(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、活性層およびフォトニック結晶構造が形成された半導体層、を含む複数の半導体層を積層して製造する面発光レーザの製造方法であって、
前記フォトニック結晶構造を形成するための第１の半導体層の上に、第２の半導体層を形成する工程と、
前記第２の半導体層に複数の細孔を形成する工程と、
前記複数の細孔を通じて、前記第１の半導体層の一部領域に低屈折率部を形成することによって、該第１の半導体層に前記基板に対して平行方向に１次元の屈折率分布をもつ第１のフォトニック結晶構造を作製する工程と、
前記第２の半導体層の表面から、活性層を含む第３の半導体層を結晶再成長により形成する工程と、
前記第３の半導体層を形成する工程の後に、前記基板に対して平行方向に１次元の屈折率分布を持ち、かつ、前記第１のフォトニック結晶構造の屈折率分布とは向きが平行でない第２のフォトニック結晶構造を作製する工程とを有することを特徴とする面発光レーザの製造方法。
【請求項２】
前記低屈折率部の形成は、前記第１の半導体層をＡｌＧａＡｓ層またはＡｌＡｓ層によって形成すると共に、
前記細孔を通じて酸化種を導入し、該酸化種によって酸化領域を形成することにより行われることを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザの製造方法。
【請求項３】
前記低屈折率部の形成は、前記第１の半導体層をＡｌＧａＡｓ層またはＡｌＡｓ層によって形成すると共に、
前記細孔を通じてエッチング液を導入し、該エッチング液によって空孔を形成することにより行われることを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザの製造方法。
【請求項４】
前記第１の半導体層は、前記第２の半導体層よりもＡｌ組成比が高く、かつ、該第１の半導体層の下に形成されている半導体層よりもＡｌ組成比が高い半導体層が用いられることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の面発光レーザの製造方法。
【請求項５】
前記２次元の屈折率分布をもつフォトニック結晶構造を作製するに際し、
前記細孔の前記基板と平行方向の断面を、前記第１の半導体層に形成された前記低屈折率部の断面よりも小さい断面として、２次元のフォトニック結晶構造を作製することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の面発光レーザの製造方法。
【請求項６】
前記第１のフォトニック結晶構造が有する１次元の屈折率分布の方向と、前記第２のフォトニック結晶構造が有する１次元の屈折率分布の方向が直交していることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の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、面発光レーザの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信、光伝送用の光源、また電子写真の光源として面発光レーザが注目されている。
面発光レーザは、単一縦モード、低しきい値、２次元アレイ化が容易、などの優れた特性を持つ。
このような面発光レーザとして、フォトニック結晶を利用したフォトニック結晶面発光レーザの開発が進められてきている。
ここで、フォトニック結晶とは光の波長と同程度もしくはより小さい屈折率周期を有する構造体である。
【０００３】
この種の面発光レーザとして、例えば、フォトニック結晶を利用したフォトニック結晶面発光レーザおよびその製造方法が特許文献１に開示されている。
特許文献１に開示されている２次元フォトニック結晶面発光レーザでは、キャリアの注入により発光する活性層の近傍に、２次元的に屈折率周期を配置したフォトニック結晶周期構造体を備え、フォトニック結晶により共振して面発光するように構成されている。
【０００４】
上記特許文献１の面発光レーザは、具体的には、図１２に示すように、基板１２１０上に下部クラッド層１２１２、活性層１２１６、上部クラッド層１２１８が積層された構成を備えている。
この下部クラッド層１２１２には、活性層の近傍に２次元フォトニック結晶が内蔵されている。
また、この上部クラッド層１２１８上面には上部電極１２２０が配置されて、基板１２１０下には下部電極１２２２が配されている。
上部電極１２２０と下部電極１２２２間に、電圧を印加しキャリアを活性層１２１６に注入することで活性層を発光させ、２次元フォトニック結晶による光共振によってレーザ発振させるように構成されている。
また、特許文献１では前記面発光レーザに適用できる半導体発光デバイスの製造方法として、以下の方法が開示されている。
【０００５】
その半導体発光デバイスの製造方法は、つぎのような工程を備えている。
【０００６】
第１の基板を含み第１の表面を有する第１の部品を準備する工程と、
第１導電体半導体層、活性層、および第２導電型半導体層を第２の基板の主面上に順に堆積し、前記主面が延びる方向に沿って第２の表面を有する第２の部品を形成する工程と、
前記第１の表面および前期第２の表面の少なくともいずれか一方に２次元回折格子を形成する格子工程と、
格子工程の後に、前期第１の表面と前期第２の表面とが向き合うように前期第１の部品および第２の部品を接合する工程と、
を備えている。
すなわち、この半導体発光デバイスの製造方法においては、フォトニック結晶構造が表面に形成された半導体部品を、別の半導体部品をフォトニック結晶構造が形成された表面を介して直接接合する手法が用いられている。
これにより、半導体内部にフォトニック結晶構造を含むデバイスを作製することができ、前記面発光レーザにも適用可能とされている。
【特許文献１】特開２０００−３３２３５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１に開示されている半導体発光デバイスの製造方法では、半導体内部にフォトニック結晶構造を形成する方法として、上記したように半導体の直接接合が用いられている。
しかし、直接接合工程は半導体材料によっては困難さを伴うことがあり、また接合自体は可能であっても、接合する両部品の位置・傾き合わせの精度を出すことが困難である。
例えば、レーザ共振器が両部品にまたがって構成される場合（第１の部品にフォトニック結晶構造、第２の部品に多層膜反射鏡が配され、それらの結合により共振器をなす場合など）では、位置合わせの精度がレーザ特性に直結する。
このため、直接接合工程を含む面発光レーザの製造方法は、デバイスの材料、設計に制限をかけるものとなる。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑み、直接接合を用いることなく、精度よく容易に半導体内部にフォトニック結晶構造を形成することができる面発光レーザの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するため、次のように構成した面発光レーザの製造方法を提供するものである。
本発明の面発光レーザの製造方法は、基板上に、活性層およびフォトニック結晶構造が形成された半導体層、を含む複数の半導体層を積層して製造する面発光レーザの製造方法であって、
前記フォトニック結晶構造を形成するための第１の半導体層の上に、第２の半導体層を形成する工程と、
前記第２の半導体層に複数の細孔を形成する工程と、
前記複数の細孔を通じて、前記第１の半導体層の一部領域に低屈折率部を形成することによって、該第１の半導体層に前記基板に対して平行方向に１次元の屈折率分布をもつ第１のフォトニック結晶構造を作製する工程と、
前記第２の半導体層の表面から、活性層を含む第３の半導体層を結晶再成長により形成する工程と、
前記第３の半導体層を形成する工程の後に、前記基板に対して平行方向に１次元の屈折率分布を持ち、かつ、前記第１のフォトニック結晶構造の屈折率分布とは向きが平行でない第２のフォトニック結晶構造を作製する工程とを有することを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザの製造方法は、前記低屈折率部の形成が、前記第１の半導体層をＡｌＧａＡｓ層またはＡｌＡｓ層によって形成すると共に、
前記細孔を通じて酸化種を導入し、該酸化種によって酸化領域を形成することにより行われることを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザの製造方法は、前記低屈折率部の形成が、前記第１の半導体層をＡｌＧａＡｓ層またはＡｌＡｓ層によって形成すると共に、
前記細孔を通じてエッチング液を導入し、該エッチング液によって空孔を形成することにより行われることを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザの製造方法は、前記第１の半導体層が、前記第２の半導体層よりもＡｌ組成比が高く、かつ、該第１の半導体層の下に形成されている半導体層よりもＡｌ組成比が高い半導体層が用いられることを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザの製造方法は、前記２次元の屈折率分布をもつフォトニック結晶構造を作製するに際し、
前記細孔の前記基板と平行方向の断面を、前記第１の半導体層に形成された前記低屈折率部の断面よりも小さい断面として、２次元のフォトニック結晶構造を作製することを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザの製造方法は、前記第１のフォトニック結晶構造が有する１次元の屈折率分布の方向と、前記第２のフォトニック結晶構造が有する１次元の屈折率分布の方向が直交していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、直接接合を用いることなく、精度よく容易に半導体内部にフォトニック結晶構造を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
つぎに、本発明の実施の形態及び参考例について、図面を参照しながら説明する。
以下の説明では、基板上に、活性層、該基板に対して平行方向に１次元または２次元の屈折率分布を持つ第１のフォトニック結晶構造が形成された第１の半導体層、を含む半導体を積層して構成された本発明の面発光レーザの製造方法の実施形態について説明する。
なお、これらについて説明する図１から図１１において、同一または対応する部分には同一の符号が付されている。
［参考例１］
本発明の参考例１における面発光レーザの製造方法について説明する。
図１に、本参考例の製造方法によって製造された面発光レーザの構成を説明する模式図を示す。
図１において、１００は面発光レーザ、１０５は基板、１１０は下部クラッド層、１３０は活性層である。
１４０は上部クラッド層、１５５は第１の上部クラッド層、１６０は第２の上部クラッド層、１６５は第３の上部クラッド層である。
１７０は細孔、１７５はフォトニック結晶構造の低屈折率部、１８０は第４の上部クラッド層、１９０は上部電極、１９５は下部電極である。
【００１２】
本参考例の面発光レーザ１００は、基板１０５上に、下部クラッド層１１０、活性層１３０、上部クラッド層１４０が積層された構成を備えている。
上部クラッド層は、第１の上部クラッド層１５５、フォトニック結晶構造が形成された第２の上部クラッド層１６０、細孔１７０が開けられた第３の上部クラッド層１６５、第４の上部クラッド層１８０からなる。
前記第２の上部クラッド層１６０は、面発光レーザを構成する複数の半導体層における第１の半導体層で構成されている。
この第２の上部クラッド層１６０には、周囲の半導体層より屈折率の低い低屈折率部１７５が形成され、これにより前記基板に対して平行方向に２次元の屈折率分布をもつ２次元フォトニック結晶構造が構成されている。
ここで、この低屈折率部１７５から第３の上部クラッド層１６５の表面まで細孔１７０が貫いている。
そして、この細孔の基板１０５と平行方向の断面は、前記低屈折率部１７５の前記第２の上部クラッド層１６０における基板１０５と平行方向の断面よりも小さい断面とされている。
【００１３】
また、第４の上部クラッド層１８０の表面にはリング状の上部電極１９０が設けられており、基板１０５には下部電極１９５が設けられている。
この面発光レーザ１００は、電極１９０、１９５間に電圧を印加することにより、活性層１３０が発光し、活性層１３０から漏れた光が２次元フォトニック結晶構造にて共振し増幅される。
これにより、第２の第４の上部クラッド層１８０の上面からコヒーレントな光が面発光される。
【００１４】
つぎに、本参考例における面発光レーザの製造方法について説明する。
図２から図４は、本参考例における面発光レーザの製造方法を説明する模式図である。
まず、図２に示すように、半導体基板１０５上に、下部クラッド層１１０、活性層１３０、第１の上部クラッド層１５５、フォトニック結晶構造が形成される第２の上部クラッド層１６０（第１の半導体層）、
細孔１７０が開けられる第３の上部クラッド層１６５（第２の半導体層）の順で、積層される。
各層は、例えばＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いて積層される。
基板１０５としては、ｎ型半導体基板、例えばｎ−ＧａＡｓ基板を用いる。
下部クラッド層１１０としては、ｎ型ＡｌＧａＡｓ、例えばｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓを用いる。
活性層１３０は例えば、量子井戸構造を有するＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰを用いる。
第１の上部クラッド層１５５、第２の上部クラッド層１６０、第３の上部クラッド層１６５としてはｐ型ＡｌＧａＡｓを用いる。
第２の上部クラッド層のＡｌ組成比は、第１の上部クラッド層、第３の上部クラッド層よりも高くなるようにする。
例えば、第１の上部クラッド層１５５、第２の上部クラッド層１６０、第３の上部クラッド層１６５は、それぞれｐ−Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ、ｐ−Ａｌ０．９６Ｇａ０．０４Ａｓ、ｐ−Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓとする。
【００１５】
本参考例における面発光レーザの製造方法は、つぎのような工程により、複数の細孔１７０を形成する。
まず、上部クラッド層１６０の上（第１の半導体層の上）に、第３の上部クラッド層１６５（第２の半導体層）を形成する。
次に、第３の上部クラッド層１６５の表面から、第３の上部クラッド層１６５および第２の上部クラッド層１６０に、複数の細孔１７０を空ける。
具体的には、この第３の上部クラッド層１６５表面にレジストを塗布し、２次元細孔パターンを形成する。
例えば、２次元細孔パターンは正方格子状であるとし、格子間隔はたとえば２５０ｎｍとする。
細孔径は、例えば５０ｎｍとする。
２次元細孔パターンが形成されたレジストをマスクとし、塩素系ガスを導入するＩＣＰエッチング法で細孔１７０を形成する。
細孔１７０の底面は第３の上部クラッド層１６５を貫き、かつ活性層１３０までは到達しないように制御する。
【００１６】
次に、前記複数の細孔を通じて、前記第１の半導体層の一部領域に、周囲の半導体層より屈折率の低い低屈折率部１７５形成し、これにより前記基板に対して平行方向に２次元の屈折率分布をもつ２次元フォトニック結晶構造を作製する。
例えば、前記細孔を通じて酸化種を導入し、該酸化種によって酸化領域を形成することにによって、前記第１の半導体層の一部領域に、周囲の半導体層より屈折率の低い低屈折率部１７５を形成する。
具体的には、レジストを除去した後、細孔から水蒸気を導入し、４５０℃で熱処理する。
そして、図３に示すように、第２の上部クラッド層１６０に２次元フォトニック結晶構造を形成する。
すなわち、細孔１７０に接する第２の上部クラッド層１６０を酸化し、周囲の第２の上部クラッド層１６０より屈折率の低いＡｌ酸化物を形成する。
これが、２次元フォトニック結晶構造の低屈折率部１７５に相当する。
このようにして、第２の上部クラッド層１６０（第１の半導体層）に、上記基板１０５と平行方向の断面が、上記細孔１７０の断面よりも大きい断面を備えた低屈折率部１７５を有する２次元のフォトニック結晶構造が形成される。
低屈折率部の断面形状は酸化プロセスの条件、すなわち処理時間、水蒸気流量、熱処理温度を変更することで調整できる。ここでは低屈折率部の大きさはたとえば２００ｎｍ直径の円形とする。
【００１７】
酸化処理後、図４に示すように、第３の上部クラッド層１６５（第２の半導体層）の上面から、第３の半導体層によって構成される第４の上部クラッド層１８０を半導体結晶再成長により構成する。
通常、ＭＯＣＶＤは、成長パラメータを制御することにより、横方向成長モードを厚さ方向成長モードより大きくすることができる。
具体的には、ＡｌＧａＡｓ系のＭＯＣＶＤにおいては、Ｖ／ＩＩＩを大きく（〜５００）し、成長圧力を下げ（〜１００ｍｍＨｇ）、成長温度を上げる（〜７５０℃）ことで、５０ｎｍ以上の拡散長を確保することは十分可能である。
細孔が平坦化されたあとは、通常の成長モードに成長条件を戻すことが望ましい。
この際、必要があれば第３の上部クラッド層１６５の上面を洗浄し、また必要があれば細孔１７０にたとえば樹脂などの低屈折率物質を詰めても良い。
第４の上部クラッド層１８０（第３の半導体層）は、例えばｐ−Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓとする。
次に、第４の上部クラッド層上に上部電極１９０を、基板１０５には下部電極１９５を形成する。
【００１８】
以上の製造工程によれば、再成長の際に半導体表面に空いている孔は、２次元のフォトニック結晶構造の低屈折率部よりも面積が小さい細孔となる。
細孔を用いず２次元フォトニック結晶をエッチングなどで直接半導体表面から作製した場合に比べると、再成長の際の半導体表面がより平坦であるので、再成長が容易になり、また再成長される結晶の質も高くなる。
これにより、特性の良いフォトニック結晶面発光レーザを作製することができる。
なお、以上の説明では、２次元フォトニック結晶の低屈折率部の形成に際し、複数の細孔を通じて酸化領域を形成し、第２の上部クラッド層１６０（第１の半導体層）の一部領域に低屈折率部１７５を形成する方法を用いたが、このような方法に限られるものではない。
例えば、Ａｌ組成により選択的にウエットエッチングできるエッチング液（たとえばバッファードフッ酸）を用い、前記細孔を通じて該エッチング液を導入し、該エッチング液によって空孔を形成することで、低屈折率部１７５を形成するようにしてもよい。
【００１９】
［参考例２］
本発明の参考例２における面発光レーザの製造方法について説明する。
図５に、本参考例の製造方法によって製造された面発光レーザの構成を説明する模式図を示す。
図５において、２１１は第１の下部クラッド層、２１２は第２の下部クラッド層、２１３は第３の下部クラッド層、２１４は第４の下部クラッド層である。
２２０はフォトニック結晶構造の低屈折率部、２２５は細孔、２３０は活性層、２４０は上部クラッド層、２９０は上部電極、２９５は下部電極である。
【００２０】
本発明は上記参考例１の構成に限られものではなく、図５に示す本参考例のように、フォトニック結晶構造の形成後の結晶再成長される半導体（第３の半導体層）に、活性層が含まれるように構成することも可能である。
すなわち、図１の面発光レーザ１００では、活性層がフォトニック結晶構造の下側にあったが、例えば、図５に示す面発光レーザ２００のように、活性層２３０をフォトニック結晶構造２１２、２２０の上側に構成するようにしてもよい。
ここで、図５の面発光レーザ２００の製造方法は、フォトニック結晶構造が下部クラッドにある点以外は、図１の面発光レーザ１００の作製方法と同じである。
基板２０５上に、第１の下部クラッド層２１１、第２の下部クラッド層２１２、第３の下部クラッド層２１３を積層し、第３の下部クラッド層２１３に細孔２２５を空ける。
この細孔２２５を通じて第２の下部クラッド層２１２にフォトニック結晶構造の低屈折率部２２０を作製し、その後第３の下部クラッド層２１３上に、第４の下部クラッド層２１４、活性層２３０、上部クラッド層２４０を積層する。
そして、上部電極２９０と下部電極２９５を配する。
また、図６のように、垂直方向の閉じ込めを増すため、クラッド層の一部を半導体多層膜反射鏡２８５で置き換えるようにしてもよい。
【００２１】
［実施形態］
本発明の実施形態における面発光レーザの製造方法について説明する。
図７に、本実施形態の製造方法によって製造された面発光レーザの構成を説明する模式図を示す。
図７において、３００は面発光レーザ、３０５は基板、３１０は下部クラッド層、３１１は第１の下部クラッド層、３１２は第２の下部クラッド層、３１３は第３の下部クラッド層、３１４は第４の下部クラッド層である。
３２０は第１のフォトニック結晶構造の低屈折率部、３２５は細孔、３３０は活性層である。
３４０は上部クラッド層、３４１は第１の上部クラッド層、３４２は第２の上部クラッド層、３４３は第３の上部クラッド層、３４４は第４の上部クラッド層である。
３５０は第２のフォトニック結晶構造の低屈折率部、３５５は細孔３９０は上部電極、３９５は下部電極である。
【００２２】
本実施形態の面発光レーザ３００は、図７に示すように、基板３０５上に、下部クラッド層３１０、活性層３３０、上部クラッド層３４０が積層された構成を備えている。
下部クラッド層３１０は、基板側から第１の下部クラッド層３１１、複数の低屈折率部３２０を有する第１のフォトニック結晶構造が形成された第２の下部クラッド層３１２、
細孔３２５が開けられた第３の下部クラッド層３１３、細孔３２５の空いていない第４の下部クラッド層３１４からなる。
また、上部クラッド層３４０は、基板側から第１の上部クラッド層３４１、複数の低屈折率孔３５０を有する第２のフォトニック結晶構造が形成された第２の上部クラッド層３４２、
細孔３５５の形成された第３の上部クラッド層３４３、細孔の空いてない第４の上部クラッド層３４４からなる。
また、第４の上部クラッド層３４４の表面にはリング状の上部電極３９０が設けられており、基板３０５には下部電極３９５が設けられている。
【００２３】
この面発光レーザ３００は、電極３９０、３９５間に電圧を印加することにより、活性層３３０が発光し、活性層３３０から漏れた光が２つの２次元フォトニック結晶構造にて共振し増幅される。
これにより、第４の上部クラッド層３４４の上面からコヒーレントな光が面発光される。
【００２４】
次に本実施形態における面発光レーザの製造方法について説明する。
図８から図１０は、本実施形態における面発光レーザ３００の製造方法を説明する図である。
まず、下部クラッド層３１０を作製する工程において、基板３０５上に、第１の下部クラッド層３１１、第２の下部クラッド層３１２、第３の下部クラッド層３１３が順次積層される。
第２の下部クラッド層は、第１の下部クラッド層、第３の下部クラッド層に比べＡｌの組成比が高い。
各層は、例えばＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いて積層される。基板３０５としては、ｎ型半導体基板、例えばｎ−ＧａＡｓ基板を用いる。
第１の下部クラッド層３１１としてはｎ型ＡｌＧａＡｓ、例えばｎ−Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓとする。
第２の下部クラッド層３１２は、ｎ型ＡｌＧａＡｓ、例えばｎ−Ａｌ０．９６Ｇａ０．０４Ａｓにより形成する。
また、第３の下部クラッド層３１３は、ｎ型ＡｌＧａＡｓ、例えばｎ−Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓにより形成する。
【００２５】
次に、第３の下部クラッド層３１３および第２の下部クラッド層３１２に細孔３２５を空ける。
具体的には、この第３の上部クラッド層３１３表面にレジストを塗布し、２次元細孔パターンを形成する。
例えば、２次元細孔パターンは正方格子状であるとし、格子間隔はたとえば２５０ｎｍとする。
細孔径はたとえば５０ｎｍとする。
２次元細孔パターンが形成されたレジストをマスクとし、塩素系ガスを導入するＩＣＰエッチング法で細孔３２５を形成する。
細孔３２５の底面は第３の下部クラッド層３１３を貫き、かつ第１の下部クラッド層３１１までは到達しないように制御する。
【００２６】
次に、レジストを除去した後、細孔から水蒸気を導入し、たとえば４５０℃で熱処理して、図８に示すように、第２の下部クラッド層３１２に、２次元フォトニック結晶構造を構成する。
すなわち細孔３２５に接する第２の下部クラッド層３１２が酸化され、周囲の半導体層３１２より屈折率の低いＡｌ酸化物が形成される。これが２次元フォトニック結晶の低屈折率部３２０に相当する。
これにより、第２の下部クラッド層３１２に、上記基板３０５と平行方向の断面が、上記細孔３２５の断面よりも大きい断面を備えた低屈折率部３２０を有する２次元フォトニック結晶構造を形成する。
低屈折率部の断面形状は酸化プロセスの条件、すなわち処理時間、水蒸気流量、熱処理温度を変更することで調整できる。ここでは低屈折率部の大きさはたとえば２００ｎｍ直径の円形とする。
【００２７】
次に、酸化処理後、図９に示すように、第３の下部クラッド層３１３の上面から、第４の下部クラッド層３１４、活性層３３０、第１の上部クラッド層３４１、第２の上部クラッド層３４２、第３の上部クラッド層３４３を半導体結晶再成長により構成する。
この際、必要があれば第３の下部クラッド層３１３の上面を洗浄し、また必要があれば細孔３２５に、例えば樹脂などの低屈折率物質を詰めても良い。
第４の下部クラッド層は、例えばｎ−Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓとする。
活性層３３０は例えば、量子井戸構造を有するＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰを用いる。
第１の上部クラッド層３４１は、ｐ型ＡｌＧａＡｓ、例えばｐ−Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓにより形成する。
また、フォトニック結晶構造が形成される第２の上部クラッド層３４２は、ｐ型ＡｌＧａＡｓ、例えばｐ−Ａｌ０．９６Ｇａ０．０４Ａｓにより形成する。
細孔３５５が開けられる第３の上部クラッド層３４３は、ｐ型ＡｌＧａＡｓ、例えばｐ−Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓにより形成する。
【００２８】
次に、第３の上部クラッド層３４３および第２の上部クラッド層３４２に細孔３５５を空ける。
具体的には、この第３の上部クラッド層３４３表面にレジストを塗布し、２次元細孔パターンを形成する。たとえば２次元細孔パターンは正方格子状であるとし、格子間隔はたとえば２５０ｎｍとする。
細孔径はたとえば５０ｎｍとする。
２次元細孔パターンが形成されたレジストをマスクとし、塩素系ガスを導入するＩＣＰエッチング法で細孔３５５を形成する。
細孔３５５の底面は第３の上部クラッド層３４３を貫き、かつ第１の上部クラッド層３４１までは到達しないように制御する。
【００２９】
次にレジストを除去した後、細孔から水蒸気を導入し、たとえば４５０℃で熱処理して、図１０に示すように、第２の上部クラッド層３４２に２次元フォトニック結晶構造を構成する。
すなわち、細孔３５５に接する第２の上部クラッド層３４２が酸化され、周囲の半導体層より屈折率の低いＡｌ酸化物が形成される。これが２次元フォトニック結晶の低屈折率部３５０に相当する。
これにより、第２の上部クラッド層３４２に、上記基板３０５と平行方向の断面が、上記細孔３５５の断面よりも大きい断面を備えた低屈折率部３５０を有する２次元フォトニック結晶構造を形成する。
低屈折率部の断面形状は酸化プロセスの条件、すなわち処理時間、水蒸気流量、熱処理温度を変更することで調整できる。ここでは低屈折率孔の大きさはたとえば２００ｎｍ直径の円形とする。
【００３０】
次に、酸化処理後、第３の上部クラッド層３４３の上面から、第４の上部クラッド層３４４を半導体結晶再成長により構成する。
この際、必要があれば第３の上部クラッド層３４３の上面を洗浄し、また必要があれば細孔３５５に、例えば樹脂などの低屈折率物質を詰めても良い。
第４の上部クラッド層３４４は、例えばｐ−Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓとする。次に、第４の上部クラッド層３４４上に上部電極３９０を、基板３０５には下部電極３９５を形成する。
以上の各工程により、２次元フォトニック結晶面発光レーザを作製することができる。
以上の製造プロセスによれば、第１の実施形態同様、再成長表面に空いている孔は、２次元フォトニック結晶構造の低屈折率部よりも面積が小さい細孔であるから、再成長が容易になり、また再成長される結晶の質も高くなる。
また、フォトニック結晶構造を２層設けることができるから、素子設計の自由度が増す。
ここで、２つのフォトニック結晶構造の組合せは、様々なものが考えられる。
例えば、図１１のように、第１のフォトニック結晶構造、第２のフォトニック結晶構造が１次元フォトニック結晶の組合せでも、その屈折率分布の向きが平行でなければ２次元的な共振が可能である。
この場合、フォトニック結晶構造を作製する際の細孔３２５、３５５のパターニングは、１次元の細線パターンでよいから、リソグラフィープロセスが２次元の場合に比べて容易である。
【００３１】
本発明に係る面発光レーザの製造は、上記した本実施形態のものに限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に変更することができる。
特に、半導体層、フォトニック結晶構造、電極の材料や形状、フォトニック結晶の屈折率分布のパターン、などにおいて任意に変更することができる。
例えば、上記本実施形態では半導体層としてＡｌＧａＡｓ層を用いる場合について説明したが、ＡｌＡｓ層を用いるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の参考例１の製造方法によって製造された面発光レーザの構成を説明する模式図である。
【図２】本発明の参考例１における面発光レーザの製造方法を説明する模式図である。
【図３】本発明の参考例１における面発光レーザの製造方法での上部クラッド層に２次元フォトニック結晶構造を形成する方法を説明する模式図である。
【図４】本発明の参考例１の面発光レーザの製造方法において、第３の上部クラッド層の上面から、第４の上部クラッド層を半導体結晶再成長により形成するようにした構成例を説明する模式図である。
【図５】本発明の参考例２におけるフォトニック結晶構造の形成後の結晶再成長される半導体に、活性層が含まれるようにした構成を説明する模式図である。
【図６】本発明の参考例２の面発光レーザにおける垂直方向の閉じ込めを増すため、クラッド層の一部を半導体多層膜反射鏡で置き換えるようにした構成例を説明する模式図である。
【図７】本発明の実施形態の製造方法によって製造された面発光レーザの構成を説明する模式図である。
【図８】本発明の実施形態における面発光レーザの製造方法を説明する模式図である。
【図９】本発明の実施形態における面発光レーザの製造方法を説明する模式図である。
【図１０】本発明の実施形態における面発光レーザの製造方法を説明する模式図である。
【図１１】本発明の実施形態における屈折率分布の向きが平行でない１次元フォトニック結晶の組合せにより、２次元的な共振を可能とした面発光レーザの構成例を説明する模式図である。
【図１２】従来例における面発光レーザの製造方法を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００３３】
１００、２００、３００：面発光レーザ
１０５、２０５、３０５：基板
１１０  下部クラッド層
１３０、２３０、３３０：活性層
１４０：上部クラッド層
１５５：第１の上部クラッド層
１６０：第２の上部クラッド層
１６５：第３の上部クラッド層
１７０：細孔
１７５：フォトニック結晶構造の低屈折率部
１８０：第４の上部クラッド層
１９０、２９０、３９０：上部電極
１９５、２９５、３９５：下部電極
２１１：第１の下部クラッド層
２１２：第２の下部クラッド層
２１３：第３の下部クラッド層
２１４：第４の下部クラッド層
２２０：フォトニック結晶構造の低屈折率部
２２５：細孔
２４０：上部クラッド層
２８５：半導体多層膜反射鏡
３１０：下部クラッド層
３１１：第１の下部クラッド層
３１２：第２の下部クラッド層
３１３：第３の下部クラッド層
３１４：第４の下部クラッド層
３２０：第１のフォトニック結晶構造の低屈折率部
３２５：細孔
３４０：上部クラッド層
３４１：第１の上部クラッド層
３４２：第２の上部クラッド層
３４３：第３の上部クラッド層
３４４：第４の上部クラッド層
３５０：第２のフォトニック結晶構造の低屈折率部
３５５：細孔
【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５】
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【図６】
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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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