DE112015003973T5 - Oberflächenemittierender laser mit zweidimensionalem photonischen kristall - Google Patents

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Hitoshi Kitagawa
Yong Liang
Akiyoshi Watanabe
Kazuyoshi Hirose
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Rohm Co Ltd
Hamamatsu Photonics KK
Kyoto University
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Abstract

Es wird ein oberflächenemittierender Laser mit zweidimensionalem photonischen Kristall bereitgestellt, welcher dazu in der Lage ist, Eigenschaften von zu emittierendem Licht, insbesondere eine optische Ausgangsleistung, zu verbessern. Der oberflächenemittierende Laser 10X mit zweidimensionalem photonischen Kristall umfasst: einen zweidimensionalen photonischen Kristall 123, umfassend ein plattenförmiges Basisglied 121 und Bereiche 122 mit modifiziertem Brechungsindex, wobei die Bereiche 122 mit modifiziertem Brechungsindex einen Brechungsindex aufweisen, welcher von demjenigen des plattenförmigen Basisglieds 121 verschieden ist, und zweidimensional und periodisch in dem Basisglied angeordnet sind; eine aktive Schicht 11, welche auf einer Seite des zweidimensionalen photonischen Kristalls 123 bereitgestellt ist; und eine erste Elektrode 15A und eine zweite Elektrode 16, welche den zweidimensionalen photonischen Kristall 123 und die aktive Schicht 11 sandwichartig zwischen sich anordnend bereitgestellt sind zum Zuführen von Strom zu der aktiven Schicht 11, wobei die zweite Elektrode 16 einen Bereich bedeckt, der gleich oder breiter ist als die erste Elektrode 15A, wobei die erste Elektrode 15A ausgebildet ist, der aktiven Schicht 11 den Strom mit einer unterschiedlichen Dichte in Abhängigkeit von der in-plane-Position an der ersten Elektrode 15A zuzuführen.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Halbleiterlaser und insbesondere einen oberflächenemittierenden Laser mit zweidimensionalem photonischen Kristall zum Verstärken von Licht unter Verwendung eines zweidimensionalen photonischen Kristalls.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Halbleiterlaser weisen viele Vorteile auf: sie sind zum Beispiel klein und kostengünstig, weisen einen geringen Energieverbrauch und eine hohe Lebensdauer auf, und sie haben weite Verbreitung gefunden in einer breiten Vielfalt von Gebieten, beispielsweise als Lichtquellen für die optische Aufzeichnung, als Lichtquellen in der Kommunikation, für Laserdisplays, Laserdrucker und Laserpointer. Indessen werden auf dem Gebiet der Laserprozessierung oder Laserbearbeitung Laser benötigt, die eine optische Ausgangsleistung aufweisen, die mindestens 1 W übersteigt. Jedoch erzielen derzeit im praktischen Gebrauch befindliche Halbleiterlaser diese Ausgangsleistung aus den später beschriebenen Gründen nicht. Auf dem Gebiet der Laserbearbeitung werden daher derzeit anstelle von Halbleiterlasern Gaslaser verwendet, beispielsweise Kohlendioxidgaslaser.
  • Der Grund für die geringen optischen Ausgangsleistungen von gegenwärtig verwendeten Halbleiterlasern ist folgender. Um die optische Ausgangsleistung des Halbleiterlasers zu erhöhen, ist es bevorzugt, wenn der aus dem Laserelement emittierte Laserstrahl eine große Querschnittsfläche (Emissionsfläche) aufweist. Andererseits ist es zur Erhöhung der Bearbeitungsgenauigkeit bevorzugt, wenn der auf ein Werkstück zu richtende Spot des Laserstrahls eine kleine Querschnittsfläche (Spotfläche) aufweist. Somit ist es idealerweise wünschenswert, dass der von einer Laserquelle emittierte Laserstrahl ohne Aufweitung zum Werkstück gelangt. Jedoch ist es bei dem Halbleiterlaser so, dass mit größer werdender Emissionsfläche der Spreizwinkel des Laserstrahls größer wird und die Wellenfrontverzerrung des Laserlichts auftritt. Tritt die Wellenfrontverzerrung des Laserlichts auf, ist es schwierig, eine kleine Spotfläche zu erhalten, auch wenn das Licht unter Verwendung eines optischen Systems fokussiert wird. Es gestaltet sich somit bei den gegenwärtig verwendeten Halbleiterlasern schwierig, die optische Ausgangsleistung von 1 W oder mehr bei gleichzeitig kleinem Spreizwinkel zu erzielen.
  • In neuerer Zeit haben Noda und Liang, die zu den Erfindern der vorliegenden Anmeldung gehören, einen oberflächenemittierenden Laser mit zweidimensionalem photonischen Kristall entwickelt, welcher die folgenden Eigenschaften aufweist: eine optische Ausgangsleistung von 1,5 W und einen Strahlspreizwinkel von 3° oder weniger (Nichtpatentliteratur 1 und 2). Der oberflächenemittierende Laser mit zweidimensionalem photonischen Kristall umfasst: einen zweidimensionalen photonischen Kristall mit einem plattenförmigen Basisglied und Bereichen mit modifiziertem Brechungsindex, wobei die Bereiche mit modifiziertem Brechungsindex einen Brechungsindex, der von demjenigen des plattenförmigen Basisglieds verschieden ist, aufweisen und periodisch in diesem Glied angeordnet sind; und eine aktive Schicht. Bei dem oberflächenemittierenden Laser mit zweidimensionalem photonischen Kristall wird, wenn ein elektrischer Strom in die aktive Schicht injiziert wird, von dem in der aktiven Schicht erzeugten Licht nur Licht einer vorbestimmten Wellenlänge entsprechend der Periodizität von Bereichen mit modifiziertem Brechungsindex verstärkt, und es wird Laseroszillation hervorgerufen, wodurch ein Laserstrahl in der Richtung senkrecht zu dem zweidimensionalen photonischen Kristall emittiert wird. Der oberflächenemittierende Laser mit zweidimensionalem photonischen Kristall emittiert Licht (Oberflächenemissionslicht) aus einem bestimmten Bereich in dem zweidimensionalen photonischen Kristall. Somit weist dieser Laser eine größere Emissionsfläche auf, als diejenige eines endflächenemittierenden Halbleiterlasers, was die Ausgangsleistung verbessern und den Spreizwinkel reduzieren kann. Es sind herkömmlicherweise verschiedene zweidimensionale photonische Kristalle bekannt, umfassend Bereiche mit modifiziertem Brechungsindex mit verschiedenen planaren Gestalten (Kreis, regelmäßiges Dreieck etc.), Anordnungen (trianguläres Gitter, quadratisches Gitter etc.) oder anderen Parametern. Bei den in der Nichtpatentliteratur 1 und 2 beschriebenen oberflächenemittierenden Lasern mit zweidimensionalem photonischen Kristall sind die Bereiche mit modifiziertem Brechungsindex, welche eine planare Gestalt in Form eines rechtwinkligen Dreiecks aufweisen, an den Gitterpunkten eines quadratischen Gitters parallel zu den orthogonalen Seiten des Bereiches mit modifiziertem Brechungsindex angeordnet, wodurch die optische Ausgangsleistung gegenüber den herkömmlichen oberflächenemittierenden Lasern mit zweidimensionalem photonischen Kristall erhöht wird.
  • LISTE DER ANFÜHRUNGEN
  • NICHTPATENTLITERATUR
    • [Nichtpatentliteratur 1] Kazuyoshi Hirose und fünf weitere Autoren in: "Wattclass high-power, high-beam-quality photonic-crystal lasers", Nature Photonics (UK), 8, S. 406–411, Ausgabe vom 13. April 2014.
    • [Nichtpatentliteratur 2] National University Corporation Kyoto University und Hamamatsu Photonics K.K. in: "Watt-class high-power photonic-crystal lasers: achieved leading the world – watt-class high output with high-beam quality achieved through surface emitting laser first in the world" [Online] Webseite der National University Corporation Kyoto University [abgerufen am 11. August 2014] aus dem Internet <http://www.kyotou.ac.jp/ja/news_data/h/h1/news6/2014/documents/140414_1/01.pdf> 10. April 2014.
  • KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
  • TECHNISCHES PROBLEM
  • Um die Eigenschaften des oberflächenemittierenden Lasers mit zweidimensionalem photonischen Kristall zu verbessern, haben sich herkömmliche Untersuchungen bislang nur auf die Konfiguration von zweidimensionalen photonischen Kristallen fokussiert. Der Laser eines Halbleiterlasers entsteht jedoch durch ein Zusammenwirken zwischen Lichtemission aus der aktiven Schicht und Verstärkung in dem zweidimensionalen photonischen Kristall. Keine Untersuchung hat sich herkömmlicherweise auf diese Beziehung fokussiert.
  • Eine von der vorliegenden Erfindung zu lösende Aufgabe liegt darin, unter Berücksichtigung des Zusammenwirkens zwischen Lichtemission aus der aktiven Schicht und Verstärkung in dem zweidimensionalen photonischen Kristall einen oberflächenemittierenden Laser mit zweidimensionalem photonischen Kristall bereitzustellen, welcher die Eigenschaften von zu emittierendem Licht, insbesondere die Ausgangsleistung, verbessert.
  • LÖSUNG DES PROBLEMS
  • Die betreffenden Erfinder haben die Konfiguration einer Elektrode zum Injizieren von Ladungen in die aktive Schicht in dem oberflächenemittierenden Laser mit zweidimensionalem photonischen Kristall eingehend untersucht. Die Erfinder haben die Tatsache gefunden und die vorliegende Erfindung darauf basierend erzielt, dass durch Bereitstellen einer Verteilung der Ladungs-(träger-)dichte der aktiven Schicht in Abhängigkeit von der in-plane-Position ein Verstärkungseffekt herbeiführt wird, der von demjenigen in einem Fall verschieden ist, bei dem die Ladungsdichte der aktiven Schicht in dem zweidimensionalen photonischen Kristall einheitlich ist.
  • Ein oberflächenemittierender Laser mit zweidimensionalem photonischen Kristall gemäß der vorliegenden Erfindung, welcher darauf ausgerichtet ist, das vorstehend genannte Problem zu lösen, ist ein oberflächenemittierender Laser mit zweidimensionalem photonischen Kristall, umfassend:
    einen zweidimensionalen photonischen Kristall, umfassend ein plattenförmiges Basisglied und Bereiche mit modifiziertem Brechungsindex, wobei die Bereiche mit modifiziertem Brechungsindex einen Brechungsindex aufweisen, welcher von demjenigen des plattenförmigen Basisglieds verschieden ist, und zweidimensional und periodisch in dem Basisglied angeordnet sind;
    eine aktive Schicht, welche auf einer Seite des zweidimensionalen photonischen Kristalls bereitgestellt ist; und
    eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode, welche den zweidimensionalen photonischen Kristall und die aktive Schicht sandwichartig zwischen sich anordnend bereitgestellt sind zum Zuführen von Strom zu der aktiven Schicht, wobei die zweite Elektrode einen Bereich bedeckt, der gleich oder breiter ist als die erste Elektrode,
    wobei die erste Elektrode ausgebildet ist, der aktiven Schicht den Strom mit einer unterschiedlichen Dichte in Abhängigkeit von einer in-plane-Position an der ersten Elektrode zuzuführen.
  • Um Licht in einer Ebenenrichtung austreten zu lassen, sind bei dem oberflächenemittierenden Laser mit zweidimensionalem photonischen Kristall typischerweise zwei Elektroden, welche den zweidimensionalen photonischen Kristall und die aktive Schicht sandwichartig zwischen sich anordnend bereitgestellt, die derart ausgebildet sind, dass eine Elektrode auf einer Lichtemissionsseite aus einer transparenten Elektrode hergestellt ist und die andere aus einer nichttransparenten (reflektierenden) Elektrode hergestellt ist, oder dass die Elektrode auf der Lichtemissionsseite kleiner ausgebildet ist als die andere Elektrode. Die aktive Schicht und der zweidimensionale photonische Kristall sind in einem Bereich bereitgestellt, welcher gleich oder breiter ist als diese Elektroden (breiter als die größere Elektrode, wenn diese Elektroden sich in ihrer Größe unterscheiden). Somit wird ein Strom (Ladungen), welcher zwischen diesen Elektroden fließt, in einen Teilbereich der aktiven Schicht injiziert (nachfolgend als "Ladungsinjektionsbereich" bezeichnet). In einem Fall, bei dem eine der Elektroden kleiner ist als die andere Elektrode, ist der Ladungsinjektionsbereich im Wesentlichen ähnlich der kleineren Elektrode, in Abhängigkeit von den Flächen der Elektroden und der Distanz zwischen den Elektroden.
  • Bei dem oberflächenemittierenden Laser mit zweidimensionalem photonischen Kristall gemäß der vorliegenden Erfindung führt die kleinere erste Elektrode (schmalerer Bereich) der aktiven Schicht Strom mit unterschiedlichen Dichten in Abhängigkeit von der in-plane-Position zu, wodurch die Ladungsdichten in dem Ladungsinjektionsbereich in der aktiven Schicht unterschiedliche Werte in Abhängigkeit von der in-plane-Position aufweisen können. Somit wird eine Verteilung von Lichtemissionsintensitäten in der aktiven Schicht in Abhängigkeit von der in-plane-Position ausgebildet. In dem zweidimensionalen photonischen Kristall verursacht diese Lichtemissionsintensitätsverteilung einen Verstärkungseffekt, welcher von demjenigen in dem Fall verschieden ist, bei dem die Ladungsdichte in der aktiven Schicht einheitlich ist.
  • Als eine Maßnahme zur Erhöhung der optischen Ausgangsleistung des oberflächenemittierenden Lasers mit zweidimensionalem photonischen Kristall kann eine Konfiguration angenommen werden, bei welcher die erste Elektrode ausgebildet ist, der aktiven Schicht den Strom zuzuführen, wobei die Verteilung eine höchste Dichte in der Mitte der in-plane-Position aufweist. Somit tritt in dem Ladungsinjektionsbereich in der aktiven Schicht eine Lichtemission mit einer maximalen Intensitätsverteilung in der Mitte auf. Die Verstärkung von derartigem emittierten Licht in dem zweidimensionalen photonischen Kristall erleichtert die Laseroszillation in einer Grundmode und kann nutzlose Laseroszillation in höheren Moden reduzieren. Somit kann die optische Ausgangsleistung als Ganzes erhöht werden.
  • Im Gegensatz zu dem vorstehend genannten Beispiel kann in einem Fall des selektiven Oszillierens des Lasers in den höheren Moden der aktiven Schicht Strom mit einer hohen Dichteverteilung an Positionen zugeführt werden, welche von der Mitte in der in-plane-Position an der ersten Elektrode verschieden sind.
  • Um der aktiven Schicht Strom mit unterschiedlichen Dichten in Abhängigkeit von der in-plane-Position an der ersten Elektrode zuzuführen, kann die erste Elektrode eine Konfiguration annehmen, bei welcher der Leiter in einer Netzform ausgebildet ist. Bei der aus einem derartigen netzförmigen Leiter hergestellten ersten Elektrode können beispielsweise die Dicken oder Abstände der Leitungen des Netzes in Abhängigkeit von der Position unterschiedlich gesetzt sein, um zu bewirken, dass das Leiterflächenverhältnis in den Netzen verschiedene Werte in Abhängigkeit von der Position aufweist. Dies gestattet die Ausbildung einer Stromdichteverteilung in Abhängigkeit von der in-plane-Position an der ersten Elektrode.
  • Um die globale Stromverteilung über die gesamte erste Elektrode durch die netzförmige erste Elektrode auszubilden, ist es wünschenswert, dass keine lokale Stromverteilung in Abhängigkeit von den Dicken und Abständen der Netzleitungen ausgebildet wird. Dies erfordert, dass die Abstände zwischen den Netzleitungen um das 1,4-Fache oder weniger breiter sind als die Stromausbreitung LC in der aktiven Schicht. Andererseits: um in einem Fall, bei dem die lokal periodische Stromverteilung zulässig ist, die Stromdichte zu reduzieren oder eine derartige periodische Verteilung auszubilden, können die Abstände der Netzleitungen um das 1,4-Fache oder mehr breiter sein. Hierbei ist die Stromausbreitung LC in der aktiven Schicht ein Wert, welcher die Größe eines Bereichs repräsentiert, wo sich ein von einem Punkt in der ersten Elektrode in Richtung auf die zweite Elektrode in der Ebene der aktiven Schicht ausbreitet, und ist definiert durch die Entfernung von der Mitte bis zum Ende des Bereichs. Die Stromausbreitung LC ist im Wesentlichen gleich der Ladungsträgerverteilungslänge in der aktiven Schicht.
  • Beispielsweise kann der Unterschied in der Stromdichte in Abhängigkeit von der in-plane-Position in der netzförmigen ersten Elektrode durch ein Netz ausgebildet sein, welches Bereiche mit unterschiedlichen Flächenverhältnissen des Leiters in dem Netz aufweist. In diesem Fall ist das Netz ausgebildet, um mit Entfernung der Position von der Mitte der in-plane-Position der ersten Elektrode das Flächenverhältnis jedes der Bereiche graduell zu reduzieren, wodurch eine Emission von Licht mit einer Intensitätsverteilung verursacht wird, deren Maximum in der Mitte in dem Ladungsinjektionsbereich in der aktiven Schicht liegt. Diese Lichtemission wird in dem zweidimensionalen photonischen Kristall verstärkt, wodurch das Auftreten von Laseroszillation in der Grundmode erleichtert wird. Ferner kann in diesem Fall der Bereich, welcher die Mitte umfasst, nur von einem Leiter gebildet sein.
  • Alternativ kann der Unterschied in der Stromdichte in Abhängigkeit von der in-plane-Position in der netzförmigen ersten Elektrode durch Variieren der Dicken und Abstände der Netzleitungen gebildet sein, um das Flächenverhältnis des Leiters in dem Netz in Abhängigkeit von der Position kontinuierlich zu verändern. In diesem Fall ist das Netz ausgebildet, das Flächenverhältnis des Leiters in dem Netz mit Entfernung der Position von der Mitte der in-plane-Position der ersten Elektrode graduell zu reduzieren, wodurch eine Emission von Licht mit einer Intensitätsverteilung verursacht wird, deren Maximum in der Mitte in dem Ladungsinjektionsbereich in der aktiven Schicht liegt. Diese Lichtemission wird in dem zweidimensionalen photonischen Kristall verstärkt, wodurch das Auftreten von Laseroszillation in der Grundmode erleichtert wird.
  • In einem Fall des selektiven Oszillierens des Lasers in einer höheren Mode in einer derartigen netzförmigen ersten Elektrode kann das Flächenverhältnis des Leiters an einer anderen Position als der Mitte der in-plane-Position der ersten Elektrode auf das Maximum gesetzt sein.
  • Als eine weitere spezifische Form der ersten Elektrode zum Zuführen von Strom zu der aktiven Schicht mit unterschiedlichen Dichten in Abhängigkeit von der in-plane-Position kann eine Elektrode angesehen werden, welche ringförmige Leiter in konzentrisch-kreisförmiger Anordnung und einen Verbindungsteil zum elektrischen Verbinden der ringförmigen Leiter miteinander umfasst. Die Mitte der konzentrischen Kreise kann ein Raum ohne den Leiter sein. Alternativ kann ein nicht-ringförmiger (typischerweise kreisförmiger) Leiter in der Mitte angeordnet sein. In dieser spezifischen Form kann durch Variieren der Breite und/oder des Abstands der ringförmigen Leiter in Abhängigkeit von der Entfernung von der Mitte eine konzentrisch-kreisförmige Stromdichteverteilung ausgebildet werden. Um das Auftreten von Laseroszillation in der Grundmode zu erleichtern, können die Breiten der ringförmigen Leiter mit Entfernung der Position von der Mitte der in-plane-Position an der ersten Elektrode verschmälert und/oder die Abstände verbreitert werden. In einem Fall der selektiven Oszillation der höheren Mode kann eine andere Breite und/oder ein anderer Abstand angewendet werden. Ähnlich wie bei den Abständen zwischen den Netzleitungen in der netzförmigen ersten Elektrode ist es wünschenswert, dass die Abstände der ringförmigen Leiter eng sind, um eine globale Stromverteilung über die gesamte erste Elektrode auszubilden. Um die Stromdichte zu reduzieren oder um eine lokale und periodische Stromverteilung auszubilden, ist es wünschenswert, dass der Abstand breit ist.
  • Als eine weitere spezifische Form der ersten Elektrode zum Zuführen von Strom mit unterschiedlichen Dichten zu der aktiven Schicht in Abhängigkeit von der in-plane-Position kann eine Form angesehen werden, bei welcher die erste Elektrode in Bereiche geteilt ist, welche Subelektroden umfassen, die elektrisch voneinander isoliert sind. Bei dieser spezifischen Form werden voneinander verschiedene Leistungsquellen mit den jeweiligen Subelektroden verbunden und zwischen den Subelektroden und der zweiten Elektrode zugeführte Spannungen werden eingestellt, wodurch sich die Stromdichten in den jeweiligen Bereichen steuern lassen.
  • VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die erste Elektrode ausgebildet, um der aktiven Schicht einen Strom mit unterschiedlichen Dichten in Abhängigkeit von der in-plane-Position zuzuführen, wodurch sich eine Verteilung von Ladungsdichten in dem Ladungsinjektionsbereich in der aktiven Schicht in Abhängigkeit von der Position unterschiedlich ausbilden lässt. Diese Ausbildung kann die Eigenschaften, insbesondere die optische Ausgangsleistung, von Laserlicht, welches in dem zweidimensionalen photonischen Kristall verstärkt und nach außen emittiert werden soll, verbessern.
  • KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • 1A und 1B sind perspektivische Darstellungen, welche eine Ausführungsform eines oberflächenemittierenden Lasers mit zweidimensionalem photonischen Kristall gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • 2A und 2B sind eine perspektivische Darstellung bzw. eine Draufsicht, welche ein Beispiel für einen zweidimensionalen photonischen Kristall in dem oberflächenemittierenden Laser mit zweidimensionalem photonischen Kristall gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigen.
  • 3 ist ein schematisches Diagramm, welches einen Ladungsinjektionsbereich in der aktiven Schicht des oberflächenemittierenden Lasers mit zweidimensionalem photonischen Kristall gemäß der vorliegenden Ausführungsform in Gegenüberstellung mit einem zweidimensionalen photonischen Kristall zeigt.
  • 4 ist eine Draufsicht, welche eine Konfiguration einer ersten Elektrode in einem oberflächenemittierenden Laser mit zweidimensionalem photonischen Kristall gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
  • 5A und 5B sind Graphen, welche Ladungsdichteverteilungen der aktiven Schicht gemäß der ersten Ausführungsform zeigen; hierbei zeigt 5A einen mittleren Teil der aktiven Schicht und 5B zeigt einen peripheren Teil der aktiven Schicht.
  • 6 ist eine Draufsicht, welche den mittleren Teil und den peripheren Teil der aktiven Schicht in der ersten Ausführungsform zeigt.
  • 7A und 7B sind Graphen, welche Ergebnisse der Berechnung von Schwellenverstärkungsdifferenzen ∆α bei der ersten Ausführungsform zeigen, wobei 7A die Differenz in Abhängigkeit von dem Verhältnis Li/L der Länge Li einer Seite eines ersten leitfähigen Bereichs zu der Länge L = 200 μm einer Seite der ersten Elektrode zeigt und 7B die Differenz in Abhängigkeit von L in einem Fall von Li/L = 0,5 zeigt.
  • 8A bis 8E sind Graphen, welche jeweils ein Ergebnis der Berechnung des Unterschieds der Ladungsdichteverteilung der aktiven Schicht in Abhängigkeit von dem Abstand L2 zwischen Netzleitungen der ersten Elektrode in der ersten Ausführungsform zeigen.
  • 9A bis 9F sind Graphen, welche jeweils ein Ergebnis der Berechnung des Unterschieds der Ladungsdichteverteilung der aktiven Schicht in Abhängigkeit von der Breite L1 der Netzleitung der ersten Elektrode in der ersten Ausführungsform zeigen.
  • 10A bis 10C sind Draufsichten, welche drei modifizierte Beispiele von ersten Elektroden gemäß der ersten Ausführungsform zeigen.
  • 11 ist eine Draufsicht, welche ein weiteres modifiziertes Beispiel der ersten Elektrode gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
  • 12A und 12B sind Graphen, welche Ergebnisse der Berechnung der Schwellenverstärkungsdifferenz ∆α in dem Beispiel von 11 zeigen; 12A zeigt die Differenz in Abhängigkeit von dem Verhältnis wp/L der Breite wp der Gaußschen Ladungsdichteverteilung zu der Länge L = 200 μm einer Seite der ersten Elektrode und 12B zeigt die Differenz in Abhängigkeit von L in einem Fall von wp/L = 0,25.
  • 13 ist eine Draufsicht, welche ein weiteres modifiziertes Beispiel der ersten Elektrode gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
  • 14 ist eine Draufsicht, welche eine Konfiguration einer ersten Elektrode in einem oberflächenemittierenden Laser mit zweidimensionalem photonischen Kristall gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
  • 15 ist eine Draufsicht, welche eine Konfiguration einer ersten Elektrode in einem oberflächenemittierenden Laser mit zweidimensionalem photonischen Kristall gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt.
  • 16 ist eine Draufsicht, welche ein modifiziertes Beispiel der ersten Elektrode in dem oberflächenemittierenden Laser mit zweidimensionalem photonischen Kristall gemäß der dritten Ausführungsform zeigt.
  • BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Unter Bezugnahme auf 1 bis 16 werden Ausführungsformen von oberflächenemittierenden Lasern mit zweidimensionalem photonischen Kristall gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Im Folgenden werden grob drei Ausführungsformen beschrieben. Zunächst wird eine Konfiguration beschrieben, welche den Ausführungsformen gemein ist. Anschließend werden die für die jeweiligen Ausführungsformen charakteristischen Konfigurationen in der Hauptsache anhand der Konfiguration einer ersten Elektrode beschrieben.
  • [Ausführungsformen]
  • [Den Ausführungsformen gemeine Konfiguration]
  • Ein oberflächenemittierender Laser 10X mit zweidimensionalem photonischen Kristall jeder Ausführungsform weist eine Konfiguration auf, bei welcher eine erste Elektrode 15X, eine erste Cladding-Schicht 141, eine aktive Schicht 11, eine Zwischenschicht 13, eine Schicht 12 von einem zweidimensionalen photonischen Kristall, eine zweite Cladding-Schicht 142 und eine zweite Elektrode 16 in dieser Reihenfolge gestapelt sind (1). Die Reihenfolge der aktiven Schicht 11 und der Schicht 12 von einem zweidimensionalen photonischen Kristall kann umgekehrt zu der obigen Reihenfolge sein. Zur Erläuterung zeigt 1 die erste Elektrode 15X auf der oberen Seite, während die zweite Elektrode 16 auf der unteren Seite gezeigt ist. Im Gebrauch ist jedoch die Orientierung des oberflächenemittierenden Lasers 10X mit zweidimensionalem photonischen Kristall in jeder Ausführungsform nicht auf die in diesem Diagramm gezeigte beschränkt. Es folgt nun eine Beschreibung der Konfigurationen der Schichten und Elektroden.
  • Die aktive Schicht 11 empfängt Ladungen, welche aus der ersten Elektrode 15X und der zweiten Elektrode 16 injiziert werden, um Licht mit einem vorbestimmten Wellenlängenband zu emittieren. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird als das Material der aktiven Schicht 11 ein InGaAs/AlGaAs-Mehrfachquantentopf (Lichtemissionswellenlängenband: 935 bis 945 nm) verwendet. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist das Material jedoch nicht darauf beschränkt. Die aktive Schicht 11 weist eine quadratische Form mit einer Dicke von ungefähr 2 μm auf, und eine Seite des Quadrats weist die gleiche oder eine größere Länge auf als diejenige der zweiten Elektrode 16 oder 16A, welche später beschrieben wird. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist die Dimension der aktiven Schicht 11 nicht darauf begrenzt; es kann auch eine andere Form, beispielsweise eine kreisförmige oder hexagonale Form, für die Schicht verwendet werden.
  • Die Schicht 12 des zweidimensionalen photonischen Kristalls weist, wie beispielsweise in 2 gezeigt, eine Anordnung auf, bei welcher Bereiche 122 mit modifiziertem Brechungsindex mit einem Brechungsindex, welcher von demjenigen eines plattenförmigen Basisglieds 121 verschieden ist, an dem Basisglied 121 periodisch angeordnet sind. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Material des Basisglieds 121 GaAs, ist aber bei der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Bereiche 122 mit modifiziertem Brechungsindex Luftlöcher (Luft oder Vakuum). Es kann eine Alternative verwendet werden, welche aus einem Material (mit einem Brechungsindex) hergestellt ist, welches (welcher) von demjenigen des Basisglieds 121 verschieden ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Bereiche 122 mit modifiziertem Brechungsindex, welche eine plane Gestalt in Form eines rechtwinkligen Dreiecks aufweisen, an den jeweiligen Gitterpunkten eines quadratischen Gitters parallel zu den orthogonalen Seiten angeordnet. Die Gitterkonstante a des quadratischen Gitters wurde auf 287 nm gesetzt, korrespondierend zu der Wellenlänge in dem Lichtemissionswellenlängenband in der aktiven Schicht 11 unter Berücksichtigung des Brechungsindex in der Schicht 12 von einem zweidimensionalen photonischen Kristall. Alternativ kann eine andere Konfiguration verwendet werden, bei welcher die Formen der Bereiche 122 mit modifiziertem Brechungsindex kreisförmig, regelmäßigdreieckig oder ähnlich ausgebildet sind und bei welcher die Anordnung der Bereiche 122 mit modifiziertem Brechungsindex ein trianguläres Gitter ist. Die planare Gestalt des Basisglieds 121 ist die gleiche wie diejenige der aktiven Schicht 11, und die Dicke beträgt ungefähr 300 nm. In 2 sind vertikal sechs und horizontal sechs Bereiche 122 mit modifiziertem Brechungsindex eingezeichnet. In der Realität sind mehr Bereiche 122 mit modifiziertem Brechungsindex bereitgestellt als die in dem Diagramm dargestellte Anzahl.
  • Die Zwischenschicht 13, welche keine wesentliche Komponente der vorliegenden Erfindung darstellt, ist bereitgestellt, um die aktive Schicht 11 und die Schicht 12 von einem zweidimensionalen photonischen Kristall, welche aus verschiedenen Materialien hergestellt sind, miteinander zu verbinden. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Material der Zwischenschicht 13 AlGaAs. Das Material wird jedoch geeignet variiert gemäß den Materialien der aktiven Schicht 11 und der Schicht 12 von einem zweidimensionalen photonischen Kristall.
  • Die erste Elektrode 15X weist eine Konfiguration auf, die für jede Ausführungsform spezifisch ist. Die Details der Konfiguration der ersten Elektrode 15X werden bei jeder Ausführungsform beschrieben. In 1 ist die detaillierte Konfiguration der ersten Elektrode 15X weggelassen und nur die äußere Form eingezeichnet. Es werden hier das Material und die Gesamtgröße der ersten Elektrode 15X beschrieben, welche den Ausführungsformen gemein sind. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Material der ersten Elektrode 15X ein p-Typ-Halbleiter und ist nicht transparent für Laserlicht (in der vorliegenden Ausführungsform eine Wellenlänge von 940 nm im Vakuum), welches von dem oberflächenemittierenden Laser 10X mit zweidimensionalem photonischen Kristall emittiert wird. Die erste Elektrode 15X als Ganzes weist eine quadratische Form auf, wobei die Länge L einer Seite ungefähr 200 μm beträgt, und ist kleiner als die aktive Schicht 11 und der zweidimensionale photonische Kristall 123. Um die erste Elektrode 15X herum ist über einen Isolator eine reflektierende Schicht (nicht gezeigt) bereitgestellt, welche aus einem für Laserlicht nicht transparenten Metall hergestellt ist. Die reflektierende Schicht dient dazu, mit der ersten Elektrode 15X zusammenzuwirken, um von dem oberflächenemittierenden Laser 10X mit zweidimensionalem photonischen Kristall erzeugtes Laserlicht zu reflektieren und das Licht von der zweiten Elektrode 16 nach außen zu emittieren.
  • In dem in 1A gezeigten Beispiel ist die zweite Elektrode 16 aus Indiumzinnoxid (ITO) hergestellt, welches ein für das Laserlicht transparenter n-Typ-Halbleiter ist. Das Material ist aber bei der vorliegenden Erfindung nicht hierauf beschränkt; beispielsweise kann stattdessen Indiumzinkoxid (IZO) verwendet werden. Die zweite Elektrode 16 weist eine quadratische Form auf, wobei jede Seite eine Länge von ungefähr 800 μm aufweist, und sie weist eine ebene Dimension auf, welche gleich oder etwas kleiner ist als diejenige der aktiven Schicht 11 und des Basisglieds 121 der Schicht 12 des zweidimensionalen photonischen Kristalls. Anstatt eine derartige transparente Elektrode anzuwenden, kann man eine zweite Elektrode 16A verwenden, die in 1B dargestellt ist. Die zweite Elektrode 16A weist eine Konfiguration mit einem plattenförmigen quadratischen Glied auf, welches aus einem für Laserlicht nicht transparenten Metall hergestellt ist, wobei ein Mittelteil des Glieds herausgeschnitten ist, um eine quadratische Form auszubilden. Der nach erfolgtem Schneiden des plattenförmigen Glieds zurückbleibende hohle Teil wird als ein Fenster 161A bezeichnet und das verbleibende plattenförmige Glied wird als ein Rahmen 162A bezeichnet. Das Quadrat des plattenförmigen Glieds hat (außenseitig des Rahmens 162A) eine Seite von 800 μm. Das Quadrat des Fensters 161A hat eine Seite von 600 μm. Bei diesem Beispiel tritt von dem oberflächenemittierenden Laser 10X mit zweidimensionalem photonischen Kristall erzeugtes Laserlicht durch das Fenster 161A hindurch und wird nach außen emittiert.
  • Die erste Cladding-Schicht 141 und die zweite Cladding-Schicht 142, welche keine wesentlichen Komponenten der vorliegenden Erfindung darstellen, haben die Funktion, die erste Elektrode 15X und die aktive Schicht 11 bzw. die zweite Elektrode 16 und die Schicht 12 des zweidimensionalen photonischen Kristalls zu verbinden und eine Strominjektion von der ersten Elektrode 15X und der zweiten Elektrode 16 in die aktive Schicht 11 zu erleichtern. Um diese Funktionen zu erzielen, wurde ein p-Typ-Halbleiter als das Material der ersten Cladding-Schicht 141 verwendet und ein n-Typ-Halbleiter wurde als das Material der zweiten Cladding-Schicht 142 verwendet. Die erste Cladding-Schicht 141 weist eine zweilagige Struktur auf, welche aus einer von p-GaAs hergestellten Lage und einer aus p-AlGaAs hergestellten Lage besteht, in der Reihenfolge ausgehend von der Seite der ersten Elektrode 15X; ebenso weist die zweite Cladding-Schicht 142 eine zweilagige Struktur auf, welche aus einer aus n-GaAs hergestellten Lage und einer aus n-AlGaAs hergestellten Lage besteht, in der Reihenfolge ausgehend von der Seite der zweiten Elektrode 16 (keine der zweilagigen Strukturen ist dargestellt). Auch hinsichtlich der ersten Cladding-Schicht 141 und der zweiten Cladding-Schicht 142 gilt, dass die Materialien bei der vorliegenden Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Materialien beschränkt sind. Die ebenen Dimensionen der ersten Cladding-Schicht 141 und der zweiten Cladding-Schicht 142 sind die gleichen wie diejenigen der aktiven Schicht 11 und des Basisglieds 121 der Schicht 12 eines zweidimensionalen photonischen Kristalls. Die Dicke der ersten Cladding-Schicht 141 beträgt 2 μm und die Dicke der zweiten Cladding-Schicht 142 beträgt 200 μm. Somit liegt die aktive Schicht 11 viel näher an der ersten Elektrode 15X als an der zweiten Elektrode 16. Demgemäß weist ein Ladungsinjektionsbereich 111 (3) in der aktiven Schicht 11 eine planare Form und eine Größe ähnlich derjenigen der ersten Elektrode 15X auf. Der zweidimensionale photonische Kristall 123 ist größer als die erste Elektrode 15X. Somit ist dieser Kristall größer als der Ladungsinjektionsbereich 111 der aktiven Schicht 11 (3).
  • Es wird nun der Betrieb des oberflächenemittierenden Lasers 10X mit zweidimensionalem photonischen Kristall beschrieben. Zwischen der ersten Elektrode 15X und der zweiten Elektrode 16 wird eine vorbestimmte Spannung angelegt. Ein Verfahren zum Anlegen der Spannung ist in Abhängigkeit von der Mode der ersten Elektrode 15X bei jeder Ausführungsform unterschiedlich; die Details davon werden jeweils bei jeder Ausführungsform beschrieben. Durch Anlegen der Spannung wird Strom aus beiden Elektroden in den Ladungsinjektionsbereich 111 der aktiven Schicht 11 injiziert. Somit werden in den Ladungsinjektionsbereich 111 Ladungen injiziert, um eine Emission von Licht mit einer Wellenlänge in einem vorbestimmten Wellenlängenband aus dem Ladungsinjektionsbereich 111 zu bewirken. Die Ladungsdichteverteilung und die Lichtemissionsintensitätsverteilung in dem Ladungsinjektionsbereich 111 werden bei jeder Ausführungsform beschrieben. Aus der so bewirkten Emission von Licht wird selektiv Licht mit einer Wellenlänge korrespondierend zu der Gitterkonstante a des quadratischen Gitters in dem zweidimensionalen photonischen Kristall 123 verstärkt, und es kommt zu Laseroszillation. Das oszillierende Laserlicht wird von der Seite der zweiten Elektrode 16 aus nach außen emittiert.
  • Nachfolgend wird jede Ausführungsform in der Hauptsache bezüglich der charakteristischen Konfiguration beschrieben.
  • [Erste Ausführungsform – netzförmige Elektrode]
  • Bei einem oberflächenemittierenden Laser mit zweidimensionalem photonischen Kristall einer ersten Ausführungsform wurde eine erste Elektrode 15A mit einer Konfiguration, welche in 4 dargestellt ist, eingesetzt. Die erste Elektrode 15A weist in einer Gesamtansicht eine quadratische Form auf und umfasst zwei Bereiche, welche sind ein quadratförmiger erster leitfähiger Bereich 15A11, welcher in der Nähe der Mitte ausgebildet ist, und ein zweiter leitfähiger Bereich 15A12, welcher um den ersten leitfähigen Bereich 15A11 herum ausgebildet ist. Der erste leitfähige Bereich 15A11 ist aus einem homogenen Leiter (p-Typ-Halbleiter) hergestellt. Indessen weist der zweite leitfähige Bereich 15A12 einen netzförmigen Leiter auf. Bereiche zwischen den Netzleitungen 15A2 sind mit aus einem Isolator hergestellten Zwischenleitungsbereichen 15A3 gefüllt. Als Material für die Zwischenleitungsbereiche 15A3 wurde SiN verwendet. Der Leiter des ersten leitfähigen Bereichs 15A11 und der Leiter, welche die Netzleitungen 15A2 in dem zweiten leitfähigen Bereich 15A12 bildet, sind integral ausgebildet und elektrisch miteinander verbunden und sind somit äquipotential. Eine derartige netzförmige Elektrode kann unter Verwendung eines typischen Lithographieverfahrens hergestellt werden.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform wurde die Länge Li (eine Seite) des Quadrats, welches die plane Gestalt des ersten leitfähigen Bereichs 15A11 darstellt, auf 100 μm gesetzt. Die Trägerdiffusionslänge in der aktiven Schicht 11 wird durch Berechnung auf 2,5 μm geschätzt; die Größe der Stromausbreitung LC wird als im Wesentlichen gleich der Trägerdiffusionslänge angenommen, und der Abstand L2 zwischen den Netzleitungen 15A2 in dem zweiten leitfähigen Bereich 15A12 wurde auf 3,0 μm gesetzt, ungefähr um das 1,2-Fache breiter als LC. Die Breite L1 der Netzleitung 15A2 wurde auf 1,25 μm gesetzt.
  • Ein Ergebnis der Berechnung der Ladungsdichteverteilung, welche in dem Ladungsinjektionsbereich 111 der aktiven Schicht 11 bei dem oberflächenemittierenden Laser mit zweidimensionalem photonischen Kristall der ersten Ausführungsform ausgebildet wird, ist in 5A und 5B gezeigt. In der Berechnung wurde die Stromausbreitung LC auf 2,5 μm gleich der Ladungsträgerverteilungslänge gesetzt. Somit ist der Abstand L2 zwischen den Netzleitungen 15A2 um das 1,2-Fache größer als LC. 5A zeigt die Ladungsdichteverteilung an einem mittleren Teil 1111 (siehe 6) in dem Ladungsinjektionsbereich 111, welcher dem ersten leitfähigen Bereich 15A11 entspricht, und 5B zeigt die Ladungsdichteverteilung in einem peripheren Teil 1112 derselben 6), welcher zu dem zweiten leitfähigen Bereich 15A12 korrespondiert. In den Graphen von 5A und 5B wird die Position des mittleren Teils 1111 von der Mitte aus als x-Achse genommen. Die Ordinatenachse ist normiert, so dass der Wert der Mitte (der Ursprung der x-Achse des Graphen von 5A) des mittleren Teils 1111 den Wert eins hat. Wie in diesen Graphen gezeigt, werden in dem mittleren Teil 1111 und in dem peripheren Teil 1112 im Wesentlichen einheitliche Ladungsdichten ausgebildet. Es bildet sich über den gesamten Ladungsinjektionsbereich 111 die Ladungsdichteverteilung aus, bei welcher die Ladungsdichteverteilung an dem mittleren Teil 1111 doppelt so groß ist wie die des peripheren Teils 1112. Die Ausbildung einer derartigen Ladungsdichteverteilung bewirkt eine Emission von Licht mit der Intensitätsverteilung, bei welcher das Maximum an dem mittleren Teil 1111 in dem Ladungsinjektionsbereich 111 liegt. Diese Lichtemission wird in dem zweidimensionalen photonischen Kristall 123 verstärkt, wodurch Laseroszillation in der Grundmode erleichtert wird. Dies reduziert nutzlose Laseroszillation in einer höheren Mode, wodurch die optische Ausgangsleistung als Ganzes erhöht werden kann.
  • Um das Erleichtern von Laseroszillation in der Grundmode zu verifizieren, wurde die Schwellenverstärkungsdifferenz ∆α in der ersten Ausführungsform durch Berechnung erhalten. Die Schwellenverstärkungsdifferenz ∆α weist einen Wert auf, der erhalten wird, indem die Schwellenverstärkung in der nächsthöheren Mode mit Schwingungsbäuchen und Knoten, deren Anzahlen nächstkleiner sind als diejenigen, welche in der Grundmode vorliegen, von der Schwellenverstärkung der Grundmodeoszillation subtrahiert wird. Die Schwellenverstärkung in jeder Oszillationsmode ist ein Wert, welcher die Laseroszillationsintensität in der Oszillationsmode repräsentiert, und bedeutet, dass die Laseroszillation in der Grundmode umso leichter auftritt, je größer die Schwellenverstärkungsdifferenz ∆α ist.
  • Zunächst wird ein Ergebnis der Berechnung der Schwellenverstärkungsdifferenz ∆α in einem Fall, wo wie oben beschrieben die Länge einer Seite der ersten Elektrode L = 200 μm ist und Li unterschiedliche Werte in einem Bereich von 0 bis 200 μm, einschließlich des oben beschriebenen Wertes von 100 μm, aufweist, in einem Graphen von 7A gezeigt. Die Abszissenachse dieses Graphen ist als Li/L angegeben. In dem Graphen sind die Daten von Li/L = 1 nicht gemäß der vorliegenden Ausführungsform, sondern gemäß einem herkömmlichen Laser mit zweidimensionalem photonischen Kristall, dessen erste Elektrode aus einer gleichförmigen leitfähigen Platte hergestellt ist, welche als Ganzes homogen ist. Die Daten von Li/L = 0 zeigen, dass die erste Elektrode aus einer netzförmigen Elektrode mit einer einheitlichen Leiterdichte hergestellt ist. Gemäß diesem Graphen kann verstanden werden, dass in dem Fall mit dem aus dem homogenen Leiter hergestellten ersten leitfähigen Bereich und dem netzförmigen zweiten leitfähigen Bereich und Li/L ≠ 0 und 1 die Schwellenverstärkungsdifferenz ∆α größer ist als in dem herkömmlichen Fall mit Li/L = 1, und dass Laseroszillation in der Grundmode leicht auftritt. Bei den in 7A gezeigten Daten ist die Schwellenverstärkungsdifferenz ∆α am größten in einem Fall mit Li/L = 0,5, d.h. in dem vorstehend erwähnten Fall mit Li = 100 μm und L = 200 μm.
  • Als Nächstes wird ein Ergebnis der Berechnung der Schwellenverstärkungsdifferenz ∆α in einem Fall mit Li/L = 0,5 und verschiedenen Werten von L in dem Graphen von 7B gezeigt. Gemäß diesem Graphen ist in einem Bereich von L größer 300 μm die Schwellenverstärkungsdifferenz ∆α umso kleiner, je größer der Wert von L ist. Indessen ist die Fläche der gesamten ersten Elektrode umso größer, je größer der Wert von L ist. Dies ist somit vorteilhaft im Hinblick auf die Erzielung einer hohen Laserausgangsleistung. Basierend auf den berechneten Werten von ∆α, welche in 7B erhalten wurden, wurde bei der Berechnung der Laserlichtausgangsleistung ein Wert von 2,4 W erhalten, in einem Fall des höchsten Wertes von L mit L = 600 μm (Li = 300 μm) aus Werten von ∆α gleich oder größer als der Wert von ∆α in dem herkömmlichen Beispiel (Li/L = 1) in 7A. Dieser berechnete Wert der optischen Ausgangsleistung ist höher als experimentelle Werte der Laser mit zweidimensionalem photonischen Kristall, welche in der Nichtpatentliteratur 1 und 2 beschrieben sind (obgleich Unterschiede zwischen dem berechneten Wert und den experimentellen Werten bestehen).
  • Bisher wurde der Fall beschrieben, bei dem der Abstand L2 zwischen den Netzleitungen 15A2 in dem zweiten leitfähigen Bereich 15A12 der ersten Elektrode 15A 3,0 μm beträgt. In 8A bis 8E sind Ergebnisse der Berechnung der Ladungsdichte in dem peripheren Teil 1112 in der aktiven Schicht 11 in Beispielen mit unterschiedlichen Abständen L2 gezeigt. Die Breite L1 jeder Netzleitung 15A2 wurde auf 0,50 Lcμm gesetzt. Der Abstand L2 wurde auf 0,50 Lcμm in 8A gesetzt, auf 0,80 Lcμm in 8B, auf 1,20 Lcμm in 8C (8C ist somit eine Reproduktion von 5B), auf 1,40 Lcμm in 8D und auf 2,00 Lcμm in 8E. Gemäß diesen Berechnungen ist die Ladungsdichteverteilung in dem peripheren Teil 1112 nahezu einheitlich in den Fällen von 8A bis 8C, während im Falle von 8D eine leichte periodische Schwankung korrespondierend zu der Periode der Netzleitungen 15A2 gezeigt ist, wobei jedoch die Schwankungsbreite auf weniger als 5 % begrenzt ist. Im Gegensatz dazu ist im Falle von 8E – mit dem Abstand L2 um das 1,4-Fache breiter als die Stromausbreitung LC – die Breite der periodischen Schwankung der Ladungsdichteverteilung groß, und zwar über 10 %. Für den Fall gleicher Breiten L1 der Netzleitungen 15A2 ist die Ladungsdichte umso niedriger, je größer der Abstand L2 ist.
  • 9A bis 9F zeigen jeweils ein Ergebnis der Berechnung der Ladungsdichte in dem peripheren Teil 1112 in der aktiven Schicht 11 in Beispielen mit unterschiedlichen Breiten L1 für den Fall gleicher Abstände L2 der Netzleitungen 15A2. Der Abstand L2 zwischen den Netzleitungen 15A2 wurde auf 1,20 Lcμm gesetzt. Die Breite L1 wurde auf 0,50 Lcμm in 9A gesetzt (somit ist 9A eine Reproduktion von 5B und 8C), auf 0,32 Lcμm in 9B, auf 0,20 Lcμm in 9C, auf 0,16 Lcμm in 9D, auf 0,12 Lcμm in 9E und auf 0,08 Lcμm in 9F. Nach diesen Berechnungen gilt für die Ladungsdichteverteilung in dem peripheren Teil 1112, dass die Ladungsdichte umso niedriger ist, je kleiner die Breite L1 der Netzleitung 15A2 ist.
  • Wie oben beschrieben, ist bei der Angabe des Unterschieds in den Abständen L2 und/oder Breiten L1 der Netzleitungen 15A2 in der ersten Elektrode 15A die Ladungsdichte umso niedriger, je niedriger das Flächenverhältnis des Leiters (der Leitung) in den Netzen ist. Daher kann durch Einstellen dieses Abstandes L2 und/oder dieser Breite L1 die Ladungsdichte an der korrespondierenden Position in der aktiven Schicht 11 definiert werden.
  • Anstelle des einzigen Leiters im vorgenannten Beispiel kann der erste leitfähige Bereich 15A11 aus einem Netz mit einem größeren Leiterflächenverhältnis als der zweite leitfähige Bereich 15A12 hergestellt sein, beispielsweise mit größerer Breite L1 der Netzleitung als der zweite leitfähige Bereich 15A12 (10A) oder mit gleicher Breite L1, aber kleinerer Breite L2. Alternativ können drei oder mehr leitfähige Bereiche (ein erster leitfähiger Bereich 15A11, ein zweiter leitfähiger Bereich 15A12, ein dritter leitfähiger Bereich 15A13 ...) vorgesehen sein, um das Leiterflächenverhältnis ausgehend von der Mitte zur Peripherie der ersten Elektrode 15A hin graduell kleiner werden zu lassen (10B). Als ein weiteres Beispiel kann eine Konfiguration vorgesehen sein, bei welcher ein quadratförmiger erster leitfähiger Bereich 15A11 mit dem höchsten Leiterflächenverhältnis in der Mitte einer ersten Elektrode 15A bereitgestellt ist, ein zweiter leitfähiger Bereich 15A12 mit dem nächsthöheren Leiterflächenverhältnis in Kontakt mit den Seiten des Quadrats des ersten leitfähigen Bereichs 15A11 bereitgestellt ist und ein dritter leitfähiger Bereich 15A13 mit einem niedrigeren Leiterflächenverhältnis als diese beiden leitfähigen Bereiche in Kontakt mit den Ecken des Quadrats des ersten leitfähigen Bereichs 15A11 bereitgestellt ist (10C).
  • Wie in 11 gezeigt, kann ausgehend von der Mitte der in-plane-Position der ersten Elektrode 15A zur Außenseite hin die Fläche jedes Zwischenleitungsbereichs 15A3 graduell größer werden. In diesem Beispiel weisen die Abstände L2 zwischen den Netzleitungen 15A2 unabhängig von der in-plane-Position den gleichen Wert auf, und die Breite L1 variiert kontinuierlich, um mit Entfernung von der Mitte der in-plane-Position graduell kleiner zu werden. In der Mitte der in-plane-Position ist die Breite L1 gleich dem Abstand L2, und die Zwischenleitungsbereiche 15A3 sind nicht vorhanden. Gemäß dieser Konfiguration ändert sich das Leiterflächenverhältnis in der ersten Elektrode 15A im Wesentlichen kontinuierlich, um mit Entfernung der Position von der Mitte der in-plane-Position graduell kleiner zu werden. In dem Ladungsinjektionsbereich 111 der aktiven Schicht 11, in welchen aus einer derartigen ersten Elektrode 15A Strom injiziert wird, wird die ausgehend von der Mitte der in-plane-Position zur Aussenseite hin die graduell kleiner werdende Ladungsdichte ausgebildet; ebenso wird die Intensität der Lichtemission von der Mitte der in-plane-Position zur Außenseite hin graduell kleiner. Eine derartige Intensitätsverteilung gemäß der Position der Lichtemission ist der Gaußschen Verteilung ähnlicher als die Verteilung in den anderen Fällen, welche vorstehend beispielhaft angeführt sind. Somit tritt leicht Laseroszillation in der Grundmode auf.
  • 12A und 12B zeigen jeweils in einem Graphen ein Ergebnis der Berechnung der Schwellenverstärkungsdifferenz ∆α im Beispiel von 11. Hierbei wird angenommen, dass die Gaußsche Verteilung der Ladungsdichte mit der Breite wp in dem Ladungsinjektionsbereich 111 ausgebildet ist. In 12A wurde L auf 200 μm festgelegt, und wp/L wurde als die Abszissenachse des Graphen genommen. In 12B wurde wp/L auf 0,25 festgelegt, und L wurde als die Abszissenachse genommen. In 12A sind Daten mit wp/L = 0 nicht gemäß der vorliegenden Ausführungsform, sondern gemäß dem herkömmlichen Laser mit zweidimensionalem photonischen Kristall, bei dem durch die plattenförmige erste Elektrode eine einheitliche Ladungsdichte in der aktiven Schicht ausgebildet ist. Es kann verstanden werden, dass sämtliche Daten gemäß der vorliegenden Ausführungsform, welche in 12A gezeigt sind, eine größere Schwellenverstärkungsdifferenz ∆α aufweisen als der herkömmliche Fall mit wp/L = 0, und dass leicht Laseroszillation in der Grundmode auftritt. Gemäß dem Graphen von 12B ist in einem Bereich mit dem Wert von L größer als 400 μm die Schwellenverstärkungsdifferenz ∆α umso kleiner, je größer L ist. Indessen ist die Fläche der gesamten ersten Elektrode umso größer, je größer L ist. Dies ist somit im Hinblick auf eine Erhöhung der Laserausgangsleistung vorteilhaft. Basierend auf den berechneten Werten von ∆α, welche in 12B erhalten werden, wurde bei Berechnung der Laserlichtausgangsleistung ein Wert von 8 W erhalten in einem Fall des größten Wertes von L mit L = 2200 μm aus Werten von ∆α gleich oder größer als der Wert von ∆α in dem herkömmlichen Beispiel von 12A. Der berechnete Wert der optischen Ausgangsleistung ist höher als der berechnete Wert in einem Fall, wo die Ladungsdichte nur durch zwei Werte unter Verwendung des voranstehend erwähnten ersten leitfähigen Bereichs 15A11 und zweiten leitfähigen Bereichs 15A12 eingestellt wird.
  • 13 zeigt ein Beispiel der ersten Elektrode 15A zum selektiven Oszillieren des Lasers in einer höheren Mode. Bei diesem Beispiel wurden bei der quadratförmigen ersten Elektrode 15A erste leitfähige Bereiche 15A11 in der Nähe von zwei, an einer Diagonalen ausgerichteten Ecken von den vier Ecken des Quadrats bereitgestellt und der verbleibende Bereich wurde auf einen zweiten leitfähigen Bereich 15A12 eingestellt, welcher ein niedrigeres Leiterflächenverhältnis aufweist als die ersten leitfähigen Bereiche 15A11. Diese Struktur bildet eine Verteilung aus, bei welcher die Stromdichte in der Nähe der Mitte der planaren Gestalt der ersten Elektrode 15A niedrig ist und die Stromdichte in der Nähe der beiden Ecken hoch ist. Die Injektion des Stroms mit einer solchen Verteilung in die aktive Schicht 11 führt dazu, dass in der aktiven Schicht 11 erzeugtes Licht zu stehenden Wellen in der höheren Mode wird, wo sich ein Knoten in der Nähe der Mitte befindet und die Schwingungsbäuche in der Nähe der Position liegen, welche zu den zwei Ecken an der Diagonalen in dem zweidimensionalen photonischen Kristall 123 korrespondieren. Somit oszilliert der Laser in der höheren Mode.
  • [Zweite Ausführungsform – konzentrisch-kreisförmige Elektrode]
  • Ein oberflächenemittierender Laser mit zweidimensionalem photonischen Kristall gemäß einer zweiten Ausführungsform verwendet eine erste Elektrode 15B mit einer Konfiguration, bei welcher ringförmige Leiter 15B1 auf konzentrische Weise bereitgestellt sind, und bei welcher die Begrenzungen der ringförmigen Leiter 15B1 mittels ringförmiger Isolatoren 15B2 voneinander isoliert sind, wie in 14 gezeigt. In der Mitte des konzentrischen Kreises ist ein kreisförmiger Leiter 15B0 bereitgestellt. Der kreisförmige Leiter 15B0 und die ringförmigen Leiter 15B1 sind über einen linearen Leiter 15B3 elektrisch miteinander verbunden. Die Breite des ringförmigen Leiters 15B1 wurde eingestellt, um ein Verhältnis zur Breite des ringförmigen Isolators 15B2 aufzuweisen, welches umso kleiner ist, je größer die Entfernung von der Mitte ist. Es wird somit eine Stromdichteverteilung ausgebildet, bei welcher die Dichte mit der Entfernung der Position von der Mitte der ersten Elektrode 15B kleiner wird.
  • [Dritte Ausführungsform – geteilte Elektroden]
  • Bei einem oberflächenemittierenden Laser mit zweidimensionalem photonischen Kristall gemäß einer dritten Ausführungsform wurde eine erste Elektrode 15C mit einer Konfiguration verwendet, welche in 15 dargestellt ist. Eine erste Elektrode 15C weist in einer Gesamtansicht eine quadratische Form auf und umfasst zwei Bereiche, welche sind ein quadratförmiger erster leitfähiger Bereich 15C11, welcher in der Nähe der Mitte ausgebildet ist, und ein zweiter leitfähiger Bereich 15C12, welcher um den ersten leitfähigen Bereich 15C11 herum ausgebildet ist. Ein isolierender Bereich 15C21, hergestellt aus einem Isolator, welcher linear wie die vier Seiten eines Quadrats ausgebildet ist, ist an der Begrenzung zwischen dem ersten leitfähigen Bereich 15C11 und dem zweiten leitfähigen Bereich 15C12 bereitgestellt. Bei dieser Struktur wirken der erste leitfähige Bereich 15C11 und der zweite leitfähige Bereich 15C12 als die im Vorstehenden erwähnten Subelektroden. Die erste Elektrode 15C umfasst einen linearen Verbindungsbereich 15C31, welcher aus einem Leiter hergestellt ist, der sich von einer Ecke des Quadrats des ersten leitfähigen Bereichs 15C11 auf der Diagonalen des Quadrats des zweiten leitfähigen Bereichs 15C12 erstreckt und eine Ecke des zweiten leitfähigen Bereichs 15C12 erreicht. Zu beiden Seiten der Leitung des Verbindungsbereichs 15C31 ist ein isolierender Bereich 15C21 bereitgestellt. Die erste Elektrode 15C kann nach einem typischen Lithographieverfahren hergestellt sein.
  • Der oberflächenemittierende Laser mit zweidimensionalem photonischen Kristall gemäß der dritten Ausführungsform legt eine erste Spannung V1 zwischen den ersten leitfähigen Bereich 15C11 und die zweite Elektrode 16 an, während er eine zweite Spannung V2 niedriger als die erste Spannung V1 zwischen den zweiten leitfähigen Bereich 15C12 und die zweite Elektrode 16 anlegt. Während der Beaufschlagung ist der erste leitfähige Bereich 15C11 über den Verbindungsbereich 15C31 mit einer ersten Leistungsquelle (nicht gezeigt) verbunden, während der zweite leitfähige Bereich 15C12 direkt mit einer zweiten Leistungsquelle (nicht gezeigt) verbunden ist, welche von der elften Leistungsquelle verschieden ist. Der erste leitfähige Bereich 15C11 und der zweite leitfähige Bereich 15C12 sind über den isolierenden Bereich 15C21 elektrisch voneinander getrennt, wie vorstehend beschrieben. Somit können an die jeweiligen Bereiche unterschiedliche Spannungen angelegt werden. Eine derartige Spannungsbeaufschlagung bildet in dem Ladungsinjektionsbereich 111 der aktiven Schicht 11 eine Ladungsdichteverteilung aus, bei welcher die Dichte in dem mittleren Teil 1111 höher ist als diejenige in dem peripheren Teil 1112. Aus dem Ladungsinjektionsbereich 111 tritt somit eine Lichtemission auf mit einer Intensitätsverteilung, deren Intensität ein Maximum in dem mittleren Teil 1111 aufweist. Dieses emittierte Licht wird in dem zweidimensionalen photonischen Kristall 123 verstärkt, um Laseroszillation in einer Grundmode zu erleichtern. Somit kann eine nutzlose Laseroszillation in einer höheren Mode reduziert werden, wodurch die optische Ausgangsleistung als Ganzes erhöht werden kann.
  • Die erste Elektrode 15C gemäß der dritten Ausführungsform kann ausgehend von der Mitte in Richtung auf die Peripherie hin drei oder mehr leitfähige Bereiche (den ersten leitfähigen Bereich 15C11, den zweiten leitfähigen Bereich 15C12, den dritten leitfähigen Bereich 15C13 ...) umfassen (16). Im Falle der Bereitstellung von drei oder mehr leitfähigen Bereichen sind alle Begrenzungen zwischen den leitfähigen Bereichen mit isolierenden Bereichen 15C21, 15C22 ... versehen. In anderen leitfähigen Bereichen als dem am weitesten außen angeordneten sind Verbindungsbereiche 15C31 und 15C32 ... bereitgestellt. Die leitfähigen Bereiche (Subelektroden) sind mit verschiedenen Leistungsquellen verbunden.
  • Bezugszeichenliste
    • 10X
    Oberflächenemittierender Laser mit zweidimensionalem photonischen Kristall
    11
    Aktive Schicht
    111
    Ladungsinjektionsbereich
    1111
    Mittlerer Teil
    1112
    Peripherer Teil
    12
    Schicht eines zweidimensionalen photonischen Kristalls
    121
    Basisglied
    122
    Bereiche mit modifiziertem Brechungsindex
    123
    Zweidimensionaler photonischer Kristall
    13
    Zwischenschicht
    141
    Erste Cladding-Schicht
    142
    Zweite Cladding-Schicht
    15A, 15B, 15C, 15X
    Erste Elektrode
    15A11, 15C11
    Erster leitfähiger Bereich
    15A12, 15C12
    Zweiter leitfähiger Bereich
    15A13, 15C13
    Dritter leitfähiger Bereich
    15A2
    Netzleitung
    15A3
    Zwischenleitungsbereich
    15B0
    Kreisförmiger Leiter
    15B1
    Ringförmiger Leiter
    15B2
    Ringförmiger Isolator
    15B3
    Linearer Leiter
    15C21, 15C22
    Isolierender Bereich
    15C31, 15C32
    Verbindungsbereich
    16, 16A
    Zweite Elektrode
    161A
    Fenster
    162A
    Rahmen

Claims (12)

  1. Oberflächenemittierender Laser mit zweidimensionalem photonischen Kristall, umfassend: einen zweidimensionalen photonischen Kristall, umfassend ein plattenförmiges Basisglied und Bereiche mit modifiziertem Brechungsindex, wobei die Bereiche mit modifiziertem Brechungsindex einen Brechungsindex aufweisen, welcher von demjenigen des plattenförmigen Basisglieds verschieden ist, und zweidimensional und periodisch in dem Basisglied angeordnet sind; eine aktive Schicht, welche auf einer Seite des zweidimensionalen photonischen Kristalls bereitgestellt ist; und eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode, welche den zweidimensionalen photonischen Kristall und die aktive Schicht sandwichartig zwischen sich anordnend bereitgestellt sind zum Zuführen von Strom zu der aktiven Schicht, wobei die zweite Elektrode einen Bereich bedeckt, der gleich oder breiter ist als die erste Elektrode, wobei die erste Elektrode ausgebildet ist, der aktiven Schicht den Strom mit einer unterschiedlichen Dichte in Abhängigkeit von einer in-plane-Position an der ersten Elektrode zuzuführen.
  2. Oberflächenemittierender Laser mit zweidimensionalem photonischen Kristall nach Anspruch 1, wobei die erste Elektrode ausgebildet ist, der aktiven Schicht den Strom zuzuführen, wobei die Verteilung eine höchste Dichte in einer Mitte der in-plane-Position aufweist.
  3. Oberflächenemittierender Laser mit zweidimensionalem photonischen Kristall nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Elektrode einen Leiter umfasst, welcher in einer Netzform ausgebildet ist.
  4. Oberflächenemittierender Laser mit zweidimensionalem photonischen Kristall nach Anspruch 3, wobei ein Abstand zwischen Leitungen des Netzes um das 1,4-Fache oder weniger breiter ist als ein sich in einer in-plane-Richtung der aktiven Schicht ausbreitender Strom.
  5. Oberflächenemittierender Laser mit zweidimensionalem photonischen Kristall nach Anspruch 3 oder 4, wobei die erste Elektrode Bereiche mit unterschiedlichen Flächenverhältnissen des Leiters in dem Netz aufweist.
  6. Oberflächenemittierender Laser mit zweidimensionalem photonischen Kristall nach Anspruch 5, wobei das Flächenverhältnis in jedem der Bereiche mit Entfernung einer Position von der Mitte der in-plane-Position der ersten Elektrode graduell kleiner wird.
  7. Oberflächenemittierender Laser mit zweidimensionalem photonischen Kristall nach Anspruch 6, wobei ein die Mitte umfassender Bereich in der ersten Elektrode nur aus dem Leiter besteht.
  8. Oberflächenemittierender Laser mit zweidimensionalem photonischen Kristall nach Anspruch 3 oder 4, wobei sich das Flächenverhältnis des Leiters in dem Netz der ersten Elektrode in Abhängigkeit von einer Position kontinuierlich ändert.
  9. Oberflächenemittierender Laser mit zweidimensionalem photonischen Kristall nach Anspruch 8, wobei das Flächenverhältnis des Leiters in dem Netz mit Entfernung einer Position von der Mitte der in-plane-Position der ersten Elektrode graduell kleiner wird.
  10. Oberflächenemittierender Laser mit zweidimensionalem photonischen Kristall nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Elektrode ringförmige Leiter in konzentrisch-kreisförmiger Anordnung und einen Verbindungsteil zum elektrischen Verbinden der ringförmigen Leiter miteinander umfasst.
  11. Oberflächenemittierender Laser mit zweidimensionalem photonischen Kristall nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Elektrode in Bereiche geteilt ist, wobei die Bereiche Subelektroden umfassen, welche elektrisch voneinander isoliert sind.
  12. Oberflächenemittierender Laser mit zweidimensionalem photonischen Kristall nach Anspruch 11, wobei verschiedene Leistungsquellen mit den jeweiligen Subelektroden verbunden sind.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6990499B2 (ja) * 2016-04-18 2022-01-12 スタンレー電気株式会社 垂直共振器型発光素子及び垂直共振型発光素子の製造方法
JP7081906B2 (ja) * 2017-06-02 2022-06-07 浜松ホトニクス株式会社 半導体発光素子及び半導体発光素子の位相変調層設計方法
CN110011182B (zh) * 2018-01-05 2021-07-30 株式会社东芝 光子晶体内置基板及其制造方法、以及面发光量子级联激光器
CN109326958A (zh) * 2019-01-02 2019-02-12 常州纵慧芯光半导体科技有限公司 金属网格大功率垂直腔面发射激光器
WO2022193076A1 (zh) * 2021-03-15 2022-09-22 深圳市汇顶科技股份有限公司 垂直腔面发射激光器及电子设备
CN115548873B (zh) * 2022-12-02 2023-06-02 微源光子(深圳)科技有限公司 光子晶体激光器及其制备方法

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5434426A (en) * 1992-09-10 1995-07-18 Kabushiki Kaisha Toshiba Optical interconnection device
JPH0783136B2 (ja) * 1993-02-10 1995-09-06 日亜化学工業株式会社 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子
JP3713725B2 (ja) * 1994-09-28 2005-11-09 富士ゼロックス株式会社 半導体レーザ装置、その製造方法およびその駆動方法
US6154480A (en) 1997-10-02 2000-11-28 Board Of Regents, The University Of Texas System Vertical-cavity laser and laser array incorporating guided-mode resonance effects and method for making the same
US6507595B1 (en) * 1999-11-22 2003-01-14 Avalon Photonics Vertical-cavity surface-emitting laser comprised of single laser elements arranged on a common substrate
JP2002016311A (ja) * 2000-06-27 2002-01-18 Sharp Corp 窒化ガリウム系発光素子
US6744798B2 (en) * 2000-10-10 2004-06-01 Agency Of Industrial Science And Technology Surface-type light amplifer device and method of manufacture thereof
JP2002223033A (ja) * 2001-01-26 2002-08-09 Toshiba Corp 光素子及び光システム
JP4224981B2 (ja) * 2002-05-02 2009-02-18 ソニー株式会社 面発光半導体レーザ素子およびその製造方法
US7245648B2 (en) * 2004-02-27 2007-07-17 Finisar Corporation Optoelectronic arrangement
JP4027392B2 (ja) * 2005-04-28 2007-12-26 キヤノン株式会社 垂直共振器型面発光レーザ装置
WO2007029538A1 (ja) * 2005-09-02 2007-03-15 Kyoto University ２次元フォトニック結晶面発光レーザ光源
JP2007234824A (ja) 2006-02-28 2007-09-13 Canon Inc 垂直共振器型面発光レーザ
JP5177130B2 (ja) 2007-03-23 2013-04-03 住友電気工業株式会社 フォトニック結晶レーザおよびフォトニック結晶レーザの製造方法
JP2009094317A (ja) * 2007-10-10 2009-04-30 Nec Corp 面発光レーザ
KR100974777B1 (ko) * 2009-12-11 2010-08-06 엘지이노텍 주식회사 발광 소자
CN101859983B (zh) 2010-05-12 2012-01-25 中国科学院半导体研究所 带有准光子晶体波导阵列的量子级联激光器及其制作方法
JP5488916B2 (ja) * 2010-07-30 2014-05-14 浜松ホトニクス株式会社 半導体面発光素子及びその製造方法
JP5549011B2 (ja) * 2010-07-30 2014-07-16 浜松ホトニクス株式会社 半導体面発光素子及びその製造方法
JP2013038453A (ja) * 2011-08-03 2013-02-21 Sony Corp 情報処理装置及び表示方法
JP2013161965A (ja) 2012-02-06 2013-08-19 Kyoto Univ 半導体発光素子
JP2014027264A (ja) * 2012-06-22 2014-02-06 Canon Inc 面発光レーザ
JP6329893B2 (ja) * 2014-12-24 2018-05-23 浜松ホトニクス株式会社 半導体レーザ装置

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