JP5854417B2 - Two-dimensional photonic crystal laser - Google Patents
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Description
本発明は、エピタキシャル法による作製に適した構造を有する2次元フォトニック結晶レーザに関する。 The present invention relates to a two-dimensional photonic crystal laser having a structure suitable for fabrication by an epitaxial method.
近年、2次元フォトニック結晶を用いた新しいタイプのレーザが開発されている。2次元フォトニック結晶とは、誘電体から成る母材に屈折率の周期構造を形成したものであり、一般に母材とは屈折率が異なる領域(異屈折率領域)を母材内に周期的に設けることにより作製される。この周期構造により、結晶内でブラッグ回折が生じ、また、光のエネルギーにエネルギーバンドギャップが現れる。2次元フォトニック結晶レーザには、バンドギャップ効果を利用して点欠陥を共振器として用いるものと、光の群速度が0となるバンド端の定在波を利用するものがあるが、いずれも所定の波長の光を増幅してレーザ発振を得るものである。 In recent years, a new type of laser using a two-dimensional photonic crystal has been developed. A two-dimensional photonic crystal is a base material made of a dielectric material with a periodic structure of refractive index. Generally, a region having a refractive index different from that of the base material (different refractive index region) is periodically formed in the base material. It is produced by providing. Due to this periodic structure, Bragg diffraction occurs in the crystal, and an energy band gap appears in the energy of light. There are two-dimensional photonic crystal lasers that use point defects as resonators using the band gap effect, and two-dimensional photonic crystal lasers that use standing waves at the band edge where the group velocity of light is zero. Laser oscillation is obtained by amplifying light of a predetermined wavelength.
2次元フォトニック結晶レーザでは、2次元フォトニック結晶構造を有する層(以下、「2次元フォトニック結晶層」とする)の異屈折率領域を空孔とすることが多い。これは、母材と空孔との屈折率差を大きくすることができ、2次元フォトニック結晶層の共振器としての性能を向上させることができるためである。 In a two-dimensional photonic crystal laser, a different refractive index region of a layer having a two-dimensional photonic crystal structure (hereinafter referred to as a “two-dimensional photonic crystal layer”) is often a hole. This is because the refractive index difference between the base material and the holes can be increased, and the performance of the two-dimensional photonic crystal layer as a resonator can be improved.
特許文献1には空孔(異屈折率領域)が母材内に周期的に並んだ2次元フォトニック結晶構造を有する層の上に、別途作製された層を重ねて加熱することにより融着(熱融着)させる方法が記載されている。 In Patent Document 1, fusion is performed by heating a layer prepared separately on a layer having a two-dimensional photonic crystal structure in which holes (different refractive index regions) are periodically arranged in a base material. A method of (thermal fusion) is described.
しかしながら、この方法で作製した2次元フォトニック結晶レーザでは、熱融着を行った2次元フォトニック結晶層と、この2次元フォトニック結晶層の上に積層した層(以下、「上部層」とする)の融着面における界面準位のため、これらの界面において電気抵抗が高くなる。そのため、動作電圧が高くなり、レーザの連続発振が生じにくくなってしまう。また、熱融着を行う際に空孔の形状が崩れてしまい、2次元フォトニック結晶層の共振器としての性能が低下してしまうことがある。 However, in the two-dimensional photonic crystal laser produced by this method, a two-dimensional photonic crystal layer that has been thermally fused and a layer (hereinafter referred to as an “upper layer”) laminated on the two-dimensional photonic crystal layer. Therefore, the electrical resistance is increased at these interfaces. For this reason, the operating voltage becomes high, and the continuous oscillation of the laser becomes difficult to occur. Moreover, when performing heat sealing | fusion, the shape of a void | hole collapse | crumbles and the performance as a resonator of a two-dimensional photonic crystal layer may fall.
一方、特許文献2には、GaNを母材とし、空孔が周期的に形成された2次元フォトニック結晶層の上に、AlGaNを直接、エピタキシャル成長させることにより上部層を形成する方法が記載されている。 On the other hand, Patent Document 2 describes a method of forming an upper layer by epitaxially growing AlGaN directly on a two-dimensional photonic crystal layer in which GaN is a base material and holes are periodically formed. ing.
特許文献2に記載の方法は、大別して、(i)空孔を残したまま上部層を形成する方法、(ii)空孔を埋めつつ上部層を形成する方法、(iii)柱状の異屈折率領域を先に形成し、その周囲をエピタキシャル成長により埋めることで母材を形成しつつ上部層を形成する方法、の3つである。 The method described in Patent Document 2 is broadly divided into (i) a method of forming an upper layer while leaving holes, (ii) a method of forming an upper layer while filling holes, and (iii) columnar heterorefringence. There are three methods of forming an upper layer while forming a base material by first forming a rate region and filling the periphery thereof by epitaxial growth.
(ii)及び(iii)の方法では、異屈折率領域が空気以外の材料(具体的には上部層と同じ材料)で埋められることになる。このような構造では、異屈折率領域を空孔とした場合に比べて光の閉じ込め効果が低下するが、その一方で単一モード且つ大面積でレーザ発振させやすくなる。 In the methods (ii) and (iii), the different refractive index region is filled with a material other than air (specifically, the same material as the upper layer). In such a structure, the light confinement effect is lowered as compared with the case where the different refractive index region is a hole, but on the other hand, it is easy to oscillate a laser in a single mode and a large area.
特許文献2に記載の方法では、2次元フォトニック結晶層と上部層の界面において電気抵抗が高くなるという問題は生じない。しかしながら、(i)の方法では、上部層をエピタキシャル成長させる際に空孔の一部が上部層の材料で埋まってしまい、空孔の形状が変化してしまうという問題がある。また、(ii)及び(iii)の方法については、空孔内や柱状の異屈折率領域の間を上部層の材料で完全に埋めることが難しく、空洞が形成されやすいという問題がある。これらの場合、屈折率の周期構造が不完全なものとなってしまい、2次元フォトニック結晶層の共振器としての性能が低下するという問題が生じる。 In the method described in Patent Document 2, there is no problem that the electric resistance becomes high at the interface between the two-dimensional photonic crystal layer and the upper layer. However, the method (i) has a problem that when the upper layer is epitaxially grown, part of the vacancies are filled with the material of the upper layer, and the shape of the vacancies changes. Further, the methods (ii) and (iii) have a problem that it is difficult to completely fill the voids or between the columnar different refractive index regions with the material of the upper layer, and a cavity is easily formed. In these cases, the periodic structure of the refractive index becomes incomplete, causing a problem that the performance of the two-dimensional photonic crystal layer as a resonator deteriorates.
本発明が解決しようとする課題は、2次元フォトニック結晶層の上部層をエピタキシャル法により形成する際に、2次元フォトニック結晶層の共振器としての性能を低下させないようにした2次元フォトニック結晶レーザを提供することである。 The problem to be solved by the present invention is that a two-dimensional photonic crystal in which the performance as a resonator of the two-dimensional photonic crystal layer is not deteriorated when an upper layer of the two-dimensional photonic crystal layer is formed by an epitaxial method. It is to provide a crystal laser.
上記課題を解決するために成された本発明に係る2次元フォトニック結晶レーザは、
AlαGa1-αAs(0<α<1)又は(AlβGa1-β)γIn1-γP(0≦β<1, 0<γ<1)を母材とする母材層内に、空孔から成る異屈折率領域が周期的に設けられた2次元フォトニック結晶層と、
前記2次元フォトニック結晶層の上にエピタキシャル法によって作製される、Alを含有するp型又はn型の半導体から成るエピタキシャル成長層と、
前記エピタキシャル成長層の上に積層された、Alを含有するp型又はn型の半導体から成るクラッド層
を有し、
前記エピタキシャル成長層におけるAlの含有率が、前記クラッド層におけるAlの含有率よりも高い
ことを特徴とする。
A two-dimensional photonic crystal laser according to the present invention, which has been made to solve the above problems,
Al α Ga 1-α As (0 <α <1) or (Al β Ga 1-β ) γ In 1-γ P (0 ≦ β <1, 0 <γ <1) A two-dimensional photonic crystal layer periodically provided with different refractive index regions made of holes ,
An epitaxially grown layer made of an Al-containing p-type or n-type semiconductor formed on the two-dimensional photonic crystal layer by an epitaxial method;
A clad layer made of a p-type or n-type semiconductor containing Al, laminated on the epitaxial growth layer;
The Al content in the epitaxial growth layer is higher than the Al content in the cladding layer.
なお、本願では、各層の相対的な位置関係を示すために、便宜的に「上」、「下」という語を用いるが、これらは、作製時の各層の向き及び作製後の2次元フォトニック結晶レーザの向きを限定するものではない。 In this application, the terms “upper” and “lower” are used for convenience in order to indicate the relative positional relationship of each layer, but these are the direction of each layer at the time of fabrication and the two-dimensional photonic after fabrication. The direction of the crystal laser is not limited.
2次元フォトニック結晶層の上の層をエピタキシャル法により作製するには、2次元フォトニック結晶層の温度を600℃前後にまで上昇させる必要がある。しかしながら、例えば異屈折率領域が空孔である場合など、2次元フォトニック結晶層において空孔が設けられた状態でその上部層をエピタキシャル法により作製すると、このような高い温度ではマイグレーションが生じて空孔の形状が崩れてしまうことがある。一方、AlαGa1-αAs系材料や(AlβGa1-β)γIn1-γP系材料は高温においても堅固であるため、上部層をエピタキシャル成長させる際に空孔の形状が崩れてしまうことがなく、2次元フォトニック結晶層の共振器としての性能を高く維持することができる。 In order to produce a layer above the two-dimensional photonic crystal layer by an epitaxial method, it is necessary to raise the temperature of the two-dimensional photonic crystal layer to around 600 ° C. However, when the upper layer is formed by an epitaxial method in a state where holes are provided in the two-dimensional photonic crystal layer, for example, when the different refractive index region is holes, migration occurs at such a high temperature. The shape of the holes may collapse. On the other hand, Al α Ga 1-α As materials and (Al β Ga 1-β ) γ In 1-γ P materials are strong even at high temperatures, so the shape of the vacancies collapses when the upper layer is epitaxially grown. The performance of the two-dimensional photonic crystal layer as a resonator can be maintained high.
前記エピタキシャル成長層の材料としては、AlxGa1-xAs(0<x<1)が望ましい。AlxGa1-xAsはAlの含有率によってガスの拡散長が異なり、その成長特性が変化する。そのため、下部層であるフォトニック結晶層の構造に応じてxの値を最適値とすることで、上記と同様に、2次元フォトニック結晶層の共振器としての性能を高く維持することができる。 The material of the epitaxial growth layer is preferably Al x Ga 1-x As (0 <x <1). Al x Ga 1-x As has different gas diffusion lengths depending on the Al content, and its growth characteristics change. Therefore, by setting the value of x to an optimum value according to the structure of the photonic crystal layer that is the lower layer, the performance of the two-dimensional photonic crystal layer as a resonator can be maintained high as described above. .
また、前記エピタキシャル成長層は、そのまま発光ダイオード(LED)におけるp型又はn型のクラッド層として用いることができるが、このクラッド層を別途エピタキシャル成長させるための再成長界面層として用いることもできる。上記のように、フォトニック結晶層の構造に応じてxを変化させるため、エピタキシャル成長層をそのままクラッド層とすると、フォトニック結晶層の構造に応じてクラッド層の組成も変化することになる。一方、再成長界面層を導入すれば、フォトニック結晶層の構造によらずクラッド層を作製することができるため、より自由度の高い構造で2次元フォトニック結晶レーザを製造することができる。 The epitaxial growth layer can be used as it is as a p-type or n-type cladding layer in a light-emitting diode (LED), but can also be used as a regrowth interface layer for epitaxial growth of this cladding layer separately. As described above, since x is changed according to the structure of the photonic crystal layer, if the epitaxial growth layer is used as it is as the cladding layer, the composition of the cladding layer also changes according to the structure of the photonic crystal layer. On the other hand, if a regrowth interface layer is introduced, a clad layer can be produced regardless of the structure of the photonic crystal layer, so that a two-dimensional photonic crystal laser can be manufactured with a more flexible structure.
本発明に係る2次元フォトニック結晶レーザは、2次元フォトニック結晶層の上部層をエピタキシャル法により作製するのに適した構造を有する。本発明の構造では、エピタキシャル成長の際に、2次元フォトニック結晶層に設けられた空孔が変形したり崩れたりすることがない。また、上部層であるエピタキシャル成長層の材料をAlxGa1-xAsとし、xの値をその成長特性に基づいた最適値とすることにより、2次元フォトニック結晶層の共振器としての性能を高く維持することができる。さらに、エピタキシャル成長層を、p型又はn型のクラッド層をエピタキシャル成長により作製するための再成長界面層として用いることにより、2次元フォトニック結晶レーザの構造上の自由度を高めることが可能となる。 The two-dimensional photonic crystal laser according to the present invention has a structure suitable for producing the upper layer of the two-dimensional photonic crystal layer by an epitaxial method. In the structure of the present invention, the holes provided in the two-dimensional photonic crystal layer are not deformed or collapsed during the epitaxial growth. In addition, the material of the epitaxial growth layer, which is the upper layer, is Al x Ga 1-x As, and the value of x is an optimum value based on the growth characteristics, thereby improving the performance of the two-dimensional photonic crystal layer as a resonator. Can be kept high. Furthermore, by using the epitaxial growth layer as a regrowth interface layer for producing a p-type or n-type cladding layer by epitaxial growth, it is possible to increase the structural freedom of the two-dimensional photonic crystal laser.
図1〜図12を用いて、本発明、及び本発明には属しないが本発明に関連する2次元フォトニック結晶レーザの実施例を説明する。
1 to 12, an embodiment of the present invention and a two-dimensional photonic crystal laser that does not belong to the present invention but is related to the present invention will be described.
実施例1の2次元フォトニック結晶レーザ10は本発明には属しないが本発明に関連するものであって、図1に示すように、基板11の上に、第1クラッド層12、活性層13、キャリアブロック層14、2次元フォトニック結晶層15、第2クラッド層(エピタキシャル成長層)16、コンタクト層17、が順に積層された構造を有している。そして、基板11の下には下部電極18が、コンタクト層17の上には上部電極19が、それぞれ設けられている。
The two-dimensional
2次元フォトニック結晶層15は、図2に示すように、板状の母材層152内に、円形や三角形等の平面形状を有する空孔151が周期的に形成されている。本実施例では、母材層152の材料にはAl0.1Ga0.9Asを用いる。これは、この材料が高温においても堅固であり、後述のように第2クラッド層16をエピタキシャル法により作製する際に温度を上昇させても、空孔151の形状が崩れてしまうことがないためである。
In the two-dimensional
なお、母材層152の材料は本実施例のものには限らず、AlαGa1-αAs(0<α<1)又は(AlβGa1-β)γIn1-γP(0≦β<1, 0<γ<1)を用いることができる。前者は近赤外領域の波長を持つレーザ光を発振させる場合に、後者は赤色領域の波長を持つレーザ光を発振させる場合に、好適に用いることができる。
The material of the
第2クラッド層16の材料には、2次元フォトニック結晶層15の上にエピタキシャル法により作製することが可能なものを用いる。第2クラッド層16の材料には、本実施例ではp型のAl0.65Ga0.35As、即ち+3価である(Al0.65Ga0.35)サイトに微量の+2価の不純物を添加したものを用いる。なお、第2クラッド層16の材料は本実施例のものには限らず、p型のAlxGa1-xAs(0.4≦x<1)を好適に用いることができる。AlxGa1-xAsは、xの値が大きくなるほどガスの拡散長が短くなり、空孔151内に侵入しにくくなる。そのため、空孔151内に不要なp型Al0.65Ga0.35Asの結晶が形成されることを抑制することができる。
As the material of the
2次元フォトニック結晶層15及び第2クラッド層16以外の各層は、本実施例では以下のものを用いる。基板11の材料にはn型のGaAsを、第1クラッド層12の材料にはn型のAl0.65Ga0.35Asを、それぞれ用いる。これらはGaAsのGaサイト又はAl0.65Ga0.35Asの(Al0.65Ga0.35)サイトに微量の+4価の不純物を添加したものである。活性層13にはInGaAs/GaAsの多重量子井戸から成るものを用いる。キャリアブロック層14にはAl0.4Ga0.6Asから成るものを用いる。コンタクト層17にはp型のGaAsを用いる。なお、これら各層にも、上記以外の材料を用いることができる。
In the present embodiment, the following layers are used for the layers other than the two-dimensional
また、本実施例とは逆に、基板11及び第1クラッド層12にp型の材料を用い、第2クラッド層16及びコンタクト層17にn型の材料を用いてもよい。
In contrast to the present embodiment, a p-type material may be used for the
次に、図3を用いて、本実施例の2次元フォトニック結晶レーザ10の製造方法の一例を示す。まず、基板11の上に、第1クラッド層12、活性層13、キャリアブロック層14を順に、気相法でエピタキシャル成長させることにより作製する。次に、キャリアブロック層14の上に、母材層152を気相法でエピタキシャル成長させることにより作製する(b)。続いて、母材層152の上面にレジスト21を塗布し、電子ビームリソグラフィ法により、空孔151の配置に対応したパターンを該レジスト21に形成したうえで、エッチング法により母材層152に空孔151を形成することにより、2次元フォトニック結晶層15を作製する(c)。
Next, an example of a method for manufacturing the two-dimensional
その後、レジスト21を除去し、2次元フォトニック結晶層15の上に第2クラッド層16を気相法でエピタキシャル成長させることにより作製する(d)。また、第2クラッド層16をエピタキシャル成長させる間、2次元フォトニック結晶層15を約600℃に加熱する。このような温度に加熱すると、仮に母材層152の材料がAlを含有しないGaAsであるならば、マイグレーションが生じて空孔151の形状が崩れてしまうおそれがあるが、本実施例では母材層152の材料にAl0.1Ga0.9Asを用いることにより空孔151の形状を保持することができる。
Thereafter, the resist 21 is removed, and the
このように第2クラッド層16が作製された後、第2クラッド層16の上にコンタクト層17を気相法でエピタキシャル成長させる。そして、基板11の下側に下部電極18を、コンタクト層17の上に上部電極19を、それぞれ蒸着法で作製することにより、本実施例の2次元フォトニック結晶レーザ10が得られる(e)。
After the
図4を用いて、本発明には属しないが本発明に関連する2次元フォトニック結晶レーザの実施例2を説明する。本実施例の2次元フォトニック結晶レーザ10Aは、実施例1における2次元フォトニック結晶層15の代わりに、以下に述べる2次元フォトニック結晶層15Aを用いたものである。それ以外の構成は実施例1の2次元フォトニック結晶レーザ10と同じである。
A second embodiment of a two-dimensional photonic crystal laser that does not belong to the present invention but is related to the present invention will be described with reference to FIG. The two-dimensional
2次元フォトニック結晶層15Aは、Al0.65Ga0.35As(α=0.65)から成る第1母材層1521Aの上面に、Al0.1Ga0.9As(α=0.1)から成る第2母材層1522Aが第1母材層1521Aよりも薄く形成された、2層構造の母材層152Aを有する。母材層152A内には、空孔151Aが実施例1と同じ形状及び周期で形成されている。第2母材層1522Aは、第1母材層1521AよりもAlの含有率が低いため、後述の製造工程において酸化しにくい、という特長を有する。
In the two-dimensional
図5を用いて、本実施例の2次元フォトニック結晶レーザ10Aの製造方法を説明する。まず。実施例1と同様の方法により、基板11の上に、第1クラッド層12、活性層13及びキャリアブロック層14を順に、気相法でエピタキシャル成長させることにより作製する(a)。次に、キャリアブロック層14の上に、第1母材層1521Aを気相法でエピタキシャル成長させることにより作製する(b)。続いて、第1母材層1521Aの上に、第2母材層1522Aを気相法でエピタキシャル成長させることにより作製する(c)。ここまでの各工程は、同一のチャンバ内で原料ガスを変更することにより行う。
A method for manufacturing the two-dimensional
次に、実施例1と同様に、電子ビームリソグラフィ法及びエッチング法を用いて、母材層152A内に空孔151Aを形成する(d)。この工程は、エピタキシャル法以外の方法を用いているため、それ以前の各工程とは異なるチャンバ内で行う。続いて、チャンバを元のものに変更し、第2母材層1522Aの表面に、第2クラッド層16を気相法でエピタキシャル成長させることにより作製する(e)。その後、実施例1と同様の方法によりコンタクト層17、下部電極18及び上部電極19を作製することにより、本実施例の2次元フォトニック結晶レーザ10Aが得られる。
Next, as in Example 1,
このように、空孔151Aを形成する工程の前後においてはチャンバを変更する必要があり、その際に母材層の表面が酸化するおそれがある。本実施例では、第1母材層1521Aの材料よりも酸化しにくい材料を第2母材層1522Aに用いることにより、母材層の表面が酸化することを抑制している。
Thus, it is necessary to change the chamber before and after the step of forming the
図6を用いて、本発明に係る2次元フォトニック結晶レーザの実施例3を説明する。本実施例の2次元フォトニック結晶レーザ10Bは、実施例1における2次元フォトニック結晶層15と第2クラッド層16の間に、AlxGa1-xAs(0.4≦x<1)から成る再成長界面層31を設けたものである。
A third embodiment of the two-dimensional photonic crystal laser according to the present invention will be described with reference to FIG. The two-dimensional
また、空孔151は、平面形状の最大幅dを200nm以下とすると共に、深さhと最大幅dの比h/d(アスペクト比)を1.3以上5以下とする。ここで、最大幅dは、空孔151の平面形状内に収まる最長の線分の長さをいう(図7)。例えば空孔151の平面形状が円の場合には直径が、正三角形の場合には辺が、正三角形以外の三角形の場合には3辺のうちの最長の辺の長さが、それぞれ最大幅に該当する。
The
本実施例では、再成長界面層31におけるAlの含有率xを比較的高い値にすると共に、アスペクト比h/dを1.3以上とすることにより、再成長界面層31の原料ガスが空孔151内に侵入しにくくなるようにしている。そのため、空孔151内に再成長界面層31の材料から成る結晶が形成されることが抑制される。なお、hが大きすぎたり、dが小さすぎたりすると、空孔151の2次元周期構造が十分に形成されないことがあるため、アスペクト比h/dの上限は5とした。
In this embodiment, the Al content x in the
図8を用いて、本実施例の2次元フォトニック結晶レーザ10Bの製造方法を説明する。まず。実施例1と同様の方法により、基板11の上に、第1クラッド層12、活性層13、キャリアブロック層14及び2次元フォトニック結晶層15を作製する(a)。次に、2次元フォトニック結晶層15の上に、再成長界面層31を気相法でエピタキシャル成長させることにより作製し、空孔151の上部を塞ぐ(b)。その際、上記のように、空孔151内に再成長界面層31の材料が侵入することが抑制される。また、母材層152の材料に上記のものを用いているため、この工程においてマイグレーションが生じることを防ぐことができる。続いて、再成長界面層31の上に、第2クラッド層16を気相法でエピタキシャル成長させることにより作製する(c)。その後、実施例1と同様の方法によりコンタクト層17、下部電極18及び上部電極19を作製することにより、本実施例の2次元フォトニック結晶レーザ10Bが得られる。
A method of manufacturing the two-dimensional
図9を用いて、本発明には属しないが本発明に関連する2次元フォトニック結晶レーザの実施例4を説明する。本実施例の2次元フォトニック結晶レーザ10Cは、実施例3における再成長界面層31の代わりに、AlxGa1-xAs(0<x≦0.8)から成る再成長界面層31Aを設ける。それと共に、2次元フォトニック結晶層15C内に、空孔151の代わりに、再成長界面層31Aと同じ材料から成る異屈折率部材32を周期的に設ける。異屈折率部材32は、平面形状の最大幅dを200nm以下とすると共に、アスペクト比h/dを0.1以上1.2以下とする。なお、最大幅d及びアスペクト比h/dの定義は空孔151の場合と同様である。
A fourth embodiment of a two-dimensional photonic crystal laser that does not belong to the present invention but is related to the present invention will be described with reference to FIG. In the two-dimensional
本実施例では、再成長界面層31AにおけるAlの含有率xを比較的低い値にすると共に、アスペクト比h/dを1.2以下とすることにより、再成長界面層31Aを作製する際に、空孔151内に再成長界面層31Aの原料ガスが侵入しやすくなるようにしている。なお、hが小さすぎたり、dが大きすぎたりすると、空孔151の2次元周期構造が十分に形成されないことがあるため、アスペクト比h/dの下限は0.1とした。
In this example, the Al content x in the
図10を用いて、本実施例の2次元フォトニック結晶レーザ10Cの製造方法を説明する。まず、実施例1と同様の方法により、基板11の上に、第1クラッド層12、活性層13及びキャリアブロック層14及び2次元フォトニック結晶層15を作製する(a)。但し、ここで作製された2次元フォトニック結晶層15は実施例1と同様に空孔151を有するものであり、未だ異屈折率部材32は形成されていない。次に、2次元フォトニック結晶層15の上に再成長界面層31Aを、空孔151内に異屈折率部材32を、同時に気相法でエピタキシャル成長させることにより作製する(b)。その際、上記のように空孔151内に原料ガスが侵入しやすくなるため、空洞を生じることなく異屈折率部材32を形成することができる。また、母材層152の材料に上記のものを用いているため、この工程においてマイグレーションが生じることを防ぐことができる。続いて、再成長界面層31Aの上に、第2クラッド層16を気相法でエピタキシャル成長させることにより作製する(c)。その後、実施例1と同様の方法によりコンタクト層17、下部電極18及び上部電極19を作製することにより、本実施例の2次元フォトニック結晶レーザ10Cが得られる。
A method for manufacturing the two-dimensional
図11を用いて、本発明には属しないが本発明に関連する2次元フォトニック結晶レーザの実施例5を説明する。本実施例の2次元フォトニック結晶レーザ10Dでは、2次元フォトニック結晶層15Dは、キャリアブロック層14の上面に周期的に配置された柱状の異屈折率部材32Aと、異屈折率部材32Aの周りに埋め込まれた母材152Bから成る構成を採っている。本実施例では、異屈折率部材32Aの材料はAlxGa1-xAs(0<x≦0.8)には限定されず、他の半導体材料や誘電体材料を用いることもできる。また、2次元フォトニック結晶層15Dの上面には、母材152Bと同じ材料から成る再成長界面層31Bが形成されている。その他の構成は実施例1と同様である。
A fifth embodiment of a two-dimensional photonic crystal laser that does not belong to the present invention but is related to the present invention will be described with reference to FIG. In the two-dimensional
図12を用いて、本実施例の2次元フォトニック結晶レーザ10Dの製造方法を説明する。まず、実施例1と同様の方法により、基板11の上に、第1クラッド層12、活性層13及びキャリアブロック層14を作製する。次に、キャリアブロック層14の上に、異屈折率部材32Aの材料から成る異屈折率領域前駆層33を気相法でエピタキシャル成長させることにより作製する(a)。続いて、電子ビームリソグラフィ法及びエッチング法を用い、周期的に配置された柱状の領域を残して、異屈折率領域前駆層33を上面から途中まで除去する。これにより、異屈折率領域前駆層33の下側の一部が残って形成されたスペーサ層33Aの上に、柱状の異屈折率部材32Aが形成される(b)。次に、スペーサ層33Aの上に、母材152Bを気相法でエピタキシャル成長させることにより作製する。そして、母材152Bが異屈折率部材32Aの上面まで形成された後もエピタキシャル法により結晶の作製を継続する。これにより、異屈折率部材32A及び母材152Bの上に再成長界面層31Bを形成する(c)。そして、再成長界面層31Bの上面に、第2クラッド層12を気相法でエピタキシャル成長させることにより作製する(d)。その後、実施例1と同様の方法によりコンタクト層17、下部電極18及び上部電極19を作製することにより、本実施例の2次元フォトニック結晶レーザ10Dが得られる。
A method for manufacturing the two-dimensional
本発明は上記各実施例には限定されない。例えば、母材層は材料が異なる複数の層から構成することができ、それらの層のうちの1層はAlを含有しないGaAsから成る層であってもよい。その場合であっても、母材層全体がGaAsから成る場合と比較すると、マイグレーションの影響を抑制することができる。 The present invention is not limited to the above embodiments. For example, the base material layer can be composed of a plurality of layers made of different materials, and one of these layers may be a layer made of GaAs not containing Al. Even in this case, the influence of migration can be suppressed as compared with the case where the entire base material layer is made of GaAs.
10、10A、10B、10C、10D…2次元フォトニック結晶レーザ
11…基板
12…第1クラッド層
13…活性層
14…キャリアブロック層
15、15A、15C、10D…2次元フォトニック結晶層
151、151A…空孔
152、152A…母材層
1521A…第1母材層
1522A…第2母材層
152B…母材
16…第2クラッド層(エピタキシャル成長層)
17…コンタクト層
18…下部電極
19…上部電極
21…レジスト
31、31A、31B…再成長界面層
32、32A…異屈折率部材
33…異屈折率領域前駆層
33A…スペーサ層
DESCRIPTION OF
17 ...
Claims (5)
前記2次元フォトニック結晶層の上に積層されている、Alを含有するp型又はn型の半導体から成るエピタキシャル成長層と、
前記エピタキシャル成長層の上に積層されている、Alを含有するp型又はn型の半導体から成るクラッド層
を有し、
前記エピタキシャル成長層におけるAlの含有率が、前記クラッド層におけるAlの含有率よりも高い
ことを特徴とする2次元フォトニック結晶レーザ。 Al α Ga 1-α As (0 <α <1) or (Al β Ga 1-β ) γ In 1-γ P (0 ≦ β <1, 0 <γ <1) A two-dimensional photonic crystal layer periodically provided with different refractive index regions made of holes,
An epitaxially grown layer made of a p-type or n-type semiconductor containing Al, laminated on the two-dimensional photonic crystal layer;
Wherein are stacked on the epitaxial growth layer, a cladding layer made of p-type or n-type semiconductor containing Al,
The two-dimensional photonic crystal laser characterized in that the Al content in the epitaxial growth layer is higher than the Al content in the cladding layer.
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