半導体からなる第２高調波発生部７０、７１の代わりに、バリウムボーレート（ＢＢＯ）非線形光学結晶などを用いるようにしてもよい。
また、共振器部６１に電流を注入するための電極を分布ブラッグ反射鏡７０、７１の表面に形成するようにしてもよい。また、共振器部６１には、図７と同様に円柱状の開口部を形成し、２次元光閉じ込め構造を共振器部６１に形成するようにしてもよい。
【００６６】
図９は、本発明の第８実施形態に係る光共振器の概略構成を示す斜視図である。
図９において、光共振器Ａには、共振器部８１および分布ブラッグ反射鏡８５、８８が設けられている。そして、紫外線硬化樹脂８６、８９をそれぞれ介し、分布ブラッグ反射鏡８５、８８が共振器部８１の上下面にそれぞれ貼り合わされている。ここで、共振器部８１としては、例えば、ＩｎＧａＮ化合物半導体光閉じ込め層８２の上下面にＡｌＧａＮ化合物半導体膜８１ａ、８１ｂがそれぞれ形成された構造を用いることができる。また、分布ブラッグ反射鏡８５としては、例えば、ＳｉＯ2膜８５ａとＺｒＯ2膜８５ｂとが交互に積層された積層構造を用いることができ、分布ブラッグ反射鏡８８としては、例えば、ＳｉＯ2膜８８ａとＺｒＯ2膜８８ｂとが交互に積層された積層構造を用いることができる。
【００６７】
また、光共振器Ｂには、共振器部９１および分布ブラッグ反射鏡９５、９８が設けられている。そして、紫外線硬化樹脂９６、９９をそれぞれ介し、分布ブラッグ反射鏡９５、９８が共振器部９１の上下面にそれぞれ貼り合わされている。ここで、共振器部９１としては、例えば、ＩｎＧａＡｓ化合物半導体光閉じ込め層９２の上下面にＧａＡｓ化合物半導体膜９１ａ、９１ｂがそれぞれ形成された構造を用いることができる。また、分布ブラッグ反射鏡９５としては、例えば、ＧａＡｓ膜９５ａとＡｌＡｓ膜９５ｂとが交互に積層された積層構造を用いることができ、分布ブラッグ反射鏡９８としては、例えば、ＧａＡｓ膜９８ａとＡｌＡｓ膜９８ｂとが交互に積層された積層構造を用いることができる。そして、光共振器Ａ、Ｂは紫外線硬化樹脂８９を介して貼り合わされている。
【００６８】
そして、共振器部８１にて生成された可視光は分布ブラッグ反射鏡８５、８８間で反射され、共振器部８１にて生成された可視光の一部が紫外線硬化樹脂８９、分布ブラッグ反射鏡９８および紫外線硬化樹脂９９を介し共振器部９１に入射する。そして、共振器部９１に入射した可視光は共振器部９１のキャリアを励起させ、共振器部９１にて赤外光が生成される。そして、共振器部９１にて生成された赤外光は、分布ブラッグ反射鏡９５、９８間で反射され、赤外光を外部に取り出すことができる。
【００６９】
これにより、格子不整合や価電子不整合の問題から、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ化合物半導体構造とＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ化合物半導体構造とをエピタキシャル成長にて同一共振器内に作製することができない場合においても、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ化合物半導体構造とＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ化合物半導体構造とを結合させることが可能となる。このため、複数の波長の光を同一共振器構造内で効率よく発生させたり、同一共振器構造内で波長変換を効率よく行わせることが可能となり、光素子の集積化を可能としつつ、高効率な光素子を実現することができる。
なお、共振器部８１、９１に電流を注入するための電極を分布ブラッグ反射鏡９５、８８の表面に形成するようにしてもよい。また、共振器部８１、９１には、図７と同様に円柱状の開口部を形成し、２次元光閉じ込め構造を共振器部８１、９１に形成するようにしてもよい。
【００７０】
図１０（ａ）は図９の光共振器Ａの反射スペクトルの計算例を示す図、図１０（ｂ）は図９の光共振器Ｂの反射スペクトルの計算例を示す図である。
図１０（ａ）において、図９の光共振器Ａでは、波長が４００ｎｍの可視光が生成される。そして、光共振器Ａにて生成された可視光は透過率３０％程度で光共振器Ｂに入射する。そして、図１０（ｂ）に示すように、光共振器Ｂに入射した可視光は光共振器Ｂにおいて励起光として作用し、光共振器Ｂにおいて波長が８７０ｎｍの赤外光に変換される。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光共振器の製造方法を示す断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る光共振器の製造方法を示す断面図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る光共振器の概略構成を示す斜視図である。
【図４】本発明の光共振器に使用される紫外線硬化樹脂の光透過特性を示す図である。
【図５】本発明の第５実施形態に係る基板貼り合せ装置の概略構成を示す断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る光共振器の断面構造を示すＳＥＭ像である。
【図７】本発明の第６実施形態に係る光共振器の概略構成を示す斜視図である。
【図８】本発明の第７実施形態に係る光共振器の概略構成を示す斜視図である。
【図９】本発明の第８実施形態に係る光共振器の概略構成を示す斜視図である。
【図１０】図１０（ａ）は図９の光共振器Ａの反射スペクトルの計算例を示す図、図１０（ｂ）は図９の光共振器Ｂの反射スペクトルの計算例を示す図である。
【図１１】従来の１次元ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体微小光共振器の概略構成を示す斜視図である。
【図１２】従来の１次元窒化物半導体微小光共振器の概略構成を示す斜視図である。
【図１３】従来のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の２次元および３次元フォトニック結晶構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００７２】
１、１１、２１、４３、５１、６１、８１、９１  共振器部
１ａ、１ｂ、１１ａ、１１ｂ、２１ａ、２１ｂ、５１ａ、５１ｂ、８１ａ、８１ｂ  ＡｌＧａＮ化合物半導体膜
２、１２、２２、５２、６２、８２、９２  ＩｎＧａＮ化合物半導体光閉じ込め層
３、１３、４４  ＳｉＣ基板
４、７、１４、１７  反射鏡支持基板
５、８、１５、１８、２５、２８、４１、５５、５８、６５、６８、８５、８８、９５、９８  分布ブラッグ反射鏡
５ａ、８ａ、１５ａ、１８ａ、２５ａ、２８ａ、５５ａ、５８ａ、８５ａ、８８ａ  ＳｉＯ2膜
５ｂ、８ｂ、１５ｂ、１８ｂ、２５ｂ、２８ｂ、５５ｂ、５８ｂ、８５ｂ、８８ｂ  ＺｒＯ2膜
６、９、１６、１９、２６、２９、４２、５６、５９、６６、６９、７２、７３、８９、９６、９９  紫外線硬化樹脂
ＥＴ１、ＥＴ２  エッチング
３１  プレス機本体
３２  上部プレス治具
３３  石英平行平面基板
３４  紫外線導入用ファイバ
３５  プレス治具台座
３６  紫外光反射鏡
３７  試料
５１ｃ  開口部
５７  ストライプ
６１ａ、６１ｂ、９１ａ、９１ｂ  ＧａＡｓ化合物半導体膜
６５ａ、６８ａ、９５ａ、９８ａ  ＧａＡｓ膜
６５ｂ、６８ｂ  ＡｌＧａＡｓ膜
９５ｂ、９８ｂ  ＡｌＡｓ膜
７０、７１  第２高調波発生部
７０ａ、７１ａ  ＺｎＳｅ膜
７０ｂ、７１ｂ  ＭｇＳＳｅ膜
Ａ、Ｂ  光共振器
【図１】
2005322857.tif 000003
【図２】
2005322857.tif 000004
【図３】
2005322857.tif 000005
【図４】
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【図５】
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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６】
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