特許 7485284 フォトニック結晶面発光レーザ素子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-08

(45)【発行日】2024-05-16

(54)【発明の名称】フォトニック結晶面発光レーザ素子

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/183 20060101AFI20240509BHJP

【ＦＩ】

H01S5/183

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020120961

(22)【出願日】2020-07-14

(65)【公開番号】P2022018026

(43)【公開日】2022-01-26

【審査請求日】2023-06-14

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和２年度、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構委託事業、「高輝度・高効率次世代レーザー技術開発／次々世代加工に向けた新規光源・要素技術開発／フォトニック結晶レーザーの短パルス化・短波長化」、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】504132272

【氏名又は名称】国立大学法人京都大学

(73)【特許権者】

【識別番号】000002303

【氏名又は名称】スタンレー電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000800

【氏名又は名称】デロイトトーマツ弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】野田 進

(72)【発明者】

【氏名】井上 卓也

(72)【発明者】

【氏名】江本 渓

(72)【発明者】

【氏名】小泉 朋朗

【審査官】村井 友和

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０１６７５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００８／０１８２２０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－２０１０６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１０６３９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０６８３３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１１３４９０（ＪＰ，Ａ）

(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】

フォトニック結晶層を有するフォトニック結晶面発光レーザ素子であって、
層に平行な面内における形成領域内に２次元的な周期性を有して配された空孔を有するフォトニック結晶層が埋め込まれて形成された第１の半導体層と、
前記第１の半導体層上に形成された活性層と、
前記活性層上に形成された第２の半導体層と、
前記第２の半導体層の表面に形成されたメサ形状のメサ部と、を有し、
前記メサ部は前記フォトニック結晶層に対して垂直方向から見たとき前記空孔の前記形成領域の内側に形成されており、
前記メサ部は、前記第２の半導体層の表面から内部に達する溝によって画定されている、フォトニック結晶面発光レーザ素子。

【請求項2】

前記溝は、前記フォトニック結晶層に対して垂直方向から見たとき、前記溝の外周が前記空孔の前記形成領域の外側にあるように形成されている、請求項１に記載のフォトニック結晶面発光レーザ素子。

【請求項3】

前記空孔の前記形成領域は円形状を有し、前記メサ部は前記空孔の前記形成領域と同軸の円柱形状を有する、請求項１又は２に記載のフォトニック結晶面発光レーザ素子。

【請求項4】

前記第２の半導体層は、ガイド層と、前記ガイド層上に形成され、前記ガイド層よりもエネルギーバンドギャップが小さい及び／又は不純物濃度が高い表面層とを有し、前記溝は前記表面層を貫通して前記ガイド層の内部に達する、請求項１～３のいずれか一項に記載のフォトニック結晶面発光レーザ素子。

【請求項5】

フォトニック結晶層を有するフォトニック結晶面発光レーザ素子であって、
層に平行な面内における形成領域内に２次元的な周期性を有して配された空孔を有するフォトニック結晶層が埋め込まれて形成された第１の半導体層と、
前記第１の半導体層上に形成された活性層と、
前記活性層上に形成された第２の半導体層と、
前記第２の半導体層の表面に形成されたメサ形状のメサ部と、を有し、
前記メサ部は前記フォトニック結晶層に対して垂直方向から見たとき前記空孔の前記形成領域の内側に形成されており、
前記第２の半導体層は、前記メサ部と、前記メサ部以外の部分である平坦部とを有する、フォトニック結晶面発光レーザ素子。

【請求項6】

前記メサ部は、前記フォトニック結晶層に対して垂直方向から見たとき、前記メサ部の外周が前記空孔の前記形成領域の内側にあるように形成されている、請求項５に記載のフォトニック結晶面発光レーザ素子。

【請求項7】

前記空孔の前記形成領域は円形状を有し、前記メサ部は前記空孔の前記形成領域と同軸の円柱形状を有する、請求項５又は６に記載のフォトニック結晶面発光レーザ素子。

【請求項8】

前記第２の半導体層の表面は平坦であり、
前記メサ部は、前記第２の半導体層の前記表面上に設けられ、透光性の酸化物導電体で形成されている、請求項１又は５に記載のフォトニック結晶面発光レーザ素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、フォトニック結晶面発光レーザ素子に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、フォトニック結晶（ＰＣ：Photonic-Crystal）を用いた、フォトニック結晶面発光レーザ（Photonic-Crystal Surface-Emitting Laser）の開発が進められている。

【0003】

例えば、非特許文献１には、フォトニック結晶レーザの面内回折効果と閾値利得差について開示され、非特許文献２は、正方格子フォトニック結晶レーザの三次元結合波モデルについて開示されている。

【0004】

また、異なるサイズの複数の空孔を格子点に配置して構成された多重格子フォトニック結晶を有するフォトニック結晶面発光レーザが知られている。

【0005】

例えば、特許文献１には、板状の母材内に、該母材とは屈折率が異なる複数の領域から成り該領域のうち少なくとも２個の厚さが互いに異なる異屈折率領域集合体を多数、周期的に配置した２次元フォトニック結晶を有する２次元フォトニック結晶面発光レーザ光源が記載されている。

【0006】

また、非特許文献３には、フォトニック結晶の空孔サイズや格子定数を変化させることで、ビーム品質劣化を招く多モード発振を抑制することについて開示されている。

【0007】

しかし、フォトニック結晶は非常に小さな空孔を有するため、空孔のサイズや格子定数を精度よく製造することは困難である。

【0008】

このような２次元フォトニック結晶面発光レーザ素子においては、高次モード発振を抑制し、基本モードを維持しつつ高電流注入時においても安定した、ビーム品質の高いレーザ素子を実現することが重要である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【文献】特許第４２９４０２３号公報

【非特許文献】

【0010】

【文献】田中他、２０１６年秋季応用物理学会予稿集15p-B4-20

【文献】Y. Liang et al.:Phys. Rev.B Vol.84(2011)195119

【文献】M. Yoshida et al., Proceedings of the IEEE (2019). “Experimental Investigation of Lasing Modes in Double-Lattice Photonic-Crystal Resonators and Introduction of In-Plane Heterostructures.”

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

本発明は、フォトニック結晶面発光レーザにおいて、高次モード発振を抑制し、高電流注入時に至るまで基本モードを維持しつつ、安定した、ビーム品質の高いレーザ素子を実現することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明の１実施態様による面発光レーザ素子は、フォトニック結晶層を有するフォトニック結晶面発光レーザ素子であって、
層に平行な面内における形成領域内に２次元的な周期性を有して配された空孔を有するフォトニック結晶層が埋め込まれて形成された第１の半導体層と、
前記第１の半導体層上に形成された活性層と、
前記活性層上に形成された第２の半導体層と、
前記第２の半導体層の表面に形成されたメサ形状のメサ部と、を有し、
前記メサ部は前記フォトニック結晶層に対して垂直方向から見たとき前記空孔の前記形成領域の内側に形成されている。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1A】実施例１のフォトニック結晶レーザ素子（ＰＣＳＥＬ素子）１０の構造の一例を模式的に示す断面図である。

【図1B】図１Ａのフォトニック結晶層１４Ｐ及びフォトニック結晶層１４Ｐ中に配列された空孔対１４Ｋを模式的に示す拡大断面図である。

【図2A】フォトニック結晶レーザ１０の上面を模式的に示す平面図である。

【図2B】フォトニック結晶層１４Ｐのｎ－ガイド層１４に平行な面（図１Ｂ、Ａ－Ａ断面）における断面を模式的に示す断面図である。

【図2C】フォトニック結晶レーザ１０の底面を模式的に示す平面図である。

【図3】主開口Ｋ１と副開口Ｋ２を正方格子状に面内で２次元配列して形成するためのレジストパターンを模式的に示す上面図である。

【図4】本実施例のフォトニック結晶層１４Ｐの空孔形状を示すＳＥＭ像である。

【図5】比較例１のＰＣＳＥＬ素子９０を模式的に示す断面図である。

【図6A】実施例１のＰＣＳＥＬ素子１０の遠視野像を示す図である。

【図6B】比較例１のＰＣＳＥＬ素子９０の遠視野像を示す図である。

【図7】空間的位置に対する発振モード周波数を、実施例１及び比較例１の場合を比較して模式的に示す図である。

【図8】実施例２のＰＣＳＥＬ素子２０の構造の一例を模式的に示す断面図である。

【図9】実施例３のＰＣＳＥＬ素子３０の構造の一例を模式的に示す断面図である。

【図10】実施例４のＰＣＳＥＬ素子４０の構造の一例を模式的に示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下においては、本発明の好適な実施形態について説明するが、これらを適宜改変し、組合せてもよい。また、以下の説明及び添付図面において、実質的に同一又は等価な部分には同一の参照符を付して説明する。

【実施例1】

【0015】

［フォトニック結晶面発光レーザの構造］
フォトニック結晶面発光レーザ（以下、ＰＣＳＥＬとも称する。）は、発光素子を構成する半導体発光構造層（ｎ－ガイド層、発光層、ｐ－ガイド層）と平行方向に共振器層を有し、当該共振器層に直交する方向にコヒーレントな光を放射する素子である。

【0016】

一方、半導体発光構造層を挟む一対の共振器ミラー（ブラッグ反射鏡）を有する分布ブラッグ反射型（Distributed Bragg Reflector：ＤＢＲ ）レーザが知られているが、フォトニック結晶面発光レーザ（ＰＣＳＥＬ）は、以下の点でＤＢＲレーザとは異なっている。すなわち、フォトニック結晶面発光レーザ（ＰＣＳＥＬ）では、フォトニック結晶層に平行な面内を伝搬する光波はフォトニック結晶の回折効果により回折され２次元的な共振モードを形成するとともに、当該平行面に垂直な方向にも回折される。すなわち、共振方向（フォトニック結晶層に平行な面内）に対して、光取り出し方向が垂直方向である。

【0017】

図１Ａは、実施例１のフォトニック結晶レーザ素子（ＰＣＳＥＬ素子）１０の構造の一例を模式的に示す断面図である。ＰＣＳＥＬ素子１０は、複数の半導体層が基板上に積層されて構成されている。当該半導体層は、例えば、ＧａＮ系半導体などの六方晶系の窒化物半導体からなる。

【0018】

より詳細には、基板１１上に、ｎ－クラッド層（第１導電型の第１のクラッド層）１３、ｎ－ガイド層（第１のガイド層）１４、活性層１５、ｐ－ガイド層（第２のガイド層）１６及びｐ－コンタクト層１７がこの順で形成されている。

【0019】

ｎ－クラッド層（第１導電型の第１のクラッド層）１３及びｎ－ガイド層（第１のガイド層）１４は第１の半導体層１２を構成し、第２のガイド層１６及びｐ－コンタクト層１７は第２の半導体層１８を構成する。第１の半導体層１２は第１導電型（例えばｎ型）の半導体層を含み、第２の半導体層１８は、第１導電型とは反対導電型（例えばｐ型）の半導体層を含んでいる。

【0020】

また、ｎ－ガイド層（第１のガイド層）１４は、下ガイド層１４Ａ、フォトニック結晶層（空孔層、またはＰＣ層）１４Ｐ及び埋込層１４Ｂからなる。フォトニック結晶層１４Ｐは層に平行な面内において２次元的な周期性を有して配された空孔を有している。

【0021】

第２のガイド層１６は、活性層１５上に設けられた第１のｐ側半導体層１６Ａ、第１のｐ側半導体層１６Ａ上に設けられた電子障壁層（ＥＢＬ：Electron Blocking Layer）１６Ｂ、及び電子障壁層１６Ｂ上に設けられた第２のｐ側半導体層１６Ｃから構成されている。

【0022】

第２のガイド層１６上に形成されたｐ－コンタクト層１７は、金属電極とのオーミック接触性を向上させる半導体層であり、第２のｐ側半導体層１６Ｃよりもエネルギーバンドギャップが小さい半導体層及び／又は不純物濃度が高い半導体層で形成されている。

【0023】

本明細書においては第１導電型がｎ型、第１導電型の反対導電型である第２導電型がｐ型の場合について説明するが、第１導電型及び第２導電型がそれぞれｐ型、ｎ型であってもよい。

【0024】

なお、本明細書において、「ｎ－」、「ｐ－」は「ｎ側」、「ｐ側」を意味するものであって、必ずしもｎ型、ｐ型を有することを意味するものではない。例えば、ｎ－ガイド層は活性層よりもｎ側に設けられたガイド層を意味し、アンドープ層（又はｉ層）であってもよい。

【0025】

また、ｎ－クラッド層１３は単一層ではなく複数の層から構成されていてもよく、その場合、全ての層がｎ層（ｎドープ層）である必要はなく、アンドープ層（ｉ層）を含んでいてもよい。ｐ－ガイド層（第２のガイド層）１６についても同様である。

【0026】

また、上記においては、フォトニック結晶レーザ素子１０の具体的で詳細な半導体層の構成について説明したが、素子構造の一例を示したに過ぎない。要は、フォトニック結晶層１４Ｐを有する第１の半導体層（又は第１のガイド層）、第２の半導体層（又は第２のガイド層）、及びこれらの層に挟まれた活性層（発光層）を有し、活性層への電流注入によって発光するように構成されていればよい。

【0027】

例えば、フォトニック結晶レーザ素子は、上記した全ての半導体層を有する必要はない。あるいは、フォトニック結晶レーザ素子は、素子特性を向上するための種々の半導体層（例えば、正孔障壁層、光閉込め層、電流閉込め層、トンネル接合層など）を有していてもよい。

【0028】

また、基板１１の裏面には円環状のｎ電極（カソード）２０Ａが形成され、レーザ光出射面である基板１１の裏面のｎ電極２０Ａの内側には反射防止膜２２が設けられている。

【0029】

図１Ａに示すように、第２の半導体層１８の上面には第２の半導体層１８の表面（すなわち、ｐ－コンタクト層１７の表面）から第２のｐ側半導体層１６Ｃの内部に達する溝（グルーブ）１６Ｇが形成されている。

【0030】

なお、溝１６Ｇは、第２のガイド層１６の内部に達する深さで形成されていればよく、例えば、第２のｐ側半導体層１６Ｃの内部に留まる深さの溝として形成されていてもよい。

【0031】

図２Ａに示すように、溝１６Ｇは、ｎ－ガイド層１４（すなわち、フォトニック結晶層１４Ｐ）に垂直な方向から見たとき（以下、上面視ともいう。）、円形状のｐ電極２０Ｂの周囲を囲む円環状の溝として形成されている。すなわち、溝１６Ｇは、フォトニック結晶層１４Ｐの空孔形成領域１４Ｒよりも内側に形成された円筒状の溝である。溝１６Ｇの周方向に垂直な断面は矩形形状又は台形形状を有し、溝１６Ｇの底面は半導体層に平行な円環状の平坦面である。

【0032】

溝１６Ｇによって、第２のガイド層１６には円柱状のメサ形状を有するメサ部（以下、単にメサとも称する）１６Ｍが画定されている。メサ１６Ｍは、フォトニック結晶層１４Ｐに対して垂直方向から見たときに空孔形成領域１４Ｒの内側に形成されている。また、メサ１６Ｍは、薄い円柱状の空孔形成領域１４Ｒと同軸の円柱状の台地である。

【0033】

また、メサ１６Ｍのｐ－コンタクト層１７上にはｐ電極（アノード）２０Ｂが形成されている。

【0034】

積層された半導体層（すなわち、第１の半導体層１２、活性層１５及び第２の半導体層１８）の側面、ｐ電極２０Ｂの上面以外の表面、及び溝１６Ｇの内部（側面及び底面）は、ＳｉＯ₂などの絶縁膜２１で被覆されている。なお、図の明確さのため、絶縁膜２１にはハッチングを施していない。また、ｐ電極２０Ｂに電気的に接続されたパッド電極２３が形成されている。

【0035】

フォトニック結晶層１４Ｐから直接放出された光（直接放出光Ｌｄ）と、フォトニック結晶層１４Ｐから放出されｐ電極２０Ｂによって反射された光（反射放出光Ｌｒ）とが基板１１の裏面の光放出領域２０Ｌから外部に放出される。

【0036】

図１Ｂは、図１Ａのフォトニック結晶層１４Ｐ及びフォトニック結晶層１４Ｐ中に配列された空孔（キャビティ）対１４Ｋを模式的に示す拡大断面図である。空孔対１４Ｋ（主空孔１４Ｋ１及び副空孔１４Ｋ２）は、結晶成長面（半導体層成長面）、すなわちｎ－ガイド層１４に平行な面（図中、Ａ－Ａ断面）において、例えば正方格子状に周期ＰＫを有して、空孔対１４Ｋがそれぞれ正方格子点位置に２次元配列されてｎ－ガイド層１４内に埋め込まれて形成されている。

【0037】

図２Ａは、フォトニック結晶レーザ（ＰＣＳＥＬ）１０の上面を模式的に示す平面図、図２Ｂは、フォトニック結晶層（ＰＣ層）１４Ｐのｎ－ガイド層１４に平行な面（図１Ｂ、Ａ－Ａ断面）における断面を模式的に示す断面図、図２Ｃは、フォトニック結晶レーザ（ＰＣＳＥＬ）１０の底面を模式的に示す平面図である。

【0038】

図２Ｂに示すように、フォトニック結晶層１４Ｐにおいて空孔（キャビティ）１４Ｋは、例えば円形の空孔形成領域１４Ｒ内に周期的に配列されて設けられている。図２Ｃに示すように、ｎ電極（カソード）２０Ａは、フォトニック結晶層１４Ｐに対して垂直方向から見たとき（上面視において）、空孔形成領域１４Ｒに重ならないように空孔形成領域１４Ｒの外側に環状の電極として設けられている。ｎ電極２０Ａの内側の領域が光放出領域２０Ｌである。

【0039】

図１Ａに示すように、第２のガイド層１６のメサ１６Ｍは高さＨＭを有する。また、図１Ａ、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、メサ１６Ｍの直径ＤＭは、フォトニック結晶層１４Ｐの空孔形成領域１４Ｒの直径ＤＰよりも小さい（ＤＭ＜ＤＰ）。

【0040】

また、環状のｎ電極２０Ａは空孔形成領域１４Ｒと同軸であるように形成され、空孔形成領域１４Ｒの直径ＤＰは、ｎ電極２０Ａの内径ＤＥよりも小さい（ＤＰ＜ＤＥ）。
１．フォトニック結晶レーザ（ＰＣＳＥＬ）１０の作製工程
以下に、ＰＣＳＥＬ素子１０の作製工程について詳細に説明する。結晶成長方法としてＭＯＶＰＥ（Metalorganic Vapor Phase Epitaxy）法を用い、常圧（大気圧）成長により基板１１（成長基板）上に半導体層を成長して積層した。なお、以下に説明する工程でＳｎはステップｎを意味する。

【0041】

また、下記に示す層厚、キャリア濃度、３族（III族）及び５族（Ｖ族）原料等、温度等は、特に指定しない限り、例示に過ぎない。
［Ｓ１：基板準備工程］
基板１１として、主面が、Ｇａ原子が最表面に配列した（０００１）面である「＋ｃ」面のＧａＮ単結晶を用意した。主面はジャストでも、例えば、ｍ軸方向に１°程度までオフセットした基板でも良い。例えば、ｍ軸方向に１°程度までオフセットした基板は、広範な成長条件下にて鏡面成長を得ることができる。

【0042】

主面と対向する光放出領域２０Ｌが設けられた基板面（裏面）は、Ｎ原子が最表面に配列した（０００－１）面である「－ｃ」面である。－ｃ面は酸化等に対して耐性があるので光取り出し面として適している。

【0043】

本実施例では、ＧａＮ基板１１として、ｎ型ＧａＮ単結晶を用いた。ｎ型ＧａＮ基板１１は、電極とのコンタクト層の機能を有している。
［Ｓ２：ｎ－クラッド層形成工程］
＋ｃ面ＧａＮ基板１１上に、ｎ－クラッド層１３としてＡｌ組成が４％のｎ型Ａｌ_０．０４Ｇａ_０．９６Ｎ層を２μｍの層厚で成長した。ＡｌＧａＮ層は、５族原子の供給源としてアンモニア（ＮＨ_３）を供給しつつ、１１００℃に加熱されたＧａＮ基板へ、３族原子の供給源としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）及びトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を供給することにより成長した。

【0044】

キャリアのドーピングはシラン（ＳｉＨ_４）を上記原料と同時に供給することで行った（Ｓｉドープ）。このときの、室温でのキャリア濃度は凡そ４×１０^１８ｃｍ^－３であった。
［Ｓ３ａ：下ガイド層＋空孔準備層の形成工程］
続いて、ＴＭＧを供給し、ｎ－ガイド層１４としてｎ型ＧａＮを２５０ｎｍの層厚で成長した。キャリアのドーピングは、ＡｌＧａＮ層と同様にシラン（ＳｉＨ_４）を同時に供給した。この時のキャリア濃度は凡そ４×１０^１８ｃｍ^－３であった。この成長層は、下ガイド層１４Ａに加えてフォトニック結晶層１４Ｐを形成するための準備層である。

【0045】

なお、以下においては、説明の簡便さ及び理解の容易さのため、このような成長層が形成された基板１１（成長層付き基板）を、単に基板と称する場合がある。
［Ｓ３ｂ：空孔（ホール）形成工程］
上記準備層を形成後、基板をＭＯＶＰＥ装置のチャンバより取り出し、成長層表面に微細な空孔（ホール）を形成した。洗浄により清浄表面を得た後、窒化シリコン膜（Ｓｉ_ｘＮ_ｙ）をプラズマＣＶＤを用いて成膜した。この上に電子線描画用レジストをスピンコートで塗布し、電子描画装置に入れて２次元周期構造のパターニングを行った。

【0046】

図３に示すように、長方形状の主開口Ｋ１と、正方形状を有し、主開口Ｋ１よりも小なる副開口Ｋ２とからなる開口対を周期ＰＫ＝１６４ｎｍで正方格子状にレジストの面内で２次元配列したパターニングを行った。なお、図面の明確さのため、開口部にハッチングを施して示している。

【0047】

より詳細には、主開口Ｋ１は、その重心ＣＤ１が互いに直交する２方向（ｘ方向及びｙ方向）に周期ＰＫ＝１６４ｎｍで正方格子状に配列されている。副開口Ｋ２も同様に、その重心ＣＤ２がｘ方向及びｙ方向に周期ＰＫ＝１６４ｎｍで正方格子状に配列されている。

【0048】

なお、ｘ方向及びｙ方向はそれぞれ、主開口Ｋ１の長軸方向（＜１１－２０＞方向）及び短軸方向（＜１－１００＞方向）に対して４５°傾斜した方向である。本明細書では、ｘ－ｙ座標を空孔座標とも称する。

【0049】

主開口Ｋ１の長軸及び副開口Ｋ２の２辺は結晶方位の＜１１－２０＞方向に平行であり、主開口Ｋ１の短軸及び副開口Ｋ２の他の２辺は＜１－１００＞方向に平行である。なお、本明細書において、空孔（又はホール）の「長軸又は短軸」は、フォトニック結晶層１４Ｐに平行な面内における当該空孔断面（開口面）の長軸又は短軸をいう。

【0050】

また、副開口Ｋ２の重心ＣＤ２は、主開口Ｋ１の重心ＣＤ１に対してΔｘ及びΔｙだけ離間している。ここでは、Δｘ＝Δｙとした。すなわち、副開口Ｋ２の重心ＣＤ２は、主開口Ｋ１の重心ＣＤ１から＜１－１００＞方向に離間している。具体的には、ｘ方向の重心間距離Δｘ及びｙ方向の重心間距離Δｙは６５．６ｎｍ（＝ＰＫ×０．４）であった。

【0051】

パターニングしたレジストを現像後、ＩＣＰ－ＲＩＥ（Inductive Coupled Plasma - Reactive Ion Etching）装置によってＳｉ_ｘＮ_ｙ膜を選択的にドライエッチングした。これにより周期１６４ｎｍで正方格子状に配列された主開口Ｋ１及び副開口Ｋ２がＳｉ_ｘＮ_ｙ膜を貫通するように形成された。

【0052】

なお、周期（空孔間隔）ＰＫは、発振波長（λ）を４１０ｎｍ、ＧａＮの屈折率（ｎ）を２．５とし、ＰＫ＝λ／ｎ＝１６４ｎｍとして算出した。

【0053】

続いて、レジストを除去し、パターニングしたＳｉ_ｘＮ_ｙ膜をハードマスクとしてＧａＮ表面部に孔部（ホール）を形成した。ＩＣＰ－ＲＩＥ装置にて塩素系ガス及びアルゴンガスを用いてＧａＮを深さ方向にドライエッチングすることにより、ＧａＮ表面に垂直に掘られた長円柱状及び円柱状の空孔の対である孔部（ホール対）を形成した。つまり、長方形の主開口Ｋ１及び正方形の副開口Ｋ２に、長円柱状及び円柱状の孔部（ホール）が形成される。なお、本工程において、当該エッチングによりＧａＮ表面部に掘られた空孔をフォトニック結晶層１４Ｐにおける空孔（キャビティ）と区別するため、以下において「孔部（ホール）」と称する。
［Ｓ３ｃ：洗浄工程］
ホールを形成した基板は、脱脂洗浄を行った後、バッファードフッ酸（ＨＦ）にてＳｉ_ｘＮ_ｙ膜を除去した。
［Ｓ３ｄ：埋込層形成工程］
この基板を、再度ＭＯＶＰＥ装置のリアクタ内に導入し、アンモニア（ＮＨ₃）を供給して９５０℃（第１の埋込温度）まで昇温後、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）及びＮＨ₃を供給してホール対（主ホール及び副ホール）を閉塞し、埋込層１４Ｂを形成した。

【0054】

以上の埋込工程により、主空孔１４Ｋ１及び副空孔１４Ｋ２からなる空孔対１４Ｋが正方格子点の各々に配置された二重格子構造のフォトニック結晶層１４Ｐを有するｎ－ガイド層１４が形成された。
［Ｓ４：発光層形成工程］
続いて発光層である活性層１５として、多重井戸（ＭＱＷ）層を成長した。ＭＱＷのバリア層及び井戸層はそれぞれＧａＮ及びＩｎＧａＮであった。バリア層の成長は、基板を８２０℃まで降温後、３族原子の供給源としてトリエチルガリウム（ＴＥＧ）を、窒素源としてＮＨ₃を供給して行った。また、井戸層の成長はバリア層と同じ温度にて、３族原子の供給源としてＴＥＧ及びトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を、窒素源としてＮＨ₃を供給して行った。本実施例における活性層からのＰＬ（Photoluminescence）発光の中心波長は４１２ｎｍであった。
［Ｓ５：第１のｐ側半導体層形成工程］
活性層の成長後、基板を１０５０℃に昇温し、第１のｐ側半導体層１６ＡとしてＧａＮを１２０ｎｍの層厚で成長した。第１のｐ側半導体層１６Ａはドーパントをドープせずに、ＴＭＧ、ＮＨ₃を供給して成長した。
［Ｓ６：電子障壁層形成工程］
第１のｐ側半導体層１６Ａの成長後、基板温度を１０５０℃で維持したまま、電子障壁層(ＥＢＬ) １６Ｂを成長した。ＥＢＬ１６Ｂの成長は、３族原子源としてＴＭＧ及びＴＭＡを、窒素源としてＮＨ₃を供給して行った。またｐ－ドーパントとしてＣｐ2Ｍｇを供給した。以上により、Ａｌ組成が１８％、層厚が１７ｎｍのＥＢＬ１６Ｂを形成した。
［Ｓ７：第２のｐ側半導体層形成工程］
電子障壁層(ＥＢＬ) １６Ｂの成長後、基板温度を１０５０℃で維持したまま、第２のｐ側半導体層１６Ｃを成長した。第２のｐ側半導体層１６Ｃは、３族原子源としてＴＭＧ及びＴＭＡを、窒素源としてＮＨ₃を供給して成長を行った。またｐ－ドーパントとしてＣｐ2Ｍｇを供給した。以上により、Ａｌ組成が６％、層厚が６００ｎｍの第２のｐ側半導体層１６Ｃを形成した。なお、成長後のＮ₂雰囲気中で８５０℃、１０分間のアクチベーションをしたときの、ｐ－クラッド層（ｐ－ＡｌＧａＮ）１８のキャリア濃度は２×１０^１７ ｃｍ^－３であった。

【0055】

第２のｐ側半導体層１６Ｃの形成により、第１のｐ側半導体層１６Ａ、ＥＢＬ１６Ｂ及び第２のｐ側半導体層１６Ｃからなる第２のガイド層１６が形成された。
［Ｓ８：ｐ－コンタクト層形成工程］
第２のｐ側半導体層１６Ｃを成長後、基板温度を１０５０℃で維持したまま、層厚が２５ｎｍのｐ－コンタクト層１７を成長した。ｐ－コンタクト層１７の成長は、３族原子源としてＴＭＧを、窒素源としてＮＨ₃を供給して行った。またドーパントとしてＣｐ2Ｍｇを供給した。
［Ｓ９：素子分離溝形成工程］
エピタキシャル成長層の形成が完了した成長層付き基板の表面にスピンオングラス（SOG）法でＳｉＯ２を塗布した。塗布したＳｉＯ２膜にフォトリソグラフィを用いて素子分離溝をパターニングした。ＳｉＯ２をマスクにして、気相エッチングにてｎ側クラッド層１３又は成長用基板１１が露出するまでエッチングした。その後、ＢＨＦでＳｉＯ２マスクを除去し、素子分離溝を形成した。
［Ｓ１０：溝及びメサ形成工程］
再度、ＳＯＧ法で表面にＳｉＯ２を塗布した。塗布したＳｉＯ２膜にフォトリソグラフィを用いてパターニングし、マスクを形成した。このＳｉＯ２マスクを用いて、気相エッチングにて、ｐ－ガイド層（第２のガイド層）１６の内部に達する溝１６Ｇを形成した。図２Ａに示すように、円環状の溝１６Ｇの形成の結果、溝１６Ｇの内側には、ｐ－ガイド層１６の円柱状のメサ１６Ｍ（メサ部）が形成された。

【0056】

メサ１６Ｍは、フォトニック結晶層１４Ｐに対して垂直方向から見たときに空孔形成領域１４Ｒの外縁の内側であって、空孔形成領域１４Ｒと同心の円柱状の台地である。また、図１Ａに示すように、メサ１６Ｍは高さＨＭを有する。
［Ｓ１１：アノード電極形成工程］
エピタキシャル成長基板の表面にｐ電極金属層として厚さ１００ｎｍのパラジウム（Ｐｄ）を電子ビーム蒸着法により成膜した。ｐ電極金属層をフォトリソグラフィ法によりパターニングし、直径２００μｍのｐ電極２０Ｂをｐ－コンタクト層１７上に形成した。
［Ｓ１２：絶縁膜形成工程］
フォトリソグラフィ法を用いてｐ電極２０Ｂ上にマスクを形成した後、スパッタリングによって厚さ２００ｎｍのＳｉＯ₂絶縁膜（保護膜）を成膜した。リフトオフによってｐ電極２０Ｂ上のＳｉＯ₂絶縁膜２１を取り除いた。
［Ｓ１３：ｐ側パッド電極形成工程］
フォトリソグラフィ法を用いてＰＣＳＥＬ素子１０の上面上にマスクを形成した後、スパッタリングによってチタン／プラチナ／チタン／金（Ｔｉ/Ｐｔ/Ｔｉ/Ａｕ）からなる金属層をこの順で電子線蒸着法で成膜した。リフトオフによってＰＣＳＥＬ素子１０の上面周囲の金属層を取り除いてパッド電極２３を形成した。
［Ｓ１４：基板研磨工程］
次に、基板裏面を１５０μmの厚さまで研削し、さらにダイヤモンドスラリー及び化学機械研磨（ＣＭＰ）法により鏡面研磨した。
［Ｓ１５：加工変質層除去工程］
続いて、出射面をＫＯＨ溶液でウェットエッチングし、加工変質層を除去した。加工変質層の除去にはＮａＯＨ溶液、４メチル水酸化アンモニウム（ＴＭＡＨ）溶液等のウェットエッチングや塩素系ガスを用いたドライエッチング法を用いてもよい。
［Ｓ１６：カソード電極形成工程］
続いて、電子ビーム蒸着法により基板１１の裏面にＴｉ及びＡｕを順に電子ビーム蒸着法により成膜し、円環状にパターニングし、ｎ電極２０Ａを形成した。
［Ｓ１７：反射防止膜形成工程］
レーザ光出射面である円環状のｎ電極２０Ａの内側に、スパッタリングによってＳｉＯ₂を成膜し、反射防止膜２２を形成した。反射防止層は単層でもよいし別の誘電体膜と組み合わせた多層膜としてもよい。
［Ｓ１８：個片化工程］
最後に、基板分離溝の中央線に沿ってレーザースクライブして、個片化したＰＣＳＥＬ素子１０を得た。
２．空孔層
図４は、本実施例のフォトニック結晶層１４Ｐの空孔の形状を示すＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）像である。なお、後述する比較例１のフォトニック結晶層１４ＰのＳＥＭ像も同様である。

【0057】

本実施例における埋め込まれた空孔の形状を確認するため、フォトニック結晶層１４Ｐの空孔が露出するまで積層構造を表面から収束イオンビーム（ＦＩＢ）により加工し、その後ＳＥＭ観察を行った。

【0058】

長六角柱の空孔（主空孔）１４Ｋ１及び正六角柱の空孔（副空孔）１４Ｋ２の空孔対が観察された。主空孔１４Ｋ１は、長軸が＜１１－２０＞軸に平行な長六角柱形状を有していた。また、副空孔１４Ｋ２は、主空孔１４Ｋ１よりも、サイズ（例えば、少なくとも空孔径及び深さのいずれか）が小さい。

【0059】

すなわち、周期ＰＫの正方格子点の各々に主空孔１４Ｋ１及び副空孔１４Ｋ２からなる空孔対１４Ｋが配された二重格子構造のフォトニック結晶層１４Ｐが形成されていることが確認された。
３．デバイス特性
上記したように作成した実施例１のＰＣＳＥＬ素子１０と、比較例１のＰＣＳＥＬ素子９０とのデバイス特性を評価した。なお、比較例１のＰＣＳＥＬ素子９０は、溝１６Ｇを有していない点においてのみ本実施例のＰＣＳＥＬ素子１０と相違し、その他の構成は本実施例のＰＣＳＥＬ素子１０と同様であった。

【0060】

比較例１のＰＣＳＥＬ素子９０を示す図５を参照して、より具体的に説明すると、比較例１のＰＣＳＥＬ素子９０では、メサ１６Ｍが形成されておらず、第２のガイド層１６の表面は平坦である。すなわち、ｐ－コンタクト層１７、及び第２のガイド層１６の厚さは一定である。

【0061】

また、ｐ－コンタクト層１７の表面には、空孔形成領域１４Ｒと同軸であるｐ電極２０Ｂが形成されている。ｐ電極２０Ｂの直径ＤＣは、実施例１のＰＣＳＥＬ素子１０のメサ１６Ｍの直径ＤＭに等しい（ＤＣ＝ＤＭ）。

【0062】

作製したＰＣＳＥＬ素子１０（実施例１）とＰＣＳＥＬ素子９０（比較例１）に、繰り返し周波数が１ｋＨｚでパルス幅が１００ｎｓ（ナノ秒）のパルス電流を流し、ビーム形状を測定した。

【0063】

図６Ａは、実施例１のＰＣＳＥＬ素子１０の遠視野像を示し、図６Ｂは、比較例１のＰＣＳＥＬ素子９０の遠視野像を示している。実施例１のＰＣＳＥＬ素子１０では０．２度以下の広がり角で単峰形状のビームが得られた。比較例１のＰＣＳＥＬ素子９０では、０．２度以下の広がり角で単峰形状のビームに加え、直線状（十字状）の高次モードが見られた。

【0064】

すなわち、実施例１のＰＣＳＥＬ素子１０においては、高次モード（横モード）が抑制され、単峰形状のビーム品質の高いレーザ光が得られることが確認された。以下に、この点について考察する。

【0065】

図７は、空間的位置に対する発振モード周波数を模式的に示す図である。実施例１及び比較例１の場合を比較して示している。図中、バンド端周波数ＦＢＥ（フォトニックバンド端周波数）を破線で示し、フォトニックバンドギャップ（ＰＢＧ）はハッチングを施して示している。また、電流注入領域であるメサ領域（実施例１）及び電極領域（比較例１）について示している。

【0066】

ここで、フォトニックバンドギャップ（ＰＢＧ）は、光の禁制帯を意味する。すなわち、フォトニックバンドギャップは、光が存在できない周波数領域を示しており、当該領域内の周波数を有する光は透過できない。

【0067】

図７を参照すると、比較例１においては、（Ａ）電流を注入しないとき、バンド端周波数ＦＢＥは電極領域（ｐ電極２０Ｂ）の内外で一定である。一方、（Ｂ）電流注入時には、電流注入領域である電極領域の内側の半導体層では、電極領域の外側の半導体層よりもキャリア密度が増大し屈折率が低下する。

【0068】

これにより、電極領域内側の半導体層のバンド端周波数は電極領域外側の半導体層のバンド端周波数よりも高くなる。すなわち、電極領域外の領域（つまり、透明化されていない吸収領域）への光の漏れが減少し、水平方向の光閉じ込めが強まる。その結果、基本モードと高次モードの閾値利得差が減少し、高次モードで発振しやすくなる。従って、横モード制御性が低下し、多モード発振が生じ易くなる。

【0069】

他方、実施例１においては、メサ領域外の外側の半導体層（すなわち、溝１６Ｇの領域）ではメサ領域の内側の半導体層に比べて有効屈折率が小さい。従って、（Ａ）電流を注入しないとき、メサ領域内のバンド端周波数はメサ領域外のバンド端周波数より低い。

【0070】

そして、（Ｂ）電流注入時には、メサ領域の内側の半導体層でキャリア密度が増大し屈折率が低下しても、メサ領域内外の半導体層のバンド端周波数の差を小さくすることができる。尚、図７ではその差がゼロの場合を示している。また、特に高電流注入動作においても安定した基本モード発振のビーム品質の高いレーザ光が得られる。

【0071】

より詳細には、バンド端周波数の差が小さくなることにより、電極領域（メサ領域）外への光の漏れが比較例１と比較して大きくなる。基本モードは電極の中央に電界強度ピークを持つ形状である一方、高次モードは電極の中心からずれたところに電界強度のピークを持つため、光漏れの影響（すなわち損失）は、高次モード＞基本モードになる。その結果、基本モードと高次モードの閾値利得差が大きくなり、高次モードが抑制される。

【0072】

従って、基本モードと高次モードの閾値利得差の減少を抑制でき、高次モード発振が抑制されたビーム品質の高いレーザ光が得られる。

【実施例2】

【0073】

図８は、実施例２のＰＣＳＥＬ素子２０の構造の一例を模式的に示す断面図である。実施例２のＰＣＳＥＬ素子２０の半導体層の構成は、実施例１において説明した構成と同様である。以下においては、ＰＣＳＥＬ素子２０のメサ構造を中心に詳細に説明する。

【0074】

実施例２のＰＣＳＥＬ素子２０においては、実施例１の場合と同様に、第２の半導体層１８には第２の半導体層１８の表面（すなわち、ｐ－コンタクト層１７の表面）から第２のｐ側半導体層１６Ｃの内部に達する溝１６Ｇが形成されている。また、溝１６Ｇによって、第２のガイド層１６にはメサ１６Ｍが形成されている。

【0075】

メサ１６Ｍは、空孔形成領域１４Ｒと同軸の円柱形状を有し、フォトニック結晶層１４Ｐに対して垂直方向から見たときに空孔形成領域１４Ｒの内側に形成されている。すなわち、メサ１６Ｍの直径ＤＭは、フォトニック結晶層１４Ｐの空孔形成領域１４Ｒの直径ＤＰよりも小さい（ＤＭ＜ＤＰ）。

【0076】

また、溝１６Ｇの外周（又は溝１６Ｇの底面の外周）の直径ＤＧは、フォトニック結晶層１４Ｐの空孔形成領域１４Ｒの直径ＤＰ以上の大きさを有する（ＤＰ≦ＤＧ）。

【0077】

図７を参照して説明したように、実施例２のＰＣＳＥＬ素子２０においても、電流注入時には、メサ領域の内側の半導体層でキャリア密度が増大し屈折率が低下しても、メサ領域内外の半導体層のバンド端周波数の差を小さくすることができる。

【0078】

また、実施例２のＰＣＳＥＬ素子２０においては、溝１６Ｇの外周の直径ＤＧは、空孔形成領域１４Ｒの直径ＤＰ以上の大きさを有する（ＤＰ≦ＤＧ）ので、空孔形成領域１４Ｒの外周領域の全体に亘って、電流注入時におけるメサ領域内外の屈折率の差（バンド端周波数の差）を小さくすることができる。

【0079】

従って、基本モードと高次モードの閾値利得差の減少を抑制でき、高次モード発振が抑制されたビーム品質の高いレーザ光が得られる。また、特に高電流注入動作においても安定した基本モード発振のビーム品質の高いレーザ光が得られる。

【0080】

なお、フォトニック結晶層１４Ｐの空孔形成領域１４Ｒが上面視において円形状を有する場合について説明したが、これに限らない。空孔形成領域１４Ｒが円形状以外の形状を有する場合、溝１６Ｇの外周が空孔形成領域１４Ｒの外側であるように、すなわち、上面視において溝１６Ｇの外周が空孔形成領域１４Ｒを包含するように形成されていることが好ましい。

【実施例3】

【0081】

図９は、実施例３のＰＣＳＥＬ素子３０の構造の一例を模式的に示す断面図である。実施例１のＰＣＳＥＬ素子１０と比較すると、ＰＣＳＥＬ素子３０の第２のガイド層１６にはメサ１６Ｍが形成されているが、円柱状のメサ１６Ｍ以外の第２のガイド層１６の領域が平坦に（すなわち、同一の厚さに）形成されている点である。

【0082】

ＰＣＳＥＬ素子３０においては、実施例１のＰＣＳＥＬ素子１０と同様に、メサ１６Ｍは、フォトニック結晶層１４Ｐに対して垂直方向から見たときに空孔形成領域１４Ｒの内側に形成されている。また、メサ１６Ｍは、薄い円柱状の空孔形成領域１４Ｒと同軸の円柱状の台地である。

【0083】

メサ１６Ｍは、直径ＤＭを有し、高さＨＭを有する。メサ１６Ｍの直径ＤＭは、フォトニック結晶層１４Ｐの空孔形成領域１４Ｒの直径ＤＰよりも小さい（ＤＭ＜ＤＰ）。また、空孔形成領域１４Ｒの直径ＤＰは、ｎ電極２０Ａの内径ＤＥよりも小さい（ＤＰ＜ＤＥ）。

【0084】

図７を参照して説明したように、実施例３のＰＣＳＥＬ素子３０においても、電流注入時には、メサ領域の内側の半導体層でキャリア密度が増大し屈折率が低下しても、メサ領域内外の半導体層のバンド端周波数の差を小さくすることができる。従って、基本モードと高次モードの閾値利得差の減少を抑制でき、高次モード発振が抑制されたビーム品質の高いレーザ光が得られる。また、特に高電流注入動作においても安定した基本モード発振のビーム品質の高いレーザ光が得られる。

【実施例4】

【0085】

図１０は、実施例４のＰＣＳＥＬ素子４０の構造の一例を模式的に示す断面図である。本実施例のＰＣＳＥＬ素子４０においては、第２の半導体層１８の表面（すなわち、ｐ－コンタクト層１７の表面）は平坦であり、ｐ－コンタクト層１７上に、メサ部としてのメサ２０Ｍが形成されている。

【0086】

メサ２０Ｍは、金属酸化物であり、透光性の導電体であるＩＴＯ（Indium Tin Oxide）層で形成されている。メサ２０Ｍは、ｐ電極として機能する。また、メサ２０Ｍの上面にはＡｇ（銀）層（図示しない）が形成され、ＩＴＯ／Ａｇ電極構造を有し、その上にパッド電極２３が設けられている。

【0087】

メサ２０Ｍは、空孔形成領域１４Ｒと同軸の円柱形状の層として設けられ、フォトニック結晶層１４Ｐに対して垂直方向から見たときに空孔形成領域１４Ｒの内側に形成されている。すなわち、メサ２０Ｍの直径ＤＭは、フォトニック結晶層１４Ｐの空孔形成領域１４Ｒの直径ＤＰよりも小さい（ＤＭ＜ＤＰ）。

【0088】

積層された半導体層（すなわち、第１の半導体層１２、活性層１５及び第２の半導体層１８）の側面、第２の半導体層１８の上面、及びメサ２０Ｍの上面以外の表面は、ＳｉＯ₂などの絶縁膜２１で被覆されている。

【0089】

ＰＣＳＥＬ素子４０においては、メサ形状のｐ電極としてメサ２０Ｍ（ＩＴＯ層）を採用している。ＩＴＯはその透明性と屈折率の値（屈折率ｎ＝２．０～２．２）から、電極としてのみならずクラッド層の一部としても機能する。

【0090】

なお、本実施例では、上記実施例の第２のｐ側半導体層１６Ｃ（層厚６００ｎｍ）よりも薄い第２のｐ側半導体層１６Ｃ（層厚２００ｎｍ）を採用している。

【0091】

メサ２０Ｍ（ＩＴＯ層）の外側に成膜されたＳｉＯ₂絶縁膜２１の屈折率はｎ＝１．４～１．５５であり、有効屈折率は、（電流注入領域：メサ２０Ｍ（ＩＴＯ層））＞（電流非注入領域）となる。

【0092】

このように、有効屈折率に差を設けることで、上記実施例のメサと同様な効果が得られ、モード安定化を図ることができる。

【0093】

本構造によれば、メサ形成時のドライエッチングによる結晶へのダメージを回避することができる。また、製造工程を簡略化することができる。

【0094】

さらに。ＩＴＯ／Ａｇ電極構造により、ｐ電極側に出射したレーザ光を基板側に効率よく反射させ、高効率化を図ることができる。また、比較的抵抗の高い第２のｐ側半導体（ｐ－ＡｌＧａＮ）層を薄膜化できるため、高効率化及び高出力化が可能となる。

【0095】

なお、メサ２０ＭがＩＴＯからなる場合を例に説明したが、酸化インジウム系に限らず、ＺｎＯ系、ＺｒＯ系、ＧａＯ系、ＳｎＯ系、あるいはこれらの合金系等の透光性の酸化物導電体を用いることができる。また、ＩＴＯ／Ａｇ電極構造からなる場合を例に説明したが、ＡｇをＡｌ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ等の高い反射率を持つ金属、あるいは、これらの合金を用いることができる。あるいは、金属の代わりに誘電体多層膜による反射膜を用いてもよい。

【0096】

以上、詳細に説明したように、本発明によれば、高次モード発振が抑制されたビーム品質の高いフォトニック結晶レーザ（ＰＣＳＥＬ）素子を提供することができる。

【0097】

上記した実施例において、円形形状は、真円形状に限らず、楕円形状及びオーバル形状を含む長円形状等を含み、円柱形状は、楕円柱形状及び長円形状を含む。

【0098】

例えば、上記した実施例においては、フォトニック結晶層に対して垂直方向から見たとき（上面視）、空孔形成領域１４Ｒが円形状を有する場合について説明したが、これに限らない。例えば、空孔形成領域が長円形状等を有していても良い。あるいは、空孔形成領域が正方形、長方形を含むｎ角形形状（ｎは４以上の整数）であってもよい。

【0099】

また、空孔形成領域は、フォトニック結晶層１４Ｐの全体に渡って形成されていても良い。

【0100】

また、上記した実施例においては、メサが円柱形状を有する場合を例に説明したが、これに限らない。例えば、メサは、４角柱形状を含むｎ角柱形状（ｎは４以上の整数）を有していても良い。

【0101】

また、メサ構造は、空孔形成領域に対応した形状を有し、当該形成領域に対応した柱形状を有するように形成されていることが好ましい。

【0102】

上記した実施例においては、二重格子構造のフォトニック結晶層を有するフォトニック結晶レーザ素子について説明したが、これに限らず、単一格子構造のフォトニック結晶を有するフォトニック結晶レーザ素子についても適用が可能である。

【0103】

また、上記した実施例においては、窒化物半導体からなるフォトニック結晶レーザについて説明したが、これに限らず、他の結晶系の半導体からなるフォトニック結晶レーザについても適用が可能である。

【0104】

また、上記した実施例における数値は例示に過ぎず適宜改変して適用することができる。

【符号の説明】

【0105】

１０，２０，３０，４０：ＰＣＳＥＬ素子、１１：基板、１２：第１の半導体層、１３：第１のクラッド層、１４：第１のガイド層、１４Ａ：下ガイド層、１４Ｐ：フォトニック結晶層、１４Ｂ：埋込層、１５：活性層、１６：第２のガイド層、１６Ａ：第１のｐ側半導体層、１６Ｂ：電子障壁層、１６Ｃ：第２のｐ側半導体層、１６Ｇ：溝、１６Ｍ、２０Ｍ：メサ部、１７：ｐ－コンタクト層、１８：第２の半導体層、２０Ａ：第１の電極、２０Ｂ：第２の電極、２０Ｌ：光放出領域、２１：絶縁膜、２３：パッド電極、９０：ＰＣＳＥＬ素子（比較例）、ＤＭ：メサの直径、ＤＰ：空孔形成領域の直径

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】