JP5177130B2 - フォトニック結晶レーザおよびフォトニック結晶レーザの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、フォトニック結晶レーザおよびフォトニック結晶レーザの製造方法に関し、たとえばレーザプリンタや記録媒体読み書き用装置などに用いることができるフォトニック結晶レーザおよびフォトニック結晶レーザの製造方法に関する。

記録媒体の高密度化に伴い、読み書きに用いるレーザは従来の赤色から青色へと短波長化が進んでいる。青色レーザは窒化物系化合物半導体、特にＧａＮ（窒化ガリウム）系材料が用いられる。一方、赤色レーザに見られるＶＣＳＥＬ系面発光レーザ構造は、ＧａＮ系材料においては同種材の屈折率差が小さいことから反射用ミラー（ＤＢＲ）の積層数が数十層も必要となる。そのため、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER）系面発光レーザの作製が困難で、端面発光型レーザでの対応のみとなっている。しかしながら、端面発光レーザは、劈開での共振ミラーを作製する前に、その性能検査が出来ない。その結果、基板が有効に活用できないとともに歩留が悪く、高コストであることが問題となっている。

一方、ＶＣＳＥＬ系面発光レーザの技術開発も進められているが、これに対抗する新しいレーザとして、フォトニック結晶レーザが着目されつつある。フォトニック結晶は、誘電体の周期構造を人工的に形成したものである。周期構造は、誘電体本体とは屈折率が異なる領域を本体内に周期的に設けることで形成される。その周期構造により結晶内でブラッグ回折が生じ、またその光のエネルギーに関してエネルギーバンドギャップが形成される。

このようなフォトニック結晶レーザとして、特開２００５−２７７２１９号公報（特許文献１）には、ＧａＡｓ系材料を用いたフォトニック結晶レーザが記載されている。特許文献１には、レーザ光を透過する材料を電極材料として用い、レーザ光を透過することで取り出している。しかし、高出力を得るには電流を増す必要があり、電流を増すには電極の膜厚も増す必要がある。電極はレーザ光を透過するとはいえども、その膜厚が増すと吸収が多くなり、効率よく出力を増加するのが困難である。

また、別のフォトニック結晶レーザとして、特開２００３−２７３４５３号公報（特許文献２）および特開２００４−２５３８１１号公報（特許文献３）に、フォトニック結晶を用いたレーザが記載されている。特許文献２および特許文献３のフォトニック結晶レーザは、電極直下にはフォトニック結晶構造が形成されず、それ以外の箇所にフォトニック結晶構造が形成されており、そこで共振させてレーザ発振させている。しかしながら、特許文献２および特許文献３のフォトニック結晶レーザは、レーザ発振および発振後の出力向上にキャリアが十分に注入される領域を用いていないので、効率的な出力を得るのが困難であるという問題がある。
特開２００５−２７７２１９号公報 特開２００３−２７３４５３号公報 特開２００４−２５３８１１号公報

それゆえ本発明の目的は、出力を向上できるフォトニック結晶レーザおよびフォトニック結晶レーザ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レーザは、ｎ型基板と、ｎ型クラッド層と、活性層と、ｐ型クラッド層と、フォトニック結晶層と、ｐ型電極と、ｎ型電極と、実装部材とを備えている。ｎ型基板は、第１の表面と第１の表面と反対側の第２の表面とを含むとともに、導電性である。ｎ型クラッド層は、ｎ型基板の第１の表面上に形成されている。活性層は、ｎ型クラッド層上に形成され、光を発生する。ｐ型クラッド層は、活性層上に形成されている。フォトニック結晶層は、ｎ型クラッド層と活性層との間、または、活性層とｐ型クラッド層との間に形成されるとともに、フォトニック結晶構造を有するフォトニック結晶部を含む。ｐ型電極は、フォトニック結晶部上に形成されている。ｎ型電極は、ｎ型基板の第２の表面上に形成されるとともに、フォトニック結晶部と対向する位置に配置された光透過部と、光透過部よりも光の透過率が低い外周部とからなる。実装部材は、ｐ型電極上に形成されている。

本発明にしたがったフォトニック結晶レーザの製造方法は、以下の工程を実施する。まず、第１の表面と第１の表面と反対側の第２の表面とを含むとともに、導電性のｎ型基板を準備する工程を実施する。そして、ｎ型基板の第１の表面上にｎ型クラッド層を形成する工程を実施する。そして、ｎ型クラッド層上に、光を発生する活性層を形成する工程を実施する。そして、活性層上にｐ型クラッド層を形成する工程を実施する。そして、ｎ型クラッド層と活性層との間、または、活性層とｐ型クラッド層との間に形成されるとともに、フォトニック結晶構造を有するフォトニック結晶部を含むフォトニック結晶層を形成する工程を実施する。そして、フォトニック結晶部上にｐ型電極を形成する工程を実施する。そして、ｎ型基板の第２の表面上に、フォトニック結晶部と対向する位置に配置される光透過部と、光透過部よりも光の透過率が低い外周部とからなるｎ型電極を形成する工程を実施する。そして、ｐ型電極上に実装部材を形成する工程を実施する。

本発明のフォトニック結晶レーザおよびフォトニック結晶レーザの製造方法によれば、ｐ型半導体はｎ型半導体に比べて抵抗が高いため面内に電流が広がりにくいが、ｐ型電極はフォトニック結晶部と対向する位置に形成されているため、ｐ型電極からフォトニック結晶部に十分に電流を注入することができる。また、ｎ型半導体はｐ型半導体に比べて抵抗が低いため、面内での電流が広がりやすいので、フォトニック結晶部に対向した位置にｎ型電極の電極の役割りを果たす外周部が配置されていない場合であっても、電流の注入は可能である。さらに、ｎ型電極の光透過部はフォトニック結晶部と対向する位置に配置されているので、取り出される光は吸収されにくい。その結果、出力の低下を抑制できる。さらには、活性層が実装部材に近い位置に配置されているので、非発光結合したキャリアや発光した光が吸収されることにより生じる熱が効果的に分散・排除され、放熱状況を改善できる。そのため、温度上昇による発振阻害や寿命短縮化などを抑制できる。その結果、信頼度を高めることができる。

上記フォトニック結晶レーザにおいて好ましくは、ｐ型電極の外周にメサ構造が形成され、メサ構造の表面の少なくとも一部に絶縁膜が形成されている。

これにより、メサ構造が形成されている層の面内に流れる無効電流（リーク電流）を制限できるので、出力を向上できる。また、絶縁膜により、実装部材とｐ型電極とを接続する際に、接続部材による短絡を防止できる。また、フォトニック結晶部から広がる光の進行を、メサ構造の表面に形成された絶縁膜で少なくともｐ型の層またはｎ型基板との屈折率差により反射させた光をフォトニック結晶部に戻すことでロスを抑制できる。

上記フォトニック結晶レーザにおいて好ましくは、光透過部は、ｐ型電極側から見てフォトニック結晶部をｎ型基板の第２の表面に投影した全ての領域を含んでいる。これにより、光透過部を広く設定できるとともに、光の吸収をより抑制できるので、出力低下をより抑制できる。

上記フォトニック結晶レーザにおいて好ましくは、光透過部は、ｐ型電極側から見てフォトニック結晶部をｎ型基板の第２の表面に投影した全ての領域を含み、光透過部は、均一に分散された開口部が形成され、外周部と電気的に接続される電極をさらに備えている。

均一に分散された開口部が形成された電極により、電流密度ムラを抑制しつつ電流を増加させることができる。そのため、出力を向上して光透過部から光を取り出すことが可能である。

上記フォトニック結晶レーザにおいて好ましくは、光透過部に配置されるとともに、ｎ型電極の外周部と電気的に接続され、光に対して透明な材料からなる透明電極をさらに備えている。

これにより、外周部および透明電極を電極として電流を注入することができるため、電流を増加できる。また、外周部で電流を流すので、透明電極を薄く形成できるため、光の吸収を抑制できるので、効率よく出力を増加することができる。

なお、光透過部にはｎ型基板と大気中との屈折率差による反射成分を減らすための、無反射被膜が形成されていてもよい。

上記フォトニック結晶レーザにおいて好ましくは、ｎ型基板は窒化ガリウムである。窒化ガリウムからなる導電性基板を用いることによって、効率よく光透過部で光を透過できる。

このように、本発明によれば、フォトニック結晶部と対向する位置に配置された光透過部と、光透過部よりも光の透過率が低い外周部とからなるｎ型電極と、フォトニック結晶部上に形成されたｐ型電極とを備えているため、出力を向上できる。

本発明の実施の形態１におけるフォトニック結晶レーザを示す概略断面図である。 図１における線分ＩＩ−ＩＩでの断面図である。 図２における矢印ＩＩＩ−ＩＩＩから見た時の一部透視図である。 本発明の実施の形態１におけるフォトニック結晶レーザの別の例を示す断面図である。 本発明の実施の形態１におけるｎ型電極を示す別の概略上面図である。 本発明の実施の形態１におけるｎ型電極を示すさらに別の概略上面図である。 本発明の実施の形態１におけるフォトニック結晶レーザの光透過部とフォトニック結晶部との関係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レーザ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２におけるフォトニック結晶レーザを示す概略断面図である。 本発明の実施の形態３におけるフォトニック結晶レーザを示す概略断面図である。 本発明の実施の形態３におけるフォトニック結晶レーザの製造方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１００，２００，３００ フォトニック結晶レーザ、１１０ 素子、１１１ ｎ型基板、１１１ａ 第１の表面、１１１ｂ 第２の表面、１１２ ｎ型クラッド層、１１２ａ，１６０ 絶縁膜、１１３ 活性層、１１４ ｐ型ガイド層、１１４ａ ｐ型電子ブロック層、１１５ フォトニック結晶層、１１５ａ フォトニック結晶部、１１５ａ１ 低屈折率部、１１５ａ２ 高屈折率部、１１６ ｐ型クラッド層、１１７ ｐ型コンタクト層、１１８ ｐ型電極、１１９ ｎ型電極、１１９ａ 光透過部、１１９ａ１ 電極、１１９ａ２ 開口部、１１９ｂ 外周部、１１９ｃ 透明電極、１２０ 実装部材、１２１ ステム・パッケージ、１２２ サブマウント、１３０ 接続部材、１４０ ボール部、１４１ ワイヤ、１５１ ｐ型パッド電極、Ｄ１，Ｄ２ 径。

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レーザを示す概略断面図である。図２は、図１における線分ＩＩ−ＩＩでの断面図である。なお、図２においてフォトニック結晶部１１５ａは、模式的に大きく図示している。図３は、図２における矢印ＩＩＩ−ＩＩＩから見た時の一部透視図である。図１〜図３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レーザを説明する。なお、フォトニック結晶構造とは、相対的に低屈折率の材料からなる低屈折率部と相対的に高屈折率の材料からなる高屈折率部とを有し、屈折率が周期的に変化する構造体を意味する。

図１〜図３に示すように、本実施の形態のフォトニック結晶レーザ１００は、ｎ型基板１１１と、ｎ型クラッド層１１２と、活性層１１３と、ｐ型クラッド層１１６と、フォトニック結晶層１１５と、ｐ型電極１１８と、ｎ型電極１１９と、実装部材１２０とを備えている。ｎ型基板１１１は、第１の表面１１１ａと第１の表面１１１ａと反対側の第２の表面１１１ｂとを含むとともに、導電性である。ｎ型クラッド層１１２は、ｎ型基板１１１の第１の表面１１１ａ上に形成されている。活性層１１３は、ｎ型クラッド層１１２上に形成され、光を発生する。ｐ型クラッド層１１６は、活性層１１３上に形成されている。フォトニック結晶層１１５は、ｎ型クラッド層１１２と活性層１１３との間、または、活性層１１３とｐ型クラッド層１１６との間に形成されるとともに、フォトニック結晶構造を有するフォトニック結晶部１１５ａを含む。ｐ型電極１１８は、フォトニック結晶部１１５ａ上に形成されている。ｎ型電極１１９は、ｎ型基板１１１の第２の表面１１１ｂ上に形成されるとともに、フォトニック結晶部１１５ａと対向する位置に配置された光透過部１１９ａと、光透過部１１９ａよりも光の透過率が低い外周部１１９ｂとからなる。実装部材１２０は、ｐ型電極１１８上に形成されている。

具体的には、図２に示すように、実施の形態１におけるフォトニック結晶レーザ１００は、ｎ型基板１１１と、ｎ型クラッド層１１２と、活性層１１３と、ｐ型ガイド層１１４と、ｐ型電子ブロック層１１４ａと、フォトニック結晶層１１５と、ｐ型クラッド層１１６と、ｐ型コンタクト層１１７と、ｐ型電極１１８と、ｎ型電極１１９とを含む素子１１０と、ステム・パッケージ１２１と、サブマウント１２２と、接続部材１３０と、ｎ型パッド電極と、ワイヤボンディングのボール部１４０と、ワイヤ１４１とを備えている。フォトニック結晶レーザ１００は、ｐ型半導体が実装部材１２０側に配置される（図２において下側に配置される）ジャンクションダウンの実装構造である。

図１に示すように、ｎ型基板１１１は、第１の表面１１１ａと第１の表面１１１ａと反対側の第２の表面１１１ｂとを含んでいる。ｎ型基板１１１は、導電性のｎ型であれば特に限定されないが、ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板もしくはＳｉＣ（炭化珪素）基板であることが好ましく、窒化ガリウム（ＧａＮ）からなっていることがより好ましい。ｎ型基板１１１は、活性層１１３で発生する光を透過する透光性であり、光の透過率はたとえばｎ型基板１１１の厚みが３００μｍでは５０％以上である。

ｎ型クラッド層１１２は、ｎ型基板１１１の第１の表面１１１ａ上に形成され、たとえばｎ型ＡｌＧａＮ、ｎ型ＧａＮなどよりなっている。

活性層１１３は、ｎ型クラッド層１１２上に形成され、キャリアの注入により光を発光する。活性層１１３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１１３は、単一の半導体材料よりなっていてもよい。

ｐ型ガイド層１１４は、活性層１１３上に形成され、たとえばＧａＮよりなっている。
ｐ型電子ブロック層１１４ａは、ｐ型ガイド層１１４上に形成され、たとえばＡｌＧａＮよりなっている。なお、ｐ型電子ブロック層１１４ａは、活性層１１３とフォトニック結晶層１１５との間に配置されていれば、ｐ型ガイド層１１４上に形成される配置に特に限定されない。

フォトニック結晶層１１５は、ｎ型基板１１１の第１および第２の表面１１１ａ，１１１ｂが延びる方向に沿って、ｐ型電子ブロック層１１４ａ上に形成されている。フォトニック結晶層１１５は、フォトニック結晶部１１５ａを含んでいる。フォトニック結晶層１１５におけるフォトニック結晶部１１５ａ以外の領域は、たとえばフォトニック結晶部１１５ａの高屈折率部１１５ａ２と同じ材料からなっている。

フォトニック結晶層１１５におけるフォトニック結晶部１１５ａは、相対的に低屈折率の材料からなる低屈折率部１１５ａ１と、相対的に高屈折率の材料からなる高屈折率部１１５ａ２とを有するフォトニック結晶部１１５ａとを有している。すなわち、フォトニック結晶層１１５におけるフォトニック結晶部１１５ａは、低屈折率部１１５ａ１と、高屈折率部１１５ａ２とが周期的に配置されている領域である。低屈折率部１１５ａ１を構成する材料は、高屈折率部１１５ａ２を構成する材料の屈折率よりも低ければ特に限定されない。たとえば、低屈折率部１１５ａ１は、屈折率が約１．４４の酸化シリコン（ＳｉＯ₂）からなり、高屈折率部１１５ａ２は、屈折率が約２．５４のＧａＮからなっている。低屈折率部１１５ａ１および高屈折率部１１５ａ２を構成する材料の屈折率の差を大きくとると、高屈折率部１１５ａ２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、低屈折率部１１５ａ１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し、何も埋め込まない孔部（気体、たとえば屈折率が１の空気が存在する状態）としてもよい。

低屈折率部１１５ａ１または高屈折率部１１５ａ２は、三角格子や正方格子など一定の向きに整列している。なお、三角格子とは、フォトニック結晶部１１５ａを上方から見た時に、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であり、任意の低屈折率部１１５ａ１（または高屈折率部１１５ａ２）と近接（または隣接）する低屈折率部１１５ａ１（または高屈折率部１１５ａ２）の数が６となる場合を意味する。また、正方格子とは、任意の低屈折率部１１５ａ１（または高屈折率部１１５ａ２）と近接（または隣接）する低屈折率部１１５ａ１（または高屈折率部１１５ａ２）の数が８となる場合を意味する。一定の向きに整列した低屈折率部１１５ａ１または高屈折率部１１５ａ２の中心間を結ぶ距離であるピッチは、波長が４００ｎｍ程度の光に有効である観点から、たとえば１６０ｎｍ以下としている。

ｐ型クラッド層１１６は、フォトニック結晶層１１５上に形成され、たとえばｐ型のＡｌＧａＮよりなっている。ｎ型クラッド層１１２およびｐ型クラッド層１１６は、活性層１１３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１１２およびｐ型クラッド層１１６は、活性層１１３を挟むように設けられている。また、ｎ型クラッド層１１２およびｐ型クラッド層１１６は、それぞれ、活性層１１３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１１２、活性層１１３、およびｐ型クラッド層１１６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１１３に集中させることができる。

ｐ型コンタクト層１１７は、ｐ型クラッド層１１６上に形成され、たとえばｐ型のＧａＮよりなっている。ｐ型コンタクト層１１７は、ｐ型電極１１８との接触をオーミック接触にするために形成される。

ｐ型電極１１８は、ｐ型コンタクト層１１７上であって、かつ、フォトニック結晶部１１５ａ上に形成されている。ｐ型電極１１８は、たとえばＡｕ（金）などよりなっている。

ｐ型電極１１８は、フォトニック結晶部１１５ａの少なくとも一部と重なるように配置されていれば特に限定されない。たとえば、ｐ型電極１１８は、図１〜図３に示すようにｐ型コンタクト層１１７の表面において略中央部に配置されていてもよいし、ｐ型コンタクト層１１７の表面において一方端部に配置されていてもよい。なお、ｐ型電極１１８は、レーザ発振に必要な電流密度が得られる程度の大きさであることが好ましく、たとえば１００μｍ四方程度の大きさである。

また、フォトニック結晶部１１５ａに大電流を注入できる観点から、ｎ型電極１１９側から見てフォトニック結晶部１１５ａをｐ型コンタクト層１１７の表面に投影した全ての領域上に配置されることが好ましい。

ｎ型電極１１９は、ｎ型基板１１１の第２の表面１１１ｂ上に形成されるとともに、フォトニック結晶部１１５ａと対向する位置に配置された光透過部１１９ａと、光透過部１１９ａよりも光の透過率が低い外周部１１９ｂとからなる。光透過部１１９ａは、主に発生した光を透過する部分であり、外周部１１９ｂは、電流を注入するための電極の役割りを果たす。

光透過部１１９ａは、ｐ型電極１１８側から見てフォトニック結晶部１１５ａをｎ型基板１１１の第２の表面１１１ｂに投影した全ての領域を含んでいることが好ましい。これにより、相対的に光を透過する光透過部１１９ａの面積を増加できるので、光透過部１１９ａでの光の吸収をより抑制でき、出力低下をより抑制できる。

また、低屈折率部１１５ａ１と高屈折率部１１５ａ２との屈折率の差により出射面側に回折したレーザ光の反射を減らす目的で、光透過部１１９ａに無反射コートを施すことは効果的である。

ｎ型電極の光透過部１１９ａは、図１に示すように、たとえば全面が開口されていて、外周部１１９ｂのみで電流を注入しているが、特にこれに限定されない。図４は、本発明の実施の形態１におけるフォトニック結晶レーザの別の例を示す断面図である。図４に示すように、光透過部１１９ａに配置されるとともに、ｎ型電極１１９の外周部１１９ｂと電気的に接続され、光に対して透明な材料からなる透明電極１１９ｃをさらに備えていることが好ましい。透明電極１１９ｃが形成される場合には、図４に示すように、透明電極１１９ｃが光透過部１１９ａの全面に形成されている場合に限定されず、透明電極１１９ｃが光透過部１１９ａの一部に形成されていてもよい（図示せず）。

図５は、本発明の実施の形態１におけるｎ型電極１１９を示す別の概略上面図である。図６は、本発明の実施の形態１におけるｎ型電極１１９を示すさらに別の概略上面図である。図５および図６に示すように、光透過部１１９ａは、均一に分散された開口部１１９ａ２が形成され、外周部１１９ｂと電気的に接続される電極をさらに備えていることが好ましい。このような電極を備える光透過部１１９ａとして、たとえば図５に示すように、電極１１９ａ１と、格子状に開口が形成された開口部１１９ａ２とからなる構造や、たとえば図６に示すように、電極１１９ａ１と、水玉状に開口が形成された開口部１１９ａ２とからなる構造などが挙げられる。

また、光透過部１１９ａが、均一に分散された開口部１１９ａ２が形成され、外周部１１９ｂと電気的に接続される電極１１９ａ１をさらに備えている場合には、図７に示すように、個々の開口部１１９ａ２は、ｐ型電極側から見てフォトニック結晶部１１５ａの低屈折率部１１５ａ１を光透過部１１９ａに投影した全ての領域を包含していることが好ましい。すなわち、図７に示すように、光透過部１１９ａにおける開口部１１９ａ２の径Ｄ２は、低屈折率部１１５ａ１の径Ｄ１よりも大きいことが好ましい。この場合、低屈折率部１１５ａ１の径Ｄ１よりも開口部１１９ａ２の径Ｄ２が大きい開口部１１９ａ２の割合が開口部１１９ａ２全体の５０％以上であることが好ましく、９０％以上であることがより好ましい。これにより、素子１１０における出力が大きい低屈折率部１１５ａ１の光を透過できるとともに、より大きな電流を流すことができるので、出力をより増加できる。なお、図７は、本発明の実施の形態１におけるフォトニック結晶レーザの光透過部とフォトニック結晶部との関係を示す概略断面図である。

特に、光透過部１１９ａが、図４に示す透明電極１１９ｃと、開口部１１９ａ２が形成された電極１１９ａ１とを備えている場合には、効果的である。この場合、大電流を注入しても、透明電極１１９ｃの厚みをより薄くできるとともに、電流密度を均一化できるので、より大電流を注入することができるとともに光の吸収を抑制して出力を向上できる。

ｎ型電極１１９の外周部１１９ｂは、たとえばチタンとアルミニウムとチタンと金とがこの順で積層された構造からなっている。ｎ型電極１１９が電極１１９ａ１を含んでいる場合には、電極１１９ａ１は、たとえばチタンとアルミニウムとチタンと金とが積層された構造からなっている。なお、電極１１９ａ１を構成する材料は、外周部１１９ｂを構成する材料と同じであっても、異なっていてもよい。

また、図２に示すｎ型電極１１９の光透過部１１９ａは、ｎ型基板１１１の第２の表面１１１ｂの略中央に配置されているが、ｎ型基板１１１の第２の表面１１１ｂの一方端部に配置されていてもよい。

なお、素子１１０においてフォトニック結晶層１１５は、活性層１１３とｐ型クラッド層１１６との間に形成されているが、特にこの構成に限定されず、ｎ型クラッド層１１２と活性層１１３との間に形成されていてもよい。

図２に示すように、実装部材１２０は、チップを固定するための部材である。実施の形態１の実装部材１２０は、ステム・パッケージ１２１とサブマウント１２２とを含んでいるが、特にこの構成に限定されず、単数の層であっても３層以上の層であってもよい。なお、ステム・パッケージ１２１は、たとえば鉄系材料からなる。サブマウント１２２は、熱伝導率が高い材料であることが好ましく、たとえばＡｌＮ（窒化アルミニウム）からなる。

また、接続部材１３０は、素子１１０と実装部材１２０とを電気的に接続している。接続部材１３０は、たとえばＡｕＳｎ（錫）からなる半田や銀からなる導電性ペーストなどを用いることができる。なお、接続部材１３０は、素子１１０の側方端部からはみ出さないように配置されているので、接続部材１３０による素子１１０の短絡を防止している。

ｎ型パッド電極およびワイヤボンディングのボール部１４０は、たとえばＡｕからなる。ボール部１４０から伸びるワイヤ１４１は、ステム・パッケージ１２１の端子（図示せず）とｎ型電極１１９とを電気的に接続する。ワイヤ１４１は、たとえばＡｕからなっている。

次に、図１〜図８を参照して、実施の形態１における、フォトニック結晶レーザの製造方法について説明する。なお、図８は、本発明の実施の形態１におけるフォトニック結晶レーザの製造方法を示すフローチャートである。

まず、図１〜３および図８に示すように、第１の表面１１１ａと第１の表面１１１ａと反対側の第２の表面１１１ｂとを含むとともに、導電性のｎ型基板１１１を準備する工程（Ｓ１０）を実施する。この工程（Ｓ１０）では、ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板もしくはＳｉＣ基板を準備することが好ましく、ＧａＮからなる基板を準備することがより好ましい。

次に、図１〜３および図８に示すように、ｎ型基板１１１の第１の表面１１１ａ上にｎ型クラッド層１１２を形成する工程（Ｓ２０）を実施する。この工程（Ｓ２０）では、たとえば、ＯＭＶＰＥ（Organic Metal Vapor Phase Epitaxy：有機金属気相成長法）法によりｎ型ＡｌＧａＮよりなるｎ型クラッド層１１２を形成する。

次に、図１〜３および図８に示すように、ｎ型クラッド層１１２上に、光を発生する活性層１１３を形成する工程（Ｓ３０）を実施する。この工程（Ｓ３０）では、たとえば、ＯＭＶＰＥ法によりＩｎＧａＮおよびＧａＮよりなる多重量子井戸構造の活性層１１３を形成する。

次に、図１〜３に示すように、活性層１１３上にｐ型ガイド層１１４を形成する工程を実施する。この工程では、たとえばＯＭＶＰＥ法によりＧａＮよりなるｐ型ガイド層１１４を形成する。

次に、図１〜図３に示すように、ｐ型ガイド層１１４上にｐ型電子ブロック層１１４ａを形成する工程を実施する。この工程では、たとえばＯＭＶＰＥ法によりＡｌＧａＮよりなるｐ型電子ブロック層１１４ａを形成する。なお、ｐ型電子ブロック層１１４ａを形成する工程は、活性層１１３を形成する工程後に実施してもよい。この場合には、ｐ型電子ブロック層１１４ａを形成する工程後に、ｐ型ガイド層１１４を形成する工程を実施する。

次に、図１〜３および図８に示すように、活性層１１３とｐ型クラッド層１１６との間に形成されるとともに、フォトニック結晶構造を有するフォトニック結晶部１１５ａを含むフォトニック結晶層１１５を形成する工程（Ｓ４０）を実施する。この工程（Ｓ４０）では、たとえば、膜を形成する工程と、マスク層を形成する工程と、露光を行なう工程と、現像を行なう工程と、ドライエッチングを行なう工程と、マスク層を除去する工程と、エピタキシャル成長させる工程とを実施する。具体的には以下の工程を実施する。

まず、ｐ型電子ブロック層１１４ａ上に、低屈折率部１１５ａ１を構成する材料からなる膜を形成する工程を実施する。この工程では、たとえばプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学気相成長）法によりＳｉＯ₂からなる膜を形成する。なお、形成する膜の材料は、低屈折率部１１５ａ１を構成する材料であれば、ＳｉＯ₂に特に限定されない。

そして、上記低屈折率部１１５ａ１を構成する膜の上に、マスク層を形成する工程を実施する。マスク層としては、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）を用いる。マスク層は、ＥＢ露光用レジストに限定されず、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てマスクとすることもできる。また、多層のマスクを用いることもできる。

そして、マスク層に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、マスク層に直接マスクパターンを描写する。このマスクパターンは所定形状とし、たとえば略同一で一定の方向に整列した、平面形状において円形にする。

そして、現像を行なう工程を実施する。この工程では、たとえばＥＢで露光された部分を溶かす。マスクパターンを上記形状とすると、略同一で一定の方向に整列した、平面形状において円形のマスク層が形成されている。

そして、ドライエッチングを行なう工程を実施する。この工程では、たとえばＣＦ₄やＣＨＦ₃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（Reactive Ion Etching：反応性イオンエッチング）などのＲＩＥが挙げられる。ドライエッチングを行なう工程では、マスク層が円形の場合には、マスク層に覆われていない部分においてエッチングが進行し、フォトニック結晶構造の低屈折率部１１５ａ１を形成できる。マスク層の形状が平面形状において円形の場合には、低屈折率部１１５ａ１は円柱状になる。

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Ｃｌ₂（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、Ｃｌ₂ガスまたはＨＩ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。この場合には、Ｃｌ₂ガスまたはＨＩガスと不活性ガスとの比は略２：１で行なうことが好ましい。

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、ドライエッチングの代わりに、ウエットエッチングやミリングなどを適用してもよい。

そして、マスク層を除去する工程を実施する。この工程では、たとえば溶剤によって、マスク層を除去する。

そして、高屈折率部１１５ａ２を形成する工程を実施する。この工程では、たとえばＯＭＶＰＥ法によりｐ型ガイド層１１４からエピタキシャル成長をさせて、低屈折率部１１５ａ１を覆うように、たとえばＧａＮからなる高屈折率部１１５ａ２を形成する。これにより、低屈折率部１１５ａ１と高屈折率部１１５ａ２とをからなるフォトニック結晶構造を有するフォトニック結晶部１１５ａを含むフォトニック結晶層１１５を形成できる。

なお、フォトニック結晶層１１５を形成する工程（Ｓ４０）は、活性層１１３を形成する工程（Ｓ３０）とｐ型クラッド層１１６を形成する工程（Ｓ５０）との間に実施される順序に特に限定されない。フォトニック結晶層１１５を形成する工程（Ｓ４０）は、ｎ型クラッド層１１２を形成する工程（Ｓ２０）と活性層１１３を形成する工程（Ｓ３０）を実施する工程との間に実施してもよい。

次に、図１〜３および図８に示すように、活性層１１３上にｐ型クラッド層１１６を形成する工程（Ｓ５０）を実施する。この工程（Ｓ５０）では、フォトニック結晶層１１５上に、たとえばＯＭＶＰＥ法によりｐ型のＡｌＧａＮよりなるｐ型クラッド層１１６を形成する。

次に、図１〜３および図８に示すように、フォトニック結晶部１１５ａ上にｐ型電極１１８を形成する工程（Ｓ６０）を実施する。この工程（Ｓ６０）では、ｐ型コンタクト層１１７上であって、かつ、フォトニック結晶部１１５ａ上にｐ型電極１１８を形成する。

この工程（Ｓ６０）では、たとえば、ｐ型コンタクト層１１７上であって、かつフォトニック結晶部１１５ａ上に、たとえば蒸着法により、ＮｉとＡｕとをこの順で蒸着して、合金化を施して、ｐ型電極１１８を形成する。

次に、図８に示すように、ｎ型基板１１１の第２の表面１１１ｂ上に、フォトニック結晶部１１５ａと対向する位置に配置される光透過部１１９ａと、光透過部１１９ａよりも光の透過率が低い外周部１１９ｂとからなるｎ型電極１１９を形成する工程（Ｓ７０）を実施する。この工程（Ｓ７０）では、ｐ型電極１１８側から見てフォトニック結晶部１１５ａをｎ型基板１１１の第２の表面１１１ｂに投影した全ての領域を含むように光透過部１１９ａを形成することが好ましい。

ｎ型電極１１９を形成する工程（Ｓ７０）では、低屈折率部１１５ａ１と高屈折率部１１５ａ２との屈折率の差により回折したレーザ光の反射を減らす目的で、光透過部１１９ａに無反射コートを施す工程をさらに実施してもよい。

また、ｎ型電極１１９を形成する工程（Ｓ７０）では、図４に示すように、ｎ型電極１１９の外周部１１９ｂと電気的に接続され、光に対して透明な材料からなる透明電極１１９ｃを、光透過部１１９ａにさらに形成する工程を実施することが好ましい。

また、ｎ型電極１１９を形成する工程（Ｓ７０）では、図５および図６に示すように、均一に分散された開口部１１９ａ２が形成され、外周部１１９ｂと電気的に接続される電極を光透過部１１９ａに形成する工程を実施することが好ましい。この場合、電極１１９ａ１を形成する工程はエッチングで行なってもよいし、リフトオフにより行なってもよい。たとえば光透過部１１９ａに、開口部１１９ａ２となるべきレジストパターンを形成して、その上に電極１１９ａ１となるべき金属膜を形成して、リフトオフにより電極１１９ａ１を形成する。

なお、光透過部１１９ａは、上述したように、たとえば図４に示すように、電極１１９ａ１と、格子状に開口が形成された開口部１１９ａ２とからなる構造や、たとえば図５に示すように、電極１１９ａ１と、水玉状に開口が形成された開口部１１９ａ２とからなる構造などの形状に加工することができる。

また、図６に示すように、個々の開口部１１９ａ２は、ｐ型電極側から見てフォトニック結晶部１１５ａの低屈折率部１１５ａ１を光透過部１１９ａに投影した全ての領域を包含するように光透過部１１９ａを形成することがより好ましい。

また、電極１１９ａ１を形成する場合には、外周部１１９ｂを形成する際に、同様に光透過部１１９ａにも開口部１１９ａ２を有する電極１１９ａ１を形成してもよい。また、外周部１１９ｂを形成する工程と別に、電極１１９ａ１を形成する工程を実施してもよい。

次に、ｎ型電極１１９上にｎ型パッド電極を形成する工程を実施する。この工程では、たとえばチタンを蒸着法により形成し、チタン上に金を蒸着法により形成する。

次に、図８に示すように、ｐ型電極１１８上に実装部材１２０を形成する工程（Ｓ８０）を実施する。この工程（Ｓ８０）では、たとえば半田などの接続部材１３０により素子１１０と実装部材１２０とを電気的に接続する。

具体的には、たとえば鉄系材料で形成されたステム・パッケージ１２１を準備する。そして、ステム・パッケージ１２１に窒化アルミニウム製のサブマウント１２２を貼り付ける。そして、ＡｕＳｎからなる半田などの接続部材１３０を適量用いて、ｐ型電極１１８とサブマウント１２２とを接続する。これにより、素子１１０のｐ型半導体層側と実装部材１２０とを電気的に接続できるｐダウン構造を得られる。

次に、ｎ型電極１１９とステム・パッケージ１２１とを電気的に接続する工程を実施する。この工程では、たとえば、ワイヤボンディングにより、ボール部１４０をｎ型パッド電極に接続し、ワイヤ１４１をステム・パッケージ１２１の端子（図示せず）と電気的に接続する。

以上の工程（Ｓ１０〜Ｓ８０）を実施することによって、図１〜図３に示すフォトニック結晶レーザ１００を製造できる。

次に、フォトニック結晶レーザ１００の発光方法について、図１〜図３を用いて説明する。

ｐ型電極１１８に正電圧を印加すると、ｐ型クラッド層１１６から活性層１１３へ正孔が注入され、ｎ型クラッド層１１２から活性層１１３へ電子が注入される。活性層１１３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１１３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１１３において発生された光は、ｎ型クラッド層１１２およびｐ型クラッド層１１６によって活性層１１３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１１５に到達する。フォトニック結晶層１１５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１１５におけるフォトニック結晶部１１５ａ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１１５のフォトニック結晶部１１５ａによって位相が規定された光は、活性層１１３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１１５のフォトニック結晶部１１５ａ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１１３およびフォトニック結晶層１１５が２次元的に広がりをもって形成されているので、ｎ型電極１１９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１１５におけるフォトニック結晶部１１５ａの主面に垂直な方向（図１において上下方向）へ回折され、つまりｎ型基板１１１の第２の表面１１１ｂを光放出面として、光透過部１１９ａから放出される。

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レーザ１００によれば、フォトニック結晶部１１５ａ上に形成されたｐ型電極１１８と、フォトニック結晶部１１５ａと対向する位置に配置された光透過部１１９ａと、光透過部１１９ａよりも光の透過率が低い外周部１１９ｂとからなるｎ型電極１１９とを備えている。たとえばｐ型ＧａＮでは厚みが１μｍ程度の薄い層内では横方向にほとんど電流が広がらず、電極直下にのみ電流が注入される。すなわち、ｐ型半導体はｎ型半導体に比べて抵抗が高いため面内に電流が広がりにくい。しかし、フォトニック結晶レーザ１００におけるｐ型電極１１８はフォトニック結晶部１１５ａと対向する位置に形成されている。電流注入領域が最もエネルギーを与えることができるため、ｐ型電極１１８からフォトニック結晶部１１５ａに十分に電流を注入することができる。その結果、レーザ発振しやすく高出力が得られやすい。また、ｎ型半導体はｐ型半導体に比べて抵抗が低いため、面内での電流が広がりやすい。そのため、ｐ型電極１１８に対向した位置にｎ型電極１１９の外周部１１９ｂが配置されていない場合、すなわち電極が配置されていない箇所の直下であっても、ｐ型電極１１８で制限された箇所の活性層１１３へ電流の注入ができる。さらに、ｎ型電極１１９の光透過部１１９ａはフォトニック結晶部１１５ａと対向する位置に配置されているので、取り出される光は吸収されにくい。その結果、出力の低下を抑制できる。

さらには、ｐ型電極１１８側で実装部材１２０に実装しているので、レーザ発振のための活性層１１３および共振層であるフォトニック結晶部１１５ａが実装部材１２０に近い位置に配置される。そのため、非発光結合したキャリアや発光した光が素子１１０に吸収されることにより生じる熱が効果的に分散・排除され、放熱状況を改善できる。よって、温度上昇による発振阻害や寿命短縮化などを抑制できるとともに、レーザ特性の低下を抑制できる。その結果、素子１１０の信頼度を高めることができる。

（実施の形態２）
図９は、本発明の実施の形態２におけるフォトニック結晶レーザを示す概略断面図である。図９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レーザを説明する。実施の形態２におけるフォトニック結晶レーザ２００は、基本的には実施の形態１におけるフォトニック結晶レーザ１００と同様の構成を備えているが、ｐ型電極の１１８外周にメサ構造が形成され、メサ構造の表面の少なくとも一部に絶縁膜１６０が形成されている点においてのみ、図２に示す実施の形態１と異なる。

実施の形態２では、図９に示すように、ｐ型電極１１８から見て、ｐ型電極１１８と、ｐ型コンタクト層１１７と、ｐ型クラッド層１１６と、フォトニック結晶層１１５と、ｐ型電子ブロック層１１４ａと、ｐ型ガイド層１１４と、活性層１１３と、ｎ型クラッド層１１２と、ｎ型基板１１１の一部とに渡って、メサ構造が形成されている。

また、メサ構造の表面に絶縁膜１６０が形成されている。絶縁膜１６０は、絶縁性材料からなっていれば特に限定されないが、たとえばＳｉＯ₂やＳｉＮなどを用いることができる。絶縁膜１６０を構成する材料の屈折率は、フォトニック結晶部１１５ａの高屈折率材料と異なる絶縁材料であることが好ましい。また、絶縁膜１６０は、単層であっても複数層であってもよいが、屈折率の異なる複数の材料を積層されてなると反射効果を一層高めることが可能となるため好ましい。

次に、実施の形態２におけるフォトニック結晶レーザ２００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レーザ２００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レーザ１００の製造方法と同様であるが、ｐ型電極の１１８外周にメサ構造を形成する工程と、メサ構造の表面の少なくとも一部に絶縁膜１６０を形成する工程をさらに備えている点においてのみ、実施の形態１と異なる。

具体的には、図８および図９に示すように、ｎ型基板１１１を準備する工程（Ｓ１０）、ｎ型クラッド層１１２を形成する工程（Ｓ２０）、活性層１１３を形成する工程（Ｓ３０）、ｐ型ガイド層１１４を形成する工程、ｐ型電子ブロック層１１４ａを形成する工程、フォトニック結晶層１１５を形成する工程（Ｓ４０）、ｐ型クラッド層１１６を形成する工程（Ｓ５０）、およびｐ型コンタクト層１１７を形成する工程を、実施の形態１と同様に実施する。

次に、メサ構造を形成する工程を実施する。この工程では、たとえば以下のように実施する。まず、ｐ型コンタクト層１１７上であって、フォトニック結晶部１１５ａに対向する位置を含むようにレジストなどのマスク層を形成する。そして、ｐ型コンタクト層１１７と、ｐ型クラッド層１１６と、フォトニック結晶層１１５と、ｐ型電子ブロック層１１４ａと、ｐ型ガイド層１１４と、活性層１１３と、ｎ型クラッド層１１２と、ｎ型基板１１１の一部とに渡って、エッチングによりマスク層から開口している部分をエッチングなどにより除去して、メサ構造を形成する。

次に、絶縁膜１６０を形成する工程を実施する。この工程では、たとえばプラズマＣＶＤ法によって、ＳｉＯ₂やＳｉＮなどからなる絶縁膜１６０を形成する。そして、フォトニック結晶部１１５ａと対向する位置を含むパターンを有するレジストなどのマスク層を形成する。そして、絶縁膜１６０においてマスク層から開口している部分を、たとえばフッ酸を用いて除去する。

次に、ｐ型電極１１８を形成する工程（Ｓ６０）を実施する。この工程（Ｓ６０）では、絶縁膜１６０において開口している部分に、蒸着法などにより、ｐ型電極１１８を形成する。

また、実施の形態２におけるｐ型電極１１８を形成する工程（Ｓ６０）では、ｐ型電極１１８上にｐ型電極１１８が中心となるように、ｐ型パッド電極１５１を形成する工程をさらに実施している。

次に、実装部材１２０を形成する工程（Ｓ８０）を、実施の形態１と同様に実施する。以上の工程（Ｓ１０〜Ｓ８０）を実施することによって、図９に示す実施の形態２におけるフォトニック結晶レーザ２００を製造できる。

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レーザ２００によれば、ｐ型電極１１８の外周にメサ構造が形成され、メサ構造の表面の少なくとも一部に絶縁膜１６０が形成されている。ｐ型半導体は高抵抗のため、電流が面内方向に広がりにくいものの、導電性を有しているので微小電流は広がる。そのため、メサ構造が形成されることにより、ｐ型半導体の面内に流れる微小な無効電流（リーク電流）の広がりを抑制できるので、電力効率を高めることにより、出力を向上できる。

また、絶縁膜１６０により、実装部材１２０とｐ型電極１１８とを半田などの接続部材１３０で接続する際に生じる接続部材による短絡を防止できる。

さらに、フォトニック結晶部１１５ａから広がる光をメサ構造の表面に形成された絶縁膜１６０で被覆することにより、反射などによる光の閉じ込め効果を向上できる。よって、光が光透過部１１９ａ以外から出てしまうのを抑制できる。

（実施の形態３）
図１０は、本発明の実施の形態３におけるフォトニック結晶レーザを示す概略断面図である。図１０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レーザを説明する。実施の形態３におけるフォトニック結晶レーザ３００は、基本的には実施の形態２におけるフォトニック結晶レーザ２００と同様の構成を備えているが、フォトニック結晶層１１５がｎ型半導体層側に設けられている点においてのみ、図９に示す実施の形態２と異なる。

実施の形態３では、図１０に示すように、ｎ型クラッド層１１２と、活性層１１３との間にフォトニック結晶層１１５が形成されている。ｎ型クラッド層１１２においてｎ型基板１１１と接している面と反対側の面には複数の凹部が設けられている。この凹部の底面には、絶縁膜１１２ａが形成されている。絶縁膜１１２ａは、たとえばＳｉＯ₂などよりなる。絶縁膜１１２ａ上にはたとえば空気よりなる低屈折率部１１５ａ１が形成されている。ｎ型クラッド層１１２において凹部が形成されていない領域上には、たとえばｎ型ＡｌＧａＮよりなる高屈折率部１１５ａ２が形成されている。

次に、図１０および図１１を参照して、実施の形態３におけるフォトニック結晶レーザ３００の製造方法について説明する。なお、図１１は、本発明の実施の形態３におけるフォトニック結晶レーザの製造方法を示すフローチャートである。実施の形態３におけるフォトニック結晶レーザ３００の製造方法は基本的には実施の形態２におけるフォトニック結晶レーザ２００の製造方法と同様であるが、フォトニック結晶層１１５を形成する工程（Ｓ４０）をｎ型クラッド層を形成する工程（Ｓ２０）と活性層を形成する工程（Ｓ３０）との間に実施する点においてのみ、実施の形態１と異なる。

具体的には、図８および図１０に示すように、ｎ型基板１１１を準備する工程（Ｓ１０）およびｎ型クラッド層１１２を形成する工程（Ｓ２０）を実施の形態２と同様に実施する。

次に、フォトニック結晶層１１５を形成する工程（Ｓ４０）を実施する。実施の形態３では、この工程（Ｓ４０）について、以下のように実施する。

具体的には、まず、ｎ型クラッド層１１２においてｎ型基板１１１と接している面と反対側の面上にマスク層を形成する。このマスク層に露光を行なった後、現像を行なう。これにより、マスク層に開口部（パターン）を形成できる。次に、このマスク層の開口部から露出しているｎ型クラッド層１１２を、たとえばドライエッチングなどにより、ｎ型基板１１１が露出しないように除去する。そして、マスク層を除去する。

そして、ｎ型クラッド層１１２の凹部の底面に、たとえば蒸着法などにより、ＳｉＯ₂などよりなる絶縁膜１１２ａを形成する。このとき、ｎ型クラッド層１１２の凹部のすべてを覆わないように絶縁膜１１２ａを形成する。

そして、ｎ型クラッド層１１２上に、たとえばＯＭＶＰＥ法によりｎ型ＡｌＧａＮよりなる高屈折率部１１５ａ２を形成する。このとき、ｎ型クラッド層１１２の凹部に形成された絶縁膜１１２ａ上には結晶成長しにくいため、空孔が形成される。これにより、この空孔内に存在する空気よりなる低屈折率部１１５ａ１と、ｎ型ＡｌＧａＮよりなる高屈折率部１１５ａ２とを有するフォトニック結晶部１１５ａを含むフォトニック結晶層１１５を形成できる。

次に、活性層１１３を形成する工程（Ｓ３０）、ｐ型ガイド層１１４を形成する工程、ｐ型電子ブロック層１１４ａを形成する工程、ｐ型クラッド層１１６を形成する工程（Ｓ５０）、およびｐ型コンタクト層１１７を形成する工程を、実施の形態２と同様に実施する。次に、メサ構造を形成する工程および絶縁膜を形成する工程を実施の形態２と同様に実施する。次に、ｐ型電極１１８を形成する工程（Ｓ６０）、ｎ型電極を形成する工程（Ｓ７０）および実装部材１２０を形成する工程（Ｓ８０）を、実施の形態２と同様に実施する。

以上の工程（Ｓ１０〜Ｓ８０）を実施することによって、図１０に示す実施の形態３におけるフォトニック結晶レーザ３００を製造できる。

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レーザ３００によれば、ｎ型半導体層側にフォトニック結晶層１１５を形成している。ｎ型半導体層側にフォトニック結晶層１１５を形成するために、低屈折率部１１５ａ１に接するように、かつ構成する原子（たとえばＳｉ）がｎ型不純物になるように絶縁膜１１２ａをさらに形成することが好ましい。この場合、絶縁膜１１２ａを構成する原子がｎ型不純物のため、フォトニック結晶レーザ３００の電圧上昇などの特性悪化を抑制できる。

また、ｎ型クラッド層１１２の凹部の底面に絶縁膜１１２ａを形成することによって、絶縁膜１１２ａ上にはＧａＮ、ＡｌＧａＮなどの結晶が成長および堆積しにくいため、ｎ型クラッド層１１２の凹部に形成された絶縁膜１１２ａ上には良好な形状を維持した空孔を形成できる。このため、低屈折率部１１５ａ１を良好に形成することができる。

［実施例］
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例１）
実施例１では、図９に示す実施の形態２におけるフォトニック結晶レーザ２００の製造方法に従って、フォトニック結晶レーザ２００を製造した。

具体的には、ｎ型基板１１１を形成する工程（Ｓ１０）では、４００μｍの厚みのｎ型ＧａＮ基板を準備した。次に、ｎ型クラッド層１１２を形成する工程（Ｓ２０）では、ｎ型基板１１１をＯＭＶＰＥ炉に投入して、厚みが２μｍのｎ型ＧａＮからなるｎ型クラッド層１１２をｎ型基板１１１上に形成した。次に、活性層１１３を形成する工程（Ｓ３０）では、引き続きＯＭＶＰＥ炉内で、厚みの合計が５０ｎｍのＩｎＧａＮ量子井戸型の活性層１１３をｎ型クラッド層１１２上に形成した。次に、ｐ型ガイド層１１４を形成する工程では、引き続きＯＭＶＰＥ炉内で、厚みが５０ｎｍのＧａＮからなるｐ型ガイド層１１４を活性層１１３上に形成した。次に、ｐ型電子ブロック層１１４ａを形成する工程では、引き続きＯＭＶＰＥ炉内で、厚みが２０ｎｍのＡｌＧａＮからなるｐ型電子ブロック層１１４ａをｐ型ガイド層１１４上に形成した。

次に、フォトニック結晶層１１５を形成する工程（Ｓ４０）は、以下のように実施した。ｐ型電子ブロック層１１４ａを形成する工程を実施した後に、一旦ＯＭＶＰＥ炉から取り出した。そして、プラズマＣＶＤ法により、ｐ型ガイド層１１４上に、厚みが５０ｎｍのＳｉＯ₂からなる膜を形成した。そして、電子ビーム描画装置を用いて、ピッチが１５０ｎｍで直径が８０ｎｍの円板を正方格子状に配列したレジストパターンを、ＳｉＯ₂からなる膜上であって、その略中央部の３００μｍの領域に形成した。そして、ＩＣＰ−ＲＩＥ装置を用いて、ＣＦ₄ガスでＳｉＯ₂からなる膜においてレジストパターンから露出している部分を除去した。そして、レジストパターンを溶剤で除去した。これにより、ピッチが１５０ｎｍで高さが５０ｎｍのＳｉＯ₂からなる円柱が正方格子状に配列した低屈折率部１１５ａ１を形成した。そして、低屈折率部１１５ａ１が形成された状態の層をＯＭＶＰＥ炉に投入して、低屈折率部１１５ａ１を埋め込むようにｐ型ＧａＮを成長させて、高屈折率部１１５ａ２を形成した。これにより、低屈折率部１１５ａ１と高屈折率部１１５ａ２とからなるフォトニック結晶部１１５ａを含むフォトニック結晶層１１５を形成した。

次に、ｐ型クラッド層１１６を形成する工程（Ｓ５０）では、引き続きＯＭＶＰＥ炉内で、厚みが６００ｎｍのｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層１１６をフォトニック結晶層１１５上に形成した。次に、引き続きＯＭＶＰＥ炉内で、厚みが５０ｎｍのｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層１１７をｐ型クラッド層１１６上に形成した。

次に、メサ構造を形成する工程では、まず、フォトニック結晶部１１５ａと対向する領域を含むように、フォトリソグラフィで４００μｍ四方のレジストマスクを形成した。そして、ＩＣＰ−ＲＩＥ装置を用いて、Ｃｌ₂ガスでｎ型クラッド層までエッチングにより掘り込んだメサ構造を形成した。そして、レジストマスクを溶剤を用いて除去した。

次に、絶縁膜１６０を形成する工程では、プラズマＣＶＤ装置を用いて、厚さが３００ｎｍのＳｉＯ₂からなる膜を絶縁膜１６０として、メサ構造の表面に形成した。

次に、ｐ型電極１１８を形成する工程（Ｓ６０）では、絶縁膜１６０上であってフォトニック結晶部１１５ａと対向する位置に、フォトリソグラフィにより２００μｍ四方の開口部を形成したレジストパターンを形成した。そして、フッ酸を用いて、開口部下の絶縁膜１６０を除去した。そして、絶縁膜１６０の開口部の中心に１５０μｍ四方のＮｉとＡｕとが積層した構造のｐ型電極１１８を形成した。

次に、ｎ型電極１１９を形成する工程（Ｓ７０）では、まず、ｎ型基板１１１の第２の表面１１１ｂを鏡面となるように研磨して、厚みを１００μｍとした。そして、ＩＣＰ−ＲＩＥ装置内でＣｌ₂ガスを用いて研磨した面の加工変質層を除去した。そして、フォトリソグラフィにより、１５０μｍ四方のレジストマスクを、フォトニック結晶部１１５ａと対向する位置であって、ｎ型基板１１１の第２の表面１１１ｂ上に形成した。そして、ＴｉとＡｌとが積層した構造の金属膜を形成して、レジストマスクを除去した。リフトオフにより、光透過部１１９ａと、ＴｉとＡｌとが積層された外周部１１９ｂとからなるｎ型電極を形成した。さらに、加熱炉に投入して、５００℃でアニール処理を施した。

次に、ｐ型電極１１８上であって、ｐ型電極１１８が中心となるように、５００μｍ四方にＴｉとＡｕとが積層されたｐ型パッド電極１５１を形成した。また、ｎ型電極１１９の外周部１１９ｂ上にもＴｉとＡｕとが積層されたｎ型パッド電極を形成した。

次に、実装部材１２０を形成する工程（Ｓ８０）では、まず鉄系材料からなるステム・パッケージ１２１に窒化アルミニウム製のサブマウント１２２を貼り付けた。そして、サブマウント１２２上に、接続部材としてのＡｕＳｎからなる半田を適量用いて、ｐ型パッド電極１５１と電気的に接続した。さらに、ｎ型パッド電極１５１とステム・パッケージ１２１の端子との間をＡｕからなるボール部１４０およびワイヤ１４１でボンディングした。

以上の工程を実施することによって、実施例１におけるフォトニック結晶レーザを製造した。

（実施例２）
実施例２におけるフォトニック結晶レーザの製造方法は、基本的には実施例１におけるフォトニック結晶レーザの製造方法と同様であるが、フォトニック結晶層１１５を形成する工程（Ｓ４０）、メサ構造を形成する工程、絶縁膜１６０を形成する工程、ｐ型電極１１８を形成する工程（Ｓ６０）、ｎ型電極１１９を形成する工程（Ｓ７０）、および実装部材１２０を形成する工程（Ｓ８０）においてのみ、実施例１と異なる。

具体的には、ｎ型基板を準備する工程（Ｓ１０）、ｎ型クラッド層１１２を形成する工程（Ｓ２０）、活性層１１３を形成する工程（Ｓ３０）、ｐ型ガイド層１１４を形成する工程、およびｐ型電子ブロック層１１４ａを形成する工程を実施例１と同様に実施した。

次に、フォトニック結晶層１１５を形成する工程（Ｓ４０）では、まず、ｐ型ガイド層１１４を形成する工程を実施した後に、一旦ＯＭＶＰＥ炉から取り出した。そして、電子ビーム描画装置により、ｐ型ガイド層１１４上に、ピッチが１５０ｎｍで直径が７０ｎｍの円板状の開口部を三角格子状に配列したレジストパターンをフォトニック結晶層１１５上であって対向する長さが４００μｍの六角形の領域に形成した。そして、電子ブーム蒸着装置を用いて、Ａｌ₂Ｏ₃からなる膜を５０ｎｍ形成した。そして、レジストパターンを溶剤で除去した。リフトオフにより、ピッチが１５０ｎｍで直径が７０ｎｍで、高さが５０ｎｍのＡｌ₂Ｏ₃からなる六角柱が正方格子状に配列した低屈折率部１１５ａ１を形成した。そして、実施例１と同様に、低屈折率部１１５ａ１が形成された状態の層をＯＭＶＰＥ炉に投入して、低屈折率部１１５ａ１を埋め込むようにｐ型ＧａＮを成長させて、高屈折率部１１５ａ２を形成した。これにより、低屈折率部１１５ａ１と高屈折率部１１５ａ２とからなるフォトニック結晶部１１５ａを含むフォトニック結晶層１１５を形成した。

次に、メサ構造を形成する工程では、まず、フォトニック結晶部１１５ａを含むように、フォトリソグラフィで対向する長さ（対角）が５００μｍの六角形のレジストマスクを形成した。そして、実施例１と同様に、ＩＣＰ−ＲＩＥ装置を用いて、Ｃｌ₂ガスでｎ型クラッド層までエッチングにより掘り込んだメサ構造を形成した。そして、レジストマスクを溶剤を用いて除去した。

次に、絶縁膜１６０を形成する工程では、プラズマＣＶＤ装置を用いて、厚さが３００ｎｍのＳｉＮからなる膜を絶縁膜１６０として、メサ構造の表面に形成した。

次に、ｐ型電極１１８を形成する工程（Ｓ６０）では、絶縁膜１６０上であってフォトニック結晶部１１５ａと対向する位置に、フォトリソグラフィにより対向する長さが３００μｍの六角形の開口部を形成したレジストパターンを形成した。そして、実施例１と同様に、フッ酸を用いて、開口部下の絶縁膜１６０を除去した。そして、絶縁膜１６０の開口部の中心に対向する長さが２００μｍ六角形の形状のＮｉとＡｕとが積層した構造のｐ型電極１１８を形成した。さらに、加熱炉に投入して、５００℃でアニール処理を施した。

次に、ｎ型電極１１９を形成する工程（Ｓ７０）では、実施例１と同様に、ｎ型基板１１１の第２の表面１１１ｂを鏡面となるように研磨して、厚みを１００μｍとした。そして、実施例１と同様に、ＩＣＰ−ＲＩＥ装置内でＣｌ₂ガスを用いて研磨した面の加工変質層を除去した。そして、フォトリソグラフィにより、対向する長さが２００μｍの六角形のレジストマスクを、フォトニック結晶部１１５ａと対向する位置であって、ｎ型基板１１１の第２の表面１１１ｂ上に形成した。そして、ＩＴＯ（Indiumu−Tin-Oxide：酸化インジウムスズ）からなる金属膜を形成して、レジストマスクを除去した。リフトオフにより、光透過部１１９ａと、ＩＴＯからなる外周部１１９ｂとからなるｎ型電極１１９を形成した。

次に、ｐ型電極１１８上であって、ｐ型電極１１８が中心となるように、対向する長さが５００μｍの六角形の領域にＴｉとＡｕとが積層されたｐ型パッド電極１５１を形成した。また、ｎ型電極１１９の外周部１１９ｂ上にも、中央部にＴｉとＡｕとが積層されたｎ型パッド電極が配置されるようにパターニングして、ｎ型パッド電極を形成した。

次に、実装部材１２０を形成する工程では、まず鉄系材料からなるステム・パッケージ１２１に窒化アルミニウム製のサブマウント１２２を貼り付けた。そして、サブマウント１２２上に、接続部材１３０として半田の代わりに銀ペーストを適量用いて、ｐ型パッド電極１５１と電気的に接続した。さらに、ｎ型パッド電極とステム・パッケージ１２１の端子との間をＡｕからなるボール部１４０およびワイヤ１４１でボンディングした。

以上の工程を実施することによって、実施例２におけるフォトニック結晶レーザを製造した。

（実施例３）
実施例３におけるフォトニック結晶レーザの製造方法は、基本的には実施例１におけるフォトニック結晶レーザの製造方法と同様であるが、フォトニック結晶層１１５がｎ型クラッド層１１２と活性層１１３との間に設けられ、かつ低屈折率部１１５ａ１が空気よりなる点においてのみ、実施例１と異なる。実施例３では、図１０に示す実施の形態３におけるフォトニック結晶レーザ３００の製造方法に従って、フォトニック結晶レーザ３００を製造した。

具体的には、ｎ型基板１１１を形成する工程（Ｓ１０）を実施例１と同様に実施した。次に、ｎ型クラッド層１１２を形成する工程（Ｓ２０）では、ＯＭＶＰＥ炉に投入して、厚みが２μｍのｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層１１２をｎ型基板１１１上に形成した。

次に、フォトニック結晶層１１５を形成する工程（Ｓ４０）では、以下のように実施した。まず、ｎ型基板１１１とこの上に形成されたｎ型クラッド層１１２とをＯＭＶＰＥ炉から取り出した。次いで、電子ビーム描画装置を用いて、ピッチが１５０ｎｍで直径が８０ｎｍの孔を正方格子状に配列したパターンを、ｎ型クラッド層１１２上の３００μｍ四方の領域に形成した。これにより、マスク層としてのレジストパターンを形成した。そして、ＩＣＰ−ＲＩＥ装置を用いて、Ｃｌ₂ガスで、ｎ型クラッド層１１２においてレジストパターンから露出している部分を深さが１００ｎｍになるように除去した。これにより、ｎ型クラッド層１１２に複数の凹部を形成した。この凹部の底面上に、ＳｉＯ₂を電子ビーム蒸着法により１０ｎｍ蒸着して、絶縁膜１１２ａを形成した。その後、溶剤によりレジストパターンを除去した。これにより、ピッチが１５０ｎｍ、直径が８０ｎｍ、深さが１００ｎｍで、底面に１０ｎｍの厚みのＳｉＯ₂よりなる絶縁膜１１２ａが敷かれた孔が正方格子状に配列した低屈折率部１１５ａ１を形成した。

この状態で再びＯＭＶＰＥ炉に投入し、孔を保持しながら、１０ｋＰａの雰囲気でｎ型ＡｌＧａＮを厚みが１００ｎｍになるように成長した。これにより、空気からなる低屈折率部１１５ａ１とＡｌＧａＮからなる高屈折率部１１５ａ２とからなるフォトニック結晶部１１５ａを含むフォトニック結晶層１１５を形成した。

次に、活性層１１３を形成する工程（Ｓ３０）、ｐ型ガイド層１１４を形成する工程、ｐ型電子ブロック層１１４ａを形成する工程、ｐ型クラッド層１１６を形成する工程（Ｓ５０）およびｐ型コンタクト層１１７を形成する工程を、実施例１と同様にこの順で実施した。

次に、メサ構造を形成する工程、絶縁膜１６０を形成する工程およびｐ型電極１１８を形成する工程を実施例１と同様に実施した。次に、ｎ型電極１１９を形成する工程では、ｎ型基板１１１の厚みが１２０μｍになるようにｎ型基板１１１の第２の表面を鏡面となるように研磨した点、および１８０μｍ四方のレジストマスクをフォトニック結晶部１１５ａと対向する位置に形成した点を除いて、実施例１と同様に実施した。

次に、ｐ型パッド電極１５１を形成する工程および実装部材１２０を形成する工程（Ｓ８０）を実施例１と同様に実施した。以上の工程を実施することによって、実施例３におけるフォトニック結晶レーザを製造した。

（測定結果）
実施例１〜実施例３におけるフォトニック結晶レーザについて、それぞれ電流を通電させた。その結果、実施例１〜実施例３におけるフォトニック結晶レーザにおいて、ｎ型電極１１９の光透過部１１９ａからレーザ光が発振した。

以上説明したように、本実施例によれば、フォトニック結晶部１１５ａ上に形成されたｐ型電極１１８と、フォトニック結晶部１１５ａと対向する位置に配置された光透過部１１９ａと、光透過部１１９ａよりも光の透過率が低い外周部１１９ｂとからなるｎ型電極１１９とを備えることにより、光透過部１１９ａから光を取り出せることを確認した。

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請求の範囲によって示され、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。

本発明のフォトニック結晶レーザは、出力を向上できるので、たとえばレーザプリンタや記録媒体読み書き用装置などに好適に用いることができる。

Claims (7)

1. 第１の表面（１１１ａ）と、前記第１の表面（１１１ａ）と反対側の第２の表面（１１１ｂ）とを含むとともに、導電性のｎ型基板（１１１）と、
   前記ｎ型基板（１１１）の前記第１の表面（１１１ａ）上に形成されたｎ型クラッド層（１１２）と、
   前記ｎ型クラッド層（１１２）上に形成され、光を発生する活性層（１１３）と、
   前記活性層（１１３）上に形成されたｐ型クラッド層（１１６）と、
   前記ｎ型クラッド層（１１２）と前記活性層（１１３）との間、または、前記活性層（１１３）と前記ｐ型クラッド層（１１６）との間に形成されるとともに、フォトニック結晶構造を有するフォトニック結晶部（１１５ａ）を含むフォトニック結晶層（１１５）と、
   前記フォトニック結晶部（１１５ａ）上に形成されたｐ型電極（１１８）と、
   前記ｎ型基板（１１１）の前記第２の表面（１１１ｂ）上に形成されるとともに、前記フォトニック結晶部（１１５ａ）と対向する位置に配置された光透過部（１１９ａ）と、前記光透過部（１１９ａ）よりも前記光の透過率が低い外周部（１１９ｂ）とからなるｎ型電極（１１９）と、
   前記ｐ型電極（１１８）上に形成される実装部材（１２０）とを備えた、フォトニック結晶レーザ（１００，２００）。
2. 前記ｐ型電極（１１８）の外周にメサ構造が形成され、
   前記メサ構造の表面の少なくとも一部に絶縁膜（１６０）が形成された、請求の範囲第１項に記載のフォトニック結晶レーザ（２００）。
3. 前記光透過部（１１９ａ）は、前記ｐ型電極（１１８）側から見て前記フォトニック結晶部（１１５ａ）を前記ｎ型基板（１１１）の前記第２の表面（１１１ｂ）に投影した全ての領域を含む、請求の範囲第１項に記載のフォトニック結晶レーザ（１００，２００）。
4. 前記光透過部（１１９ａ）は、均一に分散された開口部（１１９ａ２）が形成され、前記外周部（１１９ｂ）と電気的に接続される電極（１１９ａ１）をさらに備えた、請求の範囲第１項に記載のフォトニック結晶レーザ（１００，２００）。
5. 前記光透過部（１１９ａ）に配置されるとともに、前記ｎ型電極（１１９）の前記外周部（１１９ｂ）と電気的に接続され、前記光に対して透明な材料からなる透明電極（１１９ｃ）をさらに備えた、請求の範囲第１項に記載のフォトニック結晶レーザ（１００，２００）。
6. 前記ｎ型基板（１１１）は窒化ガリウムである、請求の範囲第１項に記載のフォトニック結晶レーザ（１００，２００）。
7. 第１の表面（１１１ａ）と、前記第１の表面（１１１ａ）と反対側の第２の表面（１１１ｂ）とを含むとともに、導電性のｎ型基板（１１１）を準備する工程（Ｓ１０）と、
   前記ｎ型基板（１１１）の前記第１の表面（１１１ａ）上にｎ型クラッド層（１１２）を形成する工程（Ｓ２０）と、
   前記ｎ型クラッド層（１１２）上に、光を発生する活性層（１１３）を形成する工程（Ｓ３０）と、
   前記活性層（１１３）上にｐ型クラッド層（１１６）を形成する工程（Ｓ５０）と、
   前記ｎ型クラッド層（１１２）と前記活性層（１１３）との間、または、前記活性層（１１３）と前記ｐ型クラッド層（１１６）との間に形成されるとともに、フォトニック結晶構造を有するフォトニック結晶部（１１５ａ）を含むフォトニック結晶層（１１５）を形成する工程（Ｓ４０）と、
   前記フォトニック結晶部（１１５ａ）上にｐ型電極（１１８）を形成する工程（Ｓ６０）と、
   前記ｎ型基板（１１１）の前記第２の表面（１１１ｂ）上に、前記フォトニック結晶部（１１５ａ）と対向する位置に配置される光透過部（１１９ａ）と、前記光透過部（１１９ａ）よりも前記光の透過率が低い外周部（１１９ｂ）とからなるｎ型電極（１１９）を形成する工程（Ｓ７０）と、
   前記ｐ型電極（１１８）上に実装部材（１２０）を形成する工程（Ｓ８０）とを備えた、フォトニック結晶レーザの製造方法。

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