JP5388666B2

JP5388666B2 - 面発光レーザ

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Description

本発明は、面発光レーザに関し、特にフォトニック結晶を用いた青色帯の面発光レーザに関する。

近年、基板と垂直に光を取り出すことのできる面発光型レーザが注目されている。
例えば、垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：ＶｅｒｔｉｃａｌＣａｖｉｔｙＳｕｒｆａｃｅＥｍｉｔｔｉｎｇＬａｓｅｒ）は、基板に対して垂直方向にレーザ光を出射するレーザであり、高密度に２次元アレイ化が容易であるなどの利点を有している。

特許文献１では、フォトニック結晶構造体を設けた面発光レーザが提案されている。
図１０に、上記特許文献１に開示されているフォトニック結晶構造体を用いた面発光レーザの構成を示す。
この面発光レーザは、図１０に示すように、基板１００３上にｎ型クラッド層１００４、活性層１００５、第１のｐ型クラッド層１００６、フォトニック結晶構造体１００７、第２のｐ型クラッド層１００８、コンタクト層１００９がこの順で積層されている。

このフォトニック結晶構造体１００７は、半導体層に穴を設けることにより形成されている。
このレーザでは活性層１００５、ｎ型クラッド層１００４およびｐ型クラッド層１００６、１００８で構成される光導波路により光を閉じ込める構造が採られている。
そして、フォトニック結晶構造体による面内方向の周期的な屈折率変化が、光をフィードバックする機能を有しており、このフィードバック機能により面内方向に共振モードを有する共振器が形成されている。
また、このフォトニック結晶構造体は、面内方向に共振している光の一部を垂直方向に回折する回折格子としての役割も果たしている。
すなわち、上記特許文献１に記載されている面発光レーザの共振方向は、基板に対して水平方向であり、フォトニック結晶構造体の高次の回折により共振している光の一部を、垂直方向に取り出している。

特開２００６−１６５３０９号公報

ところで、上記特許文献１に記載された構成で光を閉じ込めるためには、厚い第１のｐ型クラッド層１００６および第２のｐ型クラッド層１００８を必要とする。
しかしながら、このような厚いクラッド層を設けると電気抵抗が高くなり、電圧の上昇、電力効率の低下等が生じ、素子特性へ影響を与える。
また、第１のｐ型クラッド層１００６および第２のｐ型クラッド層１００８は、導波路のコア層としての活性層１００５と比較して屈折率を低くする必要があるため、これらの材料としてはＡｌを含んだ３元混晶半導体が用いられる場合が多い。
例えば、上記特許文献１では、ｐ型クラッド層１００８として、Ａｌ_0.08Ｇａ_0.92Ｎが用いられている。
しかしながら、このような３元混晶は２元材料と比較して、電気抵抗が高くなるという問題がある。
そこで、電気抵抗を低下させるために、ｐ型クラッド層の厚さを薄くすることが考えられる。
ところが、単にｐ型クラッド層の厚さを薄くすると、今度は電極と活性層との距離が近づくこととなり、光が電極に吸収されるという問題が生じる。
すなわち、電気抵抗を低下させるためにｐ型クラッド層を薄くした場合には、光のしみ出しを抑制することができず、光が電極によって吸収され、発光効率の低下等が生じるおそれがある。

そこで本発明は、上記課題に鑑み、クラッド層による電気抵抗を低減すると共に、電極による光の吸収を抑制することが可能となるフォトニック結晶構造体を用いた面発光レーザの提供を目的とするものである。

本発明は上記課題を解決するために、次のように構成した面発光レーザを提案するものである。
本発明の面発光レーザは、３７０ｎｍから１５５０ｎｍの波長帯域における波長λの光が発振する面発光レーザであって、
フォトニック結晶構造体を含むフォトニック結晶層と、
前記フォトニック結晶層の一方の面側に、光を発する活性層およびｎ型電極が設けられた基板を含む積層半導体層と、
前記フォトニック結晶層の他方の面側に設けられたｐ型電極と、を備え、
前記フォトニック結晶層の前記一方の面側から、レーザ光が出射されるように構成され、
前記フォトニック結晶層は、前記波長λの光に対して前記フォトニック結晶層の面内方向に共振するモードを有し、
前記フォトニック結晶構造体の厚さが、前記フォトニック結晶層中での前記波長λの０．６２倍以上であり、
前記フォトニック結晶構造体の厚さをｌ［ｎｍ］、前記ｐ型電極と前記活性層との距離をＬ［ｎｍ］、前記フォトニック結晶層の単位格子における前記フォトニック結晶構造体の充填率をＳとしたときに以下の式を満たすことを特徴とする。

本発明によれば、クラッド層による電気抵抗を低減すると共に、電極による光の吸収を抑制することが可能となるフォトニック結晶構造体を用いた面発光レーザを実現することができる。

本発明の実施形態におけるフォトニック結晶面発光レーザの構成を説明する断面模式図。本発明の実施形態における電極による光吸収を計算するための計算モデル。本発明の実施形態における電極の吸収とフォトニック結晶構造体を構成するホールの深さの関係を示す図。本発明の実施例１におけるフォトニック結晶面発光レーザの構成を説明する断面模式図。本発明の実施例１での電気抵抗、ホールアスペクト、反射率のホール深さの計算結果を示す図。本発明の実施例２におけるフォトニック結晶面発光レーザの構成を説明する断面模式図。本発明の実施例３におけるフォトニック結晶面発光レーザの構成を説明する断面模式図。本発明の実施例４におけるフォトニック結晶面発光レーザの構成を説明する断面模式図。本発明の実施例５におけるフォトニック結晶面発光レーザの構成を説明する断面模式図。特許文献１の素子断面図。

本実施形態に係る面発光レーザには、積層構造中に、フォトニック結晶構造体を含む半導体層（以下、「フォトニック結晶層」ということもある。）が形成されている。
そして、該半導体層の一方の面側に光を増幅するための活性層が設けられると共に、他方の面側に前記活性層に電流を注入するための電極が設けられ、該電極が設けられている側と反対方向からレーザ光が出射される構造となっている。
フォトニック結晶構造体を構成する穴の深さを１００ｎｍ以上、４００ｎｍ以下とすることにより、電極まで光が染み出すことを抑えることが可能となる。
その結果、電極による光の吸収を抑えつつ、フォトニック結晶構造体と電極との間に設けられていたクラッド層を薄くする、または設けないことができる。
この結果、前記電極と前記活性層を近づけることが可能となり、電気抵抗を下げることができる。

つぎに、これらについて、より具体的に説明する。
図１に、本実施形態のフォトニック結晶面発光レーザにおける層構成を示す図を示す。
図１において、１０２はｐ型電極、１０３はフォトニック結晶構造体、１０４はフォトニック結晶層としてのｐ−ＧａＮ層、１０５は活性層である。
１０６はｎ−ＧａＮ層、１０７はＡｌＧａＮクラッド層（ｎ型クラッド層）、１０８はＧａＮ基板、１０９は光取り出し窓、１１０はｎ電極である。

本実施形態の面発光レーザは、ＧａＮ基板１０８上に、フォトニック結晶構造体１０３を含む複数の半導体層が積層されて構成され、前記半導体層の積層面の裏面側からレーザ光を出射する発振波長λの面発光レーザが構成されている。
具体的には、図１に示すように、層の途中までフォトニック結晶構造体１０３が作製されたｐ−ＧａＮ層（フォトニック結晶層）１０４に接するようにｐ型電極１０２が形成されている。
このフォトニック結晶層１０４の上記ｐ型電極の形成側と反対側に活性層１０５が形成され、この活性層に接してｎ−ＧａＮ層１０６、ｎ型クラッド層１０７が形成されている。また、このｎ型クラッド層１０７の上記ｎ−ＧａＮ層１０６の形成側と反対側に、上記した各半導体層を成長させるための基板１０８が構成されている。
そして、基板の裏面側にｎ側電極１１０と光取り出し窓１０９が設けられている。

本実施形態では、フォトニック結晶層に穴を設けることにより、フォトニック結晶構造体を形成し、屈折率を下げることで光閉じ込めを実現している。
上記光閉じ込めはホール深さを１００ｎｍ以上とすれば、光閉じ込めの点からは十分であり、フォトニック結晶層の上に電極を配置しても電極による光の吸収を回避できることが見出された。

つぎに、これら数値範囲を計算のモデルを用いて説明する。
図２に、フォトニック結晶構造体における共振と光吸収を評価するための計算モデルを示す。
図２において、２０１は図１の１０７に相当するクラッド層、２０２は図１の１０３に相当するフォトニック結晶構造体、２０３は図１の１０４、１０５、１０６を合わせたものに相当する高屈折率層、２０４は電極金属である。
この計算はパッシブなフォトニック結晶構造体２０２を持つスラブ導波路構造であり、フォトニック結晶構造体２０２の上部には金属２０４が形成されている。

図３にクラッド層２０１側から光を入射した際の反射率を計算した結果を示す。横軸はフォトニック結晶構造体の厚さ（穴の深さ１０３）である。
金属の吸収が少なければ入射光は回折により導波路に結合し、共振を起こしたあと入射側へ戻ってくるため反射率は１００％に近づく。一方、金属の吸収がある場合は、反射率は低下する。
なお、この計算は図に示された波長帯で一般に用いられる材料系を想定したものであり、例えば、青色帯（３７０ｎｍから５２０ｎｍ）では、ＧａＮ系材料である。
この計算結果より、青色帯（３７０ｎｍから５２０ｎｍ）の場合には、フォトニック結晶構造体を構成する穴の深さを１００ｎｍ以上とすれば、金属による光吸収を抑制できることが理解される。
この１００ｎｍを（真空中での発振波長／半導体の屈折率）で除した値は、０．６２である。すなわち、フォトニック結晶層を構成する半導体中での発振波長の０．６２倍以上とすればよい。
また、９８０ｎｍ帯では、穴の深さを１５０ｎｍ以上とすれば、金属による光吸収を抑制することができる。すなわち、穴の深さはフォトニック結晶層を構成する半導体中での発振波長の０．５３倍以上とすればよい。
また、１５５０ｎｍ帯では、穴の深さを２５０ｎｍ以上とすれば、金属による光吸収を抑制することができる。すなわち、穴の深さはフォトニック結晶層を構成する半導体中での発振波長の０．５４倍以上とすればよい。

以上のように、３７０ｎｍから１５５０ｎｍの発振波長帯域において、穴の深さをフォトニック結晶層を構成する半導体中での発振波長の略０．５０倍から０．６０倍程度とすれば、金属による光吸収を抑制できる。
上記特許文献１に記載されている従来の構成では、光吸収を抑えつつクラッド層の層厚を薄くすることは難しかった。
しかし、本発明では、上記発振波長帯域において、フォトニック結晶層を構成する半導体中（フォトニック結晶層中）での発振波長の略０．５０倍から０．６０倍程度の厚さを有するフォトニック結晶層構造体であれば、十分な光閉じ込めを確保できるため、電極による光吸収を抑制することができる。
ところで、上記特許文献１の構成では、光閉じ込めを実現するために、ｐ型半導体層に活性層１００５をそれより屈折率の低い３元混晶半導体層で挟持している。
具体的には、ＡｌＧａＮで構成されるｎ型クラッド層１００４および第１のｐ型クラッド層１００６で活性層１００５を挟持している。
一方、本実施形態の構成では、ｐ型のクラッド層として、活性層より屈折率の低い３元混晶材料で構成される材料を用いる必要がないため、電気抵抗を低減することもできる。
そのため、本構成では、上記のように電極での吸収を避けつつ活性層と電極を近づけることが可能な点に加え、電気抵抗の高いｐ型３元混晶半導体を用いることなく素子を構成できることにより、従来例と比較して大幅に電気抵抗を下げることが可能となる。
なお、上記実施形態では、フォトニック結晶層１０４とｐ型電極１０２が接しているが、これらの間に従来技術よりも薄膜化したｐ型クラッド層を設けても良い。

以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１では、本発明を適用したフォトニック結晶面発光レーザについて説明する。
図４に、本発明を適用したフォトニック結晶面発光レーザの構成を説明する断面模式図を示す。
図４において、図１に示した構成と同様の構成には同一の符号が付されている。１０１は表面に電極パターンを有するＳｉＣ基板である。

本実施例の面発光レーザは、ＧａＮ基板１０８上に、フォトニック結晶構造体１０３を含む複数の半導体層が積層されて構成され、前記半導体層の積層面の裏面側から波長λのレーザ光を出射する。
具体的には、図４に示すように、層の途中までフォトニック結晶構造体１０３が作製されたｐ−ＧａＮ層（フォトニック結晶層）１０４に接するようにｐ型電極１０２が形成されており、このｐ型電極１０２の他方の面がＳｉＣ基板１０１に接合されている。
また、ｐ型半導体層１０４の上記ｐ型電極１０２が形成された側と反対側に活性層１０５が設けられており、この活性層１０５に接してｎ−ＧａＮ層１０６、ｎ型クラッド層１０７が形成されている。
また、このｎ型クラッド層１０７の上記ｎ−ＧａＮ層１０６の形成側と反対側に、上記した各半導体層を成長させるためのＧａＮ基板１０８が構成されている。そして、ＧａＮ基板１０８の裏面側にｎ側電極１１０と光取り出し窓１０９が設けられている。

上記ｐ型半導体層（フォトニック結晶層）１０４の厚さは２５０ｎｍであり、該フォトニック結晶層１０４は、深さ１５０ｎｍ、半径６４ｎｍ、ピッチ１６０ｎｍのフォトニック結晶構造体１０３を有する。上記活性層１０５は、アンドープのＧａＮ層の中に３層のＩｎＧａＮ量子井戸を設けることにより構成されている。
また、ｎ−ＧａＮ層１０６は厚さ１００ｎｍとし、このｎ−ＧａＮ層上のクラッドとして機能するＡｌＧａＮ層１０７は厚さ５００ｎｍとしている。
なお、ｐ電極１０２は全面ではなく一部のみに形成されており、ｐ型半導体層１０４を十分薄くすれば、電極パターンにより注入領域がほぼ決定されることになる。
そのため、本構成では電極狭窄構造を用いることなく、効果的にキャリアの閉じ込めもできる。

図５に本実施例の構成において、フォトニック結晶構造体１０３の厚さ（ホール深さ）を変えた場合の電気抵抗の計算結果を示す。ここではフォトニック結晶層１０４の厚さはフォトニック結晶構造体１０３の厚さに１００ｎｍを加えた値と設定して計算を行っている。
比較のため、同じドーピング濃度で上記特許文献１に記載されているレーザの場合の電気抵抗も計算したところ、上記特許文献１に記載のレーザでは電気抵抗は１７Ωとなった。
一方、本実施例の構成では、図５に示すように、フォトニック結晶構造体の厚さが１００ｎｍでは１．８Ω、３００ｎｍでも３．７Ωとなり、従来の構成と比較して１／５程度に大幅に電気抵抗が下げられることが分かる。４００ｎｍを超えたときの電気抵抗は、１００ｎｍのときの電気抵抗と比較して倍以上となる。
そのため、電気抵抗の面からはフォトニック結晶構造体の厚さは１００ｎｍ以上、４００ｎｍ以下、すなわち、電極１０２から活性層１０５までの距離（フォトニック結晶層の厚さ＝フォトニック結晶構造体の厚＋１００ｎｍ）は２００ｎｍ以上、５００ｎｍ以下が好適である。
また、本構成により電気抵抗とともに熱抵抗の低減も実現できる。従来構成では熱抵抗の値は２１６Ｋ／Ｗであるが、本提案構成では９０Ｋ／Ｗと熱抵抗の値を大幅に低減することができる。
すなわち、本実施例の構成では上記特許文献１に記載の面発光レーザと比較し、電気抵抗の大幅な低減が可能であると共に、熱抵抗も低減することができ、素子特性の大幅な向上が可能となる。

つぎに、本実施例のフォトニック結晶面発光レーザの作製方法について説明する。
本実施例の作製方法においては、まず、ＭＯＣＶＤ法を用いてｎ−ＧａＮ基板１０８上にｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１０７、ｎ−ＧａＮ層１０６、ＩｎＧａＮ量子井戸を含んだ活性層１０５、ｐ−ＧａＮ層１０４、の順で層を積層する。
次に、最表面のｐ−ＧａＮ層１０４上にｐ電極１０２となる５ｎｍのＮｉ、１０ｎｍのＡｕ膜を形成する。
そして、フォトレジストを塗った後に現像を行い、ドライエッチングを用いてフォトニック結晶構造体１０３を形成する。ホールは深さ１５０ｎｍ、半径６４ｎｍ、ピッチ１６０ｎｍである。なお、図１では便宜上、フォトニック結晶構造体１０３形成時に同時にｐ電極１０２内に形成される穴が省略されている。
ここで、次工程に移る前に保護のためにフォトニック結晶構造体１０３の上に保護膜を形成する。その後、ＧａＮ基板１０８裏面に両面マスクアライナーによりフォトニック結晶構造体１０３のパターンに合わせて光取り出し窓１０９を形成するためのフォトレジストパターンを形成する。
そして、ｎ型電極１１０としてＴｉ５０ｎｍ、Ａｌ３００ｎｍの膜を形成した後リフトオフ法により光取り出し窓１０９を形成する。

最後に、別工程で製作した接着用の半田材および配線パターンが形成されているＳｉＣ基板１０１と、上記で製作したＧａＮレーザチップを張り合わせ、素子を完成させる。なお、本実施例ではｐ電極１０２をｐ−ＧａＮ層１０４上に蒸着で形成後にＳｉＣ基板１０１を貼り付けているが、ＳｉＣ基板上１０１にｐ電極１０２を形成後にｐ電極１０２とｐ−ＧａＮ層１０４を接合しても良い。
また、本実施例ではサブマウントとしてＳｉＣ基板を用いたが、配線パターンを形成可能なサブマウントであれば、ＳｉＣ基板以外の材料でもよい。例えばＳｉ基板でも良い。
なお、ｐ−ＧａＮ層１０４内にキャリアが活性層から漏れるのを防ぐために、キャリア障壁層を設けてもよい。キャリア障壁層の材料としてはＡｌＧａＮなどがある。

［実施例２］
実施例２においては、前記フォトニック結晶層内に半導体多層膜反射鏡を含んだ構成例について説明する。
本実施例では、半導体による多層膜反射鏡をフォトニック結晶層内に有しているため、光の取り出し効率の向上が図られる。
図６に、本実施例における面発光レーザの構成を説明する断面模式図を示す。
図６において、図１に示した構成と同様の構成には同一の符号が付されている。本実施例の構成においては、フォトニック結晶層内に２種類の屈折率の異なる半導体層６０２および半導体層６０３を１ペアとするミラーが積層された半導体ＤＢＲ６０５を有する点が異なる。

本実施例において、半導体ＤＢＲ６０５の第１の半導体層６０２は、実施例１のｐ型半導体層材料と同一であり、ここではｐ−ＧａＮである。
また、第２の半導体層６０３は第１の半導体層６０２より屈折率が低い材料であり、ここではＡｌＩｎＮである。
半導体ＤＢＲ６０５を設けることにより、フォトニック結晶層の下側に回折した光を上部に戻すことができ、光の取り出し効率を上げることができる。
また、半導体ＤＢＲ６０５と電極金属１０２の組み合わせにより、垂直方向に回折してきた光の反射率を大きくすることができる。
ＤＢＲ６０５の設計は、レーザの発振波長の垂直入射光に対して反射率が最適になるように設計するのが望ましい。
例えば、各層の厚さは通常の多層膜反射鏡の設計とは異なり、各材料中での発振波長の１／４波長ではなく、ＰｈＣ中の光の分布を考慮して設計する必要がある。それに加え、最上層６０２の厚さは金属がもつ屈折率の虚部による位相のシフトを考慮して厚さを決定する必要がある。

［実施例３］
実施例３においては、上記した積層構造におけるｐ型半導体層よりも離れたレーザ光の出射側の領域に、半導体による多層膜反射鏡が設けられた構成例について説明する。
本実施例では、ｎ側にＤＢＲが形成され、Ｑ値と取り出し効率の制御を可能としたフォトニック結晶面発光レーザが構成される。
図７に本実施例におけるフォトニック結晶面発光レーザの構成を説明する断面模式図を示す。
図７において、図１に示した構成と同様の構成には同一の符号が付されている。

本実施例の構成は基本的に実施例１と同一であるが、ｎクラッド層上にＤＢＲ７０３が設けられている点が異なる。
また、本実施例において、ＤＢＲ７０３は、ｎ−ＧａＮ層７０１とｎ−ＡｌＧａＮ層７０２により構成されている。それぞれの層厚はそれぞれの層を構成する材料中での共振波長の１／４である。ＤＢＲ７０３は共振器のＱ値を制御するために設けられている。
このＤＢＲ７０３を設けることにより、活性層からの距離を制御すれば、フォトニック結晶構造体を構成するホール径等を変化させなくても共振器のＱ値を独立に制御することが可能である。
レーザでは光の取り出し効率を最適化するためにＱ値を制御することが必要であり、本構成ではより最適なパラメータに設定することができる。
例えば、Ｑ値が高すぎる場合には、光が外部に出てくる前に内部吸収で消えていく割合が増加し、光取り出し効率は低下する。
また、Ｑ値が低すぎる場合には、レーザ発振に必要な光のフィードバックが得られず、レーザとして動作しない。

本実施例の構成では、ＤＢＲとフォトニック結晶層との距離を設定することによりＱ値を制御できるため、他のパラメータへの影響が小さく、より最適化されたフォトニック結晶面発光レーザを提供することができる。具体的には、ｎ−ＧａＮ層１０６またはｎ―ＡｌＧａＮ１０７の厚さを制御することでＱ値を制御することが可能となる。

［実施例４］
実施例４においては、実施例３よりもＤＢＲを光出射側に配置し、垂直方向に共振するフォトニック結晶面発光レーザの構成例について説明する。
本構成は非特許文献（ＰＨＹＳＩＣＡＬＲＥＶＩＥＷＢ，ＶＯＬＵＭＥ６５，２３５１１２）で示されている、Ｇｕｉｄｅｄｒｅｓｏｎａｎｃｅ（ＧＲ）という現象を利用している。
ＧＲとは、回折格子と光導波路が特定の波長で共鳴し、高い反射率が得られる現象である。図８に本実施例に係る面発光レーザ構造の断面模式図を示す。
図８において、図１に示した構成と同様の構成には同一の符号が付されている。

本実施例の構成は基本的に実施例３と同一であるが、ＤＢＲ８０３が実施例３よりも離れた場所に配置されている点が異なっている。
また、本実施例の面発光レーザは、実施例１から実施例３とは異なり、垂直方向に共振する点で異なっている。
また、本実施例では共振器のＱ値を低くし、かつ活性層とフォトニック結晶層との距離を長くすることで水平方向へ導波しているモードと活性層との光のオーバーラップを低くしている点が異なっている。
そして、本実施例では、フォトニック結晶構造体を構成する穴の直径を大きくすることにより回折する割合を大きくしている。
その結果、フォトニック結晶層では、実施例１から実施例３で挙げている構成よりも水平方向で発振しにくくなる。
そして、ｎ−クラッド層８０７の上部に設けられているＤＢＲ８０３とフォトニック結晶層とのＧＲによる垂直方向の共振モードの閾値利得を低くしていることから、垂直方向で発振する。

［実施例５］
実施例５においては、実施例４のｎ側のＤＢＲがＧＲを生じるフォトニック結晶層に置き換えられている。
図９に、本実施例におけるフォトニック結晶面発光レーザの構成を説明する断面模式図を示す。
図９において、図１に示した構成と同様の構成には同一の符号が付されている。

本実施例の構成、動作原理は基本的に実施例４と同一であり、実施例４のＤＢＲ８０３がフォトニック結晶層９０２で構成される反射鏡で置き換えられて構成されている。
ｎ−ＧａＮ光ガイド層およびフォトニック結晶層９０２によりＧＲ反射鏡が構成されており、実施例４と同様に垂直方向に共振する。
本実施例では、フォトニック結晶層９０２の直上には、フォトニック結晶層１０４とは異なり電極はついていない。
フォトニック結晶層９０２、光ガイド層９０１、クラッド層１０７、ｎ−ＧａＮ層１０６はｎ型ＧａＮ系材料で構成されており、ｐ型ＧａＮ系材料と比較して電気抵抗率が低い。そのため、このように電子を横から注入する構成をとってもデバイスの電気抵抗は大きく増加しない。

１０１：ＳｉＣ基板、
１０２：ｐ型電極
１０３：フォトニック結晶構造体
１０４：ｐ−ＧａＮ層（フォトニック結晶層）
１０５：活性層
１０６：ｎ−ＧａＮ層
１０７：ＡｌＧａＮクラッド層（ｎ型クラッド層）
１０８：ＧａＮ基板
１０９：光取り出し窓
１１０：ｎ型電極

Claims

３７０ｎｍから１５５０ｎｍの波長帯域における波長λの光が発振する面発光レーザであって、
フォトニック結晶構造体を含むフォトニック結晶層と、
前記フォトニック結晶層の一方の面側に、光を発する活性層およびｎ型電極が設けられた基板を含む積層半導体層と、
前記フォトニック結晶層の他方の面側に設けられたｐ型電極と、を備え、
前記フォトニック結晶層の前記一方の面側から、レーザ光が出射されるように構成され、
前記フォトニック結晶層は、前記波長λの光に対して前記フォトニック結晶層の面内方向に共振するモードを有し、
前記フォトニック結晶構造体の厚さが、前記フォトニック結晶層中での前記波長λの０．６２倍以上であり、
前記フォトニック結晶構造体の厚さをｌ［ｎｍ］、前記ｐ型電極と前記活性層との距離をＬ［ｎｍ］、前記フォトニック結晶層の単位格子における前記フォトニック結晶構造体の充填率をＳとしたときに以下の式を満たすことを特徴とする面発光レーザ。
前記フォトニック結晶層と前記ｐ型電極とは接し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。
前記フォトニック結晶層と前記ｐ型電極との間にｐ型クラッド層をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザ。
前記ｐ型クラッド層は２元材料から構成されることを特徴とする請求項４に記載の面発
光レーザ。
前記ｐ型電極と前記活性層との距離は２００ｎｍ以上、５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の面発光レーザ。
前記フォトニック結晶層は、ｐ型半導体であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の面発光レーザ。
前記フォトニック結晶層は、多層膜反射鏡を含んだ構造を備え、
前記多層膜反射鏡は、２種類の屈折率の異なる半導体層が積層されることにより構成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の面発光レーザ。
前記フォトニック結晶層の前記一方の面側に、半導体多層膜反射鏡を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の面発光レーザ。
前記フォトニック結晶層の前記一方の面側に、他のフォトニック結晶層を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の面発光レーザ。