JP2008225374A - フォトニック結晶構造を備える素子の製造方法 - Google Patents

フォトニック結晶構造を備える素子の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】フォトニック結晶構造を形成する際に、保護層の変形を抑制して、容易にフォトニック結晶構造を備える素子を製造する方法を提供する。
【解決手段】第１の部分と、第１の部分を構成する材料と異なる屈折率の材料からなる第２の部分とを含むフォトニック結晶層とを備えた、フォトニック結晶構造を備える素子の製造方法は、まず、基板を準備する準備工程（Ｓ１０）を実施する。そして、基板上に、第１の部分を構成する膜を形成する膜形成工程（Ｓ２０）を実施する。そして、膜上に、開口部を有する金属マスクを形成する金属マスク形成工程（Ｓ３０）を実施する。そして、金属マスクを保護層として、膜から第２の部分となる領域を除去することにより、第１の部分を形成する第１の部分形成工程（Ｓ４０）を実施する。そして、金属マスクを除去する金属マスク除去工程（Ｓ６０）を実施する。そして、領域を埋め込むように第２の部分を構成する膜を形成する第２の部分形成工程（Ｓ７０）を実施する。
【選択図】図２

Description

本発明は、フォトニック結晶構造を備える素子の製造方法に関するものであり、より特定的には、金属マスク層を用いてフォトニック結晶構造を備える素子を製造する方法に関する。
光の波長レベルと同程度の周期的な屈折率分布を内部にもつ光学材料として、屈折率が異なる２の物質が光の波長程度の周期で規則正しく繰り返し並んだ、フォトニック結晶が知られている。近年、フォトニック結晶を用いて、種々の受発光デバイスの研究が進められている。このようなフォトニック結晶構造を備える素子の製造方法は、たとえば非特許文献１に開示されている。以下、非特許文献１に開示のフォトニック結晶構造を備える素子の製造方法について、図１８〜図２２を用いて説明する。なお、図１８は、従来例のレジストを形成する工程を示す概略斜視図である。図１９は、従来例のレジストパターンを形成する工程を示す概略斜視図である。図２０は、従来例の第１の部分を形成する工程を示す概略斜視図である。図２１は、従来例のレジストパターンを示す俯瞰図である。図２２は、従来例のレジストパターンを示す別の俯瞰図である。
具体的には、まず、図１８に示すように、基板を含むエピタキシャル成長層５１０上に、屈折率が相対的に低い材料からなる低屈折率材料からなる膜５０１ａ１を形成する。次に、膜５０１ａ１上にＺＥＰ ５２０Ａのレジスト５３０を形成する。次に、図１９に示すように、電子ビーム（ＥＢ）による露光および現像により、レジスト５３０に開口部を有するパターンを形成する。次に、図２０によりＣＨＦ3ガスを用いたＲＩＥ（Reactive Ion Etching：反応性イオンエッチング）により、パターンを有するレジスト５３０をマスクとして膜５０１ａ１を除去する。これにより、フォトニック結晶層の低屈折率材料からなる膜５０１ａ１を柱状の第１の部分５０１ａに形成できる。次に、低屈折率材料からなる柱状の第１の部分５０１ａを埋め込むように、相対的に屈折率の高い材料からなる層を第２の部分（図示せず）として、エピタキシャル成長層５１０上に形成する。これにより、第１の部分５０１ａと第２の部分とからなるフォトニック結晶構造を有する素子を製造できる。
また、非特許文献２には、レジスト５３０の代わりに、ポーラスアルミナをマスクとしてフォトニック結晶層の低屈折率材料からなる膜５０１ａ１を柱状の第１の部分５０１ａに形成している。
Y.-S.Choi,K.Hennessy,R.Sharma,E.Haberer,Y.Gao,S.P.DenBaars,S.Nakamura,and E.L.Hu,"GaN blue photonic crystal membrane nanocavities" APPLIED PHYSICS LETTERS 87,243101(2005) Y.D.Wang,K.Y.Zang,and S.J.Chua,"Nanoair-bridged lateral overgrowth of GaN on ordered nanoporous GaN template" APPLIED PHYSICS 87,251915(2005)
しかしながら、フォトニック結晶構造を形成するためには、微細なパターンを有するマスクを用いる必要がある。そのため、低屈折率材料を直径１００ｎｍ以下の柱状に形成する場合には、非特許文献１に開示のレジストの厚みは、２００ｎｍを越えて４００ｎｍ以下必要となる。すなわち、アスペクト比が２〜４程度必要となる。その結果、図２１および図２２に示すように、レジストを柱状に形成すると、レジストが傾斜する場合や、倒れてしまう場合があるという問題があった。レジストが変形すると、レジストをマスクとしてドライエッチングされる低屈折率材料の形状が歪んでしまう。
また、非特許文献２に開示のポーラスアルミナをマスクとする場合には、低屈折率材料のエッチングレートに対するレジストのエッチングレートの比である選択比が高いが、ポーラスアルミナを作製する際に、液中で陽極酸化をする工程が必要となる。そのため、パターン形成が複雑であるので、製造プロセス全体としても複雑である。
それゆえ本発明の目的は、フォトニック結晶構造を形成する際に、保護層の変形を抑制して、容易にフォトニック結晶構造を備える素子を製造する、フォトニック結晶構造を備える素子の製造方法を提供することである。
本発明にしたがったフォトニック結晶構造を備える素子の製造方法は、基板と、基板上に形成された第１の部分と、第１の部分を構成する材料と異なる屈折率の材料からなる第２の部分とを含むフォトニック結晶層とを備えた、フォトニック結晶構造を備える素子の製造方法であって、以下の工程を実施する。まず、基板を準備する準備工程を実施する。そして、基板上に、第１の部分を構成する膜を形成する膜形成工程を実施する。そして、膜上に、開口部を有する金属マスクを形成する金属マスク形成工程を実施する。そして、金属マスクを保護層として、膜から第２の部分となる領域を除去することにより、第１の部分を形成する第１の部分形成工程を実施する。そして、金属マスクを除去する金属マスク除去工程を実施する。そして、領域を埋め込むように第２の部分を構成する膜を形成する第２の部分形成工程を実施する。
本発明のフォトニック結晶構造を備える素子の製造方法によれば、金属マスクを用いているので、金属マスクが微細な構造であっても金属マスクの変形を抑制できる。特に、金属マスクが柱状または錘状である場合、すなわち第１の部分を柱状または錘状に形成する場合に、従来の保護層は変形しやすかった観点から、本発明は効果的である。また、金属マスク層形成工程および金属マスク除去工程を実施することにより、金属マスクの変形を抑制できるので、容易にフォトニック結晶構造を備える素子を製造できる。
上記フォトニック結晶構造を備える素子の製造方法において好ましくは、第１の部分形成工程において、第２の部分となる領域に付着する残渣を除去する残渣除去工程をさらに備えている。
これにより、第２の部分形成工程で形成される第２の部分と第２の部分下の層との界面において、電気的障壁を低減できる。そのため、性能を向上したフォトニック結晶構造を備える素子を製造できる。
上記フォトニック結晶構造を備える素子の製造方法において好ましくは、第１の部分形成工程では、膜から第２の部分となる領域をドライエッチングにより除去する。
これにより、第１の部分形成工程において、形状の精度を向上して第１の部分を形成できる。
上記フォトニック結晶構造を備える素子の製造方法において好ましくは、膜形成工程では、第２の部分を構成する材料よりも屈折率が低い材料からなる膜を形成する。
これにより、第２の部分形成工程において、エピタキシャル成長により第２の部分を形成できるので、より容易にフォトニック結晶構造を備える素子を製造できる。
上記フォトニック結晶構造を備える素子の製造方法において好ましくは、金属マスク形成工程は、膜上に、開口部を有するレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、レジストパターン上に、レジストパターンの厚みより薄い厚みの金属層を形成する金属層形成工程と、レジストパターンを除去するリフトオフ工程とを含んでいる。
金属マスクをリフトオフ法で形成できるので、所望の形状を金属マスクに転写できる。また、レジスト形成工程および金属層形成工程を連続して実施するため、形状の変形を抑制できる金属層をレジストの開口部に形成できる。そのため、高いアスペクト比のレジストパターンを形成した場合であっても、安定して金属層に開口部を形成できる。
上記フォトニック結晶構造を備える素子の製造方法において好ましくは、金属マスク形成工程は、膜上に、金属層を形成する金属層形成工程と、金属層上に、第２の部分となるべき領域に開口部が形成されたレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、レジストパターンを保護層としてエッチングにより、開口部から露出した金属層を除去するエッチング工程とを含んでいる。
エッチング工程におけるエッチングを施す時間を調整することにより、金属マスクの開口部の形状について、一層の細径化を図ることができる。そのため、所望の形状を金属マスクに転写できる。
上記フォトニック結晶構造を備える素子の製造方法において好ましくは、金属マスク形成工程は、膜上に、金属層を形成する金属層形成工程と、金属層上に、第２の部分となるべき領域に開口部が形成されたレジストパターンを形成するレジスト形成工程と、レジストパターンを保護層として、イオン照射により開口部から露出した金属層を除去するミリング工程とを含んでいる。
金属マスクをミリングにより形成できるので、所望の形状を金属マスクに転写できる。
このように、本発明によれば、金属マスクを用いて第１の部分を形成しているので、フォトニック結晶構造を形成する際に、保護層の変形を容易に抑制してフォトニック結晶構造を備える素子を製造できる。
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付しその説明は繰り返さない。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるフォトニック結晶構造を備える素子を示す概略断面図である。図１を参照して、本発明の実施の形態１におけるフォトニック結晶構造を備える素子を説明する。図１に示すように、本実施の形態のフォトニック結晶構造を備える素子１００は、基板１１１と、基板１１１上に形成された第１の部分１０１ａと、第１の部分１０１ａを構成する材料と異なる屈折率の材料からなる第２の部分１０１ｂとを含むフォトニック結晶層１０１とを備えている。なお、フォトニック結晶構造とは、屈折率が周期的に変化する構造体を意味する。
具体的には、図１に示すように、実施の形態１におけるフォトニック結晶構造を備える素子１００は、基板１１１と、ｎ型バッファ層１１２と、ｎ型クラッド層１１３と、活性層１１４と、ガイド層１１５と、ｐ型電子ブロック層１１６と、ｐ型上ガイド層１１７と、フォトニック結晶層１０１と、ｐ型クラッド層１１８と、ｐ型コンタクト層１１９と、ｐ型電極１２１と、ｎ型電極１２２とを備えている。
図１に示すように、基板１１１は、主面１１１ａ，１１１ｂを有し、たとえば厚さが１００μｍのｎ型ＧａＮ（窒化ガリウム）よりなっている。ｎ型バッファ層１１２は、基板１１１上に形成され、たとえば厚さが１μｍのｎ型ＧａＮよりなっている。ｎ型クラッド層１１３は、ｎ型バッファ層１１２上に形成され、たとえば厚さが０．５μｍのｎ型ＡｌＧａＮよりなっている。活性層１１４は、ｎ型クラッド層１１３上に形成され、たとえば厚さが０．１μｍである。ガイド層１１５は、活性層１１４上に形成され、たとえば厚さが０．１μｍのアンドープＧａＮよりなっている。ｐ型電子ブロック層１１６は、ガイド層１１５上に形成され、たとえば厚さが０．０１μｍのｐ型ＡｌＧａＮよりなっている。ｐ型上ガイド層１１７は、ｐ型電子ブロック層１１６上に形成され、たとえば厚さが０．０１μｍのｐ型ＧａＮよりなっている。フォトニック結晶層１０１は、ｐ型上ガイド層１１７上に形成され、第１の部分１０１ａと、第１の部分１０１ａを構成する材料と異なる屈折率の材料からなる第２の部分１０１ｂとを含んでいる。ｐ型クラッド層１１８は、フォトニック結晶層１０１上に形成され、たとえば厚さが０．５μｍのｐ型のＡｌＧａＮよりなっている。ｐ型コンタクト層１１９は、ｐ型クラッド層１１８上に形成され、たとえば厚さが０．１μｍのｐ型のＧａＮよりなっている。
フォトニック結晶層１０１は、基板１１１の主面１１１ａが延びる方向に沿って基板１１１上に（図１ではｐ型上ガイド層１１７の上部表面上に）形成されている。フォトニック結晶層１０１は、第１の部分１０１ａと、第１の部分１０１ａを構成する材料と異なる屈折率の材料からなる第２の部分１０１ｂとを含んでいる。
実施の形態１におけるフォトニック結晶層１０１においては、第１の部分１０１ａを構成する材料は、第２の部分１０１ｂを構成する材料の屈折率よりも低い。たとえば、第１の部分１０１ａは、屈折率が約１．４６の酸化シリコン（ＳｉＯ2）からなり、第２の部分１０１ｂは、屈折率が２．５４のＧａＮからなっている。第１および第２の部分１０１ａ，１０１ｂを構成する材料の屈折率の差を大きくとると、第２の部分１０１ｂの媒質内に光を閉じ込めることができるため、有利である。なお、第１の部分１０１ａは、酸化シリコンに限定されず、他の材料からなっていてもよい。
第１の部分１０１ａは、一定の向きに整列している。実施の形態１における一定の向きとは、後述する図８および図９において左右方向および当該左右方向に対して６０°の傾斜角度で延びる方向としている。つまり、フォトニック結晶層１０１の第１の部分１０１ａは、三角格子を形成している。なお、第１の部分１０１ａの配列は三角格子状に限定されず、第２の部分１０１ｂの配列が三角格子であってもよいし、第１または第２の部分１０１ａ，１０１ｂの配列が正方格子であってもよい。ここで、三角格子とは、任意の第１の部分１０１ａと近接（または隣接）する第１の部分１０１ａの数が６となる場合を意味する。また、正方格子とは、任意の第１の部分１０１ａと近接（または隣接）する第１の部分１０１ａの数が８となる場合を意味する。
また、第１の部分１０１ａの中心間を結ぶ距離であるピッチＰ（図９参照）は、４００ｎｍ程度の光に有効である観点から、たとえば１８０ｎｍ以下としている。
活性層１１４は、たとえばＩｎＧａＮおよびＧａＮよりなる多重量子井戸構造により構成されている。なお、活性層１１４は、単一の半導体材料よりなっていてもよい。
ｎ型クラッド層１１３およびｐ型クラッド層１１８は、活性層１１４に与えられるべきキャリアが伝導する導電層として機能する。このため、ｎ型クラッド層１１３およびｐ型クラッド層１１８は、活性層１１４を挟むように設けられている。また、ｎ型クラッド層１１３、ｐ型電子ブロック層１１６、およびｐ型クラッド層１１８は、それぞれ、活性層１１４にキャリア（電子および正孔）を閉じ込める閉じ込め層として機能する。つまり、ｎ型クラッド層１１３、活性層１１４、ｐ型電子ブロック層１１６、およびｐ型クラッド層１１８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１１４に集中させることができる。
また、ｐ型電子ブロック層１１６は、フォトニック結晶層１０１への電子の進入をブロックするブロック層としても機能する。これにより、フォトニック結晶層１０１内で電子と正孔とが非発光再結合するのを抑止することができる。
ｐ型コンタクト層１１９は、ｐ型電極１２１との接触をオーミック接触にするために形成される。ｐ型コンタクト層１１９はたとえばｐ型のＧａＮよりなっている。
ｐ型コンタクト層１１９の上には円形状のｐ型電極１２１が設けられており、基板１１１の主面１１１ａとは反対側の主面１１１ｂには、一面に（主面１１１ｂ全体を覆うように）ｎ型電極１２２が設けられている。ｐ型電極１２１およびｎ型電極１２２は、たとえばＡｕ（金）などよりなっている。
次に、図１〜図９を参照して、実施の形態１における、基板１１１と、基板１１１上に形成された第１の部分１０１ａと、第１の部分１０１ａを構成する材料と異なる屈折率の材料からなる第２の部分１０１ｂとを含むフォトニック結晶層１０１とを備えた、フォトニック結晶構造を備える素子１００の製造方法について説明する。なお、図２は、本発明の実施の形態１におけるフォトニック結晶構造を備える素子の製造方法を示すフローチャートである。図３は、本発明の実施の形態１におけるレジストを塗布する工程を示す概略斜視図である。図４は、本発明の実施の形態１における金属マスク形成工程を示すフローチャートである。図５は、本発明の実施の形態１におけるレジストパターン形成工程を示す概略斜視図である。図６は、本発明の実施の形態１における金属層形成工程を示す概略斜視図である。図７は、本発明の実施の形態１における金属マスク形成工程を示す概略斜視図である。図８は、本発明の実施の形態１における第１の部分形成工程を示す概略斜視図である。図９は、本発明の実施の形態１における第２の部分形成工程を示す概略斜視図である。
まず、図１および図２に示すように、基板１１１を準備する準備工程（Ｓ１０）を実施する。実施の形態１における準備工程（Ｓ１０）では、基板１１１を含むエピタキシャル成長層１１０を形成するために、以下の工程を実施している。
具体的には、たとえば厚さが３００μｍのｎ型ＧａＮからなる基板１１１を準備する。そして、基板１１１上に、たとえばＭＯＣＶＤ（Metal-organic chemical vapor deposition：有機金属気相成長）法を用いて、厚さが１μｍのｎ型ＧａＮよりなるｎ型バッファ層１１２を形成する。そして、ｎ型バッファ層１１２上に、たとえばＭＯＣＶＤ法を用いて、厚さが０．５μｍのｎ型ＡｌＧａＮよりなるｎ型クラッド層１１３を形成する。そして、ｎ型クラッド層１１３上に、たとえばＭＯＣＶＤ法を用いて、厚さが０．１μｍのＩｎＧａＮとＧａＮとが積層された多重量子井戸構造の活性層１１４を形成する。そして、活性層１１４上に、たとえばＭＯＣＶＤ法を用いて、たとえば厚さが０．１μｍのアンドープＧａＮよりなるガイド層１１５を形成する。そして、ガイド層１１５上に、たとえばＭＯＣＶＤ法を用いて、厚さが０．０１μｍのｐ型ＡｌＧａＮよりなるｐ型電子ブロック層１１６を形成する。そして、ｐ型電子ブロック層１１６上に、たとえばＭＯＣＶＤ法を用いて、厚さが０．０１μｍのｐ型ＧａＮよりなるｐ型上ガイド層１１７を形成する。これにより、基板１１１と、ｎ型バッファ層１１２と、ｎ型クラッド層１１３と、活性層１１４と、ガイド層１１５と、ｐ型電子ブロック層１１６と、ｐ型上ガイド層１１７とを含むエピタキシャル成長層１１０を準備する。
次に、図２および図３に示すように、基板１１１上に、第１の部分１０１ａを構成する膜１０１ａ１を形成する膜形成工程（Ｓ２０）を実施する。膜形成工程（Ｓ２０）で形成される膜１０１ａ１は、後述する第１の部分形成工程（Ｓ４０）でフォトニック結晶層１０１における第１の部分１０１ａに形成される。
具体的には、膜形成工程（Ｓ２０）では、図３に示すように、エピタキシャル成長層１１０上に、たとえば酸化シリコンからなる膜１０１ａ１をプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学気相成長）法により形成する。膜形成工程（Ｓ２０）では、第１の部分１０１ａの厚みを考慮した厚みの膜１０１ａ１を形成することが好ましく、たとえば厚みが１０ｎｍ〜５００ｎｍの膜１０１ａ１を形成する。
なお、膜形成工程（Ｓ２０）において用いられる膜１０１ａ１の材料は、第２の部分１０１ｂを構成する材料の屈折率と異なっていれば、酸化シリコンに特に限定されず、任意に選択できる。また、膜形成工程（Ｓ２０）では、膜１０１ａ１を形成する方法は、プラズマＣＶＤ法に特に限定されず、一般公知の方法を任意に用いることができる。
次に、図２〜図８に示すように、膜１０１ａ１上に、開口部１４１ａを有する金属マスク１４１を形成する金属マスク形成工程（Ｓ３０）を実施する。実施の形態１における金属マスク形成工程（Ｓ３０）では、リフトオフにより形成している。
図４に示すように、実施の形態１における金属マスク形成工程（Ｓ３０）では、膜１０１ａ１上に、開口部１３１ａを有するレジストパターン１３１を形成するレジストパターン形成工程（Ｓ３１）と、レジストパターン１３１上に、レジストパターン１３１の厚みより薄い厚みの金属層１４０を形成する金属層形成工程（Ｓ３２）と、レジストパターン１３１を除去するリフトオフ工程（Ｓ３３）とを含んでいる。これらの工程（Ｓ３１〜Ｓ３３）を実施することにより、開口部１４１ａを有する金属マスク１４１を形成できる。具体的には、以下のような処理を行なう。
まず、図３〜図５に示すように、膜１０１ａ１上に、開口部１３１ａを有するレジストパターン１３１を形成するレジストパターン形成工程（Ｓ３１）を実施する。レジストパターン形成工程（Ｓ３１）では、まず、エピタキシャル成長層１１０上にレジスト１３０を塗布する工程を実施する。この工程では、開口部１３１ａを形成できる程度の厚みを有するレジスト１３０を、膜１０１ａ１の表面全体に塗布する。
塗布されるレジスト１３０は、特に限定されないが、たとえば、ＥＢ（電子ビーム）露光用レジスト（日本ゼオン（株）製 ＺＥＰ５２０）などを用いることができる。
なお、レジスト１３０を塗布する工程では、レジスト１３０の代わりに、たとえば、ＳｉＮなどの絶縁膜などにＥＢ描写パターンをエッチング転写したマスクを形成してもよい。また、レジスト１３０とともに、またはレジスト１３０の代わりに、多層のマスクを形成してもよい。
そして、露光を行なう工程を実施する。露光は、たとえば、ＥＢ（電子ビーム）露光によって、塗布された露光用のレジスト１３０に直接パターンを描写する。このパターンは所定形状とし、実施の形態１では、略同一で一定の方向に整列した円形が抜けた形状としている。一定の方向として、実施の形態１では三角格子としている。また、隣接する円形の中心間の距離であるピッチＰは、たとえば１８０ｎｍ以下、円形の直径は、たとえば１００ｎｍ以下と微細にしている。
なお、露光によって描写されるパターンは、特に限定されないが、三角格子や正方格子など一定の向きに整列していることが好ましい。また、パターンは、上方から見た時の形状が円形や矩形、または円形または矩形が抜けた形状などであってもよいが、後述する第１の部分形成工程（Ｓ４０）で形成される第１の部分１０１ａが柱状または錘状であることが好ましい観点から、円形や矩形が抜けた形状であることが好ましい。
次いで、現像を行なう工程を実施する。具体的には、レジスト１３０においてＥＢで露光された部分を溶かす。現像を行なう工程で用いる現像液は特に限定されないが、たとえば有機系溶剤を用いることができる。これにより、描写されたパターンが反映された開口部１３１ａが形成されたレジストパターン１３１が得られる。
実施の形態１では、パターンの形状から、略同一で一定の方向に整列した平面形状が円形である、複数の開口部１３１ａを有するレジストパターン１３１が形成される。これにより、膜１０１ａ１上に、開口部１３１ａを有するレジストパターン１３１を形成することができる。
次に、図４および図６に示すように、レジストパターン１３１上に、レジストパターン１３１の厚みより薄い厚みの金属層１４０を形成する金属層形成工程（Ｓ３２）を実施する。金属層形成工程（Ｓ３２）では、たとえば電子ビーム蒸着法により、蒸着源であるレジストパターン１３１および開口部１３１ａ下の膜１０１ａ１上に垂直に飛ばして、厚みが１０ｎｍ以上２０ｎｍ以下のＮｉ（ニッケル）などからなる金属層１４０を形成する。形成される金属層１４０は、特に限定されないが、ＮｉやＡｌ（アルミニウム）を用いることができ、これらの金属はマスクとして使用した後に残る残渣を減少して除去できる観点から好ましい。
また、金属層形成工程（Ｓ３２）で形成される金属層１４０の厚みは、レジストパターン１３１の厚みより薄ければ特に限定されない。レジストパターン形成工程（Ｓ３１）において、第１の部分１０１ａを形成するための形状を有するレジストパターン１３１の厚みは、２００ｎｍ未満の範囲内で、所定の厚みが必要であることから、金属層１４０の厚みは２００ｎｍ未満であることが好ましい。
次に、図３および図７に示すように、レジストパターン１３１を除去するリフトオフ工程（Ｓ３３）を実施する。リフトオフ工程（Ｓ３３）では、たとえば、金属層形成工程（Ｓ３２）においてレジストパターン１３１上に金属層１４０が形成された状態で、レジストパターン１３１を溶解させる液中に浸す。レジストパターン１３１を除去する液として、たとえば有機溶剤を用いることができる。
これにより、レジストパターン１３１を除去できるので、図７に示すように、略同一で一定の方向に整列した開口部１３１ａを有する金属マスク１４１を形成できる。実施の形態１では、ピッチＰが１８０ｎｍ以下の三角格子状で、直径が１００ｎｍ以下の円柱状の（円形が抜けた形状の）金属マスク１４１を形成できる。
次に、図２、図７および図８に示すように、金属マスク１４１を保護層として、膜１０１ａ１から第２の部分１０１ｂとなる領域を除去することにより、第１の部分１０１ａを形成する第１の部分形成工程（Ｓ４０）を実施する。第１の部分形成工程（Ｓ４０）では、金属マスク１４１から露出している膜１０１ａ１を除去する。
具体的には、第１の部分形成工程（Ｓ４０）では、除去したい部分の制御を容易に行なうことができる観点および平面の面内均一性が良好である観点から、膜１０１ａ１から第２の部分１０１ｂとなる領域を、金属マスク１４１を保護層としてドライエッチングにより除去することが好ましい。ドライエッチングとしては、たとえばＣＦ4やＣＦ3などのフロロカーボンガスを用いたＩＣＰ（Inductive Coupled Plasma：誘導結合プラズマ）−ＲＩＥなどのＲＩＥが挙げられる。
なお、ドライエッチングに用いるガスは、フロロカーボンガスに限定されず、たとえばＣｌ（塩素）系ガスまたはＨＩ（ヨウ化水素酸）系ガスなどを用いてもよい。また、Ｃｌ系ガスまたはＨＩ系ガスにアルゴンガスやキセノンガスなどの不活性ガスを混ぜてもよい。
また、ドライエッチングはＩＣＰ−ＲＩＥに限定されず、たとえば、平行平板ＲＩＥを行なってもよい。さらに、膜１０１ａ１を除去する方法としては、ドライエッチングに特に限定されず、ウエットエッチングやミリングなどを適用してもよい。
第１の部分形成工程（Ｓ４０）では、開口部１３１ａが形成された金属マスク１４１により、金属マスク１４１に覆われていない開口部１３１ａにおいてエッチングが進行するとともに、金属マスク１４１下の膜１０１ａ１のみが残る。その結果、第２の部分１０１ｂとなる領域を除去できるとともに、第１の部分１０１ａを形成できる。実施の形態１における第１の部分形成工程（Ｓ４０）では、たとえば、円柱状の第１の部分１０１ａを形成する。
なお、第１の部分形成工程（Ｓ４０）で形成される第１の部分１０１ａの形状は、図８に示す円柱に特に限定されないが、柱状または錘状であることが好ましい。また、第１の部分形成工程（Ｓ４０）で形成される第１の部分１０１ａが柱状または錘状である場合には、底面の直径が１００ｎｍ以下であることが好ましい。また、第１の部分形成工程（Ｓ４０）で形成される第１の部分１０１ａのピッチは１８０ｎｍ以下であることが好ましい。
第１の部分形成工程（Ｓ４０）実施後は、エピタキシャル成長層１１０と、エピタキシャル成長層１１０上に配置された第１の部分１０１ａと、第１の部分１０１ａ上に配置された金属マスク１４１とが形成される。
次に、図２に示すように、第１の部分形成工程（Ｓ４０）において第２の部分１０１ｂとなる領域に付着する残渣を除去する残渣除去工程（Ｓ５０）を実施する。残渣除去工程（Ｓ５０）により、第１の部分形成工程（Ｓ４０）でドライエッチングを行なった場合には、用いた有機系残渣を除去できる。
残渣除去工程（Ｓ５０）で残渣を除去する方法は、特に限定されないが、たとえば、酸素を含有する雰囲気での熱処理、酸素プラズマ処理、硫酸、過酸化水素水、および有機溶剤の少なくとも１つを用いた除去、および不活性ガスをプラズマなどによりイオン化してミリングによる除去などが挙げられる。
なお、残渣除去工程（Ｓ５０）は、省略されてもよい。また、残渣除去工程（Ｓ５０）は、後述する金属マスク除去工程（Ｓ６０）後に実施してよい。
次に、図２および図８に示すように、金属マスク１４１を除去する金属マスク除去工程（Ｓ６０）を実施する。金属マスク除去工程（Ｓ６０）を実施することにより、図８に示すように、エピタキシャル成長層１１０と、エピタキシャル成長層１１０上に形成された第１の部分１０１ａとを備えた構造となる。
具体的には、金属マスク除去工程（Ｓ６０）では、たとえば金属マスク形成工程（Ｓ３０）で形成した金属マスク１４１を溶解できる酸を用いてウエットエッチングにより除去する。たとえば、Ｎｉからなる金属マスク１４１を用いる場合には、硝酸溶液中に浸漬させることによって、金属マスク１４１を除去することができる。
次に、図２および図９に示すように、領域を埋め込むように第２の部分１０１ｂを構成する膜を形成する第２の部分形成工程（Ｓ７０）を実施する。第２の部分１０１ｂを構成する膜は、第１の部分１０１ａを構成する材料と屈折率が異なる材料からなる。
第２の部分形成工程（Ｓ７０）では、第１の部分１０１ａを構成する材料と屈折率が異なる材料の膜を、たとえばＭＯＣＶＤ法で形成する。実施の形態１では、たとえばＭＯＣＶＤ装置内に水素とアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）とをソースとして１０００℃以上の条件で、ＧａＮからなる膜を形成する。これにより、第１の部分１０１ａと、第２の部分１０１ｂとを含むフォトニック結晶層１０１を形成できる。
次に、フォトニック結晶層１０１上に、たとえばＭＯＣＶＤ法を用いて、たとえば厚さが０．５μｍのｐ型のＡｌＧａＮよりなるｐ型クラッド層１１８を形成する。そして、ｐ型クラッド層１１８上に、たとえばＭＯＣＶＤ法を用いて、たとえば厚さが０．１μｍのｐ型のＧａＮよりなるｐ型コンタクト層１１９を形成する。
次に、ｐ型コンタクト層１１９の上面である光放出面１１９ａに、たとえばＡｕなどからなるｐ型電極１２１を形成する。そして、基板１１１の主面１１１ｂに、たとえばＡｕなどからなるｎ型電極１２２を形成する。なお、図１に示すｎ型電極１２２は、基板１１１がたとえばＧａＮ基板である場合を示しており、基板１１１がサファイヤなどからなっている場合には、たとえばｎ型バッファ層１１２上にｎ型電極１２２を形成する。
以上の工程（Ｓ１０〜Ｓ８０）を実施することにより、図１に示すフォトニック結晶構造を備える素子１００を製造できる。
次に、フォトニック結晶構造を備える素子１００の発光方法について、図１を用いて説明する。
ｐ型電極１２１に正電圧を印加すると、ガイド層１１５から活性層１１４へ正孔が注入され、ｎ型クラッド層１１３から活性層１１４へ電子が注入される。活性層１１４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、光が発生される。発生される光の波長は、活性層１１４が備える半導体層のバンドギャップによって規定される。
活性層１１４において発生された光は、ｎ型クラッド層１１３およびガイド層１１５によって活性層１１４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１０１に到達する。フォトニック結晶層１０１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１０１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光は回折を繰り返し、定在波が発生し、位相条件が規定される。フォトニック結晶層１０１によって位相が規定された光は、活性層１１４内の光にフィードバックされ、やはり定在波を発生させる。この定在波は、フォトニック結晶層１０１において規定される光の波長および位相条件を満足している。
このような現象は、活性層１１４およびフォトニック結晶層１０１が２次元的に広がりをもって形成されているので、ｐ型電極１２１を中心にした領域およびその付近において生じうる。十分な量の光がこの状態に蓄積された場合、波長および位相条件の揃った光が、フォトニック結晶層１０１の主面に垂直な方向（図１において上下方向）、つまり光放出面１１９ａから誘導放出される。
以上説明したように、本発明の実施の形態１におけるフォトニック結晶構造を備える素子１００の製造方法によれば、第１の部分１０１ａを形成するために、第２の部分１０１ｂとなる領域の開口部１３１ａを有する金属マスク１４１を用いているので、金属マスク１４１が微細な構造であっても金属マスク１４１の変形を抑制できる。特に、金属マスク１４１が柱状または錘状である場合、すなわち第１の部分１０１ａを柱状または錘状に形成する場合に、従来の保護層は変形しやすかった観点から、効果的である。また、金属マスク層形成工程（Ｓ３０）および金属マスク除去工程（Ｓ６０）を実施することにより、金属マスク１４１の変形を抑制できるので、容易にフォトニック結晶構造を備える素子１００を製造できる。
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２におけるフォトニック結晶構造を備える素子は、図１に示す実施の形態１におけるフォトニック結晶構造を備える素子１００と同様の構造である。
次に、図１、図２、および図８〜図１３を参照して、本発明の実施の形態２におけるフォトニック結晶構造を備える素子の製造方法について説明する。実施の形態２におけるフォトニック結晶構造を備える素子の製造方法は、基本的には実施の形態１におけるフォトニック結晶構造を備える素子の製造方法と同様であるが、金属マスク形成工程（Ｓ３０）においてのみ異なる。なお、図１０は、本発明の実施の形態２における金属マスク形成工程を示すフローチャートである。図１１は、本発明の実施の形態２におけるレジストパターン形成工程を示す概略斜視図である。図１２は、本発明の実施の形態２におけるエッチング工程を示す概略斜視図である。図１３は、本発明の実施の形態２における金属マスク形成工程を示す概略斜視図である。
まず、図２および図１１に示すように、基板を準備する準備工程（Ｓ１０）を実施する。次に、基板１１１上に、第１の部分１０１ａを構成する膜１０１ａ１を形成する膜形成工程（Ｓ２０）を実施する。準備工程（Ｓ１０）および膜形成工程（Ｓ２０）は、実施の形態１と同様であるのでその説明は繰り返さない。
次に、図２および図１０〜図１３に示すように、膜１０１ａ１上に、開口部１３１ａを有する金属マスク１４１を形成する金属マスク形成工程（Ｓ３０）を実施する。金属マスク工程（Ｓ３０）は、膜１０１ａ１上に、金属層１４０を形成する金属層形成工程（Ｓ３２）と、金属層１４０上に、第２の部分１０１ｂとなるべき領域に開口部が形成されたレジストパターン１３１を形成するレジストパターン形成工程（Ｓ３１）と、レジストパターン１３１をマスクとしてエッチングにより、開口部から露出した金属層１４０を除去するエッチング工程（Ｓ３４）とを含んでいる。
まず、図１０および図１１に示すように、膜１０１ａ１上に、金属層１４０を形成する金属層形成工程（Ｓ３２）を実施する。実施の形態２における金属層形成工程（Ｓ３２）は、基本的には実施の形態１における金属層形成工程（Ｓ３２）と同様であるが、膜１０１ａ１の上に接するように金属層１４０を形成する点においてのみ異なる。
次に、図１０〜図１２に示すように、金属層１４０上に、第２の部分１０１ｂとなるべき領域に開口部が形成されたレジストパターン１３１を形成するレジストパターン形成工程（Ｓ３１）を実施する。実施の形態２におけるレジストパターン形成工程（Ｓ３１）は、基本的には実施の形態１におけるレジストパターン形成工程（Ｓ３１）と同様であるが、金属層１４０上に接するようにレジスト１３０を形成する点においてのみ異なる。レジストパターン形成工程（Ｓ３１）により、図１２に示すように、金属層１４０上にレジストパターン１３１が形成される。
なお、レジストパターン形成工程（Ｓ３１）形成されるレジストパターン１３１の厚みは、開口部１３１ａを形成できる程度の厚みを有していれば特に限定されない。レジストパターン１３１は、第１の部分１０１ａを形成するための保護層でなく金属マスク１４１の開口部１４１ａを形成するための保護層であるので、従来必要であった厚みよりも薄くすることができる。また、実施の形態２におけるレジストパターン１３１は、選択比の関係から、従来必要であった第１の部分を形成するためのレジストパターンの厚みよりも薄くできるため、レジストパターン１３１の変形は抑制できる。
次に、図１０、図１２および図１３に示すように、レジストパターン１３１を保護層としてエッチングにより、開口部から露出した金属層１４０を除去するエッチング工程（Ｓ３４）を実施する。エッチング工程（Ｓ３４）により、金属マスク１４１の開口部を形成できる。
なお、エッチング工程（Ｓ３４）では、ドライエッチングまたはウエットエッチングのいずれを実施してもよい。エッチングを行なう時間を調整することによって、金属マスク１４１の開口部の細径化を図ることができる。たとえば、ウエットエッチングを行なう場合には、レジストパターン１３１が配置されていない側面から侵食させることによって、金属マスク１４１の開口部の細径化を図ることができる。また、ドライエッチングを行なう場合には、レジストパターンを細らせることによって、金属マスク１４１の開口部の細径化を図ることができる。
また、エッチング工程（Ｓ３４）では、レジストパターン１３１を除去する工程を実施してもよい。レジストパターン１３１を除去する方法は特に限定されないが、たとえば有機溶剤などに浸漬させる。
次に、図８、図１０および図１３に示すように、金属マスク１４１を保護層として、膜１０１ａ１から第２の部分１０１ｂとなる領域を除去することにより、第１の部分１０１ａを形成する第１の部分形成工程（Ｓ４０）を実施する。次に、金属マスク１４１を除去する金属マスク除去工程（Ｓ６０）を実施する。次に、領域を埋め込むように第２の部分１０１ｂを構成する膜を形成する第２の部分形成工程（Ｓ７０）を実施する。第１の部分形成工程（Ｓ４０）、金属マスク除去工程（Ｓ６０）、および第２の部分形成工程（Ｓ７０）は、実施の形態１と同様であるので、その説明は繰り返さない。なお、必要に応じて、残渣除去工程（Ｓ５０）および電極を形成する工程を実施する。
以上説明したように、本発明の実施の形態２におけるフォトニック結晶構造を備える素子の製造方法によれば、金属マスク形成工程（Ｓ３０）ではエッチングにより開口部を有する金属マスク１４１が形成されるエッチング工程（Ｓ３４）を実施している。エッチング工程（Ｓ３４）を実施することにより、金属マスク１４１の開口部について一層の細径化を図ることができる。そのため、所望の形状を金属マスク１４１に転写できる。
なお、実施の形態２では、レジストパターン１３１の金属マスク１４１に対するエッチングレートが、レジストパターンのＳｉＯ2に対するエッチングレートよりも遅い。そのため、開口部１３１ａを有するレジストパターン１３１のアスペクト比を従来よりも小さくできるとともに、エッチングによるレジストパターン１３１のダメージを減少できる。よって、エッチング工程（Ｓ３４）を実施することにより、レジストパターン１３１へのダメージが少ない方法で形成できる点で、実施の形態２におけるフォトニック結晶構造を備える素子の製造方法は有利である。
また、リフトオフ工程（Ｓ３３）により金属マスク１４１を形成する場合と比較して、実施の形態２におけるエッチング工程（Ｓ３４）によれば、レジストパターン１３１の開口部１３１ａ以外の部分を金属層１４０が覆うことがない。そのため、所望の形状の開口部を有するとともに、変形をより抑制した金属マスクを形成しやすい。
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３におけるフォトニック結晶構造を備える素子は、図１に示す実施の形態１におけるフォトニック結晶構造を備える素子１００と同様の構造である。
次に、図１、図２、および図１１〜図１４を参照して、本発明の実施の形態３におけるフォトニック結晶構造を備える素子の製造方法について説明する。実施の形態３におけるフォトニック結晶構造を備える素子の製造方法は、基本的には実施の形態１におけるフォトニック結晶構造を備える素子の製造方法と同様であるが、金属マスク形成工程（Ｓ３０）においてのみ異なる。なお、図１４は、本発明の実施の形態３におけるフォトニック結晶構造を備える素子の製造方法を示すフローチャートである。
まず、図２および図１４に示すように、基板を準備する準備工程（Ｓ１０）を実施する。次に、基板１１１上に、第１の部分１０１ａを構成する膜１０１ａ１を形成する膜形成工程（Ｓ２０）を実施する。準備工程（Ｓ１０）および膜形成工程（Ｓ２０）は、実施の形態１と同様であるのでその説明は繰り返さない。
次に、図２および図１４に示すように、膜１０１ａ１上に、開口部１３１ａを有する金属マスク１４１を形成する金属マスク形成工程（Ｓ３０）を実施する。金属マスク工程（Ｓ３０）は、膜１０１ａ１上に、金属層１４０を形成する金属層形成工程（Ｓ３２）と、金属層１４０上に、第２の部分１０１ｂとなるべき領域に開口部が形成されたレジストパターン１３１を形成するレジスト形成工程（Ｓ３１）と、レジストパターン１３１を保護層として、イオン照射により開口部から露出した金属層１４０を除去するミリング工程（Ｓ３５）とを含んでいる。
まず、図１１および図１４に示すように、膜１０１ａ１上に、金属層１４０を形成する金属層形成工程（Ｓ３２）を実施する。次に、図１１、図１２および図１４に示すように、金属層１４０上に、第２の部分１０１ｂとなるべき領域に開口部が形成されたレジストパターン１３１を形成するレジストパターン形成工程（Ｓ３１）を実施する。実施の形態３における金属層形成工程（Ｓ３２）およびレジストパターン形成工程（Ｓ３１）は、実施の形態２における金属層形成工程（Ｓ３２）およびレジストパターン形成工程（Ｓ３１）と同様であるので、その説明は繰り返さない。
次に、図１３および図１４に示すように、レジストパターン１３１を保護層としてイオン照射により、開口部から露出した金属層１４０を除去するミリング工程（Ｓ３５）を実施する。ミリング工程（Ｓ３５）により、金属マスク１４１の開口部を形成できる。
ミリング工程（Ｓ３５）では、たとえばキセノン（Ｘｅ）やアルゴン（Ａｒ）などの希ガスをイオン化させて金属層１４０に照射する。なお、ミリング工程（Ｓ３５）では、レジストパターン１３１を除去する工程を実施してもよい。レジストパターン１３１を除去する方法は特に限定されないが、たとえば有機溶剤などに浸漬させる。
次に、図２に示すように、金属マスク１４１を保護層として、膜１０１ａ１から第２の部分となる領域を除去することにより、第１の部分１０１ａを形成する第１の部分形成工程（Ｓ４０）を実施する。次に、金属マスク１４１を除去する金属マスク除去工程（Ｓ６０）を実施する。次に、領域を埋め込むように第２の部分１０１ｂを構成する膜を形成する第２の部分形成工程（Ｓ７０）を実施する。第１の部分形成工程（Ｓ４０）、金属マスク除去工程（Ｓ６０）、および第２の部分形成工程（Ｓ７０）は、実施の形態１と同様であるので、その説明は繰り返さない。なお、必要に応じて、残渣除去工程（Ｓ５０）、電極を形成する工程を実施する。
以上説明したように、本発明の実施の形態３におけるフォトニック結晶構造を備える素子の製造方法によれば、金属マスク形成工程（Ｓ３０）ではイオン照射により開口部を有する金属マスク１４１を形成するミリング工程（Ｓ３５）を実施している。ミリング工程（Ｓ３５）を実施することにより、所望の形状を金属マスク１４１に転写できる。
［実施例１］
実施例１では、図１〜図９に示す実施の形態１のフォトニック結晶構造を備える素子１００の製造方法に従って、フォトニック結晶構造を備える素子を製造した。
具体的には、まず、準備工程（Ｓ１０）では、厚さが３００μｍのｎ型ＧａＮからなる基板１１１を準備した。そして、基板１１１上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、厚さが０．２μｍのｎ型ＧａＮよりなるｎ型バッファ層１１２を形成した。そして、ｎ型バッファ層１１２上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、厚さが１μｍのｎ型ＡｌＧａＮよりなるｎ型クラッド層１１３を形成した。そして、ｎ型クラッド層１１３上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、厚さが０．００５μｍのＩｎＧａＮとＧａＮとがそれぞれ３層積層された多重量子井戸構造の活性層１１４を形成した。そして、活性層１１４上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、厚さが０．０１μｍのアンドープＧａＮよりなるガイド層１１５を形成した。そして、ガイド層１１５上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、厚さが０．０２μｍのｐ型ＡｌＧａＮよりなるｐ型電子ブロック層１１６を形成した。そして、ｐ型電子ブロック層１１６上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、厚さが０．０１μｍのｐ型ＧａＮよりなるｐ型上ガイド層１１７を形成した。これにより、基板１１１と、ｎ型バッファ層１１２と、ｎ型クラッド層１１３と、活性層１１４と、ガイド層１１５と、ｐ型電子ブロック層１１６と、ｐ型上ガイド層１１７とからなるエピタキシャル成長層１１０を準備した。
次に、膜形成工程（Ｓ２０）では、プラズマＣＶＤ法を用いて、ＳｉＯ2からなる膜１０１ａ１を５０ｎｍの厚みで、ｐ型上ガイド層１１７上全面に形成した。
次に、金属マスク形成工程（Ｓ３０）では、リフトオフにより金属マスクを形成した。すなわち、レジストパターン形成工程（Ｓ３１）では、電子ビーム描画用レジストを２００ｎｍの厚みで、膜１０１ａ１上全面に形成した。そして、電子ビーム描画装置中で、ピッチＰが１６０ｎｍの三角格子配列で、開口部の形状を径が６５ｎｍの円形のパターンを形成した。そして、金属層形成工程（Ｓ３２）では、電子ビーム蒸着法によって、レジストパターン１３１上全面にＮｉを２０ｎｍの厚みで形成した。そして、リフトオフ工程（Ｓ３３）では、溶剤を用いて、電子ビーム描画用レジストを除去した。これにより、直径が６５ｎｍで、厚みが２０ｎｍの円形のパターンが１６０ｎｍのピッチで三角格子状に配列したＮｉからなる金属マスクを形成した。
次に、第１の部分形成工程（Ｓ４０）では、金属マスクが形成されたエピタキシャル成長層を、ＩＣＰ−ＲＩＥ装置に導入し、ＣＦ4ガスを用いて２Ｐａの雰囲気中で放電させた。これにより、金属マスク下のみの膜１０１ａ１が残り、直径が６５ｎｍで、高さが５０ｎｍのＳｉＯ2からなる柱状の第１の部分１０１ａを形成した。
次に、残渣除去工程（Ｓ５０）では、第１の部分１０１ａが形成されたエピタキシャル成長層を、硝酸を４０℃に加熱した液中に３分間浸漬させた。これにより、ＳｉＯ2からなる柱状の第１の部分１０１ａ上に残ったＮｉからなる金属マスクを除去した。
次に、第１の部分１０１ａが形成されたエピタキシャル成長層をＭＯＣＶＤ装置に導入し、領域を埋め込むようにＧａＮを成長した。これにより、ｐ型上ガイド層１１７上に、ＳｉＯ2からなる第１の部分１０１ａとＧａＮからなる第２の部分１０１ｂとからなるフォトニック結晶層１０１を形成した。
次に、フォトニック結晶層１０１上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、厚さが０．６μｍのｐ型のＧａＮよりなるｐ型クラッド層１１８を形成した。そして、ｐ型クラッド層１１８上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、厚さが０．０５μｍのｐ型のＧａＮよりなるｐ型コンタクト層１１９を形成した。
次に、ｐ型コンタクト層１１９の上面である光放出面１１９ａに、基板１１１の主面１１１ａに近い側から順にＮｉ、Ａｕ、Ｔｉ、およびＡｕからなるｐ型電極１２１を形成した。そして、基板１１１の主面１１１ｂに、基板１１１の主面１１１ｂから近い側から順にＡｌ、Ｔｉ、Ａｌ、およびＡｕからなるｎ型電極１２２を形成した。これにより、図１に示す実施例１のフォトニック結晶構造を備える素子１００を製造した。
（比較例１）
比較例１は、基本的には実施例１のフォトニック結晶構造を備える素子の製造方法と同様の構成を備えているが、金属マスク形成工程（Ｓ３０）を備えていない点においてのみ異なる。
具体的には、図１８〜図２０を用いて上述したフォトニック結晶構造を備える素子の製造方法に従って、第１の部分を形成した。
（測定方法）
実施例１における金属マスク形成工程（Ｓ３０）後の金属マスクと、第１の部分形成工程（Ｓ４０）後の第１の部分と、比較例１におけるレジストパターン形成後のレジストとについて、ＳＥＭ（電子顕微鏡）を用いて確認した。その結果を図１５および図１６に示す。なお、図１５は、実施例１における金属マスクのＳＥＭによる俯瞰図を示す。また、図１６（Ａ）は、実施例１における第１の部分のＳＥＭによる俯瞰図であり、（Ｂ）は実施例１における第１の部分のＳＥＭによる別の俯瞰図である。
また、実施例１および比較例１のフォトニック結晶構造を備える素子について、それぞれ電流を流して、レーザ光が取り出せるかを確認した。
（測定結果）
実施例１の金属マスク形成工程（Ｓ３０）後の金属マスクは、図１５に示すように、傾斜せずに柱状に形成できた。そのため、実施例１の第１の部分形成工程（Ｓ４０）後の第１の部分は、図１６（Ａ）および（Ｂ）に示すように、柱状に、かつ三角格子状に配列するように形成できた。一方、比較例１のレジストパターン形成後のレジストパターンは、傾斜した柱状となった。また、レジストパターンを三角格子状に形成するべくパターンを形成したにもかかわらず、ずれが生じていた。
また、実施例１により製造したフォトニック結晶構造を備える素子に電流を流したところ、フォトニック結晶構造を備える素子の上下面からレーザ光が取り出せた。一方、比較例１により製造したフォトニック結晶構造を備える素子に電流を流したところ、レーザ光が取り出せなかった。
以上説明したように、実施例１によれば、リフトオフ法により開口部が形成された金属マスクを保護層として第１の部分を形成することによって、所望の形状の第１の部分を形成できることが確認できた。また、所望の形状の第１の部分を形成できたので、フォトニック結晶構造を備える素子１００が動作することを確認した。
［実施例２］
実施例２では、図２、図８〜図１３、および図１７に示す実施の形態２のフォトニック結晶構造を備える素子２００の製造方法に従って、フォトニック結晶構造を備える素子を製造した。なお、図１７は、実施例２におけるフォトニック結晶構造を備える素子を示す概略断面図である。
具体的には、図２および図１９に示すように、準備工程（Ｓ１０）では、基板１１１と、ｎ型バッファ層１１２と、ｎ型クラッド層１１３とをこの順で、実施例１と同様に形成し、エピタキシャル成長層１１０を準備した。
次に、膜形成工程（Ｓ２０）では、ＳｉＯ2からなる膜１０１ａ１を５０ｎｍの厚みで、ｎ型クラッド層１１３上全面に形成した。
次に、金属マスク形成工程（Ｓ３０）では、エッチングにより金属マスクを形成した。すなわち、金属層形成工程（Ｓ３２）では、電子ビーム蒸着法によって、ｎ型クラッド層１１３上全面にＡｌを３０ｎｍの厚みで形成した。そして、レジストパターン形成工程（Ｓ３３）では、ナノインプリント用樹脂を１６０ｎｍの厚みで、金属層１４０上全面に形成した。そして、ナノインプリント装置で、ピッチＰが１６０ｎｍの正方格子配列で、径が６５ｎｍの円形のパターンを形成した。そして、エッチング工程（Ｓ３４）では、ＩＣＰ−ＲＩＥ装置でＣｌ2ガスを用いて０．４Ｐａの雰囲気中で放電させて、レジストパターンがややエッチングされるとともに、開口部から露出した金属層がエッチングされる。これにより、細まった直径が６０ｎｍで、薄くなった厚みが約２０ｎｍの円形のパターンが１６０ｎｍのピッチで正方格子状に配列したＡｌからなる金属マスクを形成した。そして、レジストパターンを、溶剤を用いて除去した。
次に、第１の部分形成工程（Ｓ４０）では、金属マスクが形成されたエピタキシャル成長層を、ＩＣＰ−ＲＩＥ装置に導入し、ＣＦ4ガスを用いて２Ｐａの雰囲気中で放電させた。これにより、金属マスク下のみの膜１０１ａ１が残り、直径が６０ｎｍで、厚みが５０ｎｍのＳｉＯ2からなる柱状の第１の部分１０１ａを形成した。
次に、残渣除去工程（Ｓ５０）では、第１の部分１０１ａが形成されたエピタキシャル成長層をリン酸と硝酸と酢酸との混合溶液（リン酸：硝酸：酢酸＝１６：１：２）を４０℃に加熱した液中に３分間浸漬させた。これにより、ＳｉＯ2からなる柱状の第１の部分１０１ａ上に残ったＡｌからなる金属マスクを除去した。
次に、第１の部分１０１ａが形成されたエピタキシャル成長層をＭＯＣＶＤ装置に導入し、領域を埋め込むようにＧａＮを成長した。これにより、ｐ型上ガイド層１１７上に、ＳｉＯ2からなる第１の部分１０１ａとＧａＮからなる第２の部分１０１ｂとからなるフォトニック結晶層１０１を形成した。
次に、フォトニック結晶層１０１上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、活性層１１４と、ガイド層１１５と、ｐ型電子ブロック層１１６と、ｐ型クラッド層１１８と、ｐ型コンタクト層１１９とをこの順で、実施例１と同様に形成した。次に、ｐ型電極１２１とｎ型電極１２２とを、実施例１と同様に形成した。これにより、図１１に示す実施例２のフォトニック結晶構造を備える素子２００を製造した。
このようにして得られた実施例２におけるフォトニック結晶構造を備える素子２００について、実施例１と同様に電流を流した。その結果、実施例２におけるフォトニック結晶構造を備える素子２００の上下面からレーザ光が取り出せた。
以上説明したように、実施例２によれば、エッチングにより開口部が形成された金属マスクを保護層として第１の部分を形成することによって、所望の形状の第１の部分を形成できたので、フォトニック結晶構造を備える素子が動作することを確認した。
［実施例３］
実施例３では、図２、図８〜図１３、および図１７に示す実施の形態２のフォトニック結晶構造を備える素子２００の製造方法に従って、フォトニック結晶構造を備える素子を製造した。
具体的には、図２および図１９に示すように、準備工程（Ｓ１０）では、基板１１１と、ｎ型バッファ層１１２と、ｎ型クラッド層１１３とをこの順で、実施例１と同様に形成し、エピタキシャル成長層１１０を準備した。
次に、膜形成工程（Ｓ２０）では、ＳｉＯ2からなる膜１０１ａ１を１００ｎｍの厚みで、ｎ型クラッド層１１３上全面に形成した。
次に、金属マスク形成工程（Ｓ３０）では、エッチングにより金属マスクを形成した。すなわち、金属層形成工程（Ｓ３２）では、電子ビーム蒸着法によって、ｎ型クラッド層１１３上全面にＡｌを３０ｎｍの厚みで形成した。そして、レジストパターン形成工程（Ｓ３３）では、レジストを１６０ｎｍの厚みで、金属層１４０上全面に形成した。そして、干渉露光装置装置で、ピッチＰが１６０ｎｍの三角格子配列で、開口部の形状を径が６５ｎｍの円形のパターンを形成した。そして、エッチング工程（Ｓ３４）では、２０℃のリン酸と硝酸と酢酸との混合溶液（リン酸：硝酸：酢酸＝１６：１：２）に浸漬させた。これにより、開口部から露出した金属層がウエットエッチングされた。なお、ウエットエッチングがさらに進行すると、レジストパターン下の金属層についても側面からウエットエッチングされる。その結果、直径が６０ｎｍで、厚みが２０ｎｍの円形のパターンが１６０ｎｍのピッチで三角格子状に配列したＡｌからなる金属マスクを形成した。そして、レジストパターンを、溶剤を用いて除去した。
次に、第１の部分形成工程（Ｓ４０）では、金属マスクが形成されたエピタキシャル成長層を、ＩＣＰ−ＲＩＥ装置に導入し、ＣＦ4ガスを用いて２Ｐａの雰囲気中で放電させた。これにより、金属マスク下のみの膜１０１ａ１が残り、直径が６０ｎｍで、厚みが１００ｎｍのＳｉＯ2からなる柱状の第１の部分１０１ａを形成した。
次に、残渣除去工程（Ｓ５０）では、第１の部分１０１ａが形成されたエピタキシャル成長層を硝酸を４０℃に加熱した液中に３分間浸漬させた。これにより、ＳｉＯ2からなる柱状の第１の部分１０１ａ上に残ったＡｌからなる金属マスクを除去した。
次に、実施例２と同様に、第１の部分１０１ａが形成されたエピタキシャル成長層をＭＯＣＶＤ装置に導入し、領域を埋め込むようにＧａＮを成長した。
次に、実施例２と同様に、フォトニック結晶層１０１上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、活性層１１４と、ガイド層１１５と、ｐ型電子ブロック層１１６と、ｐ型クラッド層１１８と、ｐ型コンタクト層１１９とをこの順で形成した。次に、ｐ型電極１２１とｎ型電極１２２とを、実施例１と同様に形成した。これにより、図１１に示す実施例３のフォトニック結晶構造を備える素子を製造した。
このようにして得られたフォトニック結晶構造を備える素子について、実施例１と同様に電流を流した。その結果、実施例３におけるフォトニック結晶構造を備える素子の上下面からレーザ光が取り出せた。
以上説明したように、実施例３によれば、エッチングにより開口部が形成された金属マスクを保護層として第１の部分を形成することによって、所望の形状の第１の部分を形成できたので、フォトニック結晶構造を備える素子が動作することを確認した。
［実施例４］
実施例４では、図１、図２、図８、図９、および図１１〜図１４に示す実施の形態３のフォトニック結晶構造を備える素子の製造方法に従って、フォトニック結晶構造を備える素子を製造した。
具体的には、図２および図１７に示すように、準備工程（Ｓ１０）では、基板１１１と、ｎ型バッファ層１１２と、ｎ型クラッド層１１３と、活性層１１４と、ガイド層１１５と、ｐ型電子ブロック層１１６と、ｐ型上ガイド層１１７とをこの順で積層した、実施例１と同様のエピタキシャル成長層１１０を形成した。
次に、膜形成工程（Ｓ２０）では、Ａｌ2Ｏ3からなる膜１０１ａ１を５０ｎｍの厚みで、ｐ型上ガイド層１１７上全面に形成した。
次に、金属マスク形成工程（Ｓ３０）では、ミリングにより金属マスクを形成した。すなわち、金属層形成工程（Ｓ３２）では、電子ビーム蒸着法によって、ｐ型上ガイド層１１７上全面にＮｉを２０ｎｍの厚みで形成した。そして、レジストパターン形成工程（Ｓ３３）では、電子ビーム描画用レジストを２００ｎｍの厚みで、金属層１４０上全面に塗布した。そして、ステッパを用いて、ピッチＰが１６０ｎｍの三角格子配列で、開口部の形状を径が６５ｎｍの円形のパターンを形成した。そして、ミリング工程（Ｓ３５）では、イオンミリング装置で、Ｘｅガスをイオン化させてレジストパターンが形成された金属層に照射させた。これにより、直径が６５ｎｍで、厚みが２０ｎｍの円形のパターンが１６０ｎｍのピッチで正方格子状に配列したＡｌからなる金属マスクを形成した。そして、レジストパターンを溶剤を用いて除去した。
次に、第１の部分形成工程（Ｓ４０）では、金属マスクが形成されたエピタキシャル成長層を、ＩＣＰ−ＲＩＥ装置に導入し、Ｃｌ2ガスを用いて２Ｐａの雰囲気中で放電させた。これにより、金属マスク下のみの膜１０１ａ１が残り、直径が６５ｎｍで、厚みが１００ｎｍのＡｌ2Ｏ3からなる柱状の第１の部分１０１ａを形成した。
次に、残渣除去工程（Ｓ５０）では、第１の部分１０１ａが形成されたエピタキシャル成長層を硝酸を４０℃に加熱した液中に３分間浸漬させた。これにより、ＳｉＯ2からなる柱状の第１の部分１０１ａ上に残ったＮｉからなる金属マスクを除去した。
次に、実施例１と同様に、第１の部分１０１ａが形成されたエピタキシャル成長層をＭＯＣＶＤ装置に導入し、領域を埋め込むようにＧａＮを成長した。次に、フォトニック結晶層１０１上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ｐ型クラッド層１１８と、ｐ型コンタクト層１１９とをこの順で、実施例１と同様に形成した。次に、ｐ型電極１２１とｎ型電極１２２とを、実施例１と同様に形成した。これにより、図１に示す実施例４のフォトニック結晶構造を備える素子を製造した。
このようにして得られた実施例４におけるフォトニック結晶構造を備える素子について、実施例１と同様に電流を流した。その結果、実施例４におけるフォトニック結晶構造を備える素子の上下面からレーザ光が取り出せた。
以上説明したように、実施例４によれば、ミリングにより開口部が形成された金属マスクを保護層として第１の部分を形成することによって、所望の形状の第１の部分を形成できたので、フォトニック結晶構造を備える素子が動作することを確認した。
今回開示された実施の形態および実施例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実施の形態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。
本発明の実施の形態１におけるフォトニック結晶構造を備える素子を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態１におけるフォトニック結晶構造を備える素子の製造方法を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１におけるレジストを塗布する工程を示す概略斜視図である。 本発明の実施の形態１における金属マスク形成工程を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１におけるレジストパターン形成工程を示す概略斜視図である。 本発明の実施の形態１における金属層形成工程を示す概略斜視図である。 本発明の実施の形態１における金属マスク形成工程を示す概略斜視図である。 本発明の実施の形態１における第１の部分形成工程を示す概略斜視図である。 本発明の実施の形態１における第２の部分形成工程を示す概略斜視図である。 本発明の実施の形態２における金属マスク形成工程を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２におけるレジストパターン形成工程を示す概略斜視図である。 本発明の実施の形態２におけるエッチング工程を示す概略斜視図である。 本発明の実施の形態２における金属マスク形成工程を示す概略斜視図である。 本発明の実施の形態３におけるフォトニック結晶構造を備える素子の製造方法を示すフローチャートである。 実施例１における金属マスクのＳＥＭによる俯瞰図を示す。 （Ａ）は、実施例１における第１の部分のＳＥＭによる俯瞰図であり、（Ｂ）は実施例１における第１の部分のＳＥＭによる別の俯瞰図である。 実施例２におけるフォトニック結晶構造を備える素子を示す概略断面図である。 従来例のレジストを形成する工程を示す概略斜視図である。 従来例のレジストパターンを形成する工程を示す概略斜視図である。 従来例の第１の部分を形成する工程を示す概略斜視図である。 従来例のレジストパターンを示す俯瞰図である。 従来例のレジストパターンを示す別の俯瞰図である。
符号の説明
１００，２００ フォトニック結晶構造を有する素子、１０１ フォトニック結晶層、１０１ａ 第１の部分、１０１ａ１ 膜、１０１ｂ 第２の部分、１１０ エピタキシャル成長層、１１１ 基板、１１１ａ，１１１ｂ 主面、１１２ ｎ型バッファ層、１１３ ｎ型クラッド層、１１４ 活性層、１１５ ガイド層、１１６ ｐ型電子ブロック層、１１７ ｐ型上ガイド層、１１８ ｐ型クラッド層、１１９ 型コンタクト層、１１９ａ 光放出面、１２１ ｐ型電極、１２２ ｎ型電極、１３０ レジスト、１３１ レジストパターン、１３１ａ，１４１ａ 開口部、１４０ 金属層、１４１ 金属マスク、Ｐ ピッチ。

Claims (7)

  1. 基板と、前記基板上に形成された第１の部分と、前記第１の部分を構成する材料と異なる屈折率の材料からなる第２の部分とを含むフォトニック結晶層とを備えた、フォトニック結晶構造を備える素子の製造方法であって、
    前記基板を準備する準備工程と、
    前記基板上に、前記第１の部分を構成する膜を形成する膜形成工程と、
    前記膜上に、開口部を有する金属マスクを形成する金属マスク形成工程と、
    前記金属マスクを保護層として、前記膜から前記第２の部分となる領域を除去することにより、第１の部分を形成する第１の部分形成工程と、
    前記金属マスクを除去する金属マスク除去工程と、
    前記領域を埋め込むように前記第２の部分を構成する膜を形成する第２の部分形成工程とを備えた、フォトニック結晶構造を備える素子の製造方法。
  2. 前記第１の部分形成工程において前記第２の部分となる領域に付着する残渣を除去する残渣除去工程をさらに備えた、請求項１に記載のフォトニック結晶構造を備える素子の製造方法。
  3. 前記第１の部分形成工程では、前記膜から前記第２の部分となる領域をドライエッチングにより除去する、請求項１または２に記載のフォトニック結晶構造を備える素子の製造方法。
  4. 前記膜形成工程では、前記第２の部分を構成する材料よりも屈折率が低い材料からなる膜を形成する、請求項１〜３のいずれかに記載のフォトニック結晶構造を備える素子の製造方法。
  5. 前記金属マスク形成工程は、
    前記膜上に、開口部を有するレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、
    前記レジストパターン上に、前記レジストパターンの厚みより薄い厚みの金属層を形成する金属層形成工程と、
    前記レジストパターンを除去するリフトオフ工程とを含む、請求項１〜４のいずれかに記載のフォトニック結晶構造を備える素子の製造方法。
  6. 前記金属マスク形成工程は、
    前記膜上に、金属層を形成する金属層形成工程と、
    前記金属層上に、前記第２の部分となるべき領域に開口部が形成されたレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、
    前記レジストパターンを保護層としてエッチングにより、前記開口部から露出した前記金属層を除去するエッチング工程とを含む、請求項１〜４のいずれかに記載のフォトニック結晶構造を備える素子の製造方法。
  7. 前記金属マスク形成工程は、
    前記膜上に、金属層を形成する金属層形成工程と、
    前記金属層上に、前記第２の部分となるべき領域に開口部が形成されたレジストパターンを形成するレジスト形成工程と、
    前記レジストパターンを保護層として、イオン照射により前記開口部から露出した前記金属層を除去するミリング工程とを含む、請求項１〜４のいずれかに記載のフォトニック結晶構造を備える素子の製造方法。
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