(57)【要約】      （修正有）【課題】上下方向へのビームの射出割合を制御する、上下非対称な大きさを持つ構造体を製造する際に、このような構造体を精度良く容易に製造することが可能となるフォトニック結晶面発光レーザの製造方法を提供する。【解決手段】窒化物半導体基板１０１として、窒化物半導体基板のＣ軸が窒化物半導体基板の法線と窒化物半導体基板の主面１１２との双方から傾いた構造を有する窒化物半導体基板を用い、窒化物半導体基板の上に、活性層１０３を含む窒化物半導体層を成長させる成長工程と、窒化物半導体層１０４に、２次元フォトニック結晶を形成するための細孔１０６をエッチングにより形成するエッチング工程と、細孔が形成された窒化物半導体層を、窒素を含む原料雰囲気下で窒化物半導体層を構成する原子を輸送させる熱処理を行い、熱処理によって細孔の深さ方向の形状を上下非対称に変化させる熱処理工程と、を有する。【選択図】図１
2013093367.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体基板の上に、２次元フォトニック結晶を備えたフォトニック結晶面発光レーザの製造方法であって、
前記窒化物半導体基板として、該窒化物半導体基板のＣ軸が該窒化物半導体基板の法線と該窒化物半導体基板の主面との双方から傾いた構造を有する窒化物半導体基板を用い、
前記窒化物半導体基板の上に、活性層を含む窒化物半導体層を成長させる成長工程と、
前記窒化物半導体層に、エッチングマスクを用いて前記２次元フォトニック結晶を形成するための細孔をエッチングにより形成するエッチング工程と、
前記細孔が形成された窒化物半導体層を、窒素を含む原料雰囲気下で該窒化物半導体層を構成する原子を輸送させる熱処理を行い、該熱処理によって該細孔の深さ方向の形状を上下非対称に変化させる熱処理工程と、
を有することを特徴とするフォトニック結晶面発光レーザの製造方法。
【請求項２】
前記Ｃ軸と前記法線のなす角度が、前記Ｃ軸と前記法線で形成される平面で断面視したときの、｛１＿１０１｝面と（０００＿１）面がなす角度に等しいことを特徴とする請求項１に記載のフォトニック結晶面発光レーザの製造方法。
【請求項３】
前記Ｃ軸と前記法線のなす角度が、５８度以上、６２度以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフォトニック結晶面発光レーザの製造方法。
【請求項４】
前記窒化物半導体基板のＡ軸が、前記Ｃ軸と前記法線とで形成される平面上にあることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のフォトニック結晶面発光レーザの製造方法。
【請求項５】
前記熱処理工程において、エピタキシャル成長温度で熱処理を行うことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のフォトニック結晶面発光レーザの製造方法。
【請求項６】
前記窒化物半導体層を構成する窒化物半導体がＧａＮであって、前記熱処理工程において１０００℃以上、１２００℃以下の範囲で熱処理を行うことを特徴とする請求項５に記載のフォトニック結晶面発光レーザの製造方法。
【請求項７】
前記エッチング工程において、前記エッチングマスクの開口部が、
前記窒化物半導体基板のＣ軸を前記窒化物半導体の主面に射影した方向に向かって広くなる形状を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のフォトニック結晶面発光レーザの製造方法。
【請求項８】
前記エッチング工程において、前記エッチングマスクの開口部の少なくとも１辺が、
前記窒化物半導体層の（０００＿１）面または｛１＿１０１｝面を前記主面で断面視したときの方向と平行であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のフォトニック結晶面発光レーザの製造方法。
【請求項９】
前記２次元フォトニック結晶が正方格子または直交格子であって、
前記２次元フォトニック結晶の単位格子ベクトルが、前記Ｃ軸を前記主面に射影した方向と平行であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のフォトニック結晶面発光レーザの製造方法。
【請求項１０】
前記Ｃ軸と前記法線のなす角度が、前記Ｃ軸と前記法線で形成される平面で断面視したときの、｛１＿１０１｝面と（０００＿１）面がなす角度の半分よりも大きいことを特徴とする請求項９に記載のフォトニック結晶面発光レーザの製造方法。
【請求項１１】
前記活性層の物性利得の支配的な偏光方向が、前記Ｃ軸を前記主面に射影した方向と前記法線に垂直な方向であることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のフォトニック結晶面発光レーザの製造方法。
【請求項１２】
前記フォトニック結晶面発光レーザの発光波長が、緑帯域であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載のフォトニック結晶面発光レーザの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトニック結晶面発光レーザの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、フォトニック結晶を半導体レーザに適用した例が多く報告されている。例えば、特許文献１には、活性層の近傍に２次元フォトニック結晶を形成した面発光レーザが開示されている。
この２次元フォトニック結晶は、半導体層に円柱状の空孔等の周期構造体が周期的に設けられており、２次元的に周期的な屈折率分布を持っている。
周期的な屈折率分布により、活性層で生成される光が共振し、定在波を形成してレーザ発振する。
このようなフォトニック結晶面発光レーザにおいて、特許文献２では上下方向へのビームの射出割合を制御できる構造が提案されている。
この特許文献２のものにおいては、フォトニック上下方向に空孔等の周期構造体の大きさを変化させる構造、即ち上下非対称な大きさを持つ構造体を用いて、上下方向へのビームの射出割合が制御できるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３３２３５１号公報
【特許文献２】特開２００３−２７３４５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来例の特許文献２のようなフォトニック結晶面発光レーザにおいて、上下非対称な大きさを持つ構造体を精度良く製造することは困難であるという課題を有している。
すなわち、特許文献２では、上下非対称な大きさを持つ構造体を、パターニング工程とエッチング工程を複数回繰り返す、いわゆる多段エッチングの方法を用いて製造する方法が開示されている。
しかし、多段エッチングを用いた場合、複数回のパターニング工程間の位置あわせが必要になる。
特に、フォトニック結晶面発光レーザを形成する周期構造体の場合は、構造体の大きさが小さいため、位置合わせへの要求精度が高い。
従って、このような特許文献２に開示されている手法を用いて、フォトニック結晶面発光レーザにおける上下非対称な周期構造体を精度良く製造することは困難である。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑み、上下方向へのビームの射出割合を制御する、上下非対称な大きさを持つ構造体を製造する際に、このような構造体を精度良く容易に製造することが可能となるフォトニック結晶面発光レーザの製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のフォトニック結晶面発光レーザの製造方法は、窒化物半導体基板の上に、２次元フォトニック結晶を備えたフォトニック結晶面発光レーザの製造方法であって、
前記窒化物半導体基板として、該窒化物半導体基板のＣ軸が該窒化物半導体基板の法線と該窒化物半導体基板の主面との双方から傾いた構造を有する窒化物半導体基板を用い、
前記窒化物半導体基板の上に、活性層を含む窒化物半導体層を成長させる成長工程と、
前記窒化物半導体層に、エッチングマスクを用いて前記２次元フォトニック結晶を形成するための細孔をエッチングにより形成するエッチング工程と、
前記細孔が形成された窒化物半導体層を、窒素を含む原料雰囲気下で該窒化物半導体層を構成する原子を輸送させる熱処理を行い、該熱処理によって該細孔の深さ方向の形状を上下非対称に変化させる熱処理工程と、
を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、上下方向へのビームの射出割合を制御する、上下非対称な大きさを持つ構造体を製造する際に、このような構造体を精度良く容易に製造することが可能となるフォトニック結晶面発光レーザの製造方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態１のフォトニック結晶面発光レーザの製造方法を説明する図であり、（ａ）〜（ｄ）はその前処理工程を説明する図。
【図２】実施形態１のフォトニック結晶面発光レーザの製造方法を説明する図であり、（ｅ）〜（ｇ）は前処理工程に続く後処理工程を説明する図。
【図３】実施形態１のフォトニック結晶面発光レーザにおける窒化物半導体基板１０１のＡ軸（［１１＿２０］）がＣ軸と法線１１１とで形成される平面上にあるときについて説明する図。
【図４】実施形態１のフォトニック結晶面発光レーザにおける窒化物半導体基板１０１のＡ軸（［１１＿２０］）がＣ軸と法線１１１とで形成される平面上にあるときについて説明する図。
【図５】実施形態１のフォトニック結晶面発光レーザにおける窒化物半導体基板１０１のＡ軸（［１１＿２０］）がＣ軸と法線１１１とで形成される平面上にあるときについて説明する図。
【図６】実施形態１のフォトニック結晶面発光レーザにおける窒化物半導体基板１０１のＭ軸（［１＿１００］）がＣ軸と法線１１１とで形成される平面上にあるときについて説明する図。
【図７】実施形態１のフォトニック結晶面発光レーザにおける窒化物半導体基板１０１のＭ軸（［１＿１００］）がＣ軸と法線１１１とで形成される平面上にあるときについて説明する図。
【図８】実施形態１のフォトニック結晶面発光レーザにおける窒化物半導体基板１０１のＭ軸（［１＿１００］）がＣ軸と法線１１１とで形成される平面上にあるときについて説明する図。
【図９】実施形態１のフォトニック結晶面発光レーザの細孔形状について説明する図。
【図１０】実施形態１、２のエッチングマスクと細孔の形状について説明する図。
【図１１】実施形態３のフォトニック結晶面発光レーザの細孔形状と対称性について説明する図。
【図１２】実施形態３のフォトニック結晶面発光レーザの細孔形状について説明する図。
【図１３】実施例１のフォトニック結晶面発光レーザの層構成を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明の実施形態におけるフォトニック結晶面発光レーザの製造方法について説明する。
なお、以下の各実施形態の間での説明において、同一の構成要素については同一の符号を付して説明する。
［実施形態１］
実施形態１として、本発明を適用したフォトニック結晶面発光レーザの製造方法におけるフォトニック結晶面発光レーザ１００の製造工程を、図１及び図２を用いて各工程毎に
順次説明する。
まず、前処理工程を行う。
図１（ａ）に示す成長工程について説明する。
窒化物半導体基板１０１に、ｎ型窒化物半導体層１０２、活性層１０３、ｐ型窒化物半導体層１０４を、例えばＭＯＣＶＤ法等によって、順次、エピタキシャル成長させる。
窒化物半導体基板１０１のＣ軸（［０００１］方向）は、窒化物半導体基板１０１の法線１１１から、０度と９０度でない角度θだけ傾いている。
即ち、Ｃ軸は窒化物半導体基板１０１の法線１１１、主面１１２の双方から傾いている。窒化物半導体とは、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＧａＮまたは、これらの混晶を意味する。活性層１０３は、ｎ型窒化物半導体層１０２およびｐ型窒化物半導体層１０４のバンドギャップよりも狭いバンドギャップを持つ窒化物半導体から形成される。活性層１０３は例えば多重量子井戸を用いる。
【００１０】
次に、図１（ｂ）、図１（ｃ）に示すエッチング工程を行う。
ｐ型窒化物半導体層１０４上に、プラズマＣＶＤやスパッタ等によって、エッチングマスク１０５を成膜する。
エッチングマスク１０５の材料は、例えば酸化シリコンや窒化シリコンを用いる。その後、電子線リソグラフィ等によってレジストからなるフォトニック結晶パターンを作製する。
続いて、レジストをマスクとしたドライエッチングにより、２次元フォトニック結晶を有するエッチングマスク１０５を形成する（図１（ｂ））。
ここでのドライエッチングに用いるガスとしては、例えば、ＣＦ4やＣＨＦ3を用いることができる。
その後、エッチングマスク１０５をマスクとしたドライエッチングにより、ｐ型窒化物半導体層１０４に、２次元フォトニック結晶を有する細孔１０６を形成する。
ここで細孔１０６を形成する際に用いるガスとしては、例えば、Ｃｌ2、ＨＣｌ、ＣＣｌ3、ＨＢｒ、ＨＩのいずれかのガスと、Ｈｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｎ2のいずれかのガスとの混合ガスを用いることができる。
続いて、エッチングマスク１０５を、例えばフッ酸に浸すことによって除去する（図１（ｃ））。
エッチングマスク１０５の２次元フォトニック結晶は、正方格子、直交格子、三角格子、斜方格子のいずれかを用いる。格子点形状は円や三角形や四角形などの多角形とする。
【００１１】
続いて、図１（ｄ）に示す熱処理工程を行う。
この熱処理工程では、細孔１０６でマストランスポートを生じさせ、細孔１０６の表面に、ｐ型窒化物半導体層１０４を構成する窒化物半導体の結晶面１０７を形成する。
同時に、窒化物半導体を成長させ、細孔１０６をｐ型窒化物半導体層１０４中に埋め込む。
この際、窒化物半導体基板１０１のＣ軸が、窒化物半導体基板１０１の法線１１１および主面１１２から傾いているために、細孔１０６の深さ方向の形状が上下非対称に変化する。
【００１２】
以下に、上記熱処理工程について、図３〜図８を用いて詳細に説明する。
まず、マストランスポートにおける結晶面１０７形成について説明する。
マストランスポートとは、熱エネルギーによって原子が表面から脱離して輸送された後、表面エネルギーが小さくなる位置で再吸着する現象である。
即ち、マストランスポートによって形成される面１０７は結晶構造によって決定される。窒化物半導体の場合、マストランスポートで形成される面は（０００＿１）面と｛１＿１０１｝面、あるいはより高指数の斜めの面が形成され易い。
中でも、低指数の（０００＿１）面と｛１＿１０１｝面が特に形成され易い。
従って、Ｃ軸と法線１１１とのなす角度θによらず、（０００＿１）面と、｛１＿１０１｝面が細孔１０６の表面に形成されることになる。
【００１３】
図３〜図８は、窒化物半導体基板１０１のＣ軸と法線１１１とのなす角度と、熱処理工程後に形成される細孔１０６の形状について示した図面である。
図３〜図５は窒化物半導体基板１０１のＡ軸（［１１＿２０］）がＣ軸と法線１１１とで形成される平面上にあるときを示す図である。
また、図６〜図８は窒化物半導体基板１０１のＭ軸（［１＿１００］）がＣ軸と法線１１１とで形成される平面上にあるときを示す図である。
各図の上半分はＢ−Ｂ´面から矢印の方向を見た時の細孔１０６の平面図、下半分は細孔１０６をＡ−Ａ´面で切断した断面図である。
図５（ｆ）、図８（ｆ）のように、θ＝０、即ちＣ軸が法線１１１と平行な場合、上側にも下側にも結晶面｛１＿１０１｝が形成されるため、深さ方向に上下対称な細孔が形成される。
図３（ａ）や図６（ａ）のようにθ＝９０度、即ちＣ軸が主面１１２と平行な場合、主面１１２内に平行なＣ軸に対して、結晶面｛１＿１０１｝が線対称であるため、深さ方向に上下対称な細孔が形成される。しかし、θ＝０度、９０度以外の場合、法線１１１からも主面１１２からも傾いたＣ軸に対して、結晶面｛１＿１０１｝が線対称となっている。
そのため、図３（ｂ）〜図５（ｅ）、図６（ｂ）〜図８（ｅ）に示すように、深さ方向に上下非対称な孔が形成される。
即ち、Ｃ軸が法線１１１および主面１１２から傾いている窒化物半導体基板１０１を用いることで、熱処理工程にて細孔１０６の深さ方向の形状が上下非対称に変化する。
【００１４】
Ｃ軸と法線１１１がなす角度θは、Ｃ軸と法線１１１で形成される平面で断面視したときの、｛１＿１０１｝面と（０００＿１）面がなす角度αに近いほど、細孔１０６の上下非対称性が大きくなるため好ましい。
例えば、ＧａＮの場合、Ｃ軸を法線１１１からＡ軸方向に傾けた場合は角度α＝５８度、Ｃ軸を法線１１１からＭ軸方向に傾けた場合は角度α＝６２度である。Ｃ軸を法線１１１からＡ軸とＭ軸の間に傾けた場合は、角度αは５８度と６２度の中間の値を取る。
即ち、角度αは５８度以上、６２度以下である。図４（ｃ）はθ＝５８度（＝角度α）、図７（ｃ）はθ＝６２度（＝角度α）の時の、細孔１０６の形状である。この時、孔の下側の｛１＿１０１｝面は主面１１２に対して平行になる。
一方、孔の上側の｛１＿１０１｝面と（０００１）面は、立面図において左右対称に上に凸となる。従って、角度θが上記した角度αに近いほど、細孔１０６の上下非対称性が大きくなるため好ましい。
【００１５】
また、法線１１１はＣ軸からＡ軸方向に傾けた方が、細孔１０６の上下非対称性が大きくなるため、好ましい。
すなわち、Ａ軸がＣ軸と法線１１１とで形成される平面上にある方が好ましい。図９は、法線１１１をＣ軸から傾ける方向をＡ軸からＭ軸に向かって変えた時の、熱処理工程後に形成される細孔１０６の断面図である。
図９よりわかるように、傾ける方向をＭ軸からＡ軸に傾けるにつれて、断面視したときの（０００＿１）面と、｛１＿１０１｝面のなす角度βが小さくなる。
従って、Ｍ軸からＡ軸に傾けるにつれて細孔１０６はより上に凸になり、細孔１０６の上下非対称性が大きくなるため、好ましい。
【００１６】
次に、熱処理工程を行う条件について説明する。
熱処理工程では、ｐ型窒化物半導体層１０４からの窒素の脱離を抑えるために、Ｖ族である窒素の原料雰囲気下中で行う。Ｖ族の供給源は、例えばＮ2やＮＨ3を用いる。
熱処理工程を行う温度は、ｐ型窒化物半導体層１０４を形成する窒化物半導体がマストラ
ンスポートを生じ、結晶面１０７が形成される条件であれば良い。
具体的には、エピタキシャル成長温度まで基板を加熱すれば十分である。
エピタキシャル成長温度とは、半導体結晶を結晶性良く成長するための温度であり、例えばＧａＮでは１０００℃以上、１２００℃以下の範囲である。
エピタキシャル成長温度より高い温度で熱処理を行った場合、表面の原子の一部が蒸発してしまうため、エピタキシャル成長温度以下で熱処理を行った方が良い。
一方、エピタキシャル成長温度より小さい温度でも、原子の拡散がわずかに生じて結晶面１０７が形成されるため、エピタキシャル成長温度より小さい温度で熱処理を行っても良い。例えば，ＧａＮの場合、８００℃でも原子の拡散が生じる。
但し、熱処理の温度がエピタキシャル成長温度である方が、原子の輸送に十分な熱エネルギーが与えられ、結晶面１０７が形成されやすいため好ましい。
【００１７】
次に、上記図１（ａ）〜図１（ｄ）の前処理工程に続く工程として、図２（ｅ）〜図２（ｇ）に示す後処理工程を行う。
まず、熱処理工程にて、上下非対称な細孔１０６を形成した後、電極とオーミックコンタクトを取るためのｐ型コンタクト層１０８を、エピタキシャル成長させる（図２（ｅ））。
その後、ｐ型コンタクト層１０８上に、ｐ型電極１０９を電子線蒸着やスパッタ等によって作製する。ｐ型電極１０９の材料は、例えばＮｉ／Ａｕを用いればよい。
更に、ｎ型電極１１０を窒化物半導体基板１０１の下部に、電子線蒸着やスパッタ等によって作製する（図２（ｆ））。ｎ型電極１１０の材料は、例えばＴｉ／Ａｌを用いればよい。
また、図２（ｇ）に示すように、ｎ型電極１１０をｎ型窒化物半導体層１０２の上部に設けても良い。
この場合、ｐ型コンタクト層１０８、ｐ型窒化物半導体層１０４、活性層１０３の一部をパターニングとエッチング等によって除去してから、ｎ型電極１１０を作製すれば良い。このようにして、図１及び図２に示す工程によって、フォトニック結晶面発光レーザ１００が完成する。
【００１８】
なお、実施形態１ではｐ型窒化物半導体層１０４中に細孔１０６を設けたが、細孔１０６は別の層に設けても良い。
例えば、ｎ型窒化物半導体層１０２を成長させた後にエッチング工程、熱処理工程を行い、その後に活性層１０３とｐ型窒化物半導体層１０４を成長させることで、細孔１０６をｎ型窒化物半導体層１０２に設けても良い。
同様に、細孔１０６を活性層１０３に設けても良いし、複数の層に細孔１０６がまたがっていても良い。
但し、活性層１０３に細孔１０６を形成した場合、後の熱処理工程でダメージを受けるため、細孔１０６はｐ型半導体層１０３またはｎ型半導体層１０４に設けたほうが良い。
【００１９】
［実施形態２］
実施形態２におけるフォトニック結晶面発光レーザ２００の製造方法は、実施形態１におけるフォトニック結晶面発光レーザ１００の製造方法に対し、エッチング工程時のエッチングマスクに限定を加えたものである。
図１０は、実施形態１、２における熱処理工程において用いるエッチングマスク１０５、２０５の開口部の形状と、エッチング工程において形成される細孔１０６、２０６の平面視形状を示した図面である。実施形態２で用いるエッチングマスク２０５の開口部は、Ｃ軸を窒化物半導体１１０の主面１１２に射影したＸ１方向に向かって広くなる形状である。
【００２０】
エッチングマスク２０５を用いた方が、エッチングマスク１０５を用いるよりも、熱処
理工程にて所望の結晶面２０７が得られやすいため好ましい。なぜなら、エッチングマスク２０５の開口部形状の方が、エッチングマスク１０５の開口部形状よりも、熱処理工程にて形成される結晶面（０００＿１）と｛１＿１０１｝の平面視形状に近いからである。図１０（ｃ）のように、エッチングマスク２０５の開口部の少なくとも１辺が、結晶面（０００＿１）面または｛１＿１０１｝面を主面１１２で断面視したときの方向と平行であると、更に所望の結晶面２０７が得やすくなり、好ましい。
【００２１】
［実施形態３］
実施形態３におけるフォトニック結晶面発光レーザ３００の製造方法は、実施形態１におけるフォトニック結晶面発光レーザ１００の製造方法に対し、エッチング工程時のエッチングマスクに実施形態２とは異なる限定を加えたものである。
実施形態３では、熱処理工程にて形成される細孔の平面視形状に注目する。
特開２００４−２９６５３８号公報には、正方格子または直交格子状のフォトニック結晶の格子点形状を１８０度の回転対称性を持たない形状にすることで、射出ビームの形状を偏光の揃った単峰性にできることが開示されている。
このような形状においては、非対称性が大きいほど、偏光の揃った単峰の射出ビームを得るのが容易である。
図５（ｆ）、図８（ｆ）に示すように、Ｃ軸が法線１１１と一致する窒化物半導体基板１０１を用いた場合、熱処理工程後の細孔１０６を平面視した時の形状は、｛１＿１０１｝面を反映して正六角形になる。
即ち、格子点形状が１８０度の回転対称性を有する。一方、Ｃ軸が法線１１１から傾いている場合、細孔１０６を平面視した時の形状が１８０度の回転対称性を有さない多角形となる（図１１）。
この時、図１２に示すように、Ｃ軸の主面１１２への射影方向をフォトニック結晶パターンの単位格子ベクトルの方向とすれば、１８０度の回転対称性を持たない格子点形状が得られる。
【００２２】
以上より、正方格子または直交格子状のフォトニック結晶パターンを有するエッチングマスク３０５を用い、Ｃ軸の主面１１２への射影方向と単位格子ベクトルの方向と一致させた場合、偏光の揃った単峰状の射出ビームが得られるため、好ましい。
具体的には、図１２のように、Ｃ軸の主面１１２への射影であるＸ１方向と基板の法線１１１に垂直なＸ２方向に沿った直線偏光の射出ビームが得られる。なぜなら、格子点形状がＸ１方向に対して線対称であって、Ｘ２方向に沿って線対称でないためである。
射出ビーム制御の観点からは、細孔１０６を平面視したときの形状の非対称性が大きい方が好ましい。
【００２３】
図３〜図８からわかるように、法線１１１とＣ軸がなす角度θが大きい方が好ましい。特に、Ｃ軸と法線１１１のなす角度θが、角度αの半分よりも大きく傾けた方が好ましい。
図４（ｄ）、図７（ｄ）に、角度θと角度αの半分が一致するときの細孔１０６の形状を示した。
図よりわかるように、角度θが角度αの半分より小さければ、細孔１０６の平面視形状の輪郭が回転対称性を有する六角形となる。
一方、角度θが角度αの半分より大きければ、細孔１０６の平面視形状の輪郭も、１８０度の回転対称性を有さない多角形となる。従って、角度θが角度αの半分より大きい方が、孔の非対称性が大きく、好ましい。
【００２４】
［実施形態４］
実施形態４におけるフォトニック結晶面発光レーザ４００の製造方法は、実施形態３におけるフォトニック結晶面発光レーザ３００の製造方法に対し、活性層に限定を加えたも
のである。
実施形態４では、Ｃ軸が傾いた基板の法線から傾いた窒化物半導体基板を用いた場合、エピタキシャル成長される活性層の利得が、結晶構造の異方性を反映して面内で偏光の異方性を有することに注目する。
窒化物半導体基板の結晶構造はＣ軸に対して回転対称な六方晶であるため、Ｃ軸と基板の法線が一致した窒化物半導体基板を用いた場合、結晶構造は面内で異方性を有さない。
一方、Ｃ軸が基板の法線１１１から傾いている場合、Ｃ軸を基板の主面１１２に射影したＸ１方向と、Ｘ１方向と基板の法線１１１とにともに垂直なＸ２方向とでは、結晶構造が異なる。
従って、Ｃ軸が基板の法線１１１から傾いた基板上に成長された活性層４０３は、結晶構造の異方性を反映して、Ｘ１方向の偏光とＸ２方向の偏光間で物性利得の大きさが異なる。
【００２５】
一方、実施形態３で述べたように、エッチングマスク３０５を用い、Ｃ軸の主面１１２への射影方向と単位格子ベクトルの方向と一致させた場合、Ｘ２方向偏光の単峰状の射出ビームが得られる。即ち、フォトニック結晶面発光レーザ３００、４００のフォトニック結晶ではＸ２偏光のモードが支配的である。
そこで、フォトニック結晶面発光レーザ４００では、活性層４０３の物性利得の支配的な偏光方向を、Ｃ軸の主面１１２への射影であるＸ１方向と基板の法線１１１に垂直なＸ２方向に一致させる。
その結果、活性層４０３から得られる誘導放出光の支配的な偏光方向と、フォトニック結晶で支配的なモードの偏光方向が一致し、フォトニック結晶面発光レーザ４００の閾値が下がるため、好ましい。
例えば、活性層４０３をＩｎ0.3Ｇａ0.7Ｎ５ｎｍ／ＧａＮ１０ｎｍの量子井戸を用い、Ｃ軸と窒化物半導体基板の法線１１１のなす角度θを８５度とした場合、フォトニック結晶の支配的な偏光モードと、量子井戸の持つ物性利得の支配的な偏光方向が一致する。
【００２６】
一般に、窒化物半導体を用いた半導体レーザでは、発光波長が長波長であるほど、活性層の物性利得が低下することが知られている。
この原因の一つとして、基板を構成する窒化物半導体の格子定数と、活性層を構成する窒化物半導体基板の格子定数の相違に起因した歪によって生じる内部電界が挙げられる。
発光波長が長い半導体レーザほど、内部電界による物性利得の低下が大きい。
この内部電界による物性利得の低下を防止するために、特に緑帯域の発光波長（５００〜５３０ｎｍ）の半導体レーザでは、Ｃ軸が傾いた基板を用いる手法が知られている。
Ｃ軸が傾いた基板を用いる事で、格子定数の相違を緩和し、内部電界を低減して、物性利得の低下を防ぐ手法である。
以上より、特に本発明を発光波長が緑帯域である活性層をもつフォトニック結晶面発光レーザに適用すれば、内部電界の低減も同時に実現できるため好ましい。
【実施例】
【００２７】
本発明の実施例として、実施形態１におけるフォトニック結晶面発光レーザ１００の製造方法を適用した構成例について説明する。
他の実施形態におけるフォトニック結晶面発光レーザの製造方法を適用した例については、上記実施形態１のフォトニック結晶面発光レーザ１００の製造方法との差分について説明する。
まず、基板の法線１１１がＣ軸からＡ軸方向に５８度傾いたＧａＮ基板上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、窒化物半導体を図１３に示す層構成になるように、ｐ−ＧａＮ層１０４まで順次積層する。ドーパントはドナーとしてＳｉ、アクセプタとしてＭｇを用いる。
次に、ＣＶＤによってＳｉＯ2からなる膜を１５０ｎｍ成膜する。次に、電子線リソグラフィによってレジストにフォトニック結晶パターンを作製する。
フォトニック結晶は、直径６４ｎｍの円孔を周期１６０ｎｍで周期的に並べた正方格子からなる。続いてレジストをマスクとし、ＣＦ4ガスを用いてＳｉＯ2をドライエッチングする。
その後、残ったＳｉＯ2をマスクとし、Ｃｌ2ガスを用いてＧａＮ、Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎをエッチングし２５０ｎｍの孔を形成する。最後にフッ酸でＳｉＯ2を除去する。このようにして、２次元フォトニック結晶状に配列された細孔が形成される。
【００２８】
次に、ＮＨ3ガス雰囲気中で、基板を１１００℃まで加熱する。
この時、ガスの流量は、Ｎ2ガスを５ｓｌｍ、ＮＨ3ガスを１０ｓｌｍとした。基板温度が１１００℃に到達したら温度を１１００℃に保ち１０分間熱処理する。エピタキシャル成長温度で熱処理を行うことで、結晶面（０００＿１）と｛１＿１０１｝が形成され、上下非対称な細孔が形成される。
その後、ＭＯＣＶＤ法を用いてＭｇドープ濃度１×１０20ｃｍ-3のＧａＮからなるｐ型コンタクト層１０８を５０ｎｍ成長させる。
そして、ｐ側にＮｉ１０ｎｍ／Ａｕ４０ｎｍからなるｐ型電極１０８、ｎ側にＴｉ２０ｎｍ／Ａｌ１００ｎｍからなるｎ型電極１０９を蒸着することで、フォトニック結晶面発光レーザ１００が完成する。
つぎに、上記実施形態１以外の他の実施形態におけるフォトニック結晶面発光レーザの製造方法を適用した例について説明する。
実施形態２におけるフォトニック結晶面発光レーザ２００の製造方法を適用した例では、レジストに作製するフォトニック結晶パターンを、図１０（ｃ）に示すような五角形を周期１６０ｎｍで周期的に並べたパターンに変更する。
フォトニック結晶パターンの格子点形状が、結晶面（０００＿１）面および｛１＿１０１｝面を主面１１２で断面視した形状となっているため、熱処理工程において所望の結晶面が得られ易い。
また、実施形態３におけるフォトニック結晶面発光レーザ３００の製造方法を適用した例では、レジストからなるフォトニック結晶パターンに限定を加える。
具体的には、直径６４ｎｍの円孔を周期１６０ｎｍで周期的に並べた正方格子を、片方の単位格子ベクトルがＣ軸を主面１１２に射影した方向と平行になるようにする（図１２）。
熱処理工程後、フォトニック結晶パターンの格子点形状が、１８０度の回転対称性を持たない形状となり、偏光のそろった単峰性の射出ビームを得るフォトニック結晶面発光レーザを製造することが可能となる。
また、実施形態４におけるフォトニック結晶面発光レーザ４００の製造方法を適用した例では、フォトニック結晶面発光レーザ３００の製造方法に対し、ＭＯＣＶＤ法で成長する量子井戸と、窒化物半導体基板に限定を加える。
具体的には、Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ｎ５ｎｍ／ＧａＮ１０ｎｍの量子井戸を用い、Ｃ軸と窒化物半導体基板の法線１１１のなす角度を８５度とする。
フォトニック結晶の支配的な偏光モードと、量子井戸の持つ物性利得の支配的な偏光方向が一致するため、閾値の小さいフォトニック結晶面発光レーザを製造することが可能となる。
【符号の説明】
【００２９】
１００：フォトニック結晶面発光レーザ
１０１：窒化物半導体基板
１０２：ｎ型窒化物半導体層
１０３：活性層
１０４：ｐ型窒化物半導体層
１０５：エッチングマスク
１０６：細孔
１０７：結晶面
１０８：ｐ型コンタクト層
１０９：ｐ型電極
１１０：ｎ型電極
１１１：窒化物半導体基板の法線
１１２：窒化物半導体基板の主面
【図１】
2013093367.tif 000003
【図２】
2013093367.tif 000004
【図３】
2013093367.tif 000005
【図４】
2013093367.tif 000006
【図５】
2013093367.tif 000007
【図６】
2013093367.tif 000008
【図７】
2013093367.tif 000009
【図８】
2013093367.tif 000010
【図９】
2013093367.tif 000011
【図１０】
2013093367.tif 000012
【図１１】
2013093367.tif 000013
【図１２】
2013093367.tif 000014
【図１３】
2013093367.tif 000015