JP4933193B2 - 面発光レーザ、該面発光レーザにおける二次元フォトニック結晶の製造方法 - Google Patents
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Description
より高精細な画像形成のためには、レーザビームスポット径を小さくすることが求められており、この小径化実現のための一つの技術として、より波長の短いレーザを使用する手法がある。
現在、赤色乃至は赤外(650nm〜)領域の面発光レーザアレイの電流注入による駆動は達成されているが、より波長の短い青色領域における面発光レーザの電流注入による駆動は達成されていない。
青色面発光レーザの電流注入駆動が実現されていない原因として、高反射率かつ電気伝導特性の優れた半導体DBRミラーの作製が困難であることが挙げられる。また、面発光レーザには、偏光制御が困難であり、単一横モード発振を達成すると必然的に発光スポットが小さくなってしまうという問題がある。
また、特許文献2のものではフォトニックバンド端付近での互いが近接した準位が使用されているため、モード選択が困難であり、発振モードの制御が困難となるという問題を有している。
すなわち、本発明の面発光レーザは、活性層と、屈折率の異なる媒質が二次元周期で配列された二次元フォトニック結晶とを有する面発光レーザをつぎのように構成したことを特徴としている。
本発明においては、前記二次元フォトニック結晶が、前記屈折率の異なる媒質による高屈折率部と低屈折率部とで構成された二次元周期構造を有する第1の層と、
前記第1の層の二次元周期構造とは周期が異なる周期構造、
または、前記第1の層の二次元周期構造を構成する前記低屈折率部とは形状が異なる低屈折率部を配設して構成された構造、
のいずれかの構造を有する第2の層と、を備えている。
そして、前記第1の層と前記第2の層とが接するように配置され、該第2の層は該第1の層の欠陥として機能するように構成されていることを特徴としている。
なお、本発明においては、第2の層自体は、欠陥として機能するものであればよく、第2の層が有する構造(例えば細孔)自体に周期性は必ずしも必要とするものではない。
また、本発明の面発光レーザは、活性層の近傍に、屈折率の異なる媒質が二次元周期で配列された二次元フォトニック結晶を有するものを含む。ここで、活性層の「近傍」とは、活性層で生じる光が光学的に届く範囲を意味している。
このような面発光レーザを構成するに際して、本発明においては、前記第1の層と前記第2の層とを、つぎのように構成することができる。
すなわち、前記第1の層を、第1の屈折率を有する第1媒質中に、第2の屈折率を有する第2媒質よりなる柱状構造体が一定間隔で周期的に形成された第1の二次元周期構造層とすることができる。
また、前記第2の層を、第3の屈折率を有する第3媒質中に、第4の屈折率を有する第4媒質よりなる柱状構造体が形成された第2の二次元周期構造層とする。そして、その周期は前記第1の二次元周期構造層とは異なるように形成され、且つその柱状構造体の大きさを含む形状が前記第1の二次元周期構造層における柱状構造体と異なる形状として構成することができる。
その際、前記第2の屈折率を有する第2媒質と前記第4の屈折率を有する第4媒質とを同一の媒質とする構成を採ることができる。
また、前記第1の屈折率を有する第1媒質と前記第3の屈折率を有する第3媒質とを同一の媒質とし、前記第2の屈折率を有する第2媒質と前記第4の屈折率を有する第4媒質とを同一の媒質とする構成を採ることができる。
また、前記第1の屈折率を有する第1媒質と第3の屈折率を有する第3媒質を半導体層とし、第2の屈折率を有する第2媒質及び第4の屈折率を有する第4媒質を空気とする構成を採ることができる。
また、前記第2の屈折率を有する第2媒質と前記第4の屈折率を有する第4媒質のいずれか一方を、多孔質半導体層とする構成を採ることができる。
また、本発明は、二次元周期構造を有する第1の層と第2の層とを接するように配置し、屈折率周期を乱す部位が前記第2の層に形成されている上記した面発光レーザにおける二次元フォトニック結晶の製造方法を、つぎのように構成したことを特徴としている。
すなわち、本発明の面発光レーザにおける二次元フォトニック結晶の製造方法は、つぎの(1−1)から(1−3)各工程を有することを特徴としている。
(1−1).基板上に形成された第1の半導体層に、第1の柱状空孔を後の工程における第2の半導体層に形成される第2の柱状空孔と周期あるいは形状の少なくとも一方が異なるように形成し、該第1の柱状空孔に窒窒化シリコン乃至は酸化シリコンにより形成された層を埋め込む工程。
(1−2).前記層が埋め込まれた第1の半導体層上に、第2の半導体層を形成し、該第2の半導体層に一定間隔で周期的構造を有する第2の柱状空孔を、前記第1の柱状空孔に埋め込まれた前記層が露出する深さで形成する工程。
(1−3).前記露出した層を、該第1の柱状空孔から除去しあるいは除去しないでおく工程。
また、本発明は、二次元周期構造を有する第1の層と第2の層とを接するように配置し、屈折率周期を乱す部位が前記第2の層に形成されている上記した面発光レーザにおける二次元フォトニック結晶の製造方法を、つぎのように構成したことを特徴としている。
すなわち、本発明の面発光レーザにおける二次元フォトニック結晶の製造方法は、つぎの(2−1)から(2−3)各工程を有することを特徴としている。
(2−1).基板上に形成された第1の半導体層に、該半導体層の一部を多孔質化した柱状形状部を、後の工程で形成される第1の柱状空孔と周期あるいは形状の少なくとも一方が異なるように形成する工程。
(2−2).前記多孔質化された柱状形状部の形成された前記第1の半導体層上に、窒化シリコン乃至は酸化シリコンによる層を形成し、該層に一定間隔で周期的構造を有する第1の柱状空孔を、前記多孔質化された柱状形状部が露出する深さで形成する工程。
(2−3).前記露出した前記多孔質化された柱状形状部から、該多孔質化された部分を除去して第2の柱状空孔を形成し、あるいは該多孔質化された部分を除去しないでおく工程。
また、本発明は、二次元周期構造を有する第1の層と第2の層とを接するように配置し、屈折率周期を乱す部位が前記第2の層に形成されている上記した面発光レーザにおける二次元フォトニック結晶の製造方法を、つぎのように構成したことを特徴としている。
すなわち、本発明の面発光レーザにおける二次元フォトニック結晶の製造方法は、つぎの(3−1)から(3−2)各工程を有することを特徴としている。
(3−1).基板上に積層された上層の半導体層に、一定間隔で周期的構造を有する第1の柱状空孔を形成する第1の工程。
(3−2).前記第1の工程後に、前記基板上における下層の半導体層に前記上層の半導体層に形成された第1の柱状空孔と周期あるいは形状の少なくとも一方が異なる第2の柱状空孔を形成する第2の工程。
また、本発明は、二次元周期構造を有する第1の層と第2の層とを接するように配置し、屈折率周期を乱す部位が前記第2の層に形成されている上記した面発光レーザにおける二次元フォトニック結晶の製造方法を、つぎのように構成したことを特徴としている。
すなわち、本発明の面発光レーザにおける二次元フォトニック結晶の製造方法は、つぎの(4−1)から(4−2)各工程を有することを特徴としている。
(4−1).基板上に積層された半導体層の上面側から、一定間隔で周期的構造を有する第1の柱状空孔を形成する第1の工程。
(4−2).前記第1の工程後に、前記半導体層の下面側から、前記上面側から形成された第1の柱状空孔と周期あるいは形状の少なくとも一方が異なる第2の柱状空孔を形成する第2の工程。
また、この構成においては、欠陥を導入することによりフォトニックバンド中に欠陥に起因した準位が形成され、二次元フォトニック結晶ミラーに入射した光が、欠陥準位に起因したモードのみで面内方向で共振し、単一モード化が図られる。この単一モード化した光が、入射光側の垂直方向に出射され、活性層を挟むように形成した上下二つのミラー(少なくとも一方が欠陥を有した二次元フォトニック結晶ミラー)間を共振し、最終的に面発光レーザとしてコヒーレントな光を出射する。この時、空間的に局在した単一モード化した光が結合することにより、スポット径の大きい単一モード光を得ることが可能となる。したがって、このような構成によれば、単一横モード化を達成するために電流狭窄構造形成により達成していた従来の面発光レーザと比較して、ポスト構造全体で単一横モード動作を得ることが可能となる。したがって、従来の単一モード光と比較してスポット径の大きなレーザ光を得ることができ、その結果光出力も大きい面発光レーザを得ることが可能となる。
また、本発明の実施の形態においては、本発明の上記構成を適用した二次元フォトニック結晶によって、面発光レーザの垂直共振器を構成するミラーの一部を形成する構成を採ることができる。
[実施例1]
本発明の実施例1においては、本発明を適用して二次元フォトニック結晶面発光レーザを作製する。
図1に、本実施例における二次元フォトニック結晶面発光レーザの構成を示す。図1において、100は基板、102は第1のミラー、104は量子井戸活性層、106は第2のミラー(二次元フォトニック結晶)である。
また、本実施例では第1のミラーを1/4波長厚の高屈折率媒質と1/4波長厚の低屈折率媒質を交互に積層される多層膜反射鏡とし、第2のミラーを本発明を適用した二次元フォトニック結晶ミラーとする。
本実施例による二次元フォトニック結晶ミラーは、第1の二次元周期構造層と、第2の二次元周期構造層とが互いに接するように配置し形成されている。
ここで、第1の二次元周期構造層は、第1の屈折率を有する第1媒質中に、第2の屈折率を有する第2媒質よりなる柱状構造体が一定間隔で周期的に形成された二次元周期構造層を備えている。また、第2の二次元周期構造層は、第3の屈折率を有する第3媒質中に、第4の屈折率を有する第4媒質よりなる柱状構造体が、該第1の二次元周期構造層中の該第2媒質よりなる柱状構造体の周期と異なる間隔で形成された二次元周期構造層を備えている。また、第2の二次元周期構造層は、第1の二次元周期構造層の周期性を乱す働きをするのであれば、必ずしも当該第2の二次元周期構造層自体は周期性を備えている必要は無い。
図2に、本実施例の二次元フォトニック結晶ミラーの作製工程を説明する模式図を示す。図2において、200はサファイア基板、202は第1の窒化物半導体層である。
また、204はレジストパターン1、206は第1の柱状空孔、208は窒化シリコン乃至は酸化シリコンによる層、210は第2の窒化物半導体層(p−GaN層)、212はレジストパターン2及び214は第2の柱状空孔である。
まず、サファイア基板200上に、MOCVD装置によりバッファー層を介してGaN/AlGaN−DBRミラー層、n−AlGaNクラッド層、InGaN/AlGaN−MQW活性層、p−AlGaNクラッド層、p−GaN層の順に成長させる。これにより第1の窒化物半導体層202を形成する(図2(a))。
次に、フォトリソグラフィー乃至は電子ビームリソグラフィー技術を用いて、p−GaN層上に204のレジストパターン1を形成する(図2(b))。
その後、反応性イオンビームエッチング装置を用いて、第1の窒化物半導体層202のp−GaN層をドライエッチングし、第1の柱状空孔206を形成する(図2(c))。この第1の柱状空孔206は、後工程において第2の半導体層210に形成される第2の柱状空孔214と、異なった周期・形状等により形成されている。
次に、図2(c)で形成される第1の柱状空孔206に、窒化シリコン乃至は酸化シリコンを埋め込み窒化シリコン乃至は酸化シリコンによる層208を形成する(図2(d))。
この工程は、まずレジストパターンを除去し、その後、スパッタ乃至はCVD装置を用いて窒化シリコン乃至は酸化シリコンを堆積する。その後、第1の柱状空孔206にのみ窒化シリコン乃至は酸化シリコンによる層208が形成されるように、余分な部分を除去することで行っている。
または、図2(c)に示した工程終了後、続いて、スパッタ乃至はCVD装置を用いて窒化シリコン乃至は酸化シリコンを堆積する。その後レジストパターンを除去することにより、リフトオフ法で第1の柱状空孔206にのみ窒化シリコン乃至は酸化シリコンによる層208が形成されるようにしてもよい。
その後、電子ビームリソグラフィー技術を用いて、このp−GaN層上にレジストパターンを形成する(図2(f))。
図2(f)に示されているように、ここで形成するレジストパターン2は、図2(d)で形成した窒化シリコン乃至は酸化シリコン部の上には形成されていない。そのため、窒化シリコン乃至は酸化シリコン部上に形成するレジストパターンは必ず抜き(レジストが存在しない)パターンとなっている。
次に、反応性イオンビームエッチング装置を用いて、p−GaN層をドライエッチングし、第2の柱状空孔214を形成する(図2(g))。
この第2の柱状空孔214は、前記した第1の柱状空孔206とは異なり、柱状空孔を一定間隔で周期的に形成する。この時、エッチング深さは、図2(d)で形成した窒化シリコン乃至は酸化シリコン部が露出するまで行う。
その後、露出した窒化シリコン乃至は酸化シリコン部を選択的にエッチングにより除去する(図2(h))。
以上により、第1の柱状空孔206の形成された二次元周期構造層と、第2の柱状空孔214の形成された二次元周期構造層とを接するように配置させた構成の二次元フォトニック結晶を形成することができる。これにより、第2の柱状空孔214の形成された二次元周期構造層の周期構造中に屈折率周期を乱す欠陥が形成される二次元フォトニック結晶を、容易に製造することができる。
本実施例の二次元フォトニック結晶面発光レーザによれば、単一横モード化を達成するために電流狭窄構造形成により達成していた従来の面発光レーザと比較して、ポスト構造全体で単一横モード動作を得ることが可能となる。また、従来の単一モード光と比較してスポット径の大きなレーザ光を得ることが可能となり、その結果光出力も大きいものを得ることができる。
また、本実施例においては、空孔部に形成した窒化シリコンを除去したが、必ずしも除去する必要はない。
また、本実施例においては、窒化物半導体を用いた二次元フォトニック結晶面発光レーザについて示したが、本発明はこのような窒化物半導体に限定されるものではなく、ガリウム砒素系及びインジウム燐系にも適用可能である。また、紫外から赤外領域の波長の面発光レーザに適用可能である。
また、本実施例において示した、成長、成膜及びエッチングに用いた装置は、これらの装置に限られるものではなく、同様の効果の得られる装置であればいかなる装置であっても良い。
また本実施例では、GaN/AlGaN−DBRミラー層と周期的な欠陥を有した二次元フォトニック結晶ミラーを用い共振器構造を構成したが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。例えば、図6に示すように、周期的な欠陥を有した二次元フォトニック結晶ミラー600と、DBRミラーの代わりに二次元フォトニック結晶ミラー602乃至は欠陥を有した二次元フォトニック結晶ミラー(図示せず)を用いた構成としてもよい。
本発明の実施例2においては、本発明を適用して実施例1とは別の形態の二次元フォトニック結晶面発光レーザを作製する方法を説明する。
以下に、本実施例の二次元フォトニック結晶面発光レーザの製造方法に含まれる、二次元フォトニック結晶ミラーの作製手順について説明する。
図3に、本実施例の二次元フォトニック結晶ミラーの作製工程を説明する模式図を示す。図3において、300はサファイア基板、302は窒化物半導体層、304はGaN層である。また、306はレジストパターン1、308は多孔質GaN化した柱状形状部、310はGaN層、312はレジストパターン2、314は第1の柱状空孔、316は第2の柱状空孔である。
まず、サファイア基板300上に、MOCVD装置によりバッファー層を介してGaN/AlGaN−DBRミラー層、n−AlGaNクラッド層、InGaN/AlGaN−MQW活性層、p−AlGaNクラッド層、p−GaN層の順に成長させる。そして、窒化物半導体層302を形成する(図3(a))。
次に、フォトリソグラフィー乃至は電子ビームリソグラフィー技術を用いて、p−GaN層上にレジストパターン1を形成する(図3(b))。
その後、陽極化成技術により、選択的にp−GaN層の一部を多孔質GaN化した柱状形状部308を形成する(図3(c))。この柱状形状部308は、後工程においてGaN層310に形成される第1の柱状空孔314と、異なった周期・形状等により形成する。続いて、レジストパターン306を酸素プラズマアッシングにより除去する(図3(d))。
その後、電子線リソグラフィー技術を用いて、p−GaN層310上にレジストパターン2を形成する(図3(f))。
図3(f)に示されているように、ここで形成するレジストパターン2は、図3(c)で形成した多孔質GaN上のp−GaN部を除去するため、多孔質GaN上に形成するレジストパターンは必ず抜き(レジストが存在しない)パターンとなっている。
次に、反応性イオンビームエッチング装置を用いて、p−GaN層をドライエッチングし、第1の柱状空孔314を形成する(図3(g))。この第1の柱状空孔314は、前記した多孔質GaN化した柱状形状部とは異なり、柱状空孔を一定間隔で周期的に形成する。
この時、エッチング深さは、図3(c)で形成した多孔質GaN化した柱状形状部が露出するまで行う。
その後、露出した多孔質GaN化した柱状形状部の多孔質GaNを除去し、第2の柱状空孔316を形成する(図3(h))。なお、この多孔質GaNは除去せず、多孔質GaN化した柱状形状部としてそのまま残してもよい。
以上により、第1の柱状空孔314が形成されている二次元周期構造層と、第2の柱状空孔316の形成された二次元周期構造層とを接するように配置させた構成の二次元フォトニック結晶を形成することができる。これにより、第1の柱状空孔314の形成された二次元周期構造層の周期構造中に屈折率周期を乱す欠陥が形成される二次元フォトニック結晶を、容易に製造することができる。
本発明による二次元フォトニック結晶面発光レーザによれば、単一横モード化を達成するために電流狭窄構造形成により達成していた従来の面発光レーザと比較して、ポスト構造全体で単一横モード動作を得ることが可能となる。また、従来の単一モード光と比較してスポット径の大きなレーザ光を得ることが可能となり、その結果光出力も大きいものを得ることができる。
また本実施例では、GaN/AlGaN−DBRミラー層と周期的な欠陥を有した二次元フォトニック結晶ミラーを用い共振器構造を構成したが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。例えば、図6に示すように、周期的な欠陥を有した二次元フォトニック結晶ミラー600と、DBRミラーの代わりに二次元フォトニック結晶ミラー602乃至は欠陥を有した二次元フォトニック結晶ミラー(図示せず)を用いた構成としてもよい。
また、本実施例においては、窒化物半導体を用いた二次元フォトニック結晶面発光レーザについて示したが、本発明はこのような窒化物半導体に限定されるものではなく、ガリウム砒素系及びインジウム燐系にも適用可能である。また、紫外から赤外領域の波長の面発光レーザに適用可能である。
また、本実施例において示した、成長、成膜及びエッチングに用いた装置は、これらの装置に限られるものではなく、同様の効果の得られる装置であればいかなる装置であっても良い。
本発明の実施例3においては、本発明を適用して上記各実施例とは別の形態の二次元フォトニック結晶面発光レーザを作製する方法を説明する。
以下に、本実施例の二次元フォトニック結晶面発光レーザの製造方法に含まれる、二次元フォトニック結晶ミラーの作製手順について説明する。
図4に、本実施例の二次元フォトニック結晶ミラーの作製工程を説明する模式図を示す。図4において、400は基板、402はGaN層、404はAlN層、406はGaN層、408はレジストパターン1、410は第1の柱状空孔、412は窒化物半導体層(基板含む)、414はレジストパターン2、416は第2の柱状空孔である。
次に、フォトリソグラフィー乃至は電子ビームリソグラフィー技術を用いて、p−GaN層上にレジストパターン1を形成する(図4(b))。
その後、反応性イオンビームエッチング装置を用いて、p−GaN層をドライエッチングする(図4(c))。
その後、レジストパターン408を酸素プラズマアッシングにより除去し、第1の柱状空孔410を形成する(図4(d))。この第1の柱状空孔410は、柱状空孔を一定間隔で周期的に形成する。
次に、GaN層402を反応性イオンビームエッチング装置を用い、塩素と酸素の混合ガスによるエッチングにより、AlN層404をエッチストップ層として選択的に除去する(図4(g))。
続いて、電子線リソグラフィー技術を用い、レジストパターン414をAlN層404上に形成する(図4(h))。
次に、AlN層404を反応性イオンビームエッチングにより除去し、第2の柱状空孔416を形成する(図4(i))。この第2の柱状空孔416は、前記した第1の柱状空孔410と、異なった周期・形状等により形成する。
その後、レジストパターン414を酸素プラズマアッシングにより除去する(図4(j))。
以上により、第1の柱状空孔410が形成されている二次元周期構造層と、第2の柱状空孔416の形成されている二次元周期構造層とを接するように配置させた構成の二次元フォトニック結晶を形成することができる。これにより、第1の柱状空孔410の形成された二次元周期構造層の周期構造中に屈折率周期を乱す欠陥が形成される二次元フォトニック結晶を、容易に製造することができる。
本実施例の二次元フォトニック結晶面発光レーザによれば、単一横モード化を達成するために電流狭窄構造形成により達成していた従来の面発光レーザと比較して、ポスト構造全体で単一横モード動作を得ることが可能となる。また、従来の単一モード光と比較してスポット径の大きなレーザ光を得ることが可能となり、その結果光出力も大きいものを得ることができる。
また、本実施例において示した、成長、成膜及びエッチングに用いた装置はこれらの装置に限られるものではなく、同様の効果の得られる装置であればいかなる装置であっても良い。
本発明の実施例4においては、本発明を適用して実施例3とは別の形態の二次元フォトニック結晶面発光レーザを作製した。具体的には、実施例3では図4(f)に示す工程において、GaN層406を除去した後にAlN層404を加工することにより、周期的な欠陥を有した二次元フォトニック結晶ミラーを形成したが、本実施例ではこれとは別の形態を採用する。
以下に、本実施例の二次元フォトニック結晶面発光レーザの製造方法に含まれる、二次元フォトニック結晶ミラーの作製手順について説明する。
図5に、本実施例の二次元フォトニック結晶ミラーの作製工程を説明する模式図を示す。図5において、500は基板、502はGaN層、504はAlN層、506はGaN層、508はレジストパターン1、510は第1の柱状空孔、512は窒化物半導体層(基板含む)、514はレジストパターン2、516は第2の柱状空孔である。
次に、フォトリソグラフィー乃至は電子ビームリソグラフィー技術を用いて、p−GaN層上にレジストパターン1を形成する(図5(b))。
その後、反応性イオンビームエッチング装置を用いて、p−GaN層をドライエッチングする(図5(c))。
その後、レジストパターン508を酸素プラズマアッシングにより除去し、第1の柱状空孔510を形成する(図5(d))。この第1の柱状空孔510は、柱状空孔を一定間隔で周期的に形成する。
この窒化物半導体層512は、GaN/AlGaN−DBRミラー層、n−AlGaNクラッド層、InGaN/AlGaN−MQW活性層、p−AlGaNクラッド層により構成されている。
次に、Nd:YAGレーザの第3高調波を用いたレーザリフトオフ法により、サファイア基板500を分離する(図5(f))。
次に、GaN層502を反応性イオンビームエッチング装置において、塩素と酸素の混合ガスを用いたエッチングにより、AlN層504をエッチストップ層として選択的に除去する(図5(g))。続いて、反応性イオンビームエッチング装置において、塩素ガスを用いたエッチングにより、AlN層504を除去する。
次に、電子線リソグラフィー技術を用い、レジストパターン514をGaN層506上に形成する(図5(h))。
次に、GaN層506の一部を反応性イオンビームエッチングにより除去し、第2の柱状空孔516を形成する(図5(i))。この第2の柱状空孔516は、前記した第1の柱状空孔510と、異なった周期・形状等により形成する。
その後、レジストパターン514を酸素プラズマアッシングにより除去し、空孔516を得る(図5(j))。
以上により、第1の柱状空孔510の形成された二次元周期構造層と、第2の柱状空孔516の形成された二次元周期構造層とを接するように配置させた構成の二次元フォトニック結晶を形成することができる。これにより、第1の柱状空孔510の形成された二次元周期構造層の周期構造中に屈折率周期を乱す欠陥が形成される二次元フォトニック結晶を、容易に製造することができる。
本実施例の二次元フォトニック結晶面発光レーザによれば、単一横モード化を達成するために電流狭窄構造形成により達成していた従来の面発光レーザと比較して、ポスト構造全体で単一横モード動作を得ることが可能となる。また、従来の単一モード光と比較してスポット径の大きなレーザ光を得ることが可能となり、その結果光出力も大きいものを得ることができる。
なお、本実施例で作製した二次元フォトニック結晶レーザは、周期的な欠陥を有する二次元フォトニック結晶ミラー部の構成に違いはあるが、素子の基本的構成は図7に示した概念図と基本的に同様の構成を採用している。
本実施例においては、窒化物半導体を用いた二次元フォトニック結晶面発光レーザについて示したが、本発明はこのような窒化物半導体に限定されるものではなく、ガリウム砒素系及びインジウム燐系にも適用可能である。また、紫外から赤外領域の波長の面発光レーザに適用可能である。
また、本実施例において示した、成長、成膜及びエッチングに用いた装置はこれらの装置に限られるものではなく、同様の効果の得られる装置であればいかなる装置であっても良い。
102:第1のミラー
104:量子井戸活性層
106:第2のミラー(二次元フォトニック結晶)
200:サファイア基板
202:第1の窒化物半導体層
204:レジストパターン1
206:第1の柱状空孔
208:窒化シリコン乃至は酸化シリコンによる層
210:第2の窒化物半導体層(p−GaN層)
212:レジストパターン2
214:第2の柱状空孔
300:サファイア基板
302:窒化物半導体層
304, 310:GaN層
306:レジストパターン1
308:多孔質GaN化した柱状形状部
312:レジストパターン2
314:第1の柱状空孔
316:第2の柱状空孔
400:基板
402, 406:GaN層
404:AlN層
408:レジストパターン1
410:第1の柱状空孔
412:窒化物半導体層(基板含む)
414:レジストパターン2
416:第2の柱状形状
500:基板
502, 506:GaN層
504:AlN層
508:レジストパターン1
510:第1の柱状空孔
512:窒化物半導体(基板含む)
514:レジストパターン2
516:第2の柱状空孔
600:周期的な欠陥を有した二次元フォトニック結晶ミラー
602:二次元フォトニック結晶ミラー
700:カソード
702:アノード
Claims (6)
- 活性層と、屈折率の異なる媒質が二次元周期で配列された二次元フォトニック結晶とを有する面発光レーザにおいて、
前記二次元フォトニック結晶が、
前記屈折率の異なる媒質による高屈折率部と低屈折率部とで構成された二次元周期構造を有する第1の層と、
前記第1の層の二次元周期構造とは周期が異なる周期構造、
または、前記第1の層の二次元周期構造を構成する前記低屈折率部とは形状が異なる低屈折率部を配設して構成された構造、
のいずれかの構造を有する第2の層と、を備え、
前記第1の層と前記第2の層とが接するように配置され、該第2の層は該第1の層の欠陥として機能するように構成されていることを特徴とする面発光レーザ。 - 前記第1の層が、前記高屈折率部を構成する第1の屈折率を有する第1媒質中に、前記低屈折率部を構成する第2の屈折率を有する第2媒質よりなる柱状構造体が一定間隔で周期的に形成された第1の二次元周期構造層であり、
前記第2の層が、高屈折率部を構成する第3の屈折率を有する第3媒質中に、低屈折率部を構成する第4の屈折率を有する第4媒質よりなる柱状構造体が形成された第2の二次元周期構造層であり、その周期は、前記第1の二次元周期構造とは異なるように形成され、
且つ、その柱状構造体の大きさを含む形状が前記第1の二次元周期構造層における柱状構造体と異なる形状に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の面発光レーザ。 - 請求項1に記載の面発光レーザにおける前記第1の層と前記第2の層とを備え、該第1の層と該第2の層とが接するように配置され、該第2の層は該第1の層の欠陥として機能するように構成されている二次元フォトニック結晶の製造方法であって、
基板上に形成された第1の半導体層に、第1の柱状空孔を後の工程における第2の半導体層に形成される第2の柱状空孔と周期あるいは形状の少なくとも一方が異なるように形成し、該第1の柱状空孔に窒化シリコン乃至は酸化シリコンにより形成された層を埋め込む工程と、
前記層が埋め込まれた第1の半導体層上に、第2の半導体層を形成し、該第2の半導体層に一定間隔で周期的構造を有する第2の柱状空孔を、前記第1の柱状空孔に埋め込まれた前記層が露出する深さで形成する工程と、
前記露出した前記層を、該第1の柱状空孔から除去しあるいは除去しないでおく工程と、
を有することを特徴とする二次元フォトニック結晶の製造方法。 - 請求項1に記載の面発光レーザにおける前記第1の層と前記第2の層とを備え、該第1の層と該第2の層とが接するように配置され、該第2の層は該第1の層の欠陥として機能するように構成されている二次元フォトニック結晶の製造方法であって、
基板上に形成された第1の半導体層に、該半導体層の一部を多孔質化した柱状形状部を、後の工程で形成される第1の柱状空孔と周期あるいは形状の少なくとも一方が異なるように形成する工程と、
前記多孔質化された柱状形状部の形成された前記第1の半導体層上に、窒化シリコン乃至は酸化シリコンによる層を形成し、該層に一定間隔で周期的構造を有する第1の柱状空孔を、前記多孔質化された柱状形状部が露出する深さで形成する工程と、
前記露出した前記多孔質化された柱状形状部から、該多孔質化された部分を除去して第2の柱状空孔を形成し、あるいは該多孔質化された部分を除去しないでおく工程と、
を有することを特徴とする二次元フォトニック結晶の製造方法。 - 請求項1に記載の面発光レーザにおける前記第1の層と前記第2の層とを備え、該第1の層と該第2の層とが接するように配置され、該第2の層は該第1の層の欠陥として機能するように構成されている二次元フォトニック結晶の製造方法であって、
基板上に積層された上層の半導体層に、一定間隔で周期的構造を有する第1の柱状空孔を形成する第1の工程と、
前記第1の工程後に、前記基板上における下層の半導体層に前記上層の半導体層に形成された第1の柱状空孔と周期あるいは形状の少なくとも一方が異なる第2の柱状空孔を形成する第2の工程と、を有することを特徴とする二次元フォトニック結晶の製造方法。 - 請求項1に記載の面発光レーザにおける前記第1の層と前記第2の層とを備え、該第1の層と該第2の層とが接するように配置され、該第2の層は該第1の層の欠陥として機能するように構成されている二次元フォトニック結晶の製造方法であって、
基板上に積層された半導体層の上面側から、一定間隔で周期的構造を有する第1の柱状空孔を形成する第1の工程と、
前記第1の工程後に、前記半導体層の下面側から、前記上面側から形成された第1の柱状空孔と周期あるいは形状の少なくとも一方が異なる第2の柱状空孔を形成する第2の工程と、を有することを特徴とする二次元フォトニック結晶の製造方法。
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