[发明专利]二维光子晶体激光器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有适于使用外延法的制造的结构的二维光子晶体激光器及其制造方法。

背景技术

近年来，开发出了使用二维光子晶体的新型的激光器。所谓二维光子晶体是在包含电介质的板状的母材中形成了折射率的周期结构的晶体，一般来说是通过在母材内周期性地设置折射率与母材不同的区域(异折射率区域)而制作的。利用该周期结构，在晶体内产生布拉格衍射，另外，在光的能量中显现出能量带隙。在二维光子晶体激光器中，有利用带隙效应而将点缺陷作为共振器使用的、和利用光的群速度为0的能带端的驻波的，然而都是将给定的波长的光放大而获得激光器振荡的激光器。

这些二维光子晶体激光器中的利用驻波的激光器具有如下的结构，即，将具有二维光子晶体结构的层(以下称作“二维光子晶体层”)和活性层直接或者夹隔着其他的层层叠，在它们的上下又层叠了用于注入电荷的包覆层、与外部接触的接触层、或者将这些层连接的间隔物层等。

专利文献1中记载有如下的方法，即，通过在将空穴(异折射率区域)在母材内周期性地排列而成的二维光子晶体层上，以使间隔物层与二维光子晶体层相接的方式叠加另外制作的将包覆层或间隔物层层叠而成的材料，利用加热将二维光子晶体层与间隔物层熔接(热熔接)，来制作二维光子晶体激光器。该文献中，给出将二维光子晶体层的母材及间隔物层的材料都设为n型InP、将加热温度设为620℃的例子。而且，以下说明中，将层叠于二维光子晶体层上的层称作“上部层”。

另一方面，专利文献2中，记载有如下的方法，即，通过在以GaN作为母材并周期性地形成有空穴的二维光子晶体层上，直接地外延生长AlGaN，而形成上部层。

专利文献2中记载的方法大致上分为如下的3种方法：(i)首先制作在母材内周期性地配置了作为异折射率区域的空穴的二维光子晶体层，然后在残留空穴的状态下形成上部层的方法；(ii)首先制作在母材内周期性地配置了空穴的层，然后通过将空穴填充而在形成异折射率区域的同时形成上部层的方法；(iii)首先在基体上先形成柱状的异折射率区域，然后通过将其周围利用外延生长填充，而在形成母材的同时形成上部层。

(ii)及(iii)的方法中，异折射率区域是空气以外的材料(具体来说是与上部层相同的材料)。此种结构中，与将异折射率区域设为空穴的情况相比光的关入效果降低，然而另一方面，易于以单一模式并且大面积地进行激光器振荡。

专利文献1  日本特开2000-332351号公报

专利文献2  国际公开WO2006/062084号

专利文献1中记载的方法中，由于进行了热熔接的二维光子晶体层与上部层的熔接面中的界面能级，因此可使得在它们的界面中电阻变大。由此，动作电压变高，难以产生激光器的连续振荡。另外，在进行热熔接时将空穴的形状破坏，从而会有二维光子晶体层的作为共振器的性能降低的情况。

专利文献2中记载的方法中，不会产生在二维光子晶体层与上部层的界面中电阻变大的问题。但是，该方法中，在外延生长上部层时需要将温度升高到600℃左右，会由于原子的迁移而在二维光子晶体层中发生原子序列(结晶结构)的紊乱，从而造成空穴的形状被破坏。因此，二维光子晶体层的作为共振器的性能降低，进而产生二维光子晶体激光器的激光器特性降低的问题。另外，由于上述迁移，在二维光子晶体层的表面原子排列也发生了紊乱，并且生长在其上面的上部层，原子序列也发生了紊乱。

而且，在(i)的方法中，在外延生长上部层时空穴直至下方为止均被上部层的材料填充，从而会有空穴的形状改变的问题。另外，对于(ii)及(iii)的方法，很难将空穴内或柱状的异折射率区域之间用上部层的材料完全填充，从而会有易于形成空洞的问题。基于这样的原因，折射率的周期结构变得不完整，由此使得二维光子晶体层的作为共振器的性能降低，进而产生二维光子晶体激光器的激光器特性降低的问题。