JPH11186657A

JPH11186657A - フォトニックバンド構造を有する垂直共振器レーザ

Info

Publication number: JPH11186657A
Application number: JP9365886A
Authority: JP
Inventors: Hajime Sakata; 肇坂田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-12-22
Filing date: 1997-12-22
Publication date: 1999-07-09

Abstract

(57)【要約】【課題】活性層の垂直方向に加えて、活性層面内全方向
にも自然放出光を制御する構造を備えて低闘値で低消費
電力の動作を可能とするフォトニックバンド構造を有す
る垂直共振器レーザである。【解決手段】フォトニックバンド構造を有する垂直共振
器レーザは、化合物半導体から形成されてなる垂直共振
器レーザである。活性層１１が周期的多層膜半導体層か
ら形成されていることで、光共振器が活性層１１の垂直
方向に形成されている。活性層１１を含む半導体層に二
次元屈折率周期構造２１、２２を備えていることで、活
性層１１を含む半導体層面内には発光波長に対して光学
的伝播禁止帯（フォトニックバンドギャップ）が形成さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、所定波長の光の発
生や伝播が二次元ないし三次元の空間において制御され
る構造、即ち光の波長程度の周期の屈折率周期構造であ
るフォトニック結晶のいわゆるフォトニックバンド構造
を利用して、光放射特性を制御したレーザ光源等に関す
るものである。

【０００２】

【発明の属する技術分野】従来、放射波長を制御し、且
つ発振閾値を低減させる構造として、例えば、図５に示
すような一対の多層膜反射鏡６１、６２を活性層６３を
挟んで基板６４の垂直方向に設けた垂直共振器レーザが
知られている。その中で、２つの多層膜反射鏡６１、６
２の間隔（実効的共振器長）を放射波長程度としたレー
ザ構造は自然放出光の制御まで可能ないわゆる微小共振
器レーザの一種としても知られている。このとき、活性
層６３から放射される光は、多層膜反射鏡６１、６２間
で共振されるモードと結合して、基板６４の上下方向に
放出される。

【０００３】上記した従来の垂直共振器レーザでは、活
性層６３からの自然放出光のうち活性層面内方向の光に
対しては光共振器効果もなく、自然放出光の大半が損失
となる。そのため、Japanese Journal of Applied Phys
ics 30, L602(1991)などでは発光領域の周囲を金で被覆
することで、活性層面内水平方向に放出した光を発光領
域に反射して戻す構造が工夫されていた。また、特開平
０８−２１３７１１号公報では、フォトニック構造を有
するマイクロキャビティー光源において一対の共振鏡に
挟まれた活性層を同心円状として、活性層面内方向の発
光制御を行おうとする構成が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、発
光領域の周囲を金属膜で覆う水平方向の光閉じ込めは、
レーザ放射波長を制御した垂直方向への光閉じ込めと比
較すると、自然放出光の制御までは不可能であり、発光
領域壁面でのエネルギー損失も無視できない。これは、
発光領域の直径が通常１０μｍ程度と放射波長に比べて
大きいこと、一度放出した光の再利用しかできないこ
と、円筒状あるいは円錐状の発光領域側面は滑らかでな
く、金属反射をもってしても散乱による損失が避けられ
ないこと、などによる。

【０００５】また、特開平０８−２１３７１１号公報の
同心円状活性層による放射光制御は、各同心円の法線方
向にしか有効でなく、完全な面内自然放出光制御は困難
である。

【０００６】そのため、従来の構造では、活性層内部の
エネルギーは垂直方向の光共振器から横方向へ漏れ出す
ため、すべての放出光を基板上方（あるいは下方）から
取り出せず、光の損失は避けられなかった。このこと
が、光源の発振閾値の上昇、消費電力の増大を招いてい
た。

【０００７】従って、本発明の目的は、活性層の垂直方
向に加えて、活性層面内全方向にも自然放出光を制御す
る構造を備えることによって、発光の方向が制限ないし
制御され、且つ低閾値で低消費電力の動作を可能とする
フォトニックバンド構造を有する垂直共振器半導体レー
ザを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明のフォトニックバンド構造を有する垂直共振器レーザ
は、化合物半導体から形成されてなる垂直共振器レーザ
であって、活性層が周期的多層膜半導体層から形成され
ていることで、光共振器が該活性層の垂直方向に形成さ
れていて、且つ、活性層を含む半導体層に二次元屈折率
周期構造を備えていることで、活性層を含む半導体層面
内には発光波長に対して光学的伝播禁止帯（フォトニッ
クバンドギャップ）が形成されていることを特徴とす
る。

【０００９】より具体的には以下の様にもできる。前記
周期的多層膜からなる活性層は高屈折率層および低屈折
率層がそれぞれ発光波長の４分の１の実効的厚さで一組
となって繰り返し成膜されてなる分布帰還構造である。
発光の活性層として寄与するのは、一般にバンドギャッ
プの狭い高屈折率層側である。但し、各層の厚さが１０
０ｎｍ以下になると量子効果が生じてくるため、高屈折
率層（狭いバンドギャップ）が量子井戸として働き、低
屈折率（広いバンドギャップ）が量子障壁として機能す
ることもある。このときは多層膜活性層が、光学的反射
膜の役目に加えて、多重量子井戸層として振る舞うこと
になる。

【００１０】また、前記周期的多層膜からなる活性層の
中心に、実効的層厚が発光波長の２分の１である領域を
設けると、光共振器の帰還位相がブラッグ波長で一致す
るため、ブラッグ波長を中心に鋭い発振ピークが得られ
る。この状態では、直接変調をかけたときにも発振モー
ドが安定化する効果がある。

【００１１】また、前記活性層を含む半導体層の二次元
屈折率周期構造は、六方格子状、正方格子状などに配置
された二次元ロッド列をなしていたり、前記活性層を含
む半導体層内に六方格子状、正方格子状などに配置され
た二次元ホール列が形成されることで形成されている。
前記二次元ロッド列は、空気、窒素、高分子材料（ポリ
イミドなど）、誘電体（ＳｉＮ_x、ＡｌＮ、Ａｌ₂Ｏ₃、
ＭｇＯ、ＳｉＯ₂など）等によって周囲が充填されてい
たり、前記二次元ホール列は、空気、窒素、高分子材料
（ポリイミドなど）、誘電体（ＳｉＮ_x、ＡｌＮ、Ａｌ₂
Ｏ₃、ＭｇＯ、ＳｉＯ₂など）等によって充填されていた
りする。

【００１２】また、前記活性層の発光領域に電流を注入
する電極などの手段を有し、この電流注入手段による注
入励起電流を発光領域に集中させるため、電流狭窄構造
が、エッチング、高抵抗ドーピング、酸化（酸化により
高抵抗になると共に屈折率が低下する）などにより、円
筒状、円錐状、糸巻き状等に形成されている。

【００１３】また、前記六方格子状もしくは正方格子状
に配置された各ロッドもしくは各ホールの隣り合う中心
間間隔は、発光波長の２分の１の実効的長さ程度で設計
されている。前記活性層はＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎなどの
ＩＩＩ族元素および、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、ＳｂなどのＶ族元
素からなるＩＩＩ−Ｖ化合物半導体で構成される。

【００１４】本発明によれば、誘導放出光を得る基板垂
直方向は、周期的多層膜からなる活性層自体で光共振器
が構成される。このとき、活性層の発光波長帯域（すな
わち、利得帯域）の範囲内で、上記分布帰還構造で決定
されるブラッグ波長帯域に含まれる波長において発振が
生じる。一方、活性層を含む面内には、活性層の発光波
長帯に合わせて、二次元の屈折率ないし誘電率の適当な
周期構造を形成することで、光の伝播が阻止されるいわ
ゆるフォトニックバンドギャップ（光学的伝播禁止帯で
あり、波長のオーダーで誘電率を周期的に変動させると
き、電磁波は或る周波数領域で固有モードを持てず、こ
の周波数領域をフォトニックバンドギャップと呼ぶ）を
形成している。そのため、面内方向に対しては、自然放
出光も制限されて、エネルギの横方向への漏洩を抑圧で
きる。その結果、光共振器内部の光に対して、面内方向
は二次元フォトニックバンド構造で、垂直方向は分布帰
還構造からなる活性層自体のいわば一次元のフォトニッ
クバンド構造で、発光を制限ないし制御することによ
り、高い効率によるレーザ光放射を実現できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を説明する前
に、本発明の原理の技術背景を説明する。近年、誘電率
の三次元的周期構造を人工的に創生して、あたかも結晶
中の電子の振る舞いと同様に、電磁波の振る舞いを制御
する材料構造が注目されている。上述した様に、このよ
うな人工構造はフォトニック結晶と呼ばれ、この構造に
起因する光波長に相当する電磁波バンドをフォトニック
バンドと称している。フォトニックバンド構造が注目さ
れる理由は、従来不可能であった光子の完全な空間的制
御が可能になるところにある。たとえば、レーザヘの応
用にあたっては、自然放出光の制御まで可能なため、閾
値の極めて小さい（理論的には閾値の存在しなくなる）
極低閾値レーザが可能となる。レーザ光の出力や波長
は、温度変化に対して変動の小さなものとなる。また、
全空間に対して光の放射を制御できるので電気−光エネ
ルギー交換効率に極めて優れる、言い換えると、低消費
電力のレーザが可能となる。さらに、空間的な光波の結
合、切換え、分岐、合流を行う光カップラ、光スイッチ
などへの応用にも適する。加えて、光波長制御を本質的
にともなうため、波長選択性を有するフィルタ、分波
器、波長ルータ（ａｄｄ−ｄｒｏｐｆｉｌｔｅｒ）など
の性能向上、機能拡張にも効果が大きい。また、光子密
度を意図的に高くできるため、非線形効果を強調した素
子の開発も期待できる。

【００１６】ただし、三次元フォトニック結晶として光
波長に合わせた誘電率変化をたとえば面心立方格子状な
どに形成するとなると、現在の微細加工技術、選択成長
技術などをもってしても困難である。それと比較して、
二次元のフォトニック結晶、すなわち直交する３方向の
うち１方向へは誘電率が一様な構造は、二次元平面の微
細加工や選択成長で実現できる。

【００１７】本発明によるフォトニックバンド構造を有
する垂直共振器レーザの実施形態の構成、動作原理につ
いて、図１および図２を用いて説明する。

【００１８】二次元結晶構造では、５の異なる型のブラ
ベ格子が存在するが、面内のどの方向へも共通にフォト
ニックバンドギャップを開けることが可能な構造として
は、六方格子もしくは正方格子が適する。たとえば、六
方格子においては、図２に示すように、菱形を基本とし
た各格子点に、ロッド（中実のもの）もしくはホール
（中空のもの）２１を作り付けることで誘電率変化を与
える。光波長λでのバンドギャップ構造を得るため、格
子点（ロッドもしくはホールの中心点）の間隔ａは以下
の（１）式で表される。ここで、誘電率は屈折率で置き
換え、ｎ_ｅｆｆは平均の屈折率を示している。

【００１９】ａ＝λ／（２ｎ_ｅｆｆ）（１）ここで、ロッドもしくはホール２１の断面形状を円形と
すると、平均の屈折率ｎ_ｅｆｆは、円形領域の屈折率ｎ
_ｃとその周囲を占めている領域２２の屈折率ｎ_ｄとで
（２）式のように表される。ここで、パラメータｆは円
形領域の占有率であり、ｒを円形領域の半径とすると、
（３）式のように表される。

【００２０】ｎ_ｅｆｆ＝ｎ_ｃｆ＋ｎ_ｄ（１−ｆ）（２）ｆ＝（２πｒ^２）／（√３ａ^２）（３）この六方格子構造を用いて、二次元フォトニック結晶の
ブリルアンゾーンのあらゆる方向にわたって光波のモー
ドが生じないエネルギ領域、すなわち、フォトニックバ
ンドギャップを形成する。上記仮定の下では、円形領域
２１の占有率、および、円形領域２１とその周囲領域２
２の屈折率差によってフォトニックバンドギャップは決
定される。フォトニックバンド構造は等方的でないた
め、光波の偏光に依存するが、上記バラメータの設定で
各偏光に対して共通のフォトニツクバンドギャップを形
成可能である。

【００２１】以上のような二次元構造によるフォトニッ
クバンドギャップを活性層の光学的利得帯域に合致させ
て創生することで、活性層面内方向への自然放出は抑制
される。この状態で、図１に示すように、活性層１１に
垂直な方向への自然放出を分布帰還構造で制御し、任意
の波長の光波のみを誘導放出すれば、完全に放出制御し
たレーザが実現できる。周期的多層膜からなる活性層１
１は、屈折率の異なる一組の半導体層を積層したもので
ある。この周期的層構成は、言ってみれば、一次元のフ
ォトニックバンド構造を形成している。従って、本発明
による二次元フォトニックバンド構造と分布帰還活性層
の組み合わせによる構造は、擬似的な三次元フォトニッ
クバンド構造をなしているとも言える。

【００２２】多層膜活性層１１の各層厚ｄ_iは、波長
λ、屈折率ｎ_iに対して、以下のように表される。但
し、下付きｉは高屈折率層（Ｈ）もしくは低屈折率層
（Ｌ）を示している。ｄ_i＝λ／（４ｎ_i）（４）分布帰還活性層１１は、二次元フォトニックバンド構造
で貫かれていて、分布帰還活性層１１の中心層付近に位
相差部１２を形成することで、周期構造によるブラッグ
反射帯域内の特定波長で透過波長が決定され、そのほか
の波長においては、光の放出が許されない。従って、基
板垂直方向の透過波長に、活性層の全エネルギが集中
し、誘導放出が実現される。

【００２３】第１実施例図１を用いて製造法を説明しながら第１実施例の構造を
説明する。本発明による第１の実施例のレーザは、Ｉｎ
Ｐ基板１３上に、２００ｎｍ厚ＩｎＧａＡｓエッチング
ストップ層１４、９３ｎｍ厚ＩｎＧａＡｓＰ（バンドギ
ャップエネルギ波長λ_g＝１．４μｍ）と９８ｎｍ厚Ｉ
ｎＧａＡｓＰ（λ_g＝１．１５μｍ）５０ペアからなる
周期的多層膜活性層１１、１００ｎｍ厚ＩｎＰクラッド
層１５を成長する。周期的活性層１１の中心層１２は１
８６ｎｍ厚のＩｎＧａＡｓＰ（λ_g＝１．４μｍ）から
なっている（これらの組成および各層の厚さの決定は下
記の発振波長などを用いて行なわれる）。

【００２４】次に、クラッド層１５表面にＳｉＯ₂を成
膜した後、フォトレジストを塗布し、図２に示すような
半径１３０ｎｍの円形パターン２１を中心間間隔３２５
ｎｍの六方格子状に形成するための電子ビーム露光を行
う（これらの数値の決定は上記式（１）、（２）、
（３）に本実施例で得られる平均屈折率などの数値を入
れて行なわれる）。現像後形成されたフォトレジストマ
スクを、ＳｉＯ₂膜に反応性イオンエッチングで転写す
る。こうしてできたＳｉＯ₂マスクをもとに、反応性イ
オンビームエッチングを用いて活性層１１およびクラッ
ド層１５のホールエッチングを行う。二次元ホール列２
１を形成後、ＳｉＯ₂膜を除去する。２２は二次元ホー
ル列２１の周囲領域である。

【００２５】こうして作製した図１に示すようなレーザ
に対して、例えば側面から、波長１．２μｍの励起光を
照射したところ、基板１３垂直方向へ波長１．３μｍの
レーザ発振が観測された。波長１．２μｍの励起光は、
光子エネルギの関係で、周期的多層膜活性層１１のＩｎ
ＧａＡｓＰ層（λ_g＝１．１５μｍ）には吸収されず主
に周期的多層膜活性層１１のＩｎＧａＡｓＰ層（λ_g＝
１．４μｍ）に吸収されて、このバンドギャップエネル
ギ波長１．４μｍより若干短い波長１．３μｍのレーザ
発振を起こすものである。

【００２６】第２実施例図３を用いて本発明による第２の実施例を説明する。第
２実施例によるレーザは、ｎ−ＧａＡｓ基板４１上に、
互いにλ／４厚を有するアンドープＩｎ_0.12Ｇａ_0.88Ａ
ｓ層とアンドープＧａＡｓ層とが交互に積層されてい
て、中心層のみλ／２厚のアンドープのＩｎ_0.2Ｇａ_0.8
Ａｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸層からなる多層膜活性層４
２、１００ｎｍ厚のｐ−Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓクラッド層
４３を成長する。ついで、前記実施例と同様、二次元ホ
ール列４４を活性層４２およびクラッド層４３に形成す
る。

【００２７】一方、上記と同様にして別個のアンドープ
のＧａＡｓ基板（不図示）上に、１００ｎｍ厚のＡｌＡ
ｓエッチングストップ層、５０ｎｍ厚のｐ−ＧａＡｓキ
ヤップ層４５、１００ｎｍ厚のｐ−Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓ
クラッド層４６を成長する。ここで、以上のようにして
成長を行ったアンドープのＧａＡｓ基板およびｎ−Ｇａ
Ａｓ基板４１を１０％弗素水に数秒浸漬し、水洗、乾燥
した後、成長面同士の結晶軸を揃えて向かい合わせに圧
着する。基板接合は、印加荷重１００ｋｇ／ｃｍ²で１
６０℃加熱の下、４時間の圧着を施して得られる。この
工程は、二次元ホール列４４を持つクラッド層４３と活
性層４２の上にそのままキャップ層等を成長するとホー
ルに材料が入ってしまうので行なわれるものである。

【００２８】次に、ｎ−ＧａＡｓ基板４１裏面をＳｉＯ
₂膜で保護した後、アンドープＧａＡｓ基板側を研磨し
てｌ００μｍ程度の厚さに薄くする。硫酸＋過酸化水素
＋水からなるエッチング液でアンドープＧａＡｓ基板を
エッチング除去した後、ＡｌＡｓエッチングストップ層
を除去し、ｐ−ＧａＡｓキャップ層４５を露出させる。

【００２９】次に、電流狭窄構造を作製する為に、直径
１５μｍの円筒状にｐ−ＧａＡｓキャップ層４５から多
層膜活性層４２の途中までを反応性イオンビームエッチ
ングで除去する。ＳｉＮ_x膜４０１を絶縁層として施
し、ポリイミド４０２で埋めた後、セルフアラインメン
トの手法で円筒上部のｐ−ＧａＡｓキャップ層４５を露
出させて、電極４０３を成膜する。同様に、ｎ−ＧａＡ
ｓ基板４１裏面にも、例えば、リング状の電極４０４を
成膜した後、オーミック接触を得るための熱拡散を行
う。

【００３０】こうして作製したレーザは、閾値１ｍＡ以
下で波長０．９８μｍの光を発振し、平均出力光強度は
数ｍＡ程度であった。発振光の近視野像を観察したとこ
ろ、ほぼ上面電極４０３の円形パターンと同様であり、
周囲からの光の漏出は観測できなかった。

【００３１】第３実施例本発明の第３の実施例では、活性層を含む半導体層をロ
ッド列に微細加工してその周囲をポリイミドで埋めてい
る。ただし、円形領域（活性層を含む半導体層の部分）
が高屈折率で、周囲（ポリイミドの部分）が低屈折率で
あるため、それに合わせて発光波長がフォトニックバン
ドギャップ内に来る様にロッド間隔および円形領域の半
径は調整してある。また、半導体ロッド頭部が露出する
ように、酸素プラズマによるポリイミドのアッシングを
軽く行う。その他の構成は、第２実施例と同様である。

【００３２】第４実施例図４を用いて、第４の実施例を説明する。ｎ−ＩｎＰ基
板５１上に、各層がλ／４厚、中心層λ／２厚のアンド
ープＩｎＧａＡｓＰ（λ_g＝１．５５μｍ）／ＩｎＰ５
０ペアからなる分布帰還活性層５２、ｌ００ｎｍ厚のｐ
−ＩｎＰクラッド層５３、１００ｎｍ厚のｐ−ＩｎＧａ
ＡｓＰキャップ層５４を成長する。ついで、第２実施例
と同様、二次元ホール列５５を活性層５２およびクラッ
ド層５３に形成する。ホール５５内は、第３実施例と同
様、ポリイミドで充填し、キャップ層５４を露出させ
る。

【００３３】続いて、二次元ホール列５５の形成された
多層膜活性層５２を円筒形状に取り囲むように、ｎ−Ｉ
ｎＰ基板５１までエッチングを行う。そして、ＳｉＯ₂
保護層を円筒形部の上面に形成し、その周囲を高抵抗Ｉ
ｎＰ５６で埋め込み成長する。次に、電極５０１を円形
のキャップ層５４に覆いかぶさるように形成する。同様
に、ｎ−ＩｎＰ基板５１裏面にも電極５０２を成膜した
後、オーミック接触を得るための熱拡散を行う。

【００３４】こうして作製したレーザは、前記実施例と
同様、低閾値で発振し、電流−光出力効率も高かった。

【００３５】ところで、垂直共振器レーザでは、上記実
施例で述べたエッチングの他、注入電流を集中させるた
め、高抵抗ドーピング、あるいは酸化などの手法によ
り、同様に円筒状あるいは糸巻き状に電流狭窄構造を作
製可能である。

【００３６】また、以上の実施例では、波長１．０μｍ
〜１．５μｍ帯を中心にして説明したが、本発明の考え
方は他の波長帯でも同様に実現可能である。たとえば、
０．３μｍから０．５μｍ帯では、ＡｌＧａＮ／ＩｎＧ
ａＮ／ＧａＮの活性層で、０．６μｍ帯ではＩｎＡｌＧ
ａＰの活性層で、０．７μｍから０．９μｍ帯ではＡｌ
ＧａＡｓ／ＧａＡｓの活性層でいずれも実現可能であ
る。さらに、１．０μｍ〜１．５μｍ帯では、ＧａＩｎ
ＮＡｓ／ＩｎＰやＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓなどの活性
層も使用可能である。

【００３７】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、以下の
ような効果が得られる。すなわち、レーザ活性媒質から
の発光を３次元空間で制御することで、発振閾値を低減
し、且つ、高効率なレーザ動作を得ることができる。こ
ういった低電力動作レーザは、光通信、光インタコネク
ションなどに用いられる伝送用光送信器を構成する上で
不可欠なものである。さらに、個々のレーザ素子の消費
電力を低減できることは、そのことだけでなく、熱発生
の問題も軽減され、２次元アレイレーザあるいは電子回
路と一体となった光電子集積回路を構成する上で極めて
効果が大きい。光アレイあるいは光集積素子は、光応用
センシング、光情報処理、ディスプレイ、光記録などに
用いられるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明によるフォトニックバンド構造を
有する第１実施例の垂直共振器半導体レーザを表す構造
概略斜視図である。

【図２】図２は本発明によるフォトニックバンド構造を
有する垂直共振器半導体レーザの二次元フォトニック結
晶の単位セルとブリルアンゾーンを表す図である。

【図３】図３は本発明の第２実施例および第３実施例を
示すフォトニックバンド構造を有する垂直共振器半導体
―レーザを表す構造概略断面図である。

【図４】図４は本発明の第４実施例を示すフォトニック
バンド構造を有する垂直共振器半導体レーザを表す構造
概略断面図である。

【図５】図５は従来例を表す構造概略図である。

【符号の説明】

１１、４２、５２・・・分布帰還構造を有する活性層１２・・・半波長シフト層１３、４１、５１、６４・・・基板１４・・・エッチングストップ層１５、４３、４６、５３・・・クラッド層２１、４４、５５・・・二次元ロッド列もしくはホール
列２２・・・ロッド列もしくはホール列の周囲領域４５、５４・・・キャップ層５６、４０１、４０２・・・絶縁層６１、６２・・・多層膜反射鏡６３・・・活性層４０３、４０４、５０１、５０２・・・電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】化合物半導体から形成されてなる垂直共振
器レーザであって、活性層は周期的多層膜半導体層から
形成されていることで、光共振器が該活性層の垂直方向
に形成されていて、且つ、活性層を含む半導体層に二次
元屈折率周期構造を備えていることで、活性層を含む半
導体層面内には発光波長に対して光学的伝播禁止帯（フ
ォトニックバンドギャツプ）が形成されていることを特
徴とするフォトニックバンド構造を有する垂直共振器レ
ーザ。
【請求項２】前記周期的多層膜からなる活性層は高屈折
率層および低屈折率層がそれぞれ発光波長の４分の１の
実効的厚さで一組となって繰り返し成膜されてなる分布
帰還構造であることを特徴とする請求項１記載のフォト
ニックバンド構造を有する垂直共振器レーザ。
【請求項３】前記周期的多層膜からなる活性層の中心
に、実効的層厚が発光波長の２分の１である領域を設け
ることを特徴とする請求項１または２記載のフォトニッ
クバンド構造を有する垂直共振器レーザ。
【請求項４】前記活性層の発光領域に電流を注入する手
段を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに
記載のフォトニックバンド構造を有する垂直共振器レー
ザ。
【請求項５】前記電流注入手段による注入励起電流を発
光領域に集中させるため、電流狭窄構造が、エッチン
グ、高抵抗ドーピング、もしくは酸化により、円筒状、
円錐状、もしくは糸巻き状に形成されていることを特徴
とする請求項４記載のフォトニックバンド構造を有する
垂直共振器レーザ。
【請求項６】前記活性層がＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎなどの
ＩＩＩ族元素および、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、ＳｂなどのＶ族元
素からなるＩＩＩ−Ｖ化合物半導体で構成されることを
特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載のフォトニッ
クバンド構造を有する垂直共振器レーザ。
【請求項７】前記二次元屈折率周期構造は、前記活性層
を含む半導体層が六方格子状に配置された二次元ロッド
列をなしていることで形成されていることを特徴とする
請求項１乃至６の何れかに記載のフォトニックバンド構
造を有する垂直共振器レーザ。
【請求項８】前記二次元屈折率周期構造は、前記活性層
を含む半導体層内に六方格子状に配置された二次元ホー
ル列が形成されることで形成されていることを特徴とす
る請求項１乃至６の何れかに記載のフォトニックバンド
構造を有する垂直共振器レーザ。
【請求項９】前記二次元屈折率周期構造は、前記活性層
を含む半導体層が正方格子状に配置された二次元ロッド
列をなしていることで形成されていることを特徴とする
請求項１乃至６の何れかに記載のフォトニックバンド構
造を有する垂直共振器レーザ。
【請求項１０】前記二次元屈折率周期構造は、前記活性
層を含む半導体層内に正方格子状に配置された二次元ホ
ール列が形成されることで形成されていることを特徴と
する請求項１乃至６の何れかに記載のフォトニックバン
ド構造を有する垂直共振器レーザ。
【請求項１１】前記二次元ロッド列は、空気、窒素、高
分子材料、もしくは誘電体によって周囲が充填されてい
ることを特徴とする請求項７または９記載のフォトニッ
クバンド構造を有する垂直共振器レーザ。
【請求項１２】前記二次元ホール列は、空気、窒素、高
分子材料、もしくは誘電体によって充填されていること
を特徴とする請求項８または１０記載のフォトニックバ
ンド構造を有する垂直共振器レーザ。
【請求項１３】前記充填材を構成する高分子材料はポリ
イミドであることを特徴とする請求項１１または１２記
載のフォトニックバンド構造を有する垂直共振器レー
ザ。
【請求項１４】前記充填材を構成する誘電体はＳｉ
Ｎ_ｘ、ＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＳｉＯ_２のいずれ
かであることを特徴とする請求項１１または１２記載の
フォトニックバンド構造を有する垂直共振器レーザ。
【請求項１５】前記六方格子状もしくは正方格子状に配
置された各ロッドもしくは各ホールの隣り合う中心間間
隔は、発光波長の２分の１の実効的長さを目安として設
計されていることを特徴とする請求項７乃至１４の何れ
かに記載のフォトニックバンド構造を有する垂直共振器
レーザ。