JP2003273456A - ２次元フォトニック結晶面発光レーザ - Google Patents
２次元フォトニック結晶面発光レーザInfo
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- JP2003273456A JP2003273456A JP2002071087A JP2002071087A JP2003273456A JP 2003273456 A JP2003273456 A JP 2003273456A JP 2002071087 A JP2002071087 A JP 2002071087A JP 2002071087 A JP2002071087 A JP 2002071087A JP 2003273456 A JP2003273456 A JP 2003273456A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光の利用効率を向上させることのできる２次
元フォトニック結晶面発光レーザを得る。 【解決手段】 基板上にクラッド層２４、キャリアの注
入により発光する活性層２３、クラッド層２２を積層
し、クラッド層２２に２次元的に屈折率周期を配置した
フォトニック結晶周期構造体３１からなるフォトニック
結晶３０を設け、該結晶３０により共振してクラッド層
２２の上面から面発光する２次元フォトニック結晶面発
光レーザ。フォトニック結晶３０の結晶面と水平方向の
周囲に光反射領域４１を設けた。光反射領域４１は低屈
折率の鏡、回折格子又は格子ピッチの小さいフォトニッ
ク結晶からなる。基板と活性層２３との間に光反射層を
設けてもよい。また、クラッド層２２の上面に光反射防
止層を設けてもよい。
元フォトニック結晶面発光レーザを得る。 【解決手段】 基板上にクラッド層２４、キャリアの注
入により発光する活性層２３、クラッド層２２を積層
し、クラッド層２２に２次元的に屈折率周期を配置した
フォトニック結晶周期構造体３１からなるフォトニック
結晶３０を設け、該結晶３０により共振してクラッド層
２２の上面から面発光する２次元フォトニック結晶面発
光レーザ。フォトニック結晶３０の結晶面と水平方向の
周囲に光反射領域４１を設けた。光反射領域４１は低屈
折率の鏡、回折格子又は格子ピッチの小さいフォトニッ
ク結晶からなる。基板と活性層２３との間に光反射層を
設けてもよい。また、クラッド層２２の上面に光反射防
止層を設けてもよい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、２次元フォトニッ
ク結晶面発光レーザ、特に、キャリアの注入により発光
する活性層又はその近傍に、２次元的に屈折率周期を配
置したフォトニック結晶周期構造体を備え、フォトニッ
ク結晶により共振して面発光する２次元フォトニック結
晶面発光レーザに関する。
ク結晶面発光レーザ、特に、キャリアの注入により発光
する活性層又はその近傍に、２次元的に屈折率周期を配
置したフォトニック結晶周期構造体を備え、フォトニッ
ク結晶により共振して面発光する２次元フォトニック結
晶面発光レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、基板面から垂直方向にレーザ光を
出射する面発光レーザが種々開発、研究されている。面
発光レーザは同一基板上に多数の素子を集積（アレイ
化）でき、各素子からコヒーレントな光が並列的に出射
されるため、並列光ピックアップ、並列光伝送、光並列
情報処理の分野での用途が期待されている。
出射する面発光レーザが種々開発、研究されている。面
発光レーザは同一基板上に多数の素子を集積（アレイ
化）でき、各素子からコヒーレントな光が並列的に出射
されるため、並列光ピックアップ、並列光伝送、光並列
情報処理の分野での用途が期待されている。
【０００３】この種の面発光レーザとして、フォトニッ
ク結晶を利用した２次元フォトニック結晶面発光レーザ
が特開２０００−３３２３５１号公報に開示されてい
る。フォトニック結晶とは、光の波長と同程度もしくは
より小さい屈折率周期を有する結晶であり、誘電体の多
次元周期構造体では半導体の結晶中で電子状態にバンド
ギャップが生じることと同様の原理により、光の導波を
抑制する波長帯（フォトニックバンドギャップ）が生
じ、光を２次元又は３次元に閉じこめることが可能であ
る。
ク結晶を利用した２次元フォトニック結晶面発光レーザ
が特開２０００−３３２３５１号公報に開示されてい
る。フォトニック結晶とは、光の波長と同程度もしくは
より小さい屈折率周期を有する結晶であり、誘電体の多
次元周期構造体では半導体の結晶中で電子状態にバンド
ギャップが生じることと同様の原理により、光の導波を
抑制する波長帯（フォトニックバンドギャップ）が生
じ、光を２次元又は３次元に閉じこめることが可能であ
る。
【０００４】前記公報記載の２次元フォトニック結晶面
発光レーザは、キャリアの注入により発光する活性層の
近傍に、２次元的に屈折率周期を配置したフォトニック
結晶周期構造体を設け、フォトニック結晶により共振し
て面発光するものである。
発光レーザは、キャリアの注入により発光する活性層の
近傍に、２次元的に屈折率周期を配置したフォトニック
結晶周期構造体を設け、フォトニック結晶により共振し
て面発光するものである。
【０００５】具体的には、図９に示すように、この２次
元フォトニック結晶面発光レーザ１０は、概略、基板１
１上に下部クラッド層１２、活性層１３、上部クラッド
層１４が積層され、下部クラッド層１２には活性層１３
の近傍に２次元フォトニック結晶２０が内蔵されてい
る。
元フォトニック結晶面発光レーザ１０は、概略、基板１
１上に下部クラッド層１２、活性層１３、上部クラッド
層１４が積層され、下部クラッド層１２には活性層１３
の近傍に２次元フォトニック結晶２０が内蔵されてい
る。
【０００６】基板１１は、例えば、ｎ型ＩｎＰの半導体
材料からなる。下部クラッド層１２及び上部クラッド層
１４は、例えば、それぞれｎ型及びｐ型ＩｎＰの半導体
層であり、活性層１３よりも屈折率が低い。２次元フォ
トニック結晶２０は、下部クラッド層１２に形成した空
孔（フォトニック結晶周期構造体２１）にて構成され、
下部クラッド層１２とは屈折率の異なる媒質が２次元の
周期で配列された正方格子や三角格子からなっている。
空孔内にはＳｉＮ等を充填してもよい。活性層１３は、
例えば、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ系の半導体材料
を用いた多重量子井戸構造からなっており、キャリアの
注入により発光する。
材料からなる。下部クラッド層１２及び上部クラッド層
１４は、例えば、それぞれｎ型及びｐ型ＩｎＰの半導体
層であり、活性層１３よりも屈折率が低い。２次元フォ
トニック結晶２０は、下部クラッド層１２に形成した空
孔（フォトニック結晶周期構造体２１）にて構成され、
下部クラッド層１２とは屈折率の異なる媒質が２次元の
周期で配列された正方格子や三角格子からなっている。
空孔内にはＳｉＮ等を充填してもよい。活性層１３は、
例えば、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ系の半導体材料
を用いた多重量子井戸構造からなっており、キャリアの
注入により発光する。
【０００７】下部クラッド層１２及び上部クラッド層１
４により活性層１３を挟んでダブルヘテロ接合を形成
し、キャリアを閉じこめて発光に寄与するキャリアを活
性層１３に集中させるようになっている。
４により活性層１３を挟んでダブルヘテロ接合を形成
し、キャリアを閉じこめて発光に寄与するキャリアを活
性層１３に集中させるようになっている。
【０００８】基板１１の底面及び上部クラッド層１４の
上面には金等からなる下部電極１６及び上部電極１７が
形成されている。電極１６，１７間に電圧を印加するこ
とにより活性層１３が発光し、該活性層１３から漏れた
光が２次元フォトニック結晶２０に入射する。２次元フ
ォトニック結晶２０の格子間隔に波長が一致する光は、
２次元フォトニック結晶２０により共振して増幅され
る。これにより、上部クラッド層１４の上面（電極１７
の周囲に位置する発光領域１８）からコヒーレントな光
が面発光される。
上面には金等からなる下部電極１６及び上部電極１７が
形成されている。電極１６，１７間に電圧を印加するこ
とにより活性層１３が発光し、該活性層１３から漏れた
光が２次元フォトニック結晶２０に入射する。２次元フ
ォトニック結晶２０の格子間隔に波長が一致する光は、
２次元フォトニック結晶２０により共振して増幅され
る。これにより、上部クラッド層１４の上面（電極１７
の周囲に位置する発光領域１８）からコヒーレントな光
が面発光される。
【０００９】ここで、図１０に示すような正方格子から
なる２次元フォトニック結晶２０について共振作用を説
明する。なお、格子形状は正方格子に限らず、三角格子
等であってもよい。
なる２次元フォトニック結晶２０について共振作用を説
明する。なお、格子形状は正方格子に限らず、三角格子
等であってもよい。
【００１０】２次元フォトニック結晶２０は、第１媒質
１２内に空孔等の第２媒質２１と直交する２方向に同じ
周期で形成した正方格子からなっている。正方格子はΓ
−Ｘ方向とΓ−Ｍ方向の代表的な方向を有している。Γ
−Ｘ方向に隣接する第２媒質２１の間隔をａとすると、
第２媒質２１を格子点とした一辺がａの正方形からなる
基本格子Ｅが形成されている。
１２内に空孔等の第２媒質２１と直交する２方向に同じ
周期で形成した正方格子からなっている。正方格子はΓ
−Ｘ方向とΓ−Ｍ方向の代表的な方向を有している。Γ
−Ｘ方向に隣接する第２媒質２１の間隔をａとすると、
第２媒質２１を格子点とした一辺がａの正方形からなる
基本格子Ｅが形成されている。
【００１１】波長λが基本格子Ｅの格子間隔ａに一致す
る光ＬがΓ−Ｘ方向に進行すると、光Ｌは格子点で２次
回折される。このうち、光Ｌの進行方向に対して０°、
±９０°、１８０°の方向に回折された光のみがブラッ
グ条件を満たす。さらに、０°、±９０°、１８０°の
方向に回折された光の進行方向にも格子点が存在するた
め、回折光は再度進行方向に対して０°、±９０°、１
８０°方向に回折する。
る光ＬがΓ−Ｘ方向に進行すると、光Ｌは格子点で２次
回折される。このうち、光Ｌの進行方向に対して０°、
±９０°、１８０°の方向に回折された光のみがブラッ
グ条件を満たす。さらに、０°、±９０°、１８０°の
方向に回折された光の進行方向にも格子点が存在するた
め、回折光は再度進行方向に対して０°、±９０°、１
８０°方向に回折する。
【００１２】光Ｌが１回又は複数回の２次回折を繰り返
すと、回折光が元の格子点に戻るため共振作用が生じ
る。また、紙面に垂直な方向に１次回折された光もブラ
ッグ条件を満たす。このため、共振によって増幅された
光が上部クラッド層１４を介して出射され、面発光機能
を有することになる。また、全ての格子点でこの現象が
生じるため、面内全域でコヒーレントなレーザ発振が可
能である。
すと、回折光が元の格子点に戻るため共振作用が生じ
る。また、紙面に垂直な方向に１次回折された光もブラ
ッグ条件を満たす。このため、共振によって増幅された
光が上部クラッド層１４を介して出射され、面発光機能
を有することになる。また、全ての格子点でこの現象が
生じるため、面内全域でコヒーレントなレーザ発振が可
能である。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記２次元
フォトニック結晶面発光レーザにおいては光の利用効率
が低いという問題点を有していた。フォトニック結晶２
０での２次回折光が水平方向に漏れ、また、１次回折光
が垂直方向（発光面とは逆方向）に漏れて損失が大きい
ことに起因する。
フォトニック結晶面発光レーザにおいては光の利用効率
が低いという問題点を有していた。フォトニック結晶２
０での２次回折光が水平方向に漏れ、また、１次回折光
が垂直方向（発光面とは逆方向）に漏れて損失が大きい
ことに起因する。
【００１４】そこで、本発明の目的は、光の利用効率を
向上させることのできる２次元フォトニック結晶面発光
レーザを提供することにある。
向上させることのできる２次元フォトニック結晶面発光
レーザを提供することにある。
【００１５】
【発明の構成、作用及び効果】以上の目的を達成するた
め、第１の発明に係る２次元フォトニック結晶面発光レ
ーザは、キャリアの注入により発光する活性層をクラッ
ド層で挟み込み、該クラッド層又は該活性層に２次元的
に屈折率周期を配置したフォトニック結晶周期構造体か
らなるフォトニック結晶を設けた２次元フォトニック結
晶面発光レーザにおいて、前記フォトニック結晶の結晶
面と水平方向の周囲に光反射領域を設けたことを特徴と
する。
め、第１の発明に係る２次元フォトニック結晶面発光レ
ーザは、キャリアの注入により発光する活性層をクラッ
ド層で挟み込み、該クラッド層又は該活性層に２次元的
に屈折率周期を配置したフォトニック結晶周期構造体か
らなるフォトニック結晶を設けた２次元フォトニック結
晶面発光レーザにおいて、前記フォトニック結晶の結晶
面と水平方向の周囲に光反射領域を設けたことを特徴と
する。
【００１６】第１の発明に係る２次元フォトニック結晶
面発光レーザにおいては、活性層から漏れた光がフォト
ニック結晶の周期構造体によって２次回折（共振）して
増幅され、１次回折によってクラッド層から面発光す
る。２次回折光はフォトニック結晶の結晶面と水平方向
の周囲に設けた光反射領域によって内部に反射され、水
平方向に漏れることがない、即ち、水平方向への光の損
失が抑えられ、光の利用効率が向上する。
面発光レーザにおいては、活性層から漏れた光がフォト
ニック結晶の周期構造体によって２次回折（共振）して
増幅され、１次回折によってクラッド層から面発光す
る。２次回折光はフォトニック結晶の結晶面と水平方向
の周囲に設けた光反射領域によって内部に反射され、水
平方向に漏れることがない、即ち、水平方向への光の損
失が抑えられ、光の利用効率が向上する。
【００１７】第１の発明に係る２次元フォトニック結晶
面発光レーザにおいて、前記光反射領域は低屈折率の鏡
で構成することができ、回折格子で構成してもよく、あ
るいは、光の共振領域のフォトニック結晶の格子ピッチ
の約半分の格子ピッチを有するフォトニック結晶で構成
してもよい。
面発光レーザにおいて、前記光反射領域は低屈折率の鏡
で構成することができ、回折格子で構成してもよく、あ
るいは、光の共振領域のフォトニック結晶の格子ピッチ
の約半分の格子ピッチを有するフォトニック結晶で構成
してもよい。
【００１８】第２の発明に係る２次元フォトニック結晶
面発光レーザは、キャリアの注入により発光する活性層
をクラッド層で挟み込み、該クラッド層又は該活性層に
２次元的に屈折率周期を配置したフォトニック結晶周期
構造体からなるフォトニック結晶を設けた２次元フォト
ニック結晶面発光レーザにおいて、前記活性層から見て
光の主たる出射方向と逆方向に光反射層を設けたことを
特徴とする。
面発光レーザは、キャリアの注入により発光する活性層
をクラッド層で挟み込み、該クラッド層又は該活性層に
２次元的に屈折率周期を配置したフォトニック結晶周期
構造体からなるフォトニック結晶を設けた２次元フォト
ニック結晶面発光レーザにおいて、前記活性層から見て
光の主たる出射方向と逆方向に光反射層を設けたことを
特徴とする。
【００１９】第２の発明に係る２次元フォトニック結晶
面発光レーザにおいても、前記第１の発明と同様の原理
で面発光し、１次回折光は活性層から見て光の主たる出
射方向と逆方向に設けた光反射層によって内部に反射さ
れ、発光面と逆方向の垂直方向に漏れることがない、即
ち、垂直方向への光の損失が抑えられ、光の利用効率が
向上する。また、第２の発明に前記第１の発明を組み合
わせて２次元フォトニック結晶面発光レーザを構成して
もよい。
面発光レーザにおいても、前記第１の発明と同様の原理
で面発光し、１次回折光は活性層から見て光の主たる出
射方向と逆方向に設けた光反射層によって内部に反射さ
れ、発光面と逆方向の垂直方向に漏れることがない、即
ち、垂直方向への光の損失が抑えられ、光の利用効率が
向上する。また、第２の発明に前記第１の発明を組み合
わせて２次元フォトニック結晶面発光レーザを構成して
もよい。
【００２０】第３の発明に係る２次元フォトニック結晶
面発光レーザは、キャリアの注入により発光する活性層
をクラッド層で挟み込み、該クラッド層又は該活性層に
２次元的に屈折率周期を配置したフォトニック結晶周期
構造体からなるフォトニック結晶を設けた２次元フォト
ニック結晶面発光レーザにおいて、前記クラッド層の上
面に光反射防止層を設けたことを特徴とする。
面発光レーザは、キャリアの注入により発光する活性層
をクラッド層で挟み込み、該クラッド層又は該活性層に
２次元的に屈折率周期を配置したフォトニック結晶周期
構造体からなるフォトニック結晶を設けた２次元フォト
ニック結晶面発光レーザにおいて、前記クラッド層の上
面に光反射防止層を設けたことを特徴とする。
【００２１】第３の発明に係る２次元フォトニック結晶
面発光レーザにおいても、前記第１の発明と同様の原理
で面発光し、１次回折光はクラッド層の上面に設けた光
反射防止層によって反射することなく面発光される。即
ち、面発光として利用したい１次回折光が無駄なく出射
され、光の利用効率が向上する。また、第３の発明に前
記第１の発明を組み合わせて２次元フォトニック結晶面
発光レーザを構成してもよい。
面発光レーザにおいても、前記第１の発明と同様の原理
で面発光し、１次回折光はクラッド層の上面に設けた光
反射防止層によって反射することなく面発光される。即
ち、面発光として利用したい１次回折光が無駄なく出射
され、光の利用効率が向上する。また、第３の発明に前
記第１の発明を組み合わせて２次元フォトニック結晶面
発光レーザを構成してもよい。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る２次元フォト
ニック結晶面発光レーザの実施形態について、添付図面
を参照して説明する。
ニック結晶面発光レーザの実施形態について、添付図面
を参照して説明する。
【００２３】（第１実施形態、図１参照）本発明に係る
２次元フォトニック結晶面発光レーザの第１実施形態
は、図１（Ａ），（Ｂ）にその要部を示すように、クラ
ッド層２２に２次元的に屈折率周期を配置したフォトニ
ック結晶周期構造体３１からなるフォトニック結晶３０
を設け、該フォトニック結晶３０の結晶面と水平方向の
周囲に光反射領域として機能する低屈折率の鏡４１を設
けた。
２次元フォトニック結晶面発光レーザの第１実施形態
は、図１（Ａ），（Ｂ）にその要部を示すように、クラ
ッド層２２に２次元的に屈折率周期を配置したフォトニ
ック結晶周期構造体３１からなるフォトニック結晶３０
を設け、該フォトニック結晶３０の結晶面と水平方向の
周囲に光反射領域として機能する低屈折率の鏡４１を設
けた。
【００２４】具体的には、鏡４１は、クラッド層２２に
周期構造体３１と同様の手法（例えば、フォトリソグラ
フィ法あるいは電子ビームリソグラフィ法等）で溝部を
形成し、空気を閉じこめたものである。低屈折率の材料
であれば空気以外であってもよい。クラッド層２２上に
はいま一つのクラッド層２２’が融着あるいは再成長に
て形成されている。また、クラッド層２２の下面には活
性層２３及びクラッド層２４が積層されており、さら
に、クラッド層２４の下面は図示しない基板に保持され
ている。
周期構造体３１と同様の手法（例えば、フォトリソグラ
フィ法あるいは電子ビームリソグラフィ法等）で溝部を
形成し、空気を閉じこめたものである。低屈折率の材料
であれば空気以外であってもよい。クラッド層２２上に
はいま一つのクラッド層２２’が融着あるいは再成長に
て形成されている。また、クラッド層２２の下面には活
性層２３及びクラッド層２４が積層されており、さら
に、クラッド層２４の下面は図示しない基板に保持され
ている。
【００２５】基板の下面及びクラッド層２２の上面に電
極（図示せず）が設けられ、電極間に電圧を印加するこ
とにより活性層２３が発光し、該活性層２３から漏れた
光が２次元フォトニック結晶３０に入射し、２次回折す
ることで増幅される。また、光はフォトニック結晶３０
で１次回折することで、クラッド層２２’の上面から面
発光する。
極（図示せず）が設けられ、電極間に電圧を印加するこ
とにより活性層２３が発光し、該活性層２３から漏れた
光が２次元フォトニック結晶３０に入射し、２次回折す
ることで増幅される。また、光はフォトニック結晶３０
で１次回折することで、クラッド層２２’の上面から面
発光する。
【００２６】前記鏡４１の溝部は活性層２３からクラッ
ド層２４に達するまで深くエッチングされており、活性
層２３で発光した光や２次回折光Ｌ２は鏡４１で内部に
反射され水平方向に漏れることがない。従って、水平方
向への光の損失が抑えられ、光の利用効率が向上する。
ド層２４に達するまで深くエッチングされており、活性
層２３で発光した光や２次回折光Ｌ２は鏡４１で内部に
反射され水平方向に漏れることがない。従って、水平方
向への光の損失が抑えられ、光の利用効率が向上する。
【００２７】（第２実施形態、図２、図３参照）本発明
に係る２次元フォトニック結晶面発光レーザの第２実施
形態は、図２（Ａ），（Ｂ）にその要部を示すように、
クラッド層２２に２次元的に屈折率周期を配置したフォ
トニック結晶周期構造体３１からなるフォトニック結晶
３０を設け、該フォトニック結晶３０の結晶面と水平方
向の周囲に光反射領域として機能する回折格子４２を設
けた。
に係る２次元フォトニック結晶面発光レーザの第２実施
形態は、図２（Ａ），（Ｂ）にその要部を示すように、
クラッド層２２に２次元的に屈折率周期を配置したフォ
トニック結晶周期構造体３１からなるフォトニック結晶
３０を設け、該フォトニック結晶３０の結晶面と水平方
向の周囲に光反射領域として機能する回折格子４２を設
けた。
【００２８】具体的には、回折格子４２は、クラッド層
２２に周期構造体３１と同様の手法（例えば、フォトリ
ソグラフィ法あるいは電子ビームリソグラフィ法等）で
複数の溝部を同心円状に形成し、空気を閉じこめたもの
である。低屈折率の材料であれば空気以外であってもよ
い。この回折格子４２のピッチはフォトニック結晶３０
のピッチの半分であり、いわばブラッグ鏡として機能す
る１次のグレーティングである。
２２に周期構造体３１と同様の手法（例えば、フォトリ
ソグラフィ法あるいは電子ビームリソグラフィ法等）で
複数の溝部を同心円状に形成し、空気を閉じこめたもの
である。低屈折率の材料であれば空気以外であってもよ
い。この回折格子４２のピッチはフォトニック結晶３０
のピッチの半分であり、いわばブラッグ鏡として機能す
る１次のグレーティングである。
【００２９】クラッド層２２上にはいま一つのクラッド
層２２’が融着あるいは再成長にて形成されている。ま
た、クラッド層２２の下面には活性層２３及びクラッド
層２４が積層されており、さらに、クラッド層２４の下
面は図示しない基板に保持されている。
層２２’が融着あるいは再成長にて形成されている。ま
た、クラッド層２２の下面には活性層２３及びクラッド
層２４が積層されており、さらに、クラッド層２４の下
面は図示しない基板に保持されている。
【００３０】基板の下面及びクラッド層２２の上面に電
極（図示せず）が設けられ、電極間に電圧を印加するこ
とにより活性層２３が発光し、該活性層２３から漏れた
光が２次元フォトニック結晶３０に入射し、２次回折す
ることで増幅される。また、光はフォトニック結晶３０
で１次回折することで、クラッド層２２’の上面から面
発光する。
極（図示せず）が設けられ、電極間に電圧を印加するこ
とにより活性層２３が発光し、該活性層２３から漏れた
光が２次元フォトニック結晶３０に入射し、２次回折す
ることで増幅される。また、光はフォトニック結晶３０
で１次回折することで、クラッド層２２’の上面から面
発光する。
【００３１】前記回折格子４２の溝部は活性層２３から
クラッド層２４に達するまで深くエッチングされてお
り、活性層２３で発光した光や２次回折光Ｌ２は回折格
子４２で内部に反射され水平方向に漏れることがない。
従って、水平方向への光の損失が抑えられ、光の利用効
率が向上する。
クラッド層２４に達するまで深くエッチングされてお
り、活性層２３で発光した光や２次回折光Ｌ２は回折格
子４２で内部に反射され水平方向に漏れることがない。
従って、水平方向への光の損失が抑えられ、光の利用効
率が向上する。
【００３２】図３は本第２実施形態の変形例を示し、フ
ォトニック結晶周期構造体３１をクラッド層２２’側に
形成したものである。面発光の原理及び光の利用効率が
向上することは図２に示したものと同様である。なお、
周期構造体３１をクラッド層２２’あるいは活性層２３
に形成してもよいことは前記第１実施形態や以下に説明
する第３実施形態でも同様である。
ォトニック結晶周期構造体３１をクラッド層２２’側に
形成したものである。面発光の原理及び光の利用効率が
向上することは図２に示したものと同様である。なお、
周期構造体３１をクラッド層２２’あるいは活性層２３
に形成してもよいことは前記第１実施形態や以下に説明
する第３実施形態でも同様である。
【００３３】（第３実施形態、図４参照）本発明に係る
２次元フォトニック結晶面発光レーザの第３実施形態
は、図４にその要部を示すように、光の共振領域である
２次元フォトニック結晶３０の水平方向の周囲に、光反
射領域として機能するフォトニック結晶３５を設けた。
２次元フォトニック結晶３０は前記第１、第２実施形態
と同様に２次元の周期で配列したフォトニック結晶周期
構造体３１からなる。
２次元フォトニック結晶面発光レーザの第３実施形態
は、図４にその要部を示すように、光の共振領域である
２次元フォトニック結晶３０の水平方向の周囲に、光反
射領域として機能するフォトニック結晶３５を設けた。
２次元フォトニック結晶３０は前記第１、第２実施形態
と同様に２次元の周期で配列したフォトニック結晶周期
構造体３１からなる。
【００３４】光反射領域として機能するフォトニック結
晶３５は、２次元の周期で配列したフォトニック結晶周
期構造体３６からなり、その格子ピッチＰ２は２次元フ
ォトニック結晶３０の格子ピッチＰ２の約半分である。
従って、２次元フォトニック結晶３０から水平方向に漏
れようとする２次回折光はフォトニック結晶３５で内部
に反射され、水平方向への光の損失が抑えられ、光の利
用効率が向上する。
晶３５は、２次元の周期で配列したフォトニック結晶周
期構造体３６からなり、その格子ピッチＰ２は２次元フ
ォトニック結晶３０の格子ピッチＰ２の約半分である。
従って、２次元フォトニック結晶３０から水平方向に漏
れようとする２次回折光はフォトニック結晶３５で内部
に反射され、水平方向への光の損失が抑えられ、光の利
用効率が向上する。
【００３５】なお、第３実施形態における垂直断面の構
成は前記第１、第２実施形態、あるいは図８に示した従
来の２次元フォトニック結晶面発光レーザと同様であ
り、その説明は省略する。
成は前記第１、第２実施形態、あるいは図８に示した従
来の２次元フォトニック結晶面発光レーザと同様であ
り、その説明は省略する。
【００３６】（第４実施形態、図５参照）本発明に係る
２次元フォトニック結晶面発光レーザの第４実施形態
は、図５にその要部を示すように、基板２１上に光反射
層４３を設け、その上にクラッド層２４及び活性層２３
を積層し、さらにその上にクラッド層２２を積層したも
のである。クラッド層２２には２次元的に屈折率周期を
配置したフォトニック結晶周期構造体３１からなるフォ
トニック結晶３０が設けられている。また、基板２１の
下面及びクラッド層２２の上面に電極（図示せず）が設
けられているのは前記第１実施形態等と同様である。
２次元フォトニック結晶面発光レーザの第４実施形態
は、図５にその要部を示すように、基板２１上に光反射
層４３を設け、その上にクラッド層２４及び活性層２３
を積層し、さらにその上にクラッド層２２を積層したも
のである。クラッド層２２には２次元的に屈折率周期を
配置したフォトニック結晶周期構造体３１からなるフォ
トニック結晶３０が設けられている。また、基板２１の
下面及びクラッド層２２の上面に電極（図示せず）が設
けられているのは前記第１実施形態等と同様である。
【００３７】光反射層４３は、例えばスパッタ法等にて
基板２１上に成膜させたＳｉＯ2等の屈折率の低い材料
であったり、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰやＧａＡｓ／Ａｌ
ＧａＡｓ等の異なる屈折率を交互に数層重ねた多層膜ミ
ラー等であったりする。活性層２３から漏れた光のうち
フォトニック結晶３０で基板２１側に１次回折した光Ｌ
１’は、光反射層４３で内部に反射され、上方に１次回
折した光Ｌ１と共にクラッド層２２の上面から面発光Ｌ
３として出射する。即ち、発光面と逆方向の垂直方向へ
の光の損失が抑えられ、光の利用効率が向上する。な
お、光反射層４３はクラッド層２４内に形成してもよ
い。
基板２１上に成膜させたＳｉＯ2等の屈折率の低い材料
であったり、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰやＧａＡｓ／Ａｌ
ＧａＡｓ等の異なる屈折率を交互に数層重ねた多層膜ミ
ラー等であったりする。活性層２３から漏れた光のうち
フォトニック結晶３０で基板２１側に１次回折した光Ｌ
１’は、光反射層４３で内部に反射され、上方に１次回
折した光Ｌ１と共にクラッド層２２の上面から面発光Ｌ
３として出射する。即ち、発光面と逆方向の垂直方向へ
の光の損失が抑えられ、光の利用効率が向上する。な
お、光反射層４３はクラッド層２４内に形成してもよ
い。
【００３８】本第４実施形態において、光反射層４３で
反射した１次回折光Ｌ１’’が通過する層厚は１次回折
光Ｌ１と位相が揃うように設定することが好ましく、数
μｍ以上で、かつ、光の波長の整数倍が好ましい。
反射した１次回折光Ｌ１’’が通過する層厚は１次回折
光Ｌ１と位相が揃うように設定することが好ましく、数
μｍ以上で、かつ、光の波長の整数倍が好ましい。
【００３９】勿論、前記第１、第２、第３実施形態での
水平方向への光の損失を防止する構造を本第４実施形態
に組み合わせれば、光の利用効率をより向上させること
ができる。この点は以下に説明する第５、第６実施形態
においても同様である。
水平方向への光の損失を防止する構造を本第４実施形態
に組み合わせれば、光の利用効率をより向上させること
ができる。この点は以下に説明する第５、第６実施形態
においても同様である。
【００４０】光反射層４３の位置は、基板２１とクラッ
ド層２４の間に限らず、活性層２３から見て光の主たる
出射方向と逆方向に位置するのであればどこにあっても
よい。例えば、図６に示すように、クラッド層２４内に
位置してもよい。あるいは、基板２１内に位置してもよ
い。
ド層２４の間に限らず、活性層２３から見て光の主たる
出射方向と逆方向に位置するのであればどこにあっても
よい。例えば、図６に示すように、クラッド層２４内に
位置してもよい。あるいは、基板２１内に位置してもよ
い。
【００４１】また、下部クラッド層２４の屈折率を上部
クラッド層２２の屈折率に比べて低くすれば、下部クラ
ッド層２４が光反射層の作用を兼ねるようになる。この
場合、フォトニック結晶周期構造体３１は屈折率の高い
上部クラッド層２２に設けることが望ましい。
クラッド層２２の屈折率に比べて低くすれば、下部クラ
ッド層２４が光反射層の作用を兼ねるようになる。この
場合、フォトニック結晶周期構造体３１は屈折率の高い
上部クラッド層２２に設けることが望ましい。
【００４２】（第５実施形態、図７参照）本発明に係る
２次元フォトニック結晶面発光レーザの第５実施形態
は、図７にその要部を示すように、基板２１上に光反射
層４３を設けた点は前記第４実施形態と同様であり、異
なるのは、２次元的に屈折率周期を配置したフォトニッ
ク結晶周期構造体３１の結晶面に垂直方向の断面形状を
ほぼ三角形状とした点にある。
２次元フォトニック結晶面発光レーザの第５実施形態
は、図７にその要部を示すように、基板２１上に光反射
層４３を設けた点は前記第４実施形態と同様であり、異
なるのは、２次元的に屈折率周期を配置したフォトニッ
ク結晶周期構造体３１の結晶面に垂直方向の断面形状を
ほぼ三角形状とした点にある。
【００４３】即ち、周期構造体３１は、通常、円柱形
状、楕円形状、四角柱形状からなるが、本第５実施形態
においてはそれらの形状に対応した円錐形状、楕円錐形
状、四角錐形状とした。このような構造を採用すること
により、周期構造体３１の底辺方向への１次回折光Ｌ
１’の発生が抑えられ、頂点方向へより多くの１次回折
光Ｌ１が出射される。これにて、前記光反射層４３によ
る効果と相俟って面発光Ｌ３が増加し、光の利用効率が
より向上することになる。
状、楕円形状、四角柱形状からなるが、本第５実施形態
においてはそれらの形状に対応した円錐形状、楕円錐形
状、四角錐形状とした。このような構造を採用すること
により、周期構造体３１の底辺方向への１次回折光Ｌ
１’の発生が抑えられ、頂点方向へより多くの１次回折
光Ｌ１が出射される。これにて、前記光反射層４３によ
る効果と相俟って面発光Ｌ３が増加し、光の利用効率が
より向上することになる。
【００４４】（第６実施形態、図８参照）本発明に係る
２次元フォトニック結晶面発光レーザの第６実施形態
は、図８にその要部を示すように、基板２１上にクラッ
ド層２４及び活性層２３を積層し、さらにその上にクラ
ッド層２２を積層し、さらにその上に光反射防止層４５
を設けたものである。クラッド層２２には２次元的に屈
折率周期を配置したフォトニック結晶周期構造体３１か
らなるフォトニック結晶３０が設けられている。また、
基板２１の下面及びクラッド層２２の上面に電極（図示
せず）が設けられているのは前記第１実施形態等と同様
である。
２次元フォトニック結晶面発光レーザの第６実施形態
は、図８にその要部を示すように、基板２１上にクラッ
ド層２４及び活性層２３を積層し、さらにその上にクラ
ッド層２２を積層し、さらにその上に光反射防止層４５
を設けたものである。クラッド層２２には２次元的に屈
折率周期を配置したフォトニック結晶周期構造体３１か
らなるフォトニック結晶３０が設けられている。また、
基板２１の下面及びクラッド層２２の上面に電極（図示
せず）が設けられているのは前記第１実施形態等と同様
である。
【００４５】光反射防止層４５は、例えば、ＳｉＯ2、
ＳｉＮｘ、ＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3等の発振波長に対して吸
収が十分に少ない透明材料からなり、スパッタ法等にて
クラッド層２２上に成膜させて形成する。光反射防止層
４５が存在しないと１次回折光Ｌ１の一定量がクラッド
層２２の上面で表面反射してしまう。しかし、光反射防
止層４５を設けることで、面発光として利用したい１次
回折光Ｌ１を無駄なく面発光Ｌ３として出射させること
ができ、光の利用効率が向上する。
ＳｉＮｘ、ＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3等の発振波長に対して吸
収が十分に少ない透明材料からなり、スパッタ法等にて
クラッド層２２上に成膜させて形成する。光反射防止層
４５が存在しないと１次回折光Ｌ１の一定量がクラッド
層２２の上面で表面反射してしまう。しかし、光反射防
止層４５を設けることで、面発光として利用したい１次
回折光Ｌ１を無駄なく面発光Ｌ３として出射させること
ができ、光の利用効率が向上する。
【００４６】（他の実施形態）なお、本発明に係る２次
元フォトニック結晶面発光レーザは前記実施形態に限定
するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更する
ことができる。
元フォトニック結晶面発光レーザは前記実施形態に限定
するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更する
ことができる。
【００４７】特に、半導体層、フォトニック結晶、電極
の材料や、光の偏光を揃えるための構造、格子形状等は
任意である。
の材料や、光の偏光を揃えるための構造、格子形状等は
任意である。
【図１】本発明の第１実施形態である２次元フォトニッ
ク結晶面発光レーザの要部を示し、（Ａ）はフォトニッ
ク結晶面の斜視図、（Ｂ）は断面図。
ク結晶面発光レーザの要部を示し、（Ａ）はフォトニッ
ク結晶面の斜視図、（Ｂ）は断面図。
【図２】本発明の第２実施形態である２次元フォトニッ
ク結晶面発光レーザの要部を示し、（Ａ）はフォトニッ
ク結晶面の斜視図、（Ｂ）は断面図。
ク結晶面発光レーザの要部を示し、（Ａ）はフォトニッ
ク結晶面の斜視図、（Ｂ）は断面図。
【図３】前記第２実施形態の変形例である２次元フォト
ニック結晶面発光レーザの要部を示す断面図。
ニック結晶面発光レーザの要部を示す断面図。
【図４】本発明の第３実施形態である２次元フォトニッ
ク結晶面発光レーザの結晶面を示す平面図。
ク結晶面発光レーザの結晶面を示す平面図。
【図５】本発明の第４実施形態である２次元フォトニッ
ク結晶面発光レーザの要部を示す断面図。
ク結晶面発光レーザの要部を示す断面図。
【図６】前記第４実施形態の変形例を示す断面図。
【図７】本発明の第５実施形態である２次元フォトニッ
ク結晶面発光レーザの要部を示す断面図。
ク結晶面発光レーザの要部を示す断面図。
【図８】本発明の第６実施形態である２次元フォトニッ
ク結晶面発光レーザの要部を示す断面図。
ク結晶面発光レーザの要部を示す断面図。
【図９】本発明に先行する２次元フォトニック結晶面発
光レーザを示す斜視図。
光レーザを示す斜視図。
【図１０】２次元フォトニック結晶面発光レーザの共振
作用を示す説明図。
作用を示す説明図。
２１…基板
２２，２４…クラッド層
２３…活性層
３０…２次元フォトニック結晶
３１…フォトニック結晶周期構造体
３５…フォトニック結晶
３６…フォトニック結晶周期構造体
４１…鏡
４２…回折格子
４３…光反射層
４５…光反射防止層
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 横山 光
大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号
大阪国際ビル ミノルタ株式会社内
(72)発明者 関根 孝二郎
大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号
大阪国際ビル ミノルタ株式会社内
Ｆターム(参考） 5F073 AA63 AA74 AA75 AA89 AB17
CA12
Claims (5)
- 【請求項１】 キャリアの注入により発光する活性層を
クラッド層で挟み込み、該クラッド層又は該活性層に２
次元的に屈折率周期を配置したフォトニック結晶周期構
造体からなるフォトニック結晶を設けた２次元フォトニ
ック結晶面発光レーザにおいて、 前記フォトニック結晶の結晶面と水平方向の周囲に光反
射領域を設けたこと、を特徴とする２次元フォトニック
結晶面発光レーザ。 - 【請求項２】 前記光反射領域は低屈折率の鏡からなる
ことを特徴とする請求項１記載の２次元フォトニック結
晶面発光レーザ。 - 【請求項３】 前記光反射領域は光の共振領域のフォト
ニック結晶の格子ピッチの約半分の格子ピッチを有する
フォトニック結晶からなることを特徴とする請求項１記
載の２次元フォトニック結晶面発光レーザ。 - 【請求項４】 キャリアの注入により発光する活性層を
クラッド層で挟み込み、該クラッド層又は該活性層に２
次元的に屈折率周期を配置したフォトニック結晶周期構
造体からなるフォトニック結晶を設けた２次元フォトニ
ック結晶面発光レーザにおいて、 前記活性層から見て光の主たる出射方向と逆方向に光反
射層を設けたこと、 を特徴とする２次元フォトニック結晶面発光レーザ。 - 【請求項５】 キャリアの注入により発光する活性層を
クラッド層で挟み込み、該クラッド層又は該活性層に２
次元的に屈折率周期を配置したフォトニック結晶周期構
造体からなるフォトニック結晶を設けた２次元フォトニ
ック結晶面発光レーザにおいて、 前記クラッド層の上面に光反射防止層を設けたこと、 を特徴とする２次元フォトニック結晶面発光レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002071087A JP2003273456A (ja) | 2002-03-14 | 2002-03-14 | ２次元フォトニック結晶面発光レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002071087A JP2003273456A (ja) | 2002-03-14 | 2002-03-14 | ２次元フォトニック結晶面発光レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003273456A true JP2003273456A (ja) | 2003-09-26 |
Family
ID=29201450
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002071087A Pending JP2003273456A (ja) | 2002-03-14 | 2002-03-14 | ２次元フォトニック結晶面発光レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003273456A (ja) |
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