(57)【要約】【課題】２次元フォトニック結晶層の上部層をエピタキシャル法により形成する方法であって、２次元フォトニック結晶層の共振器としての性能を低下させない２次元フォトニック結晶レーザの製造方法を提供する。【解決手段】AlxGa1-xAs（0＜x≦0.8）と同じ結晶構造を有する母材層２５２Ａを作製する母材層作製工程と、母材層２５２Ａ内に、平面形状の最大幅dが200nm以下であって、深さhと該最大幅dの比h/dが0.1以上1.2以下である空孔２５１Ａを周期的に形成する空孔形成工程と、空孔２５１Ａ内に、前記AlxGa1-xAsから成る異屈折率領域２５１をエピタキシャル法により形成する異屈折率領域形成工程と、異屈折率領域２５１が形成された母材層２５２Ａの上に、AlyGa1-yAs（0≦y≦1）から成る層２６を前記エピタキシャル法により作製するエピタキシャル層作製工程と、を有する。【選択図】図３
2012033707.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
a) AlxGa1-xAs（0＜x≦0.8）と同じ結晶構造を有する母材層を作製する母材層作製工程と、
b) 前記母材層内に、平面形状の最大幅dが200nm以下であって、深さhと該最大幅dの比h/dが0.1以上1.2以下である空孔を周期的に形成する空孔形成工程と、
c) 前記空孔内に、前記AlxGa1-xAsから成る異屈折率領域をエピタキシャル法により形成する異屈折率領域形成工程と、
d) 前記異屈折率領域が形成された前記母材層の上に、AlyGa1-yAs（0≦y≦1）から成る層を前記エピタキシャル法により作製するエピタキシャル層作製工程と、
を有することを特徴とする２次元フォトニック結晶レーザの製造方法。
【請求項２】
前記xと前記yが等し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レーザの製造方法。
【請求項３】
前記異屈折率領域形成工程と前記エピタキシャル層作製工程を同時に行うことを特徴とする請求項２に記載の２次元フォトニック結晶レーザの製造方法。
【請求項４】
前記母材作製工程と前記異屈折率領域形成工程の間に、前記母材上に前記AlxGa1-xAsのエピタキシャル成長を阻害する結晶成長阻害膜を形成する工程を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の２次元フォトニック結晶レーザの製造方法。
【請求項５】
前記結晶成長阻害膜がSiO2、Si3N4、ZnO、ZrO2のいずれかであることを特徴とする請求項４に記載の２次元フォトニック結晶レーザの製造方法。
【請求項６】
前記母材層が、AlαGa1-αAs（0＜α＜1）又は(AlβGa1-β)γIn1-γP（0≦β＜1, 0＜γ＜1）をエピタキシャル成長させることにより作製した層であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の２次元フォトニック結晶レーザの製造方法。
【請求項７】
前記母材層が、複数の層を積層させた構造を有していることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の２次元フォトニック結晶レーザの製造方法。
【請求項８】
a) AlxGa1-xAs（0＜x≦0.65）と同じ結晶構造を有するエピタキシャル成長基板層の上に、該AlxGa1-xAsと屈折率が異なる柱状の異屈折率領域を周期的に形成する異屈折率領域形成工程と、
b) 前記異屈折率領域の間に、前記AlxGa1-xAsから成る母材をエピタキシャル法により作製する母材作製工程と、
c) 前記異屈折率領域と前記母材が形成された層の上に、AlyGa1-yAs（0≦y≦1）から成る層を前記エピタキシャル法により作製するエピタキシャル層作製工程と、
を有することを特徴とする２次元フォトニック結晶レーザの製造方法。
【請求項９】
前記異屈折率領域が、前記エピタキシャル成長基板層を、厚み方向の一部と前記異屈折率領域とを残してエッチングすることにより形成される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レーザの製造方法。
【請求項１０】
前記xと前記yが等しいことを特徴とする請求項８又は９に記載の２次元フォトニック結晶レーザの製造方法。
【請求項１１】
前記母材作製工程と前記エピタキシャル層作製工程を同時に行うことを特徴とする請求項１０に記載の２次元フォトニック結晶レーザの製造方法。
【請求項１２】
前記異屈折率領域形成工程と前記母材作製工程の間に、前記異屈折率領域上に前記AlxGa1-xAsのエピタキシャル成長を阻害する結晶成長阻害膜を形成する工程を有することを特徴とする請求項８〜１１に記載の２次元フォトニック結晶レーザの製造方法。
【請求項１３】
前記結晶成長阻害膜がSiO2、Si3N4、ZnO、ZrO2のいずれかにより形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の２次元フォトニック結晶レーザの製造方法。
【請求項１４】
前記異屈折率領域が、SiO2、Si3N4、ZnO、ZrO2のいずれかにより形成されていることを特徴とする請求項８〜１１のいずれかに記載の２次元フォトニック結晶レーザの製造方法。
【請求項１５】
前記エピタキシャル成長基板層が、AlαGa1-αAs（0≦α≦1）又は(AlβGa1-β)γIn1-γP（0≦β≦1, 0≦γ≦1）をエピタキシャル成長させることにより作製した層であることを特徴とする請求項８〜１４のいずれかに記載の２次元フォトニック結晶レーザの製造方法。
【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レーザを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、２次元フォトニック結晶を用いた新しいタイプのレーザが開発されている。２次元フォトニック結晶とは、誘電体から成る母材に屈折率の周期構造を形成したものであり、一般に母材とは屈折率が異なる領域（異屈折率領域）を母材内に周期的に設けることにより作製される。この周期構造により、結晶内でブラッグ回折が生じ、また、光のエネルギーにエネルギーバンドギャップが現れる。２次元フォトニック結晶レーザには、バンドギャップ効果を利用して点欠陥を共振器として用いるものと、光の群速度が0となるバンド端の定在波を利用するものがあるが、いずれも所定の波長の光を増幅してレーザ発振を得るものである。
【０００３】
特許文献１には空孔（異屈折率領域）が母材内に周期的に並んだ２次元フォトニック結晶構造を有する層の上に、別途作製された層を重ねて加熱することにより融着（熱融着）させる方法が記載されている。
【０００４】
しかしながら、この方法で作製した２次元フォトニック結晶レーザでは、熱融着を行った２次元フォトニック結晶層と、この２次元フォトニック結晶層の上に積層した層（以下、「上部層」とする）の融着面における界面準位のため、これらの界面において電気抵抗が高くなる。そのため、動作電圧が高くなり、レーザの連続発振が生じにくくなってしまう。また、熱融着を行う際に空孔の形状が崩れてしまい、２次元フォトニック結晶層の共振器としての性能が低下してしまうことがある。
【０００５】
一方、特許文献２には、GaNを母材とし、空孔が周期的に形成された２次元フォトニック結晶層の上に、AlGaNを直接、エピタキシャル成長させることにより上部層を形成する方法が記載されている。
【０００６】
特許文献２に記載の方法は、大別して、(i)空孔を残したまま上部層を形成する方法、(ii)空孔を埋めつつ上部層を形成する方法、(iii)柱状の異屈折率領域を先に形成し、その周囲をエピタキシャル成長により埋めることで母材を形成しつつ上部層を形成する方法、の３つである。
【０００７】
(ii)及び(iii)の方法では、異屈折率領域が空気以外の材料（具体的には上部層と同じ材料）で埋められることになる。このような構造では、異屈折率領域を空孔とした場合に比べて光の閉じ込め効果が低下するが、その一方で単一モード且つ大面積でレーザ発振させやすくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開2000-332351号公報
【特許文献２】国際公開WO2006/062084号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献２に記載の方法では、２次元フォトニック結晶層と上部層の界面において電気抵抗が高くなるという問題は生じない。しかしながら、(i)の方法では、上部層をエピタキシャル成長させる際に空孔の一部が上部層の材料で埋まってしまい、空孔の形状が変化してしまうという問題がある。また、(ii)及び(iii)の方法については、空孔内や柱状の異屈折率領域の間を上部層の材料で完全に埋めることが難しく、空洞が形成されやすいという問題がある。これらの場合、屈折率の周期構造が不完全なものとなってしまい、２次元フォトニック結晶層の共振器としての性能が低下するという問題が生じる。
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、２次元フォトニック結晶層の上部層をエピタキシャル法により形成する方法であって、２次元フォトニック結晶層の共振器としての性能を低下させない２次元フォトニック結晶レーザ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】
【００１１】
上記課題を解決するために成された第１発明に係る２次元フォトニック結晶レーザ製造方法は、
a) AlxGa1-xAs（0＜x≦0.8）と同じ結晶構造を有する母材層を作製する母材層作製工程と、
b) 前記母材層内に、平面形状の最大幅dが200nm以下であって、深さhと該最大幅dの比h/dが0.1以上1.2以下である空孔を周期的に形成する空孔形成工程と、
c) 前記空孔内に、前記AlxGa1-xAsから成る異屈折率領域をエピタキシャル法により形成する異屈折率領域形成工程と、
d) 前記異屈折率領域が形成された前記母材層の上に、AlyGa1-yAs（0≦y≦1）から成る層を前記エピタキシャル法により作製するエピタキシャル層作製工程と、
を有することを特徴とする。
【００１２】
なお、本願において「最大幅」とは、空孔の平面形状内に収まる最長の線分の長さをいう。例えば空孔の平面形状が円の場合には直径が、楕円の場合には長径が、三角形の場合には３辺のうちの最長の辺の長さが、それぞれ最大幅に該当する。
【００１３】
また、本願では、各層の相対的な位置関係を示すために、便宜的に「上」、「下」という語を用いるが、これらは、作製時の各層の向き及び作製後の２次元フォトニック結晶レーザの向きを限定するものではない。
【００１４】
また、上記課題を解決するために成された第２発明に係る２次元フォトニック結晶レーザ製造方法は、
a) AlxGa1-xAs（0＜x≦0.65）と同じ結晶構造を有するエピタキシャル成長基板層の上に、該AlxGa1-xAsと屈折率が異なる柱状の異屈折率領域を周期的に形成する異屈折率領域形成工程と、
b) 前記異屈折率領域の間に、前記AlxGa1-xAsから成る母材をエピタキシャル法により作製する母材作製工程と、
c) 前記異屈折率領域と前記母材が形成された層の上に、AlyGa1-yAs（0≦y≦1）から成る層を前記エピタキシャル法により作製するエピタキシャル層作製工程と、
を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る製造方法は、AlxGa1-xAs系材料をエピタキシャル成長させる際の成長特性に基づく方法であり、空孔の内部又は異屈折率領域の間の領域がAlxGa1-xAsで埋まりやすくなるようにしたものである。これにより、空孔の内部又は異屈折率領域の間の領域に空洞が形成されることなく、２次元フォトニック結晶層を作製することができるため、２次元フォトニック結晶層の共振器としての性能を低下させることがない。その結果、レーザ特性の高い２次元フォトニック結晶レーザを作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】２次元フォトニック結晶レーザの一般的な構造を示す斜視図。
【図２】２次元フォトニック結晶層の構造を示す上面図。
【図３】第１発明に係る２次元フォトニック結晶レーザの製造方法の一実施例（実施例１）を示す縦断面図。
【図４】母材層に形成する空孔の縦断面形状と横断面形状を示した図。
【図５】実施例１の方法により、空孔を異屈折率領域の材料で埋めた例を示す顕微鏡写真。
【図６】第１発明に係る２次元フォトニック結晶レーザの製造方法の一実施例（実施例２）を示す縦断面図。
【図７】第１発明に係る２次元フォトニック結晶レーザの製造方法の一実施例（実施例３）を示す縦断面図。
【図８】第２発明に係る２次元フォトニック結晶レーザの製造方法の一実施例（実施例４）を示す縦断面図。
【図９】実施例４の製造過程（図８(c)）で撮影した異屈折率領域２５１の電子顕微鏡写真(a)、及び実施例４で製造された２次元フォトニック結晶レーザの縦断面の一部における電子顕微鏡写真(b)。
【図１０】第２発明に係る２次元フォトニック結晶レーザの製造方法の一実施例（実施例５）を示す縦断面図。
【図１１】第２発明に係る２次元フォトニック結晶レーザの製造方法の一実施例（実施例６）を示す縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、２次元フォトニック結晶レーザの一般的な構造を示す斜視図である。この２次元フォトニック結晶レーザは、基板１１の上に、第１クラッド層１２、活性層１３、キャリアブロック層１４、２次元フォトニック結晶層１５、第２クラッド層１６、コンタクト層１７、が順に積層された構造を有している。そして、基板１１の下には下部電極１８が、コンタクト層１７の上には上部電極１９が、それぞれ設けられている。
【００１８】
ここで、２次元フォトニック結晶層１５は、円形や三角形等の平面形状を有する異屈折率領域１５１が、母材１５２内に周期的に形成されたものである（図２）。異屈折率領域１５１には、空孔を用いる場合と、母材１５２とは異なる材料から成る異屈折率部材を用いる場合がある。空孔を用いたものは、母材１５２との屈折率差を大きくすることができると共に２次元フォトニック結晶層１５の共振器としての性能を向上させることができるという特長を有するのに対して、異屈折率部材を用いたものは光の閉じ込め効果が低下するものの、その一方で単一モード且つ大面積でレーザ発振させやすくなる。
【００１９】
以下、本発明に係る２次元フォトニック結晶レーザの製造方法の実施例を説明する。
【実施例１】
【００２０】
図３を用いて、第１発明に係る２次元フォトニック結晶レーザの製造方法の一実施例を説明する。まず、基板２１の上に、n型のAl0.4Ga0.6Asから成る第１クラッド層２２、InGaAs/GaAsの多重量子井戸から成る活性層２３、Al0.4Ga0.6Asから成るキャリアブロック層２４、Al0.1Ga0.9Asから成る母材層２５２Ａを順にエピタキシャル法により形成する（図３(a)）。次に、電子ビームリソグラフィ法及びエッチング法を用いて、母材層２５２Ａに対して、平面形状が円形の空孔２５１Ａを、径（最大幅）dが110nm、深さhが120nm、すなわちアスペクト比h/dが1.09となるように所定の周期で多数形成する（図３(b)）。続いて、空孔２５１Ａ内及び母材層２５２Ａ上に、p型のAl0.4Ga0.6Asから成る結晶をエピタキシャル成長させる（図３(c)）。これにより、空孔２５１Ａ内にp型Al0.4Ga0.6Asから成る異屈折率領域２５１が形成され、母材２５２及び異屈折率領域２５１から成る２次元フォトニック結晶層２５が作製される。それと共に、２次元フォトニック結晶層２５の上にp型Al0.4Ga0.6Asから成る第２クラッド層２６が作製される。その後、基板２１の下に下部電極（窓状電極）２８を設けると共に、第２クラッド層２６の上にコンタクト層２７及び上部電極２９をこの順に設ける（図３(d)）。これにより、２次元フォトニック結晶レーザが完成する。
【００２１】
なお、各層の材料は上記のものには限定されない。例えば、異屈折率領域２５１及び第２クラッド層２６の材料にはAlxGa1-xAs（0＜x≦0.8）を用いることができる。この材料は、Alの含有率が小さくなるほど、作製時に用いるガスの分子が拡散しやすくなり、空孔２５１Ａ内に到達し易くなる。母材層２５２Ａの材料には、異屈折率領域２５１の材料と同じ結晶構造を有するAlαGa1-αAs（0＜α＜1、但しα≠x）や(AlβGa1-β)γIn1-γP（0≦β＜1, 0＜γ＜1）などを用いることができる。
【００２２】
空孔２５１Ａ（及び空孔２５１Ａが異屈折率部材で埋められた異屈折率領域２５１）の平面形状は円形に限らず、楕円形や三角形など、種々の形状を採りうる。また、最大幅d及びアスペクト比h/dは上記の値には限られず、d≦200nm、0.1≦h/d≦1.2の範囲内であれば、上記ガス分子を空孔２５１Ａの底面まで十分に到達させることができる。ここで最大幅dは、空孔２５１Ａの平面形状における縁の任意の２点間を結ぶ線分であって全体が該平面形状内に収まるもののうち、最長のものの長さをいう。例えば、平面形状が円形の場合には径の長さが最大幅に該当し、三角形の場合には最長の辺の長さが最大幅に該当する（図４）。
【００２３】
図５に、実施例１の方法により空孔２５１Ａ内にp型Al0.4Ga0.6Asから成る結晶をエピタキシャル法により形成した実験の結果を電子顕微鏡写真で示す。なお、この実験では、p型Al0.4Ga0.6Asの結晶が50nm形成されたところで結晶成長を止めた。空孔２５１Ａは、(a) d=130nm, h=60nm, h/d=0.46のものと、(b)d=130nm, h=80nm, h/d=0.63のものを作製した。得られた電子顕微鏡写真から、結晶成長後には空孔２５１Ａが隙間無く埋められていることが確認された。
【実施例２】
【００２４】
図６を用いて、第１発明に係る２次元フォトニック結晶レーザの製造方法の他の実施例を説明する。本実施例では、異屈折率領域と第２クラッド層を別の工程で作製する。まず、実施例１と同じ方法及び材料を用いて、基板２１の上に第１クラッド層２２、活性層２３、キャリアブロック層２４及び母材層２５２Ａを順に形成し（図６(a)）、母材層２５２Ａに空孔２５１Ａを形成する（図６(b)）。次に、空孔２５１Ａ内に、該空孔２５１Ａが埋まるまで、AlyGa1-yAs（0≦y≦1）から成る結晶をエピタキシャル法により作製する（図６(c)）ことにより、空孔２５１Ａ内に異屈折率領域２５１Ｂが形成される。その際、母材層２５２Ａ上にもAl0.4Ga0.6Asから成るバッファ層２５３が形成される。続いて、バッファ層２５３の上に、p型のAl0.4Ga0.6Asから成る第２クラッド層２６Ａをエピタキシャル法により作製する（図６(d)）。その後、実施例１と同様に、下部電極２８、コンタクト層２７及び上部電極２９を形成する（図６(e)）ことにより、２次元フォトニック結晶レーザが完成する。
【実施例３】
【００２５】
図７を用いて、第１発明に係る２次元フォトニック結晶レーザの製造方法の他の実施例を説明する。まず、実施例１と同じ方法及び材料を用いて、基板２１の上に第１クラッド層２２、活性層２３、キャリアブロック層２４及び母材層２５２Ａを順に形成する。そして、母材層２５２Ａの上に、異屈折率領域の材料であるAlxGa1-xAs（本実施例ではx=0.4）のエピタキシャル成長を阻害する材料であるSiO2から成る結晶成長阻害膜３１を形成する（図７(a)）。なお、結晶成長阻害膜３１の材料にはSi3N4、ZnO、ZrO2を用いることもできる。次に、電子ビームリソグラフィ法により異屈折率領域以外の位置をマスクするレジスト３２のパターンを形成し、結晶成長阻害膜３１をエッチング可能なエッチング剤でエッチング処理を行った後、エッチング剤を変えて母材層２５２Ａに対してエッチング処理を行う。これにより、結晶成長阻害膜３１を貫いて母材層２５２Ａまで達する空孔２５１Ｃを形成する（図７(b)）。続いて、レジスト３２を除去した後、空孔２５１Ｃ内にAlxGa1-xAsから成る結晶をエピタキシャル法により形成することにより、AlxGa1-xAsから成る異屈折率領域２５１Ｄを作製する（図７(c)）。その際、母材層２５２Ａの上面のうち空孔２５１Ｃが無い部分では、結晶成長阻害膜３１が残存しているため、AlxGa1-xAsの結晶はエピタキシャル成長しない。これにより、AlxGa1-xAsの結晶が母材層２５２Ａの上面から横方向に延びて空孔２５１Ｃを塞ぐことを防ぐことができ、異屈折率領域２５１Ｄ内に空洞ができることを防ぐことができる。次に、結晶成長阻害膜３１を除去し、母材層２５２Ａ及び異屈折率領域２５１Ｄの上に、p型のAl0.4Ga0.6Asから成る第２クラッド層２６Ｂをエピタキシャル法により作製する（図７(d)）。その後、実施例１と同様に、下部電極２８、コンタクト層２７及び上部電極２９を形成する（図７(e)）ことにより、２次元フォトニック結晶レーザが完成する。
【実施例４】
【００２６】
図８を用いて、第２発明に係る２次元フォトニック結晶レーザの製造方法の一実施例を説明する。まず、基板４１の上に、n型のAl0.65Ga0.35Asから成る第１クラッド層４２、InGaAs/GaAsの多重量子井戸から成る活性層４３、Al0.4Ga0.6Asから成るキャリアブロック層４４を順にエピタキシャル法により形成する（図８(a)）。次に、キャリアブロック層４４の上に、SiO2から成る層である異屈折率領域前駆層４５１Ａをスパッタ法で形成する（図８(b)）。続いて、電子ビームリソグラフィ法及びエッチング法を用いて、周期的に配置された円柱状の領域を残して異屈折率領域前駆層４５１Ａを除去する。これにより、キャリアブロック層４４の上にSiO2から成る柱状の異屈折率領域４５１を形成する（図８(c)）。そして、異屈折率領域前駆層４５１Ａが除去された領域におけるキャリアブロック層４４を基板（エピタキシャル成長基板層）として、該基板の上に、p型のAl0.65Ga0.35Asから成る結晶をエピタキシャル成長させることにより、異屈折率領域４５１の間に母材４５２を形成する（図８(d)）。これにより、異屈折率領域４５１の間に母材４５２が形成された２次元フォトニック結晶層４５が作製される。ここで、異屈折率領域４５１がSiO2から成ることから、母材４５２が異屈折率領域４５１と同じ高さに成長するまでは、異屈折率領域４５１の上にはp型Al0.65Ga0.35Asから成る結晶は成長しない。そして、母材４５２が異屈折率領域４５１と同じ高さまで成長した後、引き続いてp型Al0.65Ga0.35Asの結晶成長を継続させると、p型Al0.65Ga0.35Asの結晶が縦方向のみならず横方向にも成長するため、異屈折率領域４５１の上面を含めて、２次元フォトニック結晶層４５の上にp型Al0.4Ga0.6Asから成る第２クラッド層４６が作製される（図８(e)）。その後、第１実施例と同様に、基板４１の下に下部電極４８を設けると共に、第２クラッド層４６の上にコンタクト層４７及び上部電極４９をこの順に設ける（図８(f)）。これにより、２次元フォトニック結晶レーザが完成する。
【００２７】
本実施例では、異屈折率領域４５１の大きさ（アスペクト比）は特に問わない。また、各層の材料は上記のものには限定されない。例えば、異屈折率領域４５１（及び異屈折率領域前駆層４５１Ａ）の材料にはSi3N4、ZnO、ZrO2などを用いることができる。母材４５２及び第２クラッド層４６の材料にはAlxGa1-xAs（0＜x≦0.65）を用いることができる。また、異屈折率領域４５１の形状は円柱状には限らず、楕円柱状や三角柱状など、種々の形状を採りうる。
【００２８】
本実施例では、異屈折率領域前駆層４５１Ａをエッチングした直後（図８(c)に相当）に撮影した電子顕微鏡（図９(a)）により、三角柱状の異屈折率領域４５１が多数形成されていることを確認した。また、２次元フォトニック結晶レーザの完成後に該レーザの縦断面を撮影した電子顕微鏡（図９(b)）により、異屈折率領域４５１の周囲に母材４５２が隙間無く（空洞ができること無く）形成されていることを確認した。
【００２９】
なお、母材４５２を第２クラッド層４６とは異なる材料で作製する場合には、母材４５２が異屈折率領域４５１と同じ高さに成長した（図８(d)）後、異屈折率領域４５１及び母材４５２の表面に供給する材料を第２クラッド層４６のものに変更すればよい。
【実施例５】
【００３０】
図１０を用いて、第２発明に係る２次元フォトニック結晶レーザの製造方法の他の実施例を説明する。本実施例では、異屈折率領域前駆層４５１Ｂに、AlαGa1-αAs（0＜α＜1、但しα≠x）や(AlβGa1-β)γIn1-γP（0≦β＜1, 0＜γ＜1）など、母材４５２と同じ結晶構造を有する材料でエピタキシャル法により作製されたものを用いる（図１０(a)）。そして、異屈折率領域前駆層４５１Ｂを形成した後に、電子ビームリソグラフィ法及びエッチング法を用い、周期的に配置された円柱状の領域を残して、異屈折率領域前駆層４５１Ｂを上面から途中まで除去する。これにより、異屈折率領域前駆層４５１Ｂの下側の一部が残って形成されたスペーサ層４５３の上に、異屈折率領域４５１Ｃが形成される（図１０(b)）。そして、スペーサ層４５３及び異屈折率領域４５１Ｃをエピタキシャル成長基板層として、その上に、p型のAl0.65Ga0.35Asから成る結晶をエピタキシャル成長させることにより、母材４５２及び第２クラッド層４６を作製する（図１０(c)）。その後、実施例４と同様に、下部電極４８、コンタクト層４７及び上部電極４９を形成する（図１０(d)）ことにより、２次元フォトニック結晶レーザが完成する。
【実施例６】
【００３１】
図１１を用いて、第２発明に係る２次元フォトニック結晶レーザの製造方法の他の実施例を説明する。まず、実施例５と同じ方法及び材料を用いて、基板４１の上に、第１クラッド層４２、活性層４３、キャリアブロック層４４、異屈折率領域前駆層４５１Ｂを順にエピタキシャル法により形成する。次に、異屈折率領域前駆層４５１Ｂの上に、母材の材料であるAlxGa1-xAs（本実施例ではx=0.65）のエピタキシャル成長を阻害する材料であるSiO2から成る結晶成長阻害膜５１が形成される（図１１(a)）。なお、結晶成長阻害膜５１の材料にはSi3N4、ZnO、ZrO2を用いることもできる。次に、電子ビームリソグラフィ法により異屈折率領域の位置をマスクするレジスト５２のパターンを形成し、結晶成長阻害膜５１をエッチング可能なエッチング剤でエッチング処理を行った後、エッチング剤を変えて異屈折率領域前駆層４５１Ｂに対してエッチング処理を行う。これにより、上面に結晶成長阻害膜５１を有する異屈折率領域４５１Ｃを形成する（図１１(b)）。続いて、異屈折率領域前駆層４５１Ｂの下側の一部が残って形成されたスペーサ層４５３をエピタキシャル成長基板層として、その上に、Al0.65Ga0.35Asから成る結晶をエピタキシャル成長させることにより、母材４５２を形成する（図１１(c)）。その際、異屈折率領域４５１Ｃの上面に結晶成長阻害膜５１が存在するため、異屈折率領域４５１Ｃの上面からp型のAl0.65Ga0.35Asの結晶が横方向に延びて異屈折率領域４５１Ｃの間の領域を塞ぐことがなく、それにより母材４５２内に空洞が形成されることを防ぐことができる。次に、結晶成長阻害膜５１を除去し、異屈折率領域４５１Ｃ及び母材４５２の上に、p型のAl0.65Ga0.35Asから成る第２クラッド層４６をエピタキシャル法により作製する（図１１(d)）。その後、実施例４と同様に、下部電極４８、コンタクト層４７及び上部電極４９を形成する（図１１(e)）ことにより、２次元フォトニック結晶レーザが完成する。
【００３２】
なお、本実施例において、母材４５２を形成した（図１１(c)）後、結晶成長阻害膜５１を除去することなく第２クラッド層４６を作製してもよい。この場合、結晶成長阻害膜５１よりも高い位置まで第２クラッド層４６の結晶が成長した後には、該結晶が縦方向だけではなく横方向にも成長するため、結晶成長阻害膜５１の上面を第２クラッド層４６で覆うことができる。また、母材４５２と第２クラッド層４６は異なる材料を用いて作製してもよい。
【００３３】
上記の実施例はあくまで一例であり、本発明の趣旨の範囲で適宜に変形や修正、追加などを行っても構わない。例えば、上記実施例では母材層２５としてAl0.1Ga0.9As層が一層のみの構造としたが、αの異なる複数のAlαGa1-αAs層を積層させた構造であっても良く、さらにそのうちの一部の層がGaAsの層や他の半導体の層に置き換わっていても良い。母材層として(AlβGa1-β)γIn1-γP系材料を用いた場合も、同様にβとγが異なる複数の層を積層させた構造としたり、そのうちの一部の層をGaAsの層や他の半導体の層に置き換えたりすることができる。
【符号の説明】
【００３４】
１１、２１、４１…基板
１２、２２、４２…第１クラッド層
１３、２３、４３…活性層
１４、２４、４４…キャリアブロック層
１５、２５、４５…２次元フォトニック結晶層
１５１、２５１、２５１Ｂ、２５１Ｄ、４５１、４５１Ｃ…異屈折率領域
１５２、２５２、４５２…母材
１６、２６、２６Ａ、２６Ｂ、４６…第２クラッド層
１７、２７、４７…コンタクト層
１８、２８、４８…下部電極
１９、２９、４９…上部電極
２５１Ａ、２５１Ｃ…空孔
２５１Ｄ…異屈折率領域
２５２Ａ…母材層
２５３…バッファ層
３１、５１…結晶成長阻害膜
３２、５２…レジスト
４５１Ａ、４５１Ｂ…異屈折率領域前駆層
４５３…スペーサ層
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【図５】
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【図９】
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