(57)【要約】【課題】ダメージ層の形成および除去困難な残渣の発生を抑制することにより、二次元フォトニック結晶を有する半導体レーザ素子を歩留まりよく製造する方法を提供する。【解決手段】半導体レーザ素子１０１の製造方法は、キャリアの注入により発光する活性層５と、互いに屈折率の異なる第１の部分２ｎおよび第２の部分Ｖ１を有し、かつ活性層５で発生する光の波長を規定する二次元回折格子を構成するように設けられた二次元フォトニック結晶７１とを備えた半導体レーザ素子１０１の製造方法である。ＧａＮ系材料からなる二次元フォトニック結晶７１となる部分を有する第１の薄膜５２ｎの第２の部分が光電気化学エッチングにより選択的に除去されることにより、第２の部分に空洞部Ｖ１となる凹部が形成される。【選択図】図１１
2009054789.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリアの注入により発光する活性層と、互いに屈折率の異なる第１および第２の部分を有し、かつ前記活性層で発生する光の波長を規定する二次元回折格子を構成するように設けられた二次元フォトニック結晶とを備えた半導体レーザ素子の製造方法であって、
ＧａＮ系材料からなる前記二次元フォトニック結晶となる部分を有する第１の薄膜の前記第２の部分を光電気化学エッチングにより選択的に除去することにより、前記第２の部分に空洞部となる凹部を形成する工程を備えた、半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項２】
前記空洞部の少なくとも一部を埋めるように前記第１の部分と屈折率の異なる第２の薄膜を形成する工程をさらに備えた、請求項１に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項３】
前記第１の部分の上から前記空洞部を閉塞するようにＧａＮ系材料をエピタキシャル成長させる工程をさらに備えた、請求項１または２に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項４】
基板上にＧａＮ系材料からなる第３の薄膜を堆積する工程と、
前記第３の薄膜を前記第１の部分に融着することにより前記空洞部を閉塞する工程とをさらに備えた、請求項１または２に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項５】
前記空洞部内に前記第１の部分と屈折率の異なるＧａＮ系材料をエピタキシャル成長させることにより、前記空洞部を埋める前記第２の部分を形成する工程をさらに備えた、請求項１に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体レーザ素子の製造方法に関し、より特定的には、二次元フォトニック結晶を備えた半導体レーザ素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＦＢ（Distributed feedback）レーザは、内部に設けられた一次元の回折格子によって前進波と後進波との結合を誘起し、その結果生じる定在波を利用したレーザである。この現象は、一次元の回折格子に対しブラック条件を満たす特定の波長の光でのみ生じる。したがって、ＤＦＢレーザによれば、縦モード（発振される光の光軸方向の共振モード）が単一モードである光を安定して発振することができる。
【０００３】
一方、ＤＦＢレーザにおいて、発振される光の光軸方向（言い換えれば回折格子に対して垂直な方向）以外の方向の光は、回折格子により回折されても定在波とはならず、フィードバックされない。つまり、ＤＦＢレーザでは、発振される光の光軸方向以外の方向の光は発振に関与せずにロスになるので、その分だけ発光効率が悪いという欠点があった。
【０００４】
そこで、近年、二次元フォトニック結晶を備えたレーザが開発されつつある。このレーザによれば、発振される光の光軸方向以外の光であっても、フォトニック結晶面内に存在するさまざまな方向の光を回折して定在波を生じさせることで、発光効率を向上することができる。また、二次元フォトニック結晶レーザは、フォトニック結晶の主面に対して垂直な方向に面発光するという特徴を有しているので、レーザ光の出力を増加することができる。
【０００５】
二次元フォトニック結晶は、二次元方向に光の波長と同程度の周期的な屈折率分布を内部にもつ光学材料である。この屈折率分布を得るために、二次元フォトニック結晶は屈折率が異なる複数の材料が光の波長程度の周期で規則正しく繰り返し配置されて構成されている。
【０００６】
二次元フォトニック結晶の材料として、たとえば特開２００６−１６５０５１号公報には、ＧａＮ（窒化ガリウム）系材料が開示されている。ＩｎＰ系二次元フォトニック結晶などを用いたレーザ素子に比してＧａＮ系二次元フォトニック結晶を用いた短波長レーザ素子においては二次元フォトニック結晶の周期寸法が小さいため、より高度な微細加工技術が必要となる。この公報によれば、微細加工技術としてＧａＮ系材料層のうち結晶反転層の部分が選択的にウェットエッチングされる技術が用いられている。
【０００７】
また国際公開第２００６／０６２０８４号パンフレットの一実施形態によれば、ＧａＮ層がレジストマスクを用いたＲＩＥ(Reactive Ion Etching)により微細加工されてフォトニック結晶が形成される。このフォトニック結晶の上にクラッド層がエピタキシャル成長により形成されて、レーザ素子が製造される。
【特許文献１】特開２００６−１６５０５１号公報
【特許文献２】国際公開第２００６／０６２０８４号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記の特開２００６−１６５０５１号公報の技術においては、結晶反転層の成長が不均一に生じることがあるため、結晶反転層のパターンに対応して形成されるフォトニック結晶の周期構造が不均一になりやすかった。このためレーザ素子の製造歩留まりが低下するという問題があった。
【０００９】
上記の国際公開第２００６／０６２０８４号パンフレットの技術においては、エッチングが物理的な作用を含むため、加工表面に許容できないほどのダメージ層が形成されることがあった。また変質したレジストがＧａＮ層に除去困難な残渣物として付着することがあり、この残渣物に起因して後工程におけるＧａＮ層上のエピタキシャル成長時に異常成長が生じることがあった。このように、許容できないダメージ層や異常成長が発生することがあるため、レーザ素子の製造歩留まりが低下するという問題があった。
【００１０】
それゆえ本発明の目的は、二次元フォトニック結晶を備えた半導体レーザ素子を高い歩留まりで製造することができる半導体レーザ素子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】
本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、キャリアの注入により発光する活性層と、互いに屈折率の異なる第１および第２の部分を有し、かつ活性層で発生する光の波長を規定する二次元回折格子を構成するように設けられた二次元フォトニック結晶とを備えた半導体レーザ素子の製造方法であって、以下の工程を備えている。
【００１２】
ＧａＮ系材料からなる二次元フォトニック結晶となる部分を有する第１の薄膜の第２の部分が光電気化学エッチングにより選択的に除去されることにより、第２の部分に空洞部となる凹部が形成される。
【００１３】
本発明の半導体レーザ素子の製造方法によれば、光電気化学エッチングが用いられるので、光照射により生成された電子・正孔対による酸化還元反応の促進によりエッチングが進行する。すなわち電気化学的な作用によりエッチングが進行する。よって物理的な作用をともなうＲＩＥなどに比して、ダメージ層の形成および除去困難な残渣の発生を抑制することができる。これにより高い歩留まりで半導体レーザ素子を製造することができる。
【００１４】
上記の半導体レーザ素子の製造方法において好ましくは、空洞部を部分的に埋めるように第１の部分と屈折率の異なる第２の薄膜を形成する工程をさらに備えている。
【００１５】
これにより光電気化学エッチングにより形成された空洞部の一部における屈折率を第２の薄膜により調整することができるので、半導体レーザ素子の設計自由度を高めることができる。
【００１６】
上記の半導体レーザ素子の製造方法において好ましくは、第１の部分の上から空洞部を閉塞するようにＧａＮ系材料をエピタキシャル成長させる工程をさらに備えている。
【００１７】
これにより空洞部を二次元フォトニック結晶の低屈折率部分として用いることができるので、二次元フォトニック結晶における低屈折率部分とＧａＮ系材料からなる高屈折率部分との屈折率の差が大きくなり、二次元フォトニック結晶の回折強度を高めることができる。
【００１８】
上記の半導体レーザ素子の製造方法において好ましくは、基板上にＧａＮ系材料からなる第３の薄膜を堆積する工程と、第３の薄膜を第１の部分に融着することにより空洞部を閉塞する工程をさらに備えている。
【００１９】
これにより空洞部を二次元フォトニック結晶の低屈折率部分として用いることができるので、二次元フォトニック結晶における低屈折率部分とＧａＮ系材料からなる高屈折率部分との屈折率の差が大きくなり、二次元フォトニック結晶の回折強度を高めることができる。
【００２０】
上記の半導体レーザ素子の製造方法において好ましくは、空洞部内に第１の部分と屈折率の異なるＧａＮ系材料をエピタキシャル成長させることにより、空洞部を埋める第２の部分を形成する工程をさらに備えている。
【００２１】
これにより、エピタキシャル層により形成された第１および第２の部分を有する二次元フォトニック結晶を含む半導体レーザ素子を得ることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の半導体レーザの製造方法によれば、光電気化学エッチングによりフォトニック結晶が形成されるので、ダメージ層の形成および除去困難な残渣の発生を抑制して歩留まりよく半導体レーザを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における半導体レーザ素子の構成を概略的に示す斜視図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った概略断面図である。図１および図２を参照して、半導体レーザ素子１０１は、基板３と、ｎ型クラッド層６ｎ、８１と、フォトニック結晶層７１（二次元フォトニック結晶）と、活性層５と、ｐ型クラッド層４ｐと、コンタクト層９と、電極１０、１１とを備えている。
【００２４】
基板３は主面３ａおよび３ｂを有しており、基板３の主面３ａ上には、ｎ型クラッド層６ｎ、フォトニック結晶層７１、ｎ型クラッド層８１、活性層５、ｐ型クラッド層４ｐおよびコンタクト層９が、この順序で積層されている。コンタクト層９の上には平面視においてたとえば円形状の電極１０が設けられており、基板３の主面３ａとは反対側の主面３ｂには、全面に電極１１が設けられている。電極１０は、たとえばＮｉ（ニッケル）とＡｕ（金）との積層構造を有している。また電極１１は、たとえばＴｉ（チタン）とＡｌ（アルミニウム）との積層構造を有している。
【００２５】
フォトニック結晶層７１は、エピタキシャル層２ｎ（第１の部分）と、空気からなる空洞部Ｖ１（第２の部分）とを含んでいる。エピタキシャル層２ｎには複数の孔ＨＬが形成されており、複数の孔ＨＬの内部が空洞部Ｖ１となっている。空洞部Ｖ１はエピタキシャル層２ｎの屈折率（たとえばＧａＮの場合２．５４）よりも低い屈折率を有しており、フォトニック結晶層７１の回折格子点となっている。
【００２６】
フォトニック結晶層７１のエピタキシャル層２ｎと、ｎ型クラッド層６ｎ、８１とのそれぞれは、ｎ型のＧａＮ系材料よりなっており、境界部が観察されないように互いに接している。
【００２７】
なお、ＧａＮ系材料とは、ＩＩＩ族元素と、ＶＩ族元素であるＮ（窒素）とを含む化合物であって、ＩＩＩ族元素の主成分はＧａ（ガリウム）であり、Ａｌ（アルミニウム）やＩｎ（インジウム）などが含まれてもよい。
【００２８】
ｐ型クラッド層４ｐはたとえばｐ型ＡｌＧａＮよりなっている。ｎ型クラッド層８１およびｐ型クラッド層４ｐは、活性層５に与えられるべきキャリアが伝導する導電層としての機能を有している。このためｎ型クラッド層８１およびｐ型クラッド層４ｐは活性層５を挟むように設けられている。またｎ型クラッド層８１およびｐ型クラッド層４ｐは、活性層５にキャリア（電子および正孔）および光を閉じ込める閉じ込め層としての機能を有している。すなわちｎ型クラッド層８１、活性層５およびｐ型クラッド層４ｐはダブルヘテロ接合を形成している。このため発光に寄与するキャリアを活性層５に集中させることができる。
【００２９】
活性層５はＧａＮを含んでおり、たとえばＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＮ（０≦ｘ、ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）からなる多重量子井戸により構成されている。活性層５はフォトニック結晶層７１に沿って設けられ、所定の方向に伸びる複数の量子細線として形成されていてもよい。また、フォトニック結晶層７１に沿って設けられ複数の量子箱として形成されていてもよい。各量子細線は、その長手方向と直交する２方向に関して電子のエネルギ準位が離散的になるような寸法（たとえば数十ｎｍ程度）を有する。各量子箱は、互いに直交する３方向に関して電子のエネルギ準位が離散的になるような寸法（たとえば数十ｎｍ程度）を有する。このような量子構造を備えると状態密度が大きくなるので、発光効率が高められるとともに、発光スペクトルが先鋭化される。
【００３０】
基板３は、たとえば導電性ＧａＮまたは導電性ＳｉＣのいずれかよりなっている。コンタクト層９は、電極１０の接触がオーミック接触となるように形成されている。
【００３１】
図３は、本発明の実施の形態１におけるフォトニック結晶層の構成を概略的に示す斜視図である。図３を参照して、複数の孔ＨＬはフォトニック結晶層７１の表面１７に垂直な方向に延びる円筒形状の貫通孔であり、円筒形状の直径寸法は、たとえば９０ｎｍであり、深さ寸法は、たとえば１００ｎｍである。孔ＨＬの内部は空洞部Ｖ１（図２）となっている。
【００３２】
フォトニック結晶層７１において、複数の空洞部Ｖ１はフォトニック結晶層７１において回折格子点の三角格子を形成するように設けられている。すなわちフォトニック結晶層７１の表面１７において、空洞部Ｖ１の中心と、これと最も近いの６個の空洞部Ｖ１のそれぞれの中心との距離は互いに等しい値であり、たとえば０．１９μｍである。
【００３３】
フォトニック結晶層７１は、第１の方向と、この方向と所定の角度をなす第２の方向とに対して、等しい周期（格子定数に対応する値）を有する二次元回折格子である。フォトニック結晶層７１には、上記の２方向およびそれらの方向の周期に関して様々な選択が可能である。また、フォトニック結晶層７１における電極１０（図１）の真下の領域Ａは、電極１０から高電流密度の電流が注入される領域であるので、光を放出する領域として機能する。
【００３４】
次に半導体レーザ素子１０１の発光方法について、図１〜図３を用いて説明する。
電極１１に対して電極１０に正電圧が印加されると、ｐ型クラッド層４ｐから活性層５へ正孔が注入され、ｎ型クラッド層８１から活性層５へ電子が注入される。活性層５へ正孔および電子（キャリア）が注入されると、キャリアの再結合が起こり、光が発生する。この光の波長は活性層５のバンドギャップによって規定される。
【００３５】
活性層５において発生した光は、ｎ型クラッド層８１およびｐ型クラッド層４ｐによって活性層５内に閉じ込められるが、一部の光はエバネッセント光としてフォトニック結晶層７１に到達する。フォトニック結晶層７１に到達したエバネッセント光の波長と、フォトニック結晶層７１が有する所定の周期とが一致する場合には、その周期に対応する波長において定在波が誘起される。
【００３６】
このような現象は、活性層５およびフォトニック結晶層７１が二次元的に広がりをもって形成されているので、電極１０を中心にした領域Ａおよびその付近において生じうる。定在波によるフィードバック効果により、レーザ発振を起こすことが可能となる。
【００３７】
続いて二次元回折格子（フォトニック結晶層）７１について説明する。二次元回折格子７１は、少なくとも２方向に同一の周期で並進されたときに重なり合うような性質を有する。このような二次元回折格子７１は、正三角形、正方形、または正六角形を一面に敷き詰めて配置し、その各頂点に格子点を設けることによって形成される。ここでは、正三角形を用いて形成される格子を三角格子、正方形を用いて形成される格子を正方格子、正六角形を用いて形成される格子を六角格子とそれぞれ呼ぶ。
【００３８】
図４は、二次元回折格子として、格子間隔がａである三角格子を示す図である。図４を参照して、三角格子は一辺の長さがａである正三角形によって埋め尽くされている。任意に選択された格子点Ａが基準点とされて、格子点Ｂに向かう方向をＸ−Γ方向と呼び、格子点Ｃへ向かう方向をＸ−Ｊ方向と呼ぶ。本実施の形態では、活性層５において発生される光の波長がＸ−Γ方向に関する格子周期に対応している場合について説明する。
【００３９】
二次元回折格子７１は、以下に説明する３個の１次元回折格子群Ｌ、Ｍ、Ｎを含むと考えることができる。１次元回折格子群Ｌは、Ｙ軸方向に向けて設けられた１次元格子Ｌ1、Ｌ2、Ｌ3などからなっている。１次元回折格子群Ｍは、Ｘ軸方向に対して１２０度の角度を方向に向けて設けられた１次元格子Ｍ1、Ｍ2、Ｍ3などからなっている。１次元回折格子群Ｎは、Ｘ軸方向に対して６０度の方向に向けて設けられた１次元格子Ｎ1、Ｎ2、Ｎ3などからなっている。これら３つの１次元回折格子群Ｌ、ＮおよびＭは、任意の格子点を中心に１２０度の角度で回転すると重なりあう。各１次元回折格子群Ｌ、ＮおよびＭにおいて、１次元格子間の間隔はｄであり、１次元格子内の間隔はａである。
【００４０】
まず、格子群Ｌに関して考える。格子点Ａから格子点Ｂの方向に進む光は、格子点Ｂにおいて回折現象を生じる。回折方向は、ブラッグ条件２ｄ・ｓｉｎθ＝ｍλ（ｍ＝０、±１、・・）によって規定される。ここでλはエピタキシャル層２ｎ内における光の波長である。２次のブラッグ反射（ｍ＝±２）を満足するように回折格子が形成されている場合には、θ＝±６０゜、±１２０゜の角度に別の格子点Ｄ、Ｅ、ＦおよびＧが存在する。また、ｍ＝０に対応する角度θ＝０、１８０゜にも格子点ＡおよびＫが存在する。
【００４１】
格子点Ｂにおいて、たとえば格子点Ｄの方向に向けて回折された光は、格子点Ｄにおいて格子群Ｍに従って回折される。この回折は格子群Ｌに従う回折現象と同様に考えることができる。次いで、格子点Ｄにおいて格子点Ｈに向けて回折される光は、格子群Ｎに従って回折される。このようにして順次、格子点Ｈ、格子点Ｉ、格子点Ｊと回折されていく。格子点Ｊから格子点Ａに向けて回折される光は格子群Ｎに従って回折される。
【００４２】
以上、説明したように、格子点Ａから格子点Ｂに進む光は複数回の回折を経て最初の格子点Ａに到達する。このため、半導体レーザ素子１０１においては、ある方向に進む光が複数回の回折を介して元の格子点の位置の戻るので、各格子点間には定在波が立つ。したがって、二次元回折格子７１は光共振器、つまり波長選択器および反射器として作用する。
【００４３】
また、上記ブラッグ条件２ｄ・ｓｉｎθ＝ｍλ（ｍ＝０、±１、・・）においてｍが奇数である条件でのブラッグ反射の方向はθ＝±９０゜となる。これは、二次元回折格子７１の主面に対して垂直方向（図４の紙面に垂直な方向）にも回折が強くなることを意味している。これにより、二次元回折格子７の主面に対して垂直方向、すなわち光放出面９ａ（図１）から光を放出（面発光）させることができる。
【００４４】
さらに、二次元回折格子７１では、上記の説明が任意の格子点Ａにおいて行われたことを考慮すると、上記のような光の回折は二次元的に配置されたすべての格子点において生じ得る。このため、各Ｘ−Γ方向に伝搬する光が、ブラッグ回折によって二次元的に相互に結合していると考えられる。二次元回折格子７１では、この二次元的結合によって３つのＸ−Γ方向が結合しあってコヒーレントな状態が形成されると考えられる。
【００４５】
図５は、図４に示された三角格子が有する逆格子空間を示す図である。図５を参照して、逆格子空間におけるブリリアンゾーンの中心Γ点、このΓ点と隣接ブリリアンゾーンのΓ点とを結んだ直線がブリリアンゾーンの境界と交差するＸ点、および互いに隣接する３ブリリアンゾーンが一点において接するＪ点が示されている。Γ点、Ｘ点およびＪ点から規定される方向は、図４の説明において参照したΓ−Ｘ方向およびΓ−Ｊ方向に対応する。
【００４６】
図６（ａ）は、図４に示された三角格子について、ＩｎＰよりなるフォトニック結晶層に関して、平面波展開法を用いてバンド計算を行った結果を示したフォトニックバンド図であり、特にＴＥモードに対する計算結果である。図６（ｂ）は、図６（ａ）におけるＳ点近傍における拡大図である。図１のフォトニック結晶層７は、図６（ａ）に示された分散関係、つまりフォトニックバンド構造を有する。本明細書において、フォトニックバンド構造とは、媒質内に設けられた少なくとも二次元の周期的な屈折率分布に基づき光子のエネルギに対して規定された分散関係をいう。
【００４７】
図６（ａ）および（ｂ）を参照して、Γ点およびその付近の波数範囲では、Ｓで示す部分およびＰで示す部分において、フォトニックバンドギャップが存在している。ここでは、Ｓで示す部分を「第１フォトニックバンドギャップ」と呼び、Ｐで示す部分を「第２フォトニックバンドギャップ」と呼ぶ。第１フォトニックバンドギャップの規格化周波数ω1は約０．３５となっており、第２フォトニックバンドギャップの規格化周波数ω2は約０．６１となっている。ここで、Γ点は波数ベクトルｋ＝０の点であるので、光の規格化周波数ωが規格化周波数ω1およびω2の場合には、結晶方向に関わらず定在波が立つことになる。同様の計算を本願のＧａＮよりなるフォトニック結晶（三角格子）に対して行なうと、第１フォトニックバンドギャップの規格化周波数ω1は約０．４７となり、第２フォトニックバンドギャップの規格化周波数ω2は約０．８２となる。
【００４８】
次に本実施の形態における半導体レーザ素子１０１の製造方法について、図７〜図１５を用いて説明する。
【００４９】
図７〜図１４のそれぞれは、本発明の実施の形態１における半導体レーザ素子の製造方法の第１〜第８工程の各々を順に示す概略的な断面図である。なお図７〜図１４のそれぞれの断面位置は、図２の断面位置に対応している。
【００５０】
図７を参照して、たとえば導電性ＧａＮまたは導電性ＳｉＣよりなる基板３が準備される。そしてＭＯＣＶＤ（Metal-Organic Chemical Vapor Deposition）法を用いて、ｎ型のＧａＮ系材料からなる第１の薄膜５２ｎが基板３上にエピタキシャル成長される。なお基板３の直上にバッファ層が形成され、このバッファ層の上に第１の薄膜５２ｎが形成されてもよい。
【００５１】
主に図８を参照して、第１の薄膜５２ｎ上にレジスト層が塗布される。次に電子ビームリソグラフィ技術により、このレジスト層からレジストパターン層５３が形成される。レジストパターン層５３は、三角格子状に配列した複数の孔ＨＬ（図３）のパターンに対応したパターンを有している。すなわち、レジストパターン層５３は、第１の薄膜５２ｎのエピタキシャル層２ｎ（図２）となる部分を露出し、かつ空洞部Ｖ１（図２）が形成される部分を覆うように形成される。
【００５２】
図９を参照して、たとえば蒸着法を用いて、レジストパターン層５３により一部が被覆された第１の薄膜５２ｎ上にＴｉ（チタン）が堆積される。これにより、レジストパターン層５３上および第１の薄膜５２ｎの露出面上のそれぞれに、Ｔｉ層５４ｌ、５４ｍの各々が形成される。
【００５３】
次にレジストパターン層５３を溶解することができる薬液に基板３が浸漬されることにより、Ｔｉ層５４ｌが除去される。すなわちＴｉ層５４ｌのリフトオフが行なわれる。
【００５４】
図１０を参照して、リフトオフの結果として第１の薄膜５２ｎ上にマスク層（Ｔｉ層）５４ｍが形成される。
【００５５】
図１１を参照して、マスク層５４ｍとカソード電極６３とが配線６１により電気的に接続される。カソード電極６３は、たとえばＰｔ（白金）からなる。配線６１の途中には電流計６２が挿入される。槽６６内に注入されたエッチング液６４に基板３およびカソード電極６３が浸漬される。エッチング液６４は、たとえば０．００１規定のＫＯＨ（水酸化カリウム）溶液である。これにより、マスク層５４ｍから露出した第１の薄膜５２ｎからなるアノード電極と、カソード電極６３とを有する電気化学的電池が構成される。
【００５６】
そしてマスク層５４ｍが形成された第１の薄膜５２ｎの面に対してエッチング液６４中で紫外線６０の照射が行なわれる。紫外線６０の波長は紫外線６０の光子エネルギーが第１の薄膜５２ｎのバンドギャップエネルギー以上となるように選択され、たとえば３６５ｎｍの波長が選択される。
【００５７】
この照射により、マスク層５４ｍから露出した第１の薄膜５２ｎの表面において電子・正孔対が生成される。この電子・正孔対の生成により電気化学的電池における酸化還元反応が促進される。この反応についての仮説が以下の文献に記載されている。
【００５８】
文献：C. Youtsey et al., "Highly anisotropic photoenhanced wet etching of n-type GaN", Applied Physics Letter, vol.71, No.15 13 October 1997, pp2151-2153
この文献によれば、以下の酸化反応が促進される。
【００５９】
２ＧａＮ＋６ｈ+→２Ｇａ3+＋Ｎ2
上記の酸化反応によりＧａＮの分解が促進されることにより、第１の薄膜５２ｎのエッチングが十分な速度で進行し始める。すなわち、光照射により生成された電子・正孔対が電気化学的電池における酸化還元反応を促進することにより行なわれるエッチングである光電気化学エッチング(Photoelectrochemical Etching)が行なわれる。
【００６０】
上記の化学式の右辺におけるＧａ3+はイオンとしてエッチング液に溶解した状態で安定状態となる。またＮ2はガスとして槽６６から放出される。このため、Ｇａ3+およびＮ2の両者とも第１の薄膜５２ｎの表面に固体として再付着することが抑制されるので、エッチング後に残渣が生じることがほとんどない。
【００６１】
またカソード電極６３が用いられることにより、第１の薄膜５２ｎの表面で生じた電子が第１の薄膜５２ｎから除去されることで、電子と正孔との再結合による正孔の減少を抑制することができる。
【００６２】
エッチングは第１の薄膜５２ｎの厚み方向に沿って進行する。厚み方向に途中までエッチングが進行した時点で、紫外線６０の照射が停止され、基板３が槽６６から取り出される。
【００６３】
図１１および図１２を参照して、このエッチングにより、第１の薄膜５２ｎの上側の領域において、エピタキシャル層２ｎと、空洞部Ｖ１とが形成される。空洞部Ｖ１はエピタキシャル層２ｎの面により区画された孔ＨＬの内部に位置している。孔ＨＬの深さ寸法（図中縦方向の寸法）は、たとえば１００ｎｍである。また第１の薄膜５２ｎの下側（基板３側）の領域は、エッチングが及ばなかった領域であるｎ型クラッド層６ｎとなる。
【００６４】
図１２および図１３を参照して、ＨＦ（フッ化水素）溶液を用いたエッチングにより、マスク層５４ｍが除去される。
【００６５】
図１４を参照して、エピタキシャル層２ｎの上から空洞部Ｖ１を閉塞するように、ＧａＮ系材料からなるｎ型クラッド層８１がエピタキシャル成長される。
【００６６】
図１５（ａ）〜（ｄ）のそれぞれは、本発明の実施の形態１における空洞部を閉塞するエピタキシャル成長の様子を順に示す概略断面図である。
【００６７】
図１５（ａ）を参照して、基板３（図１５（ａ）において図示せず）の基板温度が、通常のＧａＮのエピタキシャル成長が行なわれる基板温度よりも高い温度とされる。
【００６８】
主に図１５（ｂ）を参照して、ＭＯＣＶＤ法を用いて、たとえば塩素系ガスが少量導入される。そしてＡｌＧａＮのエピタキシャル層８１ｂが形成される。形成時の雰囲気の圧力は、たとえば３０ｋＰａ〜６０ｋＰａとされる。第１の薄膜５２ｎ（図７）は図中上方向（たとえば（０００１）方向）の成長（たとえばＣ面成長）により形成されるが、エピタキシャル層８１ｂは図中矢印で示す方向（たとえば（１１２−２）方向）の成長（Ｒ面成長）により形成される。
【００６９】
図１５（ｂ）および（ｃ）を参照して、エピタキシャル層８１ｂがさらに成長することにより、空洞部Ｖ１を閉塞するエピタキシャル層８１ｃが形成される。なお孔ＨＬ内にもわずかにＡｌＧａＮが成長するが、これによって孔ＨＬがＡｌＧａＮで埋められることはない。
【００７０】
図１５（ｃ）および（ｄ）を参照して、エピタキシャル層８１ｃの上にＡｌＧａＮが図中上方向に成長する。これによりｎ型クラッド層８１が形成される。
【００７１】
次に、図２を参照して、たとえばＭＯＣＶＤ法を用いて、活性層５、ｐ型クラッド層４ｐおよびコンタクト層９がこの順序でｎ型クラッド層８１上にエピタキシャル成長される。その後、コンタクト層９の光放出面９ａに電極１０が形成され、基板３の主面３ｂに電極１１が形成され、半導体レーザ素子１０１が完成する。
【００７２】
本実施の形態における半導体レーザ素子１０１の製造方法によれば、図１１に示すように、光電気化学エッチングによりフォトニック結晶層７１のエピタキシャル層２ｎが形成される。すなわち電気化学的な作用によりエッチングが進行するので、ＲＩＥなどの物理的作用をともなうエッチングによる場合に比して、ダメージ層の形成および除去困難な残渣の発生を抑制することができる。これにより高い歩留まりで半導体レーザ素子１０１を製造することができる。
【００７３】
なお残渣がフォトニック結晶層７１に与える影響は大きいと考えられる。一つには、残渣があることにより、フォトニック結晶層７１の構造が理想的な屈折率の周期構造からずれ、フォトニック結晶自体の品質が低下する。この結果、設計した波長の光が定在波として効率的に立たなくなり、半導体レーザ素子１０１の発光効率の低下を招く。また、エピタキシャル層２ｎ（図１３）の表面に残渣があると、ｎ型クラッド層８１の良好な再成長の妨げになったり、残渣を起点とした転位が活性層５を貫通し、発光効率の低下や、信頼性の低下を招いたりする。また残渣が電気的な障壁となったり、残渣の影響を受けてフォトニック結晶層７１より上に形成される層の品質が低下したりすることにより、半導体レーザ素子の動作電圧が上昇するなどの電気的特性の悪化が起こる。本実施の形態における半導体レーザ素子１０１によれば、上記の残渣の問題を解決し、電気的特性を向上することができる。
【００７４】
また第１の薄膜５２ｎがエッチングされる部位はマスク層５４ｍにより規定されるため、精度よくフォトニック結晶層７１をパターニングすることができ、高い歩留まりで半導体レーザ素子１０１を製造することができる。
【００７５】
また図１５に示すように、エピタキシャル層２ｎの上にＧａＮ系材料がエピタキシャル成長されることにより空洞部Ｖ１が閉塞される。これにより空洞部Ｖ１をフォトニック結晶層７１の低屈折率部分として用いることができるので、フォトニック結晶層７１における低屈折率部分と高屈折率部分（エピタキシャル層２ｎ）との屈折率の差が大きくなり、フォトニック結晶層７１の二次元回折格子としての回折強度を高めることができる。
【００７６】
（実施の形態２）
図１６は、本発明の実施の形態２における半導体レーザ素子の構成を概略的に示す斜視図である。図１７は、図１６のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線に沿った概略断面図である。
【００７７】
図１６および図１７を参照して、半導体レーザ素子１０２は、基板３と、ｎ型クラッド層４ｎと、活性層５と、ｐ型クラッド層６ｐ、８２と、フォトニック結晶層７２（二次元フォトニック結晶）と、コンタクト層９と、電極１０、１１とを備えている。基板３の主面３ａ上には、ｎ型クラッド層４ｎ、活性層５、ｐ型クラッド層６ｐ、フォトニック結晶層７２、ｐ型クラッド層８２およびコンタクト層９が、この順序で積層されている。
【００７８】
フォトニック結晶層７２は、エピタキシャル層２ｐ（第１の部分）と、空洞部Ｖ１（第２の部分）とを含んでいる。エピタキシャル層２ｐは、ｐ型半導体からなる点でエピタキシャル層２ｎ（実施の形態１）と相違しているが、この導電型の相違以外は同様の構成を有している。またｐ型クラッド層６ｐ、８２のそれぞれは、ｐ型半導体からなる点でｎ型クラッド層６ｎ、８１（実施の形態１）の各々と相違しているが、この導電型の相違以外は同様の構成を有している。またｎ型クラッド層４ｎは、ｎ型半導体からなる点でｐ型クラッド層４ｐ（実施の形態１）と相違しているが、この導電型の相違以外は同様の構成を有している。
【００７９】
なお、これ以外の半導体レーザ素子１０２の構成は、実施の形態１における半導体レーザ素子１０１と同様であるので、同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００８０】
次に本実施の形態における半導体レーザ素子１０２の製造方法について説明する。図１８〜図２５のそれぞれは、本発明の実施の形態２における半導体レーザ素子の製造方法の第１〜第８工程の各々を順に示す概略的な断面図である。なお図１８〜図２５のそれぞれの断面位置は、図１７の断面位置に対応している。
【００８１】
図１８を参照して、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ｎ型クラッド層４ｎおよび活性層５および第１の薄膜５２ｐが基板３上にエピタキシャル成長される。第１の薄膜５２ｐは、ｐ型半導体からなる点で第１の薄膜５２ｎ（実施の形態１）と相違しているが、この導電型の相違以外は同様の構成を有している。
【００８２】
図１９〜図２０を参照して、第１の薄膜５２ｐ上に、図８（実施の形態１）と同様のレジストパターン層５３と、図９（実施の形態１）と同様のＴｉ層５４ｌ、５４ｍとが形成される。
【００８３】
図２１を参照して、図１０（実施の形態１）と同様のリフトオフの結果として第１の薄膜５２ｐ上にマスク層（Ｔｉ層）５４ｍが形成される。
【００８４】
図２２を参照して、図１１（実施の形態１）とほぼ同様に、マスク層５４ｍとカソード電極６３とが配線６１により電気的に接続される。実施の形態１との相違点は、配線６１の途中にバイアス電源６５が挿入されており、光電気化学エッチングの際に、マスク層５４ｍ側に正のバイアス電圧が印加される点である。このバイアス電圧の印加により、本実施の形態のように第１の薄膜５２ｐがｐ型半導体の場合であっても十分なエッチングレートを確保することができる。
【００８５】
図２２および図２３を参照して、このエッチングにより、第１の薄膜５２ｐの上側の領域において、エピタキシャル層２ｐと、空洞部Ｖ１とが形成される。空洞部Ｖ１はエピタキシャル層２ｐの面により区画された孔ＨＬの内部に位置している。また第１の薄膜５２ｐの下側（基板３側）の領域は、エッチングが及ばなかった領域であるｐ型クラッド層６ｐとなる。
【００８６】
図２４を参照して、図１３（実施の形態１）と同様にマスク層５４ｍが除去される。
図２５を参照して、エピタキシャル層２ｐの上から空洞部Ｖ１を閉塞するように、ＧａＮ系材料からなるｐ型クラッド層８２がエピタキシャル成長される。なおｐ型クラッド層８２の形成方法は、図１５（ａ）〜（ｄ）（実施の形態１）で説明したｎ型クラッド層８１の形成方法と導電型を除き同様である。
【００８７】
再び図１７を参照して、コンタクト層９がｐ型クラッド層８２上にエピタキシャル成長される。その後、コンタクト層９の光放出面９ａに電極１０が形成され、基板３の主面３ｂに電極１１が形成され、半導体レーザ素子１０２が完成する。
【００８８】
本実施の形態によれば、導電型がｐ型の第１の薄膜５２ｐが用いられる場合においても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００８９】
（実施の形態３）
図２６は、本発明の実施の形態３における半導体レーザ素子の構成を概略的に示す斜視図である。図２７は、図２６のＸＸＶＩＩ−ＸＸＶＩＩ線に沿った概略断面図である。
【００９０】
図１、図２、図２６および図２７を参照して、本実施の形態の半導体レーザ素子１０３（図２６および図２７）は、実施の形態１の半導体レーザ素子１０１（図１および図２）とほぼ同様の構成を有している。実施の形態１との相違点として、本実施の形態の半導体レーザ素子１０３は、フォトニック結晶層７１の代わりにフォトニック結晶層７３を有している。
【００９１】
フォトニック結晶層７３は、空洞部Ｖ１の図中下側（基板３側）が低屈折率層２ｄにより埋められた構成を有している。空洞部Ｖ１の上側は空気に満たされた空洞状態のままであり、空気層２ａとなっている。低屈折率層２ｄは、エピタキシャル層２ｎよりも低い屈折率を有している。
【００９２】
なお、これ以外の半導体レーザ素子１０３の構成は、実施の形態１における半導体レーザ素子１０１と同様であるので、同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００９３】
次に本実施の形態における半導体レーザ素子１０３の製造方法について説明する。図２８〜図３０のそれぞれは、本発明の実施の形態３における半導体レーザ素子の製造方法の第１〜第３工程の各々を順に示す概略的な断面図である。なお図２８〜図３０のそれぞれの断面位置は、図２７の断面位置に対応している。
【００９４】
主に図２８を参照して、まず実施の形態１と同様の方法により、図１２と同様の構造が準備される。次に基板３の空洞部Ｖ１が形成された側の面上に成膜が行なわれることにより、空洞部Ｖ１を部分的に埋めるように第２の薄膜２ｌ、２ｄが形成される。
【００９５】
図２８および図２９を参照して、ＨＦ（フッ化水素）溶液を用いたエッチングにより、マスク層５４ｍが除去される。これにより第２の薄膜２ｌ、２ｄのうち第２の薄膜２ｌが除去される。すなわち第２の薄膜２ｌのリフトオフが行なわれ、第２の薄膜２ｄ（低屈折率層２ｄ）が残存する。
【００９６】
主に図３０を参照して、実施の形態１（図１４）と同様にｎ型クラッド層８１が形成される。
【００９７】
再び図２７を参照して、実施の形態１と同様に、活性層５、ｐ型クラッド層４ｐ、コンタクト層９および電極１０、１１が形成されて、半導体レーザ素子１０３が完成する。
【００９８】
なお、上記説明においては部分的に埋められた空洞部Ｖ１を有するフォトニック結晶層７３について説明したが、フォトニック結晶層７３は、空洞部Ｖ１全体が低屈折率層２ｄにより埋められた構成、すなわち空気層２ａが設けられない構成を有してもよい。
【００９９】
本実施の形態によれば、図２８に示すように、空洞部Ｖ１の少なくとも一部を埋めるようにエピタキシャル層２ｎと屈折率の異なる第２の薄膜２ｄ、２ｌを形成する工程をさらに備えている。これにより、フォトニック結晶層７３は、図２７に示すように、光電気化学エッチングにより形成された空洞部Ｖ１の図中下側（基板３側）が低屈折率層２ｄにより埋められた構成を有する。この低屈折率層２ｄの屈折率や寸法を調整することができるため、半導体レーザ素子１０３の設計自由度は半導体レーザ素子１０１に比して高い設計自由度を有している。
【０１００】
（実施の形態４）
図３１は、本発明の実施の形態４における半導体レーザ素子の構成を概略的に示す斜視図である。図３２は、図３１のＸＸＸＩＩ−ＸＸＸＩＩ線に沿った概略断面図である。
【０１０１】
図１６、図１７、図３１および図３２を参照して、本実施の形態の半導体レーザ素子１０４（図３１および図３２）は、実施の形態２の半導体レーザ素子１０２（図１６および図１７）とほぼ同様の構成を有している。実施の形態２との相違点として、本実施の形態の半導体レーザ素子１０４は、フォトニック結晶層７２の代わりにフォトニック結晶層７４を有している。
【０１０２】
フォトニック結晶層７４は、空洞部Ｖ１の図中下側（基板３側）が低屈折率層２ｄにより埋められた構成を有している。空洞部Ｖ１の上側は空気に満たされた空洞状態のままであり、空気層２ａとなっている。低屈折率層２ｄは、エピタキシャル層２ｐよりも低い屈折率を有している。
【０１０３】
なおこれ以外の半導体レーザ素子１０４の構成は、実施の形態２における半導体レーザ素子１０２と同様であるので、同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１０４】
次に本実施の形態における半導体レーザ素子１０４の製造方法について説明する。図３３〜図３５のそれぞれは、本発明の実施の形態４における半導体レーザ素子の製造方法の第１〜第３工程の各々を順に示す概略的な断面図である。なお図３３〜図３５のそれぞれの断面位置は、図３２の断面位置に対応している。
【０１０５】
図２３（実施の形態２）および図３３を参照して、まず実施の形態２と同様の方法により、図２３と同様の構造が準備される。次に基板３の空洞部Ｖ１が形成された側の面上に成膜が行なわれることにより、空洞部Ｖ１を部分的に埋めるように第２の薄膜２ｌ、２ｄが形成される。
【０１０６】
図３３および図３４を参照して、ＨＦ（フッ化水素）溶液を用いたエッチングにより、マスク層５４ｍが除去される。これにより第２の薄膜２ｌ、２ｄのうち第２の薄膜２ｌが除去される。すなわち第２の薄膜２ｌのリフトオフが行なわれ、第２の薄膜２ｄ（低屈折率層２ｄ）が残存する。
【０１０７】
主に図３５を参照して、実施の形態２（図２５）と同様にｐ型クラッド層８２が形成される。
【０１０８】
再び図３２を参照して、実施の形態２と同様に、コンタクト層９および電極１０、１１が形成されて、半導体レーザ素子１０４が完成する。
【０１０９】
なお、上記説明においては部分的に埋められた空洞部Ｖ１を有するフォトニック結晶層７４について説明したが、フォトニック結晶層７４は、空洞部Ｖ１全体が低屈折率層２ｄにより埋められた構成、すなわち空気層２ａが設けられない構成を有してもよい。
【０１１０】
本実施の形態によれば、導電型がｐ型の第１の薄膜５２ｐ（図２２）が用いられる場合においても、実施の形態３と同様の効果を得ることができる。
【０１１１】
（実施の形態５）
図３６は、本発明の実施の形態５における半導体レーザ素子の構成を概略的に示す斜視図である。図３７は、図３６のＸＸＸＶＩＩ−ＸＸＸＶＩＩ線に沿った概略断面図である。
【０１１２】
図１、図２、図３６および図３７を参照して、本実施の形態の半導体レーザ素子１０５（図３６および図３７）は、実施の形態１の半導体レーザ素子１０１（図１および図２）と類似の構成を有している。実施の形態１との相違点として、本実施の形態の半導体レーザ素子１０５は、フォトニック結晶層７１およびｎ型クラッド層８１のそれぞれの代わりに、フォトニック結晶層７５およびｎ型クラッド層８５の各々を有している。
【０１１３】
フォトニック結晶層７５は、フォトニック結晶層７１の空洞部Ｖ１（図２）がｎ型のＧａＮ系材料のエピタキシャル成長により形成された層であるエピタキシャル層２ｄｎにより埋められた構成を有している。エピタキシャル層２ｄｎはエピタキシャル層２ｎと異なる屈折率を有している。
【０１１４】
ｎ型クラッド層８５は、ｎ型のＧａＮ系材料のエピタキシャル成長により形成された層であり、エピタキシャル層２ｎ、２ｄｎの上に形成されている。エピタキシャル層２ｄｎとｎ型クラッド層８５とは、同一の材料から形成されており、境界部が観察されないように互いに接している。
【０１１５】
なお、これ以外の半導体レーザ素子１０５の構成は、実施の形態１における半導体レーザ素子１０１と同様であるので、同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１１６】
次に本実施の形態における半導体レーザ素子１０５の製造方法について説明する。図３８は、本発明の実施の形態５における半導体レーザ素子の製造方法の一工程を示す概略的な断面図である。なお図３８の断面位置は、図３７の断面位置に対応している。
【０１１７】
図１３（実施の形態１）および図３８を参照して、まず実施の形態１と同様の方法により、部品７０１が準備される。部品７０１の空洞部Ｖ１が形成されている側に、ステップカバレッジの良好な成膜条件で、エピタキシャル層２ｎとは屈折率の異なるｎ型のＧａＮ系材料がエピタキシャル成長される。これにより空洞部Ｖ１の内部がエピタキシャル層２ｄｎにより埋められる。またエピタキシャル層２ｎ、２ｄｎの上にｎ型クラッド層８５が形成される。
【０１１８】
再び図３７を参照して、実施の形態１と同様に、活性層５、ｐ型クラッド層４ｐ、コンタクト層９および電極１０、１１が形成されて、半導体レーザ素子１０５が完成する。
【０１１９】
本実施の形態によれば、空洞部Ｖ１（図１３）内にエピタキシャル層２ｎと屈折率の異なるＧａＮ系材料をエピタキシャル成長させることにより、空洞部Ｖ１を埋めるエピタキシャル層２ｄｎが形成される。これにより互いに屈折率が異なるエピタキシャル層２ｎ、２ｄｎを有する二次元フォトニック結晶を含む半導体レーザ素子を形成することができる。
【０１２０】
（実施の形態６）
図３９は、本発明の実施の形態６における半導体レーザ素子の構成を概略的に示す斜視図である。図４０は、図３９のＸＬ−ＸＬ線に沿った概略断面図である。
【０１２１】
図１６、図１７、図３９および図４０を参照して、本実施の形態の半導体レーザ素子１０６（図３９および図４０）は、実施の形態２の半導体レーザ素子１０２（図１６および図１７）と類似の構成を有している。実施の形態２との相違点として、本実施の形態の半導体レーザ素子１０６は、フォトニック結晶層７２およびｐ型クラッド層８２のそれぞれの代わりに、フォトニック結晶層７６およびｐ型クラッド層８６の各々を有している。
【０１２２】
フォトニック結晶層７６は、フォトニック結晶層７２（実施の形態２）の空洞部Ｖ１（図１７）がｐ型のＧａＮ系材料のエピタキシャル成長により形成された層であるエピタキシャル層２ｄｐにより埋められた構成を有している。エピタキシャル層２ｄｐはエピタキシャル層２ｐと異なる屈折率を有している。
【０１２３】
ｐ型クラッド層８６は、ｐ型のＧａＮ系材料のエピタキシャル成長により形成された層であり、エピタキシャル層２ｐ、２ｄｐの上に形成されている。エピタキシャル層２ｄｐとｐ型クラッド層８６とは、同一の材料から形成されており、境界部が観察されないように互いに接している。
【０１２４】
なお、これ以外の半導体レーザ素子１０６の構成は、実施の形態２における半導体レーザ素子１０２と同様であるので、同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１２５】
次に本実施の形態における半導体レーザ素子１０６の製造方法について説明する。図４１は、本発明の実施の形態６における半導体レーザ素子の製造方法の一工程を示す概略的な断面図である。なお図４１の断面位置は、図４０の断面位置に対応している。
【０１２６】
図２４（実施の形態２）および図４１を参照して、まず実施の形態２と同様の方法により、部品８０１が準備される。部品８０１の空洞部Ｖ１が形成されている側に、ステップカバレッジの良好な成膜条件で、エピタキシャル層２ｐとは屈折率の異なるｐ型のＧａＮ系材料がエピタキシャル成長される。これにより空洞部Ｖ１の内部がエピタキシャル層２ｄｐにより埋められる。またエピタキシャル層２ｐ、２ｄｐの上にｐ型クラッド層８６が形成される。
【０１２７】
再び図４０を参照して、実施の形態２と同様に、コンタクト層９および電極１０、１１が形成されて、半導体レーザ素子１０６が完成する。
【０１２８】
本実施の形態によれば、導電型がｐ型の第１の薄膜５２ｐ（図２２）が用いられる場合においても、実施の形態５と同様の効果を得ることができる。
【０１２９】
（実施の形態７）
図４２は、本発明の実施の形態７における半導体レーザ素子の構成を概略的に示す斜視図である。図４３は、図４２のＸＬＩＩＩ−ＸＬＩＩＩ線に沿った概略断面図である。
【０１３０】
図１、図２、図４２および図４３を参照して、本実施の形態の半導体レーザ素子１０７は、実施の形態１の半導体レーザ素子１０１（図１および図２）とほぼ同様の構成を有している。実施の形態１との相違点として、本実施の形態の半導体レーザ素子１０７は、ｎ型クラッド層８１（実施の形態１）の代わりにｎ型クラッド層８７を有している。
【０１３１】
ｎ型クラッド層８７は、ｎ型のＧａＮ系材料のエピタキシャル成長により形成された層であり、エピタキシャル層２ｎおよび空洞部Ｖ１の上に形成されている。
【０１３２】
なお、これ以外の半導体レーザ素子１０７の構成は、実施の形態１における半導体レーザ素子１０１と同様であるので、同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１３３】
次に本実施の形態における半導体レーザ素子１０７の製造方法について説明する。図４４および図４５のそれぞれは、本発明の実施の形態７における半導体レーザ素子の製造方法の第１および第２工程の各々を順に示す概略的な断面図である。なお図４４および図４５のそれぞれの断面位置は、図４３の断面位置に対応している。
【０１３４】
図１３を参照して、実施の形態１と同様の方法により、部品７０１が準備される。
図４４を参照して、たとえば導電性ＧａＮまたは導電性ＳｉＣのいずれかよりなる基板３０が準備される。基板３０上に、コンタクト層９、ｐ型クラッド層４ｐ、活性層５およびｎ型クラッド層８７が、この順序でエピタキシャル成長される。これにより部品７０２が形成される。
【０１３５】
図４５を参照して、部品７０１のエピタキシャル層２ｎ側の面と、部品７０２のｎ型クラッド層８７側の面とが、融着により貼り合わされる。具体的には、たとえば５００℃〜１０００℃の窒素雰囲気または水素雰囲気下において数十ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力で部品７０１、７０２が互いに押さえつけられた状態が３０分間保持されることにより、融着を行なうことができる。次に基板３０がエッチングにより除去される。なお融着が確実に行なわれるためには、融着により互いに貼り合わされる面が平滑な状態とされる必要がある。
【０１３６】
再び図４３を参照して、実施の形態１と同様に電極１０、１１が形成されて半導体レーザ素子１０７が完成する。
【０１３７】
本実施の形態によれば、図１５（ａ）〜（ｄ）に示すようなエピタキシャル成長の制御が行なわれる代わりに、融着が行なわれることによって実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【０１３８】
（実施の形態８）
図４６は、本発明の実施の形態８における半導体レーザ素子の構成を概略的に示す斜視図である。図４７は、図４６のＸＬＶＩＩ−ＸＬＶＩＩ線に沿った概略断面図である。
【０１３９】
図１６、図１７、図４６および図４７を参照して、本実施の形態の半導体レーザ素子１０８は、実施の形態２の半導体レーザ素子１０２（図１６および図１７）とほぼ同様の構成を有している。実施の形態２との相違点として、本実施の形態の半導体レーザ素子１０８は、ｐ型クラッド層８２（実施の形態２）の代わりにｐ型クラッド層８８を有している。
【０１４０】
ｐ型クラッド層８８は、ｐ型のＧａＮ系材料のエピタキシャル成長により形成された層であり、エピタキシャル層２ｐおよび空洞部Ｖ１の上に形成されている。
【０１４１】
なお、これ以外の半導体レーザ素子１０８の構成は、実施の形態２における半導体レーザ素子１０２と同様であるので、同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１４２】
次に本実施の形態における半導体レーザ素子１０８の製造方法について説明する。図４８および図４９のそれぞれは、本発明の実施の形態８における半導体レーザ素子の製造方法の第１および第２工程の各々を順に示す概略的な断面図である。なお図４８および図４９のそれぞれの断面位置は、図４７の断面位置に対応している。
【０１４３】
図２４を参照して、実施の形態２と同様の方法により、部品８０１が準備される。
図４８を参照して、たとえば導電性ＧａＮまたは導電性ＳｉＣのいずれかよりなる基板３０が準備される。基板３０上に、コンタクト層９およびｐ型クラッド層８８が、この順序でエピタキシャル成長される。これにより部品８０２が形成される。
【０１４４】
図４９を参照して、部品８０１のエピタキシャル層２ｐ側の面と、部品８０２のｐ型クラッド層８８側の面とが、実施の形態７と同様の融着により貼り合わされる。次に、実施の形態７と同様に基板３０が除去される。
【０１４５】
再び図４７を参照して、実施の形態２と同様に電極１０、１１が形成されて半導体レーザ素子１０８が完成する。
【０１４６】
本実施の形態によれば、導電型がｐ型の第１の薄膜５２ｐ（図２２）が用いられる場合においても、実施の形態７と同様の効果を得ることができる。
【０１４７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１４８】
本発明は、二次元フォトニック結晶を備えた半導体レーザ素子の製造方法に有利に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【０１４９】
【図１】本発明の実施の形態１における半導体レーザ素子の構成を概略的に示す斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った概略断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１におけるフォトニック結晶層の構成を概略的に示す斜視図である。
【図４】二次元回折格子として、格子間隔がａである三角格子を示す図である。
【図５】図４に示された三角格子が有する逆格子空間を示す図である。
【図６】図４に示された三角格子について、ＩｎＰよりなるフォトニック結晶層に関して、平面波展開法を用いてバンド計算を行った結果を示したフォトニックバンド図（ａ）、および（ａ）におけるＳ点近傍における拡大図（ｂ）である。
【図７】本発明の実施の形態１における半導体レーザ素子の製造方法の第１工程を示す概略的な断面図である。
【図８】本発明の実施の形態１における半導体レーザ素子の製造方法の第２工程を示す概略的な断面図である。
【図９】本発明の実施の形態１における半導体レーザ素子の製造方法の第３工程を示す概略的な断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態１における半導体レーザ素子の製造方法の第４工程を示す概略的な断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態１における半導体レーザ素子の製造方法の第５工程を示す概略的な断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態１における半導体レーザ素子の製造方法の第６工程を示す概略的な断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態１における半導体レーザ素子の製造方法の第７工程を示す概略的な断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態１における半導体レーザ素子の製造方法の第８工程を示す概略的な断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態１における空洞部を閉塞するエピタキシャル成長の様子を示す断面図である。（ａ）は第１状態、（ｂ）は第２状態、（ｃ）は第３状態、（ｄ）は第４状態を示している。
【図１６】本発明の実施の形態２における半導体レーザ素子の構成を概略的に示す斜視図である。
【図１７】図１６のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線に沿った概略断面図である。
【図１８】本発明の実施の形態２における半導体レーザ素子の製造方法の第１工程を示す概略的な断面図である。
【図１９】本発明の実施の形態２における半導体レーザ素子の製造方法の第２工程を示す概略的な断面図である。
【図２０】本発明の実施の形態２における半導体レーザ素子の製造方法の第３工程を示す概略的な断面図である。
【図２１】本発明の実施の形態２における半導体レーザ素子の製造方法の第４工程を示す概略的な断面図である。
【図２２】本発明の実施の形態２における半導体レーザ素子の製造方法の第５工程を示す概略的な断面図である。
【図２３】本発明の実施の形態２における半導体レーザ素子の製造方法の第６工程を示す概略的な断面図である。
【図２４】本発明の実施の形態２における半導体レーザ素子の製造方法の第７工程を示す概略的な断面図である。
【図２５】本発明の実施の形態２における半導体レーザ素子の製造方法の第８工程を示す概略的な断面図である。
【図２６】本発明の実施の形態３における半導体レーザ素子の構成を概略的に示す斜視図である。
【図２７】図１６のＸＸＶＩＩ−ＸＸＶＩＩ線に沿った概略断面図である。
【図２８】本発明の実施の形態３における半導体レーザ素子の製造方法の第１工程を示す概略的な断面図である。
【図２９】本発明の実施の形態３における半導体レーザ素子の製造方法の第２工程を示す概略的な断面図である。
【図３０】本発明の実施の形態３における半導体レーザ素子の製造方法の第３工程を示す概略的な断面図である。
【図３１】本発明の実施の形態４における半導体レーザ素子の構成を概略的に示す斜視図である。
【図３２】図３１のＸＸＸＩＩ−ＸＸＸＩＩ線に沿った概略断面図である。
【図３３】本発明の実施の形態４における半導体レーザ素子の製造方法の第１工程を示す概略的な断面図である。
【図３４】本発明の実施の形態４における半導体レーザ素子の製造方法の第２工程を示す概略的な断面図である。
【図３５】本発明の実施の形態４における半導体レーザ素子の製造方法の第３工程を示す概略的な断面図である。
【図３６】本発明の実施の形態５における半導体レーザ素子の構成を概略的に示す斜視図である。
【図３７】図３６のＸＸＸＶＩＩ−ＸＸＸＶＩＩ線に沿った概略断面図である。
【図３８】本発明の実施の形態５における半導体レーザ素子の製造方法の一工程を示す概略的な断面図である。
【図３９】本発明の実施の形態６における半導体レーザ素子の構成を概略的に示す斜視図である。
【図４０】図３９のＸＬ−ＸＬ線に沿った概略断面図である。
【図４１】本発明の実施の形態６における半導体レーザ素子の製造方法の一工程を示す概略的な断面図である。
【図４２】本発明の実施の形態７における半導体レーザ素子の構成を概略的に示す斜視図である。
【図４３】図４２のＸＬＩＩＩ−ＸＬＩＩＩ線に沿った概略断面図である。
【図４４】本発明の実施の形態７における半導体レーザ素子の製造方法の第１工程を示す概略的な断面図である。
【図４５】本発明の実施の形態７における半導体レーザ素子の製造方法の第２工程を示す概略的な断面図である。
【図４６】本発明の実施の形態８における半導体レーザ素子の構成を概略的に示す斜視図である。
【図４７】図４２のＸＬＶＩＩ−ＸＬＶＩＩ線に沿った概略断面図である。
【図４８】本発明の実施の形態８における半導体レーザ素子の製造方法の第１工程を示す概略的な断面図である。
【図４９】本発明の実施の形態８における半導体レーザ素子の製造方法の第２工程を示す概略的な断面図である。
【符号の説明】
【０１５０】
２ｄ  低屈折率層（第２の薄膜）、２ｌ  第２の薄膜、２ｄｎ，２ｄｐ，２ｎ，２ｐ，８１ｂ，８１ｃ  エピタキシャル層、３，３０  基板、３ａ，３ｂ  主面、４ｐ，６ｐ，８２，８６，８８  ｐ型クラッド層、４ｎ，６ｎ，８１，８５，８７  ｎ型クラッド層、５  活性層、９  コンタクト層、９ａ  光放出面、１０，１１  電極、１７  表面、５２ｎ，５２ｐ  第１の薄膜、５３  レジストパターン層、５４ｌ  Ｔｉ層、５４ｍ  マスク層（Ｔｉ層）、６０  紫外線、６１  配線、６２  電流計、６３  カソード電極、６４  エッチング液、６５  バイアス電源、６６  槽、７１〜７６  フォトニック結晶層（二次元回折格子）、１０１〜１０８  半導体レーザ素子、７０１，７０２，８０１，８０２  部品、ＨＬ  孔、Ｖ１  空洞部。
【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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【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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