DE112015005754T5

DE112015005754T5 - Halbleiterlasergerät

Info

Publication number: DE112015005754T5
Application number: DE112015005754.4T
Authority: DE
Inventors: Yuu Takiguchi; Kazuyoshi Hirose; Yoshitaka Kurosaka; Takahiro Sugiyama; Yoshiro Nomoto
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2014-12-24
Filing date: 2015-12-24
Publication date: 2017-10-05
Also published as: WO2016104610A1; US9948060B2; JP6329893B2; JP2016122711A; US20170338624A1

Abstract

Dieses Halbleiterlasergerät umfasst einen Halbleiterlaser-Chip und einen räumlichen Lichtmodulator SLM, der optisch mit dem Halbleiterlaser-Chip gekoppelt ist. Der Halbleiterlaser-Chip LDC umfasst eine aktive Schicht 4, ein Paar von Umhüllungsschichten 2 und 7, welche die aktive Schicht 4 zwischen sich einschließen, eine Beugungsgitter-Schicht 6, die optisch mit der aktiven Schicht gekoppelt ist und eine Treiberelektrode E3, die zwischen der Umhüllungsschicht 2 und dem räumlichen Lichtmodulator SLM angeordnet ist und die aktive Schicht 4 mit einem elektrischen Strom versorgt, wobei die Treiberelektrode E3 innerhalb der XY-Ebene angeordnet ist, in Richtung der Z-Achse gesehen eine Vielzahl von Öffnungen aufweist und eine nichtperiodische Struktur hat.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterlasergerät.
Stand der Technik
Patentliteratur 1 offenbart ein oberflächenemittierendes Laserelement mit einer zweidimensionalen periodischen Struktur. Dieses oberflächenemittierende Laserelement beinhaltet eine Schicht eines photonischen Kristalls. Die Schicht des photonischen Kristalls, die in derselben Literatur offenbart ist, weist eine Struktur auf, in der Löcher in zwei orthogonalen Richtungen periodisch bereitgestellt sind. Nicht-Patentliteratur 1 offenbart ein Beispiel, in welchem ein Phasenverschiebungsbereich, der eine Periode aufweist, die sich von jener des umgebenen Bereiches unterscheidet, zwischen Lochformungsbereiche eingebracht wird. Durch Benutzung eines Phasenverschiebungsbereiches kann ein Strahlprofil erhalten werden, welches sich von jenem unterscheidet, dass ohne Benutzung eines Phasenverschiebungsbereiches erhalten werden kann. Ein ringförmiger Strahl ist insbesondere für optische Pinzetten wirkungsvoll. Mit einem normalen unimodalen Strahl ist es schwierig einen lichtdurchlässigen Stoff zu fassen, wohingegen ein ringförmiger Strahl auch benutzt werden kann, einen lichtdurchlässigen Stoff zu fassen (Nicht-Patentliteratur 2). Patent Literatur 2 offenbart einen Projektor, der ein oberflächenemittierendes Laserelement benutzt. Im Allgemeinen ist ein Projektor eine Vorrichtung, die ein gewünschtes Bild durch selektives Transmittieren/Blocken von Licht für jedes Pixel herausbildet ohne eine Phase einer Wellenfront für jedes Pixel zu steuern.
Wenn es möglich ist Phasen von Wellenfronten entsprechender Mikrobereiche eines zweidimensional ausgebreiteten Laserstrahls zu steuern, indem Wellenfronten der zugehörigen Mikrobereiche überlappt werden, kann ein gewünschtes Bild erhalten werden. Bedenkt man, dass ein Fernfeld-Bild eines Lasers durch Fouriertransformation eines Nahfeld-Bildes des zweidimensional ausgebreiteten Laserstrahls erhalten wird, können vielfältige Anwendungen solch eines Halbleiterlasergerätes erwartet werden. Es ist bekannt, dass reproduzierte Bilder erhalten werden können, indem die Fouriertransformation auf ein Hologramm angewandt wird, und eine Vorrichtung hierfür kann erwartungsgemäß auch für Hologrammgestaltung und dergleichen genutzt werden. Ein fouriertransformiertes Bild wird zur Bildbearbeitung in einer Kontrollvorrichtung, zur Mustererkennung und dergleichen genutzt.
Quellenliste
Patentliteratur

Patentdokument 1: japanische Offenlegungsschrift Nr. 2000-332351
Patentdokument 2: japanische Offenlegungsschrift Nr. 2010-219307

Nicht-Patentliteratur

Nicht-Patentdokument 1: Eiji Miyai et. al., „Lasers producing tailored beams” („Laser produzieren maßgeschneiderte Strahlen”), Nature, Vol. 441, Seite 946 (2006)
Nicht-Patentdokument 2: Kyosuke Sakai et. al., „Optical trapping of metal particle in doughnut-shaped beam emitted by photonic-crystal laser” (”Optische Fixierung von Metallpartikeln in einem durch einen Photonikkristall-Laser emittierten donutförmigen Strahl”), Electronics Letters, Vol. 43, Seiten 107–108 (2008)

Zusammenfassung der Erfindung
Aufgabenstellung
Allerdings war üblicherweise kein Halbleiterlasergerät bekannt, dass dazu imstande ist eine Wellenfrontsteuerung durchzuführen, d. h. eine Phasensteuerung für jeden Mikrobereich, und es war unmöglich durch solch ein Halbleiterlasergerät uneingeschränkt Wellenfronten zu überlappen, um ein variables gewünschtes Laserstrahlprofil auszubilden. Um diese Aufgabenstellung zu lösen haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung durch die Überlagerung eines Halbleiterlaser-Chips und eines räumlichen Lichtmodulators aufeinander ein Halbleiterlasergerät entwickelt und haben herausgefunden, dass Störlicht in einem auszugebenden Laserstrahl enthalten ist.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf diese Aufgabenstellung gemacht und eine Aufgabe derselben ist es, ein Halbleiterlasergerät zur Verfügung zu stellen, welches dazu imstande ist, Störlicht zu reduzieren und variable, gewünschte Laserstrahlprofile auszubilden.
Lösung des Problems
Um oben beschriebenes Problem zu lösen umfasst ein erstes Halbleiterlasergerät einen Halbleiterlaser-Chip und einen räumlichen Lichtmodulator, der optisch mit dem Halbleiterlaser-Chip gekoppelt ist, und moduliert einen Laserstrahl, der entlang einer Dickenrichtung des Halbleiterlaser-Chips ausgegeben wird durch den räumlichen Lichtmodulator, und gibt den Laserstrahl nach außen ab, wobei der Halbleiterlaser-Chip eine aktive Schicht, ein Paar von Umhüllungsschichten, welche die aktive Schicht zwischen sich einschließen, eine Beugungsgitter-Schicht, die optisch mit der aktiven Schicht gekoppelt ist, und eine Treiberelektrode, die zwischen der Umhüllungsschicht auf der Seite des räumlichen Lichtmodulators und dem räumlichen Lichtmodulator angeordnet ist und die aktive Schicht mit einem elektrischen Strom versorgt, umfasst, wobei im Fall, dass ein dreidimensionales orthogonales XYZ Koordinatensystem festgelegt ist, eine Dickenrichtung des Halbleiterlaser-Chips als Richtung der Z-Achse festgelegt ist und eine Ebene parallel zu einer Grenzflächen zwischen dem Halbleiterlaser-Chip und dem räumlichen Lichtmodulator als XY-Ebene festgelegt ist, die Treiberelektrode innerhalb der XY-Ebene angeordnet ist, wobei die Treiberelektrode von der Richtung der Z-Achse gesehen eine Vielzahl von Öffnungen aufweist und wobei die Treiberelektrode eine nichtperiodische Struktur aufweist.
Als ein Ergebnis ernsthafter Studien haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung herausgefunden, dass, wenn eine Bedingung erfüllt war, die bewirkt, dass Phasen eines transmittierenden Laserstrahls überlappen oder dass Phasen eines reflektierten Laserstrahls in der Treiberelektrode überlappen, Störlicht erzeugt wurde. Das heißt, wenn die Treiberelektrode eine Struktur hat, die eine Vielzahl von Öffnungen aufweist und Transmission durch diese hindurch bewirkt, zum Zeitpunkt der Transmission Störlicht durch Interferenz der Laserstrahlen erzeugt wird, wenn die Musteranordnung periodisch ist, und zum Zeitpunkt der Reflexion Störlicht durch Interferenz der Laserstrahlen erzeugt wird, wenn die Musteranordnung der die Treiberelektrode ausbildenden leitfähigen Bereiche periodisch ist.
Deshalb wird in der vorliegenden Erfindung durch das Anwenden einer nicht periodischen Struktur der Treiberelektrode derartige Interferenz und die Erzeugung von Störlicht verhindert.
Bevorzugt weist die Treiberelektrode in einem zweiten Halbleiterlasergerät eine Vielzahl von leitfähigen Bereichen auf, die sich entlang einer ersten Richtung innerhalb der XY Ebene linear erstrecken, und wenn Breiten der leitfähigen Bereiche in der Richtung der X-Achse Xe sind, sind Abstände zwischen den leitfähigen Bereichen in Richtung der X-Achse Xs, N ist eine ganze Zahl, eine Breite Xe des an N-ter Stelle entlang der Richtung der X-Achse positionierten leitfähigen Bereichs ist Xe(N), und ein an N-ter Stelle entlang der Richtung der X-Achse positionierter Abstand Xs ist Xs(N), die Breiten Xe sind nicht periodisch, Xe(N) und Xe(N + 1) unterscheiden sich voneinander, die Abstände Xs sind nicht periodisch und Xs(N) und Xs(N + 1) unterscheiden sich voneinander.
Da die Breiten Xe der leitfähigen Bereiche nicht periodisch sind wird vermieden, dass daran reflektierte Laserstrahlen miteinander interferieren und die Erzeugung von Störlicht hervorrufen, und da die Abstände Xs zwischen den, die Öffnungen definierenden leitfähigen Bereichen nicht periodisch sind wird vermieden, dass durch die Öffnungen transmittierte Laserstrahlen miteinander interferieren und die Erzeugung von Störlicht hervorrufen.
Im Halbleiterlasergerät ist der Halbleiterlaser-Chip rechteckig innerhalb der XY Ebene und wenn eine Richtung parallel zu einer Seite des Rechtecks als Y-Achse festgelegt wird, kann ein Winkel β zwischen der ersten Richtung und der Y-Achse als β ≠ n × 90° festgelegt werden (n: beliebige ganze Zahl).
In einem dritten Halbleiterlasergerät weist die Treiberelektrode eine Form auf, in welcher eine Vielzahl erster leitfähiger Bereiche, die sich entlang einer ersten Richtung erstrecken, und eine Vielzahl zweiter leitfähiger Bereiche, die sich entlang einer zweiten Richtung erstrecken, welche sich von der ersten Richtung unterscheidet, überlappen, um eine Vielzahl von zweidimensional innerhalb der XY Ebene positionierter Öffnungen auszubilden, und wenn Breiten der ersten leitfähigen Bereiche in Richtung der X-Achse Xe1 sind, sind Abstände zwischen den ersten leitfähigen Bereichen in der Richtung der X-Achse Xs1, N ist eine ganze Zahl, eine Breite Xe1 des an N-ter Stelle entlang der Richtung der X-Achse positionierten ersten leitfähigen Bereichs ist Xe1(N), und ein an N-ter Stelle entlang der Richtung der X-Achse positionierter Abstand Xs1 ist Xs1(N), die Breiten Xe1 sind nicht periodisch, Xe1(N) und Xe1(N + 1) unterscheiden sich voneinander, die Abstände Xs1 sind nicht periodisch und Xs1(N) und Xs1(N + 1) unterscheiden sich voneinander.
In diesem Fall kann derselbe, das Störlicht vorbeugende Effekt wie zuvor beschrieben erreicht werden und aufgrund des Vorhandenseins der zweiten leitfähigen Bereiche kann ein Widerstand der Treiberelektrode als Ganzes reduziert und die aktive Schicht effizient mit einem Treiberstrom versorgt werden.
Jeder leitfähige Bereich kann sich linear oder im Bogen erstrecken.
In einem vierten Halbleiterlaser-Chip erstrecken sich die ersten leitfähigen Bereiche und/oder die zweiten leitfähigen Bereiche im Bogen. In diesem Fall verschlechtert sich die Regelmäßigkeit zwischen den leitfähigen Bereichen im Vergleich zu jenem Fall, in welchem sich die leitfähigen Bereiche linear erstrecken, weiter, sodass die Aperiodizität und die Zufälligkeit der Struktur der Treiberelektrode verbessert werden und Störlicht weiter vorgebeugt wird, und die Form derselben ist ein Bogen, der einer leichten kontinuierlichen Richtungsänderung entspricht, sodass Oberwellen-Störlicht, welches durch einen schnellen Wechsel in der Form hervorgerufen wird, auch kaum erzeugt wird.
In einem fünften Halbleiterlasergerät weist die Treiberelektrode eine Form auf, in welcher eine Vielzahl erster leitfähiger Bereiche, die sich entlang einer ersten Richtung erstrecken, eine Vielzahl zweiter leitfähiger Bereiche, die sich entlang einer zweiten Richtung erstrecken, welche sich von der ersten Richtung unterscheidet, und eine Vielzahl dritter leitfähiger Bereiche, die sich entlang einer dritten Richtung erstrecken, welche sich von beiden, der ersten Richtung und der zweiten Richtung unterscheidet, überlappen, um eine Vielzahl von zweidimensional innerhalb der XY Ebene positionierter Öffnungen auszubilden.
Das heißt, dass die Öffnung konstruiert wird, indem sie durch sich in mehrere Richtungen erstreckende leitfähige Bereiche umgeben wird, und die leitfähigen Bereiche können sich in drei oder mehr Richtungen erstrecken. Es wird in Betracht gezogen, dass sich die Zufälligkeit erhöht und die Erzeugung von Störlicht weiter vorgebeugt wird, wenn sich die leitfähigen Bereiche in mehrere Richtungen erstrecken.
In einem sechsten Halbleiterlasergerät umfasst ein Bereich, in welchem die Treiberelektrode zur Verfügung gestellt wird, einen ersten Bereich, in welchem ein leitfähiger Bereich ausgebildet wird, der eine erste aperiodische Struktur aufweist, und einen zweiten Bereich, in welchem ein leitfähiger Bereich ausgebildet wird, der eine aperiodische, sich von der ersten aperiodischen Struktur unterscheidende, Struktur aufweist.
Der erste Bereich und der zweite Bereich haben unterschiedliche Muster, sodass vermieden wird, dass Laserstrahlen von diesen Bereichen miteinander interferieren und die Erzeugung von Störlicht hervorrufen.
Vorteile der Erfindung
Das Halbleiterlasergerät der vorliegenden Erfindung kann ein variables gewünschtes Laserstrahlprofil herausbilden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Längsschnitt eines Halbleiterlasergeräts gemäß einer ersten Ausgestaltung.
2 ist ein Längsschnitt eines Halbleiterlasergeräts gemäß einer zweiten Ausgestaltung.
3 ist eine Draufsicht einer Treiberelektrode.
4 ist eine Draufsicht einer Treiberelektrode.
5 ist eine Draufsicht einer Treiberelektrode.
6 ist eine Draufsicht einer Treiberelektrode.
7 ist eine Draufsicht einer Treiberelektrode.
8 ist eine Draufsicht einer Treiberelektrode.
9 ist eine Draufsicht einer Treiberelektrode.
10 ist eine Draufsicht einer Treiberelektrode.
11 ist eine Draufsicht einer Treiberelektrode.
12 ist eine Draufsicht einer Treiberelektrode.
13 ist eine Draufsicht einer Treiberelektrode.
14 ist eine Draufsicht einer Treiberelektrode.
15 ist eine Draufsicht einer Treiberelektrode.
16 ist eine Draufsicht einer Treiberelektrode.
17 ist eine Draufsicht einer Treiberelektrode.
18 ist eine Draufsicht einer Treiberelektrode.
19 ist eine Draufsicht einer Treiberelektrode.
20 ist eine Draufsicht einer Treiberelektrode.
21 ist eine Draufsicht einer Treiberelektrode.
22 ist eine Draufsicht einer Beugungsgitterschicht.
Beschreibung der Ausgestaltungen
Hiernach werden Halbleiterlasergeräte gemäß den Ausgestaltungen beschrieben. Dieselben Elemente werden mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet und eine sich überlappende Beschreibung derselben wird ausgelassen.
1 ist ein Längsschnitt eines Halbleiterlasergeräts gemäß einer ersten Ausgestaltung.
Dieses Halbleiterlasergerät umfasst einen Halbleiterlaser-Chip LDC, der aus einem Verbindungshalbleiter hergestellt ist und einen räumlichen Lichtmodulator SLM, der optisch mit dem Halbleiterlaser-Chip gekoppelt ist.
Der Halbleiterlaser-Chip LDC umfasst eine Leuchtschicht, die eine aktive Schicht 4 umfasst, ein Paar von Umhüllungsschichten 2 und 7, welche die Leuchtschicht zwischen sich einschließen und eine Beugungsgitter-Schicht 6, die optisch mit der Leuchtschicht gekoppelt ist. Die Leuchtschicht beinhaltet die aktive Schicht 4 und notwendigerweise Lichtführungsschichten 3 und 5, welche die aktive Schicht zwischen sich einschließen. Der Halbleiterlaser-Chip LDC beinhaltet ein Halbleitersubstrat 1. Eine Dickenrichtung des Halbleitersubstrats 1 ist als Z-Achse festgelegt und zwei Richtungen senkrecht zur Z-Achse sind als X-Achse und Y-Achse festgelegt.
Zum Zeitpunkt der Herstellung werden entsprechende Halbleiterschichten sukzessive epitaktisch in Richtung der Z-Achse auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats 1 gewachsen. In diesem Fall werden, wenn die Richtung der Z-Achse einer Aufwärtsrichtung entspricht, die untere Umhüllungsschicht 2, die Leuchtschicht (die Lichtführungsschicht 3, die aktive Schicht 4, und die Lichtführungsschicht 5), die Beugungsgitterschicht 6, die obere Umhüllungsschicht 7 und eine Kontaktschicht 8 der Reihe nach auf dem Halbleitersubstrat 1 ausgebildet. Auf einer Oberfläche des Halbleitersubstrats 1 auf der Seite der +Z-Achse ist eine Elektrode E1 und auf der Oberfläche der Kontaktschicht 8 auf der Seite der –Z-Achse ist eine Elektrode E2 ausgebildet. Diese Elektroden E1 und E2 sind Treiberelektroden und zwischen der Elektrode E1 und dem Halbleitersubstrat 1 ist eine Treiberelektrode E3 eingefügt, welche eine Vielzahl von streifen- oder gitterartigen, über die gesamte Oberfläche des Halbleitersubstrats verteilten Öffnungen aufweist.
Wenn von einem Treiberschaltkreis ein elektrischer Strom zwischen der ersten Elektrode E1 (Treiberelektrode E3) und der zweiten Elektrode E2 bereitgestellt wird emittiert die Leuchtschicht Licht. Das heißt, dass innerhalb der aktiven Schicht 4 Elektronen und Löcher rekombinieren und die aktive Schicht 4 Licht emittiert, wenn ein Treiberstrom zwischen der ersten Elektrode E1 und der zweiten Elektrode E2 bereitgestellt wird. Zur Lichtemission beitragende Ladungsträger und erzeugtes Licht werden effizient durch und zwischen der oberen und unteren Lichtführungsschicht 3 und 5 und den Umhüllungsschichten 2 und 7 beschränkt.
Ein in der Leuchtschicht erzeugter Laserstrahl LB propagiert innerhalb der Beugungsgitterschicht 6 und die Beugungsgitterschicht 6 gibt den Laserstrahl in einer Richtung senkrecht zur Dickenrichtung, das heißt in Richtung der Z-Achse aus. Der von der Beugungsgitterschicht 6 ausgegebene Laserstrahl pflanzt sich in der Richtung der +Z-Achse fort und tritt über die Umhüllungsschicht 2 und das Halbleitersubstrat 1 in den räumlichen Lichtmodulator SLM ein.
Der räumliche Lichtmodulator SLM ist am Halbleiterlaser-Chip LDC angebracht, sodass ein entlang der Dickenrichtung der Beugungsgitterschicht 6 ausgegebener Laserstrahl LB darin eingegeben wird. Der Laserstrahl tritt über eine jeweils transparente gemeinsame Elektrode 25 oder über Pixelelektroden 21 des räumlichen Lichtmodulators SLM in eine Flüssigkristallschicht LC ein. Der räumliche Lichtmodulator SLM moduliert Phasen von entsprechenden Mikrobereichen des Laserstrahls LB durch eine zwischen den Pixelelektroden und der gemeinsamen Elektrode applizierten Treiberspannung, reflektiert den phasenmodellierten Laserstrahl und gibt diesen über den Halbleiterlaser-Chip nach außen hin aus.
Im vom räumlichen Lichtmodulator SLM ausgegebenen Laserstrahl werden Phasen der entsprechenden Mikrobereiche in einem eingestellten Zustand überlappt um verschiedene Laserstrahlprofile auszubilden. Zum Beispiel kann ein Fernfeldbild des überlappten Laserstrahls LB besondere Merkmale aufweisen.
Das Halbleiterlaser Gerät umfasst ferner eine Auswahlschaltung (eine Reihen-Auswahlschaltung DR1, eine Zeilen-Auswahlschaltung (nicht gezeigt)), die auf dem Halbleiterlaser-Chip LDC angeordnet ist und selektiv eine Treiberspannung zwischen einer an einer gewünschten Adresse befindlichen Pixelelektroden und der gemeinsamen Elektrode anlegt. Durch das Bereitstellen dieser Auswahlschaltung auf dem Halbleiterlaser-Chip kann der räumliche Lichtmodulator gesteuert werden, ohne eine umfassende externe Verdrahtungs-Gruppe zu installieren.
Der räumliche Lichtmodulator SLM umfasst eine transparente gemeinsame Elektrode 25, eine Vielzahl transparenter Pixelelektroden 21 und eine Flüssigkristallschicht LC, die zwischen der gemeinsamen Elektrode 25 und den Pixelelektroden 21 angeordnet ist. Die Flüssigkristallschicht LC besteht aus nematischen Flüssigkristallen oder ferroelektrischen Flüssigkristallen, usw. Vom Treiberschaltkreis wird dem Halbleiterlaser-Chip, der ein Halbleiterlaser-Element darstellt, über die Treiberelektrode ein Treiberstrom bereitgestellt. Entsprechend wird ein Laserstrahl LB von der Leuchtschicht ausgegeben und der Laserstrahl LB erreicht die Flüssigkristallschicht LC über die Pixelelektroden 21 des räumlichen Lichtmodulators, wird in der Flüssigkristallschicht LC phasenmoduliert und dann durch einen reflektierenden Spiegel oder eine Reflexionsschicht 23 reflektiert und über die gemeinsame Elektrode 25 nach außen hin ausgegeben. Die gemeinsame Elektrode 25 ist mit einem festen Potenzial (Masse) verbunden und die Pixelelektroden 21 sind über Schaltelemente und Zeilenleitungen mit der Zeilen-Auswahlschaltung DR1 verbunden. Spaltenleitungen erstrecken sich von der Spalten-Auswahlschaltung und sind mit Steueranschlüssen der Schaltelemente verbunden. Das Schaltelement ist ein Feldeffekttransistor. In diesem Fall dient der Steueranschluss als Gate des Transistors.
Wird eine spezifische Adresse (x, y) angesteuert, so wird im räumlichen Lichtmodulator ein EIN Signal von der Spalten-Auswahlschaltung an die Spaltenleitung mit der Koordinaten x ausgegeben und ein gewünschtes Potenzial wird von der Zeilen-Auswahlschaltung DR1 an eine Zeilenleitung mit der Koordinaten y angelegt. In diesem Fall wird zwischen der Pixelelektrode 21 bei der Adresse (x, y) und der gemeinsamen Elektrode 25 eine Treiberspannung angelegt, der Brechungsindex der Flüssigkristallschicht ändert sich, eine optische Weglänge ändert sich und die Phasen des Laserstrahl werden eingestellt. Im räumlichen Lichtmodulator sind die Richtung der Reihen und die Richtung der Spalten subjektiv festgelegt und entsprechen gegenseitig austauschbaren Richtungen. Die Größenordnung der Treiberspannung wird basierend auf einem Ausgangspotenzial der Zeilen-Auswahlschaltung DR1 und einem Ausgangspotenzial der Spalten-Auswahlschaltung bestimmt und kann allerdings beispielsweise für präzisere Phasensteuerung unveränderlich sein, ein veränderlicher Widerstand ist für jedes Schaltelement verbunden und ein Wert des variablen Widerstandes ist durch eine Auswahlschaltung der selben Konfiguration gesteuert.
Es ist auch zulässig, dass eine Phasenverteilung des räumlichen Lichtmodulators vorab gemessen wird und dass ein Speichergerät zur Korrektur der Phasenverteilung und eine Steuerschaltung des räumlichen Lichtmodulators, die eine über die Auswahlschaltung an jede Pixelelektrode anzulegende Treiberspannung basierend auf im Speichergerät gespeicherten Daten erzeugt, vorgesehen ist, sodass das Gerät ein gewünschtes Muster ausgibt, auch wenn es zum Zeitpunkt der Herstellung innerhalb einer Ebene eine Variation in der Phase des räumlichen Lichtmodulators gibt. Das heißt, dass das Halbleiterlasergerät ein Speichergerät umfassen kann, welches einen anfänglichen Phasenkorrekturwert speichert, um Variationen in der Phase in der Ebene basierend auf vorab gemessenen Werten der Phasenverteilung des räumlichen Lichtmodulators zu korrigieren und welches unterschiedliche anfängliche Phasen für jede Pixelelektrode des räumlichen Lichtmodulators anwendet. Mit anderen Worten umfasst dieses Gerät ein Speichergerät (nicht gezeigt) welches einen anfänglichen Korrekturwert einer Treiberspannung für jede Pixelelektrode speichert. Eine Treiberspannung wird von einem Steuergerät (nicht gezeigt) an Zeilen- und Spalten-Auswahlschaltungen angelegt und diese Treiberspannung und ein anfänglicher Korrekturwert sind im Speichergerät gespeichert. Eine Referenzphasenverteilung und eine gemessene Phasenverteilung werden miteinander verglichen und ein Wert einer Treiberspannung, der einem Phasenunterschied für jedes Pixel entspricht, kann als anfänglicher Korrekturwert verwendet werden, und wenn eine Treiberspannung eines anfänglichen Korrekturwertes an die Pixelelektrode angelegt wird, ist die Referenzphasenverteilung erzielt. Um eine gewünschte Phasenverteilung zu erhalten kann eine Treiberspannung mit einer, dem anfänglichen Korrekturwert entsprechenden Treiberspannung überlagert werden.
Ein in der Dickenrichtung von der Beugungsgitterschicht 6 ausgegebener Laserstrahl erreicht die Flüssigkristallschicht LC über die gemeinsame Elektrode 25 (oder die Pixelelektroden 21 wenn die Lage der gemeinsamen Elektrode und die Lage der Pixelelektroden vertauscht sind). Eine Dielektrizitätskonstante (Brechungsindex) der Flüssigkristallschicht LC ändert sich gemäß einer an den Pixelelektroden 21 angelegten Spannung, weswegen sich eine optische Weglänge der Flüssigkristallschicht LC bezüglich des Laserstrahls und die Phase ändern. Die Phase des Laserstrahls LB, der durch die Flüssigkristallschicht LC transmittiert und hin- und herbewegt wurde, ist für jede Pixelelektrode 21 moduliert. Deshalb kann für jeden Mikrobereich eine Wellenfrontsteuerung durchgeführt und ein gewünschtes, variables Laserstrahlprofil durch Überlappen von Wellenfronten ausgebildet werden.
Auf der Treiberelektrode E3 ist ein aus SiO₂ oder SiNx gebildeter transparenter, isolierender Film 9 ausgebildet. Auf dem transparenten, isolierenden Film 9 ist die gemeinsame Elektrode 25 des räumlichen Lichtmodulators SLM angeordnet. Auf der gemeinsamen Elektrode 25 ist ein rahmenförmiger Abstandshalter 24 zum Aufnehmen des Flüssigkristalls vorgesehen und die Flüssigkristallschicht LC ist in den Innenraum des Abstandshalters 24 eingefüllt. Auf dem Abstandshalter 24 und der Flüssigkristallschicht LC ist die Reflexionsbeschichtung 23 ausgebildet und auf der Reflexionsbeschichtung 23 sind die Vielzahl von Pixelelektroden 21 mittels eines Schutzfilms 22 angeordnet. Die Pixelelektroden 21 sind zwischen einem Substrat 20 und dem Schutzfilm 22 positioniert. Wenn die Pixelelektroden 21 etc. ausgebildet werden, werden bevorzugt die Pixelelektroden 21 auf dem aus einem Halbleiter hergestellten Substrat 20 ausgebildet und dann, um deren Oberflächen zu glätten, werden die Pixelelektroden 21 mit dem Schutzfilm 22 beschichtet und ferner wird die Reflexionsbeschichtung 23 auf dem Schutzfilm 22 ausgebildet, wobei dieses Zwischensubstrat invertiert wird und auf dem rahmenförmigen Abstandshalter 24 angeordnet wird. Geeignet orientierte Filme sind an oberen und unteren Oberflächen der Flüssigkristallschicht LC bereitgestellt.
Ein durch die Reflexionsbeschichtung 23 an der Flüssigkristallschicht LC reflektierter Laserstrahl LB wird über die gemeinsame Elektrode 25 und den Halbleiterlaser-Chip LDC nach außen hin ausgegeben. Ein Abstand t1 zwischen (einer mittigen Position in Dickenrichtung) der Beugungsgitterschicht 6 und der Kontaktschicht 8 ist derart eingestellt, dass sich ein im Halbleiterlaser-Chip durch eine exponierte Oberfläche der Kontaktschicht 8 reflektierter Laserstrahl LB und Licht, welches direkt von der Beugungsgitterschicht 6 in Richtung des räumlichen Lichtmodulators SLM voranschreitet, gegenseitig verstärken. Das heißt, dass der Abstand t1 die folgende Beziehung erfüllen kann: 2 × t1 = λ × N or 2 × t1 = λ × (N + 1/2). Hier entspricht λ der Wellenlänge des Laserstrahls und N ist eine ganze Zahl.
Die Leuchtschicht beinhaltet die aktive Schicht 4 und Lichtführungsschichten 3 und 5, welche die aktive Schicht zwischen sich einschließen, wobei die Kontaktschicht 8 nach Bedarf bereitgestellt ist. Der Halbleiterlaser-Chip umfasst einen Laserstrahlerzeugungsbereich LD, in welchem die aktive Schicht 4 ausgebildet ist, wobei die Beugungsgitterschicht 6 im Laserstrahlerzeugungsbereich LD angeordnet ist, und gibt einen Laserstrahl LB in der Dickenrichtung der Beugungsgitterschicht 6 aus. Der räumliche Lichtmodulator ist auf dem Laserstrahlerzeugungsbereich LD angebracht. Mit dieser Struktur, durch das Anordnen des räumlichen Lichtmodulators SLM auf dem Laserstrahlerzeugungsbereich LD kann das Gerät verkleinert werden.
Auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats 1 auf der +Z Seite ist die Treiberelektrode E3 angeordnet. Dieses Halbleiterlasergerät umfasst den Halbleiterlaser-Chip LDC und den räumlichen Lichtmodulator SLM, der optisch mit dem Halbleiterlaser-Chip LDC gekoppelt ist, und moduliert einen Laserstrahl LB, der durch den räumlichen Lichtmodulator SLM entlang der Dickenrichtung des Halbleiterlaser-Chips LDC ausgegeben wird, und gibt den Laserstrahl nach außen hin aus, wobei der Halbleiterlaser-Chip LDC die aktive Schicht 4, das Paar von Umhüllungsschichten 2 und 7, welche die aktive Schicht 4 zwischen sich einschließen, die Beugungsgitter-Schicht 6, die optisch mit der aktiven Schicht 4 gekoppelt ist, und die Treiberelektrode E3, die zwischen der Umhüllungsschicht 2 auf der Seite des räumlichen Lichtmodulators SLM und dem räumlichen Lichtmodulator SLM angeordnet ist, umfasst, und die aktive Schicht 4 mit einem elektrischen Strom versorgt.
Das dreidimensionale orthogonale XYZ Koordinatensystem ist festgelegt und im Fall, dass die Dickenrichtung des Halbleiterlaser-Chips LDC als Richtung der Z-Achse festgelegt wird und eine Ebene parallel zu einer Grenzflächen zwischen dem Halbleiterlaser-Chip LDC und dem räumlichen Lichtmodulator SLM als XY-Ebene festgelegt wird, ist die Treiberelektrode E3 innerhalb der XY-Ebene angeordnet. Die Treiberelektrode E3 weist in Richtung der Z-Achse gesehen eine Vielzahl von Öffnungen auf, wobei die Treiberelektrode eine nichtperiodische Struktur hat.
Hier wurde eine aperiodische Struktur als Struktur der Treiberelektrode E3 übernommen, um zu verhindern, dass Störlicht im Laserstrahl enthalten ist. Wenn eine Bedingung erfüllt ist, die bewirkt, dass Phasen eines transmittierenden Laserstrahls überlappen oder dass Phasen eines reflektierten Laserstrahls in der Treiberelektrode E3 überlappen, wurde Störlicht beobachtet. Das heißt im Fall, dass die Treiberelektrode E3 eine Vielzahl von Öffnungen aufweist und strukturiert ist um Transmission durch diese hindurch zu bewirken, und wenn zum Zeitpunkt der Transmission eine Musteranordnung der Öffnungen periodisch ist, wird Störlicht durch Interferenz der Laserstrahlen erzeugt, und zum Zeitpunkt der Reflexion, wenn eine Musteranordnung der die Treiberelektrode E3 ausbildenden leitfähigen Bereiche periodisch ist, wird Störlicht durch Interferenz der Laserstrahlen erzeugt.
Deshalb wird in der vorliegenden Ausgestaltung durch das Anwenden einer nicht periodischen Struktur der Treiberelektrode E3 derartige Interferenz und die Erzeugung von Störlicht verhindert.
Als Material der die Treiberelektrode E3 ausbildenden leitfähigen Bereiche kann ein Metall wie Ag oder Au verwendet werden und es ist auch möglich die leitfähigen Bereiche auszubilden, indem eine Verunreinigung einer höheren Konzentration in das Halbleitersubstrat 1 diffundiert wird. Als Material der Treiberelektrode E3 kann eine transparente Elektrode aus ITO, ZnO, Graphen oder ein Ag Nanodraht, etc. verwendet werden, allerdings ist ein Material geringeren Widerstands weiter bevorzugt, sodass ein undurchsichtiges, metallisches Material mit streifen- oder gitterartigen Öffnungen bevorzugt vor der transparenten Elektrode verwendet wird.
Auf der Treiberelektrode E3 ist ein transparenter, isolierender Film 9 ausgebildet und die Elektrode E1 ist elektrisch und physisch mit der Treiberelektrode E3 verbunden und hat eine große Öffnung. Der räumliche Lichtmodulator SLM ist innerhalb der Öffnung der Elektrode E1 bereitgestellt. In diesem Fall sind die Reihen-Auswahlschaltung DR1 und die Spalten-Auswahlschaltung außerhalb der Elektrode E1 angeordnet, sodass eine geeignete Drahtverbindung von diesen Schaltungen zu den Pixelelektroden und der gemeinsamen Elektrode bereitgestellt ist. Die Elektrode E2 ist ausgestaltet, einen Laserstrahl LB teilweise oder gänzlich zu transmittieren. Für die Elektrode E2 kann auch die gleiche Struktur wie für die Treiberelektrode E3 übernommen werden.
2 ist ein Längsschnitt eines Halbleiterlasergeräts gemäß einer zweiten Ausgestaltung.
Im Vergleich zur ersten Ausgestaltung unterscheidet sich die zweite Ausgestaltung von der ersten Ausgestaltung darin, dass eine Viertelwellenplatte 26 und ein Polarisator 27 verwendet werden, und andere Komponenten sind identisch.
Die Beugungsgitterschicht 6 hat eine Struktur, in welcher beispielsweise dreieckige Konturen in Form eines quadratischen Rasters angeordnet sind und beugt linear polarisiertes Licht in der vertikalen Richtung. Wird eine Polarisationsachse der Transmission des von der Beugungsgitterschicht 6 auszugebenden linear polarisierten Lichtes als Achse A definiert, so wird eine Polarisationsachse der Transmission des Polarisators 27 in eine Richtung (definiert als Achse B) senkrecht zur Achse A eingestellt. Eine schnelle Achse der Viertelwellenplatte 26 wird in eine zur Achse A um 45 Grad gedrehte Richtung eingestellt. Ein Laserstrahl, der über die Viertelwellenplatte 26 in dem räumlichen Lichtmodulator SLM eintrat, sich durch den räumlichen Lichtmodulator SLM hin- und herbewegte und die Viertelwellenplatte 26 wieder in umgekehrte Richtung passierte dreht seine Polarisationsrichtung um 90 Grad. Das heißt, dass im Falle, dass der Laserstrahl LB als linear polarisiertes Licht mit einer ersten Polarisationsrichtung (Achse A) in die Viertelwellenplatte 26 eintritt nach dem zweifachen Passieren dieser Wellenplatte der Laserstrahl LB linear polarisiertes Licht wird, welches eine zweite, von der ersten Polarisationsrichtung um 90 Grad gedrehte Polarisationsrichtung (Achse B) aufweist.
Deswegen kann durch das Anpassen der Polarisationsrichtung des Polarisators 27 an die zweite Polarisationsrichtung (Achse B) nur ein Laserstrahl durch den Polarisation 27 transmittiert werden, der sich durch den räumlichen Lichtmodulator SLM hin- und herbewegte, und Komponenten mit anderen Polarisationsrichtungen werden durch den Polarisator 27 blockiert. Deshalb werden Störanteile, die nicht durch die Flüssigkristallschicht LC moduliert wurden, von einem ausgegebenen Bild entfernt und der Kontrast des Bildes verbessert. Die Standorte der gemeinsamen Elektrode 25 und der Viertelwellenplatte 26 können vertauscht werden.
22 ist eine Draufsicht der Beugungsgitterschicht.
Die oben beschriebene Beugungsgitterschicht 6 umfasst beispielsweise eine Grundschicht 6A und Bereiche mit verschiedener Brechzahl 6B. Die Bereiche mit verschiedener Brechzahl 6B sind in einer vorbestimmten Tiefe innerhalb der Grundschicht 6A eingebettet und unterscheiden sich im Brechungsindex von der Grundschicht. Der Bereich mit verschiedener Brechzahl 6B mit runder, planarer Form ist gezeigt, wobei allerdings die planare Form andere Formen wie dreieckig oder oval aufweisen kann. Beispielsweise kann die planare Form derart eingestellt sein, dass diese keine Rotationssymmetrie bei 80 Grad aufweist, um die Intensität in einer bestimmten Polarisationsrichtung zu erhöhen. Um linear polarisiertes Licht zu erhalten kann diese planare Form beispielsweise als gleichschenkliges Dreieck, als rechtwinkliges Dreieck oder als gleichschenkliges rechtwinkliges Dreieck festgelegt sein. Die Bereiche mit verschiedener Brechzahl 6B sind an Gitterpunkten eines Rechteckgitters angeordnet, können allerdings auch an Gitterpunkten eines dreieckigen Gitters angeordnet sein. Die Beugungsgitterschicht 6 hat eine periodische Struktur, die sich zweidimensional aufgrund von eingebetteten Bereichen mit verschiedener Brechzahl in der Brechzahl verändert und wirkt deshalb als Beugungsgitter und ebenso als photonische Kristallschicht. In der gleichen Abbildung wird eine periodische Struktur genutzt, die in einem Rechteckgitter angeordnete perfekte kreisförmige Löcher aufweist, jedoch kann auch eine periodische Struktur genutzt werden, die in einem Rechteckgitter angeordnete dreieckige Löcher aufweist, und das Halbleiterlaser-Element wirkt als oberflächenemittierender Laser.
Materialien des oben beschriebenen Laser-Elements sind nachfolgend beschrieben.
Als ein Beispiel für Materialien des Halbleiterlaser-Elements, welches den Laserstrahlerzeugungsbereich LD darstellt, ist das Halbleitersubstrat 1 aus GaAs hergestellt, die untere Umhüllungsschicht 2 ist aus AlGaAs hergestellt, die untere Lichtführungsschicht 3 ist aus AlGaAs hergestellt, die aktive Schicht 4 ist aus einer Multi-Quantum-Well-Struktur MQW gebildet (Sperrschicht: AlGaAs, Quantentopfschicht: InGaAs), die obere Lichtführungsschicht 5 besteht aus einer unteren Schicht aus AlGaAs und einer oberen Schicht aus GaAs, die obere Umhüllungsschicht ist aus AlGaAs und die Kontaktschicht 8 ist aus GaAs gemacht. In der Beugungsgitterschicht (Phasenmodulationsschicht, Brechzahlmodulationsschicht) 6 ist die Grundschicht 6A aus GaAs und die in die Grundschicht 6A eingebetteten Bereiche mit verschiedener Brechzahl (eingebettete Schichten) 6B sind aus AlGaAs hergestellt.
Die entsprechenden Schichten sind mit Störstellen eines ersten Leitfähigkeitstyps (N-leitend) oder eines zweiten Leitfähigkeitstyps (P-leitend) dotiert (die Störstellenkonzentration beträgt zwischen 1 × 10¹⁷ und 1 × 10²¹/cm³), das Halbleitersubstrat 1 kann N-leitend sein, die untere Umhüllungsschicht 2 kann N-leitend sein, die unter Lichtführungsschicht 3 kann I-leitend sein, die aktive Schicht 4 kann I-leitend sein, und die untere Schicht der oberen Lichtführungsschicht 5 kann P- oder I-leitend sein, die obere Schicht davon kann I-leitend sein, die Beugungsgitterschicht 6 kann I-leitend sein, die obere Umhüllungsschicht 7 kann P-leitend und die Kontaktschicht 8 kann P-leitend sein. Ein Bereich, der nicht bewusst mit irgendwelchen Störstellen dotiert wurde ist intrinsisch (I-leitend). Die Störstellenkonzentration der I-Leitung ist nicht größer als 1 × 10¹⁶/cm³.
Beispielsweise kann eine Dicke des Halbleitersubstrats 1 auf 150 μm (80 μm bis 350 μm) festgelegt sein, eine Dicke der unteren Umhüllungsschicht 2 kann auf 2 × 10³ nm (1 × 10³ nm bis 3 × 10³ nm) festgelegt sein, eine Dicke der unteren Lichtführungsschicht 3 kann auf 150 nm (0 bis 300 nm) festgelegt sein, eine Dicke der aktiven Schicht 4 kann auf 30 nm (10 nm bis 100 nm) festgelegt sein, eine Dicke der unteren Schicht der oberen Lichtführungsschicht 5 kann auf 50 nm (10 nm bis 100 nm) festgelegt sein, eine Dicke der oberen Schicht davon kann auf 50 nm (10 nm bis 200 nm) festgelegt sein, eine Dicke der Beugungsgitterschicht 6 kann auf 100 nm (50 nm bis 200 nm) festgelegt sein, eine Dicke der oberen Umhüllungsschicht 7 kann auf 2 × 10³ nm (1 × 10³ nm bis 3 × 10³ nm) und eine Dicke der Kontaktschicht 8 kann auf 200 nm (50 nm bis 500 nm) festgelegt sein. Die Werte in Klammern sind bevorzugte Werte.
Eine Energiebandlücke der Umhüllungsschicht ist größer eingestellt als die Energiebandlücke der Lichtführungsschicht, und eine Energiebandlücke der Lichtführungsschicht ist größer eingestellt als die Energiebandlücke der Quantentopfschicht der aktiven Schicht 4. In AlGaAs kann durch das Ändern eines Al-Mischungsanteils die Energiebandlücke und die Brechzahl einfach geändert werden. In Al_XGa_1-XAs wird die Energiebandlücke, die eine positive Korrelation mit dem Al-Mischungsanteil aufweist, kleiner (größer), wenn der Al-Mischungsanteil X, was einen relativ kleinen Atomradius hat, reduziert (erhöht) wird, und wenn InGaAs durch Hinzumischen von In, was einen großen Atomradius hat, zu GaAs erzeugt wird, wird die Energiebandlücke kleiner. Das heißt, dass der Al-Mischungsanteil der Umhüllungsschicht größer ist als der Al-Mischungsanteil der Lichtführungsschicht, und dass der Al-Mischungsanteil der Lichtführungsschicht gleich oder größer ist als jener der Sperrschicht (AlGaAs) der aktiven Schicht. Der Al-Mischungsanteil der Umhüllungsschicht ist auf 0,2 bis 0,4, in diesem Beispiel auf 0,3 festgelegt. Die Al-Mischungsanteile der Sperrschichten in der Lichtführungsschicht und der aktiven Schicht sind auf 0,1 bis 0,15, in diesem Beispiel auf 0,1 festgelegt. Um zu verhindern, dass Elektronen von der aktiven Schicht entweichen, kann eine Schicht mit einer Dicke von ungefähr 10 bis 100 nm, die einen Al-Mischungsanteil gleich dem der Umhüllungsschicht aufweist, zwischen die Führungsschicht und die Umhüllungsschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps (P-leitend) eingefügt werden.
Es ist auch möglich, dass die säulenförmigen Bereiche mit verschiedener Brechzahl in der Beugungsgitterschicht 6 in Hohlräume geändert werden, und dass Luft oder ein Gas wie Stickstoff oder Argon darin eingeschlossen sein kann. In der Beugungsgitterschicht 6 sind die Bereiche mit verschiedener Brechzahl 6B an Gitterpunkten eines Rechteckgitters oder Dreiecksgitters innerhalb einer XY Ebene angeordnet. Abstände longitudinaler und transversaler Gitterlinien in diesem Rechteckgitter sind ungefähr auf einen Wert festgelegt, der durch Division einer Laserstrahlwellenlänge durch eine äquivalente Brechzahl erhalten wird, und im Einzelnen bevorzugt auf ungefähr 300 nm festgelegt. Die Bereiche mit verschiedener Brechzahl können nicht an Gitterpunkten des Rechteckgitters, sondern an Gitterpunkten eines Dreiecksgitters angeordnet sein. Abstände longitudinaler und transversaler Gitterlinien des Dreiecksgitters sind ungefähr auf einen Wert festgelegt, der durch Division einer Wellenlänge durch eine äquivalente Brechzahl, insbesondere durch Division durch Sin 60° erhalten wird, und im Einzelnen bevorzugt auf 350 nm festgelegt.
Im Falle eines Rechteckgitters mit einem Gitterabstand a, wenn Einheitsvektoren eines orthogonalen Koordinatensystems x und y sind, entsprechen primitive Translationsvektoren a₁ = ax, a₂ = ay, und primitive reziproke Gittervektoren mit Bezug auf die primitiven Translationsvektoren a₁ und a₂ sind b₁ = (2π/a)y, b₂ = (2π/a)x. Beim Γ Punkt in einem photonische Band eines photonischen Kristalls, das heißt wenn für den Wellenvektor k = nb₁ + mb₂ (n und m sind beliebige ganze Zahlen) gilt, wird eine resonante Mode (stehende Welle innerhalb der XY Ebene) erhalten in welcher der Gitterabstand a der Wellenlänge λ entspricht.
Wenn die oben beschriebene gemeinsame Elektrode und Pixelelektroden transparent sind, dann sind diese aus ITO oder ZnO gemacht. Diese Materialien sind hinsichtlich eines Laserstrahls transparent und können einen Laserstrahl transmittieren.
Die oben beschriebene Reflexionsbeschichtung 23 ist aus einem einlagigen oder mehrlagigen Spiegel eines Metalls wie Aluminium hergestellt, und der mehrlagige Spiegel ist durch alternierendes Beschichten mit einer Schicht hochbrechenden Materials (= nH) und einer Schicht eines, bezogen auf die Schicht hochbrechenden Materials, niedrigbrechenden Materials (= nL) ausgebildet. Ein Material der Schicht hochbrechenden Materials (nH) beinhaltet mindestens ein Material (beispielsweise Ta₂O₅) ausgewählt aus einer Oxidgruppe (Isolatorgruppe) bestehend aus Ta₂O₅, TiO₂, Nb₂O₅, und HfO₂, etc. Ein Material der Schicht niedrigbrechenden Materials (nL) beinhaltet mindestens ein Material (beispielsweise Ta₂O₅) ausgewählt aus einer Isolatorgruppe bestehend aus SiO₂ und MgF₂, etc.. Entsprechende optische Schichtdicken der Schicht hochbrechenden Materials (nH) und der Schicht niedrigbrechenden Materials (nL) sind auf 1/4 der Wellenlänge λ des Laserstrahls festgelegt. Als Beschichtungsstruktur dieser dielektrischen Schichten sind die folgenden Arten möglich.

(1): Eine erste Struktur ist eine Struktur, die erhalten wird, indem m mal ein Paar (= A) der Schicht niedrigbrechenden Materials (nL) und der Schicht hochbrechenden Materials (nH) beschichtet wird, wobei in diesem Fall die Gesamtzahl von Schichten 2 × A × m beträgt. m ist eine natürliche Zahl. Die unterste Schicht ist eine Schicht niedrigbrechenden Materials (nL).
(2): Eine zweite Struktur ist eine Struktur, die erhalten wird, indem m mal das zuvor beschriebene Paar (A) beschichtet wird und dann überdies eine Schicht niedrigbrechenden Materials (nL) auf der obersten Schicht hochbrechenden Materials (nH) beschichtet wird, wobei in diesem Fall die Gesamtzahl von Schichten 2 × A × m 1 beträgt.
(3): Eine Struktur, die erhalten wird, indem bei der oben beschriebenen Struktur (1) oder (2) die Positionen der Schichten hochbrechenden Materials (nH) und der Schichten niedrigbrechenden Materials (nL) ausgetauscht sind kann ebenso angewandt werden. Im Fall der Struktur (3) ist die unterste Schicht eine Schicht hochbrechenden Materials (nH).

Zuletzt wird das oben beschriebene Halbleiterlaser-Element kurz beschrieben.
Bei der Herstellung des Halbleiterlaser-Elements wird metallorganische chemische Gasphasenabscheidung für jede Verbindungshalbleiterschicht benutzt. Kristallwachstum auf der Oberfläche (001) des Halbleitersubstrats 1 wird durchgeführt, obwohl das Verfahren nicht hierauf beschränkt ist. Bei der Herstellung eines Laserelements mit AlGaAs, beträgt eine Wachstumstemperatur von AlGaAs 500°C bis 850°C, und im Experiment wird eine Temperatur zwischen 550°C und 700°C angewandt, und zur Zeit des Wachstums wird TMA (Trimethylaluminium) als Al Material verwendet, TMG (Trimethylgallium) und TEG (Triethylgallium) werden als Gallium Material verwendet, AsH₃ (Arsenwasserstoff) wird als As Material verwendet, Si₂H₆ (Disilane) wird als Material für N-leitende Störstellen verwendet, und DEZn (Diethylzink) wird als Material für P-leitende Störstellen verwendet. Für das Wachsen von AlGaAs werden TMA, TMG, und Arsenwasserstoff verwendet und für das Wachsen von GaAs werden TMG und Arsenwasserstoff verwendet, jedoch wird TMA nicht verwendet. InGaAs wird unter Verwendung von TMG, TMI (Indiumtrymethyl), und Arsenwasserstoff produziert. Ein isolierender Film kann ausgebildet werden, indem eine grundlegende Substanz des isolierenden Films verwendet und auf das Target gesputtert wird.
Das heißt, dass, nachdem die N-leitende Umhüllungsschicht (AlGaAs) 2 auf dem N-leitenden Halbleitersubstrat (GaAs) 1 ausgebildet ist, zuerst die Lichtführungsschicht (AlGaAs) 3, die Multi-Quantum-Well-Struktur (InGaAs/AlGaAs) 4 und die Lichtführungsschicht (GaAs/AlGaAs) 5 ausgebildet werden und darauf folgend die Grundschicht (GaAs) 6A, die als photonische Kristallschicht agiert, epitaktisch mittels MOCVD (metallorganische chemische Gasphasenabscheidung) gewachsen wird, um das Halbleiterlaser-Element herzustellen.
Als nächstes wird zum Ausrichten nach dem epitaktischen Wachsen mittels PCVD (plasmaunterstützte CVD) eine SiN Schicht auf der Grundschicht 6A ausgebildet und dann wird auf der SiN Schicht ein Fotolack ausgebildet. Ferner wird der Fotolack belichtet und entwickelt und die SiN Schicht unter Nutzung des Fotolacks als Maske geätzt, wobei eine Ausrichtungsmarkierung durch das teilweise Hinterlassen der SiN Schicht ausgebildet wird. Der verbleibende Fotolack wird entfernt.
Als nächstes wird ein weiterer Fotolack basierend auf der Ausrichtungsmarkierung auf der Grundschicht 6A appliziert, ein zweidimensionales feines Muster wird mittels eines Elektronenstrahl-Lithografie-Geräts auf dem Fotolack gezeichnet und entwickelt, um ein zweidimensionales feines Muster auf dem Fotolack auszubilden. Hiernach wird durch Nutzung des Fotolacks als Maske ein zweidimensionales feines Muster mit einer Tiefe von ungefähr 100 nm mittels Trockenätzung auf die Grundschicht 6A übertragen, Löcher werden ausgebildet und der Fotolack wird entfernt. Die Tiefe der Löcher beträgt 100 nm. In den Löchern wird ein Verbundhalbleiter, der zu den Bereichen verschiedener Brechzahl 6B (AlGaAs) wird, wieder aufgewachsen, und zwar dicker als die Tiefe der Löcher. Als nächstes werden die obere Umhüllungsschicht (AlGaAs) 7 und die Kontaktschicht (GaAs) 8 nacheinander durch MOCVD ausgebildet und ein geeignetes Elektrodenmaterial wird auf oberen und unteren Oberflächen des Substrates durch Gasphasenabscheidung oder Sputtern ausgebildet, um die ersten und zweiten Elektroden auszubilden. Zusätzlich können bei Notwendigkeit isolierende Filme auf oberen und unteren Oberflächen des Substrats durch Sputtern oder dergleichen ausgebildet sein.
Im Fall, dass die Beugungsgitterschicht 6 unter der aktiven Schicht bereitgestellt ist, wird die Beugungsgitterschicht auf der unteren Umhüllungsschicht ausgebildet bevor die aktive Schicht und die untere Lichtführungsschicht ausgebildet werden, die Beugungsgitterschicht ist auf der unteren Umhüllungsschicht ausgebildet.
Im Fall der in 2 gezeigten Struktur ist die Viertelwellenplatte 26 mittels des isolierenden Films 9 auf dem Halbleitersubstrat 1 angeordnet, und der Polarisator 27 ist auf der Oberfläche der Kontaktschicht 8 angeordnet. Im Fall, dass die Treiberelektrode E3 auf dem Halbleitersubstrat 1 ausgebildet ist wird die Strukturierung auf dem Halbleitersubstrat 1 unter Nutzung von Photolithographie durchgeführt.
Wie oben beschrieben wird mit dem oben beschriebenem Gerät in der aktiven Schicht generiertes Licht durch die Beugungsgitterschicht moduliert, oszilliert in einer zweidimensionalen einzelnen Mode, und ein Teil des oszillierenden Lichts ist Beugung zweiter Ordnung durch die Beugungsgitterschicht unterworfen und tritt als Ebene Welle in die Flüssigkristallschicht ein. Der Flüssigkristall weist eine Brechzahlanisotropie auf, sodass als Reaktion auf einen Drehwinkel desselben sich ein äquivalenter Brechungsindex in einer Richtung parallel zu einem optischen Output ändert. Zu diesem Zeitpunkt ist eine physikalische Länge der Flüssigkristallschicht festgelegt, sodass sich durch die Änderung im Brechungsindex eine optische Weglänge ändert. Wenn eine ebene Welle von einem unteren Bereich in die Flüssigkristallschicht eingestrahlt wird kann deshalb deren optische Weglänge für jedes Pixel variiert werden. Mit anderen Worten kann, wenn eine ebene Welle von einem unteren Bereich in die Flüssigkristallschicht eingestrahlt wird deren Phase für jedes Pixel variiert werden, sodass die Form einer austretenden Wellenfront gesteuert werden kann. Somit tritt ein Laserstrahl, der in einer zweidimensionalen einzelnen Mode oszilliert, als ebene Welle in die Flüssigkristallschicht ein und eine Wellenfront, deren Phase für jedes Pixel moduliert ist kann als optischer Output von dem unteren Bereich erhalten werden.
Als nächstes wird die Treiberelektrode E3 beschrieben.
3 ist eine Draufsicht einer Treiberelektrode E3.
Die Treiberelektrode E3 umfasst eine Mehrzahl leitfähiger Bereiche (schwarze Bereiche) die sich linear entlang der ersten Richtung innerhalb der XY Ebene erstrecken, und wenn Breiten der leitfähigen Bereiche in der Richtung der X-Achse Xe sind, sind Abstände zwischen den leitfähigen Bereichen in Richtung der X-Achse Xs, N ist eine ganze Zahl, eine Breite Xe des an N-ter Stelle entlang der Richtung der X-Achse positionierten leitfähigen Bereichs ist Xe(N), und ein an N-ter Stelle entlang der Richtung der X-Achse positionierter Abstand Xs ist Xs(N), die Breiten Xe sind nicht periodisch, Xe(N) und Xe(N + 1) unterscheiden sich voneinander, die Abstände Xs sind nicht periodisch und Xs(N) und Xs(N + 1) unterscheiden sich voneinander.
In derselben Figur sind die Breiten Xe(1) bis Xe(8) und die Abstände Xs(1) bis Xs(7) für den Fall N = 8 gezeigt und der Einfachheit halber ist jeder leitfähige Bereich sowie dessen Breite jeweils mittels desselben Bezugszeichens gezeigt. Beispielsweise ist zwischen benachbarten leitfähigen Bereichen (Xe(1) und Xe(2)) ein Abstand Xs(1) (N = 1, N + 2 = 2) als Lücke angeordnet
Da in diesem Beispiel die Breiten Xe der leitfähigen Bereiche nicht periodisch sind wird vermieden, dass daran reflektierte Laserstrahlen miteinander interferieren und die Erzeugung von Störlicht hervorrufen, und da die Abstände Xs zwischen den, die Öffnungen definierenden leitfähigen Bereichen nicht periodisch sind wird vermieden, dass durch die Öffnungen transmittierte Laserstrahlen miteinander interferieren und die Erzeugung von Störlicht hervorrufen.
Die Längsrichtung jedes leitfähigen Bereiches liegt in Richtung der Y-Achse und erstreckt sich entlang der Y-Achse.
In derselben Figur erstrecken sich die leitfähigen Bereiche linear, sodass deren Herstellung einfach ist und der Anteil von Öffnungen erhöht werden kann.
4 ist eine Draufsicht einer Treiberelektrode E3.
Eine Kontur des Halbleiterlaser Chips innerhalb der XY Ebene ist rechteckig und wenn eine Richtung parallel zu einer Seite des Rechtecks als Y-Achse festgelegt wird, kann ein Winkel β zwischen der Erstreckungsrichtung der Treiberelektrode (erste Richtung R) und der Y Achse im Fall der 3 null Grad betragen, allerdings hat die Treiberelektrode im Fall der 4 eine lineare Streifenform wie im Fall der 3 und erfüllt die Bedingung β ≠ n × 90° (n: beliebige Ganzzahl). Der Fall, dass β ≠ n × 90° (n: beliebige Ganzzahl) ist, bewirkt, dass die Herstellung einfach ist, wenn auch im Wesentlichen β auf einen beliebigen Winkel festgelegt sein kann.
5 ist eine Draufsicht einer Treiberelektrode E3.
Eine Kontur des Halbleiterlaser Chips innerhalb der XY Ebene ist rechteckig und wenn eine Richtung parallel zu einer Seite des Rechtecks als Y-Achse festgelegt wird, kann ein Winkel β zwischen der Erstreckungsrichtung der Treiberelektrode (erste Richtung R) und der Y-Achse im Fall von 5 die Bedingung β ≠ n × 90° (n: beliebige Ganzzahl) erfüllen, in welchem die Treiberelektrode eine lineare Streifenform wie im Fall von 3 aufweist.
Wie oben beschrieben kann b im Wesentlichen auf einen beliebigen Winkel festgelegt sein.
6 ist eine Draufsicht einer Treiberelektrode E3.
Die Treiberelektrode E3 weist eine Form auf, in welcher eine Vielzahl erster leitfähiger Bereiche (Xe1(1) bis Xe1(8)), die sich entlang einer ersten Richtung (in diesem Beispiel die Y-Achse) erstrecken und eine Vielzahl zweiter leitfähiger Bereiche (Ye1(1) bis Ye1(8)), die sich entlang einer zweiten Richtung (in diesem Beispiel die X-Achse) erstrecken, welche sich von der ersten Richtung unterscheidet, einander überlappen, sodass eine Vielzahl von Öffnungen ausgebildet wird, die zweidimensional innerhalb der XY Ebene positioniert sind.
Breiten der ersten leitfähigen Bereiche in Richtung der X-Achse sind Xe1, Abstände zwischen den ersten leitfähigen Bereichen in der Richtung der X-Achse sind Xs1, N ist eine ganze Zahl, eine Breite Xe1 des an N-ter Stelle entlang der Richtung der X-Achse positionierten ersten leitfähigen Bereichs ist Xe1(N), und ein an N-ter Stelle entlang der Richtung der X-Achse positionierter Abstand Xs1 ist Xs1(N). Die Breiten Xe1 sind nicht periodisch, Xe1(N) und Xe1(N + 1) unterscheiden sich voneinander, die Abstände Xs1 sind nicht periodisch und Xs1(N) und Xs1(N + 1) unterscheiden sich voneinander.
Gleichermaßen sind Breiten der zweiten leitfähigen Bereiche in Richtung der Y-Achse Ye1, Abstände zwischen den zweiten leitfähigen Bereichen in der Richtung der Y-Achse sind Ys1, N ist eine ganze Zahl, eine Breite Ye1 des an N-ter Stelle entlang der Richtung der Y-Achse positionierten zweiten leitfähigen Bereichs ist Ye1(N), und ein an N-ter Stelle entlang der Richtung der Y-Achse positionierter Abstand Ys1 ist Ys1(N). Die Breiten Ye1 sind nicht periodisch, Ye1(N) und Ye1(N + 1) unterscheiden sich voneinander, die Abstände Ys1 sind nicht periodisch und Ys1(N) und Ys1(N + 1) unterscheiden sich voneinander
Auch in diesem Fall wird derselbe, das Störlicht vorbeugende Effekt wie zuvor beschrieben, erreicht und die zweiten leitfähigen Bereiche sind vorhanden, sodass der Widerstand der Treiberelektrode als Ganzes reduziert und die aktive Schicht effizient mit einem Treiberstrom versorgt werden kann.
Jeder leitfähige Bereich kann sich linear oder im Bogen erstrecken.
7 ist eine Draufsicht einer Treiberelektrode E3.
Die Treiberelektrode E3 weist eine Form auf, in welcher eine Vielzahl erster leitfähiger Bereiche (Xe(N)), die sich linear entlang einer ersten Richtung (in diesem Beispiel die Y-Achse) erstrecken und eine Vielzahl zweiter leitfähiger Bereiche (Xe2(N)), die sich linear entlang einer zweiten Richtung (die Richtung R unter einem Winkel β mit der Y-Achse) erstrecken, welche sich von der ersten Richtung unterscheidet, überlappen, sodass eine Vielzahl von Öffnungen ausgebildet wird, die zweidimensional innerhalb der XY Ebene positioniert sind.
Breiten der ersten leitfähigen Bereiche in Richtung der X-Achse sind Xe1, Abstände zwischen den ersten leitfähigen Bereichen in der Richtung der X-Achse sind Xs1, N ist eine ganze Zahl, eine Breite Xe1 des an N-ter Stelle entlang der Richtung der X-Achse positionierten ersten leitfähigen Bereichs ist Xe1(N), und ein an N-ter Stelle entlang der Richtung der X-Achse positionierter Abstand Xs1 ist Xs1(N). Die Breiten Xe1 sind nicht periodisch, Xe1(N) und Xe1(N + 1) unterscheiden sich voneinander, die Abstände Xs1 sind nicht periodisch und Xs1(N) und Xs1(N + 1) unterscheiden sich voneinander.
Gleichermaßen sind Breiten der zweiten leitfähigen Bereiche in Richtung der X-Achse Xe2, Abstände zwischen den zweiten leitfähigen Bereichen in der Richtung der X-Achse sind Xs2, N ist eine ganze Zahl, eine Breite Xe2 des an N-ter Stelle entlang der Richtung der X-Achse positionierten zweiten leitfähigen Bereichs ist Xe2(N), und ein an N-ter Stelle entlang der Richtung der X-Achse positionierter Abstand Xs2 ist Xs2(N). Die Breiten Xe2 sind nicht periodisch, Xe2(N) und Xe2(N + 1) unterscheiden sich voneinander, die Abstände Xs2 sind nicht periodisch und Xs2(N) und Xs2(N + 1) unterscheiden sich voneinander.
Auch in diesem Fall wird derselbe, das Störlicht vorbeugende Effekt wie zuvor beschrieben, erreicht und die zweiten leitfähigen Bereiche sind vorhanden, sodass der Widerstand der Treiberelektrode als Ganzes reduziert und die aktive Schicht effizient mit einem Treiberstrom versorgt werden kann.
8 ist eine Draufsicht einer Treiberelektrode E3.
Die Treiberelektrode E3 weist eine Form auf, in welcher eine Vielzahl erster leitfähiger Bereiche (Xe(N)), die sich linear entlang einer ersten Richtung (in diesem Beispiel die Richtung R1 unter einem Winkel β1 mit der Y-Achse) erstrecken und eine Vielzahl zweiter leitfähiger Bereiche (Xe2(N)), die sich linear entlang einer zweiten Richtung (die Richtung R2 unter einem Winkel β2 mit der Y-Achse) erstrecken, welche sich von der ersten Richtung unterscheidet, überlappen, sodass eine Vielzahl von Öffnungen ausgebildet wird, die zweidimensional innerhalb der XY Ebene positioniert sind.
Breiten der ersten leitfähigen Bereiche in Richtung der X-Achse sind Xe1, Abstände zwischen den ersten leitfähigen Bereichen in der Richtung der X-Achse sind Xs1, N ist eine ganze Zahl, eine Breite Xe1 des an N-ter Stelle entlang der Richtung der X-Achse positionierten ersten leitfähigen Bereichs ist Xe1(N), und ein an N-ter Stelle entlang der Richtung der X-Achse positionierter Abstand Xs1 ist Xs1(N). Die Breiten Xe1 sind nicht periodisch, Xe1(N) und Xe1(N + 1) unterscheiden sich voneinander, die Abstände Xs1 sind nicht periodisch und Xs1(N) und Xs1(N + 1) unterscheiden sich voneinander.
Gleichermaßen sind Breiten der zweiten leitfähigen Bereiche in Richtung der X-Achse Xe2, Abstände zwischen den zweiten leitfähigen Bereichen in der Richtung der X-Achse sind Xs2, N ist eine ganze Zahl, eine Breite Xe2 des an N-ter Stelle entlang der Richtung der X-Achse positionierten zweiten leitfähigen Bereichs ist Xe2(N), und ein an N-ter Stelle entlang der Richtung der X-Achse positionierter Abstand Xs2 ist Xs2(N). Die Breiten Xe2 sind nicht periodisch, Xe2(N) und Xe2(N + 1) unterscheiden sich voneinander, die Abstände Xs2 sind nicht periodisch und Xs2(N) und Xs2(N + 1) unterscheiden sich voneinander.
Auch in diesem Fall wird derselbe, das Störlicht vorbeugende Effekt wie zuvor beschrieben, erreicht und die zweiten leitfähigen Bereiche sind vorhanden, sodass der Widerstand der Treiberelektrode als Ganzes reduziert und die aktive Schicht effizient mit einem Treiberstrom versorgt werden kann.
9 ist eine Draufsicht einer Treiberelektrode E3.
In diesem Beispiel sind die in 6 gezeigten ersten leitfähigen Bereiche derart geändert, dass diese bogenförmig sind und Krümmungsradien von benachbarten Bereichen sind zueinander unterschiedlich, und andere Aspekte sind identisch zu jenen der 6. Das heißt, dass sich entweder die ersten leitfähigen Bereiche (Xe1(N)) oder die zweiten leitfähigen Bereiche (Ye1(N)) bogenförmig erstrecken. Es ist auch möglich, dass beide von diesen sich bogenförmig erstrecken.
In diesem Fall verschlechtert sich die Regelmäßigkeit zwischen den leitfähigen Bereichen im Vergleich zu jenem Fall, in welchem sich die leitfähigen Bereiche linear erstrecken, weiter, sodass die Aperiodizität und die Zufälligkeit der Struktur der Treiberelektrode verbessert werden und Störlicht weiter vorgebeugt wird, und die Struktur hat eine Bogenform entsprechend einer leichten kontinuierlichen Richtungsänderung, welche den Vorteil bewirkt, dass Oberwellen-Störlicht, welches durch einen schnellen Wechsel in der Form hervorgerufen wird, auch kaum erzeugt wird.
10 ist eine Draufsicht einer Treiberelektrode E3.
Im Vergleich mit dem in 9 gezeigten Beispiel sind in diesem Beispiel die sich longitudinal erstreckenden ersten leitfähigen Bereiche derart geändert, dass sich diese im Wesentlichen diagonal bezüglich der Y-Achse erstrecken, wobei andere Aspekte identisch zu jenen der 9 sind. In diesem Fall wird dieselbe Funktionsweise wie in 9 erhalten, und beide Endabschnitte jedes ersten leitfähigen Bereiches entlang der Y-Achse sind entlang der Richtung der X-Achse versetzt.
11 ist eine Draufsicht einer Treiberelektrode E3.
Im Vergleich mit dem in 8 gezeigten Beispiel sind in diesem Beispiel die sich linear erstreckenden ersten leitfähigen Bereiche und zweiten Bereiche derart geändert, dass diese bogenförmig sind, sodass diese Krümmungsradien aufweisen, die sich voneinander unterscheiden, wobei sich Krümmungsradien, Breiten und Abstände der zueinander benachbarten leitfähigen Bereiche jeweils alle voneinander unterscheiden. Andere Aspekte sind dieselben wie in 8. In diesem Fall wird dieselbe Funktionsweise wie in 8 erhalten und aufgrund der Bogenform, im Vergleich zu den sich linear erstreckenden leitfähigen Bereichen, wird die Regelmäßigkeit zwischen den leitfähigen Bereichen weiter verschlechtert, sodass die Aperiodizität und die Zufälligkeit der Struktur der Treiberelektrode verbessert werden und Störlicht weiter vorgebeugt wird, und die Struktur hat eine Bogenform entsprechend einer leichten kontinuierlichen Richtungsänderung, so dass Oberwellen-Störlicht, welches durch einen schnellen Wechsel in der Form hervorgerufen wird, auch kaum erzeugt wird.
12 ist eine Draufsicht einer Treiberelektrode E3.
In dem Halbleiterlasergerät weist die Treiberelektrode E3 eine Form auf, in welcher eine Vielzahl erster leitfähiger Bereiche, die sich entlang einer ersten Richtung (Richtung der Y-Achse) erstrecken, eine Vielzahl zweiter leitfähiger Bereiche, die sich entlang einer zweiten Richtung (in diesem Beispiel Richtung R1 unter einem Winkel β1 mit der Y-Achse) erstrecken, welche sich von der ersten Richtung unterscheidet, und eine Vielzahl dritter leitfähigen Bereiche, die sich entlang einer dritten Richtung (in diesem Beispiel die Richtung R2 unter einem Winkel β2 mit der Y-Achse) erstrecken, welche sich von beiden, der ersten Richtung und der zweiten Richtung unterscheidet, überlappen, sodass eine Vielzahl von Öffnungen ausgebildet wird, die zweidimensional innerhalb der XY Ebene positioniert sind. In der gleichen Figur erstreckt sich jeder leitfähige Bereich linear.
Das heißt, dass die oben beschriebenen Öffnungen ausgebildet werden, indem sie durch die sich in mehrere Richtungen erstreckenden leitfähigen Bereiche umgeben werden, und es ist ebenso möglich, dass sich die leitfähigen Bereiche in drei oder mehr Richtungen erstrecken. Im Fall, dass sich die leitfähigen Bereiche in mehrere Richtungen erstrecken wird die Zufälligkeit verbessert, sodass erwartet wird, dass der Erzeugung von Störlicht weiter vorgebeugt wird.
13 ist eine Draufsicht einer Treiberelektrode E3.
In dem Halbleiterlasergerät weist die Treiberelektrode E3 eine Form auf, in welcher eine Vielzahl erster leitfähiger Bereiche, die sich entlang einer ersten Richtung (Richtung der Y-Achse) erstrecken, eine Vielzahl zweiter leitfähiger Bereiche, die sich entlang einer zweiten Richtung (in diesem Beispiel Richtung R1 unter einem Winkel β1 mit der Y-Achse) erstrecken, welche sich von der ersten Richtung unterscheidet, und eine Vielzahl dritter leitfähigen Bereiche, die sich entlang einer dritten Richtung (in diesem Beispiel die Richtung R2 unter einem Winkel β2 mit der Y-Achse) erstrecken, welche sich von beiden, der ersten Richtung und der zweiten Richtung unterscheidet, überlappen, sodass eine Vielzahl von Öffnungen ausgebildet wird, die zweidimensional innerhalb der XY Ebene positioniert sind. In der gleichen Figur liegen die zweiten leitfähigen Bereiche fast entlang der Richtung R2, allerdings erstrecken sie sich nicht linear sondern in Bogenform und die Regelmäßigkeit der Öffnungen verschlechtert sich, sodass erwartet wird, dass der Erzeugung von Störlicht weiter vorgebeugt wird.
14 ist eine Draufsicht einer Treiberelektrode E3.
Im Halbleiterlaser Gerät weist die Treiberelektrode E3 eine Form auf, in welcher eine Vielzahl erster leitfähiger Bereiche, die sich entlang einer ersten Richtung (in diesem Beispiel die X-Achse) erstrecken, eine Vielzahl zweiter leitfähiger Bereiche, die sich entlang einer zweiten Richtung (in diesem Beispiel die Richtung R1 unter einem Winkel α1 mit der X-Achse) erstrecken, welche sich von der ersten Richtung unterscheidet, und eine Vielzahl dritter leitfähigen Bereiche, die sich entlang einer dritten Richtung (in diesem Beispiel die Richtung R2 unter einem Winkel α2 mit der X-Achse) erstrecken, welche sich von beiden, der ersten Richtung und der zweiten Richtung unterscheidet, überlappen, sodass eine Vielzahl von Öffnungen ausgebildet wird, die zweidimensional innerhalb der XY Ebene positioniert sind. In der gleichen Figur erstreckt sich kein leitfähiger Bereich linear sondern in Bogenform und die Regelmäßigkeit der Öffnungen verschlechtert sich, sodass erwartet wird, dass der Erzeugung von Störlicht weiter vorgebeugt wird.
15 ist eine Draufsicht einer Treiberelektrode E3.
Ein Bereich, in welchem die Treiberelektrode E3 zur Verfügung gestellt wird, umfasst einen ersten Bereich A1, in welchem ein leitfähiger Bereich ausgebildet wird, der eine erste aperiodische Struktur aufweist und einen zweiten Bereich A2, in welchem ein leitfähiger Bereich ausgebildet wird, der eine zweite aperiodische, sich von der ersten aperiodischen Struktur unterscheidende Struktur, aufweist. Der erste Bereich A1 und der zweite Bereich A2 haben sich unterscheidende Muster, sodass vermieden wird, dass Laserstrahlen von diesen Bereichen miteinander interferieren und die Erzeugung von Störlicht hervorrufen. Der erste Bereich A1 ist ein Bereich in welchem ein Wert in Richtung der Y-Achse gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist, und der zweite Bereich A2 ist ein Bereich in welchem ein Wert in Richtung der Y-Achse kleiner als der vorbestimmte Wert ist, wobei diese Bereiche übereinander angeordnet sind. Der vorbestimmte Wert weicht bevorzugt hinsichtlich der Asymmetrie von einem zentralen Wert einer Abmessung in Richtung der Y-Achse des, die Treiberelektrode ausbildenden Bereiches ab, um Interferenz vorzubeugen, allerdings kann der vorbestimmte Wert dem zentralen Wert entsprechen.
16 ist eine Draufsicht einer Treiberelektrode E3. Im in 15 gezeigten ersten Bereich A1 und zweiten Bereich A2 können die unterschiedlichen oben beschriebenen Muster angeordnet sein. Das heißt, dass in diesem Beispiel das in 4 gezeigte Muster im ersten Bereich A1 angeordnet ist, und ein spiegelverkehrtes Muster des in 5 gezeigten Musters im zweiten Bereich A2 angeordnet ist.
17 ist eine Draufsicht einer Treiberelektrode E3. Dies ist ein Beispiel, in welchem das in 6 gezeigte Muster im ersten Bereich A1 angeordnet ist und das in 7 gezeigte Muster im zweiten Bereich A2 angeordnet ist.
18 ist eine Draufsicht einer Treiberelektrode E3.
Ein Bereich, in welchem die Treiberelektrode E3 zur Verfügung gestellt wird, umfasst einen ersten Bereich A1, in welchem ein leitfähiger Bereich ausgebildet wird, der eine erste aperiodische Struktur aufweist und einen zweiten Bereich A2, in welchem ein leitfähiger Bereich ausgebildet wird, der eine zweite aperiodische, sich von der ersten aperiodischen Struktur unterscheidende Struktur, aufweist. Der erste Bereich A1 und der zweite Bereich A2 haben sich unterscheidende Muster, sodass vermieden wird, dass Laserstrahlen von diesen Bereichen miteinander interferieren und die Erzeugung von Störlicht in seiner Gesamtheit hervorrufen. Der erste Bereich A1 ist ein Bereich in welchem ein Wert in Richtung der X Achse kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, der zweite Bereich A2 ist ein Bereich in welchem ein Wert in Richtung der X-Achse gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ist, wobei diese Bereiche nebeneinander angeordnet sind. Der vorbestimmte Wert kann ein zentraler Wert einer Abmessung in Richtung der X-Achse des, die Treiberelektrode ausbildenden Bereiches sein oder kann vom zentralen Wert abweichen.
19 ist eine Draufsicht einer Treiberelektrode E3. Im ersten Bereich A1 und im zweiten Bereich A2 in 18 können die unterschiedlichen oben beschriebenen Muster angeordnet sein. Das heißt, dass in diesem Beispiel das in 9 gezeigte Muster im ersten Bereich A1 angeordnet ist und das in 10 gezeigte Muster im zweiten Bereich A2 angeordnet ist.
20 ist eine Draufsicht einer Treiberelektrode E3.
Ein Bereich, in welchem die Treiberelektrode E3 zur Verfügung gestellt wird, umfasst einen ersten Bereich A1, in welchem ein leitfähiger Bereich ausgebildet wird, der eine erste aperiodische Struktur aufweist, einen zweiten Bereich A2, in welchem ein leitfähiger Bereich ausgebildet wird, der eine zweite aperiodische, sich von der ersten aperiodischen Struktur unterscheidende Struktur aufweist und einen dritten Bereich A3, in welchem ein leitfähiger Bereich ausgebildet wird, der eine dritte aperiodische, sich von beiden, der ersten und zweiten aperiodischen Struktur unterscheidende Struktur aufweist. Der erste Bereich A1, der zweite Bereich A2 und der dritte Bereich A3 haben sich unterscheidende Muster, sodass vermieden wird, dass Laserstrahlen von diesen Bereichen miteinander interferieren und die Erzeugung von Störlicht in seiner Gesamtheit hervorrufen. Der erste Bereich A1 ist ein Bereich in welchem ein Wert in Richtung der Y-Achse gleich oder größer als ein erster vorbestimmter Wert ist, der zweite Bereich ist ein Bereich in welchem ein Wert in Richtung der Y-Achse gleich oder größer als ein zweiter vorbestimmte Wert und kleiner als der erste vorbestimmte Wert ist und der dritte Bereich A3 ist ein Bereich in welchem ein Wert in Richtung der Y-Achse kleiner als der erste vorbestimmte Wert ist. Diese Bereiche sind vertikal angeordnet.
21 ist eine Draufsicht einer Treiberelektrode E3. Im ersten Bereich A1 und im zweiten Bereich A2 der 21 können die unterschiedlichen oben beschriebenen Muster angeordnet sein. Das heißt, dass in diesem Beispiel das in 13 gezeigte Muster im ersten Bereich A1 angeordnet ist, dass in 6 gezeigte Muster im zweiten Bereich A2 angeordnet ist und das in 12 gezeigte Muster im dritten Bereich A3 angeordnet ist.
Wie oben beschrieben hat die Treiberelektrode in jedem der Halbleiterlasergeräte eine aperiodische Struktur, sodass Störlicht reduziert werden kann und durch das Koppeln an einen räumlichen Lichtmodulator ein variables gewünschtes Laserstrahlprofil ausgebildet werden kann.
Bezugszeichenliste

SLM: Räumlicher Lichtmodulator
LED: Halbleiterlaser-Chip
4: aktive Schicht
2, 7: Umhüllungsschicht
6: Beugungsgitterschicht

Claims

Ein Halbleiterlasergerät, welches einen Halbleiterlaser-Chip und einen räumlichen Lichtmodulator, der optisch mit dem Halbleiterlaser-Chip gekoppelt ist, umfasst und einen Laserstrahl, der entlang einer Dickenrichtung des Halbleiterlaser-Chips ausgegeben wird, durch den räumlichen Lichtmodulator moduliert und den Laserstrahl nach außen ausgibt, wobei der Halbleiterlaser-Chip umfasst: eine aktive Schicht; ein Paar von Umhüllungsschichten, welche die aktive Schicht zwischen sich einschließen; eine Beugungsgitter-Schicht, die optisch mit der aktiven Schicht gekoppelt ist; und eine Treiberelektrode, die zwischen der Umhüllungsschicht auf der Seite des räumlichen Lichtmodulators und dem räumlichen Lichtmodulator angeordnet ist und die aktive Schicht mit einem elektrischen Strom versorgt, und wobei im Fall, dass ein dreidimensionales orthogonales XYZ Koordinatensystem festgelegt ist, eine Dickenrichtung des Halbleiterlaser-Chips als Richtung der Z-Achse festgelegt ist und eine Ebene parallel zu einer Grenzfläche zwischen dem Halbleiterlaser-Chip und dem räumlichen Lichtmodulator als XY-Ebene festgelegt ist, die Treiberelektrode innerhalb der XY-Ebene angeordnet ist, wobei die Treiberelektrode von der Richtung der Z-Achse gesehen eine Vielzahl von Öffnungen aufweist und wobei die Treiberelektrode eine nichtperiodische Struktur aufweist.
Halbleiterlasergerät nach Anspruch 1, wobei die Treiberelektrode eine Vielzahl von leitfähigen Bereichen aufweist, die sich entlang einer ersten Richtung innerhalb der XY Ebene linear erstrecken, und wenn Breiten der leitfähigen Bereiche in der Richtung der X-Achse Xe sind, sind Abstände zwischen den leitfähigen Bereichen in Richtung der X-Achse Xs, N ist eine ganze Zahl, eine Breite Xe des an N-ter Stelle entlang der Richtung der X-Achse positionierten leitfähigen Bereichs ist Xe(N), und ein an N-ter Stelle entlang der Richtung der X-Achse positionierter Abstand Xs ist Xs(N), die Breiten Xe sind nicht periodisch, Xe(N) und Xe(N + 1) unterscheiden sich voneinander, die Abstände Xs sind nicht periodisch und Xs(N) und Xs(N + 1) unterscheiden sich voneinander.
Das Halbleiterlasergerät nach Anspruch 1, wobei die Treiberelektrode eine Form aufweist, in welcher eine Vielzahl erster leitfähiger Bereiche, die sich entlang einer ersten Richtung erstrecken und eine Vielzahl zweiter leitfähiger Bereiche, die sich entlang einer zweiten Richtung erstrecken, welche sich von der ersten Richtung unterscheidet, überlappen, um eine Vielzahl von zweidimensional innerhalb der XY Ebene positionierter Öffnungen auszubilden, und wenn Breiten der ersten leitfähigen Bereiche in Richtung der X-Achse Xe1 sind, sind Abstände zwischen den ersten leitfähigen Bereichen in der Richtung der X-Achse Xs1, N ist eine ganze Zahl, eine Breite Xe1 des an N-ter Stelle entlang der Richtung der X-Achse positionierten ersten leitfähigen Bereichs ist Xe1(N), und ein an N-ter Stelle entlang der Richtung der X-Achse positionierter Abstand Xs1 ist Xs1(N), die Breiten Xe1 sind nicht periodisch, Xe1(N) und Xe1(N + 1) unterscheiden sich voneinander, die Abstände Xs1 sind nicht periodisch und Xs1(N) und Xs1(N + 1) unterscheiden sich voneinander.
Das Halbleiterlasergerät nach Anspruch 3, wobei sich die ersten leitfähigen Bereiche und/oder die zweiten leitfähigen Bereiche im Bogen erstrecken.
Das Halbleiterlasergerät nach Anspruch 1, wobei die Treiberelektrode eine Form aufweist, in welcher eine Vielzahl erster leitfähiger Bereiche, die sich entlang einer ersten Richtung erstrecken, eine Vielzahl zweiter leitfähiger Bereiche, die sich entlang einer zweiten Richtung erstrecken, welche sich von der ersten Richtung unterscheidet, und eine Vielzahl dritter leitfähigen Bereiche, die sich entlang einer dritten Richtung erstrecken, welche sich von beiden, der ersten Richtung und der zweiten Richtung unterscheidet, überlappen, um eine Vielzahl von zweidimensional innerhalb der XY Ebene positionierter Öffnungen auszubilden.
Das Halbleiterlasergerät nach Anspruch 1, wobei ein Bereich, in welchem die Treiberelektrode zur Verfügung gestellt wird einen ersten Bereich, in welchem ein leitfähiger Bereich ausgebildet wird, der eine erste aperiodische Struktur aufweist, und einen zweiten Bereich, in welchem ein leitfähiger Bereich ausgebildet wird, der eine aperiodische, sich von der ersten aperiodischen Struktur unterscheidende, Struktur aufweist umfasst.