CN101258652B - 二维光子晶体面发光激光光源 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种二维光子晶体面发光激光光源，可形成没有伴随不需要的旁瓣的光束。在取出面发光的一侧的元件基板(31)的表面设置形成了在中央无电极材料的窗口(361)的窗口状电极(36)。在安装面(38)上设置具有比包含窗口(361)的窗口状电极(36)的面积小的面积的安装面电极(37)。另外，元件基板(31)和活性层(32)的距离比安装面(38)和活性层(32)的距离大。通过当在电极间施加电压时电荷被注入活性层(32)而得到发光，由二维光子晶体(33)将规定波长的光放大而使激光起振，从而激光自窗口(361)被取出到外部。由于窗口状电极(36)未遮挡光的射出，故可防止射出光进行干涉而形成旁瓣。另外，由于活性层(32)接近安装面(38)，故也得到了高的散热效果。

Description

二维光子晶体面发光激光光源

技术领域

本发明涉及一种自平面状的光源沿垂直于其面的方向放射激光的面发光激光光源。

背景技术

迄今，正使用着利用了法布里—珀罗共振器的法布里—珀罗型激光光源、及利用了衍射光栅的分布式反馈(Distributed Feedback：DFB)型激光光源。这些激光光源都是通过共振或衍射使规定波长的光放大而使激光起振的光源。

与之相对，近年来，正在开发采用了光子晶体的新型的激光光源。光子晶体是在电介质所构成的母材上人工形成周期构造的晶体。周期构造通常通过在母材内周期性设置折射率不同于母材的区域(异折射率区域)而形成。通过该周期构造，在晶体内产生布拉格衍射，将规定波长的光放大来得到激光振荡。专利文献1中记载有如下二维光子晶体面发光激光光源，其在两个电极间设置含有发光材料的活性层，并在该活性层附近设置二维光子晶体。

使用图1详细说明现有的二维光子晶体面发光激光光源。在下部包覆层(基板)11上，经由分隔层161设置活性层12，在活性层12上隔着分隔层162设置二维光子晶体13。活性层12使用通过注入电流而发光的材料。这种材料之一例有由砷化铟镓(InGaAs)/砷化镓(GaAs)构成的多量子阱(Multiple-Quantum Well：MQW)。二维光子晶体13是在板材中将圆柱状的空孔14周期性配置成正方晶格状的晶体。在二维光子晶体13上将分隔层163、上部包覆层17、接触层18按顺序层叠。而且，在接触层18之上设置上部电极191、在下部包覆层11之下设置下部电极192。下部电极192形成于下部包覆层11的整个下面，与之相对，上部电极191只在接触层18的上面中心附近形成。另外，图1中，为了表示二维光子晶体13的构造，将二维光子晶体13和分隔层163空开间隔进行描绘，但实际上两者是密接的。

当从现有的二维光子晶体面发光激光光源所得到的激光在充分离开接触层18的位置进行观测时，在中心光束的周围观察到强度弱于中心光束的伴随光束。将该伴随光束称作旁瓣。旁瓣出现的原因之一，可例举出存在上部电极191。如图2所示，自接触层18的表面将激光面射出时，在形成有上部电极191的区域而射出被遮挡。因此，从夹着上部电极191的两侧所射出的光在偏离光束中心的位置进行干涉而增强，由此在离开主峰21的位置形成旁瓣22。

可认为使用由具有透光性的材料构成的电极就可防止旁瓣的形成。但是，电极材料需要是活性层中注入电荷的效率高的材料，与之相对，兼备良好的透光性和高的电荷注入效率这两个条件的材料至今还未发现。

专利文献1：特开2000-332351号公报([0037]～[0056]、图1)

发明内容

本发明要解决的问题在于，提供一种二维光子晶体面发光激光光源，可形成没有伴随不需要的旁瓣的光束。

为解决上述课题，本发明提供一种二维光子晶体面发光激光光源，其特征在于，具备：

a)基板，其由对目的波长具有透光性的材料构成；

b)活性层，其设于所述基板下侧；

c)二维光子晶体，其设置在所述基板和所述活性层之间或比所述活性层更靠近下侧，并通过在板状的母材内周期性配置多个折射率不同于母材的区域而被形成，且将所述目的波长的光放大；

d)安装层，其设置在比所述二维光子晶体及所述活性层更靠近下侧，按照从该安装层的下表面到所述活性层为止的距离比从所述基板的上表面到所述活性层的距离更短的方式设置，安装时与外部的部件相接；

e)窗口状电极，其设于所述基板的上面，具有使所述目的波长的激光通过的窗口；和

f)安装面电极，其设于所述安装层的下面，面积比包含所述窗口的所述窗口状电极的面积小。

另外，本申请中，为便于表示各构成要素的位置关系，以基板为基准将活性层侧表述为“下”侧，这仅仅是一个便于表示方向性的标记，对本发明的二维光子晶体面发光激光光源的安装时的方向没有任何规定。

(1)本发明的二维光子晶体面发光激光光源的构成

下面，详细说明本发明的二维光子晶体面发光激光光源的构成。该光源在基板的一侧设置活性层和二维光子晶体且在其上下设置一对电极这一点上，与现有的二维光子晶体面发光激光光源是相同的。活性层和二维光子晶体的层叠顺序未提及。另外，下面将活性层和二维光子晶体的层叠体也适宜称作激光振荡部。本发明的激光光源中，在比激光振荡部更靠近下侧设置安装层。因此，该光源通过在基板和安装面之间插设激光振荡部(二维光子晶体和活性层)而成。在这些各层之间(包含二维光子晶体和活性层间)插入有隔离物等部件。

如上所述，由于在安装层侧安装外部基板等，故激光需要自基板(本申请中单称作“基板”时，是指激光光源的基板)的上面侧向外部射出。因此，基板使用可透过目的波长的光即被取出到外部的激光的透光性材料。本申请中，将基板的上面称作“射出面”。

活性层及二维光子晶体可使用与目前相同的材料。二维光子晶体通过在板状母体内周期性配置多个折射率不同于母材的异折射率区域而形成。异折射率区域也能通过在母材中埋入折射率不同的部件来形成，但通过在母材上设置空孔来形成的一方，由于可大幅度获得与母材的折射率之差且制造也简单，由此作为优选。但是，在制造时需要利用高温将二维光子晶体和其它层融合的情况下，有时因高温而使空孔变形。这种情况下，通过并非空孔而在母材埋入某部件来形成异折射率区域也可。

安装层是将该激光光源安装到外部基板等用的层。安装层的下面(安装面)具有通过与外部基板等相接而将激光光源内(特别是活性层)产生的热散热的作用。

一对电极中的一个设于基板的上面。该电极使用具有使目的波长的激光通过的窗口的结构。将该电极称作“窗口状电极”。窗口状电极的窗口可使用将例如板状的电极的中央部打穿的结构。电极的材料也可以不使振荡的激光透过。因此，该电极材料可直接使用用于现有的二维光子晶体面发光激光光源的电极的适于电荷注入的材料。

另一电极设于安装层的下面。将该电极称作“安装面电极”。安装面电极的面积比包含窗口部分的窗口状电极的面积小。另外，通过调节基板及安装层等的厚度，而使安装面电极(安装面)和活性层的距离比窗口状电极(射出面)和活性层的距离小。

说明这样设定安装面电极的面积及各电极和活性层的距离的理由。本发明中，通过使用窗口状电极，可防止旁瓣的发生。但是，由于包含窗口的窗口状电极的面积比无窗口的通常的电极大，故当自电极注入与现有相同量的电荷时，电荷按照比目前更扩展的方式分布到活性层内，从而发光效率降低。因此，使安装面电极的面积比包含窗口的窗口状电极的面积小。由此，电流就流过自安装面电极朝向窗口状电极扩散的锥状区域。而且，如上那样确定窗口状电极和活性层之间的距离及活性层和安装面电极之间的距离，并将活性层配置得比更接近面积小的安装面电极，由此，可提高活性层中的电流密度。从而，可提高发光强度。

为充分提高活性层中的电流密度，使发光强度比现有的二维光子晶体面发光激光光源的更高，作为优选，包含窗口部分的窗口状电极的面积和安装面电极的面积之比为2∶1～400∶1，并且从射出面到活性层的距离和自安装面到活性层的距离之比为2∶1～400∶1。

另外，通过使活性层更接近安装面电极，可得到如下效果。

在现有的二维光子晶体面发光激光光源中，以基板侧为安装面，但由于基板的厚度占据了激光光源器件整体厚度的大半部分，故活性层和安装面分离。这样的构成中，难以将由空穴和电子的再结合产生的热排出到外部，而使激光的发光效率(发光强度和注入电流之比)降低。与之相对，在本发明的二维光子晶体面发光激光光源中，由于将活性层设置在安装面(安装层的下面)的附近，故活性层的热容易排出到外部，与目前相比，可提高发光效率。

(2)具有反射部的二维光子晶体面发光激光光源

作为优选，在激光振荡部的下侧(即激光振荡部和安装面电极之间)设置使目的波长激光反射的反射部。由此可提高发光效率。

另外，安装层由导电性材料制造，且在安装层下面的局部区域(导电性区域)的周围形成绝缘性区域，另外，安装面电极按照覆盖所述导电性区域的方式配置，且由反射目的波长的激光的材料制造也可。

该情况下，安装面电极中有助于电流向活性层注入的区域即作为安装面电极起作用的区域，就仅为导电性区域的正下方。由此，可提高活性层的电流密度，并且安装面电极将激光反射而使发光效率提高。绝缘性区域可通过将用于提高电气阻抗的离子注入安装层而形成。

在二维光子晶体面发光激光光源中，激光振荡部在上下任一方向都射出激光。其中，在射出面的相反侧(本发明中为安装面侧)所辐射的光不能直接自射出面射出而损失。在现有的二维光子晶体面发光激光光源中，通常在射出面的相反侧所设置的下部电极使用面积较大的电极，因此，向激光振荡部的相反侧所辐射的光的一部分由下部电极反射，而自射出面取出。但是，由于这样的下部电极不是以光的反射自身为目的的，故其反射效率不充分。另外，本发明中，由于减小相当于下部电极的安装面电极的面积，故该状态下反射效率更低，且自射出面的取出效率也降低。因此，本发明中，通过在激光振荡部的下侧即窗口状电极的相反侧设置反射部，可提高自窗口状电极侧取出的取出效率。

激光振荡部和反射部的距离优选设定为：自激光振荡部射出且由反射部反射的反射光和自激光振荡部向窗口状电极侧射出的直接射出光进行干涉而被增强。可通过调节设于激光振荡部和反射部之间的缓冲层及包覆层等的距离调节层的厚度来设定该距离。

另外，该距离由二维光子晶体的反射部侧的面和反射部的相反面之间的距离定义。

本发明的二维光子晶体面发光激光光源中，自激光振荡部射出的激光从位于安装层的相反侧的具有窗口的窗口状电极侧被取出到外部，未被电极遮挡。因此，可防止如现有的二维光子晶体面发光激光光源那样因被电极遮挡而使自夹着该电极的两侧射出的光干涉来形成不需要的旁瓣。

另外，本发明的二维光子晶体面发光激光光源中，由于自安装面到活性层的距离比自射出面到所述活性层的距离短，故可将由空穴和电子的再结合从活性层产生的热容易地排出到外部，使得激光的发光效率(发光强度和注入电流之比)增高得高于目前。

通过使安装面电极的面积比窗口状电极的面积充分小，从而可对位于比窗口状电极更接近安装面电极的位置的活性层，将电流集中于窄的区域而注入。由此可提高发光效率。

通过在本发明的二维光子晶体面发光激光光源上设置反射部，使得自激光振荡部向安装面电极侧射出的光由反射部反射，从而可将其与直接射出光一起自射出面取出。因此，尽管使用面积小且不能使射出光充分反射的安装面电极，也能够抑制激光的损失。由此，可增大取出到外部的激光的强度。

通过按照反射光和直接射出光进行干涉而被增强的方式设定激光振荡部和反射部的距离，可进一步增强激光的强度。

附图说明

图1是表示现有的二维光子晶体面发光激光光源的立体图；

图2是表示旁瓣的产生原因的图；

图3是表示本发明的二维光子晶体面发光激光光源的第一实施方式的立体图；

图4是表示第一实施方式的二维光子晶体的构成的立体图；

图5是表示第一实施方式的激光光源的动作的纵剖面图；

图6是表示第一实施方式的激光光源的安装状态的纵剖面图；

图7是第一实施方式的激光光源的注入电流I-光输出L特性的图表；

图8是表示本发明的二维光子晶体面发光激光光源的第二实施方式的立体图；

图9是表示第二实施方式的二维光子晶体的构成的立体图；

图10是第二实施方式及无反射部的例子的激光的振幅及强度的说明图；

图11是表示计算第二实施方式及无反射部的例子的面发光激光器的Q值得到的结果的图表；

图12是表示无反射部的例子的面发光结果的外部微分量子效率η₁和第二实施方式的面发光激光器的外部微分量子效率η₂的比较的图表；

图13是表示第三实施方式的二维光子晶体的构成的立体图；

图14是第三实施方式的二维光子晶体的纵剖面的概略图。

符号说明

11下部包覆层

12、32、42活性层

13、33、43二维光子晶体

14、332、432空穴

161、162、163分隔层

17上部包覆层

18接触层

191上部电极

192下部电极

21主峰

22旁瓣

31、41元件基板

331、431母材

341、342、441、442包覆层

35安装层

36、46窗口状电极

361、461窗口

37、47安装面电极

38安装面

39、49隔离物

401电流流过的区域

402元件外部的部件

45反射部

51、52、53、54激光

61板状部件

611板状部件61中的导电性区域621正下方的区域

62导电性区域限定层

621导电性区域

622绝缘性区域

具体实施方式

(1)第一实施方式(无反射部的二维光子晶体面发光激光光源)

参照图3～图7说明本发明的二维光子晶体面发光激光光源(下面为“激光光源”)的第一实施方式。图3是第一实施方式的激光光源的立体图。在n型半导体的由砷化镓(GaAs)构成的元件基板31之下，在夹着包覆层341及隔离物39的状态下设置由砷化铟镓(InGaAs)/砷化镓(GaAs)构成且具有多量子阱(Multiple-Quantum Well：MQW)的活性层32。而且，在活性层32下设置二维光子晶体33。第一实施方式中所使用的二维光子晶体33是在由p型GaAs构成的板状的母材331上将圆柱状的空孔332周期性配置成正方晶格状的结构(图4)，该正方晶格的一边的长度为285nm。在二维光子晶体33下隔着包覆层342设置安装层35。安装层35的下表面为安装面38。该安装层35是在由GaAs构成的板状的安装面38侧形成了绝缘膜(例如SiO₂)的结构。

在元件基板31的上面(射出面)设置在中央具有正方形窗口361且由金·锗镍合金所构成的正方形的框状部件形成的窗口状电极36。另外，在安装面38上设置由金·锌合金所构成的正方形的板状部件形成的安装面电极37。另外，图3中，安装面电极37为了在图中明示而从安装面38离开来描绘，但实际上其与安装面38密接。在第一实施方式的激光光源中，未设置反射部。

第一实施方式的激光光源的各构成要素的主要尺寸如下。窗口状电极36的一边的长度为400μm、窗口361的一边的长度为300μm。另一方面，安装面电极37的一边的长度为50μm。另外，元件基板31的上表面和活性层32的距离约为80μm(元件基板31的厚度约为80μm、包覆层341和隔离物39的合计厚度约为1μm)、活性层32和安装面38的距离约为1μm(二维光子晶体的厚度为0.12μm、包覆层342和安装层35的合计厚度约为1μm)。另外，图3中，为明示各构成要素，而按照与实际的元件不同的尺寸比对各构成要素进行了描绘。

说明第一实施方式的激光光源的动作。在窗口状电极36和安装面电极37之间施加电压，使电流在两电极间流动。通过该电流使导入到元件内的电子及空穴在活性层32内再结合而发光。此时，由于窗口状电极36的面积比安装面电极37的面积大，故如图5所示，电流按照随着自安装面电极37侧朝向窗口状电极36而扩展的方式在区域401内流动。由此，在偏靠安装面电极37的活性层32的位置，区域401收缩到比偏靠窗口状电极36的位置更窄的范围，因此可提高活性层32的电流的密度。

在活性层32发光的光中的特定波长的光，在二维光子晶体33内进行干涉而被增强，利用与二维光子晶体面发光激光光源相同的作用产生激光振荡。生成的激光自元件基板31的表面射出到元件外部。此时，由于在位于元件基板31的表面的窗口状电极36上设有窗口361，故射出光不被窗口状电极36遮挡，而自窗口361射出(图5(b))。因此，现有的二维光子晶体面发光激光光源那样的自电极周围将激光射出而通过干涉将不要的旁瓣形成为光束这样的情况，在本实施方式的激光光源中不产生。

另外，本实施方式的激光光源中，如图6所示，元件的安装按照使安装面38抵接元件外部的部件30的方式进行。而且，在本实施方式的激光光源中，由于并非元件基板31侧而将处于其背侧的安装面35的下面作成安装面38，故可充分减小活性层32和安装面38的距离。因此，本实施方式的激光光源的来自元件内的散热效果高，可防止热造成的恶影响，从而发光效率高。

图7表示表现第一实施方式的激光光源中通过试验求出的注入电流I(单位：mA)和光输出L(单位：W)的关系的I-L特性的图表。利用本实施方式的激光光源，可得到15mW以上这样的比现有的二维光子晶体激光光源高的光输出。这样的光输出可认为是通过下接合(junction down)安装来提高散热性而得到的。

(2)第二实施方式(具有反射部的二维光子晶体面发光激光光源)

其次，参照图8～图12说明具有反射部的面发光激光器的一实施方式(第二实施方式)。图8是第二实施方式的面发光激光器的立体图。在n型半导体的由砷化镓(GaAs)构成的元件基板41下，在夹着n型铝砷化镓(AlGaAs)所构成的包覆层441及隔离物49的状态下设置由InGaAs/GaAs构成且具有多量子阱(Multiple-Quantum Well：MQW)的活性层42。而且，在活性层42之下设置二维光子晶体43。在第二实施方式中，二维光子晶体43使用在由p型GaAs构成的板状的母材431中将正三角形的空孔432周期性配置成正方晶格状的结构(图9)。由这些活性层42及二维光子晶体43构成激光振荡部。在此，活性层42和二维光子晶体43的彼此位置也可以交替配置。

如上述的正三角形，通过将空孔的形状作成相对于正方晶格的至少一轴为非对称的形状，可抑制自激光振荡部(活性层42和二维光子晶体43)射出的激光的干涉，且可进一步抑制旁瓣的发生。另外，在第一实施方式中，也可以使用具有正三角形空孔的二维光子晶体43。另外，在第二实施方式中，也可以使用具有上述的圆柱状空孔的二维光子晶体33。

在二维光子晶体43之下隔着由p型AlGaAs构成的包覆层442设置反射部45。反射部45可使用例如GaAs/AlGaAs多层膜。在反射部45的上面形成有将第二实施例的面发光激光器射出的激光反射的反射面。

在元件基板41的上面设置在中央具有正方形的窗口461且由正方形的框状部件形成的窗口状电极46。另外，在反射部45的下面设置正方形的板状的即具有比窗口状电极46窄的面积的安装面电极47。另外，图8中，安装面电极47为了在图中明示而自反射部45离开来进行描绘，但实际上其与安装面38密接。

按照二维光子晶体43的下表面和反射部45的上表面的距离L比二维光子晶体43的下表面和元件基板41的上表面的距离L’充分小的方式，调节元件基板41、包覆层441及442的厚度。第二实施方式的面发光激光器中，距离L约为1.2μm、距离L’约为80μm。另外，考虑到光由反射部45反射时的相位变化，对距离L进行微调节，以使从二维光子晶体43的上面射出的光和从二维光子晶体43的下面射出且由反射部45反射的光进行干涉而被增强。另外，图8中，为明示各构成要素，按照与实际的元件不同的尺寸比描绘各构成要素。

说明第二实施方式的面发光激光器的动作。在窗口状电极46和安装面电极47之间施加电压，使电流在两电极间流动。通过该电流使导入到元件内的电子及空穴在活性层42内再结合而发光。在活性层42上发光的光中的特定波长的光，在二维光子晶体43内进行干涉而被增强，进行激光振荡。

这样得到的激光中，将强度比约为50％的量作为直接射出光从二维光子晶体43向窗口状电极46侧射出，将剩余的约50％的量自二维光子晶体43向反射部45射出。朝向反射部45的激光由反射部45的上表面反射，朝向窗口状电极46侧传播。该反射光和直接射出光在比二维光子晶体43更靠近上侧进行干涉。该干涉起到以下作用：如上所述通过微调节距离L来增强激光的强度。这样得到的干涉光自窗口状电极46的窗口461射出。

参照图10的示意图对第二实施方式的面发光激光器和具有除无反射部以外与第二实施方式的相同的构成的面发光激光器中自窗口461向外部射出的激光的振幅及强度进行说明。图10(a)表示无反射部的例子，图10(b)表示第二实施方式。

无反射部的面发光激光器中，自二维光子晶体43的上面而激光51以振幅A射出，自下面而激光52以相同的振幅A射出。自窗口461只取出振幅A的的激光51。其强度(每单位时间的能量)P与振幅的二倍成正比。另一方面，振幅为A、强度为P的相同的激光52不能自窗口52取出而损失。因此，在该例中，自激光振荡部射出的激光的每单位时间的能量为2P。

与之相对，在第二实施方式中，自二维光子晶体43的上面而激光(直接射出光)53以与无反射部的情况相同的振幅A射出，自下面而激光(反射光)54以与无反射部的情况相同的振幅A射出。其中，激光54由反射部45反射向窗口461侧传播，与激光53产生干涉，该干涉光自射出面取出。该干涉光的振幅为激光53的振幅和激光54的振幅之和即2A，干涉光的强度是该振幅的二倍，故为4P。因此，在第二实施方式中，自射出面射出的激光的强度为无反射部时的四倍。自第二实施方式的激光振荡部射出的激光的能量为4P。

其次，在第二实施方式中，将距离L的值不限于上述的8.5波长量而变化为各种值，利用三维FDTD法计算面发光激光器的Q值。该计算中，计算的容量的便利上，假设二维光子晶体的构造仅在一方向具有无限周期构造。在此，就面发光激光器的Q值而言，利用相对光子晶体为垂直方向的Q值即Q_⊥和平行方向的Q值即Q_∥，由

1/Q＝1/Q_⊥+1/Q_∥    (1)

表示。

图11表示Q_⊥及Q_∥的计算结果。图11中横轴是以激光的波长为单位来表示距离L。距离L的二倍为直接射出光和反射光的光程差，因此，在此横轴表示光程差的1波长量的范围。

Q_∥与距离L无关而表示大致相同的值。这是由于在第二实施方式和无反射部的例子间，在相对于二维光子晶体为平行的方向构造上没有不同。与之相对，Q_⊥表示随着反射部45的有无而依赖于L的值。

在距离L为4.25波长时Q_⊥为最小值，该值为无反射部时的面发光激光器的值的约1/2。这对应的是在无反射部的面发光激光器中距离L为4.25波长时从激光振荡部放出的能量为无反射部的情况的二倍即4P，与比较例的面发光激光器自激光振荡部放出的能量为2P相对。距离L在处于约4.13波长～4.37波长的范围内时，Q_⊥变得小于比较例，由此，可射出大的强度的激光。

另外，图11中只是表示距离L在4.0波长～4.5波长的范围内的Q_∥及Q_⊥，但在该范围外，Q_∥几乎不依赖于距离L，与之相对，Q_⊥通过上述的干涉的作用而以0.5波长量为单位而周期性变化。

其次，对第二实施方式中有关距离L为4.25波长量时面发光激光器的外部微分量子效率进行叙述。外部微分量子效率是以注入到活性层的载体数为分母、以射出到外部的激光的光子数为分子之值，表示的是该值越大就越能够以小的电流高效地得到激光。就外部微分量子效率η_d而言，使用与放出到二维光子晶体的上面侧的能量有关的Q值即Q_⊥+、与相同地放出到下面侧的能量相关的Q值即Q_⊥-、与平行于二维光子晶体的方向相关的Q值即Q_∥、及与面发光激光器的内部损失相关的Q值即Q_i，由数学式1表示：

${\mathrm{\η}}_d\∝\mathrm{\η}=\frac{1/Q_{\⊥+}}{1/Q_{\⊥+}+1/Q_{\⊥-}+1/Q_{\left|\right|}+1/Q_i}---\left(2\right)$

在无反射部的情况下为Q_⊥+＝Q_⊥-(以该值为Q₀)，该情况的外部微分量子效率η₁为数学式2：

${\mathrm{\η}}_1=\frac{1/Q_0}{2/Q_0+1/Q_{\left|\right|}+1/Q_i}---\left(3\right)$

另一方面，第二实施方式中由于有反射部，故1/Q_⊥-＝0，同时Q_⊥+为比较例的1/4，因此，第二实施方式的外部微分量子效率η₂为数学式3：

${\mathrm{\η}}_2=\frac{4/Q_0}{4/Q_0+1/Q_{\left|\right|}+1/Q_i}---\left(4\right)$

在此，在无反射部的例子和本实施方式中，在Q₀及Q_∥共通、假设Q₁为共通的情况下，通过(3)及(4)，η₁和η₂满足如下关系。

数学式4

${\mathrm{\η}}_2=\frac{4}{2+1/{\mathrm{\η}}_1}---\left(5\right)$

图12中用图表表示(5)式的η₁和η₂的关系。在无反射部的例子中，由于自二维光子晶体放出的激光的一半(自二维光子晶体的下面放出的量)损失，故η₁的最大值为0.5。η₁＝0.5表示在无反射部的情况下除自二维光子晶体的下面放出的量以外，激光没有损失，与该η₁＝0.5对应的η₂的值为1表示的是，通过这样对没有其它损失的面发光激光器设置反射部就可使损失为0。此时的η₂/η₁的值为2，与之相对，在η₁＜0.5时，η₂/η₁的值大于2。例如在η₁为0.3时，η₂/η₁为2.5，在η₁为0.1时，η₂/η₁的值为3.3。

η₁小于0.5表示的是，在自二维光子晶体的下面放出激光的基础上，还有向平行于二维光子晶体的方向的损失及内部损失等。在η₁小于0.5时，η₂/η₁超过2表示的是：这些损失越大而面发光的效率越高。

(3)第三实施方式(将安装面电极的部件作为反射部使用)

其次，参照图13及图14说明将安装面电极作为反射部使用的面发光激光器的一实施方式(第三实施方式)。图13是第三实施方式的面发光激光器的立体图。在此，与上述第二实施方式的面发光激光器相同的构成要素使用与第二实施方式相同的符号。本实施方式的面发光激光器设置由与安装面电极47相同的材料构成的板状部件61代替第二实施方式中的反射部45。另外，设置作为安装层的导电性区域限定层62代替包覆层442。除此之外的构成与第二实施方式的面发光激光器相同。

参照图14的纵剖面图对板状部件61及导电性区域限定层62做详细说明。导电性区域限定层62在其下面附近仅中央附近区域具有导电性(导电性区域621)，其周围的区域具有绝缘性(绝缘性区域622)。导电性区域621的面积比包含窗口461的窗口状电极46的面积小得多。板状部件61具有导电性，并且由反射目的波长的光的材料构成。而且，板状部件61将导电性区域621整体和绝缘性区域622的一部分覆盖。

板状部件61和窗口状电极46之间的电流按照只是通过板状部件61中导电性区域621正下方的区域611及导电性区域621的方式流动。因此，板状部件61仅区域611作为安装面电极起作用。由于导电性区域621的面积比窗口状电极46的面积小得多，故与第一实施方式及第二实施方式相同，可使电流集中在活性层的窄的区域。

另外，板状部件61其整体作为反射部起作用。因此，与分体设置反射部的情况相比，可将面发光激光器的构成简化。另外，由于板状部件61的面积比将电流注入活性层的区域611的面积大，故与不分体设置反射部而减小构成安装面电极的部件的情况相比，可增大由安装面电极的构成部件能反射的面积。

Claims (11)

1.一种二维光子晶体面发光激光光源，具备：

a)基板，其由对目的波长具有透光性的材料构成；

b)活性层，其设于所述基板下侧；

c)二维光子晶体，其设置在所述基板和所述活性层之间或比所述活性层更靠近下侧，并通过在板状的母材内周期性配置多个折射率不同于母材的异折射率区域而被形成，且将所述目的波长的光放大；

d)安装层，其设置在比所述二维光子晶体及所述活性层更靠近下侧，按照从该安装层的下表面到所述活性层为止的距离比从所述基板的上表面到所述活性层的距离更短的方式设置，安装时与外部的部件相接；

e)窗口状电极，其设于所述基板的上面，具有使所述目的波长的激光通过的窗口；和

f)安装面电极，其设于所述安装层的下面，面积比包含所述窗口的所述窗口状电极的面积小。

2.如权利要求1所述的二维光子晶体面发光激光光源，其特征在于，包含所述窗口的所述窗口状电极的面积与所述安装面电极的面积之比为2∶1～400∶1，从所述基板上表面到所述活性层为止的距离和从所述安装面下表面到活性层为止的距离之比为2∶1～400∶1。

3.如权利要求1或2所述的二维光子晶体面发光激光光源，其特征在于，所述异折射率区域被配置成正方晶格状，该异折射率区域的形状相对于该正方晶格的至少一轴为非对称。

4.如权利要求3所述的二维光子晶体面发光激光光源，其特征在于，所述异折射率区域的形状为正三角形。

5.如权利要求1或2所述的二维光子晶体面发光激光光源，其特征在于，在由所述活性层及所述二维光子晶体构成的激光振荡部的下侧，具备使所述目的波长的激光反射的反射部。

6.如权利要求5所述的二维光子晶体面发光激光光源，其特征在于，所述反射部配置在所述激光振荡部和所述安装面电极之间。

7.如权利要求5所述的二维光子晶体面发光激光光源，其特征在于，

所述安装层由导电性材料构成，在该安装层的下面的局部区域即导电性区域的周围形成有绝缘性区域，

所述安装面电极按照覆盖所述绝缘性区域的方式设置，且由反射所述目的波长的激光的材料构成。

8.如权利要求7所述的二维光子晶体面发光激光光源，其特征在于，所述绝缘性区域通过将用于提高电气阻抗的离子注入安装层而形成。

9.如权利要求5所述的二维光子晶体面发光激光光源，其特征在于，对所述激光振荡部和所述反射部的距离进行设定，以使从所述激光振荡部射出且由所述反射部反射的反射光和从所述激光振荡部向所述窗口状电极侧射出的直接射出光，进行干涉而被增强。

10.如权利要求9所述的二维光子晶体面发光激光光源，其特征在于，所述激光振荡部和所述反射部的距离通过在该激光振荡部和该反射部之间配置的一个或多个距离调节层来调节。

11.如权利要求1或2所述的二维光子晶体面发光激光光源，其特征在于，所述活性层是InGaAs和GaAs的多量子阱，所述基板是n型GaAs。

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