JP2004030964A - 発光装置、光通信用装置及び光通信システム - Google Patents
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Abstract
【課題】優れた波長選択性を有する２次元フォトニック結晶を用いた発光装置、光通信用装置及び光通信システムを提供する。
【解決手段】本発明に係る発光装置は、基板１０と、前記基板１０上に配置され、少なくとも一方の電極が光を透過する透明電極である陰極６０及び陽極４０と、前記陰極６０と前記陽極４０との間に配置され、エレクトロルミネッセンスにより光を発生する発光層５０と、前記発光層５０に対して前記透明電極側に配置されるスラブ層３０と、を含み、前記スラブ層３０は、低屈折率領域３００が周期的に配列された２次元フォトニック結晶構造を有し、前記２次元フォトニック結晶内に形成され、導波路として機能する線状欠陥２００と、前記２次元フォトニック結晶内に形成され、特定の波長の光を捕獲して前記線状欠陥２００へ導入する複数の点状欠陥１０１、１０２と、を含み、複数の前記点状欠陥１０１、１０２は、２以上の異なる波長に対応するものを含むとともに、前記発光層５０から前記基板１０と交叉する方向に発生する光を捕獲可能な位置に配置される。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明に係る発光装置は、基板１０と、前記基板１０上に配置され、少なくとも一方の電極が光を透過する透明電極である陰極６０及び陽極４０と、前記陰極６０と前記陽極４０との間に配置され、エレクトロルミネッセンスにより光を発生する発光層５０と、前記発光層５０に対して前記透明電極側に配置されるスラブ層３０と、を含み、前記スラブ層３０は、低屈折率領域３００が周期的に配列された２次元フォトニック結晶構造を有し、前記２次元フォトニック結晶内に形成され、導波路として機能する線状欠陥２００と、前記２次元フォトニック結晶内に形成され、特定の波長の光を捕獲して前記線状欠陥２００へ導入する複数の点状欠陥１０１、１０２と、を含み、複数の前記点状欠陥１０１、１０２は、２以上の異なる波長に対応するものを含むとともに、前記発光層５０から前記基板１０と交叉する方向に発生する光を捕獲可能な位置に配置される。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２次元フォトニック結晶を利用した発光装置、光通信用装置および光通信システムに関する。
【０００２】
【背景技術及び発明が解決しようとする課題】
近年、インターネットの普及により通信システムの大容量化が望まれており、高速で大容量の通信が可能な光通信技術の開発が盛んである。そして、大量の情報を所定の光波長帯にのせて多重化し、光ファイバによって情報を伝送することができる波長多重化方式（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）を利用した通信システム用の光学部品の開発が活発に行われている。
【０００３】
このような光学部品において、光信号の送信源となる発光装置は、キーデバイスの一つとされており、中でもプレーナ技術で一括生産でき、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）により光を発生するＥＬ発光素子などが注目されている。
【０００４】
ところで、上記した波長多重化方式の通信システムでは、所定の波長帯に関連付けて信号が組み込まれて通信が行われるが、ＥＬ発光素子の出射光は、発光波長に広がりを持っている。そこで、ＥＬ発光素子を送信用光源として用いて高密度の波長多重化を実現するためには、発光スペクトルのシャープな光を取り出す技術が必要である。
【０００５】
本発明の目的は、優れた波長選択性を有する２次元フォトニック結晶を用いた発光装置、光通信用装置及び光通信システムを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明に係る発光装置は、
基板と、
前記基板上に配置され、少なくとも一方の電極が光を透過する透明電極である陰極及び陽極と、前記陰極と前記陽極との間に配置され、エレクトロルミネッセンスにより光を発生する発光層と、前記発光層に対して前記透明電極側に配置されるスラブ層と、を含み、
前記スラブ層は、低屈折率領域が周期的に配列された２次元フォトニック結晶構造を有し、前記２次元フォトニック結晶内に形成され、導波路として機能する線状欠陥と、前記２次元フォトニック結晶内に形成され、特定の波長の光を捕獲して前記線状欠陥へ導入する複数の点状欠陥と、を含み、
複数の前記点状欠陥は、２以上の異なる波長に対応するものを含むとともに、前記発光層から前記基板と交叉する方向に発生する光を捕獲可能な位置に配置される。
【０００７】
本発明に係る発光装置では、基板上に陰極及び陽極が配置され、前記陰極及び陽極の少なくとも一方の電極は光を透過する透明電極として形成される。また、かかる発光装置では、発光層が陰極と陽極との間に配置され、この発光層は、陰極及から電子が注入され、かつ陽極からホールが注入されてエレクトロルミネッセンスにより光を発生する。
【０００８】
また、本発明に係る発光装置では、発光層に対して透明電極側にスラブ層が配置される。このスラブ層は、低屈折率領域が周期的に配列された２次元フォトニック結晶構造を有し、この２次元フォトニック結晶内には、前記低屈折率領域の周期的な配列内のいずれかの位置に配置される複数の点状欠陥と、前記低屈折率領域の周期的な配列の一部を線状に抜き取ったような構造を有する線状欠陥が形成されている。
【０００９】
上記線状欠陥は、低屈折率領域の周期的な配列により形成されるフォトニックバンドギャップによってスラブ層の面内方向において光が線状欠陥内に閉じ込められて伝搬する光導波路として機能する。
【００１０】
また、上記点状欠陥は、発光層から基板と交叉する方向に発生する特定の波長の光を捕獲可能な位置に配置され、上記低屈折率領域の周期的な配列の乱れを利用して、上記線状欠陥内に特定の波長の光を導入する機能を有する。さらに、この点状欠陥は、異なる波長を捕獲するものがスラブ層に少なくとも２つ以上配置される。また、この点状欠陥で捕獲される光は、特定の波長を中心としたスペクトル幅の狭いものがスラブ層内の線状欠陥に導入される。すなわち、発光層で発生する光の波長帯から各点状欠陥に対応した複数の波長の光を選択的にスラブ層内に取り込むことができる。最終的に、各点状欠陥から線状欠陥内に導入された光は、線状欠陥内で合波されてスラブ層の端面から外部に出射される。
【００１１】
従って、本発明に係る発光装置によれば、複数の特定の波長において急峻なスペクトルを有する光を点状欠陥によって取り出すことができ、優れた波長選択性を有する光を得ることができる。また、本発明によれば、各点状欠陥から線状欠陥内に光が導入される際に、光を合波して外部に出射させることができるため、例えば、多重化した光信号を送信することができる新規な発光装置を実現することができる。
【００１２】
（２）また、本発明に係る発光装置は、
基板と、前記基板上に配置され、少なくとも一方の電極が光を透過する透明電極である陰極及び陽極と、前記陰極と前記陽極との間に配置され、エレクトロルミネッセンスにより光を発生する発光層と、前記発光層に対して前記透明電極側に配置される複数のスラブ層と、を含み、
複数の前記スラブ層は、低屈折率領域が周期的に配列された２次元フォトニック結晶構造を有し、前記２次元フォトニック結晶内に形成され、導波路として機能する線状欠陥と、前記２次元フォトニック結晶内に形成され、特定の波長の光を捕獲して前記線状欠陥へ導入する少なくとも一つの点状欠陥と、を含み、
前記点状欠陥は、前記発光層から前記基板と交叉する方向に発生する光を捕獲可能な位置に配置され、複数の前記スラブ層からは、それぞれ異なる波長の光が出射される。
【００１３】
本発明に係る発光装置では、（１）で説明した発光装置と同様に、基板上に配置された陰極及び陽極から電子及びホールを注入することによって発光層からエレクトロルミネッセンスによる光を発生させる構造を有する。
【００１４】
そして、本発明に係る発光装置では、２次元フォトニック結晶構造を有するスラブ層が発光層に対して透明電極側に複数積層された構造を有する。このスラブ層には、導波路として機能する線状欠陥と、特定の波長の光を捕獲して当該線状欠陥に導入する機能を有する点状欠陥とが形成される。各スラブ層では、それぞれに設けられた点状欠陥に対応する波長の光が、当該点状欠陥から線状欠陥に導入されて外部に出射される。すなわち、本発明に係る発光装置では、各スラブ層から出射される光は、発光層で発生する光を複数のスラブ層で分波したものとなり、それぞれのスラブ層で点状欠陥に対応した急峻なスペクトルを有する特定の波長の光が出射される。
【００１５】
従って、本発明によれば、発光層から発生する光を点状欠陥で捕獲して波長選択性の優れた光を得ることができる発光装置の実現が可能である。また、本発明によれば、発光層から発生する光を所望の特定波長に分波して複数のスラブ層から出射させることができる新規な発光装置の実現が可能となる。
【００１６】
なお、かかる発光装置において、前記点状欠陥は、前記線状欠陥から特定の波長の光を捕獲して放出する機能を有することができる。
【００１７】
また、かかる発光装置において、前記線状欠陥は、該線状欠陥を含む前記スラブ層に対して少なくとも上下いずれか一方に配置される他の前記スラブ層の前記線状欠陥と重ならない位置に配置することができる。
【００１８】
かかる構成によれば、線状欠陥による導波路同士の干渉を防止することができるとともに、複数のスラブ層間の距離を縮小して、発光装置を小型化することができる。
【００１９】
また、上記した（１）及び（２）の各発光装置は、以下の態様を取り得る。
【００２０】
（Ａ）前記陰極及び前記陽極の少なくとも一方の電極と前記発光層とを、複数の前記点状欠陥において捕獲される波長の数に対応して複数配置することができる。
【００２１】
かかる構成によれば、陰極及び陽極の少なくとも一方の電極と発光層とが点状欠陥の波長の種類に対応して複数配置されることにより、所望の波長の光を捕獲する点状欠陥に対応する発光層を選択的に発光させて、出射光に含まれる波長帯を多種多様に制御することができる。
【００２２】
（Ｂ）前記スラブ層に同じ波長の光を捕獲する点状欠陥を複数配置することができる。
【００２３】
これにより発光層で発生した光を大量に捕獲してスラブ層内に導入することができるため、外部発光効率（光の取り出し効率）を向上させることができる。
【００２４】
（Ｃ）前記陰極及び前記陽極の一方の電極は、光を反射する機能を有し、前記光を反射する機能を有する電極と、少なくとも前記発光層及び前記スラブ層を介して対向する位置に光反射膜を配置することができる。
【００２５】
かかる構成によれば、光を反射する機能を有する電極と、これと対向する位置に配置される光反射膜によって、いわゆるファブリーペロー共振器を形成する。従って、発光層で発生した光は、ファブリーペロー共振器によって複数の特定波長においてピークを有する発振光となる。よって、かかる構成によれば、スラブ層への導入段階において所望の波長帯以外の光を抑制することによってＳ／Ｎ（シグナル／ノイズ）比を向上させ、より発光スペクトルの急峻な光を取り出して出射させることができる。
【００２６】
（Ｄ）前記透明電極は、前記発光層に対して前記基板側に配置され、前記基板は、光を透過する機能を有し、前記スラブ層は、前記基板に対して前記発光層が配置される側と反対側に配置することができる。
【００２７】
（Ｅ）前記点状欠陥は、形状によって捕獲される光の波長が異なるものとすることができる。
【００２８】
かかる構成によれば、種々の形状の点状欠陥を各スラブ層に形成することによって所望の波長の光を出射させることができるとともに、任意の発光波長帯の発光装置に適用することができる。
【００２９】
なお、本明細書において、点状欠陥について「異なる形状」という場合、点状欠陥の平面形状が異なる場合に限らず、点状欠陥の大きさが異なる場合を含む。
【００３０】
（Ｆ）前記点状欠陥は、上下非対称の柱状構造とすることができる。
【００３１】
かかる構成によれば、点状欠陥において捕獲された光がスラブ層への導入時に他部へ漏れて損失することを防ぐことができ、外部発光効率を向上させることができる。
【００３２】
（Ｇ）前記点状欠陥の前記スラブ層の面に対して一方の側に、光を反射する反射部材が配置することができる。
【００３３】
かかる構成においても、点状欠陥において捕獲された光の損失を反射により防ぐことができるので、捕獲した光を低損失で出射させることができる。
【００３４】
（Ｈ）前記スラブ層の上及び下の少なくとも一方に、該スラブ層の材料より屈折率が低いクラッド層が存在することができる。
【００３５】
かかる構成によれば、クラッド層によって、スラブ層の面に垂直な方向に対しても確実に光を線状欠陥内に閉じ込めて伝搬させることができる。
【００３６】
（Ｉ）前記線状欠陥の一方の端部を前記低屈折率領域の周期的配列によって閉じた構造とすることができる。
【００３７】
かかる構成によれば、光の出射方向を一方の端面側に制御することができるため、低損失で光を出射することができる。
【００３８】
（Ｊ）前記周期的配列は、三角格子状または正方格子状の配列とすることができる。
【００３９】
（Ｋ）前記低屈折率領域は、前記スラブ層に形成された溝および貫通孔の少なくとも一方とすることができる。
【００４０】
（Ｌ）また、本発明に係る発光装置は、上記いずれかの発光装置を含む光通信用装置や光通信システムに適用することができる。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に好適な実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００４２】
［第１の実施形態］
まず、本発明の第１の実施形態に係る発光装置１０００の構造について説明する。図１（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る発光装置１０００を模式的に示す断面図である。
【００４３】
本実施形態に係る発光装置１０００は、基板１０上にクラッド層２１を介してスラブ層３０が配置され、このスラブ層３０の上にクラッド層２２を介して陽極４０、発光層５０、陰極６０が順次積層されて構成される。
【００４４】
基板１０は、例えば、ガラス基板、合成樹脂基板、半導体基板など公知の基板材料の中から好適なものを選択して用いることができる。
【００４５】
クラッド層２１、２２は、スラブ層３０の材料よりも低屈折率の材料で形成され、スラブ層３０の面に垂直な方向において光を該スラブ層３０内に閉じ込める機能を有する。このようなクラッド層２１、２２の材料は、スラブ層３０の材料の屈折率との関係で決定され、例えば、Ｉｎ、Ｇａ、Ａｌ、Ｓｂ、Ａｓ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｐ、Ｎ、およびＯのいずれか一種またはこれらの任意の組合せによる無機材料、具体的にはＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、ＳｉＯｘＮｙ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓＳｂ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＰなどが挙げられる。また、上記の他に例えば、空気等の気体や、例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ジアリルフタレート、フェニルメタクリレート、フッ素系ポリマー等の有機材料などをクラッド層２１、２２の材料としてもよい。また、クラッド層２１、２２は、例えば、スピンコート法などを用いて形成することができる。
【００４６】
なお、クラッド層２１、２２は、スラブ層３０の上下に配置される層との関係において適宜設ければよく、本実施形態に係る発光装置１０００として必須の構成要素ではない。すなわち、図１（Ａ）に示すような発光装置１０００の場合、基板１０および陽極４０の屈折率がスラブ層３０の屈折率よりも低い場合にはクラッド層２１、２２はいずれも設ける必要はない。また、基板１０および陽極４０のいずれかの屈折率がスラブ層３０の屈折率より高くなる場合には、スラブ層３０と当該スラブ層３０より屈折率が高い層との間にクラッド層２１、２２のいずれかを設ければよい。
【００４７】
スラブ層３０は、図１（Ｂ）に示すように、２次元フォトニック結晶構造を有するスラブ型導波路が形成されている。ここで、２次元フォトニック結晶構造とは、屈折率を変化させた領域（以下、低屈折率領域という。）３００を周期的に配列することにより２次元平面内においてフォトニックバンドギャップを有する構造である。この低屈折領域３００は、スラブ層３０に貫通孔又は溝を形成し、かかる貫通孔又は溝の中にスラブ層３０よりも屈折率の低い例えば、空気などの媒質が充填されて構成される。なお、クラッド層２１、２２を設ける場合は、クラッド層２１、２２の材料が上記貫通孔または溝に充填される場合もある。後述する点状欠陥１０１、１０２においても同様である。
【００４８】
ここで、２次元フォトニック結晶構造では、面内方向の光は、上記したフォトニックバンドギャップによって伝搬が禁制される。そして、スラブ層３０では、この２次元フォトニック結晶構造中の低屈折率領域３００の周期的な配列において一部を線状に抜き取ったような構造の線状欠陥２００を導入することによって、この線状欠陥２００内においてのみ光が伝搬されるスラブ型導波路として機能する。なお、スラブ層３０の線状欠陥２００を通過する光は、上記したようにスラブ層３０とクラッド層２１、２２との屈折率差によってスラブ層３０の面に垂直な方向においても線状欠陥２００内に閉じ込められる。
【００４９】
また、スラブ層３０において、低屈折率領域３００の周期的な配列は、図２に示すように、線状欠陥２００の一方の端部側を低屈折率領域３００周期的な配列によって閉じられた構造とすることができる。かかる構造によれば、線状欠陥２００の双方の端部から等方的に光が出射されることにより生ずる損失を低減しつつ光を一方の端部側から出射することができる。また、このような構成により、スラブ層３０における光の出射方向を制御することができる。
【００５０】
なお、スラブ層３０において、低屈折率領域３００の平面形状は、図１（Ｂ）に示すような円形のものに限られず、四角形、六角形等の多角形状であってもよい。
【００５１】
また、かかる発光装置１０００のスラブ層３０において、低屈折率領域３００の配列は、例えば、図３（Ａ）又は図３（Ｂ）に示すように、三角格子状又は正方格子状の配列を採用することができる。
【００５２】
また、スラブ層３０においては、図１（Ｂ）に示すように、低屈折率領域３００の周期的配列内に、低屈折率領域３００と異なる形状を有する複数種類の形状の点状欠陥１０１、１０２が形成され、発光層５０で発生する光をスラブ層３０内に取り入れることができる。すなわち、線状欠陥２００を伝搬する光は、この点状欠陥１０１、１０２によって捕獲されて線状欠陥２００内に導入されたものである。
【００５３】
この点状欠陥１０１、１０２は、上記低屈折率領域３００に対して例えば、大きさや平面形状などが異なるものとして形成することにより、かかる形状に対応した特定の波長の光を捕獲して光の導入口として機能する。例えば、図１（Ｂ）に示すように、低屈折率領域３００の平面形状を円形とした場合には、点状欠陥１０１と点状欠陥１０２とは半径（または直径）の異なる平面形状で形成されている。すなわち、本実施形態に係る発光装置１０００においては、かかる構成を採用することにより、種々の形状の点状欠陥をスラブ層３０に形成することによって各形状に対応した少なくとも２以上の異なる波長の光をスラブ層３０から出射させることができる。
【００５４】
また、スラブ層３０には、図１（Ｂ）に示すように、同じ波長の光を捕獲して線状欠陥２００に光を導入する点状欠陥１０１、１０２をそれぞれ複数個設けることができる。これによって、より多くの光をスラブ層３０内に取り込むことができるため、発光装置１０００の外部発光効率（光の取り出し効率）を向上させることができる。
【００５５】
また、スラブ層３０では、点状欠陥１０１、１０２内に異なる屈折率の材料を充填することによって異なる光の波長を捕獲可能に形成することができる。ここで、点状欠陥１０１、１０２において捕獲される光の波長は、上記したように点状欠陥１０１、１０２の大きさや平面形状によって変化する。そこで、点状欠陥１０１、１０２に充填する材料の屈折率が異なるものであれば、点状欠陥１０１、１０２の実効的な形状を変化させて、異なる波長の光を捕獲させることができる。かかる場合においては、点状欠陥１０１、１０２内に充填する材料を例えば、温度により屈折率が変化しやすい材料とすれば、発光装置１０００を温調装置を用いて温度制御することによって、かかる温度制御に応じて点状欠陥１０１、１０２で捕獲される波長を発光装置１０００の使用時において変化させることもできる。なお、本実施形態に係る発光装置１０００では、スラブ層３０における点状欠陥１０１、１０２の形状の変更と充填材料の変更とを組み合わせて所望の波長を捕獲する点状欠陥１０１、１０２を形成することができる。
【００５６】
また、かかる点状欠陥１０１、１０２の形状は、例えば、図４（Ａ）に示すように、柱状構造とすることができる。そして、点状欠陥１０１、１０２は、例えば、図４（Ａ）に示すような上下対称の柱状構造とした場合、捕獲された光の一部がスラブ層３０の外部に漏れることもある。そこで、図４（Ｂ）〜図４（Ｅ）に示すように上下非対称の形状として大きく開いた側を発光層５０側となるように点状欠陥１０１、１０２を形成すれば、開口部の小さいほうからは光が外部に漏れにくくなり、光の損失を低減させることも可能である。
【００５７】
なお、点状欠陥１０１、１０２の形状を例えば、図４（Ａ）に示すような上下対称の柱状構造とした場合であっても、発光層５０に面する側と反対側の開口部に光反射部材を設けて（図示省略）、反射によって光が所望の方向以外へ漏れるのを防止することができる。従って、このような構成によっても、点状欠陥１０１、１０２において捕獲した光の損失を低減することができる。
【００５８】
ここで、スラブ層３０において点状欠陥１０１、１０２は、少なくとも発光層５０から発生する光を捕獲可能な位置に配置される。具体的には、例えば、図１（Ｂ）及び図１（Ｃ）に示すように、発光層５０および陰極６０の面積がスラブ層３０の面積よりも小さい場合には、図１（Ｂ）に示すように陽極４０、発光層５０および陰極６０が重なる範囲に対応するスラブ層３０の領域（図１（Ｂ）の破線の内側）に点状欠陥１００を設けることができる。
【００５９】
また、スラブ層３０の材料としては、例えば、Ｉｎ、Ｇａ、Ａｌ、Ｓｂ、Ａｓ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｐ、Ｎ、およびＯのいずれか一種またはこれらの任意の組合せによる無機材料でクラッド層２１、２２よりも屈折率の高いものを用いることができる。具体的には、Ｓｉ、ＳｉＯ２にＧｅ等を含む不純物を添加したもの、ＡｌＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓＳｂ、ＩｎＧａＡｓＰなどが例示できる。また、スラブ層３０の材料としては、例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ジアリルフタレート、フェニルメタクリレート、フッ素系ポリマー等の有機材料でクラッド層２１、２２の材料よりも屈折率の高いものを用いることができる。
【００６０】
そして、かかるスラブ層３０は、例えば、スピンコート法で成膜した後に、低屈折領域３００および点状欠陥１０１、１０２を公知のフォトリソグラフィー技術、電子線描画法などを用いてパターニングすることにより形成することができる。
【００６１】
また、かかるスラブ層３０は、単独で個別に形成することもできる。具体的には、図５（Ａ）に示すように、例えば、Ｓｉの単結晶ウェハ５００を準備する。そして、図５（Ｂ）に示すように、ウェハ５００の所定の領域４００にＥＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍ）を用いる電子線描画法や、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）等を用いたフォトリソグラフィー技術によって低屈折率領域３００、点状欠陥１０１、１０２のパターニングを行う。このとき、スラブ層３０の形状に合わせてスラブ層３０となる領域の周囲についても例えば、図５（Ｂ）に示すように、分離用パターン４１０を形成しておくことができる。なお、スラブ層３０となる領域の周囲に分離用パターン４１０を形成する場合には、スラブ層３０をパターニング中にウェハ５００から分離しないように支持する支持領域４２０を残しておくことが望ましい。
【００６２】
次に、パターニングされたウェハ５００からスラブ層３０を支持領域４２０において（図中の破線部分）、例えば、劈開等をすることにより分離してスラブ層３０を取り出す。なお、スラブ層３０は、上記したようにスラブ層３０となる領域の周囲に分離用パターン４１０を形成しない場合には、ウェハ５００を公知の手法を用いてダイシングすることによりスラブ層３０を切り出すこともできる。
【００６３】
このように、スラブ層３０を個別に形成する場合には、クラッド層２１、２２を例えば、熱硬化性樹脂や紫外線硬化性樹脂など接着力の有する材料から形成して積層することにより、スラブ層３０と他の層とを固定することができる。
【００６４】
なお、スラブ層３０を単独で個別に形成する方法は、上記したような例えば、単結晶Ｓｉウェハなどの半導体基板を用いる場合に限らず、合成樹脂基板やガラス基板などを用いてもよい。
【００６５】
陽極４０は、発光層５０にホールを注入するための電極として機能し、仕事関数の大きい（例えば、４ｅＶ以上）金属、合金、電気伝導性化合物またはこれらの混合物を用いて例えば、スパッタ法により形成することができる。また、陽極４０は、少なくとも発光層５０で発生する光を透過可能な透明電極で形成される。このように、陽極４０として光学的に透明な材料を用いる場合には、ＣｕＩ、ＩＴＯ、ＳｎＯ２、ＺｎＯなどの導電性透明材料を用いることができる。
【００６６】
陰極６０は、発光層５０に電子を注入するための電極として機能し、仕事関数の小さい（例えば、４ｅＶ以下）電子注入性電極、合金電気導電性化合物およびこれらの混合物を用いて例えば、スパッタ法により形成することができる。
【００６７】
発光層５０は、上記陽極４０および陰極６０からなる一対の電極対の間に配置され、エレクトロルミネッセンスにより光を発生する。そして、発光層５０は、蒸着法、ＣＶＤ法、インクジェット法、スピンコート法、ＬＢ法などの公知の成膜方法の中から選択した材料に好適な手法を用いて形成することができる。また、発光層５０の材料は、所定の波長帯の光を得るために公知の化合物から選択される。発光層５０の材料としては、有機化合物および無機化合物のいずれでもよいが、種類の豊富さや成膜性の点から有機化合物であることが望ましい。
【００６８】
このような有機化合物としては、例えば、アロマティックジアミン誘導体（ＴＰＤ）、オキシジアゾール誘導体（ＰＢＤ）、オキシジアゾールダイマー（ＯＸＤ−８）、ジスチルアリーレン誘導体（ＤＳＡ）、ベリリウム−ベンゾキノリノール錯体（Ｂｅｂｑ）、トリフェニルアミン誘導体（ＭＴＤＡＴＡ）、ルブレン、キナクリドン、トリアゾール誘導体、ポリフェニレン、ポリアルキルフルオレン、ポリアルキルチオフェン、アゾメチン亜鉛錯体、ポリフィリン亜鉛錯体、ベンゾオキサゾール亜鉛錯体、フェナントロリンユウロピウム錯体など公知のものが使用できる。これらの化合物は単独で用いてもよく、２種類以上を混合して用いてもよい。また、無機化合物としては、ＺｎＳ：Ｍｎ（赤色領域）、ＺｎＳ：ＴｂＯＦ（緑色領域）、ＳｒＳ：Ｃｕ、ＳｒＳ：Ｃｅ（青色領域）などが例示される。
【００６９】
なお、発光層５０と陽極４０との間には、必要に応じて、陽極４０から発光層５０にホールを効率よく注入するために、ホール輸送／注入層（図示省略）を設けることもできる。また、発光層５０と陰極６０との間には、必要に応じて陰極６０から発光層５０に効率よく電子を注入するために、電子輸送／注入層（図示省略）を設けることもできる。
【００７０】
次に、本実施形態に係る発光装置１０００の機能について説明する。
【００７１】
かかる発光装置１０００は、陽極４０と陰極６０とから発光層５０に対して注入されたホールと電子が、当該発光層５０内で結合して励起子が生成され、この励起子が失活する際にルミネッセンス光を発生する。このルミネッセンス光は、例えば、波長λ１〜λｎの範囲の波長帯を含んでおり、図６（Ａ）に示すような広がりをもった発光スペクトルを有する。そして、発光層５０から発生した波長λ１〜λｎの光は、透明電極である陽極４０を通過し、スラブ層３０の点状欠陥１０１、１０２によって捕獲され、スラブ層３０の線状欠陥２００に導入される。このとき、点状欠陥１０１、１０２は、形状が異なり、この形状に対応した波長を捕獲するものである。よって、点状欠陥１０１では、図１（Ａ）に示すように、波長λ１の光が捕獲されて線状欠陥２００に導入され、点状欠陥１０２では、同じく図１（Ａ）に示すように、波長λ２の光が捕獲されて線状欠陥２００に導入される。
【００７２】
このようにして、スラブ層３０内に形成された線状欠陥２００では、点状欠陥１０１、１０２から導入された波長λ１、λ２の光が合波されて、例えば、図６（Ｂ）に示すような波長λ１、λ２において急峻なスペクトルを有する光がスラブ層３０の端面から出射される。
【００７３】
したがって、本実施形態に係る発光装置１０００によれば、複数の特定の波長λ１、λ２において急峻なスペクトルを有する光を点状欠陥１０１、１０２によって取り出すことができ、優れた波長選択性を有する光を出射させることができる。また、かかる発光装置１０００によれば、各点状欠陥１０１、１０２から線状欠陥２００内に光が導入される際に、光を合波して外部に出射させることができるため、例えば、多重化した光信号を送信することができる新規な発光装置を実現することができる。
【００７４】
また、本実施形態に係る発光装置１０００によれば、光の出射をスラブ層３０の端面から行うため、光ビームの放射範囲が大きい面発光型の発光素子においても、伝送路となる光ファイバとの結合性を向上させることができる。
【００７５】
なお、本実施形態における発光装置１０００では、スラブ層３０に導入される光の波長λ１、λ２は、発光層５０の材料によって決定される発光波長帯から任意の波長を選択することができ、さらに、３つ以上の種類の波長の光をスラブ層３０に導入して出射させることができる。
【００７６】
（変形例１）
図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、本発明の第１の実施形態の変形例１に係る発光装置１１００を模式的に示す図である。図７（Ａ）は、発光装置１１００の断面図を模式的に示した図であり、図７（Ｂ）は、発光装置１１００の平面図を模式的に示した図である。なお、図１に示すものと実質的に同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。また、本変形例に係る発光装置１１００の各層の成膜方法および加工方法については、上記した第１の実施形態に係る発光装置１０００と同様の方法を用いることができる。
【００７７】
本変形例に係る発光装置１１００では、基本的構成が第１の実施形態に係る発光装置１０００と同様であるが、陽極４０の上に発光層５１、５２が分割して配置され、各発光層５１、５２の上に陰極６１、６２が個別に形成されている点が異なる。また、発光層５１、５２の間には絶縁層７０が配置され、発光層５１、５２間は、電気的に絶縁されている。
【００７８】
また、本変形例に係る発光装置１１００は、発光層５１、５２及び陰極６１、６２がスラブ層３０の点状欠陥１０１、１０２に対応して設けられている。図７（Ａ）に示すように、波長λ１の光を捕獲する点状欠陥１０１に対して発光層５１及び陰極６１が点状欠陥１０１の上部に配置され、波長λ２の光を捕獲する点状欠陥１０２に対して発光層５２及び陰極６２が点状欠陥１０２の上部に配置されている。
【００７９】
かかる発光装置１１００では、陰極６１、６２に同様に電圧が加えると発光層５１、５２の双方が発光するため、スラブ層３０からは波長λ１、λ２を含む光が出射される。一方、陰極６１、６２のいずれか一方のみに電圧を加えると、例えば、陰極６１のみに電圧を加えた場合、発光層５１のみが発光し、発光層５２は発光しない。すると、スラブ層３０からは、点状欠陥１０１によって捕獲された波長λ１の光だけが出射される。
【００８０】
このように、本変形例に係る発光装置１１００では、点状欠陥で捕獲される波長の種類に対応して複数の発光層５１、５２及び複数の陰極６１、６２が配置された構成を採用するため、上記第１の実施形態に係る発光装置１０００と同様の作用効果を奏することができることに加え、発光層５１、５２を選択的に駆動して出射光に含まれる波長を任意に制御することができる。
【００８１】
（変形例２）
図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は、本発明の第１の実施形態の変形例２に係る発光装置１２００を模式的に示す図である。図８（Ａ）は、発光装置１２００の断面図を模式的に示した図であり、図８（Ｂ）は、発光装置１２００の平面図を模式的に示した図である。なお、図１に示すものと実質的に同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。また、本変形例に係る発光装置１２００の各層の成膜方法および加工方法については、上記した第１の実施形態に係る発光装置１０００と同様の方法を用いることができる。
【００８２】
この変形例２に係る発光装置１２００は、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示すように、基板１０上に陰極６０、発光層５０、陽極４０が順次積層され、透明電極である陽極４０の上にクラッド層２１を介してスラブ層３０が配置されている。また、スラブ層３０は、クラッド層２１、２２の間に配置されている。すなわち、本変形例に係る発光装置１２００は、上記第１の実施形態に係る発光装置１０００に対して各層の積層状態における配置関係を変更したものであり、同様の機能を有する。従って、本変形例に係る発光装置１２００によれば、上記第１の実施形態に係る発光装置１０００と同様の作用効果を奏することができる。
【００８３】
（変形例３）
図９（Ａ）は、本発明の第１の実施形態の変形例３に係る発光装置１２１０を模式的に示す断面図である。なお、図１に示すものと実質的に同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。また、本変形例に係る発光装置１２１０の各層の成膜方法および加工方法については、上記した第１の実施形態に係る発光装置１０００と同様の方法を用いることができる。
【００８４】
本変形例に係る発光装置１２１０は、基本的構成が上記変形例２に係る発光装置１２００と同様であるが、陰極６０が光を反射する機能を有するとともに、クラッド層２２の上に光反射膜８０を配置した構成を採用する。
【００８５】
光反射機能を有する陰極６０及び光反射膜８０は、例えば、Ａｌ、Ａｕなどの金属または合金から形成することができファブリーペロー型の光共振器を構成する。従って、発光層５０で発生した光は、陰極６０と光反射膜８０との間で反射を繰り返すことにより発振した光となって、図９（Ｂ）の実線で示すような所定の波長において急峻なスペクトルを有する光となる。
【００８６】
本変形例に係る発光装置１２１０では、この光共振器から得られる光の中でピークを有する波長λ１、λ２を点状欠陥１０１、１０２により捕獲してスラブ層３０内に導入し、この波長λ１、λ２を含む光を出射する。
【００８７】
このように、本変形例に係る発光装置１２１０によれば、スラブ層３０への光の導入段階において所望の波長λ１、λ２と近接する波長帯の光を抑制することによって所望の波長λ１、λ２におけるＳ／Ｎ（シグナル／ノイズ）比を向上させ、より発光スペクトルの急峻な光を外部に出射させることができる。
【００８８】
（変形例４）
図１０は、本発明の第１の実施形態の変形例４に係る発光装置１３００を模式的に示す断面図である。図１に示すものと実質的に同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。また、本変形例に係る発光装置１３００の各層の成膜方法および加工方法については、上記した第１の実施形態に係る発光装置１０００と同様の方法を用いることができる。
【００８９】
本変形例に係る発光装置１３００は、基板１０上に陽極４０、発光層５０、および陰極６０が順次積層された構成を有し、かつ基板１０は発光層５０で発生する光を透過可能な材料、例えば、ガラスなどから形成されている。また、基板１０の発光層５０が配置される側と反対側の面にはクラッド層２１を介してスラブ層３０が配置されている。また、スラブ層３０は、クラッド層２１、２２の間に配置されている。すなわち、本変形例に係る発光装置１３００は、上記第１の実施形態に係る発光装置１０００に対して各層の積層状態における配置関係を変更したものであり、同様の機能を有する。従って、本変形例に係る発光装置１２００によれば、上記第１の実施形態に係る発光装置１０００と同様の作用効果を奏することができる。
【００９０】
［第２の実施形態］
図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る発光装置２０００を模式的に示す断面図である。なお、図１１（Ｂ）に示す断面図は、発光装置２０００を光の出射端面側から見たものである。また、第１の実施形態において説明したものと実質的に同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。また、本実施形態に係る発光装置２０００の各層の成膜方法および加工方法については、第１の実施形態に係る発光装置１０００と同様の方法を用いることができる。
【００９１】
本実施形態に係る発光装置２０００は、図１１（Ａ）に示すように、基板１０の上に複数のスラブ層３１、３２が配置されるとともに、さらにその上に陽極４０、発光層５０及び陰極６０が順次積層されて配置されている。また、スラブ層３１は、クラッド層２１、２２の間に配置され、スラブ層３２は、クラッド層２２、２３の間に配置されている。なお、発光層５０と陽極４０との間、及び発光層５０と陰極６０との間には、発光層５０に効率よくホール、電子を注入するために、必要に応じてホール輸送／注入層、電子輸送／注入層（いずれも図示省略）を設けることができる。
【００９２】
ここで、スラブ層３１は、図１２（Ａ）に示すように、低屈折率領域３００の周期的な配列により構成される２次元フォトニック結晶内の線状欠陥２０１の近傍に波長λ１の光を捕獲する点状欠陥１０１が配置され、線状欠陥２０１から離隔された位置に波長λ２の光を捕獲する点状欠陥１０２が配置されている。
【００９３】
また、スラブ層３２は、図１２（Ｂ）に示すように、低屈折率領域３００の周期的な配列により構成される２次元フォトニック結晶内の線状欠陥２０２の近傍に波長λ２を捕獲する点状欠陥１０３が配置されている。この点状欠陥１０３は、スラブ層３１の点状欠陥１０２から放出される光を捕獲するので、スラブ層３１とスラブ層３２とを積層した状態で点状欠陥１０２と対向するように配置される。
【００９４】
これらのスラブ層３１、３２を基板１０上に積層すると、図１１（Ｂ）に示すように、線状欠陥２０１、２０２は、基板１０に垂直な方向に対して重ならない位置に配置される。複数の導波路は、近接して配置されると一方の導波路から他方の導波路へ光が結合し、干渉を生じる性質を有する。このため、導波路として機能する線状欠陥２０１、２０２が異なるスラブ層３１、３２に存在する本発光装置２０００では、線状欠陥２０１、２０２を重ならない位置に配置されるように形成することで、線状欠陥２０１、２０２間の干渉を生じさせることなくスラブ層３１、３２間の距離を縮めることができ、装置の小型化を図ることができる。また、線状欠陥２０１、２０２とが直交するように配置することも可能となる。
【００９５】
ここで、点状欠陥と線状欠陥との関係における光の結合効率は、点状欠陥と線状欠陥との距離によって決定される。つまり、点状欠陥の位置が線状欠陥から離れれば離れるほど、点状欠陥で捕獲された光が線状欠陥に導入されにくくなる。
【００９６】
そこで、本実施形態に係る発光装置２０００では、図１１（Ｂ）に示すように、スラブ層３１において、波長λ１の光を捕獲する点状欠陥１０１を線状欠陥２０１の近傍に配置し、波長λ２の光を捕獲する点状欠陥１０２を線状欠陥２０１から十分に離れた位置に配置することにより、発光層５０から発生した光がスラブ層３１において点状欠陥１０１、１０２で捕獲された際に、波長λ１の光は、線状欠陥２０１に導入されるが、波長λ２の光は、線状欠陥２０１には導入されずに点状欠陥１０２からスラブ層３２へ放出される。そして、波長λ２の光は、スラブ層３２の点状欠陥１０３から線状欠陥２０２に導入されることになる。すると、本実施形態に係る発光装置２０００では、発光層５０で発生した波長λ１〜λｎの光について、波長λ１の光がスラブ層３１の端面から出射され、波長λ２の光がスラブ層３２の端面から出射される。なお、かかる波長λ１、λ２の出射光は、第１の実施形態でも説明したように、急峻なスペクトルを有する。
【００９７】
このように、本実施形態に係る発光装置２０００によれば、発光層５０で発生する波長λ１〜λｎを含む光の中から任意の波長の光を点状欠陥１０１、１０２で捕獲して波長選択性の優れた光を出射することができる。また、かかる発光装置２０００によれば、発光層５０で発生する波長λ１〜λｎを含む光を任意の特定波長λ１、λ２の光に分波して複数のスラブ層３１、３２から出射させることができ、適用性が広い。なお、本実施形態においても、第１の実施形態で説明した各変形例を適用することができる。
【００９８】
また、本実施例では、波長λ２を捕獲するための点状欠陥をスラブ層３２に設けられた点状欠陥１０３のみとし、スラブ層３１には波長λ２を捕獲するための点状欠陥を設けなくてもよい。
【００９９】
［第３の実施形態］
図１３（Ａ）は、本発明の第３の実施形態に係る発光装置２１００を模式的に示す断面図である。なお、第１の実施形態において説明したものと実質的に同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。また、本実施形態に係る発光装置２１００の各層の成膜方法および加工方法については、第１の実施形態に係る発光装置１０００と同様の方法を用いることができる。
【０１００】
本実施形態に係る発光装置２１００は、基本的構成を第２の実施形態に係る発光装置２０００と同様とし、基板１０上に複数のスラブ層３１、３２が配置され、さらにその上に陽極４０、発光層５０、及び陰極６０が順次積層されて配置された構成を有する。
【０１０１】
しかし、本実施形態に係る発光装置２１００では、図１３（Ｂ）及び図１（Ｃ）に示すように、スラブ層３１、３２の構成が第２の実施形態に係る発光装置２０００と異なる。
【０１０２】
まず、スラブ層３１は、図１３（Ｂ）に示すように、波長λ１の光を捕獲する点状欠陥１０１、波長λ２の光を捕獲する点状欠陥１０２、１０３が、いずれも線状欠陥２０１の近傍に配置されている。ここで、点状欠陥１０１、１０２は、発光層５０で発生した光を取り込むために用いられ、点状欠陥１０３は、スラブ層３１から光を放出してスラブ層３２へ送り込むために用いられる。
【０１０３】
また、スラブ層３１における点状欠陥１０３は、発光層５０からの光が取り込まれないように、点状欠陥１０３の発光層５０に面している側に例えば、光反射機能や光吸収機能などを有する光遮断膜（図示省略）を設けることが好ましい。これは、低屈折率領域３００の周期的な配列内に形成された点状欠陥は、線状欠陥の近傍に配置された場合、第１及び第２の実施形態で説明したように、外部から特定の波長の光を捕獲して線状欠陥に導入する機能を有するほかに、線状欠陥を通過する光のうち特定の波長の光を捕獲して外部に放出する機能も有するからである。より具体的には、スラブ層３１においては、図１３（Ａ）に示すように、点状欠陥１０１、１０２を光の取り込み口として波長λ１、λ２の光がいったん線状欠陥２０１に導入された後に、点状欠陥１０３において線状欠陥２０１から波長λ２の光だけを取り出すためである。
【０１０４】
一方、スラブ層３２は、図１３（Ｃ）に示すように、波長λ２の光を捕獲する点状欠陥１０４が線状欠陥２０２の近傍に配置されている。また、点状欠陥１０４は、スラブ層３１において波長λ２の光を放出する点状欠陥１０３と対向する位置に配置されている。
【０１０５】
したがって、本実施形態に係る発光装置２１００では、図１３（Ａ）に示すように、発光層５０から波長λ１〜λｎを含む光が発生すると、波長λ１の光が点状欠陥１０１によって捕獲され、波長λ２の光が点状欠陥１０２によって捕獲されて、いずれも線状欠陥２０１に導入される。そして、線状欠陥２０１からは波長λ２の光が点状欠陥１０３によって捕獲され、スラブ層３２に向けて放出される。スラブ層３２では、点状欠陥１０３から放出された光が点状欠陥１０４により捕獲されて線状欠陥２０２に導入される。最終的に、スラブ層３１からは波長λ１の光が端面から出射され、スラブ層３２からは波長λ２の光が端面から出射される。
【０１０６】
以上に述べたように、本実施形態に係る発光装置２１００においても、発光層５０で発生する波長λ１〜λｎを含む光の中から任意の波長の光を点状欠陥１０１、１０２で捕獲して波長選択性の優れた光を出射することができる。また、かかる発光装置２１００によれば、発光層５０で発生する波長λ１〜λｎを含む光を任意の特定波長λ１、λ２の光に分波して複数のスラブ層３１、３２から出射させることができ、適用性が広い。なお、本実施形態においても、第１の実施形態で説明した各変形例を適用することができる。
【０１０７】
［第４の実施形態］
上記第１の実施形態ならびに各変形例、第２の実施形態、及び第３の実施形態に係る各発光装置は、例えば、ＯＬＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）やＯＮＵ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ）など（図示省略）の光通信システムに用いられる種々の光通信用装置の送信用光源に適用することができる。
【０１０８】
また、かかる各発光装置は、図１０に示すような、光通信システム４０００に適用することができる。かかる光通信システム４０００は、複数波長の光信号を多重化して伝送する波長多重化方式（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）を用いた光通信システムであり、例えば、基地局６１０、中継局６２０、および加入者端末６３０〜６５０を含んで構成される。基地局６１０、中継局６２０、および加入者端末６３０〜６５０は、光ファイバにより接続されている。
【０１０９】
基地局６１０では、複数の波長（λ１、λ２、λ３、・・・）を含む光信号を送受信することができる。中継局６２０では、基地局６２０から送られた光信号を分波して各加入者端末６３０〜６５０へ送信することができる。また、中継局６２０では、加入者端末６３０〜６５０から受信した光信号を合波して基地局６１０に送信することもできる。また、各加入者端末６３０〜６５０では、それぞれに割り当てられた波長帯の光信号を送受信することができるように構成されている。具体的には、加入者端末６３０では、波長λ１の光信号が送受信され、加入者端末６４０では、波長λ２の光信号が送受信され、加入者端末６５０では、波長λ３の光信号が送受信されることによりデータ通信が行われる。
【０１１０】
ここで、上記各発光装置は、基地局６１０内、中継局６２０内および加入者端末内に設置される光通信用装置（図示省略）内で用いられ、光信号のデータ送信を行う。
【０１１１】
このように、かかる光通信システム４０００によれば、基地局６１０から加入者端末６３０〜６５０に至る通信経路を光ファイバで統一したいわゆる全光アクセス方式（ＦＴＴＨ：Ｆｉｂｅｒ Ｔｏ Ｔｈｅ Ｈｏｍｅ）の比較的大規模な通信システムから光ＬＡＮなどの比較的小規模な通信システムまで種々の通信システムを構築することができる。
【０１１２】
なお、本発明に好適な実施の形態は、上述したものに限られず、本発明の要旨範囲内で各種態様を取り得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る発光装置を模式的に示す断面図である。図１（Ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る発光装置のスラブ層を説明するための図である。図１（Ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係る発光装置を模式的に示す平面図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態に係る発光装置のスラブ層を説明するための図である。
【図３】図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る発光装置のスラブ層における低屈折領域の周期的配列を説明するための図である。
【図４】図４（Ａ）〜図４（Ｅ）は、本発明の第１の実施形態に係る発光装置のスラブ層における点状欠陥の断面形状を説明するための図である。
【図５】図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る発光装置のスラブ層の形成方法を説明するための図である。
【図６】図６（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る発光装置における発光層で発生する光を説明するための図である。図６（Ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る発光装置の出射光を説明するための図である。
【図７】図７（Ａ）は、本発明の第１の実施形態の変形例１に係る発光装置を模式的に示す断面図である。図７（Ｂ）は、本発明の第１の実施形態の変形例１に係る発光装置を模式的に示す平面図である。
【図８】図８（Ａ）は、本発明の第１の実施形態の変形例２に係る発光装置を模式的に示す断面図である。図８（Ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る変形例２に係る発光装置を模式的に示す平面図である。
【図９】図９（Ａ）は、本発明の第１の実施形態の変形例３に係る発光装置を模式的に示す断面図である。図９（Ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る変形例３に係る発光装置における陰極と光反射膜との間を往復する光を説明するための図である。
【図１０】図１０は、本発明の第１の実施形態の変形例４に係る発光装置を模式的に示す断面図である。
【図１１】図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る発光装置を模式的に示す断面図である。
【図１２】図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る発光装置におけるスラブ層を説明するための図である。
【図１３】図１３（Ａ）は、本発明の第３の実施形態に係る発光装置を模式的に示す断面図である。図１３（Ｂ）及び図１３（Ｃ）は、本発明の第３の実施形態に係る発光装置におけるスラブ層を説明するための図である。
【図１４】図１４は、本発明の第４の実施形態に係る光通信システムを模式的に示す図である。
【符号の説明】
１０ 基板
２１、２２、２３ クラッド層
３０、３１、３２ スラブ層
４０ 陽極
５０、５１、５２ 発光層
６０、６１、６２ 陰極
７０ 絶縁層
８０ 光反射膜
１０１、１０２、１０３、１０４ 点状欠陥
２００、２０１、２０２ 線状欠陥
３００ 低屈折率領域
１０００、１１００、１２００、１２１０、１３００、２０００、２１００ 発光装置
４０００ 光通信システム
【発明の属する技術分野】
本発明は、２次元フォトニック結晶を利用した発光装置、光通信用装置および光通信システムに関する。
【０００２】
【背景技術及び発明が解決しようとする課題】
近年、インターネットの普及により通信システムの大容量化が望まれており、高速で大容量の通信が可能な光通信技術の開発が盛んである。そして、大量の情報を所定の光波長帯にのせて多重化し、光ファイバによって情報を伝送することができる波長多重化方式（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）を利用した通信システム用の光学部品の開発が活発に行われている。
【０００３】
このような光学部品において、光信号の送信源となる発光装置は、キーデバイスの一つとされており、中でもプレーナ技術で一括生産でき、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）により光を発生するＥＬ発光素子などが注目されている。
【０００４】
ところで、上記した波長多重化方式の通信システムでは、所定の波長帯に関連付けて信号が組み込まれて通信が行われるが、ＥＬ発光素子の出射光は、発光波長に広がりを持っている。そこで、ＥＬ発光素子を送信用光源として用いて高密度の波長多重化を実現するためには、発光スペクトルのシャープな光を取り出す技術が必要である。
【０００５】
本発明の目的は、優れた波長選択性を有する２次元フォトニック結晶を用いた発光装置、光通信用装置及び光通信システムを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明に係る発光装置は、
基板と、
前記基板上に配置され、少なくとも一方の電極が光を透過する透明電極である陰極及び陽極と、前記陰極と前記陽極との間に配置され、エレクトロルミネッセンスにより光を発生する発光層と、前記発光層に対して前記透明電極側に配置されるスラブ層と、を含み、
前記スラブ層は、低屈折率領域が周期的に配列された２次元フォトニック結晶構造を有し、前記２次元フォトニック結晶内に形成され、導波路として機能する線状欠陥と、前記２次元フォトニック結晶内に形成され、特定の波長の光を捕獲して前記線状欠陥へ導入する複数の点状欠陥と、を含み、
複数の前記点状欠陥は、２以上の異なる波長に対応するものを含むとともに、前記発光層から前記基板と交叉する方向に発生する光を捕獲可能な位置に配置される。
【０００７】
本発明に係る発光装置では、基板上に陰極及び陽極が配置され、前記陰極及び陽極の少なくとも一方の電極は光を透過する透明電極として形成される。また、かかる発光装置では、発光層が陰極と陽極との間に配置され、この発光層は、陰極及から電子が注入され、かつ陽極からホールが注入されてエレクトロルミネッセンスにより光を発生する。
【０００８】
また、本発明に係る発光装置では、発光層に対して透明電極側にスラブ層が配置される。このスラブ層は、低屈折率領域が周期的に配列された２次元フォトニック結晶構造を有し、この２次元フォトニック結晶内には、前記低屈折率領域の周期的な配列内のいずれかの位置に配置される複数の点状欠陥と、前記低屈折率領域の周期的な配列の一部を線状に抜き取ったような構造を有する線状欠陥が形成されている。
【０００９】
上記線状欠陥は、低屈折率領域の周期的な配列により形成されるフォトニックバンドギャップによってスラブ層の面内方向において光が線状欠陥内に閉じ込められて伝搬する光導波路として機能する。
【００１０】
また、上記点状欠陥は、発光層から基板と交叉する方向に発生する特定の波長の光を捕獲可能な位置に配置され、上記低屈折率領域の周期的な配列の乱れを利用して、上記線状欠陥内に特定の波長の光を導入する機能を有する。さらに、この点状欠陥は、異なる波長を捕獲するものがスラブ層に少なくとも２つ以上配置される。また、この点状欠陥で捕獲される光は、特定の波長を中心としたスペクトル幅の狭いものがスラブ層内の線状欠陥に導入される。すなわち、発光層で発生する光の波長帯から各点状欠陥に対応した複数の波長の光を選択的にスラブ層内に取り込むことができる。最終的に、各点状欠陥から線状欠陥内に導入された光は、線状欠陥内で合波されてスラブ層の端面から外部に出射される。
【００１１】
従って、本発明に係る発光装置によれば、複数の特定の波長において急峻なスペクトルを有する光を点状欠陥によって取り出すことができ、優れた波長選択性を有する光を得ることができる。また、本発明によれば、各点状欠陥から線状欠陥内に光が導入される際に、光を合波して外部に出射させることができるため、例えば、多重化した光信号を送信することができる新規な発光装置を実現することができる。
【００１２】
（２）また、本発明に係る発光装置は、
基板と、前記基板上に配置され、少なくとも一方の電極が光を透過する透明電極である陰極及び陽極と、前記陰極と前記陽極との間に配置され、エレクトロルミネッセンスにより光を発生する発光層と、前記発光層に対して前記透明電極側に配置される複数のスラブ層と、を含み、
複数の前記スラブ層は、低屈折率領域が周期的に配列された２次元フォトニック結晶構造を有し、前記２次元フォトニック結晶内に形成され、導波路として機能する線状欠陥と、前記２次元フォトニック結晶内に形成され、特定の波長の光を捕獲して前記線状欠陥へ導入する少なくとも一つの点状欠陥と、を含み、
前記点状欠陥は、前記発光層から前記基板と交叉する方向に発生する光を捕獲可能な位置に配置され、複数の前記スラブ層からは、それぞれ異なる波長の光が出射される。
【００１３】
本発明に係る発光装置では、（１）で説明した発光装置と同様に、基板上に配置された陰極及び陽極から電子及びホールを注入することによって発光層からエレクトロルミネッセンスによる光を発生させる構造を有する。
【００１４】
そして、本発明に係る発光装置では、２次元フォトニック結晶構造を有するスラブ層が発光層に対して透明電極側に複数積層された構造を有する。このスラブ層には、導波路として機能する線状欠陥と、特定の波長の光を捕獲して当該線状欠陥に導入する機能を有する点状欠陥とが形成される。各スラブ層では、それぞれに設けられた点状欠陥に対応する波長の光が、当該点状欠陥から線状欠陥に導入されて外部に出射される。すなわち、本発明に係る発光装置では、各スラブ層から出射される光は、発光層で発生する光を複数のスラブ層で分波したものとなり、それぞれのスラブ層で点状欠陥に対応した急峻なスペクトルを有する特定の波長の光が出射される。
【００１５】
従って、本発明によれば、発光層から発生する光を点状欠陥で捕獲して波長選択性の優れた光を得ることができる発光装置の実現が可能である。また、本発明によれば、発光層から発生する光を所望の特定波長に分波して複数のスラブ層から出射させることができる新規な発光装置の実現が可能となる。
【００１６】
なお、かかる発光装置において、前記点状欠陥は、前記線状欠陥から特定の波長の光を捕獲して放出する機能を有することができる。
【００１７】
また、かかる発光装置において、前記線状欠陥は、該線状欠陥を含む前記スラブ層に対して少なくとも上下いずれか一方に配置される他の前記スラブ層の前記線状欠陥と重ならない位置に配置することができる。
【００１８】
かかる構成によれば、線状欠陥による導波路同士の干渉を防止することができるとともに、複数のスラブ層間の距離を縮小して、発光装置を小型化することができる。
【００１９】
また、上記した（１）及び（２）の各発光装置は、以下の態様を取り得る。
【００２０】
（Ａ）前記陰極及び前記陽極の少なくとも一方の電極と前記発光層とを、複数の前記点状欠陥において捕獲される波長の数に対応して複数配置することができる。
【００２１】
かかる構成によれば、陰極及び陽極の少なくとも一方の電極と発光層とが点状欠陥の波長の種類に対応して複数配置されることにより、所望の波長の光を捕獲する点状欠陥に対応する発光層を選択的に発光させて、出射光に含まれる波長帯を多種多様に制御することができる。
【００２２】
（Ｂ）前記スラブ層に同じ波長の光を捕獲する点状欠陥を複数配置することができる。
【００２３】
これにより発光層で発生した光を大量に捕獲してスラブ層内に導入することができるため、外部発光効率（光の取り出し効率）を向上させることができる。
【００２４】
（Ｃ）前記陰極及び前記陽極の一方の電極は、光を反射する機能を有し、前記光を反射する機能を有する電極と、少なくとも前記発光層及び前記スラブ層を介して対向する位置に光反射膜を配置することができる。
【００２５】
かかる構成によれば、光を反射する機能を有する電極と、これと対向する位置に配置される光反射膜によって、いわゆるファブリーペロー共振器を形成する。従って、発光層で発生した光は、ファブリーペロー共振器によって複数の特定波長においてピークを有する発振光となる。よって、かかる構成によれば、スラブ層への導入段階において所望の波長帯以外の光を抑制することによってＳ／Ｎ（シグナル／ノイズ）比を向上させ、より発光スペクトルの急峻な光を取り出して出射させることができる。
【００２６】
（Ｄ）前記透明電極は、前記発光層に対して前記基板側に配置され、前記基板は、光を透過する機能を有し、前記スラブ層は、前記基板に対して前記発光層が配置される側と反対側に配置することができる。
【００２７】
（Ｅ）前記点状欠陥は、形状によって捕獲される光の波長が異なるものとすることができる。
【００２８】
かかる構成によれば、種々の形状の点状欠陥を各スラブ層に形成することによって所望の波長の光を出射させることができるとともに、任意の発光波長帯の発光装置に適用することができる。
【００２９】
なお、本明細書において、点状欠陥について「異なる形状」という場合、点状欠陥の平面形状が異なる場合に限らず、点状欠陥の大きさが異なる場合を含む。
【００３０】
（Ｆ）前記点状欠陥は、上下非対称の柱状構造とすることができる。
【００３１】
かかる構成によれば、点状欠陥において捕獲された光がスラブ層への導入時に他部へ漏れて損失することを防ぐことができ、外部発光効率を向上させることができる。
【００３２】
（Ｇ）前記点状欠陥の前記スラブ層の面に対して一方の側に、光を反射する反射部材が配置することができる。
【００３３】
かかる構成においても、点状欠陥において捕獲された光の損失を反射により防ぐことができるので、捕獲した光を低損失で出射させることができる。
【００３４】
（Ｈ）前記スラブ層の上及び下の少なくとも一方に、該スラブ層の材料より屈折率が低いクラッド層が存在することができる。
【００３５】
かかる構成によれば、クラッド層によって、スラブ層の面に垂直な方向に対しても確実に光を線状欠陥内に閉じ込めて伝搬させることができる。
【００３６】
（Ｉ）前記線状欠陥の一方の端部を前記低屈折率領域の周期的配列によって閉じた構造とすることができる。
【００３７】
かかる構成によれば、光の出射方向を一方の端面側に制御することができるため、低損失で光を出射することができる。
【００３８】
（Ｊ）前記周期的配列は、三角格子状または正方格子状の配列とすることができる。
【００３９】
（Ｋ）前記低屈折率領域は、前記スラブ層に形成された溝および貫通孔の少なくとも一方とすることができる。
【００４０】
（Ｌ）また、本発明に係る発光装置は、上記いずれかの発光装置を含む光通信用装置や光通信システムに適用することができる。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に好適な実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００４２】
［第１の実施形態］
まず、本発明の第１の実施形態に係る発光装置１０００の構造について説明する。図１（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る発光装置１０００を模式的に示す断面図である。
【００４３】
本実施形態に係る発光装置１０００は、基板１０上にクラッド層２１を介してスラブ層３０が配置され、このスラブ層３０の上にクラッド層２２を介して陽極４０、発光層５０、陰極６０が順次積層されて構成される。
【００４４】
基板１０は、例えば、ガラス基板、合成樹脂基板、半導体基板など公知の基板材料の中から好適なものを選択して用いることができる。
【００４５】
クラッド層２１、２２は、スラブ層３０の材料よりも低屈折率の材料で形成され、スラブ層３０の面に垂直な方向において光を該スラブ層３０内に閉じ込める機能を有する。このようなクラッド層２１、２２の材料は、スラブ層３０の材料の屈折率との関係で決定され、例えば、Ｉｎ、Ｇａ、Ａｌ、Ｓｂ、Ａｓ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｐ、Ｎ、およびＯのいずれか一種またはこれらの任意の組合せによる無機材料、具体的にはＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、ＳｉＯｘＮｙ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓＳｂ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＰなどが挙げられる。また、上記の他に例えば、空気等の気体や、例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ジアリルフタレート、フェニルメタクリレート、フッ素系ポリマー等の有機材料などをクラッド層２１、２２の材料としてもよい。また、クラッド層２１、２２は、例えば、スピンコート法などを用いて形成することができる。
【００４６】
なお、クラッド層２１、２２は、スラブ層３０の上下に配置される層との関係において適宜設ければよく、本実施形態に係る発光装置１０００として必須の構成要素ではない。すなわち、図１（Ａ）に示すような発光装置１０００の場合、基板１０および陽極４０の屈折率がスラブ層３０の屈折率よりも低い場合にはクラッド層２１、２２はいずれも設ける必要はない。また、基板１０および陽極４０のいずれかの屈折率がスラブ層３０の屈折率より高くなる場合には、スラブ層３０と当該スラブ層３０より屈折率が高い層との間にクラッド層２１、２２のいずれかを設ければよい。
【００４７】
スラブ層３０は、図１（Ｂ）に示すように、２次元フォトニック結晶構造を有するスラブ型導波路が形成されている。ここで、２次元フォトニック結晶構造とは、屈折率を変化させた領域（以下、低屈折率領域という。）３００を周期的に配列することにより２次元平面内においてフォトニックバンドギャップを有する構造である。この低屈折領域３００は、スラブ層３０に貫通孔又は溝を形成し、かかる貫通孔又は溝の中にスラブ層３０よりも屈折率の低い例えば、空気などの媒質が充填されて構成される。なお、クラッド層２１、２２を設ける場合は、クラッド層２１、２２の材料が上記貫通孔または溝に充填される場合もある。後述する点状欠陥１０１、１０２においても同様である。
【００４８】
ここで、２次元フォトニック結晶構造では、面内方向の光は、上記したフォトニックバンドギャップによって伝搬が禁制される。そして、スラブ層３０では、この２次元フォトニック結晶構造中の低屈折率領域３００の周期的な配列において一部を線状に抜き取ったような構造の線状欠陥２００を導入することによって、この線状欠陥２００内においてのみ光が伝搬されるスラブ型導波路として機能する。なお、スラブ層３０の線状欠陥２００を通過する光は、上記したようにスラブ層３０とクラッド層２１、２２との屈折率差によってスラブ層３０の面に垂直な方向においても線状欠陥２００内に閉じ込められる。
【００４９】
また、スラブ層３０において、低屈折率領域３００の周期的な配列は、図２に示すように、線状欠陥２００の一方の端部側を低屈折率領域３００周期的な配列によって閉じられた構造とすることができる。かかる構造によれば、線状欠陥２００の双方の端部から等方的に光が出射されることにより生ずる損失を低減しつつ光を一方の端部側から出射することができる。また、このような構成により、スラブ層３０における光の出射方向を制御することができる。
【００５０】
なお、スラブ層３０において、低屈折率領域３００の平面形状は、図１（Ｂ）に示すような円形のものに限られず、四角形、六角形等の多角形状であってもよい。
【００５１】
また、かかる発光装置１０００のスラブ層３０において、低屈折率領域３００の配列は、例えば、図３（Ａ）又は図３（Ｂ）に示すように、三角格子状又は正方格子状の配列を採用することができる。
【００５２】
また、スラブ層３０においては、図１（Ｂ）に示すように、低屈折率領域３００の周期的配列内に、低屈折率領域３００と異なる形状を有する複数種類の形状の点状欠陥１０１、１０２が形成され、発光層５０で発生する光をスラブ層３０内に取り入れることができる。すなわち、線状欠陥２００を伝搬する光は、この点状欠陥１０１、１０２によって捕獲されて線状欠陥２００内に導入されたものである。
【００５３】
この点状欠陥１０１、１０２は、上記低屈折率領域３００に対して例えば、大きさや平面形状などが異なるものとして形成することにより、かかる形状に対応した特定の波長の光を捕獲して光の導入口として機能する。例えば、図１（Ｂ）に示すように、低屈折率領域３００の平面形状を円形とした場合には、点状欠陥１０１と点状欠陥１０２とは半径（または直径）の異なる平面形状で形成されている。すなわち、本実施形態に係る発光装置１０００においては、かかる構成を採用することにより、種々の形状の点状欠陥をスラブ層３０に形成することによって各形状に対応した少なくとも２以上の異なる波長の光をスラブ層３０から出射させることができる。
【００５４】
また、スラブ層３０には、図１（Ｂ）に示すように、同じ波長の光を捕獲して線状欠陥２００に光を導入する点状欠陥１０１、１０２をそれぞれ複数個設けることができる。これによって、より多くの光をスラブ層３０内に取り込むことができるため、発光装置１０００の外部発光効率（光の取り出し効率）を向上させることができる。
【００５５】
また、スラブ層３０では、点状欠陥１０１、１０２内に異なる屈折率の材料を充填することによって異なる光の波長を捕獲可能に形成することができる。ここで、点状欠陥１０１、１０２において捕獲される光の波長は、上記したように点状欠陥１０１、１０２の大きさや平面形状によって変化する。そこで、点状欠陥１０１、１０２に充填する材料の屈折率が異なるものであれば、点状欠陥１０１、１０２の実効的な形状を変化させて、異なる波長の光を捕獲させることができる。かかる場合においては、点状欠陥１０１、１０２内に充填する材料を例えば、温度により屈折率が変化しやすい材料とすれば、発光装置１０００を温調装置を用いて温度制御することによって、かかる温度制御に応じて点状欠陥１０１、１０２で捕獲される波長を発光装置１０００の使用時において変化させることもできる。なお、本実施形態に係る発光装置１０００では、スラブ層３０における点状欠陥１０１、１０２の形状の変更と充填材料の変更とを組み合わせて所望の波長を捕獲する点状欠陥１０１、１０２を形成することができる。
【００５６】
また、かかる点状欠陥１０１、１０２の形状は、例えば、図４（Ａ）に示すように、柱状構造とすることができる。そして、点状欠陥１０１、１０２は、例えば、図４（Ａ）に示すような上下対称の柱状構造とした場合、捕獲された光の一部がスラブ層３０の外部に漏れることもある。そこで、図４（Ｂ）〜図４（Ｅ）に示すように上下非対称の形状として大きく開いた側を発光層５０側となるように点状欠陥１０１、１０２を形成すれば、開口部の小さいほうからは光が外部に漏れにくくなり、光の損失を低減させることも可能である。
【００５７】
なお、点状欠陥１０１、１０２の形状を例えば、図４（Ａ）に示すような上下対称の柱状構造とした場合であっても、発光層５０に面する側と反対側の開口部に光反射部材を設けて（図示省略）、反射によって光が所望の方向以外へ漏れるのを防止することができる。従って、このような構成によっても、点状欠陥１０１、１０２において捕獲した光の損失を低減することができる。
【００５８】
ここで、スラブ層３０において点状欠陥１０１、１０２は、少なくとも発光層５０から発生する光を捕獲可能な位置に配置される。具体的には、例えば、図１（Ｂ）及び図１（Ｃ）に示すように、発光層５０および陰極６０の面積がスラブ層３０の面積よりも小さい場合には、図１（Ｂ）に示すように陽極４０、発光層５０および陰極６０が重なる範囲に対応するスラブ層３０の領域（図１（Ｂ）の破線の内側）に点状欠陥１００を設けることができる。
【００５９】
また、スラブ層３０の材料としては、例えば、Ｉｎ、Ｇａ、Ａｌ、Ｓｂ、Ａｓ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｐ、Ｎ、およびＯのいずれか一種またはこれらの任意の組合せによる無機材料でクラッド層２１、２２よりも屈折率の高いものを用いることができる。具体的には、Ｓｉ、ＳｉＯ２にＧｅ等を含む不純物を添加したもの、ＡｌＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓＳｂ、ＩｎＧａＡｓＰなどが例示できる。また、スラブ層３０の材料としては、例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ジアリルフタレート、フェニルメタクリレート、フッ素系ポリマー等の有機材料でクラッド層２１、２２の材料よりも屈折率の高いものを用いることができる。
【００６０】
そして、かかるスラブ層３０は、例えば、スピンコート法で成膜した後に、低屈折領域３００および点状欠陥１０１、１０２を公知のフォトリソグラフィー技術、電子線描画法などを用いてパターニングすることにより形成することができる。
【００６１】
また、かかるスラブ層３０は、単独で個別に形成することもできる。具体的には、図５（Ａ）に示すように、例えば、Ｓｉの単結晶ウェハ５００を準備する。そして、図５（Ｂ）に示すように、ウェハ５００の所定の領域４００にＥＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍ）を用いる電子線描画法や、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）等を用いたフォトリソグラフィー技術によって低屈折率領域３００、点状欠陥１０１、１０２のパターニングを行う。このとき、スラブ層３０の形状に合わせてスラブ層３０となる領域の周囲についても例えば、図５（Ｂ）に示すように、分離用パターン４１０を形成しておくことができる。なお、スラブ層３０となる領域の周囲に分離用パターン４１０を形成する場合には、スラブ層３０をパターニング中にウェハ５００から分離しないように支持する支持領域４２０を残しておくことが望ましい。
【００６２】
次に、パターニングされたウェハ５００からスラブ層３０を支持領域４２０において（図中の破線部分）、例えば、劈開等をすることにより分離してスラブ層３０を取り出す。なお、スラブ層３０は、上記したようにスラブ層３０となる領域の周囲に分離用パターン４１０を形成しない場合には、ウェハ５００を公知の手法を用いてダイシングすることによりスラブ層３０を切り出すこともできる。
【００６３】
このように、スラブ層３０を個別に形成する場合には、クラッド層２１、２２を例えば、熱硬化性樹脂や紫外線硬化性樹脂など接着力の有する材料から形成して積層することにより、スラブ層３０と他の層とを固定することができる。
【００６４】
なお、スラブ層３０を単独で個別に形成する方法は、上記したような例えば、単結晶Ｓｉウェハなどの半導体基板を用いる場合に限らず、合成樹脂基板やガラス基板などを用いてもよい。
【００６５】
陽極４０は、発光層５０にホールを注入するための電極として機能し、仕事関数の大きい（例えば、４ｅＶ以上）金属、合金、電気伝導性化合物またはこれらの混合物を用いて例えば、スパッタ法により形成することができる。また、陽極４０は、少なくとも発光層５０で発生する光を透過可能な透明電極で形成される。このように、陽極４０として光学的に透明な材料を用いる場合には、ＣｕＩ、ＩＴＯ、ＳｎＯ２、ＺｎＯなどの導電性透明材料を用いることができる。
【００６６】
陰極６０は、発光層５０に電子を注入するための電極として機能し、仕事関数の小さい（例えば、４ｅＶ以下）電子注入性電極、合金電気導電性化合物およびこれらの混合物を用いて例えば、スパッタ法により形成することができる。
【００６７】
発光層５０は、上記陽極４０および陰極６０からなる一対の電極対の間に配置され、エレクトロルミネッセンスにより光を発生する。そして、発光層５０は、蒸着法、ＣＶＤ法、インクジェット法、スピンコート法、ＬＢ法などの公知の成膜方法の中から選択した材料に好適な手法を用いて形成することができる。また、発光層５０の材料は、所定の波長帯の光を得るために公知の化合物から選択される。発光層５０の材料としては、有機化合物および無機化合物のいずれでもよいが、種類の豊富さや成膜性の点から有機化合物であることが望ましい。
【００６８】
このような有機化合物としては、例えば、アロマティックジアミン誘導体（ＴＰＤ）、オキシジアゾール誘導体（ＰＢＤ）、オキシジアゾールダイマー（ＯＸＤ−８）、ジスチルアリーレン誘導体（ＤＳＡ）、ベリリウム−ベンゾキノリノール錯体（Ｂｅｂｑ）、トリフェニルアミン誘導体（ＭＴＤＡＴＡ）、ルブレン、キナクリドン、トリアゾール誘導体、ポリフェニレン、ポリアルキルフルオレン、ポリアルキルチオフェン、アゾメチン亜鉛錯体、ポリフィリン亜鉛錯体、ベンゾオキサゾール亜鉛錯体、フェナントロリンユウロピウム錯体など公知のものが使用できる。これらの化合物は単独で用いてもよく、２種類以上を混合して用いてもよい。また、無機化合物としては、ＺｎＳ：Ｍｎ（赤色領域）、ＺｎＳ：ＴｂＯＦ（緑色領域）、ＳｒＳ：Ｃｕ、ＳｒＳ：Ｃｅ（青色領域）などが例示される。
【００６９】
なお、発光層５０と陽極４０との間には、必要に応じて、陽極４０から発光層５０にホールを効率よく注入するために、ホール輸送／注入層（図示省略）を設けることもできる。また、発光層５０と陰極６０との間には、必要に応じて陰極６０から発光層５０に効率よく電子を注入するために、電子輸送／注入層（図示省略）を設けることもできる。
【００７０】
次に、本実施形態に係る発光装置１０００の機能について説明する。
【００７１】
かかる発光装置１０００は、陽極４０と陰極６０とから発光層５０に対して注入されたホールと電子が、当該発光層５０内で結合して励起子が生成され、この励起子が失活する際にルミネッセンス光を発生する。このルミネッセンス光は、例えば、波長λ１〜λｎの範囲の波長帯を含んでおり、図６（Ａ）に示すような広がりをもった発光スペクトルを有する。そして、発光層５０から発生した波長λ１〜λｎの光は、透明電極である陽極４０を通過し、スラブ層３０の点状欠陥１０１、１０２によって捕獲され、スラブ層３０の線状欠陥２００に導入される。このとき、点状欠陥１０１、１０２は、形状が異なり、この形状に対応した波長を捕獲するものである。よって、点状欠陥１０１では、図１（Ａ）に示すように、波長λ１の光が捕獲されて線状欠陥２００に導入され、点状欠陥１０２では、同じく図１（Ａ）に示すように、波長λ２の光が捕獲されて線状欠陥２００に導入される。
【００７２】
このようにして、スラブ層３０内に形成された線状欠陥２００では、点状欠陥１０１、１０２から導入された波長λ１、λ２の光が合波されて、例えば、図６（Ｂ）に示すような波長λ１、λ２において急峻なスペクトルを有する光がスラブ層３０の端面から出射される。
【００７３】
したがって、本実施形態に係る発光装置１０００によれば、複数の特定の波長λ１、λ２において急峻なスペクトルを有する光を点状欠陥１０１、１０２によって取り出すことができ、優れた波長選択性を有する光を出射させることができる。また、かかる発光装置１０００によれば、各点状欠陥１０１、１０２から線状欠陥２００内に光が導入される際に、光を合波して外部に出射させることができるため、例えば、多重化した光信号を送信することができる新規な発光装置を実現することができる。
【００７４】
また、本実施形態に係る発光装置１０００によれば、光の出射をスラブ層３０の端面から行うため、光ビームの放射範囲が大きい面発光型の発光素子においても、伝送路となる光ファイバとの結合性を向上させることができる。
【００７５】
なお、本実施形態における発光装置１０００では、スラブ層３０に導入される光の波長λ１、λ２は、発光層５０の材料によって決定される発光波長帯から任意の波長を選択することができ、さらに、３つ以上の種類の波長の光をスラブ層３０に導入して出射させることができる。
【００７６】
（変形例１）
図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、本発明の第１の実施形態の変形例１に係る発光装置１１００を模式的に示す図である。図７（Ａ）は、発光装置１１００の断面図を模式的に示した図であり、図７（Ｂ）は、発光装置１１００の平面図を模式的に示した図である。なお、図１に示すものと実質的に同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。また、本変形例に係る発光装置１１００の各層の成膜方法および加工方法については、上記した第１の実施形態に係る発光装置１０００と同様の方法を用いることができる。
【００７７】
本変形例に係る発光装置１１００では、基本的構成が第１の実施形態に係る発光装置１０００と同様であるが、陽極４０の上に発光層５１、５２が分割して配置され、各発光層５１、５２の上に陰極６１、６２が個別に形成されている点が異なる。また、発光層５１、５２の間には絶縁層７０が配置され、発光層５１、５２間は、電気的に絶縁されている。
【００７８】
また、本変形例に係る発光装置１１００は、発光層５１、５２及び陰極６１、６２がスラブ層３０の点状欠陥１０１、１０２に対応して設けられている。図７（Ａ）に示すように、波長λ１の光を捕獲する点状欠陥１０１に対して発光層５１及び陰極６１が点状欠陥１０１の上部に配置され、波長λ２の光を捕獲する点状欠陥１０２に対して発光層５２及び陰極６２が点状欠陥１０２の上部に配置されている。
【００７９】
かかる発光装置１１００では、陰極６１、６２に同様に電圧が加えると発光層５１、５２の双方が発光するため、スラブ層３０からは波長λ１、λ２を含む光が出射される。一方、陰極６１、６２のいずれか一方のみに電圧を加えると、例えば、陰極６１のみに電圧を加えた場合、発光層５１のみが発光し、発光層５２は発光しない。すると、スラブ層３０からは、点状欠陥１０１によって捕獲された波長λ１の光だけが出射される。
【００８０】
このように、本変形例に係る発光装置１１００では、点状欠陥で捕獲される波長の種類に対応して複数の発光層５１、５２及び複数の陰極６１、６２が配置された構成を採用するため、上記第１の実施形態に係る発光装置１０００と同様の作用効果を奏することができることに加え、発光層５１、５２を選択的に駆動して出射光に含まれる波長を任意に制御することができる。
【００８１】
（変形例２）
図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は、本発明の第１の実施形態の変形例２に係る発光装置１２００を模式的に示す図である。図８（Ａ）は、発光装置１２００の断面図を模式的に示した図であり、図８（Ｂ）は、発光装置１２００の平面図を模式的に示した図である。なお、図１に示すものと実質的に同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。また、本変形例に係る発光装置１２００の各層の成膜方法および加工方法については、上記した第１の実施形態に係る発光装置１０００と同様の方法を用いることができる。
【００８２】
この変形例２に係る発光装置１２００は、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示すように、基板１０上に陰極６０、発光層５０、陽極４０が順次積層され、透明電極である陽極４０の上にクラッド層２１を介してスラブ層３０が配置されている。また、スラブ層３０は、クラッド層２１、２２の間に配置されている。すなわち、本変形例に係る発光装置１２００は、上記第１の実施形態に係る発光装置１０００に対して各層の積層状態における配置関係を変更したものであり、同様の機能を有する。従って、本変形例に係る発光装置１２００によれば、上記第１の実施形態に係る発光装置１０００と同様の作用効果を奏することができる。
【００８３】
（変形例３）
図９（Ａ）は、本発明の第１の実施形態の変形例３に係る発光装置１２１０を模式的に示す断面図である。なお、図１に示すものと実質的に同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。また、本変形例に係る発光装置１２１０の各層の成膜方法および加工方法については、上記した第１の実施形態に係る発光装置１０００と同様の方法を用いることができる。
【００８４】
本変形例に係る発光装置１２１０は、基本的構成が上記変形例２に係る発光装置１２００と同様であるが、陰極６０が光を反射する機能を有するとともに、クラッド層２２の上に光反射膜８０を配置した構成を採用する。
【００８５】
光反射機能を有する陰極６０及び光反射膜８０は、例えば、Ａｌ、Ａｕなどの金属または合金から形成することができファブリーペロー型の光共振器を構成する。従って、発光層５０で発生した光は、陰極６０と光反射膜８０との間で反射を繰り返すことにより発振した光となって、図９（Ｂ）の実線で示すような所定の波長において急峻なスペクトルを有する光となる。
【００８６】
本変形例に係る発光装置１２１０では、この光共振器から得られる光の中でピークを有する波長λ１、λ２を点状欠陥１０１、１０２により捕獲してスラブ層３０内に導入し、この波長λ１、λ２を含む光を出射する。
【００８７】
このように、本変形例に係る発光装置１２１０によれば、スラブ層３０への光の導入段階において所望の波長λ１、λ２と近接する波長帯の光を抑制することによって所望の波長λ１、λ２におけるＳ／Ｎ（シグナル／ノイズ）比を向上させ、より発光スペクトルの急峻な光を外部に出射させることができる。
【００８８】
（変形例４）
図１０は、本発明の第１の実施形態の変形例４に係る発光装置１３００を模式的に示す断面図である。図１に示すものと実質的に同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。また、本変形例に係る発光装置１３００の各層の成膜方法および加工方法については、上記した第１の実施形態に係る発光装置１０００と同様の方法を用いることができる。
【００８９】
本変形例に係る発光装置１３００は、基板１０上に陽極４０、発光層５０、および陰極６０が順次積層された構成を有し、かつ基板１０は発光層５０で発生する光を透過可能な材料、例えば、ガラスなどから形成されている。また、基板１０の発光層５０が配置される側と反対側の面にはクラッド層２１を介してスラブ層３０が配置されている。また、スラブ層３０は、クラッド層２１、２２の間に配置されている。すなわち、本変形例に係る発光装置１３００は、上記第１の実施形態に係る発光装置１０００に対して各層の積層状態における配置関係を変更したものであり、同様の機能を有する。従って、本変形例に係る発光装置１２００によれば、上記第１の実施形態に係る発光装置１０００と同様の作用効果を奏することができる。
【００９０】
［第２の実施形態］
図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る発光装置２０００を模式的に示す断面図である。なお、図１１（Ｂ）に示す断面図は、発光装置２０００を光の出射端面側から見たものである。また、第１の実施形態において説明したものと実質的に同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。また、本実施形態に係る発光装置２０００の各層の成膜方法および加工方法については、第１の実施形態に係る発光装置１０００と同様の方法を用いることができる。
【００９１】
本実施形態に係る発光装置２０００は、図１１（Ａ）に示すように、基板１０の上に複数のスラブ層３１、３２が配置されるとともに、さらにその上に陽極４０、発光層５０及び陰極６０が順次積層されて配置されている。また、スラブ層３１は、クラッド層２１、２２の間に配置され、スラブ層３２は、クラッド層２２、２３の間に配置されている。なお、発光層５０と陽極４０との間、及び発光層５０と陰極６０との間には、発光層５０に効率よくホール、電子を注入するために、必要に応じてホール輸送／注入層、電子輸送／注入層（いずれも図示省略）を設けることができる。
【００９２】
ここで、スラブ層３１は、図１２（Ａ）に示すように、低屈折率領域３００の周期的な配列により構成される２次元フォトニック結晶内の線状欠陥２０１の近傍に波長λ１の光を捕獲する点状欠陥１０１が配置され、線状欠陥２０１から離隔された位置に波長λ２の光を捕獲する点状欠陥１０２が配置されている。
【００９３】
また、スラブ層３２は、図１２（Ｂ）に示すように、低屈折率領域３００の周期的な配列により構成される２次元フォトニック結晶内の線状欠陥２０２の近傍に波長λ２を捕獲する点状欠陥１０３が配置されている。この点状欠陥１０３は、スラブ層３１の点状欠陥１０２から放出される光を捕獲するので、スラブ層３１とスラブ層３２とを積層した状態で点状欠陥１０２と対向するように配置される。
【００９４】
これらのスラブ層３１、３２を基板１０上に積層すると、図１１（Ｂ）に示すように、線状欠陥２０１、２０２は、基板１０に垂直な方向に対して重ならない位置に配置される。複数の導波路は、近接して配置されると一方の導波路から他方の導波路へ光が結合し、干渉を生じる性質を有する。このため、導波路として機能する線状欠陥２０１、２０２が異なるスラブ層３１、３２に存在する本発光装置２０００では、線状欠陥２０１、２０２を重ならない位置に配置されるように形成することで、線状欠陥２０１、２０２間の干渉を生じさせることなくスラブ層３１、３２間の距離を縮めることができ、装置の小型化を図ることができる。また、線状欠陥２０１、２０２とが直交するように配置することも可能となる。
【００９５】
ここで、点状欠陥と線状欠陥との関係における光の結合効率は、点状欠陥と線状欠陥との距離によって決定される。つまり、点状欠陥の位置が線状欠陥から離れれば離れるほど、点状欠陥で捕獲された光が線状欠陥に導入されにくくなる。
【００９６】
そこで、本実施形態に係る発光装置２０００では、図１１（Ｂ）に示すように、スラブ層３１において、波長λ１の光を捕獲する点状欠陥１０１を線状欠陥２０１の近傍に配置し、波長λ２の光を捕獲する点状欠陥１０２を線状欠陥２０１から十分に離れた位置に配置することにより、発光層５０から発生した光がスラブ層３１において点状欠陥１０１、１０２で捕獲された際に、波長λ１の光は、線状欠陥２０１に導入されるが、波長λ２の光は、線状欠陥２０１には導入されずに点状欠陥１０２からスラブ層３２へ放出される。そして、波長λ２の光は、スラブ層３２の点状欠陥１０３から線状欠陥２０２に導入されることになる。すると、本実施形態に係る発光装置２０００では、発光層５０で発生した波長λ１〜λｎの光について、波長λ１の光がスラブ層３１の端面から出射され、波長λ２の光がスラブ層３２の端面から出射される。なお、かかる波長λ１、λ２の出射光は、第１の実施形態でも説明したように、急峻なスペクトルを有する。
【００９７】
このように、本実施形態に係る発光装置２０００によれば、発光層５０で発生する波長λ１〜λｎを含む光の中から任意の波長の光を点状欠陥１０１、１０２で捕獲して波長選択性の優れた光を出射することができる。また、かかる発光装置２０００によれば、発光層５０で発生する波長λ１〜λｎを含む光を任意の特定波長λ１、λ２の光に分波して複数のスラブ層３１、３２から出射させることができ、適用性が広い。なお、本実施形態においても、第１の実施形態で説明した各変形例を適用することができる。
【００９８】
また、本実施例では、波長λ２を捕獲するための点状欠陥をスラブ層３２に設けられた点状欠陥１０３のみとし、スラブ層３１には波長λ２を捕獲するための点状欠陥を設けなくてもよい。
【００９９】
［第３の実施形態］
図１３（Ａ）は、本発明の第３の実施形態に係る発光装置２１００を模式的に示す断面図である。なお、第１の実施形態において説明したものと実質的に同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。また、本実施形態に係る発光装置２１００の各層の成膜方法および加工方法については、第１の実施形態に係る発光装置１０００と同様の方法を用いることができる。
【０１００】
本実施形態に係る発光装置２１００は、基本的構成を第２の実施形態に係る発光装置２０００と同様とし、基板１０上に複数のスラブ層３１、３２が配置され、さらにその上に陽極４０、発光層５０、及び陰極６０が順次積層されて配置された構成を有する。
【０１０１】
しかし、本実施形態に係る発光装置２１００では、図１３（Ｂ）及び図１（Ｃ）に示すように、スラブ層３１、３２の構成が第２の実施形態に係る発光装置２０００と異なる。
【０１０２】
まず、スラブ層３１は、図１３（Ｂ）に示すように、波長λ１の光を捕獲する点状欠陥１０１、波長λ２の光を捕獲する点状欠陥１０２、１０３が、いずれも線状欠陥２０１の近傍に配置されている。ここで、点状欠陥１０１、１０２は、発光層５０で発生した光を取り込むために用いられ、点状欠陥１０３は、スラブ層３１から光を放出してスラブ層３２へ送り込むために用いられる。
【０１０３】
また、スラブ層３１における点状欠陥１０３は、発光層５０からの光が取り込まれないように、点状欠陥１０３の発光層５０に面している側に例えば、光反射機能や光吸収機能などを有する光遮断膜（図示省略）を設けることが好ましい。これは、低屈折率領域３００の周期的な配列内に形成された点状欠陥は、線状欠陥の近傍に配置された場合、第１及び第２の実施形態で説明したように、外部から特定の波長の光を捕獲して線状欠陥に導入する機能を有するほかに、線状欠陥を通過する光のうち特定の波長の光を捕獲して外部に放出する機能も有するからである。より具体的には、スラブ層３１においては、図１３（Ａ）に示すように、点状欠陥１０１、１０２を光の取り込み口として波長λ１、λ２の光がいったん線状欠陥２０１に導入された後に、点状欠陥１０３において線状欠陥２０１から波長λ２の光だけを取り出すためである。
【０１０４】
一方、スラブ層３２は、図１３（Ｃ）に示すように、波長λ２の光を捕獲する点状欠陥１０４が線状欠陥２０２の近傍に配置されている。また、点状欠陥１０４は、スラブ層３１において波長λ２の光を放出する点状欠陥１０３と対向する位置に配置されている。
【０１０５】
したがって、本実施形態に係る発光装置２１００では、図１３（Ａ）に示すように、発光層５０から波長λ１〜λｎを含む光が発生すると、波長λ１の光が点状欠陥１０１によって捕獲され、波長λ２の光が点状欠陥１０２によって捕獲されて、いずれも線状欠陥２０１に導入される。そして、線状欠陥２０１からは波長λ２の光が点状欠陥１０３によって捕獲され、スラブ層３２に向けて放出される。スラブ層３２では、点状欠陥１０３から放出された光が点状欠陥１０４により捕獲されて線状欠陥２０２に導入される。最終的に、スラブ層３１からは波長λ１の光が端面から出射され、スラブ層３２からは波長λ２の光が端面から出射される。
【０１０６】
以上に述べたように、本実施形態に係る発光装置２１００においても、発光層５０で発生する波長λ１〜λｎを含む光の中から任意の波長の光を点状欠陥１０１、１０２で捕獲して波長選択性の優れた光を出射することができる。また、かかる発光装置２１００によれば、発光層５０で発生する波長λ１〜λｎを含む光を任意の特定波長λ１、λ２の光に分波して複数のスラブ層３１、３２から出射させることができ、適用性が広い。なお、本実施形態においても、第１の実施形態で説明した各変形例を適用することができる。
【０１０７】
［第４の実施形態］
上記第１の実施形態ならびに各変形例、第２の実施形態、及び第３の実施形態に係る各発光装置は、例えば、ＯＬＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）やＯＮＵ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ）など（図示省略）の光通信システムに用いられる種々の光通信用装置の送信用光源に適用することができる。
【０１０８】
また、かかる各発光装置は、図１０に示すような、光通信システム４０００に適用することができる。かかる光通信システム４０００は、複数波長の光信号を多重化して伝送する波長多重化方式（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）を用いた光通信システムであり、例えば、基地局６１０、中継局６２０、および加入者端末６３０〜６５０を含んで構成される。基地局６１０、中継局６２０、および加入者端末６３０〜６５０は、光ファイバにより接続されている。
【０１０９】
基地局６１０では、複数の波長（λ１、λ２、λ３、・・・）を含む光信号を送受信することができる。中継局６２０では、基地局６２０から送られた光信号を分波して各加入者端末６３０〜６５０へ送信することができる。また、中継局６２０では、加入者端末６３０〜６５０から受信した光信号を合波して基地局６１０に送信することもできる。また、各加入者端末６３０〜６５０では、それぞれに割り当てられた波長帯の光信号を送受信することができるように構成されている。具体的には、加入者端末６３０では、波長λ１の光信号が送受信され、加入者端末６４０では、波長λ２の光信号が送受信され、加入者端末６５０では、波長λ３の光信号が送受信されることによりデータ通信が行われる。
【０１１０】
ここで、上記各発光装置は、基地局６１０内、中継局６２０内および加入者端末内に設置される光通信用装置（図示省略）内で用いられ、光信号のデータ送信を行う。
【０１１１】
このように、かかる光通信システム４０００によれば、基地局６１０から加入者端末６３０〜６５０に至る通信経路を光ファイバで統一したいわゆる全光アクセス方式（ＦＴＴＨ：Ｆｉｂｅｒ Ｔｏ Ｔｈｅ Ｈｏｍｅ）の比較的大規模な通信システムから光ＬＡＮなどの比較的小規模な通信システムまで種々の通信システムを構築することができる。
【０１１２】
なお、本発明に好適な実施の形態は、上述したものに限られず、本発明の要旨範囲内で各種態様を取り得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る発光装置を模式的に示す断面図である。図１（Ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る発光装置のスラブ層を説明するための図である。図１（Ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係る発光装置を模式的に示す平面図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態に係る発光装置のスラブ層を説明するための図である。
【図３】図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る発光装置のスラブ層における低屈折領域の周期的配列を説明するための図である。
【図４】図４（Ａ）〜図４（Ｅ）は、本発明の第１の実施形態に係る発光装置のスラブ層における点状欠陥の断面形状を説明するための図である。
【図５】図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る発光装置のスラブ層の形成方法を説明するための図である。
【図６】図６（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る発光装置における発光層で発生する光を説明するための図である。図６（Ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る発光装置の出射光を説明するための図である。
【図７】図７（Ａ）は、本発明の第１の実施形態の変形例１に係る発光装置を模式的に示す断面図である。図７（Ｂ）は、本発明の第１の実施形態の変形例１に係る発光装置を模式的に示す平面図である。
【図８】図８（Ａ）は、本発明の第１の実施形態の変形例２に係る発光装置を模式的に示す断面図である。図８（Ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る変形例２に係る発光装置を模式的に示す平面図である。
【図９】図９（Ａ）は、本発明の第１の実施形態の変形例３に係る発光装置を模式的に示す断面図である。図９（Ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る変形例３に係る発光装置における陰極と光反射膜との間を往復する光を説明するための図である。
【図１０】図１０は、本発明の第１の実施形態の変形例４に係る発光装置を模式的に示す断面図である。
【図１１】図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る発光装置を模式的に示す断面図である。
【図１２】図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る発光装置におけるスラブ層を説明するための図である。
【図１３】図１３（Ａ）は、本発明の第３の実施形態に係る発光装置を模式的に示す断面図である。図１３（Ｂ）及び図１３（Ｃ）は、本発明の第３の実施形態に係る発光装置におけるスラブ層を説明するための図である。
【図１４】図１４は、本発明の第４の実施形態に係る光通信システムを模式的に示す図である。
【符号の説明】
１０ 基板
２１、２２、２３ クラッド層
３０、３１、３２ スラブ層
４０ 陽極
５０、５１、５２ 発光層
６０、６１、６２ 陰極
７０ 絶縁層
８０ 光反射膜
１０１、１０２、１０３、１０４ 点状欠陥
２００、２０１、２０２ 線状欠陥
３００ 低屈折率領域
１０００、１１００、１２００、１２１０、１３００、２０００、２１００ 発光装置
４０００ 光通信システム
Claims (17)
- 基板と、
前記基板上に配置され、少なくとも一方の電極が光を透過する透明電極である陰極及び陽極と、
前記陰極と前記陽極との間に配置され、エレクトロルミネッセンスにより光を発生する発光層と、
前記発光層に対して前記透明電極側に配置されるスラブ層と、を含み、
前記スラブ層は、
低屈折率領域が周期的に配列された２次元フォトニック結晶構造を有し、
前記２次元フォトニック結晶内に形成され、導波路として機能する線状欠陥と、
前記２次元フォトニック結晶内に形成され、特定の波長の光を捕獲して前記線状欠陥へ導入する複数の点状欠陥と、を含み、
複数の前記点状欠陥は、２以上の異なる波長に対応するものを含むとともに、前記発光層から前記基板と交叉する方向に発生する光を捕獲可能な位置に配置される、発光装置。 - 基板と、
前記基板上に配置され、少なくとも一方の電極が光を透過する透明電極である陰極及び陽極と、
前記陰極と前記陽極との間に配置され、エレクトロルミネッセンスにより光を発生する発光層と、
前記発光層に対して前記透明電極側に配置される複数のスラブ層と、を含み、
複数の前記スラブ層は、
低屈折率領域が周期的に配列された２次元フォトニック結晶構造を有し、
前記２次元フォトニック結晶内に形成され、導波路として機能する線状欠陥と、
前記２次元フォトニック結晶内に形成され、特定の波長の光を捕獲して前記線状欠陥へ導入する少なくとも一つの点状欠陥と、を含み、
前記点状欠陥は、前記発光層から前記基板と交叉する方向に発生する光を捕獲可能な位置に配置され、
複数の前記スラブ層からは、それぞれ異なる波長の光が出射される、発光装置。 - 請求項２において、
前記点状欠陥は、前記線状欠陥から特定の波長の光を捕獲して放出する機能を有する、発光装置。 - 請求項２または３において、
前記線状欠陥は、該線状欠陥を含む前記スラブ層に対して少なくとも上下いずれか一方に配置される他の前記スラブ層の前記線状欠陥と重ならない位置に配置される、発光装置。 - 請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記陰極及び前記陽極の少なくとも一方の電極と前記発光層とは、複数の前記点状欠陥において捕獲される波長の種類に対応して複数配置される、発光装置。 - 請求項１〜５のいずれかにおいて、
前記スラブ層に同じ波長の光を捕獲する点状欠陥が複数配置された、発光装置。 - 請求項１〜６のいずれかにおいて、
前記陰極及び前記陽極の一方の電極は、光を反射する機能を有し、
前記光を反射する機能を有する電極と、少なくとも前記発光層及び前記スラブ層を介して対向する位置に光反射膜が配置された、発光装置。 - 請求項１〜７にいずれかにおいて、
前記透明電極は、前記発光層に対して前記基板側に配置され、
前記基板は、光を透過する機能を有し、
前記スラブ層は、前記基板に対して前記発光層が配置される側と反対側に配置される、発光装置。 - 請求項１〜８のいずれかにおいて、
前記点状欠陥は、形状によって捕獲される光の波長が異なる、発光装置。 - 請求項１〜９のいずれかにおいて、
前記点状欠陥は、上下非対称の柱状構造である、発光装置。 - 請求項１〜１０のいずれかにおいて、
前記点状欠陥の前記スラブ層の面に対して一方の側に、光を反射する反射部材が配置される、発光装置。 - 請求項１〜１１のいずれかにおいて、
前記スラブ層の上及び下の少なくとも一方に、該スラブ層の材料より屈折率が低いクラッド層が存在する、発光装置。 - 請求項１〜１２のいずれかにおいて、
前記線状欠陥の一方の端部が前記低屈折率領域の周期的配列によって閉じられた、発光装置。 - 請求項１〜１３のいずれかにおいて、
前記周期的配列は、三角格子状または正方格子状の配列である、発光装置。 - 請求項１〜１４のいずれかにおいて、
前記低屈折率領域は、前記スラブ層に形成された溝および貫通孔の少なくとも一方である、発光装置。 - 請求項１〜１５のいずれかに記載された発光装置を含む光通信用装置。
- 請求項１〜１５のいずれかに記載された発光装置を含む光通信システム。
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