特許 7216786 フォトニック結晶面発光レーザ構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-01-24

(45)【発行日】2023-02-01

(54)【発明の名称】フォトニック結晶面発光レーザ構造

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/11 20210101AFI20230125BHJP

   H01S 5/185 20210101ALN20230125BHJP

【ＦＩ】

H01S5/11

H01S5/185

【請求項の数】 19

(21)【出願番号】P 2021157954

(22)【出願日】2021-09-28

【審査請求日】2021-09-28

(31)【優先権主張番号】202110909231.4

(32)【優先日】2021-08-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】518382946

【氏名又は名称】業成科技（成都）有限公司

(73)【特許権者】

【識別番号】518426930

【氏名又は名称】業成光電（深セン）有限公司

(73)【特許権者】

【識別番号】521106407

【氏名又は名称】業成光電（無錫）有限公司

(73)【特許権者】

【識別番号】518382968

【氏名又は名称】英特盛科技股▲ふん▼有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】盧 廷昌

(72)【発明者】

【氏名】洪 國彬

(72)【発明者】

【氏名】陳 立人

(72)【発明者】

【氏名】趙 天行

【審査官】右田 昌士

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２１－１１４５５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／０１５６３３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００２－１４１６０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１７８２９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－３３２５９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１１８０３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－１０６４７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１９０２３５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／００４４３６５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ５／００ － ５／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の基板と、
前記第１の基板に設けられるＮ型クラッド層と、
前記Ｎ型クラッド層に設けられる活性層と、
前記活性層を取り囲むように前記Ｎ型クラッド層に設けられ、電気的に絶縁され、前記活性層からの光を透過させ、且つ、その等価屈折率と前記活性層の等価屈折率とが実質的に同じである屈折率整合層と、
前記活性層及び前記屈折率整合層に設けられるフォトニック結晶構造と、
を備えるフォトニック結晶面発光レーザ構造。

【請求項2】

前記活性層の横方向長さは、前記フォトニック結晶構造の横方向長さよりも小さい請求項１に記載のフォトニック結晶面発光レーザ構造。

【請求項3】

前記活性層の断面積は、前記フォトニック結晶構造の断面積よりも小さい請求項１または２に記載のフォトニック結晶面発光レーザ構造。

【請求項4】

前記活性層は、前記フォトニック結晶構造の前記Ｎ型クラッド層への垂直投影領域内に位置する請求項１～３の何れか一項に記載のフォトニック結晶面発光レーザ構造。

【請求項5】

前記屈折率整合層は、少なくとも一部が前記フォトニック結晶構造の前記Ｎ型クラッド層への垂直投影領域内に位置する請求項１～３の何れか一項に記載のフォトニック結晶面発光レーザ構造。

【請求項6】

前記活性層の横方向長さは、６～１０マイクロメートルである請求項１、３～５の何れか一項に記載のフォトニック結晶面発光レーザ構造。

【請求項7】

前記屈折率整合層は、前記活性層の側面に接触する請求項１～６の何れか一項に記載のフォトニック結晶面発光レーザ構造。

【請求項8】

前記活性層は、前記フォトニック結晶構造に向かう頂面と、前記Ｎ型クラッド層に向かう底面と、を更に有し、前記側面は、前記頂面と前記底面との間に接続され、前記屈折率整合層は、前記活性層の前記頂面及び前記底面と離隔している請求項７に記載のフォトニック結晶面発光レーザ構造。

【請求項9】

前記活性層は、実質的に円柱体である請求項１～８の何れか一項に記載のフォトニック結晶面発光レーザ構造。

【請求項10】

前記活性層及び前記屈折率整合層を覆う電子閉じ込め層を更に備える請求項１～９の何れか一項に記載のフォトニック結晶面発光レーザ構造。

【請求項11】

前記フォトニック結晶構造に設けられるＰ型クラッド層と、前記Ｐ型クラッド層に設けられる第２の基板と、を更に備える請求項１～１０の何れか一項に記載のフォトニック結晶面発光レーザ構造。

【請求項12】

前記第２の基板の前記Ｐ型クラッド層から離れた側に設けられるとともに、前記第２の基板の前記Ｐ型クラッド層から離れた表面に接触する金属電極を更に備える請求項１１に記載のフォトニック結晶面発光レーザ構造。

【請求項13】

前記フォトニック結晶構造に設けられる透明導電層を更に備える請求項１～１０の何れか一項に記載のフォトニック結晶面発光レーザ構造。

【請求項14】

前記透明導電層の前記フォトニック結晶構造から離れた側に設けられるとともに、前記透明導電層の前記フォトニック結晶構造から離れた表面に接触する金属電極を更に備える請求項１３に記載のフォトニック結晶面発光レーザ構造。

【請求項15】

前記第１の基板の前記Ｎ型クラッド層から離れた側に設けられるとともに、前記第１の基板の前記Ｎ型クラッド層から離れた表面に接触する金属電極を更に備える請求項１～１１及び１３の何れか一項に記載のフォトニック結晶面発光レーザ構造。

【請求項16】

前記フォトニック結晶構造は、複数の周期的なホールを含む請求項１～１５の何れか一項に記載のフォトニック結晶面発光レーザ構造。

【請求項17】

前記第１の基板、前記Ｎ型クラッド層及び前記活性層は、１つの方向に沿って配列され、前記周期的なホールは、前記方向に垂直である平面に沿って配列される請求項１６に記載のフォトニック結晶面発光レーザ構造。

【請求項18】

前記周期的なホールの断面形状は、円形、四角形又は六角形である請求項１６又は１７に記載のフォトニック結晶面発光レーザ構造。

【請求項19】

前記活性層は、量子井戸を含む請求項１～１８の何れか一項に記載のフォトニック結晶面発光レーザ構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、フォトニック結晶面発光レーザ構造に関する。

【背景技術】

【0002】

レーザは、医療、光通信及び工業加工等の分野で広く適用される。従来のレーザ構造では、発散角（ｄｉｖｅｒｇｅｎｃｅ ａｎｇｌｅ）が大き過ぎ、且つ閾値電流が大き過ぎるという問題が存在し、まだ解決されていない。

【発明の概要】

【0003】

これに鑑みて、本開示の目的の一つは、発散角が小さく閾値電流が小さいフォトニック結晶面発光レーザ構造を提案することである。

【0004】

上記の目的を達成するために、本開示のいくつかの実施形態によれば、フォトニック結晶面発光レーザ構造は、第１の基板と、第１の基板に設けられるＮ型クラッド層と、Ｎ型クラッド層に設けられる活性層と、活性層を取り囲むようにＮ型クラッド層に設けられ、電気的に絶縁され、且つ、その等価屈折率と活性層の等価屈折率とが実質的に同じである屈折率整合層と、活性層及び屈折率整合層に設けられるフォトニック結晶構造と、を備える。

【0005】

本開示の１つ又は複数の実施形態において、屈折率整合層は、活性層からの光を透過させる。

【0006】

本開示の１つ又は複数の実施形態において、活性層の横方向長さは、フォトニック結晶構造の横方向長さよりも小さい。

【0007】

本開示の１つ又は複数の実施形態において、活性層の断面積は、フォトニック結晶構造の断面積よりも小さい。

【0008】

本開示の１つ又は複数の実施形態において、活性層は、フォトニック結晶構造のＮ型クラッド層への垂直投影領域内に位置する。

【0009】

本開示の１つ又は複数の実施形態において、屈折率整合層は、少なくとも一部がフォトニック結晶構造のＮ型クラッド層への垂直投影領域内に位置する。

【0010】

本開示の１つ又は複数の実施形態において、活性層の横方向長さは、６～１０マイクロメートルである。

【0011】

本開示の１つ又は複数の実施形態において、屈折率整合層は、活性層の側面に接触する。

【0012】

本開示の１つ又は複数の実施形態において、活性層は、フォトニック結晶構造に向かう頂面と、Ｎ型クラッド層に向かう底面と、を更に有し、活性層の側面は、頂面と底面との間に接続され、屈折率整合層は、活性層の頂面及び底面と離隔している。

【0013】

本開示の１つ又は複数の実施形態において、活性層は、実質的に円柱体である。

【0014】

本開示の１つ又は複数の実施形態において、フォトニック結晶面発光レーザ構造は、活性層及び屈折率整合層を覆う電子閉じ込め層を更に備える。

【0015】

本開示の１つ又は複数の実施形態において、フォトニック結晶面発光レーザ構造は、フォトニック結晶構造に設けられるＰ型クラッド層と、Ｐ型クラッド層に設けられる第２の基板と、を更に備える。

【0016】

本開示の１つ又は複数の実施形態において、フォトニック結晶面発光レーザ構造は、第２の基板のＰ型クラッド層から離れた側に設けられるとともに、第２の基板のＰ型クラッド層から離れた表面に接触する金属電極を更に備える。

【0017】

本開示の１つ又は複数の実施形態において、フォトニック結晶面発光レーザ構造は、フォトニック結晶構造に設けられる透明導電層を更に備える。

【0018】

本開示の１つ又は複数の実施形態において、フォトニック結晶面発光レーザ構造は、透明導電層のフォトニック結晶構造から離れた側に設けられるとともに、透明導電層のフォトニック結晶構造から離れた表面に接触する金属電極を更に備える。

【0019】

本開示の１つ又は複数の実施形態において、フォトニック結晶面発光レーザ構造は、第１の基板のＮ型クラッド層から離れた側に設けられるとともに、第１の基板のＮ型クラッド層から離れた表面に接触する金属電極を更に備える。

【0020】

本開示の１つ又は複数の実施形態において、フォトニック結晶構造は、複数の周期的なホールを含む。

【0021】

本開示の１つ又は複数の実施形態において、周期的なホールは、第１の基板、Ｎ型クラッド層及び活性層の配列方向に垂直である平面に沿って配列される。

【0022】

本開示の１つ又は複数の実施形態において、周期的なホールの断面形状は、円形、四角形又は六角形である。

【0023】

本開示の１つ又は複数の実施形態において、活性層は、量子井戸を含む。

【0024】

以上を纏めると、本開示のフォトニック結晶面発光レーザ構造は、活性層を取り囲んで設けられた屈折率整合層を備え、屈折率整合層が電気的に絶縁され、且つ、屈折率整合層の等価屈折率と活性層の等価屈折率とが実質的に同じである。上記の構造配置によれば、レーザの発散角及び閾値電流を小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

下記の添付図面についての説明は、本開示の上記及び他の目的、特徴、メリット並びに実施形態をより明らかで分かりやすくするためのものである。

【図1A】本開示の一実施形態によるフォトニック結晶面発光レーザ構造を示す上面図である。

【図1B】図１Ａに示すフォトニック結晶面発光レーザ構造の領域Ｍ内での拡大透視図である。

【図1C】図１Ａに示すフォトニック結晶面発光レーザ構造の線分１－１’に沿う断面図である。

【図2】図１Ｃに示すフォトニック結晶面発光レーザ構造の各製造段階における断面図である。

【図3】図１Ｃに示すフォトニック結晶面発光レーザ構造の各製造段階における断面図である。

【図4】図１Ｃに示すフォトニック結晶面発光レーザ構造の各製造段階における断面図である。

【図5】図１Ｃに示すフォトニック結晶面発光レーザ構造の各製造段階における断面図である。

【図6】図１Ｃに示すフォトニック結晶面発光レーザ構造の各製造段階における断面図である。

【図7】本開示の別の実施形態によるフォトニック結晶面発光レーザ構造を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

添付図面及び下記に示す各種の実施形態を参照することにより、本開示の説明をより詳しく完備にすることができる。図面における各素子は、縮尺通りに描いておらず、本開示を説明するために提供されるものに過ぎない。以下に説明される多くの実際的な細部は、本開示を全面的に理解するためのものであり、当業者であれば、１つ又は複数の実際的な細部がなくても本開示を実施できることを理解できるはずである。従って、これらの細部は、本開示を限定するものとすべきではない。

【0027】

図１Ａ～図１Ｃを参照されたい。図１Ａは、本開示の一実施形態によるフォトニック結晶面発光レーザ構造１００を示す上面図であり、図１Ｂは、図１Ａに示すフォトニック結晶面発光レーザ構造１００の領域Ｍ内での拡大透視図であり、図１Ｃは、図１Ａに示すフォトニック結晶面発光レーザ構造１００の線分１－１’に沿う断面図である。フォトニック結晶面発光レーザ構造１００は、第１の方向Ｙに沿って積み重ねられた第１の基板１１０、Ｎ型クラッド層１２０、活性層１３０、屈折率整合層１４０、フォトニック結晶構造１５０、Ｐ型クラッド層１６０及び第２の基板１７０を備える。第１の基板１１０は、例えば、半導体基板であり、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）又は他の適切な半導体材料を含んでよい。Ｎ型クラッド層１２０は、第１の基板１１０に設けられる。活性層１３０及び屈折率整合層１４０は、何れもＮ型クラッド層１２０に設けられる。いくつかの実施形態において、活性層１３０は、量子井戸を含み、フォトニック結晶面発光レーザ構造１００に通電する時に発光するように配置される。

【0028】

いくつかの実施形態において、Ｎ型クラッド層１２０は、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、ヒ化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓ）、リン化ヒ化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓＰ）、ヒ化アルミニウム（ＡｌＡｓ）、ヒ化アルミニウムガリウムインジウム（ＡｌＧａＩｎＡｓ）、リン化アルミニウムガリウムインジウム（ＡｌＧａＩｎＰ）、ヒ化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＡｓ）、ヒ化窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮＡｓ）、ヒ化ガリウムアンチモン（ＧａＡｓＳｂ）、アンチモン化ガリウム（ＧａＳｂ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、ヒ化インジウム（ＩｎＡｓ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、リン化アルミニウム（ＡｌＰ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、窒化アルミニウムインジウムガリウム（ＡｌＩｎＧａＮ）、他の適切な半導体材料又は上記材料の任意の組み合わせを含む。

【0029】

図１Ａ～図１Ｃに示すように、フォトニック結晶構造１５０は、活性層１３０及び屈折率整合層１４０に設けられる。活性層１３０からの光は、フォトニック結晶構造１５０において共振してレーザビームＬＢを生じ、レーザビームＬＢを第１の方向Ｙに沿ってフォトニック結晶面発光レーザ構造１００の頂部から出射させる。

【0030】

図１Ａ～図１Ｃに示すように、いくつかの実施形態において、フォトニック結晶構造１５０は、ベース１５１及び複数の周期的なホール１５２を含む。ベース１５１は、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）又は他の適切な半導体材料を含んでよいが、周期的なホール１５２は、ベース１５１の活性層１３０及び屈折率整合層１４０から離れた側に形成され、且つ、第１の方向Ｙに実質的に垂直である第２の方向Ｘに沿って配列される。いくつかの実施形態において、周期的なホール１５２は、第１の方向Ｙに垂直である平面に沿って配列される。いくつかの実施形態において、周期的なホール１５２の断面形状は、円形、四角形又は六角形であってよい。

【0031】

図１Ａ～図１Ｃに示すように、Ｐ型クラッド層１６０は、フォトニック結晶構造１５０に設けられるが、第２の基板１７０は、Ｐ型クラッド層１６０に設けられる。第２の基板１７０は、例えば、Ｐ－ＧａＡｓのようなＰ型半導体材料を含んでよい。

【0032】

いくつかの実施形態において、Ｐ型クラッド層１６０は、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、ヒ化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓ）、リン化ヒ化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓＰ）、ヒ化アルミニウム（ＡｌＡｓ）、ヒ化アルミニウムガリウムインジウム（ＡｌＧａＩｎＡｓ）、リン化アルミニウムガリウムインジウム（ＡｌＧａＩｎＰ）、ヒ化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＡｓ）、ヒ化窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮＡｓ）、ヒ化ガリウムアンチモン（ＧａＡｓＳｂ）、アンチモン化ガリウム（ＧａＳｂ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、ヒ化インジウム（ＩｎＡｓ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、リン化アルミニウム（ＡｌＰ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、窒化アルミニウムインジウムガリウム（ＡｌＩｎＧａＮ）、他の適切な半導体材料又は上記材料の任意の組み合わせを含む。

【0033】

図１Ａ～図１Ｃに示すように、屈折率整合層１４０は、活性層１３０を取り囲んで設けられる。活性層１３０は、例えば、円柱体であり、上面視で円形となる。屈折率整合層１４０は、活性層１３０の底面（即ち、活性層１３０のＮ型クラッド層１２０に向かう表面）及び頂面（即ち、活性層１３０のフォトニック結晶構造１５０に向かう表面）と離隔し、活性層１３０の側面（即ち、活性層１３０の頂面と底面との間に接続される表面）に接触する。屈折率整合層１４０は、電気的に絶縁されるため、フォトニック結晶面発光レーザ構造１００に通電する時に、電流が活性層１３０のみを通る。屈折率整合層１４０は、能動的に発光しないし、光を吸収することもない。なお、屈折率整合層１４０の等価屈折率と活性層１３０の等価屈折率とは実質的に同じである。上記の構造配置によれば、レーザの発散角及び閾値電流を小さくすることができる。

【0034】

いくつかの実施形態において、屈折率整合層１４０は、誘電材料又は非導電又は高インピーダンスの半導体材料（例えば、アンドープ半導体材料、又は、ドープ半導体材料、例えば、ＧａＮにＦｅをドープしたもの）を含む。いくつかの実施形態において、屈折率整合層１４０は、活性層１３０からの光を透過させる。

【0035】

図１Ａ～図１Ｃに示すように、いくつかの実施形態において、活性層１３０の横断面（即ち、活性層１３０の第１の方向Ｙに垂直である断面）の面積は、フォトニック結晶構造１５０の横断面（即ち、フォトニック結晶構造１５０の第１の方向Ｙに垂直である断面）の面積よりも小さい。フォトニック結晶面発光レーザ構造１００に通電する時に、電流が範囲の小さい活性層１３０に注入されるが、発光領域が範囲の大きいフォトニック結晶構造１５０まで広がることができる。いくつかの実施形態において、屈折率整合層１４０の断面積と活性層１３０の断面積との比は、１．５～１００の範囲内にある。

【0036】

図１Ａ～図１Ｃに示すように、いくつかの実施形態において、活性層１３０の横方向長さＷ１は、フォトニック結晶構造１５０の横方向長さＷ２よりも小さく、横方向長さは、第２の方向Ｘにおける長さを示す。いくつかの実施形態において、活性層１３０の横方向長さＷ１は、６～１０マイクロメートルである。活性層１３０が円柱体である実施形態において、横方向長さＷ１は、活性層１３０の直径に相当する。

【0037】

図１Ａ～図１Ｃに示すように、いくつかの実施形態において、活性層１３０は、フォトニック結晶構造１５０のＮ型クラッド層１２０への垂直投影領域内に位置し、垂直投影領域は、第１の方向Ｙの逆方向に沿って投影した領域を示す。いくつかの実施形態において、活性層１３０を取り囲んで設けられた屈折率整合層１４０は、少なくとも一部がフォトニック結晶構造１５０のＮ型クラッド層１２０への垂直投影領域内に位置する。

【0038】

図１Ａ～図１Ｃに示すように、いくつかの実施形態において、フォトニック結晶面発光レーザ構造１００は、活性層１３０及び屈折率整合層１４０を覆うとともに、フォトニック結晶構造１５０と活性層１３０及び屈折率整合層１４０との間に位置する電子閉じ込め層１８０を更に備える。

【0039】

図１Ａ～図１Ｃに示すように、いくつかの実施形態において、フォトニック結晶面発光レーザ構造１００は、第１の電極１０１及び第２の電極１０２を更に備える。第１の電極１０１は、第１の基板１１０のＮ型クラッド層１２０から離れた側に設けられるとともに、第１の基板１１０のＮ型クラッド層１２０から離れた表面に接触する。第２の電極１０２は、第２の基板１７０のＰ型クラッド層１６０から離れた側に設けられるとともに、第２の基板１７０のＰ型クラッド層１６０から離れた表面に接触する。いくつかの実施形態において、第１の電極１０１及び第２の電極１０２は、金属電極である。いくつかの実施形態において、第２の電極１０２は、環状構造を含み、その中心に、レーザビームＬＢが通る開口を有する。

【0040】

いくつかの実施形態において、第１の電極１０１及び第２の電極１０２は、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、亜鉛（Ｚｎ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、銀（Ａｇ）、鉛（Ｐｂ）、パラジウム（Ｐｄ）、銅（Ｃｕ）、ベリリウム金（ＡｕＢｅ）、ベリリウムゲルマニウム（ＢｅＧｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉛スズ（ＰｂＳｎ）、クロム（Ｃｒ）、金亜鉛（ＡｕＺｎ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、チタンタングステン（ＴｉＷ）、他の適切な導電材料又は上記材料の任意の組み合わせを含む。

【0041】

以下、フォトニック結晶面発光レーザ構造１００の製造方法について説明する。

【0042】

図２～図６を参照されたく、図２～図６は、図１Ｃに示すフォトニック結晶面発光レーザ構造１００の各製造段階における断面図である。フォトニック結晶面発光レーザ構造１００の製造方法は、ステップＳ１～ステップＳ１１を含む。

【0043】

図２に示すように、まず、ステップＳ１において、積み重ねて設けられる第１の基板１１０、Ｎ型クラッド層１２０及び活性層１３０を形成する。第１の基板１１０、Ｎ型クラッド層１２０及び活性層１３０は、第１の方向Ｙに沿って配列され、且つ、活性層１３０は、Ｎ型クラッド層１２０の上面を覆う。いくつかの実施形態において、ステップＳ１は、エピタキシャル成長により、積み重ねて設けられる第１の基板１１０、Ｎ型クラッド層１２０及び活性層１３０を形成することを含む。

【0044】

図３に示すように、続いて、ステップＳ３において、活性層１３０を取り囲んで設けられる屈折率整合層１４０を形成する。いくつかの実施形態において、ステップＳ３は、ステップＳ２で形成された活性層１３０の外縁をエッチングしてから、エピタキシャル成長により、活性層１３０の全周に屈折率整合層１４０を形成することを含む。いくつかの実施形態において、ステップＳ３は、屈折率整合層１４０を形成するように、活性層１３０に量子井戸混合（ｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌ ｉｎｔｅｒｍｉｘｉｎｇ）を実行することを含む。

【0045】

図４に示すように、続いて、ステップＳ５において、活性層１３０及び屈折率整合層１４０に、積み重ねて設けられる電子閉じ込め層１８０及び半導体層１５０Ａ（例えば、Ｐ－ＧａＡｓ）を形成する。電子閉じ込め層１８０及び半導体層１５０Ａは、第１の方向Ｙに沿って配列され、且つ、半導体層１５０Ａは、電子閉じ込め層１８０の上面を覆う。いくつかの実施形態において、ステップＳ５は、エピタキシャル成長により、活性層１３０及び屈折率整合層１４０に、積み重ねて設けられる電子閉じ込め層１８０及び半導体層１５０Ａを形成することを含む。

【0046】

図５に示すように、続いて、ステップＳ７において、半導体層１５０Ａ内にフォトニック結晶構造１５０を形成する。いくつかの実施形態において、ステップＳ７は、一部の半導体層１５０Ａを除去してフォトニック結晶構造１５０の周期的なホール１５２を形成することを含む。残された半導体層１５０Ａは、フォトニック結晶構造１５０のベース１５１とされる。いくつかの実施形態において、ステップＳ７は、エッチング又はフォトリソグラフィにより、一部の半導体層１５０Ａを除去してフォトニック結晶構造１５０の周期的なホール１５２を形成することを含む。

【0047】

図６に示すように、続いて、ステップＳ９において、フォトニック結晶構造１５０に、積み重ねて設けられるＰ型クラッド層１６０及び第２の基板１７０（例えば、Ｐ－ＧａＡｓ）を形成する。Ｐ型クラッド層１６０及び第２の基板１７０は、第１の方向Ｙに沿って配列され、且つ、第２の基板１７０は、Ｐ型クラッド層１６０の上面を覆う。いくつかの実施形態において、ステップＳ９は、エピタキシャル成長により、フォトニック結晶構造１５０に、積み重ねて設けられるＰ型クラッド層１６０及び第２の基板１７０を形成することを含む。

【0048】

再び図１Ｃを参照されたく、最後に、ステップＳ１１において、第１の電極１０１及び第２の電極１０２を形成し、第１の電極１０１は、第１の基板１１０のＮ型クラッド層１２０から離れた側に設けられるとともに、第１の基板１１０のＮ型クラッド層１２０から離れた表面に接触する。第２の電極１０２は、第２の基板１７０のＰ型クラッド層１６０から離れた側に設けられるとともに、第２の基板１７０のＰ型クラッド層１６０から離れた表面に接触する。いくつかの実施形態において、ステップＳ１１は、堆積により、第１の基板１１０のＮ型クラッド層１２０から離れた表面に第１の電極１０１を形成し、且つ第２の基板１７０のＰ型クラッド層１６０から離れた表面に第２の電極１０２を形成することを含む。

【0049】

図７を参照されたく、図７は、本開示の別の実施形態によるフォトニック結晶面発光レーザ構造２００を示す断面図である。本実施形態と図１Ｃに示す実施形態との相違点は、フォトニック結晶面発光レーザ構造２００がＰ型クラッド層１６０及び第２の基板１７０の代わりに透明導電層２９０を備えることにある。透明導電層２９０は、フォトニック結晶構造１５０の活性層１３０から離れた側を覆い、第２の電極１０２は、透明導電層２９０に設けられるとともに、透明導電層２９０のフォトニック結晶構造１５０から離れた表面に接触する。

【0050】

いくつかの実施形態において、フォトニック結晶面発光レーザ構造２００の製造方法は、フォトニック結晶構造１５０を形成した後に、フォトニック結晶構造１５０の前記活性層１３０から離れた側に透明導電層２９０をメッキすることを含む。

【0051】

いくつかの実施形態において、透明導電層２９０は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化アルミニウムガリウムインジウムスズ（ＡｌＧａＩｎＳｎＯ）、酸化アルミニウム亜鉛（ＡＺＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）、酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）、酸化亜鉛スズ（ＳｎＺｎＯ）、グラフェン（Ｇｒａｐｈｅｎｅ）、他の適切な透明導電材料又は上記材料の任意の組み合わせを含む。上記材料は、可視光波長域及び赤外光波長域で優れた透過率を有し、レーザビームＬＢを発することに寄与する。

【0052】

以上を纏めると、本開示のフォトニック結晶面発光レーザ構造は、活性層を取り囲んで設けられた屈折率整合層を備え、屈折率整合層が電気的に絶縁され、且つ、屈折率整合層の等価屈折率と活性層の等価屈折率とが実質的に同じである。上記の構造配置によれば、レーザの発散角及び閾値電流を小さくすることができる。

【0053】

本開示は実施形態を前述の通りに開示したが、上記の実施形態は本開示を限定するものではなく、当業者であれば、本開示の精神と範囲から逸脱しない限り、多様の変更や修飾を加えることができる。従って、本開示の保護範囲は、下記特許請求の範囲で指定した内容を基準とするものである。

【符号の説明】

【0054】

１００、２００ フォトニック結晶面発光レーザ構造
１０１ 第１の電極
１０２ 第２の電極
１１０ 第１の基板
１２０ Ｎ型クラッド層
１３０ 活性層
１４０ 屈折率整合層
１５０ フォトニック結晶構造
１５０Ａ 半導体層
１５１ ベース
１５２ 周期的なホール
１６０ Ｐ型クラッド層
１７０ 第２の基板
１８０ 電子閉じ込め層
２９０ 透明導電層
ＬＢ レーザビーム
Ｍ 領域
Ｗ１、Ｗ２ 横方向長さ
Ｘ 第２の方向
Ｙ 第１の方向

【要約】

【課題】フォトニック結晶面発光レーザ構造を提供する。
【解決手段】基板と、基板に設けられるＮ型クラッド層と、Ｎ型クラッド層に設けられる活性層と、活性層を取り囲むようにＮ型クラッド層に設けられ、電気的に絶縁され、且つ、その等価屈折率と活性層の等価屈折率とが実質的に同じである屈折率整合層と、活性層及び屈折率整合層に設けられるフォトニック結晶構造と、を備えるフォトニック結晶面発光レーザ構造。
【選択図】図１Ｃ

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】