DE112019002461T5

DE112019002461T5 - Lichtemittierende Einrichtung

Info

Publication number: DE112019002461T5
Application number: DE112019002461.2T
Authority: DE
Inventors: Soh UENOYAMA; Kazuyoshi Hirose; Yoshitaka Kurosaka; Hiroshi Tanaka
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2018-05-15
Filing date: 2019-05-14
Publication date: 2021-02-11
Also published as: WO2019221133A1; JP2019201065A; CN112119548A; JP7219552B2; US12046874B2; US20210273411A1; TW202007031A; TWI798437B; CN112119548B

Abstract

Die vorliegende Ausführungsform betrifft eine lichtemittierende Einrichtung, umfassend eine reflektierende Metaoberfläche, die eine Phase für jedes von Pixeln moduliert, die ein eindimensionales oder zweidimensionales Array darstellen. Die lichtemittierende Einrichtung umfasst ein oberflächenemittierendes Laserelement, eine Lichtleitschicht und die Metaoberfläche. Die Metaoberfläche weist Folgendes auf: eine lichtdurchlässige Schicht, umfassend eine dielektrische Schicht, einen Metallfilm auf einer Oberfläche davon und den anderen Metallfilm auf der anderen Oberfläche davon. In jeder von Einheitsregionen, die den Pixeln entsprechen, umfasst die lichtdurchlässige Schicht einen Abschnitt, der freigelegt ist, ohne von dem Metallfilm bedeckt zu sein. Die Breite jeder Einheitsregion und die Dicke der lichtdurchlässigen Schicht sind kleiner als die Wellenlänge des Laserlichts zur Metaoberfläche. Die Metaoberfläche moduliert die Phase des Laserlichts für jede Einheitsregion. Eine erste Lichtausgangs-Oberfläche gibt das moduliert Laserlicht aus.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine lichtemittierende Einrichtung.
Allgemeiner Stand der Technik
Nicht-Patentliteratur 1 offenbart eine Technologie, die eine reflektierende Metaoberfläche betrifft. Diese Metaoberfläche umfasst eine Spiegelschicht aus Gold (AU), eine ITO-Schicht, die auf der Spiegelschicht vorgesehen ist, eine Al₂O₃-Schicht, die auf der ITO-Schicht vorgesehen ist, und eine Nano-Antenne aus Gold (Au), die auf der Al₂O₃-Schicht vorgesehen ist. Dann wird beschrieben, dass, indem eine Vorspannung zwischen der Spiegelschicht und der Nano-Antenne eingestellt wird, die Phase des Eingangslichts gemäß den Einstellmustern (optische Phase) der Vorspannung moduliert werden kann.
Zitationsliste
Nicht-Patentliteratur

Nicht-Patentliteratur 1: Yao-Wei, Huang et al., „Gate-tunable conducting oxide metasurfaces", Nano Letters, Band 16, S. 5319-5325 (2016)
Nicht-Patentliteratur 2: Y. Kurosaka et al., „Effects of non-lasing band in two-dimensional photonic-crystal lasers clarified using omnidirectional band structure", Opt. Express 20, 21773-21783 (2012)

Darstellung der Erfindung
TECHNISCHE AUFGABE
Als Ergebnis der Prüfung der zuvor beschriebenen herkömmlichen Technologie haben die Erfinder die nachfolgend aufgeführten Probleme gefunden. In den letzten Jahren haben nämlich Metaoberflächen als eine Struktur, die in der Lage ist, die Phase, Intensität oder Polarisierung von Licht beliebig zu steuern, die Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Anders als ein optisches Element wie eine herkömmliche Linse kann die Metaoberfläche die Phase von Eingangslicht und dergleichen mittels einer extrem dünnen Oberflächenstruktur steuern, die auf einer flachen Oberfläche gebildet ist. Beispielsweise umfasst eine Metall-Isolator-Metall(MIM)-Metaoberfläche einen unteren Metallfilm als einen reflektierenden Film, eine dielektrische Schicht, die auf dem unteren Metallfilm vorgesehen ist, und einen oberen Metallfilm, der auf der dielektrischen Schicht vorgesehen ist. Die Breite des oberen Metallfilms und die Dicke der dielektrischen Schicht sind ausreichend kleiner als die Wellenlänge von Eingangslicht. Dann wird die Oberfläche der dielektrischen Schicht von beiden Seiten des oberen Metallfilms freigelegt und Licht wird auf die Oberfläche der dielektrischen Schicht eingegeben. Das Licht, das sich in der dielektrischen Schicht ausbreitet, wird auf dem unteren Metallfilm reflektiert und wird von der Oberfläche der dielektrischen Schicht zur Außenseite ausgegeben. Zu dieser Zeit ändert sich die Phase des Ausgangslichts gemäß der Breite des oberen Metallfilms. Eine solche Struktur wird als statische Metaoberfläche bezeichnet.
Andererseits weist die Metaoberfläche der Nicht-Patentliteratur 1 eine Struktur auf, in der die Breite des oberen Metallfilms so eingestellt wird, dass sie konstant ist, und eine transparente leitende Schicht wie eine ITO wird zu der oben beschriebenen Struktur hinzugefügt, und eine Vorspannung wird zwischen dem unteren Metallfilm und dem oberen Metallfilm eingestellt. In einem Zustand, in dem die Vorspannung eingestellt wird, tritt Metallisierung (der Zustand, in dem die Elektronendichte nahe der Schnittstelle zwischen der dielektrischen Schicht und der transparenten leitenden Schicht konzentriert hoch wird) eines Teils der transparenten leitenden Schicht aufgrund eines elektrischen Feldes zwischen dem unteren Metallfilm und dem oberen Metallfilm auf. Zu dieser Zeit ändert sich der effektive Brechungsindex zwischen dem unteren Metallfilm und dem oberen Metallfilm gemäß der Dicke der metallisierten Schicht (Dicke des Teils, bei dem die Elektronendichte konzentriert hoch wird). Zu dieser Zeit ändert sich die Phase des Eingangslichts gemäß der Dicke der metallisierten Schicht. Die Metaoberfläche der zuvor beschriebenen Nicht-Patentliteratur 1 kann die Phase von Licht steuern, indem sie die angelegte Spannung beliebig ändert. Eine solche Struktur wird als dynamische Metaoberfläche bezeichnet.
Wenn jedoch die Metaoberfläche reflektierend ist, erfordert eine lichtemittierende Einrichtung, umfassend eine Lichtquelle und eine Metaoberfläche, ein optisches System zum Eingeben von Licht von der Lichtquelle in die Metaoberfläche und ein optisches System zum Leiten von Licht, das von der Metaoberfläche ausgegeben wird. Daher ist es wahrscheinlich, dass das gesamte optische System kompliziert wird, was ein Faktor wird, der die Miniaturisierung der lichtemittierenden Einrichtung verhindert.
Die vorliegende Erfindung ist gemacht worden, um die obigen Probleme zu lösen, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine lichtemittierende Einrichtung, umfassend eine Lichtquelle und eine reflektierende Metaoberfläche, vorzusehen, die in der Lage ist, ein optisches System zu vereinfachen.
Lösung der Aufgabe
Um das obige Problem zu lösen, umfasst eine lichtemittierende Einrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein oberflächenemittierendes Laserelement, eine Lichtleitschicht und eine reflektierende Metaoberfläche. Das oberflächenemittierende Laserelement weist eine erste Lichtausgangs-Oberfläche und eine zweite Lichtausgangs-Oberfläche auf, die einander gegenüberliegen. Die Lichtleitschicht ist auf der zweiten Lichtausgangs-Oberfläche angeordnet. Die reflektierende Metaoberfläche ist über die Lichtleitschicht auf der zweiten Lichtausgangs-Oberfläche angeordnet. Die reflektierende Metaoberfläche umfasst eine lichtdurchlässige Schicht, einen ersten Metallfilm und einen zweiten Metallfilm. Die lichtdurchlässige Schicht ist auf der gegenüberliegenden Seite der zweiten Lichtausgangs-Oberfläche in Bezug auf die Lichtleitschicht angeordnet. Die lichtdurchlässige Schicht umfasst eine dielektrische Schicht und umfasst ferner eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche. Die erste Oberfläche befindet sich zwischen der Lichtleitschicht und der dielektrischen Schicht. Die zweite Oberfläche befindet sich auf der gegenüberliegenden Seite der ersten Oberfläche in Bezug auf die dielektrische Schicht. Der erste Metallfilm ist auf der ersten Oberfläche angeordnet. Der zweite Metallfilm ist auf der zweiten Oberfläche angeordnet. Der zweite Metallfilm reflektiert das Laserlicht, das von dem oberflächenemittierenden Laserelement durch die Lichtleitschicht in die lichtdurchlässige Schicht eingegeben wird, hin zu der Lichtleitschicht. Ferner umfasst in jeder einer Vielzahl von Einheitsregionen, die auf der ersten Oberfläche der lichtdurchlässigen Schicht eingestellt sind, sodass sie ein eindimensionales Array oder ein zweidimensionales Array darstellen, die lichtdurchlässige Schicht einen freigelegten Abschnitt, welcher der Lichtleitschicht zugewandt ist, ohne von dem ersten Metallfilm blockiert zu werden. Die Breite jeder der Vielzahl von Einheitsregionen und die Dicke der lichtdurchlässigen Schicht sind kleiner als die Wellenlänge des Laserlichts. Die reflektierende Metaoberfläche ist so ausgestaltet, dass sie die Phase des Laserlichts für jede Einheitsregion moduliert. Das Laserlicht, das von der reflektierenden Metaoberfläche moduliert wird, gelangt durch die zweite Lichtausgangs-Oberfläche und wird dann von der ersten Lichtausgangs-Oberfläche ausgegeben.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, eine lichtemittierende Einrichtung, umfassend eine Lichtquelle und eine reflektierende Metaoberfläche, vorzusehen, wobei die lichtemittierende Einrichtung in der Lage ist, ein optisches System zu vereinfachen.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Ausgestaltung einer lichtemittierenden Einrichtung 1A gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine Ansicht, die schematisch eine Querschnittsstruktur der lichtemittierenden Einrichtung 1A zeigt.
3 ist eine Ansicht, die schematisch eine Querschnittsstruktur der lichtemittierenden Einrichtung 1A zeigt.
4 ist eine Draufsicht einer photonischen Kristallschicht 15A.
5 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel zeigt, in dem eine Region mit modifiziertem Brechungsindex 15b nur in einer spezifischen Region der photonischen Kristallschicht angebracht ist.
6A bis 6G zeigen Beispiele von symmetrischen Spiegelbildformen von den Formen der Regionen mit modifiziertem Brechungsindex in einer X-Y-Ebene.
7A bis 7K zeigen Beispiele von Formen, die keine Rotationssymmetrie von 180° aufweisen, von den Formen der Regionen mit modifiziertem Brechungsindex in der X-Y-Ebene.
8 ist eine Draufsicht, die eine Metaoberfläche 3A zeigt.
9 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie IX-IX von 8, die eine Querschnittstruktur der Metaoberfläche 3A zeigt.
10A ist eine Ansicht, die eine planare Form eines Metallfilms 6A zeigt, und 10B ist eine Ansicht, die eine planare Form eines Metallfilms 8A zeigt.
11 ist eine Draufsicht, die eine Beziehung zwischen einer inneren Region RIN, in der eine Vielzahl der Regionen mit modifiziertem Brechungsindex 15b in der photonischen Kristallschicht 15A gebildet sind, und einer Region Q1, in der eine Vielzahl der Teil-Metallfilme 61 in der Metaoberfläche 3A gebildet sind, zeigt.
12A bis 12D sind Querschnittsansichten, die jeden Schritt in einem Beispiel eines Herstellungsverfahrens der Metaoberfläche 3A zeigen.
13A bis 13C sind Querschnittsansichten, die jeden Schritt in einem Beispiel des Herstellungsverfahrens der Metaoberfläche 3A zeigen.
14A ist eine Ansicht, die konzeptionell Strahlsteuerung zeigt, die einen Austrittswinkel von Ausgabelicht als ein Anwendungsbeispiel der Metaoberfläche 3A variieren kann, und 14B ist eine Querschnittsansicht, welche die Form einer lichtreflektierenden Oberfläche 101 eines diffraktiven optischen Elements (DOE) 100 zeigt, das eine Struktur für Strahlsteuerung aufweist.
15 ist eine Draufsicht, die eine Metaoberfläche 3B gemäß einem abgewandelten Beispiel der ersten Ausführungsform zeigt.
16A ist eine Ansicht, die eine planare Form eines Metallfilms 6B zeigt, und 16B ist eine Ansicht, die eine planare Form des Metallfilms 8A zeigt.
17 ist eine Ansicht, die schematisch eine Querschnittsausgestaltung einer lichtemittierenden Einrichtung 1B gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
18 ist eine Ansicht, die eine Querschnittstruktur einer Metaoberfläche 3C entsprechend einer Linie IX-IX von 8 zeigt.
19A ist eine Ansicht, die eine planare Form eines Metallfilms 6C zeigt, und 19B ist eine Ansicht, die eine planare Form eines Metallfilms 8B zeigt.
20 ist eine Ansicht, die eine Schaltungsausgestaltung in jeder Einheitsregion 20 zeigt.
21A bis 21D sind Ansichten zum Erklären eines Betriebs einer Treiberschaltung 5 in der Einheitsregion 20 einer m-ten Reihe und einer n-ten Spalte.
22 ist eine Draufsicht, die eine Struktur der Treiberschaltung 5 in jeder Einheitsregion 20 zeigt.
23 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie XXIII-XXIII von 22, die eine Querschnittstruktur der Treiberschaltung 5 in jeder Einheitsregion 20 zeigt.
24A bis 24E sind Querschnittsansichten, die jeden Schritt in einem Beispiel des Herstellungsverfahrens der Metaoberfläche 3C zeigen.
25 ist eine Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem eine metallisierte Schicht 92a mittels eines elektrischen Feldes zwischen einem Teil-Metallfilm 63 und dem Metallfilm 8B auf einer transparenten leitenden Schicht 92 gebildet ist.
26A ist eine Ansicht, die eine planare Form des Metallfilms 6C eines zweiten abgewandelten Beispiels zeigt, und 26B ist eine Ansicht, die eine planare Form eines Metallfilms 8C des zweiten abgewandelten Beispiels zeigt.
27 ist eine Ansicht, die eine Ausgestaltung der Treiberschaltung 5A zeigt.
28 ist eine Ansicht, die eine Querschnittstruktur einer Metaoberfläche 3D gemäß einem abgewandelten Beispiel der zweiten Ausführungsform zeigt.
29 ist eine Ansicht, die eine Querschnittstruktur einer Metaoberfläche 3E gemäß einem abgewandelten Beispiel zeigt.
30 ist eine Draufsicht einer Phasenmodulationsschicht 15B, die in dem S-iPM-Laser umfasst ist.
31 ist eine Ansicht, die eine Positionsbeziehung einer Region mit modifiziertem Brechungsindex in der Phasenmodulationsschicht 15B zeigt.
32 ist eine Ansicht zum Erklären einer Beziehung zwischen einem optischen Bild, das erhalten wird, indem ein Ausgangsstrahlmuster eines oberflächenemittierenden Laserelements gemäß einer dritten Ausführungsform gebildet wird, und einer Rotationswinkelverteilung φ (x, y) auf der Phasenmodulationsschicht 15B.
33A und 33B sind Ansichten zum Erklären von zu beachtenden Punkten beim Erhalten einer Phasenwinkelverteilung von einem Fourier-Transformationsergebnis eines optischen Bilds und Bestimmen einer Anordnung einer Region mit modifiziertem Brechungsindex.
34A bis 34C zeigen Beispiele von Strahlmustern (optisches Bild), die von dem oberflächenemittierenden Laserelement gemäß der dritten Ausführungsform ausgegeben werden.
35 ist eine Draufsicht einer Phasenmodulationsschicht 15C gemäß einem abgewandelten Beispiel der dritten Ausführungsform.
36 ist eine Ansicht, die eine Positionsbeziehung der Region mit modifiziertem Brechungsindex 15b in der Phasenmodulationsschicht 15C zeigt.
37 ist eine Ansicht zum Erklären von Koordinatentransformation von sphärischen Koordinaten zu Koordinaten in einem orthogonalen XYZ-Koordinatensystem.
38 ist eine Ansicht, die schematisch eine Querschnittsausgestaltung einer lichtemittierenden Einrichtung 1C gemäß einem fünften abgewandelten Beispiel zeigt.
39 ist eine Ansicht, die schematisch eine Querschnittsausgestaltung einer lichtemittierenden Einrichtung 1D gemäß einem sechsten abgewandelten Beispiel zeigt.
40 ist eine Ansicht, die schematisch eine Querschnittsausgestaltung einer lichtemittierenden Einrichtung IE gemäß einem anderen abgewandelten Beispiel zeigt.
41 ist eine Ansicht, die schematisch eine Querschnittsausgestaltung einer lichtemittierenden Einrichtung 1F gemäß einem siebten abgewandelten Beispiel zeigt.
42A ist eine Draufsicht, die eine zweite Lichtausgangs-Oberfläche 2b zeigt, und 42B ist eine Draufsicht, die eine erste Lichtausgangs-Oberfläche 2a zeigt.
43 ist eine Ansicht, die ein Beispiel zeigt, in dem die Ausgestaltung von 41 auf ein oberflächenemittierendes Laserelement 2A der ersten Ausführungsform, das ein PCSEL ist, angewandt wird.
44 ist eine Ansicht, die eine Ausgestaltung einer lichtemittierenden Vorrichtung 1G gemäß einem achten abgewandelten Beispiel zeigt.
45 ist eine Ansicht, die schematisch eine Querschnittsausgestaltung einer lichtemittierenden Einrichtung 1H gemäß einem neunten abgewandelten Beispiel zeigt.
46 ist eine Ansicht, die schematisch eine Querschnittsausgestaltung einer lichtemittierenden Einrichtung 1J gemäß einem anderen abgewandelten Beispiel zeigt.

Beschreibung von Ausführungsformen
[Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung dieser Patentanmeldung]
Zunächst werden Inhalte der Ausführungsformen der Erfindung dieser Patentanmeldung einzeln aufgeführt und beschrieben.
(1) Die lichtemittierende Einrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst als einen Aspekt davon ein oberflächenemittierendes Laserelement, eine Lichtleitschicht und eine reflektierende Metaoberfläche. Das oberflächenemittierende Laserelement umfasst eine erste Lichtausgangs-Oberfläche und eine zweite Lichtausgangs-Oberfläche, die einander gegenüberliegen. Die Lichtleitschicht ist auf der zweiten Lichtausgangs-Oberfläche angeordnet. Die reflektierende Metaoberfläche ist über die Lichtleitschicht auf der zweiten Lichtausgangs-Oberfläche angeordnet. Die reflektierende Metaoberfläche umfasst eine lichtdurchlässige Schicht, einen ersten Metallfilm und einen zweiten Metallfilm. Die lichtdurchlässige Schicht ist auf der gegenüberliegenden Seite der zweiten Lichtausgangs-Oberfläche in Bezug auf die Lichtleitschicht angeordnet. Die lichtdurchlässige Schicht umfasst eine dielektrische Schicht und umfasst ferner eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche. Die erste Oberfläche befindet sich zwischen der Lichtleitschicht und der dielektrischen Schicht. Die zweite Oberfläche befindet sich auf der gegenüberliegenden Seite der ersten Oberfläche in Bezug auf die dielektrische Schicht. Der erste Metallfilm ist auf der ersten Oberfläche angeordnet. Der zweite Metallfilm ist auf der zweiten Oberfläche angeordnet. Der zweite Metallfilm reflektiert das Laserlicht, das von dem oberflächenemittierenden Laserelement durch die Lichtleitschicht in der lichtdurchlässigen Schicht eingegeben wird, hin zu der Lichtleitschicht. Ferner umfasst in jeder einer Vielzahl von Einheitsregionen, die auf der ersten Oberfläche der lichtdurchlässigen Schicht eingestellt sind, sodass sie ein eindimensionales Array oder ein zweidimensionales Array darstellen, die lichtdurchlässige Schicht einen freigelegten Abschnitt, welcher der Lichtleitschicht zugewandt ist, ohne von dem ersten Metallfilm blockiert zu werden. Die Breite jeder der Vielzahl von Einheitsregionen und die Dicke der lichtdurchlässigen Schicht sind kleiner als die Wellenlänge des Laserlichts. Die reflektierende Metaoberfläche ist so ausgestaltet, dass sie die Phase des Laserlichts für jede Einheitsregion moduliert. Das Laserlicht, das von der reflektierenden Metaoberfläche moduliert wird, gelangt durch die zweite Lichtausgangs-Oberfläche und wird dann von der ersten Lichtausgangs-Oberfläche ausgegeben. Es ist zu beachten, dass in der vorliegenden Beschreibung die „Breite jeder der Vielzahl von Einheitsregionen“ durch die Länge der kürzesten Seite gegeben ist, welche die Form jeder Einheitsregion definiert. Die „Dicke“ jeder Schicht ist durch die Länge entlang der Normalenrichtung der ersten Lichtausgangs-Oberfläche oder der zweiten Lichtausgangs-Oberfläche gegeben.
In der lichtemittierenden Einrichtung, welche die oben beschriebene Struktur aufweist, wird das Laserlicht, das in dem oberflächenemittierenden Laserelement erzeugt wird, sowohl von der ersten Lichtausgabe-Oberfläche als auch der zweiten Lichtausgabe-Oberfläche ausgegeben, und das Laserlicht, das von der zweiten Lichtausgabe-Oberfläche ausgegeben wird, wird in die reflektierende Metaoberfläche eingegeben. Das Eingangslaserlicht breitet sich von der ersten Oberfläche der lichtdurchlässigen Schicht durch die lichtdurchlässige Schicht aus und wird dann auf dem zweiten Metallfilm reflektiert. Das auf dem zweiten Metallfilm reflektierte Laserlicht wird erneut von der ersten Oberfläche der lichtdurchlässigen Schicht zur Außenseite der lichtdurchlässigen Schicht reflektiert. Wenn die Breite des ersten Metallfilms und die Dicke der lichtdurchlässigen Schicht ausreichend kleiner sind als die Wellenlänge des Lichts, tritt starke Magnetresonanz (Plasmonresonanz) aufgrund der Oberflächenplasmonkopplung in der lichtdurchlässigen Schicht auf. Aufgrund dieser Magnetresonanz wird die Phase des Laserlichts, das zwischen dem ersten Metallfilm und dem zweiten Metallfilm hindurch gelangt, moduliert. Der Phasenmodulationsbetrag hängt von dem effektiven Brechungsindex der lichtdurchlässigen Schicht und der Breite des ersten Metallfilms ab. Daher kann die Phase des Laserlichts räumlich gesteuert werden, indem ein beliebiger des ersten Metallfilms und des zweiten Metallfilms für jede Einheitsregion unabhängig eingestellt wird. Das phasenmodulierte Laserlicht wird erneut von der zweiten Lichtausgangs-Oberfläche in das oberflächenemittierende Laserelement eingegeben und von der ersten Lichtausgangs-Oberfläche ausgegeben. Gemäß der lichtemittierenden Einrichtung kann, da ein optisches System zwischen der Lichtquelle (oberflächenemittierendes Laserelement) und der reflektierenden Metaoberfläche unnötig wird, das optische System vereinfacht werden.
(2) Als ein Aspekt der vorliegenden Ausführungsform können Teile des ersten Metallfilms in zwei oder mehr Einheitsregionen der Vielzahl von Einheitsregionen Breiten entlang einer ersten Richtung aufweisen, die auf der ersten Oberfläche definiert sind, die sich voneinander unterscheiden. Der Phasenmodulationsbetrag in Bezug auf das Laserlicht hängt von der Breite des ersten Metallfilms ab. In diesem Fall ist es möglich, bevorzugt eine lichtemittierende Einrichtung, umfassend eine statische Metaoberfläche zu realisieren, die in der Lage zu Phasenmodulation in Bezug auf Laserlicht in jeder einer Vielzahl von Einheitsregionen ist, die ein eindimensionales Array oder zweidimensionales Array bilden.
(3) Als ein Aspekt der vorliegenden Ausführungsform kann die lichtdurchlässige Schicht ferner eine transparente leitende Schicht umfassen, die zwischen der dielektrischen Schicht und der Lichtleitschicht oder zwischen der dielektrischen Schicht und dem zweiten Metallfilm angeordnet ist. In diesem Fall umfasst mindestens einer, der erste Metallfilm und/oder der zweite Metallfilm, bevorzugt eine Vielzahl von Metallfilmen, die in jeder der Vielzahl von Einheitsregionen in einem Zustand angeordnet sind, in dem sie voneinander getrennt sind. Wenn eine Treiberspannung zwischen dem ersten Metallfilm und dem zweiten Metallfilm angelegt ist, nimmt die Elektronendichte in der Nähe der Schnittstelle zwischen der transparenten leitenden Schicht und der dielektrischen Schicht zu. Folglich wird der Abschnitt der transparenten leitenden Schicht in der Nähe der Schnittstelle metallisiert, und der effektive Brechungsindex einer laminierten Struktur ändert sich. Es ist zu beachten, dass in dieser Beschreibung „Metallisierung“ einen Zustand meint, in dem die Elektronendichte höher wird als die der peripheren Region. Wie zuvor beschrieben hängt der Phasenmodulationsbetrag von dem effektiven Brechungsindex der lichtdurchlässigen Schicht ab. Da der effektive Brechungsindex gesteuert werden kann, indem die Treiberspannung geändert wird, kann die Phase des auszugebenden Laserlichts gesteuert werden. Außerdem umfasst mindestens ein beliebiger des ersten Metallfilms und/oder des zweiten Metallfilms bevorzugt die Vielzahl von Metallfilmen, die in jeder der Vielzahl von Einheitsregionen in einem Zustand angeordnet sind, in dem sie voneinander getrennt sind. Daher kann, indem die Spannungen der Vielzahl von Teil-Metallfilmen gesteuert werden, eine unabhängige Phasenmodulation für jede Einheitsregion ausgeführt werden. Daher ist es möglich, bevorzugt eine lichtemittierende Einrichtung, umfassend eine dynamische Metaoberfläche zu realisieren, die in der Lage zu Phasenmodulation von Laserlicht in jeder einer Vielzahl von Einheitsregionen ist, die ein eindimensionales Array oder zweidimensionales Array bilden.
(4) Als ein Aspekt der vorliegenden Ausführungsform kann die lichtemittierende Einrichtung ferner eine Treiberschaltung umfassen, die so ausgestaltet ist, dass sie eine Spannung steuert, die zwischen dem ersten Metallfilm und dem zweiten Metallfilm angelegt ist. In diesem Fall ist die Treiberschaltung so ausgestaltet, dass sie die Spannungen der Vielzahl von Teil-Metallfilmen mindestens eines beliebigen, des ersten Metallfilms und/oder des zweiten Metallfilms, individuell steuert. Als ein Aspekt der vorliegenden Ausführungsform ist die Treiberschaltung so ausgestaltet, dass sie den ersten Metallfilm auf das Referenzpotenzial einstellt und sich der erste Metallfilm über zwei oder mehr Einheitsregionen der Vielzahl von Einheitsregionen erstreckt. Mit dieser Ausgestaltung kann das Referenzpotenzial einfach an dem ersten Metallfilm angeordnet sein, der zwischen der Lichtleitschicht und der lichtdurchlässigen Schicht eingeschichtet ist.
(5) Als ein Aspekt der vorliegenden Ausführungsform enthält die transparente leitende Schicht bevorzugt mindestens eines, Indiumoxid und/oder Zinkoxid, deren Widerstand von einem Dotierstoff vermindert wird. In diesem Fall ist es möglich, bevorzugt den Betrieb der zuvor beschriebenen transparenten leitenden Schicht zu erzielen.
(6) Als ein Aspekt der vorliegenden Ausführungsform umfasst das oberflächenemittierende Laserelement bevorzugt ein Substrat, eine aktive Schicht und eine photonische Kristallschicht, und das Substrat umfasst eine Hauptoberfläche und eine Rückoberfläche, die der Hauptoberfläche gegenüberliegt. Die aktive Schicht und die photonische Kristallschicht sind auf der Hauptoberfläche des Substrats angeordnet. Die photonische Kristallschicht umfasst eine Basisschicht und eine Vielzahl von Regionen mit modifiziertem Brechungsindex, die einen Brechungsindex aufweisen, der sich von dem Brechungsindex der Basisschicht unterscheidet. Die Vielzahl von Regionen mit modifiziertem Brechungsindex sind auf einer Referenzebene aneinandergereiht, die senkrecht zu der Dickenrichtung der photonischen Kristallschicht ist. In einer solchen Ausgestaltung kann das oberflächenemittierende Laserelement als ein oberflächenemittierender Laser mit photonischem Kristall (Photonic Crystal Surface Emitting Laser - PCSEL) arbeiten. Der PCSEL kann die optische Modenverteilung in der Richtung parallel zu der Hauptoberfläche mittels der photonischen Kristallschicht steuern. Im Vergleich zu einem oberflächenemittierenden Laser mit senkrechten Kavitäten (Vertical Cavity Surface Emitting Laser - VCSEL), der ein anderer Typ eines oberflächenemittierenden Laserelements ist, ist es grundsätzlich für den PCSEL möglich, die lichtemittierende Fläche zu vergrößern, während eine Einzelmode beibehalten wird. Das heißt, es ist grundsätzlich möglich, die lichtemittierende Fläche zu vergrößern, während die Wellenfront in einem guten Zustand gehalten wird. Daher kann ein komplizierteres Phasenmodulationsmuster realisiert werden, indem die Anzahl von Einheitsregionen in der reflektierenden Metaoberfläche erhöht wird.
(7) Als ein Aspekt der vorliegenden Ausführungsform ist das oberflächenemittierende Laserelement ein Element, das Licht ausgibt, das ein optisches Bild entlang einer Normalenrichtung der Hauptoberfläche des Substrats, einer Neigungsrichtung, welche die Normalenrichtung schneidet, oder sowohl der Normalenrichtung als auch der Neigungsrichtung bildet, und das oberflächenemittierende Laserelement weist bevorzugt das Substrat, die aktive Schicht und eine Phasenmodulationsschicht auf. Das Substrat weist eine Hauptoberfläche und eine Rückoberfläche, die der Hauptoberfläche gegenüberliegt, auf. Die aktive Schicht und die Phasenmodulationsschicht sind auf der Hauptoberfläche des Substrats angeordnet. Die Phasenmodulationsschicht umfasst eine Basisschicht und eine Vielzahl von Regionen mit modifiziertem Brechungsindex, die einen Brechungsindex aufweisen, der sich von dem Brechungsindex der Basisschicht unterscheidet. Die Vielzahl von Regionen mit modifiziertem Brechungsindex stellen ein zweidimensionales Array auf einer Referenzebene dar, die senkrecht zu der Dickenrichtung der Phasenmodulationsschicht ist. In einem imaginären quadratischen Gitter, in dem ein Gitterpunkt jeder der Vielzahl von Regionen mit modifiziertem Brechungsindex zugewiesen ist, die auf der Referenzebene eingestellt sind, ist der Schwerpunkt jeder der Vielzahl von Regionen mit modifiziertem Brechungsindex an einer Position entfernt von dem entsprechenden Gitterpunkt des imaginären quadratischen Gitters angeordnet, wobei die Position einen Rotationswinkel zum Bilden mindestens eines Teiles des optischen Bildes um den entsprechenden Gitterpunkt mit Bezug auf ein Liniensegment bildet, das zwischen benachbarten Gitterpunkten verbindet. Als ein Aspekt der vorliegenden Ausführungsform kann in einem imaginären quadratischen Gitter, in dem ein Gitterpunkt jeder der Vielzahl von Regionen mit modifiziertem Brechungsindex zugewiesen ist, die auf der Referenzebene eingestellt sind, der Schwerpunkt jeder der Vielzahl von Regionen mit modifiziertem Brechungsindex auf einer Geraden angeordnet sein, die durch die Gitterpunkte des imaginären quadratischen Gitters verläuft, und in Bezug auf das quadratische Gitter geneigt sein. In diesem Fall können der Abstand auf der Geraden zwischen dem Schwerpunkt jeder der Vielzahl von Regionen mit modifiziertem Brechungsindex und der entsprechende Gitterpunkt so eingestellt werden, dass mindestens ein Teil des optischen Bildes gebildet wird.
(8) Als ein Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die planare Form, die auf der Referenzebene jeder der Vielzahl von Regionen mit modifiziertem Brechungsindex definiert ist, keine Rotationssymmetrie von 180° auf. Das heißt, die Rotationssymmetrie von 180° wird von der Symmetrie der planaren Form jeder der Vielzahl von Regionen mit modifiziertem Brechungsindex ausgeschlossen. In diesem Fall wird die lineare Polarisationseigenschaft des Lichts, das von dem oberflächenemittierenden Laserelement ausgegeben wird, verbessert. Als ein Aspekt der vorliegenden Ausführungsform enthält die dielektrische Schicht bevorzugt mindestens ein beliebiges, Aluminiumoxid und/oder Siliziumoxid und/oder Magnesiumfluorid. In diesem Fall kann die oben beschriebene dielektrische Schicht bevorzugt realisiert werden. Als ein Aspekt der vorliegenden Ausführungsform stellt ein Teil der dielektrischen Schicht bevorzugt die erste Oberfläche dar. Als ein Aspekt der vorliegenden Ausführungsform enthält die Lichtleitschicht bevorzugt mindestens ein beliebiges, Aluminiumoxid und/oder Siliziumoxid und/oder Magnesiumfluorid und/oder Calciumfluorid. In diesem Fall kann der oben beschriebene Betrieb der Lichtleitschicht bevorzugt realisiert werden.
(9) Als ein Aspekt der vorliegenden Ausführungsform kann das oberflächenemittierende Laserelement ferner eine erste Elektrode aufweisen, die auf der ersten Lichtausgangs-Oberfläche angeordnet ist. In diesem Aspekt weist die erste Elektrode bevorzugt eine Form auf, die eine Laserlicht-Ausgangsregion auf der ersten Lichtausgangs-Oberfläche umgibt. Als ein Aspekt der vorliegenden Ausführungsform kann das oberflächenemittierende Laserelement ferner eine erste Elektrode aufweisen, die Seite an Seite mit der Laserlicht-Ausgangsregion auf der ersten Lichtausgangs-Oberfläche angeordnet ist. In einem beliebigen Aspekt kann das Laserlicht, das von der reflektierenden Metaoberfläche phasenmoduliert wird, von der ersten Lichtausgangs-Oberfläche ausgegeben werden, während die erste Elektrode, die auf der ersten Lichtausgangs-Oberfläche angeordnet ist, vermieden wird.
(10) Als ein Aspekt der vorliegenden Ausführungsform kann das oberflächenemittierende Laserelement ferner eine zweite Elektrode aufweisen, die auf der zweiten Lichtausgangs-Oberfläche angeordnet ist. In diesem Aspekt weist die zweite Elektrode bevorzugt eine Form auf, welche die reflektierende Metaoberfläche umgibt. Das heißt, gemäß diesem Aspekt kann, während die reflektierende Metaoberfläche auf der zweiten Lichtausgangs-Oberfläche zusammen mit der zweiten Elektrode angeordnet ist, der Strom von der zweiten Elektrode in der Nähe des Mittelabschnitts der aktiven Schicht des oberflächenemittierenden Elements ausreichend diffundiert werden.
(11) Als ein Aspekt der vorliegenden Ausführungsform umfasst die lichtemittierende Einrichtung bevorzugt eine 1/4-Wellenlängenplatte und eine Polarisierungsplatte. Die 1/4-Wellenlängenplatte ist zwischen der zweiten Lichtausgangs-Oberfläche und der reflektierenden Metaoberfläche angeordnet. Die Polarisierungsplatte ist auf der ersten Lichtausgangs-Oberfläche angeordnet. In diesem Fall wird es möglich, Licht direkt zu blockieren, welches die erste Lichtausgangs-Oberfläche von dem oberflächenemittierenden Laserelement erreicht, und nur Licht zu extrahieren, welches die erste Lichtausgangs-Oberfläche über die zweite Lichtausgangs-Oberfläche und die reflektierende Metaoberfläche erreicht.
Somit ist jeder Aspekt, der in dieser [Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung dieser Patentanmeldung] Spalte aufgeführt ist, auf jeden der verbleibenden Aspekte oder auf alle Kombinationen dieser verbleibenden Aspekte anwendbar.
[Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung dieser Patentanmeldung]
Nachfolgend wird eine spezifische Struktur der lichtemittierenden Einrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ausführlich mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese Beispiele begrenzt ist, sondern durch die Patentansprüche dargestellt ist, und alle abgewandelten Beispiele innerhalb der Bedeutung und dem äquivalenten Geltungsbereich zu diesen Ansprüchen umfassen soll. In der Beschreibung der Zeichnungen sind identischen Elementen identische Bezugszeichen gegeben, und eine redundante Beschreibung wird weggelassen. In der folgenden Beschreibung bezieht sich die planare Form auf eine Form gesehen von der Dickenrichtung der lichtemittierenden Einrichtung.
(Erste Ausführungsform)
1 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Ausgestaltung einer lichtemittierenden Einrichtung 1A gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 2 ist eine Ansicht, die schematisch eine Querschnittsstruktur der lichtemittierenden Einrichtung 1A zeigt. Es ist zu beachten, dass ein orthogonales XYZ-Koordinatensystem definiert ist, in dem eine Achse, die sich entlang der Dickenrichtung der lichtemittierenden Einrichtung 1A erstreckt, eine Z-Achse ist. Die lichtemittierende Einrichtung 1A umfasst ein oberflächenemittierendes Laserelement 2A und eine reflektierende Metaoberfläche (nachfolgend einfach als eine „Metaoberfläche“ bezeichnet) 3A, die einstückig mit dem oberflächenemittierenden Laserelement 2A ausgebildet ist. Das oberflächenemittierende Laserelement 2A bildet eine stehende Welle in einer X-Y-In-Ebenen-Richtung und gibt Laserlicht L1 und L2 in einer Richtung (Z-Achsen-Richtung) senkrecht zu einer Hauptoberfläche 10a eines Halbleitersubstrats 10 aus.
Wie in 1 und 2 gezeigt, umfasst die lichtemittierende Einrichtung 1A ferner eine Lichtleitschicht 31. Die Lichtleitschicht 31 befindet sich zwischen dem oberflächenemittierenden Laserelement 2A und der Metaoberfläche 3A und verbindet das oberflächenemittierende Laserelement 2A und die Metaoberfläche 3A miteinander. Die Lichtleitschicht 31 überträgt das Laserlicht L1, das sich zwischen dem oberflächenemittierenden Laserelement 2A und der Metaoberfläche 3A hin- und herbewegt. Es ist zu beachten, dass die Lichtleitschicht 31 später ausführlich beschrieben wird.
Das oberflächenemittierende Laserelement 2A ist ein oberflächenemittierender Laser mit photonischem Kristall (PCSEL). Das oberflächenemittierende Laserelement 2A umfasst das Halbleitersubstrat 10, eine aktive Schicht 12 als einen lichtemittierenden Abschnitt, der auf der Hauptoberfläche 10a des Halbleitersubstrats 10 vorgesehen ist, ein Paar von Mantelschichten 11 und 13, welche die aktive Schicht 12 einschichten, eine Kontaktschicht 14, die auf der Mantelschicht 13 vorgesehen ist, und eine photonische Kristallschicht 15A. Eine Rückoberfläche 10b des Halbleitersubstrats 10 ist eine erste Lichtausgangs-Oberfläche 2a in der vorliegenden Ausführungsform. Eine Oberfläche 14a der Kontaktschicht 14 entspricht einer zweiten Lichtausgangs-Oberfläche 2b des oberflächenemittierenden Laserelements 2A und befindet sich auf der gegenüberliegenden Seite der ersten Lichtausgangs-Oberfläche in Bezug auf die aktive Schicht 12.
Das Halbleitersubstrat 10, die Mantelschichten 11 und 13, die aktive Schicht 12, die Kontaktschicht 14 und die photonische Kristallschicht 15A bestehen aus Verbundhalbleitern wie GaAsbasierten Halbleitern, InP-basierten Halbleitern und Nitrit-basierten Halbleitern. Jede Energiebandlücke der Mantelschicht 11 und der Mantelschicht 13 ist größer als die Energiebandlücke der aktiven Schicht 12. Die Dickenrichtungen des Halbleitersubstrats 10, der Mantelschicht 11, der Mantelschicht 13, der aktiven Schicht 12, der Kontaktschicht 14 und der photonischen Kristallschicht 15A stimmen mit der Z-Achsen-Richtung überein.
Wenn notwendig kann eine Lichtleitschicht mindestens zwischen der aktiven Schicht 12 und der Mantelschicht (obere Mantelschicht) 13 und/oder zwischen der aktiven Schicht 12 und der Mantelschicht (untere Mantelschicht) 11 vorgesehen sein. Wenn die Lichtleitschicht zwischen der aktiven Schicht 12 und der oberen Mantelschicht 13 vorgesehen ist, ist die photonische Kristallschicht 15A zwischen der oberen Mantelschicht 13 und der Lichtleitschicht vorgesehen. Die Lichtleitschicht kann eine Ladungsträgersperrschicht zum wirksamen Einschließen von Ladungsträgern in die aktive Schicht 12 umfassen.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die photonische Kristallschicht 15A zwischen der aktiven Schicht 12 und der oberen Mantelschicht 13 vorgesehen, aber wie in 3 gezeigt, kann die photonische Kristallschicht 15A zwischen der unteren Mantelschicht 11 und der aktiven Schicht 12 vorgesehen sein. Ferner ist, wenn die Lichtleitschicht zwischen der aktiven Schicht 12 und der unteren Mantelschicht 11 vorgesehen ist, die photonische Kristallschicht 15A zwischen der unteren Mantelschicht 11 und der Lichtleitschicht vorgesehen. Die Lichtleitschicht kann eine Ladungsträgersperrschicht zum wirksamen Einschließen von Ladungsträgern in die aktive Schicht 12 umfassen.
Die Photonische-Kristall-Schicht (Diffraktionsgitterschicht) 15A weist eine Basisschicht 15a auf, die aus einem ersten Brechungsindexmedium besteht, und eine Vielzahl von Regionen mit modifiziertem Brechungsindex 15b, die aus einem zweiten Brechungsindexmedium bestehen, das einen unterschiedlichen Brechungsindex als der des ersten Brechungsindexmediums aufweist und in der Basisschicht 15a vorhanden ist. Die Vielzahl von Regionen mit modifiziertem Brechungsindex 15b sind periodisch in einer Ebene (in X-Y-Ebene) senkrecht zur Dickenrichtung der photonischen Kristallschicht 15A aneinandergereiht. Wenn der effektive Brechungsindex der photonischen Kristallschicht 15A n ist, ist eine von der photonischen Kristallschicht 15A ausgewählte Wellenlänge λ₀ (= a × n, a ist der Gitterabstand) in dem Emissionswellenlängenbereich der aktiven Schicht 12 umfasst. Die photonische Kristallschicht 15A kann selektiv Licht ausgeben, das die Wellenlänge λ₀ der Emissionswellenlängen der aktiven Schicht 12 zur Außenseite aufweist. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Wellenlänge λ₀ innerhalb des Bereichs von beispielsweise 0,4 bis 1,6 Mikrometer und ist beispielsweise 850 nm oder 940 nm.
4 ist eine Draufsicht der photonischen Kristallschicht 15A. Wie in 4 gezeigt, ist ein imaginäres quadratisches Gitter auf einer Konstruktionsebene (Referenzebene) zu der photonischen Kristallschicht 15A eingestellt, die mit der X-Y-Ebene übereinstimmt. Es wird angenommen, dass eine Seite des quadratischen Gitters parallel zur X-Achse ist, und die andere Seite parallel zur Y-Achse ist. Zu diesem Zeitpunkt kann eine quadratisch geformte eine Einheit darstellende Region R, die auf einem Gitterpunkt O des quadratischen Gitters zentriert ist, zweidimensional über eine Vielzahl von Spalten entlang der X-Achse und eine Vielzahl von Reihen entlang der Y-Achse eingestellt werden. Jede der Vielzahl von Regionen 15b mit modifiziertem Brechungsindex ist in jeder eine Einheit darstellenden Region R auf Eins-zu-Eins-Basis vorgesehen. Die planare Form der Region 15b mit modifiziertem Brechungsindex ist beispielsweise kreisförmig. In jeder eine Einheit darstellenden Region R überlappt ein Schwerpunkt G der Region 15b mit modifiziertem Brechungsindex jeden Gitterpunkt O (stimmt mit ihm überein). Es ist zu beachten, dass die periodische Struktur der Vielzahl von Regionen 15b mit modifiziertem Brechungsindex nicht darauf begrenzt ist, und beispielsweise ein dreieckiges Gitter anstatt des quadratischen Gitters eingestellt werden kann.
Insbesondere in 4 geben Strichlinien, die von x0 bis x3 angegeben sind, Mittelpositionen in der die Region R darstellenden Einheit in der X-Achsen-Richtung an, und Strichlinien, die von y0 bis y2 angegeben werden, geben Mittelpositionen in der die Region R darstellenden Einheit in der Y-Achsen-Richtung an. Daher geben die Schnittpunkte der Strichlinien x0 bis x3 und der Strichlinien y0 bis y2 die jeweiligen Mitten O (0, 0) bis O (3, 2) der die Regionen R (0, 0) bis R (3, 2) darstellenden Einheit, das heißt, die Gitterpunkte an. Die Gitterkonstante dieses imaginären quadratischen Gitters ist a. Es ist zu beachten, dass die Gitterkonstante a gemäß der Emissionswellenlänge angepasst wird.
5 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel zeigt, in dem die Region mit modifiziertem Brechungsindex 15b nur in einer spezifischen Region der photonischen Kristallschicht angebracht ist. In dem Beispiel von 5 ist eine periodische Struktur der Region 15b mit modifiziertem Brechungsindex in der quadratischen inneren Region RIN gebildet. Andererseits ist die Region 15b mit modifiziertem Brechungsindex nicht in einer äußeren Region RÄUß gebildet, welche die innere Region RIN umgibt. Im Falle dieser Struktur kann Lichtverlust in der In-Ebenen-Richtung unterdrückt werden, und eine Verminderung des Schwellenstroms kann erwartet werden.
Obgleich 4 ein Beispiel zeigt, in dem die Form der Region 15b mit modifiziertem Brechungsindex, die auf der X-Y-Ebene definiert ist, kreisförmig ist, kann die Region 15b mit modifiziertem Brechungsindex eine andere Form aufweisen als eine kreisförmige Form. Beispielsweise kann die Form der Region 15b mit modifiziertem Brechungsindex eine Spiegelbildsymmetrie (Liniensymmetrie) aufweisen. Hier meint die Spiegelbildsymmetrie (Liniensymmetrie), dass, über eine gewisse Gerade entlang der X-Y-Ebene, die planare Form der Region 15b mit modifiziertem Brechungsindex, die sich auf einer Seite der Geraden befindet, und die planare Form der Region 15b mit modifiziertem Brechungsindex, die sich auf der anderen Seite der Geraden befindet, spiegelbildsymmetrisch (liniensymmetrisch) zueinander sein können. Beispiele von planaren Formen, die eine Spiegelbildsymmetrie (Liniensymmetrie) aufweisen, umfassen einen perfekten Kreis, der in 6A gezeigt ist, ein Quadrat, das in 6B gezeigt ist, ein regelmäßiges Sechseck, das in 6C gezeigt ist, ein regelmäßiges Achteck, das in 6D gezeigt ist, ein regelmäßiges Sechzehneck, das in 6E gezeigt ist, ein Rechteck, das in 6F gezeigt ist und eine Ellipse, die in 6G gezeigt ist.
Die Form der Region 15b mit modifiziertem Brechungsindex, die auf der X-Y-Ebene definiert ist, kann eine Form sein, die keine Rotationssymmetrie von 180° aufweist. Beispiele solcher Formen umfassen ein gleichseitiges Dreieck, das in 7A gezeigt ist, ein gleichschenkliges rechtwinkliges Dreieck, das in 7B gezeigt ist, eine Form, die in 7C gezeigt ist, in der zwei Kreise oder Ellipsen sich teilweise überlappen, eine ovale Form, die in 7D gezeigt ist, eine Tropfenform, die in 7E gezeigt ist, ein gleichschenkliges Dreieck, das in 7F gezeigt ist, eine Pfeilspitzenform, die in 7G gezeigt ist, ein Trapez, das in 7H gezeigt ist, ein Fünfeck, das in 7I gezeigt ist, eine Form, die in 7J gezeigt ist, in der zwei Rechtecke einander teilweise überlappen, eine Form, die in 7K gezeigt ist, in der zwei Rechtecke teilweise einander überlappen und keine Spiegelbildsymmetrie aufweisen. Es ist zu beachten, dass die ovale Form eine Form ist, die verformt ist, sodass die Abmessung in der Nebenachsenrichtung in der Nachbarschaft eines Endes entlang der Hauptachse einer Ellipse kleiner ist als die Abmessung in der Nebenachsenrichtung in der Nachbarschaft des anderen Endes. Die Tropfenform ist eine Form, in der ein Ende entlang der Hauptachse einer Ellipse in ein spitzes Ende verformt ist, das entlang der Hauptachsenrichtung hervorspringt. Die Pfeilkopfform ist eine Form, in der eine Seite eines Rechtecks in einer dreieckigen Form ausgespart ist und die gegenüberliegende Seite in eine dreieckige Form zeigt.
In dem Fall eines photonischen Kristalllasers ist ein Zustand einer stehenden Welle in der In-Ebenen-Richtung (Richtung entlang der X-Y-Ebene) gebildet, und ein Teil von Licht wird in der Ebenen-Senkrecht-Richtung (Richtung senkrecht zur X-Y Ebene) gebeugt. Zurzeit der Diffraktion in der Ebenen-Senkrecht-Richtung tritt eine Störung auf, welche die Symmetrie der elektromagnetischen Feldverteilung in der In-Ebenen-Richtung reflektiert. Wenn beispielsweise die planare Form der Region 15b mit modifiziertem Brechungsindex ein perfekter Kreis ist, tritt, da die Verteilung des elektrischen Felds in der In-Ebenen-Richtung antisymmetrisch (gleich in der Größe und entgegengesetzt in der Richtung) in Bezug auf die planare Form der Region 15b mit modifiziertem Brechungsindex ist, eine Auslöschung in der Richtung senkrecht zur Ebene auf. Andererseits wird, wenn die planare Form der Region 15b mit modifiziertem Brechungsindex keine Rotationssymmetrie von 180° aufweist, wie in 7A bis 7K gezeigt, die In-Ebenen-Verteilung des elektrischen Feldes asymmetrisch. Daher ist es möglich, da die planare Form der Region 15b mit modifiziertem Brechungsindex nicht die Rotationssymmetrie von 180° aufweist, die Polarisierung in einer gewissen Richtung selektiv zu stärken. Das heißt, die lineare Polarisationseigenschaft des Lichts, das von dem oberflächenemittierenden Laserelement 2A ausgegeben wird, wird verbessert.
Es ist zu beachten, dass eine Vielzahl von Regionen 15b mit modifiziertem Brechungsindex für jede eine Einheit darstellende Region R vorgesehen sein können. In dem Fall kann die Vielzahl von Regionen 15b mit abgewandelten Brechungsindex, die in einer eine Einheit darstellenden Region R umfasst sind, Figuren der gleichen Form aufweisen, und ihre Schwerpunkte können voneinander getrennt sein. Die auf der X-Y-Ebene der Regionen 15b mit modifiziertem Brechungsindex definierte Form kann identisch zwischen den eine Einheit darstellenden Regionen R sein und kann in der Lage sein, einander zwischen den die Einheit darstellenden Regionen R mittels einer Translationsoperation oder einer Translationsoperation und einer Rotationsoperation zu überlappen. In dem Fall wird eine Fluktuation der photonischen Bandstruktur vermindert, und ein Spektrum, das eine enge Linienbreite aufweist, kann erhalten werden. Alternativ können die Formen der Regionen mit modifiziertem Brechungsindex in der X-Y-Ebene nicht notwendigerweise identisch zwischen den eine Einheit darstellenden Regionen R sein (die Formen können zwischen benachbarten eine Einheit darstellenden Regionen R unterschiedlich sein).
In der oben beschriebenen Struktur ist die Region 15b mit modifiziertem Brechungsindex ein Loch, aber die Region 15b mit modifizierten Brechungsindex kann auch erhalten werden, indem das Loch mit einem Halbleiter eingebettet wird, der einen Brechungsindex aufweist, der sich von dem der Basisschicht 15a unterscheidet. In dem Fall kann beispielsweise ein Halbleiter mittels eines metallorganischen chemischen Aufdampfungsverfahrens, einem Sputterverfahren oder einem epitaktischen Verfahren in einem Loch eingebettet sein, das mittels Ätzen in Bezug auf die Basisschicht 15a gebildet wird. Nachdem die Region 15b mit modifiziertem Brechungsindex gebildet ist, indem der Halbleiter in das Loch der Basisschicht 15a eingebettet ist, kann der identische Halbleiter zu dem der Region 15b mit modifiziertem Brechungsindex ferner darauf abgeschieden werden. Es ist zu beachten, dass, wenn die Region 15b mit modifiziertem Brechungsindex ein Loch ist, ein Inertgas wie Argon und Stickstoff, Wasserstoff oder Luft in das Loch gefüllt werden kann.
Es wird erneut Bezug auf 1 und 2 genommen. Das oberflächenemittierende Laserelement 2A umfasst ferner eine Elektrode 16, die auf der Oberfläche 14a der Kontaktschicht 14 vorgesehen ist, und eine Elektrode 17, die auf der Rückoberfläche 10b des Halbleitersubstrats 10 vorgesehen ist. Die Elektrode 16 ist ein Beispiel der zweiten Elektrode in der vorliegenden Ausführungsform, und die Elektrode 17 ist ein Beispiel der ersten Elektrode in der vorliegenden Ausführungsform. Die Elektrode 16 ist in ohmschem Kontakt mit der Kontaktschicht 14, und die Elektrode 17 ist in ohmschem Kontakt mit dem Halbleitersubstrat 10. Die Elektrode 16 weist eine rahmenförmige (ringförmige) planare Form auf, welche die Metaoberfläche 3A umgibt, und weist eine Öffnung 16a auf. Die Elektrode 17 weist eine rahmenförmige (ringförmige) planare Form auf, welche die Ausgangsregion des Laserlichts L1 und L2 auf der ersten Lichtausgangs-Oberfläche 2a umgibt, und weist eine Öffnung 17a auf. Es ist zu beachten, dass verschiedene Formen wie eine rechtwinklige Rahmenform und eine ringförmige Form auf die planaren Formen der Elektroden 16 und 17 angewandt werden können. Die Oberfläche 14a der Kontaktschicht 14 ist von der Öffnung 16a freigelegt, und die Rückoberfläche 10b des Halbleitersubstrats 10 ist von der Öffnung 17a freigelegt. Es ist zu beachten, dass die Kontaktschicht 14, die nicht in Kontakt mit der Elektrode 16 ist, entfernt werden kann. In dem Fall wird die obere Mantelschicht 13 von der Öffnung 16a freigelegt.
Die Rückoberfläche 10b des Halbleitersubstrats 10, das von der Öffnung 17a der Elektrode 17 freigelegt ist, ist mit einem Antireflexionsfilm 19 bedeckt. Der Antireflexionsfilm 19 besteht beispielsweise aus einem einzelnen dielektrischen Schichtfilm wie Siliziumnitrit (z. B. SiN) oder Siliziumoxid (z. B. SiO₂) oder einem dielektrischen Mehrschichtfilm. Als der dielektrische Mehrschichtfilm kann beispielsweise ein Film aufgetragen werden, in dem zwei oder mehr Typen von dielektrischen Schichten laminiert werden, die aus einer Gruppe von dielektrischen Schichten ausgewählt sind, wie Titanoxid (TiO₂), Siliziumdioxid (SiO₂), Siliziummonoxid (SiO), Niobiumoxid (Nb₂O₅), Tantalpentoxid (Ta₂O₅), Magnesiumfluorid (MgF₂), Titanoxid (TiO₂), Aluminiumoxid (Al₂O₃), Ceriumoxid (CeO₂), Indiumoxid (In₂O₃) und Zirkoniumoxid (ZrO₂).
In einem bestimmten Beispiel ist das Halbleitersubstrat 10 ein GaAs-Substrat. Die Mantelschicht 11, die aktive Schicht 12, die Mantelschicht 13, die Kontaktschicht 14 und die photonische Kristallschicht 15A sind Verbundhalbleiterschichten, die jeweils aus einem Element der Gruppe III und einem Element der Gruppe V zusammengesetzt sind. In einem Beispiel ist die Mantelschicht 11 eine AlGaAs-Schicht. Die aktive Schicht 12 weist eine Mehrfachquantentopfstruktur (Sperrschicht: AlGaAs/Topfschicht: InGaAs) auf. Die Basisschicht 15a der photonischen Kristallschicht 15A ist GaAs. Die Region 15b mit modifiziertem Brechungsindex ist ein Loch. Die Mantelschicht 13 ist eine AlGaAs-Schicht. Die Kontaktschicht 14 ist eine GaAs-Schicht.
In einem anderen Beispiel ist die untere Mantelschicht 11 eine AlGaInP-Schicht. Die aktive Schicht 12 weist eine Mehrfachquantentopfstruktur (Sperrschicht: AlGaInP oder GaInP/Topfschicht: GaInP) auf. Die Basisschicht 15a der photonischen Kristallschicht 15A ist AlGaInP oder GaInP. Die Region 15b mit modifiziertem Brechungsindex ist ein Loch. Die obere Mantelschicht 13 ist eine AlGaInP-Schicht. Die Kontaktschicht 14 ist eine GaAs-Schicht.
In noch einem Beispiel ist das Halbleitersubstrat 10 ein InP-Substrat. Die untere Mantelschicht 11, die aktive Schicht 12, die photonische Kristallschicht 15A, die obere Mantelschicht 13 und die Kontaktschicht 14 können Schichten sein, die aus einem InP-basierten Verbundhalbleiter bestehen. In einem Beispiel ist die untere Mantelschicht 11 eine InP-Schicht. Die aktive Schicht 12 weist eine Mehrfachquantentopfstruktur (Sperrschicht: GaInAsP /Topfschicht: GaInAsP) auf. Die Basisschicht 15a der photonischen Kristallschicht 15A ist GaInAsP. Die Region 15b mit modifiziertem Brechungsindex ist ein Loch. Die obere Mantelschicht 13 ist eine InP-Schicht. Die Kontaktschicht 14 ist eine GaInAsP-Schicht.
In noch einem Beispiel ist das Halbleitersubstrat 10 ein GaN-Substrat. Die untere Mantelschicht 11, die aktive Schicht 12, die photonische Kristallschicht 15A, die obere Mantelschicht 13 und die Kontaktschicht 14 können Schichten sein, die aus einem Nitridbasierten Verbundhalbleiter bestehen. In einem Beispiel ist die untere Mantelschicht 11 eine AlGaN-Schicht. Die aktive Schicht 12 weist eine Mehrfachquantentopfstruktur (Sperrschicht: InGaN/Topfschicht: InGaN) auf. Die Basisschicht 15a der photonischen Kristallschicht 15A ist GaN. Die Region 15b mit modifiziertem Brechungsindex ist ein Loch. Die obere Mantelschicht 13 ist eine AlGaN-Schicht. Die Kontaktschicht 14 ist eine GaN-Schicht.
Die untere Mantelschicht 11 weist den gleichen Leitungstyp wie den des Halbleitersubstrats 10 auf. Die obere Mantelschicht 13 und die Kontaktschicht 14 weisen einen Leitungstyp auf, der dem des Halbleitersubstrats 10 entgegengesetzt ist. In einem Beispiel sind das Halbleitersubstrat 10 und die untere Mantelschicht 11 vom n-Typ. Die obere Mantelschicht 13 und die Kontaktschicht 14 sind vom p-Typ. Wenn die photonische Kristallschicht 15A zwischen der aktiven Schicht 12 und der unteren Mantelschicht 11 vorgesehen ist, weist die photonische Kristallschicht 15A den gleichen Leitfähigkeitstyp wie den des Halbleitersubstrats 10 auf. Auf der anderen Seite weist, wenn die photonische Kristallschicht 15A zwischen der aktiven Schicht 12 und der oberen Mantelschicht 13 vorgesehen ist, die photonische Kristallschicht 15A einen Leitfähigkeitstyp auf, der dem des Halbleitersubstrats 10 entgegengesetzt ist. Die Störstellenkonzentration ist beispielsweise 1 ×10¹⁷ bis 1 ×10²¹/cm³. Die aktive Schicht 12 ist intrinsisch (i-Typ), und es ist ihr beabsichtigt keine Störstelle hinzugefügt, wobei ihre Störstellenkonzentration 1 ×10¹⁵/cm³ oder weniger ist. Es ist zu beachten, dass die photonische Kristallschicht 15A intrinsisch (i-Typ) sein kann, wenn es notwendig ist, die Auswirkung von Verlust aufgrund von Lichtabsorption über das Störstellenniveau zu unterdrücken.
Ein Beispiel der Abmessungen des oberflächenemittierenden Laserelements 2A der vorliegenden Ausführungsform wird beschrieben. Der Innendurchmesser (Länge einer Seite, wenn die Form der Öffnung 16a quadratisch ist) der Öffnung 16a der Elektrode 16 ist innerhalb des Bereichs von 50 µm bis 800 µm und ist beispielsweise 400 µm. Der Innendurchmesser (Länge einer Seite, wenn die Form der Öffnung 17a quadratisch ist) der Öffnung 17a der Elektrode 17 ist innerhalb des Bereichs von 50 µm bis 800 µm und ist beispielsweise 400 µm. Die Dicke der photonischen Kristallschicht 15A ist innerhalb des Bereichs von beispielsweise 100 nm bis 400 nm und ist beispielsweise 200 nm. Die Dicke der oberen Mantelschicht 13 ist innerhalb des Bereichs von beispielsweise 2 µm bis 50 µm. Die Dicke der unteren Mantelschicht 11 ist innerhalb des Bereichs von beispielsweise 1 µm bis 3 µm.
Wenn ein Treiberstrom zwischen der Elektrode 16 und der Elektrode 17 angelegt wird, erreicht der Treiberstrom die aktive Schicht 12. Zu dieser Zeit wird der Strom, der zwischen der Elektrode 16 und der aktiven Schicht 12 hindurch fließt, in der oberen Mantelschicht 13 diffundiert, und der Strom, der zwischen der Elektrode 17 und der aktiven Schicht 12 hindurch fließt, wird in der unteren Mantelschicht 11 diffundiert. Daher wird der Treiberstrom verteilt und erreicht die Nähe des Mittelabschnitts der aktiven Schicht 12. Dann tritt die Rekombination von Elektronen und Löchern in der aktiven Schicht 12 auf, und Licht wird in der aktiven Schicht 12 erzeugt. Elektronen, Löcher und erzeugtes Licht, die zu diesen Lichtemissionen beitragen, werden wirksam zwischen der unteren Mantelschicht 11 und der oberen Mantelschicht 13 eingeschlossen. Das von der aktiven Schicht 12 emittierte Licht tritt in die photonische Kristallschicht 15A ein und bildet eine vorbestimmte Mode gemäß der Gitterstruktur der photonischen Kristallschicht 15A.
Ein Teil des Laserlichts L1, das von der photonischen Kristallschicht 15A ausgegeben wird, wird von der Oberfläche 14a der Kontaktschicht 14 zur Außenseite des oberflächenemittierenden Laserelements 2A ausgegeben. Danach breitet sich das ausgegebene Laserlicht L1 in der Lichtleitschicht 31 aus und erreicht die reflektierende Metaoberfläche 3A. Dann wird das Laserlicht L1 auf der Metaoberfläche 3A reflektiert, breitet sich in der Lichtleitschicht 31 aus und wird erneut in die Oberfläche 14a der Kontaktschicht 14 eingegeben. Dann wird das Laserlicht L1 von der Rückoberfläche 10b des Halbleitersubstrats 10 zur Außenseite des oberflächenemittierenden Laserelements 2A ausgegeben. Das verbleibende Laserlicht L2, das von der photonischen Kristallschicht 15A ausgegeben wird, erreicht direkt die Rückoberfläche 10b des Halbleitersubstrats 10 und wird von der Rückoberfläche 10b des Halbleitersubstrats 10 zur Außenseite des oberflächenemittierenden Laserelements 2A zusammen mit dem Laserlicht L1 ausgegeben. Es ist zu beachten, dass das Laserlicht L1 und L2 in einer Richtung (Normalenrichtung) senkrecht zur Hauptoberfläche 10a ausgegeben wird.
Als Nächstes wird die Ausgestaltung der Metaoberfläche 3A ausführlich beschrieben. 8 ist eine Draufsicht, welche die Metaoberfläche 3A zeigt. Die Metaoberfläche 3A der vorliegenden Ausführungsform ist eine reflektierende statische Metaoberfläche. Die „Metaoberfläche“ ist ein optisches Element, das erhalten wird, indem eine Vielzahl von Einheitsstrukturen gebildet werden, die jeweils ausreichend kleiner sind, als die Wellenlänge von Licht auf einer flachen Oberfläche, sodass sie ein eindimensionales Array oder ein zweidimensionales Array darstellen, und die Metaoberfläche ändert die Phase, Intensität oder Polarisierung des Eingangslichts für jede Einheitsstruktur. Es gibt verschiedene Strukturen von Metaoberflächen, und die Metaoberfläche der vorliegenden Ausführungsform weist eine Struktur auf, die unter den verschiedenen Strukturen als Spalt-Plasmontyp bezeichnet wird. Die Metaoberfläche 3A ist eine flache plattenförmige Vorrichtung, die sich entlang der zwei Richtungen erstreckt, die einander (z. B. orthogonal) schneiden, beispielsweise der X-Achsen-Richtung und der Y-Achsen-Richtung, wobei eine Richtung, die beiden der zwei Richtungen (z. B. orthogonal) schneidet, zum Beispiel die Z-Achsen-Richtung, eine Dickenrichtung ist. Eine Vielzahl von Einheitsregionen 20 sind auf der Hauptoberfläche 3a der Metaoberfläche 3A vorgesehen. Die Vielzahl von Einheitsregionen 20 sind zweidimensional in M Reihen und N Spalten (wobei M und N ganze Zahlen gleich oder größer als 2 sind), wobei die X-Achsen-Richtung die Reihenrichtung und die Y-Achsen-Richtung die Spaltenrichtung ist. Die planare Form jeder Einheitsregion 20 ist rechtwinklig (z. B. eine quadratische Form). Eine Länge W1 einer Seite jeder Einheitsregion 20 ist beispielsweise innerhalb des Bereichs von 200 bis 400 nm. Die Metaoberfläche 3A wird für verschiedene Zwecke wie eine Linsenanwendung und Hologrammbildung verwendet, indem die Phase des Laserlichts L1, das in die Hauptoberfläche 3a für jede Einheitsregion 20 eingegeben wird, moduliert wird.
9 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie IX-IX von 8, die eine Querschnittstruktur der Metaoberfläche 3A zeigt. Wie in 9 gezeigt, umfasst die Metaoberfläche 3A eine lichtdurchlässige Schicht 9A. Die lichtdurchlässige Schicht 9A weist eine Hauptoberfläche 9a (erste Oberfläche) und eine Rückoberfläche 9b (zweite Oberfläche) auf, die sich auf der gegenüberliegenden Seite der Hauptoberfläche 9a befindet. Ferner umfasst die Metaoberfläche 3A einen Metallfilm 6A, der auf der Hauptoberfläche 9a der lichtdurchlässigen Schicht 9A vorgesehen ist, und einen Metallfilm 8A, der auf der Rückoberfläche 9b der lichtdurchlässigen Schicht 9A vorgesehen ist. Das heißt, die lichtdurchlässige Schicht 9A ist zwischen dem Metallfilm 6A und dem Metallfilm 8A vorgesehen. Es ist zu beachten, dass 9 auch die Lichtleitschicht 31 zeigt, die auf der Hauptoberfläche 9a der lichtdurchlässigen Schicht 9A vorgesehen ist. Die Lichtleitschicht 31 ist in Kontakt mit der lichtdurchlässigen Schicht 9A.
Die lichtdurchlässige Schicht 9A ist ein flacher Film und erstreckt sich entlang sowohl der X-Achsen-Richtung als auch der Y-Achsen-Richtung über die Vielzahl von Einheitsregionen 20. Die Hauptoberfläche 9a der lichtdurchlässigen Schicht 9A ist über die Lichtleitschicht 31 der Rückoberfläche 10b (d. h., der zweiten Lichtausgangs-Oberfläche 2b) des Halbleitersubstrats 10 zugewandt. Daher wird das Laserlicht L1 durch die Lichtleitschicht 31 in die Hauptoberfläche 9a eingegeben. Der Abstand zwischen der Hauptoberfläche 9a und der Rückoberfläche 9b (d. h. die Dicke der lichtdurchlässigen Schicht 9A entlang der Z-Achsen-Richtung) wird ausreichend kleiner eingestellt als die Wellenlänge λ₀ des Laserlichts L1. Die Dicke der lichtdurchlässigen Schicht 9A fällt in den Bereich von beispielsweise 10 bis 100 nm.
Die lichtdurchlässige Schicht 9A umfasst eine dieelektrische Schicht. Als ein Beispiel ist die lichtdurchlässige Schicht 9A der vorliegenden Ausführungsform aus einer einzelnen dielektrischen Schicht zusammengesetzt. Es ist zu beachten, dass zusätzlich zur dielektrischen Schicht die lichtdurchlässige Schicht 9A ferner eine andere Schicht (z. B. eine transparente leitende Schicht ähnlich der der später beschriebenen zweiten Ausführungsform) umfassen kann, die sich von der dielektrischen Schicht unterscheidet. Die lichtdurchlässige Schicht 9A, welche eine dielektrische Schicht ist, ist ein anorganischer Film, der Lichtdurchlässigkeit und Isoliereigenschaft aufweist. Die Lichtdurchlässigkeit bezieht sich auf eine Eigenschaft, bei der Absorption in Bezug auf eine Wellenlänge, die in die Metaoberfläche 3A eingegeben wird, extrem niedrig ist (die Lichtabsorption ist zum Beispiel gleich oder geringer als 20 %). Die Isoliereigenschaft bezieht sich auf eine Eigenschaft, bei der der spezifische elektrische Widerstand extrem hoch ist (der Widerstand ist beispielsweise gleich oder größer als 10⁶ Ω m). Eine dielektrische Schicht 4 enthält beispielsweise mindestens ein beliebiges von Aluminiumoxid (Al₂O₃), Siliziumoxid (SiO₂) und/oder Magnesiumfluorid (MgF₂). Die Dicke der dielektrischen Schicht 4 fällt in den Bereich von beispielsweise 1 bis 20 nm und ist in einem Beispiel 5 nm.
Der Metallfilm 6A ist der erste Metallfilm in der vorliegenden Ausführungsform und fungiert als eine Nano-Antenne in der Metaoberflächenstruktur. Der Metallfilm 6A ist ein Film, der aus einem Metall wie Gold (Au) besteht. Die Filmdicke des Metallfilms 6A fällt in den Bereich von beispielsweise 30 bis 100 nm und ist in einem Beispiel 30 nm. Der Metallfilm 6A umfasst eine Vielzahl von Teil-Metallfilmen 61. 10A ist eine Ansicht, welche die planare Form des Metallfilms 6A zeigt. Der Existenzbereich des Metallfilms 6A ist durch Schraffierung angegeben. Wie in 10A gezeigt, stellen die Vielzahl von Teil-Metallfilmen 61 ein zweidimensionales Array entlang sowohl der X-Achsen-Richtung als auch der Y-Achsen-Richtung dar und sind voneinander getrennt. Jeder Teil-Metallfilm 61 ist für jede Einheitsregion 20 vorgesehen (jede ist in der entsprechenden Einheitsfläche 20 umfasst). Eine Breite W2 des Teil-Metallfilms 61 entlang der X-Achsen-Richtung und eine Breite W3 des Teil-Metallfilms 61 entlang der Y-Achsen-Richtung (erste Richtung) werden kleiner eingestellt als die Länge W1 einer Seite der Einheitsregion 20 und ausreichend kleiner als die Wellenlänge λ₀ das Laserlichts L1. Insbesondere fällt die Breite W2 des Teil-Metallfilms 61 in den Bereich von 40 bis 360 nm und ist in einem Beispiel 90 nm. Die Breite W3 des Teil-Metallfilms 61 fällt in den Bereich von 40 bis 360 nm, bevorzugt in den Bereich von 40 bis 180 nm, und wird für jede Einheitsregion 20 unabhängig eingestellt. Daher unterscheiden sich in der vorliegenden Ausführungsform die Breiten W3 der Teil-Metallfilme 61 zwischen den zwei oder mehr Einheitsregionen 20 voneinander.
Es ist zu beachten, dass als ein Beispiel das Verhältnis (W2/k₀) der Breite W2 des Teil-Metallfilms 61 in Bezug auf die Wellenlänge λ₀ des Laserlichts L1 in den Bereich von 0,02 bis 0,9 fällt, und das Verhältnis (W3/λ₀) der Breite W3 des Teil-Metallfilms 61 in Bezug auf die Wellenlänge λ₀ des Laserlichts L1 in den Bereich von 0,02 bis 0,9 fällt. Ferner fällt das Verhältnis (W2/W1) der Breite W2 des Teil-Metallfilms 61 in Bezug auf die Länge W1 einer Seite der Einheitsregion 20 in den Bereich von 0,1 bis 1, und das Verhältnis (W3/W1) der Breite W3 des Teil-Metallfilms 61 in Bezug auf die Länge W1 einer Seite der Einheitsregion 20 fällt in den Bereich von 0,1 bis 0,9.
Wie zuvor beschrieben sind die Breiten W2 und W3 des Teil-Metallfilms 61 kleiner als die Länge W1 einer Seite der Einheitsregion 20. Dann wird der Teil-Metallfilm 61 an dem im Wesentlichen Mittelabschnitt der Einheitsregion 20 in Bezug auf jeweils die X-Achsen-Richtung und die Y-Achsen-Richtung angebracht. Daher umfasst, wie in 9 und 10A gezeigt ist, die lichtdurchlässige Schicht 9A einen Abschnitt 9e, der in jeder Einheitsregion 20 freigelegt ist, ohne von dem Metallfilm 6A, gesehen von der Z-Achsen-Richtung, blockiert zu werden. Der Abschnitt 9e weist eine Form auf, die den Teil-Metallfilm 61 umgibt, wenn die Einheitsregion 20 entlang der Z-Achsen-Richtung gesehen wird, oder ist aus einem Paar von Abschnitten zusammengesetzt, die den Teil-Metallfilm 61 einschichten. Die X-Achsen-Richtung oder die Y-Achsen-Richtung stimmt mit der Polarisierungsrichtung des Laserlichts L1 überein.
Der Metallfilm 8A ist der zweite Metallfilm in der vorliegenden Ausführungsform. Der Metallfilm 8A reflektiert das Laserlicht L1, das in die lichtdurchlässige Schicht 9A eingegeben wird, hin zu der Hauptoberfläche 9a. Der Metallfilm 8A besteht aus einem Metall wie Gold (Au). Die Filmdicke des Metallfilms 8A fällt in den Bereich von beispielsweise 100 bis 200 nm und ist in einem Beispiel 130 nm. 10B ist eine Ansicht, welche die planare Form des Metallfilms 8A zeigt. Der Existenzbereich des Metallfilms 8A ist durch Schraffierung angegeben. Der Metallfilm 8A der vorliegenden Ausführungsform ist über die gesamte Oberfläche der Rückoberfläche 9b der lichtdurchlässigen Schicht 9A ohne einen Spalt vorgesehen.
11 ist eine Draufsicht, welche die Beziehung zwischen einer inneren Region RIN (siehe 5), in der die Vielzahl der Regionen 15b mit modifiziertem Brechungsindex in der photonischen Kristallschicht 15A gebildet sind, und einer Region Q1, in der die Vielzahl von Teil-Metallfilmen 61 in der Metaoberfläche 3A gebildet sind, zeigt. Wie in 11 gezeigt, ist die Fläche der Region Q1 kleiner als die Fläche der inneren Region RIN, und die Region Q1 kann in der inneren Region RIN umfasst sein, wenn das oberflächenemittierende Laserelement 2A entlang der Z-Achsen-Richtung gesehen wird.
Es wird erneut Bezug genommen auf 9. Die Lichtleitschicht 31 ist zwischen der zweiten Lichtausgangs-Oberfläche 2b des oberflächenemittierenden Laserelements 2A und der lichtdurchlässigen Schicht 9A der Metaoberfläche 3A vorgesehen, um den optischen Verlust zwischen der Metaoberfläche 3A und dem oberflächenemittierenden Laserelement 2A zu vermindern. Die Lichtleitschicht 31 ist ein anorganischer Film, der Lichtdurchlässigkeit und Isoliereigenschaft aufweist, und auch als ein Antireflexionsfilm für die zweite Lichtausgangs-Oberfläche 2b dient. Die Lichtleitschicht 31 kann aus einer einzelnen Schicht zusammengesetzt sein oder kann eine laminierte Struktur aufweisen, in der eine Vielzahl von Schichten laminiert sind. Die Lichtleitschicht 31 weist eine Oberfläche 31a, die sich auf der Seite des oberflächenemittierenden Laserelements 2A befindet, und eine Oberfläche 31b auf, die sich auf der Seite der Metaoberfläche 3A befindet (siehe 2 und 3). Die Oberflächen 31a und 31b sind Oberflächen, die flach und parallel zueinander sind und einander entlang der Z-Achsen-Richtung zugewandt sind. Die Lichtleitschicht 31 ist in Kontakt mit der zweiten Lichtausgangs-Oberfläche 2b auf der Hauptoberfläche 31a und ist in Kontakt mit der Hauptoberfläche 9a der lichtdurchlässigen Schicht 9A auf der Oberfläche 31b. Der Abstand (d. h. die Dicke der Lichtleitschicht 31) zwischen den Oberflächen 31a und 31b entlang der Z-Achsen-Richtung fällt beispielsweise in den Bereich von 50 bis 300 nm und ist in einem Beispiel 117 nm.
Die Lichtleitschicht 31 kann beispielsweise mindestens eines von Al₂O₃, SiO₂, MgF₂ und/oder Calciumfluorid (CaF₂) umfassen. Um die Reflexion an der Schnittstelle zwischen der Lichtleitschicht 31 und der lichtdurchlässigen Schicht 9A zu vermindern, kann die Schicht, welche die Hauptoberfläche 9a der lichtdurchlässigen Schicht 9A darstellt, einen Brechungsindex aufweisen, der gleich oder größer ist als der Brechungsindex der Lichtleitschicht 31 bei der Wellenlänge des Laserlichts L1. Mit anderen Worten kann der Brechungsindex der Lichtleitschicht 31 gleich oder kleiner sein als der Brechungsindex der Schicht, welche die Hauptoberfläche 9a der lichtdurchlässigen Schicht 9A darstellt. Daher kann, wenn die lichtdurchlässige Schicht 9A aus Al₂O₃ besteht, die Lichtleitschicht 31 mindestens eines von Al₂O₃, SiO₂, MgF₂ und/oder CaF₂ enthalten. Wenn die lichtdurchlässige Schicht 9A aus SiO₂ besteht, kann die Lichtleitschicht 31 mindestens eines von SiO₂, MgF₂ und/oder CaF₂ enthalten. Wenn die lichtdurchlässige Schicht 9A aus MgF₂ besteht, kann die Lichtleitschicht 31 mindestens eines von MgF₂ und/oder CaF₂ enthalten. Aufgrund dessen wird das Laserlicht L1, das von der zweiten Lichtausgangs-Oberfläche 2b ausgegeben wird, von der Lichtleitschicht 31 in einem Zustand in die lichtdurchlässige Schicht 9A eingegeben, in dem der Verlust niedrig gehalten wird.
Es ist zu beachten, dass die vorliegende Ausführungsform eine Ausgestaltung aufweist, in der die Vielzahl von Teil-Metallfilmen 61 des Metallfilms 6A in der Lichtleitschicht 31 eingebettet sind, aber eine Ausgestaltung aufweisen können, in der die Vielzahl von Teil-Metallfilmen 61 in der lichtdurchlässigen Schicht 9A eingebettet sind. In der Ausgestaltung, in der die Vielzahl von Teil-Metallfilmen 61 des Metallfilms 6A in der Lichtleitschicht 31 eingebettet sind, ist die Mindestdicke der Lichtleitschicht 31 größer als die Filmdicke des Metallfilms 6A.
12A bis 12D und 13A bis 13C sind Querschnittsansichten, die jeden Schritt in einem Beispiel des Herstellungsverfahrens der Metaoberfläche 3A zeigen. Als erster Schritt wird, wie in 12A gezeigt, das oberflächenemittierende Laserelement 2A vorbereitet. Dann wird die Lichtleitschicht 31 auf der zweiten Lichtausgangs-Oberfläche 2b (die Oberfläche 14a der Kontaktschicht 14 der vorliegenden Ausführungsform) des oberflächenemittierenden Laserelements 2A gebildet. Die Filmbildung der Lichtleitschicht 31 wird beispielsweise unter Verwendung eines Elektronenstrahl-Abscheidungsverfahrens oder eines Sputter-Verfahrens ausgeführt.
Als Nächstes wird, wie in 12B gezeigt, ein Resist 41 auf die Lichtleitschicht 31 aufgebracht. Der Resist 41 ist beispielsweise ein Elektronenstrahl-Belichtungs-Resist. Nachfolgend wird, wie in 12C gezeigt, der Resist 41 belichtet und entwickelt, wodurch eine Öffnung 41a in dem Resist 41 gebildet wird. Die Öffnung 41a entspricht der Vielzahl von Teil-Metallfilmen 61. Nachfolgend wird, wie in 12D gezeigt, die Lichtleitschicht 31 durch die Öffnung 41a des Resists 41 geätzt. Somit werden eine Vielzahl von Aussparungsabschnitten 31c auf der Lichtleitschicht 31 gebildet. Die Tiefe des Aussparungsabschnitts 31c ist gleich der Dicke der Vielzahl von Teil-Metallfilmen 61. Beispiele des Ätzverfahrens zu dieser Zeit umfassen Trockenätzen wie reaktives Ionenätzen (Reactive Ion Etching - RIE). Die Tiefe des Aussparungsabschnitts 31c kann durch die Ätzzeit gesteuert werden.
Nachfolgend wird wie in 13A gezeigt, ein Metallmaterial (z. B. Au) für den Metallfilm 6A auf der gesamten Oberfläche der Lichtleitschicht 31 aufgedampft. Zu dieser Zeit erreicht das Metallmaterial den Aussparungsabschnitt 31c der Lichtleitschicht 31 durch die Öffnung 41a des Resists 41 und füllt den Aussparungsabschnitt 31c. Somit wird die Vielzahl von Teil-Metallfilmen 61 auf dem Metallfilm 6A gebildet. Die Dicke des Teil-Metallfilms 61 kann durch die Aufdampfzeit gesteuert werden. Bevorzugt wird die Aufdampfzeit gesteuert, sodass die Dicke des Teil-Metallfilms 61 und die Tiefe des Aussparungsabschnitts 31c gleich zueinander sind. In diesem Schritt wird ein überschüssiges Metallmaterial M auf dem Resist 41 abgeschieden.
Als Nächstes wird, wie in 13B gezeigt, der Resist 41 von der Lichtleitschicht 31 entfernt. Zu diesem Zeitpunkt wird das überschüssige Metallmaterial M zusammen mit dem Resist 41 entfernt. Somit erscheint die Oberfläche 31b der Lichtleitschicht 31. Indem die Dicke des Teil-Metallfilms 61 und die Tiefe des Aussparungsabschnitts 31c entsprechend gesteuert werden, sind die Oberfläche 31b und die freigelegten Oberflächen der Vielzahl von Teil-Metallfilmen 61 bündig miteinander (werden überall flach). Danach wird wie in 13C gezeigt, die lichtdurchlässige Schicht 9A auf der Oberfläche 31b der Lichtleitschicht 31 gebildet, und die gesamte Oberfläche der Vielzahl von Teil-Metallfilmen 61 und der Metallfilm 8A werden ferner darauf gebildet. Das Filmbildungsverfahren und das Material der lichtdurchlässigen Schicht 9A sind gleich wie das Filmbildungsverfahren und Material der Lichtleitschicht 31. Da die Oberfläche 31b der Lichtleitschicht 31 und die freigelegten Oberflächen der Vielzahl von Teil-Metallfilmen 61 überall flach sind, werden auch die Hauptoberfläche 9a und die Rückoberfläche 9b der lichtdurchlässigen Schicht 9A flach. Das Filmbildungsverfahren und das Material des Metallfilms 8A sind gleich wie das Filmbildungsverfahren und Material des Metallfilms 6A. Durch die oben beschriebene Ausgestaltung wird die Metaoberfläche 3A der vorliegenden Ausführungsform hergestellt.
Es werden die Operationen und Wirkungen, die von der lichtemittierenden Einrichtung 1A der oben beschriebenen vorliegenden Ausführungsform erhalten werden, beschrieben. In der lichtemittierenden Einrichtung 1A wird das Laserlicht L1 und L2, das in dem oberflächenemittierenden Laserelement 2A erzeugt wird, von der ersten Lichtausgangs-Oberfläche 2a bzw. der zweiten Lichtausgangs-Oberfläche 2b ausgegeben. Davon breitet sich das Laserlicht L1, das von der zweiten Lichtausgangs-Oberfläche 2b ausgegeben wird, durch die Lichtleitschicht 31 und wird in die Hauptoberfläche 9a der lichtdurchlässigen Schicht 9A eingegeben.
Die Metaoberfläche 3A der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine MIM-Struktur, in welcher der Metallfilm 8A als ein Lichtreflexionsfilm, die lichtdurchlässige Schicht 9A, umfassend die dielektrische Schicht, und der Metallfilm 6A, der aus der Vielzahl von Teil-Metallfilmen 61 zusammengesetzt ist, welche die endliche Breite W3 aufweisen, in dieser Reihenfolge laminiert sind. In diesem Fall umfasst, wie in 2 und 3 gezeigt, die lichtdurchlässige Schicht 9A den Abschnitt 9e, der von dem Metallfilm 6A freigelegt ist. Das Laserlicht L1, das von dem oberflächenemittierenden Laserelement 2A in den Abschnitt 9e der lichtdurchlässigen Schicht 9A eingegeben wird, wird auf dem Metallfilm 8A reflektiert und dann erneut zur Außenseite der Metaoberfläche 3A ausgegeben. Wenn die Breite W3 der Vielzahl von Teil-Metallfilmen 61 und die Dicke der lichtdurchlässigen Schicht 9A ausreichend kleiner sind als die Wellenlänge λ₀ des Laserlichts L1, tritt starke Magnetresonanz (Plasmonresonanz) aufgrund von Oberflächenplasmonkopplung in der lichtdurchlässigen Schicht 9A auf. Aufgrund dieser Magnetresonanz wird die Phase des Laserlichts L1, das zwischen dem ersten Teil-Metallfilm 61 und dem zweiten Teil-Metallfilm 8A hindurch gelangt, moduliert.
Hier drückt der folgende Ausdruck (1) die Beziehung eines Phasenmodulationsbetrags φ des Laserlichts L1 durch Magnetresonanz, eine Breite w (= W3) des Teil-Metallfilms 61, die Wellenlänge λ₀ des Laserlichts L1 und einen effektiven Brechungsindex N_gsp der lichtdurchlässigen Schicht 9A aus. Es ist zu beachten, dass m eine ganze Zahl ist. $w \frac{2 π}{λ} N_{g s p} = m π - φ$
Wie von Ausdruck (1) deutlich wird, hängt der Phasenmodulationsbetrag φ von der Breite w des Teil-Metallfilms 61 ab. Daher kann die Phase des Laserlichts L1 räumlich gesteuert werden, indem die Breite w für jede Einheitsregion 20 unabhängig eingestellt wird. Das Laserlicht L1, dessen Phase so moduliert worden ist, wird erneut von der zweiten Lichtausgangs-Oberfläche 2b in das oberflächenemittierende Laserelement 2A eingegeben, und wird von der ersten Lichtausgangs-Oberfläche 2a ausgegeben.
Wie zuvor beschrieben worden ist, erfordert, wenn die Metaoberfläche reflektierend ist, die lichtemittierende Einrichtung, umfassend eine Lichtquelle und eine Metaoberfläche, ein optisches System zum Eingeben von Licht von der Lichtquelle in die Metaoberfläche und ein optisches System zum Leiten von Licht, das von der Metaoberfläche ausgegeben wird. Daher ist es wahrscheinlich, dass das gesamte optische System kompliziert wird, was ein Faktor wird, der die Miniaturisierung der lichtemittierenden Einrichtung verhindert. Auf der anderen Seite sind in der lichtemittierenden Einrichtung 1A der vorliegenden Ausführungsform die Lichtquelle (das oberflächenemittierende Laserelement 2A) und die Metaoberfläche 3A über die Lichtleitschicht 31 integriert. Daher ist ein optisches System zwischen der reflektierenden Metaoberfläche 3A und der Lichtquelle (oberflächenemittierendes Laserelement 2A) unnötig. Somit wird eine Vereinfachung des optischen Systems realisiert.
Außerdem weist die Schicht, welche die Hauptoberfläche 9a der lichtdurchlässigen Schicht 9A in der lichtemittierenden Einrichtung 1A bildet, einen Brechungsindex auf, der gleich oder größer ist als der Brechungsindex der Lichtleitschicht 31 bei der Wellenlänge des Laserlichts L1. Da eine solche Ausgestaltung die Reflexion auf der Schnittstelle zwischen der Lichtleitschicht 31 und der lichtdurchlässigen Schicht 9A vermindert, kann das Laserlicht L1 wirksam von der Lichtleitschicht 31 in die lichtdurchlässige Schicht 9A eingegeben werden. Daher kann die Metaoberfläche 3A wirksam arbeiten.
Wie in der vorliegenden Ausführungsform können sich die Breiten W3 der Metallfilme 6A entlang der Y-Achsen-Richtung in den zwei oder mehr Einheitsregionen 20 voneinander unterscheiden. Wie zuvor beschrieben hängt der Phasenmodulationsbetrag von der Breite W3 des Metallfilms 6A ab. Daher ermöglicht eine solche Ausgestaltung Phasenmodulation in jeder der Vielzahl von Einheitsregionen 20, die ein eindimensionales Array oder ein zweidimensionales Array darstellen, und kann bevorzugt die lichtemittierende Einrichtung 1A, umfassend eine statische Metaoberfläche, die eine solche Ausgestaltung aufweist, realisieren.
14A und 14B sind Ansichten, die konzeptionell Strahlsteuerung zeigen, die einen Austrittswinkel von Ausgangslichts als ein Anwendungsbeispiel der Metaoberfläche 3A variieren kann. In dem Beispiel von 14B wird, indem der Phasenmodulationsbetrag φ um einen konstanten Betrag für jede Einheitsregion 20 entlang der X-Achsen-Richtung (oder Y-Achsen-Richtung) geändert wird, eine Wellenfront Pa des Ausgangslichts in Bezug auf die Oberfläche der Metaoberfläche 3A geneigt. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Winkel 0 (d. h. Austrittswinkel des Ausgangslichts), der von der Normallinie der Wellenfront Pa und der Normallinie der Oberfläche der Metaoberfläche 3A gebildet wird, gemäß dem Änderungsbetrag des Phasenmodulationsbetrags φ für jede Einheitsregion 20 bestimmt. Je größer der Änderungsbetrag ist, desto größer wird ein Austrittswinkel 0 des Ausgangslichts, und je kleiner der Änderungsantrag ist, desto kleiner wird der Austrittswinkel 0 des Ausgangslichts. Daher kann der Austrittswinkel 0 des Ausgangslichts auf einen beliebigen Winkel eingestellt werden, indem der Änderungsbetrag des Phasenmodulationsbetrags φ für jede Einheitsregion 20 gesteuert wird.
14A ist eine Querschnittsansicht, welche die Form einer Lichtreflexionsoberfläche 101 eines diffraktiven optischen Elements (DOE) 100 zeigt, das eine Struktur für Strahlsteuerung aufweist. In dem diffraktiven optischen Element 100 ist die Lichtreflexionsoberfläche 101 mit periodischer Ungleichheit vorgesehen, und eine geneigte Oberfläche 102 ist auf einem Vorsprungsabschnitt gebildet, wodurch der Austrittswinkel des Ausgabelichts (reflektiertes Licht) gesteuert wird. In einer solchen Ausgestaltung weist jedoch die ungleiche Struktur der Lichtreflexionsoberfläche 101 eine Dicke t₂ von beispielsweise 200 µm auf. Andererseits weist die Metaoberfläche 3A der vorliegenden Ausführungsform eine Dicke t₁ von beispielsweise 210 nm auf, und kann so ausgestaltet sein, dass sie im Vergleich zu dem diffraktiven optischen Element 100 extrem dünn ist (siehe 14B). Daher ist es möglich, zur Miniaturisierung der lichtemittierenden Einrichtung 1A beizutragen.
Wie in der vorliegenden Ausführungsform weist das oberflächenemittierende Laserelement 2A ein Substrat auf, das Folgendes aufweist: die Hauptoberfläche 10a und die Rückoberfläche 10b, die der Hauptoberfläche 10a entgegengesetzt ist, und die aktive Schicht 12 und die photonische Kristallschicht 15A, die auf der Hauptoberfläche 10a vorgesehen sind. Die photonische Kristallschicht 15A kann die Basisschicht 15a und die Vielzahl von Regionen 15b mit modifiziertem Brechungsindex umfassen, die periodisch auf der Konstruktionsebene (Referenzebene) senkrecht zu der Dickenrichtung der photonischen Kristallschicht 15A aneinandergereiht sind, die einen Brechungsindex aufweist, der sich von dem Brechungsindex der Basisschicht 15a unterscheidet. Eine solche Ausgestaltung erlaubt, dass das oberflächenemittierende Laserelement 2A als ein oberflächenemittierender Laser mit photonischem Kristall (PCSEL) fungiert. Der PCSEL kann die optische Modenverteilung in der Richtung parallel zu der Hauptoberfläche mittels des photonischen Kristalls steuern. Daher ist es grundsätzlich möglich, die lichtemittierende Fläche des PCSEL zu erhöhen, während die Einzelmode im Vergleich zu beispielsweise dem oberflächenemittierenden Laser mit senkrechten Kavitäten (VCSEL), welcher das gleiche oberflächenemittierende Laserelement ist, beibehalten wird. Das heißt, es ist grundsätzlich möglich, die lichtemittierende Fläche des PCSEL zu vergrößern, während die Wellenfront in einem guten Zustand gehalten wird. Daher kann ein komplizierteres Phasenmodulationsmuster realisiert werden, indem die Anzahl von Einheitsregionen 20 der Metaoberfläche 3A erhöht wird.
Wie in der vorliegenden Ausführungsform kann die lichtdurchlässige Schicht 9A mindestens eines von Al₂O₃, SiO₂ und/oder MgF₂ umfassen. Eine solche Ausgestaltung ermöglicht, dass die lichtdurchlässige Schicht 9A, umfassend die dielektrische Schicht, bevorzugt realisiert werden kann.
Wie in der vorliegenden Ausführungsform kann die Lichtleitschicht 31 mindestens eines von Al₂O₃, SiO₂, MgF₂ und/oder CaF₂ enthalten. Eine solche Ausgestaltung erlaubt, dass bevorzugt der oben beschriebene Betrieb der Lichtleitschicht 31 erzielt wird.
Wie in der vorliegenden Ausführungsform kann die Elektrode 17, die auf der ersten Lichtausgangs-Oberfläche 2a vorgesehen ist, eine Form aufweisen, welche die Laserlicht-Ausgangsregion auf der ersten Lichtausgangs-Oberfläche 2a umgibt. Mit einer solchen Ausgestaltung kann das auf der Metaoberfläche 3A phasenmodulierte Laserlicht L1 von der ersten Lichtausgangs-Oberfläche 2a ausgegeben werden, während die Elektrode 17 vermieden wird.
Wie in der ersten Ausführungsform kann die Elektrode 16, die auf der zweiten Lichtausgangs-Oberfläche 2b vorgesehen ist, eine Form aufweisen, welche die Metaoberfläche 3A umgibt. Eine solche Ausgestaltung erlaubt, dass der Strom von der Elektrode 16 in der Nähe des Mittelabschnitts der aktiven Schicht 12 ausreichend diffundiert wird, während die Metaoberfläche 3A auf der zweiten Lichtausgangs-Oberfläche 2b zusammen mit der Elektrode 16 vorgesehen wird.
(Erstes abgewandeltes Beispiel)
15 ist eine Draufsicht, die eine Metaoberfläche 3B gemäß einem abgewandelten Beispiel der ersten Ausführungsform zeigt. Anstatt der Vielzahl von Einheitsregionen 20 der ersten Ausführungsform sind eine Vielzahl (N) von Einheitsregionen 21 auf der Hauptoberfläche 3a der Metaoberfläche 3B gebildet. Die Vielzahl von Einheitsregionen 21 stellen ein eindimensionales Array entlang der X-Achsen-Richtung dar. Die planare Form jeder Einheitsregion 21 ist rechtwinklig (z. B. eine rechtwinklige Form, deren Längsrichtung in der Y-Achsen-Richtung liegt und sich mit der Array-Richtung schneidet). Eine Breite W4 jeder Einheitsregion 21 entlang der X-Achsen-Richtung ist gleich wie die Länge W1 einer Seite der Einheitsregion 20 der ersten Ausführungsform. Es ist zu beachten, dass die Struktur des IX-IX-Querschnitts der Metaoberfläche 3B die gleiche ist wie die der ersten Ausführungsform (siehe 9).
16A ist eine Ansicht, die eine planare Form eines Metallfilms 6B zeigt. Der Metallfilm 6B ist auf der Hauptoberfläche 9a der lichtdurchlässigen Schicht 9A vorgesehen, und umfasst ähnlich zur ersten Ausführungsform eine Vielzahl von Teil-Metallfilmen 62. Die Vielzahl von Teil-Metallfilmen 62 sind entlang der X-Achsen-Richtung Seite an Seite voneinander getrennt. Die Anordnungsperiode (Array-Abstand) der Vielzahl von Teil-Metallfilmen 62 entlang der X-Achsen-Richtung ist konstant. Die planare Form jedes Teil-Metallfilms 62 ist rechtwinklig (z. B. eine rechtwinklige Form). Jeder Teil-Metallfilm 62 ist für jede Einheitsregion 21 vorgesehen und ist in jeder Einheitsregion 21 umfasst. Die Breite W2 des Teil-Metallfilms 62 entlang der X-Achsen-Richtung und die Breite W3 des Teil-Metallfilms 62 entlang der Y-Achsen-Richtung sind die gleichen wie die der ersten Ausführungsform. Auch in dem vorliegenden abgewandelten Beispiel ist die Breite W2 des Teil-Metallfilms 62 kleiner als die Breite W4 der Einheitsregion 21. Die Breite W3 des Teil-Metallfilms 62 ist ausreichend kleiner als die Wellenlänge λ₀ des Laserlichts L1 und wird unabhängig für jede Einheitsregion 21 eingestellt. Daher unterscheiden sich auch in der vorliegenden Ausführungsform die Breiten W3 der Teil-Metallfilme 62 zwischen den zwei oder mehr Einheitsregionen 21 voneinander. Dann wird der Teil-Metallfilm 62 an den im Wesentlichen Mittelabschnitt der Einheitsregion 21 in Bezug auf jeweils die X-Achsen-Richtung und die Y-Achsen-Richtung angebracht. Daher umfasst die lichtdurchlässige Schicht 9A den Abschnitt 9e, der von dem Teil-Metallfilm 62 in jeder Einheitsregion 21 freigelegt ist.
16B ist eine Ansicht, die eine planare Form des Metallfilms 8A zeigt. Der Aspekt des Metallfilms 8A, der in der Metaoberfläche 3B umfasst ist, ist gleich, wie der der ersten Ausführungsform.
Wie in dem vorliegenden abgewandelten Beispiel kann die Vielzahl von Einheitsregionen ein eindimensionales Array darstellen. Sogar in einem solchen Fall können die gleichen Wirkungen wie die der ersten Ausführungsform erzielt werden.
(Zweite Ausführungsform)
17 ist eine Ansicht, die schematisch die Querschnittsausgestaltung der lichtemittierenden Einrichtung 1B gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 17 gezeigt, umfasst die lichtemittierende Einrichtung 1B der vorliegenden Ausführungsform das oberflächenemittierende Laserelement 2A, eine Metaoberfläche 3C und die Lichtleitschicht 31. Von diesen sind die Ausgestaltungen des oberflächenemittierenden Laserelements 2A und die Lichtleitschicht 31 die gleichen, wie die in der ersten Ausführungsform, und somit wird eine Beschreibung davon in der vorliegenden Ausführungsform weggelassen.
Die Metaoberfläche 3C der vorliegenden Ausführungsform ist auf der zweiten Lichtausgabe-Oberfläche 2b des oberflächenemittierenden Laserelements 2A durch die Lichtleitschicht 31 anstatt der Metaoberfläche 3A der ersten Ausführungsform vorgesehen. Die Metaoberfläche 3C ist eine reflektierende dynamische Metaoberfläche, die einstückig mit dem oberflächenemittierenden Laserelement 2A ausgestaltet ist, und weist eine Spalt-Plasmon-artige Struktur ähnlich der Metaoberfläche 3A der ersten Ausführungsform auf. Ähnlich der Metaoberfläche 3A der ersten Ausführungsform weist die Metaoberfläche 3C die Vielzahl von Einheitsregionen (Pixel) 20 auf, die in 8 gezeigt sind. Die Vielzahl von Einheitsregionen 20 stellen ein zweidimensionales Array in M Reihen und N Spalten dar (wobei M und N ganze Zahlen gleich oder größer als 2 sind), wobei die X-Achsen-Richtung die Reihenrichtung und die Y-Achsen-Richtung die Spaltenrichtung ist. Die planare Form jeder Einheitsregion 20 ist rechtwinklig (z. B. eine quadratische Form). Die Länge W1 einer Seite jeder Einheitsregion 20 fällt beispielsweise in den Bereich von 200 bis 400 nm. Die Metaoberfläche 3C wird für verschiedene Zwecke wie eine Linsenanwendung und Hologrammbildung verwendet, indem die Phase des Laserlichts L1, das in die Hauptoberfläche 3a für jede Einheitsregion 20 eingegeben wird, moduliert wird.
18 ist eine Ansicht, welche die Querschnittstruktur der Metaoberfläche 3C entsprechend der Linie IX-IX von 8 zeigt. Wie in 18 gezeigt, umfasst die Metaoberfläche 3C eine Treiberschaltung 5, einen Metallfilm 8B, der auf der Oberfläche der Treiberschaltung 5 vorgesehen ist, eine lichtdurchlässige Schicht 9B, die auf dem Metallfilm 8B laminiert ist, und einen Metallfilm 6C, der auf der lichtdurchlässigen Schicht 9B vorgesehen ist. Das heißt, die lichtdurchlässige Schicht 9B ist zwischen dem Metallfilm 8B und dem Metallfilm 6C vorgesehen.
Die lichtdurchlässige Schicht 9B ist ein flacher Film und erstreckt sich entlang sowohl der X-Achsen-Richtung als auch der Y-Achsen-Richtung über die Vielzahl von Einheitsregionen 20. Die lichtdurchlässige Schicht 9B weist eine Hauptoberfläche 9c (erste Oberfläche) und eine Rückoberfläche 9d (zweite Oberfläche) auf. Die Hauptoberfläche 9c und die Rückoberfläche 9d sind einander entlang der Z-Achsen-Richtung zugewandt. Das Laserlicht L1 wird von der zweiten Lichtausgangs-Oberfläche 2b des oberflächenemittierenden Laserelements 2A durch die Lichtleitschicht 31 in die Hauptoberfläche 9c eingegeben. Der Abstand zwischen der Hauptoberfläche 9c und der Rückoberfläche 9d (d. h. die Dicke der lichtdurchlässigen Schicht 9B entlang der Z-Achsen-Richtung) wird ausreichend kleiner eingestellt, als die Wellenlänge λ₀ des Laserlichts L1. Die Dicke der lichtdurchlässigen Schicht 9B fällt in den Bereich von beispielsweise 10 bis 100 nm. Die lichtdurchlässige Schicht 9B weist eine transparente leitende Schicht 92 und eine dielektrische Schicht 93 auf, die mit der Z-Achsen-Richtung als der Laminationsrichtung laminiert sind.
Die transparente leitende Schicht 92 ist ein anorganischer Film, der Lichtdurchlässigkeit und Leitfähigkeit aufweist. Die transparente leitende Schicht 92 der vorliegenden Ausführungsform enthält mindestens ein beliebiges von Indiumoxid (In₂O₃) und/oder Zinkoxid (Zn₂O₃), dessen/deren Widerstand von einem Dotierstoff vermindert wird. Der Dotierstoff für Indiumoxid ist beispielsweise Sn. Mit Sn dotiertes Indiumoxid wird als ITO bezeichnet. Der Dotierstoff für Zinkoxid ist beispielsweise Al oder Ga. Mit Al dotiertes Zinkoxid wird als AZO bezeichnet. Mit Ga dotiertes Zinkoxid wird als GZO bezeichnet. Die Dicke der transparenten leitenden Schicht 92 fällt in den Bereich von beispielsweise 3 bis 50 nm und ist in einem Beispiel 20 nm.
Die dielektrische Schicht 93 ist ein anorganischer Film, der Lichtdurchlässigkeit und Isoliereigenschaften aufweist. Die Isoliereigenschaft bezieht sich auf eine Eigenschaft, bei der der spezifische Widerstand extrem hoch ist (der Widerstand ist beispielsweise gleich oder größer als 10⁶ Ω m). Die dielektrische Schicht 93 enthält beispielsweise mindestens ein beliebiges von Aluminiumoxid (Al₂O₃), Siliziumoxid (SiO₂) und/oder Magnesiumfluorid (MgF₂). Die Dicke der dielektrischen Schicht 93 fällt in den Bereich von beispielsweise 3 bis 20 nm und ist in einem Beispiel 5 nm. In der vorliegenden Ausführungsform befindet sich die dielektrische Schicht 93 auf der Seite der Hauptoberfläche 9c in Bezug auf die transparente leitende Schicht 92.
Es ist zu beachten, dass, während in der vorliegenden Ausführungsform die transparente Schicht 92 auf der Seite der Rückoberfläche 9d vorgesehen ist, und die dielektrische Schicht 93 auf der Seite der Hauptoberfläche 9c vorgesehen ist, die transparente leitende Schicht 92 auf der Seite der Hauptoberfläche 9c vorgesehen sein kann und die dielektrische Schicht 93 auf der Seite der Rückoberfläche 9d vorgesehen sein kann. In der vorliegenden Ausführungsform stellt ein Teil der transparenten leitenden Schicht 92 die Rückoberfläche 9d dar, und ein Teil der dielektrischen Schicht 93 stellt die Hauptoberfläche 9c dar. Es kann jedoch ferner eine andere Schicht zwischen der Struktur, umfassend die transparente leitende Schicht 92 und die dielektrische Schicht 93, und der Hauptoberfläche 9c und/oder der Rückoberfläche 9d vorgesehen sein. Ferner kann eine weitere Schicht zwischen der transparenten leitenden Schicht 92 und der dielektrischen Schicht 93 vorgesehen sein.
Der Metallfilm 6C ist der erste Metallfilm in der vorliegenden Ausführungsform und kann als eine Nano-Antenne in der Metaoberflächenstruktur fungieren. Der Metallfilm 6C ist auf der Hauptoberfläche 9c der lichtdurchlässigen Schicht 9B gebildet. Der Metallfilm 6C ist ein Film, der aus einem Metall wie Gold (Au) besteht. Die Filmdicke des Metallfilms 6C fällt in den Bereich von beispielsweise 30 bis 100 nm und ist in einem Beispiel 50 nm. Der Metallfilm 6C umfasst eine Vielzahl von Teil-Metallfilmen 63. 19A ist eine Ansicht, welche die planare Form des Metallfilms 6C zeigt. Wie in 19A gezeigt, sind die Vielzahl von Teil-Metallfilmen 63 entlang der X-Achsen-Richtung Seite an Seite voneinander getrennt. Jeder Teil-Metallfilm 63 ist für jede Spalte der Einheitsregionen 20 vorgesehen, und erstreckt sich über zwei oder mehr Einheitsregionen 20 (M Einheitsregionen 20 in der vorliegenden Ausführungsform), die Seite an Seite entlang der Y-Achsen-Richtung angeordnet sind. Eine Breite W5 des Teil-Metallfilms 63 entlang der X-Achsen-Richtung ist kleiner eingestellt als die Länge W1 der Einheitsregion 20 entlang der X-Achsen-Richtung und ist ausreichend kleiner eingestellt als die Wellenlänge λ₀ des Laserlichts L1. In einem Beispiel fällt die Breite W5 des Teil-Metallfilms 63 in den Bereich von beispielsweise 40 bis 360 nm und ist in einem Beispiel 250 nm. Der Abstand zwischen den benachbarten Teil-Metallfilmen 63 fällt in den Bereich von 40 bis 360 nm und ist in einem Beispiel 150 nm. Das Verhältnis (W5/λ₀) der Breite W5 des Teil-Metallfilms 63 in Bezug auf die Wellenlänge λ₀ des Laserlichts L1 fällt in den Bereich von 0,02 bis 0,9. Ferner fällt das Verhältnis (W5/W1) der Breite W5 des Teil-Metallfilms 63 in Bezug auf die Wellenlänge W1 einer Seite der Einheitsregion 20 in den Bereich von 0,1 bis 0,9.
Wie zuvor beschrieben ist die Breite W5 des Teil-Metallfilms 63 kleiner als die Länge W1 der Einheitsregion 20. Dann wird der Teil-Metallfilm 63 an dem im Wesentlichen Mittelabschnitt der Einheitsregion 20 in Bezug auf jeweils die X-Achsen-Richtung angebracht. Daher umfasst, wie in 18 und 19A gezeigt, die lichtdurchlässige Schicht 9B ein Paar von Abschnitten 9f und 9g in jeder Einheitsregion 20. Das Paar von Abschnitten 9f und 9g sind an Positionen vorgesehen, die den Teil-Metallfilm 63 einschichten, wenn die Einheitsregion 20 entlang der Z-Achsen-Richtung gesehen wird, und sind von dem Metallfilm 6C freigelegt. Wie in 18 gezeigt, stimmt die Array-Richtung (d. h. die X-Achsen-Richtung) des Paares von Abschnitten 9f und 9g mit einer Polarisierungsrichtung L1a des Laserlichts L1 überein.
Der Metallfilm 8B ist der zweite Metallfilm in der vorliegenden Ausführungsform. Der Metallfilm 8B ist auf der Rückoberfläche 9d der lichtdurchlässigen Schicht 9B gebildet. In einem Beispiel ist der Metallfilm 8B in Kontakt mit der Rückoberfläche 9d. Der Metallfilm 8B reflektiert das Laserlicht L1, das in die lichtdurchlässige Schicht 9B eingegeben wird, hin zu der Hauptoberfläche 9c. Der Metallfilm 8B besteht aus einem Metall wie Gold (Au). Die Filmdicke des Metallfilms 8B fällt beispielsweise in den Bereich von 100 bis 200 nm und ist in einem Beispiel 150 nm. Der Metallfilm 8B umfasst eine Vielzahl von Teil-Metallfilmen 81. 19B ist eine Ansicht, welche die planare Form des Metallfilms 8B zeigt. Die Vielzahl von Teil-Metallfilmen 81 stellen ein zweidimensionales Array von M Reihen und N Spalten dar, in denen die X-Achsen-Richtung die Reihenrichtung und die Y-Achsen-Richtung die Spaltenrichtung ist, und sind voneinander getrennt. Jeder Teil-Metallfilm 81 ist für jede Einheitsregion 20 vorgesehen und befindet sich in jeder Einheitsregion 20. In einem Beispiel ist die planare Form jedes Teil-Metallfilms 81 rechtwinklig (z. B. eine quadratische Form). In einem Beispiel ist eine Länge W6 einer Seite des Teil-Metallfilms 81 in dem Bereich von 40 bis 360 nm. Ferner fällt das Verhältnis (W6/W1) der Länge W6 einer Seite des Teil-Metallfilms 81 in Bezug auf die Länge W1 einer Seite der Einheitsregion 20 in den Bereich von 0,1 bis 0,9.
Die Treiberschaltung 5 ist ein plattenähnliches Element, das eine Vielzahl von Transistoren 51 aufweist. Die Treiberschaltung 5 steuert eine Spannung, die zwischen dem Metallfilm 8B und dem Metallfilm 6C von der Außenseite der Metaoberfläche 3C angelegt wird. Insbesondere stellt die Treiberschaltung 5 die Potenziale der Vielzahl von Teil-Metallfilmen 63 auf ein gemeinsames Referenzpotenzial (GND-Potenzial) ein, und steuert individuell die Potenziale der Vielzahl von Teil-Metallfilmen 81, indem sie die Transistoren 51 verwendet. Die Treiberschaltung 5 befindet sich auf der Rückoberfläche 9d in Bezug auf die lichtdurchlässige Schicht 9B. Jeder Transistor 51 ist entsprechend jeder Einheitsregion 20 vorgesehen, und befindet sich in jeder Einheitsregion 20, wenn die Einheitsregion 20 entlang der Z-Achsen-Richtung gesehen wird. Der Transistor 51 ist ein Dünnfilmtransistor, der auf einem Substrat vorgesehen ist, das beispielsweise aus einem Dielektrikum besteht. Der Teil-Metallfilm 81 ist über einen Isolierfilm auf jedem Transistor 51 vorgesehen.
20 ist eine Ansicht, welche die Schaltungsausgestaltung in jeder Einheitsregion 20 zeigt. Wie in 20 gezeigt, weist die Treiberschaltung 5 ferner M Gate-Treiber-Verdrahtungen 53 und N Spannungsversorgungs-Verdrahtungen 54 auf. Die M Gate-Treiber-Verdrahtungen 53 erstrecken sich jeweils entlang der Reihenrichtung (d. h. der X-Achsen-Richtung) und sind jeweils entlang der Spaltenrichtung angeordnet (d. h. der Y-Achsen-Richtung). Die N Spannungsversorgungs-Verdrahtungen 54 erstrecken sich jeweils entlang der Spaltenrichtung (d. h. der Y-Achsen-Richtung) und sind jeweils entlang der Reihenrichtung angeordnet (d. h. der X-Achsen-Richtung). Die Gate-Treiber-Verdrahtung 53 der m-ten Reihe (m = 1, 2, M) ist elektrisch mit einem Steueranschluss (Gate) des Transistor 51 verbunden, der für jede Einheitsregion 20 vorgesehen ist, die sich in der m-ten Reihe befinden. Die Spannungsversorgungs-Verdrahtung 54 der n-ten Spalte (n = 1, 2, • • •, N) ist elektrisch mit einem Stromanschluss (z. B. Source) des Transistors 51 verbunden, der für jede Einheitsregion 20 vorgesehen ist, die sich in der n-ten Reihe befindet. Der andere Stromanschluss (z. B. Drain) des Transistors 51 ist elektrisch mit dem Teil-Metallfilm 81 der Einheitsregion 20 über die Verdrahtung in der Einheitsregion 20 verbunden.
Die Treiberschaltung 5 der vorliegenden Ausführungsform weist ferner eine Vielzahl von Kondensatoren 52 auf, die für jede Einheitsregion 20 vorgesehen sind. Der Kondensator 52 ist ein Beispiel eines Spannungshalteabschnitts in der vorliegenden Ausführungsform und hält für jede Einheitsregion 20 eine Spannung, die an den Teil-Metallfilm 81 der Einheitsregion 20 angelegt wird. Es ist zu beachten, dass als der Spannungshalteabschnitt verschiedene andere Ausgestaltungen als der Kondensator angewandt werden können, die in der Lage sind, eine Spannung zu halten. Der Kondensator 52 ist ein paralleler Plattenkondensator, der beispielsweise im Innern der Treiberschaltung 5 gebildet ist. Eine Elektrode des Kondensators 52 ist mit dem Teil-Metallfilm 81 verbunden, und die andere Elektrode ist mit einer konstanten Potenzialregion (z. B. Referenzpotenzialregion) verbunden. Es ist zu beachten, dass, wie später beschrieben wird, der Teil-Metallfilm 81 auch als eine Elektrode des Kondensators 52 dienen kann.
21A bis 21D sind Ansichten zum Erklären des Betriebs der Treiberschaltung 5 in der Einheitsregion 20 einer m-ten Reihe und einer n-ten Spalte. In 21A bis 21D sind Abschnitte, die ausreichende Spannungswerte aufweisen, von Strichlinien angegeben. Zuerst wird in dem in 21A gezeigten Zustand keine Spannung an eine beliebige der Gate-Treiber-Verdrahtung 53 in der m-ten Reihe und der Spannungsversorgungs-Verdrahtung 54 in der n-ten Spalte angelegt, und der Transistor 51 ist in einem nicht-leitenden Zustand. Als Nächstes wird wie in 21B gezeigt, wenn eine vorbestimmte Gate-Spannung Vg an die Gate-Treiber-Verdrahtung 53 der m-ten Reihe angelegt wird, der Transistor 51 in einen leitenden Zustand gebracht. Zu dieser Zeit sind die Spannungsversorgungs-Verdrahtung 54 der n-ten Spalte und der Teil-Metallfilm 81 miteinander über den Transistor 51 verbunden. Nachfolgend wird, wie in 21C gezeigt, eine Treiberspannung Vd an die Spannungsversorgungs-Verdrahtung 54 der n-ten Spalte angelegt. Der Spannungswert der Treiberschaltung Vd wird unabhängig für jede Einheitsregion 20 basierend auf einem gewünschten Phasenmodulationsmuster eingestellt, das auf der Metaoberfläche 3C einzustellen ist. Somit wird die Treiberspannung Vd über den Transistor 51 an den Teil-Metallfilm 81 angelegt, und gleichzeitig wird die Treiberspannung Vd von dem Kondensator 52 gehalten. Danach wird, wie in 21D gezeigt, die Gate-Spannung Vg nicht von der Gate-Treiber-Verdrahtung 53 der m-ten Reihe angelegt, und die Versorgung der Treiberspannung Vd von der Spannungsversorgungs-Verdrahtung 54 der n-ten Spalte wird gestoppt. Zu dieser Zeit wird der Transistor 51 erneut in einen nicht-leitenden Zustand gebracht, aber die Spannung an dem Teil-Metallfilm 81 wird von dem Kondensator 52 auf der Treiberspannung Vd gehalten. Ein solcher Betrieb wird für alle die Einheitsregionen 20 sequenziell ausgeführt, und die Treiberschaltung 5 steuert individuell die Treiberspannungen Vd der Vielzahl von Teil-Metallfilmen 81. Somit wird ein gewünschtes Phasenmodulationsmuster auf der Metaoberfläche 3C eingestellt, und die Phase des Laserlichts L1 wird für jede Einheitsregion 20 moduliert.
22 ist eine Draufsicht, welche die Struktur der Treiberschaltung 5 in jeder Einheitsregion 20 zeigt. 23 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie XXIII-XXIII von 22, welche die Querschnittstruktur der Treiberschaltung 5 in jeder Einheitsregion 20 zeigt. Wie in 22 und 23 gezeigt, weist die Treiberschaltung 5 eine Halbleiterschicht 55 eines ersten Leitfähigkeitstyps (zum Beispiel p-Typ) und Isolierschichten 57 und 58 auf, die auf der Halbleiterschicht 55 vorgesehen sind. Die Halbleiterschicht 55 kann selbst ein Halbleitersubstrat sein oder kann ein Halbleiterfilm (ein Einkristallfilm, ein polykristalliner Film oder ein amorpher Film) sein, der auf einem unterschiedlichen Substrat gebildet ist. Eine Oberfläche 55c der Halbleiterschicht 55 (d. h. die Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats oder die Hauptoberfläche des substratähnlichen Elements, das aus einem unterschiedlichen Substrat und einem Halbleiterfilm zusammengesetzt ist) ist mit dem Transistor 51 vorgesehen. Wenn die Halbleiterschicht 55 ein Halbleiterfilm ist, der auf einem unterschiedlichen Substrat gebildet ist, wird der Transistor 51 als Dünnfilmtransistor bezeichnet. Das Halbleitersubstrat, das die Halbleiterschicht 55, oder das substratähnliche Element, das die Halbleiterschicht 55 bildet und aus dem unterschiedlichen Substrat und dem Halbleiterfilm zusammengesetzt ist, sind mit der lichtdurchlässigen Schicht 9B integriert, während die Oberfläche 55c und die Rückoberfläche 9d der lichtdurchlässigen Schicht 9B (siehe 2) veranlasst werden, einander zugewandt zu sein.
Als ein Beispiel besteht die Halbleiterschicht 55 hauptsächlich aus Si, das mit einer Störstelle des ersten Leitfähigkeitstyps (z. B. p-Typ) dotiert ist. In der Halbleiterschicht 55 sind Halbleiterregionen 55a und 55b eines zweiten Leitfähigkeitstyps (z. B. n-Typ) gebildet. Die Halbleiterregionen 55a und 55b bestehen hauptsächlich aus Si, das mit einer Störstelle des zweiten Leitfähigkeitstyps dotiert ist. Die Halbleiterregionen 55a und 55b sind mit einem Intervall voneinander angeordnet und auf der Oberfläche 55c der Halbleiterschicht 55 freigelegt. Die Halbleiterregion 55a ist in ohmschem Kontakt mit einer Source-Elektrode 51b des Transistors 51, der auf der Oberfläche 55c vorgesehen ist. Die Halbleiterregion 55b ist in ohmschem Kontakt mit einer Drain-Elektrode 51c des Transistors 51, der auf der Oberfläche 55c vorgesehen ist. Die Source-Elektrode 51b und die Drain-Elektrode 51c sind mit einem Intervall Seite an Seite auf der Oberfläche 55c angeordnet.
Eine Region auf der Oberfläche 55c, ausgenommen die Source-Elektrode 51b und die Drain-Elektrode 51c, ist mit der Isolierschicht 57 bedeckt. Es ist zu beachten, dass in 22 zum einfachen Verständnis nur notwendige Abschnitte der Isolierschicht 57 gezeigt sind. Die Isolierschicht 57 enthält hauptsächlich eine isolierende Siliziumverbindung wie SiO₂. Eine Gate-Elektrode 51a des Transistors 51 ist auf der Isolierschicht 57 vorgesehen. Die Gate-Elektrode 51a ist über die Isolierschicht 57 hinweg einer Region der Halbleiterschicht 55 zugewandt, die sich zwischen der Halbleiterregion 55a und der Halbleiterregion 55b befindet. Die Gate-Elektrode 51a ist mit der Isolierschicht 58 bedeckt, die auf der Isolierschicht 57 vorgesehen ist. Wie in 23 gezeigt, ist die Isolierschicht 58 ein Schutzfilm, der die gesamte Treiberschaltung 5 schützt. Die Isolierschicht 58 enthält beispielsweise hauptsächlich SiO₂. Der Teil-Metallfilm 81 der Einheitsregion 20 ist auf der Isolierschicht 58 vorgesehen.
Wie in 22 gezeigt, ist die Source- Elektrode 51b mit der Spannungsversorgungs-Verdrahtung 54 verbunden, die auf der Oberfläche 55c vorgesehen ist. Die Gate-Elektrode 51a ist über eine Verdrahtung, die auf der Isolierschicht 57 vorgesehen ist, mit der Gate-Treiber-Verdrahtung 53 verbunden. Wie in 23 gezeigt, ist die Drain-Elektrode 51c über eine Verdrahtung 51d, welche in die Isolierschichten 57 und 58 eindringt, mit dem Teil-Metallfilm 81 verbunden.
Der Kondensator 52 ist aus einem Teil des Teil-Metallfilms 81, der Halbleiterschicht 55 unmittelbar unterhalb des Teil-Metallfilms 81 und einer dielektrischen Schicht 59, die dazwischen eingesetzt ist, zusammengesetzt. Es ist zu beachten, dass die Halbleiterschicht 55 auf ein konstantes Potenzial (z. B. Referenzpotenzial) eingestellt ist. In diesem Fall dient der Teil-Metallfilm 81 auch als eine Elektrode des Kondensators 52, und die Halbleiterschicht 55 dient auch als die andere Elektrode des Kondensators 52. Die dielektrische Schicht 59 ist so vorgesehen, dass sie die Öffnungen einbettet, die in den Isolierschichten 57 und 58 gebildet sind. Die untere Oberfläche der dielektrischen Schicht 59 ist in Kontakt mit der Halbleiterschicht 55, und die obere Oberfläche der dielektrischen Schicht 59 ist in Kontakt mit dem Teil-Metallfilm 81. Die dielektrische Schicht 59 enthält beispielsweise hauptsächlich SiO₂.
24A bis 24E sind Querschnittsansichten, die jeden Schritt in einem Beispiel des Herstellungsverfahrens der Metaoberfläche 3C zeigen. Es ist zu beachten, dass, während 24A bis 24E repräsentativ eine Einheitsregion 20 zeigen, die anderen Einheitsregionen 20 parallel zu der Einheitsregion 20 ebenfalls von dem gleichen Verfahren hergestellt werden. Zunächst wird, wie in 24A gezeigt, die Antriebsschaltung 5 als der erste Schritt vorbereitet. Die Antriebsschaltung 5 wird von einem bekannten Verfahren des Bildens einer Drahtschicht auf einem Substrat hergestellt, das einen Transistor aufweist. Zu dieser Zeit wird der Metallfilm 8B, umfassend die Vielzahl von Teil-Metallfilmen 81 auf der Verdrahtungsschicht auf der Treiberschaltung 5 gebildet. Als Nächstes wird, wie in 24B gezeigt, die transparente leitende Schicht 92 auf dem Metallfilm 8B mittels eines physikalischen Aufdampfverfahrens wie einem SputterVerfahren gebildet. Insbesondere wird in einem Zustand, in dem ein Ziel, das aus einem Material der transparenten leitfähigen Schicht 92 hergestellt ist, in einer Vakuumkammer installiert ist, ein inertes Gas, das von einer hohen Spannung ionisiert wird, dazu gebracht, mit dem Ziel zu kollidieren. Somit wird die transparente leitende Schicht 92 gebildet, indem das Material der transparenten leitfähigen Schicht 92 gestreut wird. Wenn die transparente leitende Schicht 92 aus ITO besteht, ist das Material der dielektrischen Schicht 93 mindestens eines von beispielsweise SiO₂, Al₂O₃ und HfO₂. Nachfolgend wird, wie in 24C gezeigt, die dielektrische Schicht 93 auf der transparenten leitenden Schicht 92 unter Verwendung von beispielsweise einem Atomlagenabscheidungs(Atomic Layer Deposition - ALD)-Verfahren gebildet. Insbesondere wird für jedes Element, das die dielektrische Schicht 93 darstellt, Quellgas einer Filmbildungsvorrichtung (d. h. Bildung eines Films, der beispielsweise eine Dicke von mehreren Angström aufweist, wird wiederholt ausgeführt) zugeführt und von ihr herausgespült. Wenn die dielektrische Schicht 93 aus SiO₂ besteht, ist das Rohmaterial für ALD beispielsweise TDMAS und Sauerstoffplasma. Nachfolgend wird, wie in 24D gezeigt, der Metallfilm 6C, umfassend die Vielzahl von Teil-Metallfilmen 63, auf der dielektrischen Schicht 93 gebildet, indem beispielsweise ein Abhebeverfahren gebildet wird. Insbesondere wird zunächst ein Resist auf die dielektrische Schicht 93 aufgebracht, und eine Vielzahl von Öffnungen entsprechend der Vielzahl von Teil-Metallfilmen 63 werden gebildet. Als Nächstes wird ein Metallfilm (z. B. ein Au-Film) auf die gesamte Oberfläche der dielektrischen Schicht 93, umfassend die Vielzahl von Öffnungen des Resist, aufgedampft. Dann wird, indem der Resist entfernt wird, der Metallfilm, der auf dem Resist aufgedampft ist, entfernt. Durch die obigen Schritte wird die Metaoberfläche 3C der vorliegenden Ausführungsform hergestellt.
Nachfolgend werden, wie in 24E gezeigt, die dielektrische Schicht 93 und die Lichtleitschicht 31, die den Metallfilm 6C bedeckt, auf der gesamten Oberfläche der dielektrischen Schicht 93 beispielsweise durch ein chemisches Aufdampfverfahren (Chemical Vapor Deposition - CVD) gebildet. Insbesondere wird, nachdem die Temperatur und der Druck in der Filmbildungsvorrichtung angepasst worden sind, für jedes Element, das die Lichtleitschicht 31 darstellt, das Quellgas der Filmbildungsvorrichtung zugeführt. Wenn die Lichtleitschicht 31 aus SiO₂ besteht, ist das Rohmaterial für das CVD beispielsweise SiH₄.
Am Ende wird die Oberfläche (Oberfläche 31a) der Lichtleitschicht 31 mittels chemisch-mechanischem Polieren (Chemical Mechanical Polishing - CMP) geebnet. Danach wird die Oberfläche 31a der Lichtleitschicht 31 mit der zweiten Lichtausgangs-Oberfläche 2b des oberflächenemittierenden Laserelements 2A verbunden, das getrennt vorbereitet wird, wodurch die lichtemittierende Einrichtung 1B vervollständigt wird. Beispiele des Verbindungverfahrens zu dieser Zeit umfassen Diffusionsverbinden und Verbinden bei Umgebungstemperatur.
Die Wirkungen, die von der lichtemittierenden Einrichtung 1B der vorliegenden Ausführungsform erhalten werden, werden beschrieben. In der lichtemittierenden Einrichtung 1B der vorliegenden Ausführungsform sind, ähnlich zu der ersten Ausführungsform, die Lichtquelle (das oberflächenemittierende Laserelement 2A) und die Metaoberfläche 3C über die Lichtleitschicht 31 integriert. Daher ist ein optisches System zwischen der reflektierenden Metaoberfläche 3C und der Lichtquelle (oberflächenemittierendes Laserelement 2A) unnötig. Somit kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform das optische System vereinfacht werden.
Die Metaoberfläche 3C umfasst eine MIM-Struktur, in der der Metallfilm 8B als ein Lichtreflexionsvermögen, die lichtdurchlässige Schicht 9B, umfassend die transparente leitende Schicht 92 und die dielektrische Schicht 93, und der Metallfilm 6C, der aus der Vielzahl von Teil-Metallfilmen 63 zusammengesetzt ist, welche die endgültige Breite W5 aufweisen, in dieser Reihenfolge laminiert sind. In diesem Fall umfasst, wie in 18, 19A und 19B gezeigt, die lichtdurchlässige Schicht 9B das Paar von Abschnitten 9f und 9g. Das Paar von Abschnitten 9f und 9g sind an Positionen vorgesehen, die den Teil-Metallfilm 63 einschichten, wenn die Einheitsregion 20 entlang der laminierten Richtung (Z-Achsen-Richtung) gesehen wird, und sind von dem Metallfilm 6C freigelegt. Das Laserlicht L1, das von der Außenseite der Metaoberfläche 3C auf einen Teil 9f (oder 9g) der lichtdurchlässigen Schicht 9B eingegeben wird, wird auf den Metallfilm 8B reflektiert und von dem anderen Teil 9g (oder 9f) der lichtdurchlässigen Schicht 9B zur Außenseite der Metaoberfläche 3C ausgegeben. Zu dieser Zeit werden, wenn die Treiberspannung Vd zwischen dem Teil-Metallfilm 63 und dem Metallfilm 8B angelegt wird, induzierte Ströme in entgegengesetzten Ausrichtungen zueinander, was als Spalt-Oberflächenplasmon bezeichnet wird, sowohl in dem Teil-Metallfilm 63 als auch in dem Metallfilm 8B erzeugt (starke magnetische Resonanz (Plasmonresonanz) wird in der lichtdurchlässigen Schicht 9B erzeugt). Aufgrund dieser Magnetresonanz wird die Phase des Laserlichts L1, das zwischen dem ersten Teil-Metallfilm 63 und dem zweiten Teil-Metallfilm 8B hindurch gelangt, moduliert. Es ist zu beachten, dass der Phasenmodulationsbetrag φ des Laserlichts L1 durch magnetische Resonanz, die Breite w (= W5) des Teil-Metallfilms 63, die Wellenlänge λ₀ des Laserlichts L1 und den effektiven Brechungsindex N_gsp der lichtdurchlässigen Schicht 9B durch den obigen Ausdruck (1) ausgedrückt wird.
Wie von dem oben beschriebenen Ausdruck (1) deutlich wird, hängt der Phasenmodulationsbetrag φ von dem effektiven Brechungsindex N_gsp der lichtdurchlässigen Schicht 9B ab. Dann kann der effektive Brechungsindex N_gsp gesteuert werden, indem die Treiberspannung Vd geändert wird, die zwischen dem Teil-Metallfilm 63 und dem Metallfilm 8B angelegt wird. Dies hat folgenden Grund: Wenn die Treiberspannung Vd zwischen dem Teil-Metallfilm 63 und dem Metallfilm 8B angelegt wird, wie in 25 gezeigt, erhöht das elektrische Feld zwischen dem Teil-Metallfilm 63 und dem Metallfilm 8B die Elektronendichte in der Nähe der Schnittstelle der transparenten leitenden Schicht 92 mit der dielektrischen Schicht 93. Folglich ändert sich ein Abschnitt der transparenten leitenden Schicht 92 in der Nähe der Schnittstelle zu einer metallisierten Schicht 92a. Da diese Schicht 92a mit dem Laserlicht L1 reagiert, ändert sich der effektive Brechungsindex N_gsp der lichtdurchlässigen Schicht 9B.
Ferner umfasst in der Metaoberfläche 3C der vorliegenden Ausführungsform der Metallfilm 8B die Vielzahl von Teil-Metallfilmen 81, die für jede Einheitsregion 20 vorgesehen sind, in einem Zustand, in dem sie voneinander getrennt sind, und die Treiberschaltung 5 steuert individuell die Treiberspannungen Vd der Vielzahl von Teil-Metallfilmen 81. Aufgrund dessen kann, wie in 25 gezeigt, die Dicke der metallisierten Schicht 92a in der transparenten leitenden Schicht 92 unabhängig für jede Einheitsregion 20 gesteuert werden (Phasenmodulation unabhängig für jede Einheitsregion 20 wird möglich). Das heißt, gemäß der Metaoberfläche 3C der vorliegenden Ausführungsform wird dynamische Phasenmodulation für jede Einheitsregion 20 möglich, die ein zweidimensionales Array darstellt.
Außerdem kann in der vorliegenden Ausführungsform die Metaoberfläche 3C der vorliegenden Ausführungsform so ausgestaltet sein, dass sie im Vergleich zu dem diffraktiven optischen Element extrem dünn ist (siehe 14A und 14B). Daher kann die vorliegende Ausführungsform zur Miniaturisierung der lichtemittierenden Einrichtung 1B, umfassend die Metaoberfläche 3C, beitragen.
Wie in der vorliegenden Ausführungsform kann die Treiberschaltung 5 eine Vielzahl von Spannungshalteabschnitten (Kondensatoren 52) aufweisen, welche die Spannung für jeden Teil-Metallfilm 81 halten. Dies erlaubt, dass das Potenzial sequenziell für jeden Teil-Metallfilm 81 eingestellt wird, und somit die Ausgestaltung der Treiberschaltung 5 vereinfacht werden kann. In diesem Fall können die Vielzahl von Spannungshalteabschnitten Kondensatoren 52 sein, die den Metallfilm 8B als eine Elektrode aufweisen. Dies erlaubt, dass der Spannungshalteabschnitt von einer einfachen Ausgestaltung realisiert wird.
Wie in der vorliegenden Ausführungsform kann sich die dielektrische Schicht 93 auf der Seite der Hauptoberfläche 9c in Bezug auf die transparente leitende Schicht 92 befinden. Dies verursacht, dass eine akkumulierte Schicht gebildet wird, welche die Form der Metallstruktur, die auf der oberen Seite vorgesehen ist, reflektiert, und somit wird erwartet, dass sich die Elektronenkonzentration erhöht.
Wie in der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Treiberschaltung 5 die Vielzahl von Transistoren 51, die für jede Einheitsregion 20 vorgesehen sind. Die Metaoberfläche 3C umfasst das Substrat, das die Vielzahl von Transistoren 51 auf seiner Hauptoberfläche aufweist, und das Substrat kann mit der lichtdurchlässigen Schicht 9B integriert sein, während die Hauptoberfläche und die Rückoberfläche 9d davon einander zugewandt sind. Dies ermöglicht es, eine klein bemessene, reflektierende, dynamische Metaoberfläche mit einer integrierten Treiberschaltung vorzusehen.
Wie in der vorliegenden Ausführungsform kann die Treiberschaltung 5 den Metallfilm 6C auf das Referenzpotenzial einstellen, und der Metallfilm 6C kann sich über zwei oder mehr Einheitsregionen 20 erstrecken, die Seite an Seite in einer Richtung angeordnet sind, welche die Array-Richtung des Paares von Abschnitten 9f und 9g schneidet. Dies ermöglicht es, den Metallfilm 6C einfach auf das Referenzpotenzial einzustellen, während die Versperrung der Pfade des Laserlichts L1 und des Ausgangslichts von der Verdrahtung zum Vorsehen des Metallfilms 6C mit dem Referenzpotenzial unterdrückt wird. Daher wird es für die einfache Struktur möglich, eine Verminderung des Ausgangswirkungsgrads der Metaoberfläche 3C zu unterdrücken.
Wie in der vorliegenden Ausführungsform kann die dielektrische Schicht 93 mindestens eines von Al₂O₃, SiO₂ und/oder MgF₂ umfassen. Dies ermöglicht, dass die oben beschriebene dielektrische Schicht 93 bevorzugt realisiert werden kann.
Wie in der vorliegenden Ausführungsform kann die transparente leitende Schicht 92 mindestens eines von In₂O₃ und/oder Zn₂O₃ umfassen, dessen/deren Widerstand von einem Dotierstoff vermindert wird. Dies erlaubt, dass bevorzugt der Betrieb der oben beschriebenen transparenten leitenden Schicht 92 erzielt wird.
(Zweites abgewandeltes Beispiel)
Anstatt der Vielzahl von Einheitsregionen 20, die in 8 gezeigt sind, können eine Vielzahl (N) von Einheitsregionen (Pixel) 21, die in 15 gezeigt sind, auf der Hauptoberfläche 3a der Metaoberfläche 3C gemäß dem zweiten abgewandelten Beispiel gebildet sein. Die Vielzahl von Einheitsregionen 21 stellen ein eindimensionales Array entlang der X-Achsen-Richtung dar. Die planare Form jeder Einheitsregion 21 ist rechtwinklig (z. B. eine rechtwinklige Form, deren Längsrichtung die Y-Achsen-Richtung ist und sich mit der Array-Richtung schneidet). Eine Breite W4 jeder Einheitsregion 21 entlang der X-Achsen-Richtung ist die gleiche, wie die Länge W1 einer Seite der Einheitsregion 20 der zweiten Ausführungsform. Die Querschnittstruktur der Metaoberfläche des vorliegenden abgewandelten Beispiels ist die gleiche, wie die der zweiten Ausführungsform (siehe 18).
26A ist eine Ansicht, welche die planare Form des Metallfilms 6C des vorliegenden abgewandelten Beispiels zeigt. Der Metallfilm 6C ist auf der Hauptoberfläche 9c der lichtdurchlässigen Schicht 9B vorgesehen, und umfasst, ähnlich zur zweiten Ausführungsform, die Vielzahl von Teil-Metallfilmen 63. Die Vielzahl von Teil-Metallfilmen 63 sind entlang der X-Achsen-Richtung in einem Zustand angeordnet, in dem Sie voneinander getrennt sind. Die planare Form jedes Teil-Metallfilms 63 ist rechtwinklig (zum Beispiel eine rechtwinklige Form, deren Längsrichtung die Y-Achsen-Richtung ist). In der vorliegenden Ausführungsform ist jedoch, da die Einheitsregion 21 auch eine rechtwinklige Form ist, deren Längsrichtung die Y-Achsen-Richtung ist, jeder Teil-Metallfilm 63 für jede Einheitsregion 21 vorgesehen und befindet sich in jeder Einheitsregion 21. Die Breite W5 des Teil-Metallfilms 63 entlang der X-Achsen-Richtung ist die gleiche, wie die der zweiten Ausführungsform. Auch in dem vorliegenden abgewandelten Beispiel ist die Breite W5 des Teil-Metallfilms 63 kleiner als die Breite W4 der Einheitsregion 21. Dann wird der Teil-Metallfilm 63 an dem im Wesentlichen Mittelabschnitt der Einheitsregion 21 in Bezug auf jeweils die X-Achsen-Richtung angebracht. Daher umfasst die lichtdurchlässige Schicht 9B das Paar von Abschnitten 9f und 9g in jeder Einheitsregion 21.
26B ist eine Ansicht, welche die planare Form des Metallfilms 8C zeigt. Die Metaoberfläche des vorliegenden abgewandelten Beispiels umfasst den Metallfilm 8C anstatt des Metallfilms 8B der zweiten Ausführungsform. Der Metallfilm 8C ist der zweite Metallfilm in dem vorliegenden abgewandelten Beispiel. Die Ausgestaltung des Metallfilms 8C ist die gleiche, wie die des Metallfilms 8B der zweiten Ausführungsform, ausgenommen der nachfolgenden Punkte. Das heißt, der Metallfilm 8C des vorliegenden abgewandelten Beispiels umfasst die Vielzahl von Teil-Metallfilmen 82. Die Vielzahl von Teil-Metallfilmen 82 sind entlang der X-Achsen-Richtung in einem Zustand angeordnet, in dem Sie voneinander getrennt sind. Die planare Form jedes Teil-Metallfilms 82 ist rechtwinklig (zum Beispiel eine rechtwinklige Form, deren Längsrichtung die Y-Achsen-Richtung ist). Jeder Teil-Metallfilm 82 ist für jede Einheitsregion 21 vorgesehen und befindet sich in jeder Einheitsregion 21. Es ist zu beachten, dass eine Breite W7 jedes Teil-Metallfilms 82 entlang der X-Achsen-Richtung (kurze Richtung) gleich ist wie die Länge W6 einer Seite des Teil-Metallfilms 81 der zweiten Ausführungsform.
27 ist eine Ansicht, welche die Ausgestaltung der Treiberschaltung 5A zeigt. Die Metaoberfläche des vorliegenden abgewandelten Beispiels umfasst eine Treiberschaltung 5A anstatt der Treiberschaltung 5 der zweiten Ausführungsform. Die Treiberschaltung 5A des vorliegenden abgewandelten Beispiels weist eine Gate-Treiber-Verdrahtung 53 und N Spannungsversorgungs-Verdrahtungen 54 auf. Die Gate-Treiber-Verdrahtung 53 erstreckt sich entlang der Array-Richtung (X-Achsen-Richtung) der Einheitsregion 21. Die N Spannungsversorgungs-Verdrahtungen 54 erstrecken sich jeweils entlang einer Richtung (Y-Achsen-Richtung), welche die Array-Richtung der Einheitsregionen 21 schneidet, und sind jeweils entlang der X-Achsen-Richtung angeordnet. Die Gate-Treiber-Verdrahtung 53 ist elektrisch mit einem Steueranschluss (Gate) des Transistors 51 verbunden, der für jede Einheitsregion 21 vorgesehen ist. Die Spannungsversorgungs-Verdrahtung 54 der n-ten Spalte (n = 1, 2, ..., N) ist elektrisch mit einem Stromanschluss (z. B. Source) des Transistors 51 verbunden, der in der Einheitsregion 21 vorgesehen ist, die sich in der n-ten Spalte befindet. Der andere Stromanschluss (z. B. Drain) des Transistors 51 ist elektrisch mit dem Teil-Metallfilm 82 der Einheitsregion 21 über die Verdrahtung in der Einheitsregion 21 verbunden.
Die Treiberschaltung 5A weist ferner die Vielzahl von Kondensatoren 52 auf, die für jede Einheitsregion 21 vorgesehen sind. Der Kondensator 52 ist ein Beispiel eines Spannungshalteabschnitts in dem vorliegenden abgewandelten Beispiel und hält für jede Einheitsregion 21 eine Spannung, die an den Teil-Metallfilm 82 der Einheitsregion 21 angelegt ist. Es ist zu beachten, dass die spezifische Ausgestaltung des Kondensators 52 die gleiche ist, wie die der zuvor beschriebenen Ausführungsform.
Wie in dem vorliegenden abgewandelten Beispiel kann die Vielzahl von Einheitsregionen ein eindimensionales Array darstellen. Sogar in einem solchen Fall können die gleichen Wirkungen wie die der zweiten Ausführungsform erzielt werden.
(Drittes abgewandeltes Beispiel)
28 ist eine Ansicht, welche die Querschnittstruktur der Metaoberfläche 3D gemäß einem abgewandelten Beispiel der zweiten Ausführungsform zeigt. In dem vorliegenden abgewandelten Beispiel ist eine Leerstelle 94 zwischen den lichtdurchlässigen Schichten 9B der Einheitsregionen 20 (oder 21), die benachbart zueinander sind, vorgesehen, und die lichtdurchlässigen Schichten 9B der Einheitsregion 20 (oder 21) sind räumlich voneinander getrennt. Die Leerstelle 94 ist vorgesehen, um die transparenten leitenden Schichten 92 in den Einheitsregionen 20 (oder 21), die benachbart zueinander sind, elektrisch zu trennen. Somit ist es möglich, wenn die Treiberspannung Vd zwischen dem Teil-Metallfilm 81 (82) und dem Metallfilm 6C in einer bestimmten Einheitsregion 20 (oder 21) angelegt wird, zu verhindern, dass Elektronen von der transparenten leitenden Schicht 92 in die benachbarte Einheitsregion 20 (oder 21) streuen. Daher ist es möglich, die Kreuzkopplung zwischen den Einheitsregionen 20 (oder 21), die benachbart zueinander sind, zu vermindern. Es ist zu beachten, dass, wenn die Leerstelle 94 gebildet wird, zu bevorzugen ist, dass eine Maske, die eine Öffnung entsprechend der Leerstelle 94 aufweist, auf der lichtdurchlässigen Schicht 9B gebildet wird, und die lichtdurchlässige Schicht 9B durch die Maske geätzt wird.
29 ist eine Ansicht, welche die Querschnittstruktur der Metaoberfläche 3E gemäß einem abgewandelten Beispiel zeigt. In diesem Beispiel ist anstatt der zuvor beschriebenen Leerstelle 94 ein Isolierabschnitt 95 zwischen den lichtdurchlässigen Schichten 9B in den Einheitsregionen 20 (oder 21), die benachbart zueinander sind, vorgesehen. Der Isolierabschnitt 95 enthält hauptsächlich ein isolierendes Material wie SiO₂. Sogar mit einer solchen Ausgestaltung ist es möglich, die Kreuzkopplung zwischen den Einheitsregionen 20 (oder 21), die benachbart zueinander sind, zu vermindern. Es ist zu beachten, dass, nachdem die oben beschriebene Leerstelle 94 auf der lichtdurchlässigen Schicht 9B gebildet ist, der Isolierabschnitt 95 bevorzugt gebildet wird, indem die Leerstelle 94 mit einem Isoliermaterial eingebettet wird.
(Dritte Ausführungsform)
In den zuvor beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsformen sind die Erklärungen in Bezug auf den Fall erfolgt, in dem die lichtemittierende Einrichtung 1A das oberflächenemittierende Laserelement 2A, das ein PCSEL ist, umfasst. Die lichtemittierende Einrichtung kann jedoch verschiedene andere oberflächenemittierende Laserelemente als das PCSEL umfassen. Beispielsweise ist ein oberflächenemittierendes Laserelement untersucht worden, das ein beliebiges optisches Bild ausgibt, indem ein Phasenspektrum und ein Intensitätsspektrum von Licht gesteuert werden, das von einer Vielzahl von lichtemittierenden Punkten ausgegeben wird, die ein zweidimensionales Array darstellen. Ein solches oberflächenemittierendes Laserelement wird als statisch integrierbarer Phasenmodulations(Static-integrable Phase Modulating - S-iPM)-Laser bezeichnet und gibt ein zweidimensionales optisches Bild einer beliebigen Form, umfassend eine Normalenrichtung der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats und eine Neigungsrichtung, welche die Normalenrichtung schneidet, aus.
30 ist eine Draufsicht einer Phasenmodulationsschicht 15B, die in dem S-iPM-Laser umfasst ist. Das oberflächenemittierende Laserelement 2A jeder zuvor beschriebenen Ausführungsform kann die Phasenmodulationsschicht 15B, die in 30 gezeigt ist, anstatt der photonischen Kristallschicht 15A (siehe 4) aufweisen. Somit kann das oberflächenemittierende Laserelement 2A ein S-iPM-Laser sein. Es ist zu beachten, dass das oberflächenemittierende Laserelement 2A die gleiche Ausgestaltung aufweist, wie die der ersten Ausführungsform, ausgenommen die Phasenmodulationsschicht 15B, und somit wird eine ausführliche Beschreibung davon weggelassen.
30 ist eine Draufsicht der Phasenmodulationsschicht 15B und ist eine Ansicht zum Erklären eines Beispiels eines Anordnungsmusters (Rotationsverfahren) einer Region mit modifiziertem Brechungsindex. Die Phasenmodulationsschicht 15B umfasst die Basisschicht 15a, die aus dem ersten Brechungsindexmedium besteht, und die Region 15b mit modifiziertem Brechungsindex, die aus dem zweiten Brechungsindexmedium besteht, das einen unterschiedlichen Brechungsindex als den des ersten Brechungsindexmediums aufweist. Hier ist ein imaginäres quadratisches Gitter auf einer Konstruktionsebene (Referenzebene) der Phasenmodulationsschicht 15B eingestellt, die mit der X-Y-Ebene übereinstimmt. Es wird angenommen, dass eine Seite des quadratischen Gitters parallel zur X-Achse ist, und die andere Seite parallel zur Y-Achse ist. Zu diesem Zeitpunkt kann eine quadratisch geformte eine Einheit darstellende Region R, die auf einem Gitterpunkt O des quadratischen Gitters zentriert ist, zweidimensional über eine Vielzahl von Spalten entlang der X-Achse und eine Vielzahl von Reihen entlang der Y-Achse eingestellt werden. Jede der Vielzahl von Regionen 15b mit modifiziertem Brechungsindex ist in jeder eine Einheit darstellenden Region R auf Eins-zu-Eins-Basis vorgesehen. Die planare Form der Region 15b mit modifiziertem Brechungsindex ist beispielsweise kreisförmig. In jeder eine Einheit darstellenden Region R ist der Schwerpunkt G der Region 15b mit modifiziertem Brechungsindex entfernt von dem Gitterpunkt (Mitte der eine Einheit darstellenden Region R) O angeordnet, der am Nächsten dazu ist.
Insbesondere in 30 geben Strichlinien, die von x0 bis x3 angegeben sind, Mittelpositionen in der die Region R darstellenden Einheit in der X-Achsen-Richtung an, und Strichlinien, die von y0 bis y2 angegeben werden, geben Mittelpositionen in der die Region R darstellenden Einheit in der Y-Achsen-Richtung an. Daher geben die Schnittpunkte der Strichlinien x0 bis x3 und der Strichlinien y0 bis y2 die jeweiligen Mitten O (0, 0) bis O (3, 2) der die Regionen R (0, 0) bis R (3, 2) darstellenden Einheit, das heißt, die Gitterpunkte an. Die Gitterkonstante dieses imaginären quadratischen Gitters ist a. Es ist zu beachten, dass die Gitterkonstante a gemäß der Emissionswellenlänge angepasst wird.
Das Anordnungsmuster der Region 15b mit modifiziertem Brechungsindex wird gemäß einer Zielstrahl-Projektionsregion und einem Zielausgangsstrahlmuster bestimmt. Das heißt, auf der Konstruktionsebene der Phasenmodulationsschicht 15B, die auf der X-Y-Ebene definiert ist, wird die Richtung, in der der Schwerpunkt G jeder Region 15b mit modifiziertem Brechungsindex von jedem Gitterpunkt verschoben wird (Schnittstelle der Strichlinien x0 bis x3 mit den Strichlinien y0 bis y2) in dem imaginären quadratischen Gitter auf der Basisschicht 15a gemäß der Phase bestimmt, die durch inverse Fourier-Transformation des Originalmusters entsprechend der Zielstrahl-Projektionsregion und dem Zielausgangs-Strahlmuster erhalten wird, wobei das Anordnungsmuster bestimmt wird. Obgleich ein Abstand r (siehe 31), der von einem Gitterpunkt verschoben ist, für gewöhnlich identisch über alle Phasenmodulationsregionen und alle Regionen mit modifiziertem Brechungsindex gemacht ist, kann der Abstand r in einigen Phasenmodulationsregionen einen Wert aufweisen, der sich von dem Abstand r in anderen Phasenmodulationsregionen unterscheidet, oder der Abstand r in einigen Regionen mit modifiziertem Brechungsindex kann einen Wert aufweisen, der sich im Abstand r in anderen Regionen mit modifiziertem Brechungsindex unterscheidet. Es ist zu beachten, dass 31 eine Ansicht zum Erklären eines Beispiels des Anordnungsmusters (Rotationsverfahren) ist, das von einem Rotationsverfahren bestimmt wird, und 31 die Ausgestaltung der eine Einheit darstellenden Region R (x, y) zeigt, und der Abstand r von dem Gitterpunkt zu der Region 15b mit modifiziertem Brechungsindex von r (x, y) dargestellt wird.
Wie in 31 gezeigt, sind die eine Einheit darstellenden Regionen R (x, y), welche das quadratische Gitter bilden, von einer s-Achse und einer t-Achse definiert, die an dem Gitterpunkt O (x, y) orthogonal zu einander sind. Es ist zu beachten, dass die s-Achse eine Achse ist, die parallel zur X-Achse ist und den Strichlinien x0 bis x3 entspricht, die in 30 gezeigt sind. Die t-Achse ist eine Achse, die parallel zur Y-Achse ist und den Strichlinien y0 bis y2 entspricht, die in 30 gezeigt sind. In einer s-t-Ebene, welche auf diese Weise die eine Einheit darstellende Region R (x, y) definiert, ist der Winkel, der von der Richtung des Gitterpunkts O (x, y) hin zu dem Schwerpunkt G und der s-Achse gebildet wird, von φ (x, y) gegeben. Wenn der Rotationswinkel φ (x, y) 0° ist, stimmt die Richtung des Vektors von dem Gitterpunkt O (x, y) zum Schwerpunkt G mit der positiven Richtung der s-Achse überein. Die Länge (entspricht dem Abstand r) des Vektors von dem Gitterpunkt O (x, y) zum Schwerpunkt G ist von r (x, y) gegeben.
Wie in 30 gezeigt, wird in der Phasenmodulationsschicht 15B der Rotationswinkel φ (x, y) um den Gitterpunkt O (x, y) des Schwerpunkts G der Region 15b mit modifiziertem Brechungsindex unabhängig für jede eine Einheit darstellende Region R gemäß dem Zielausgangs-Strahlmuster (optischen Bild) eingestellt. Der Rotationswinkel φ (x, y) weist einen spezifischen Wert in der eine Einheit darstellenden Region R (x, y) auf, wird aber nicht notwendiger Weise von einer spezifischen Funktion ausgedrückt. Das heißt, der Rotationswinkel φ (x, y) wird von dem Phasenterm der komplexen Amplitude bestimmt, die erhalten wird, indem das Ausgangsstrahlmuster auf den Wellenzahlraum konvertiert wird und eine zweidimensionale inverse diskrete Fourier-Transformation an einem bestimmten Wellenzahlbereich in dem Wellenzahlraum ausgeführt wird. Es ist zu beachten, dass wenn die komplexe Amplitudenverteilung (komplexe Amplitude jeder eine Einheit darstellenden Region R) von dem Zielausgangs-Strahlmuster erhalten wird, die Reproduzierbarkeit des Zielausgangs-Strahlmusters verbessert wird, indem ein Wiederholungsalgorithmus wie das Gerchberg-Saxton (GS)-Verfahren angewandt wird, das im Allgemeinen zur Zeit der Berechnung der Hologrammerzeugung verwendet wird.
In der vorliegenden Ausführungsform wird das Laserlicht, das von der aktiven Schicht 12 ausgegeben wird, in die Phasenmodulationsschicht 15B eingegeben und bildet eine vorbestimmte Mode gemäß der Gitterstruktur der Phasenmodulationsschicht 15B. Das Laserlicht L1, das in der Phasenmodulationsschicht 15B gestreut und ausgegeben wird, wird auf einer beliebigen der Metaoberflächen 3A bis 3E reflektiert und von der ersten Lichtausgangs-Oberfläche 2a zur Außenseite ausgegeben. Zu dieser Zeit wird das Licht nullter Ordnung zur Normalenrichtung der Hauptoberfläche 10a ausgegeben. Andererseits werden das Licht +1. Ordnung und das Licht -1. Ordnung in einer beliebigen zweidimensionalen Richtung, umfassend die Normalenrichtung der Hauptoberfläche 10a und eine Neigungsrichtung, welche die Normalenrichtung schneidet, ausgegeben.
32 ist eine Ansicht zum Erklären der Beziehung zwischen einem Ausgangsstrahlmuster (optisches Bild) des oberflächenemittierenden Laserelements gemäß der vorliegenden Ausführungsform und der Verteilung des Rotationswinkels φ (x, y) auf der Phasenmodulationsschicht 15B. Insbesondere wird eine Kx-Ky-Ebene betrachtet, die erhalten wird, indem die Strahlprojektionsregion (Installationsoberfläche eines optischen Konstruktionsbilds, das durch die Koordinaten (x, y, z) in einem orthogonalen XYZ-Koordinatensystem ausgedrückt) konvertiert wird, welche der Projektionsbereich des Ausgangsstrahlmusters ist, auf dem der Wellenzahlraum betrachtet wird. Eine Kx-Achse und eine Ky-Achse, welche die Kx-Ky-Ebene definieren, sind orthogonal zueinander und sind jeweils mit einem Winkel in Bezug auf die Normalenrichtung der Lichtausgangs-Oberfläche zugeordnet, wenn die Ausgangsrichtung des Zielausgangs-Strahlmusters gemäß den nachfolgend ausführlich beschriebenen Ausdrücken (2) bis (6) von der Normalenrichtung (Z-Achsen-Richtung) der Lichtausgangs-Oberfläche zur Lichtausgangs-Oberfläche verschoben wird.
Zunächst wird angenommen, dass in dem orthogonalen XYZ-Koordinatensystem, das von der Z-Achse definiert wird, die mit der Normalenrichtung der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats übereinstimmt, und der X-Y-Ebene, die mit einer Oberfläche der Phasenmodulationsschicht, umfassend die Vielzahl von Regionen mit modifiziertem Brechungsindex, und umfassend die X-Achse und die Y-Achse, die orthogonal zueinander sind, übereinstimmt, ein imaginäres quadratisches Gitter, das aus M1 (ganze Zahl gleich oder größer als 1) x N1 (ganze Zahl gleich oder größer als 1) eine Einheit darstellenden Regionen R zusammengesetzt ist, die jeweils eine quadratische Form aufweisen, auf der X-Y-Ebene eingestellt wird. Zu diesem Zeitpunkt wird das Anordnungsmuster der Vielzahl von Regionen mit modifiziertem Brechungsindex so definiert, dass in der die Einheit darstellenden Region R (x, y) auf der X-Y Ebene, die von einer Koordinatenkomponente x (ganze Zahl oder von 0 bis einschließlich M1-1) spezifiziert wird, in der X-Achsen-Richtung und einer Koordinatenkomponente y (ganze Zahl von 0 bis N1-1) in der Y-Achsen-Richtung der Schwerpunkt G der Region mit modifiziertem Brechungsindex, der sich in der eine Einheit darstellenden Region R (x, y) befindet, um den Abstand r von dem Gitterpunkt O (x, y) entfernt ist, der als die Mitte der eine Einheit darstellenden Region R (x, y) dient, und der Vektor von dem Gitterpunkt O (x, y) hin zu dem Schwerpunkt G wird in eine spezifische Richtung geleitet.
Ferner wird angenommen, dass Koordinaten (ξ, η, ζ) in dem orthogonalen XYZ-Koordinatensystem die Beziehung erfüllen, die durch die folgenden Ausdrücke (2) bis (4) in Bezug auf sphärische Koordinaten (d1, θ_neig, θ_rot) gezeigt sind, die von einer Länge d1 eines sich bewegenden Radius, einem Neigungswinkel θ_neig von der Z-Achse, und einem Rotationswinkel θ_rot von der X-Achse, die auf der X-Y-Ebene spezifiziert ist, definiert sind, wie in 37 gezeigt. Es ist zu beachten, dass 37 eine Ansicht zum Erklären von Koordinatentransformation von den sphärischen Koordinaten (d1, θ_neig, θ_rot) zu den Koordinaten (ξ, η, ζ) in dem orthogonalen XYZ-Koordinatensystem ist, in dem die Koordinaten (ξ, η, ζ) ein optisches Konstruktionsbild zu einer vorbestimmten Ebene (Zielstrahl-Projektionsregion) ausdrücken, die in dem orthogonalen XYZ-Koordinatensystem eingestellt ist, welches ein realer Raum ist. Wenn das Ausgangsstrahlmuster, das dem optischen Bild entspricht, ein Satz von hellen Flecken ist, die auf die Richtung gerichtet sind, die von den Winkeln θ_nelg und θ_rot definiert ist, wird angenommen, dass die Winkel _neig und O_rot in den Koordinatenwert k_x auf der Kx-Achse konvertiert werden, der eine normalisierte Wellenzahl ist, die durch den folgenden Ausdruck (5) definiert ist und der X-Achse entspricht, und der Koordinatenwert k_y auf der Ky-Achse, der eine normalisierte Wellenzahl ist, die durch den folgenden Ausdruck (6) definiert ist, entspricht der Y-Achse und ist orthogonal zu der Kx-Achse. Die normalisierte Wellenzahl bedeutet eine Wellenzahl, die mit der Wellenzahl normalisiert ist, die der Gitterbeanstandung eines imaginären quadratischen Gitters von 1,0 entspricht. Zu dieser Zeit ist in dem Wellenzahlraum, der von der Kx-Achse und der Ky-Achse definiert ist, ein spezifischer Wellenzahlbereich, umfassend das Ausgangsstrahlmuster entsprechend einem optischen Bild, aus M2 (ganze Zahl gleich oder größer als 1) × N2 (ganze Zahl gleich oder größer als 1) Bildregionen FR zusammengesetzt, die jeweils eine quadratische Form aufweisen. Es ist zu beachten, dass die ganze Zahl M2 nicht notwendigerweise mit der ganzen Zahl M1 übereinstimmt. Ähnlich stimmt die ganze Zahl N2 ebenfalls nicht notwendigerweise mit der ganzen Zahl N1 überein. Die Ausdrücke (5) und (6) sind beispielsweise in der oben erwähnten Nicht-Patentliteratur 2 offenbart. $ξ = d 1 sin θ_{n e i g} cos θ_{r o t}$
$η = d 1 sin θ_{n e i g} sin θ_{r o t}$
$ζ = d 1 cos θ_{n e i g}$
$k_{x} = \frac{a}{λ} sin θ_{n e i g} cos θ_{r o t}$
$k_{y} = \frac{a}{λ} sin θ_{n e i g} sin θ_{r o t}$

a: Gitterkonstante des imaginären quadratischen Gitters
b: Oszillationswellenlänge

Auf der Kx-Ky-Ebene wird angenommen, dass eine spezifische Region, umfassend das Zielausgangs-Strahlmuster aus den M2 (ganze Zahl gleich oder größer als 1) x N2 (ganze Zahl gleich oder größer als 1) Bildregionen FR zusammengesetzt ist, die jeweils eine quadratische Form aufweisen. Es wird angenommen, dass ein imaginäres quadratisches Gitter, das auf der X-Y-Ebene eingestellt ist, die mit der Konstruktionsebene (Referenzebene) der Phasenmodulationsschicht übereinstimmt, von den M1 (ganze Zahl gleich oder größer als 1) x N1 (ganze Zahl gleich oder größer als 1) eine Einheit darstellenden Regionen R zusammengesetzt ist. Es ist zu beachten, dass die ganze Zahl M2 nicht notwendigerweise mit der ganzen Zahl M1 übereinstimmt. Ähnlich stimmt die ganze Zahl N2 ebenfalls nicht notwendigerweise mit der ganzen Zahl N1 überein. Zu dieser Zeit wird eine komplexe Amplitude F (x, y) in der eine Einheit darstellenden Region R (x, y), in der jede Bildregion FR (k_x, k_y) in der Kx-Ky-Ebene, die von einer Koordinatenkomponente k_x (ganze Zahl von 0 bis M2-1) in der Kx-Achsen-Richtung und einer Koordinatenkomponente k_y (ganze Zahl von 0 bis N2-1) spezifiziert wird, in der Ky-Achsen-Richtung der zweidimensionalen inversen diskreten Fourier-Transformation in die eine Einheit darstellende Region R (x, y) unterzogen, die von der Koordinatenkomponente x (ganze Zahl von 0 bis M1-1) in der X-Achsen-Richtung und der Koordinatenkomponente y (ganze Zahl von 0 bis N1-1) in der Y-Achsen-Richtung durch den folgenden Ausdruck (7) gegeben ist, wobei j eine imaginäre Einheit ist. $F (x, y) = \sum_{k_{x} = 0}^{M 2 - 1} \sum_{k_{y} = 0}^{M 2 - 1} F R (k_{x}, k_{y}) exp [j 2 π (\frac{k_{x} x}{M 2} + \frac{k_{y} y}{N 2})]$
Wenn der Amplitudenterm A (x, y) ist und der Phasenterm P (x, y) ist, ist in der eine Einheit darstellenden Region R (x, y) die komplexe Amplitude F (x, y) durch folgenden Ausdruck definiert (8). $F (x, y) = A (x, y) \times exp [j P (x, y)]$
Wie in 32 gezeigt, entspricht in dem Bereich der Koordinatenkomponenten x = 0 bis M1-1 und y = 0 bis N1-1, die Verteilung des Amplitudenterms A (x, y) in der komplexen Amplitude F (x, y) der eine Einheit darstellenden Region R (x, y) der Intensitätsverteilung auf der X-Y Ebene. In dem Bereich von x = 0 bis M1-1, y = 0 bis N1-1 entspricht die Verteilung des Phasenterms P (x, y) in der komplexen Amplitude F (x, y) der eine Region R darstellenden Einheit R (x, y) der Phasenverteilung auf der X-Y-Ebene. Der Rotationswinkel φ (x, y) in der eine Einheit darstellenden Region R (x, y) wird von P (x, y) wie später beschrieben erhalten, und die Verteilung des Rotationswinkels φ (x, y) der eine Einheit darstellenden Region R (x, y) entspricht der Rotationswinkelverteilung auf der X-Y-Ebene in dem Bereich der Koordinatenkomponenten x = 0 bis M1-1 und y = 0 bis N1-1.
Es ist zu beachten, dass sich eine Mitte Q des Ausgangsstrahlmusters auf der Kx-Ky-Ebene auf einer Achse senkrecht zu einer ersten Oberfläche 100a befindet, und 32 zeigt vier Quadranten mit der Mitte Q als Ursprung. 32 zeigt einen Fall, in dem optische Bilder in dem ersten Quadranten und dem dritten Quadranten erhalten werden, aber Bilder können in dem zweiten Quadranten und dem vierten Quadranten für alle Quadranten erhalten werden. In der vorliegenden Ausführungsform wird, wie in 32 gezeigt, ein Muster erhalten, das Punktsymmetrisch in Bezug auf den Ursprung ist. 32 zeigt als ein Beispiel einen Fall, in dem das Zeichen „A“ in dem dritten Quadranten erhalten wird, und ein Muster, mit dem Zeichen „A“, das um 180° gedreht, in dem ersten Quadranten erhalten wird. Es ist zu beachten, dass in dem Fall eines rotationssymmetrischen optischen Bilds (zum Beispiel Kreuz, Kreis, Doppelkreis und so weiter) sie als ein optisches Bild betrachtet werden, wo sie überlappen.
Das Ausgangsstrahlmuster (optisches Bild) von dem oberflächenemittierenden Laserelement in der vorliegenden Ausführungsform ist ein optisches Bild entsprechend einem optischen Konstruktionsbild (Originalbild), das von mindestens einem, einem Fleck, einer Gruppe von drei oder mehr Flecken, einer Geraden, einem Kreuz, einer Strichzeichnung, einem Gittermuster, einer Fotografie, einem Streifenmuster, Computergrafik (CG) und/oder einem Zeichen ausgedrückt wird. Hier wird, um das Zielausgangs-Strahlmuster zu erhalten, der Rotationswinkel φ (x, y) der Region 15b mit modifiziertem Brechungsindex in der eine Einheit darstellenden Region R (x, y) mittels des folgenden Verfahrens bestimmt.
In der eine Einheit darstellenden Region R (x, y) ist, wie oben beschrieben, der Schwerpunkt G der Region 15b mit modifiziertem Brechungsindex in einem Zustand angebracht, in dem er um den Abstand r (Wert von r (x, y)) entfernt von dem Gitterpunkt O (x, y) ist. Zu dieser Zeit ist, in der eine Einheit darstellenden Region R (x, y) die Region 15b mit modifiziertem Brechungsindex so angebracht, dass der Rotationswinkel φ (x, y) die folgende Beziehung erfüllt. $φ (x, y) = C \times P (x, y) + B$

C: Proportionale Konstante, z. B. 180°/π
B: Willkürliche Konstante, z. B. 0

Es ist zu beachten, dass die proportionale Konstante C und die willkürliche Konstante B die identischen Werte für alle die eine Einheit darstellenden Regionen R aufweisen.
Das heißt, wenn gewünscht ist, ein optisches Bild wie gewünscht zu erhalten, ist bevorzugt, dass das optische Bild einer inversen Fourier-Transformation unterzogen wird, und die Rotationswinkelverteilung φ (x, y) entsprechend der Phase ihrer komplexen Amplitude der Vielzahl von Regionen 15b mit modifiziertem Brechungsindex gegeben ist. Es ist zu beachten, dass ein Fernfeldbild des Laserstrahls nach der Fourier-Transformation verschiedene Formen aufweisen kann, wie eine einzige oder eine Vielzahl von Fleckformen, eine ringförmige Form, eine lineare Form, eine Zeichenform, eine doppelringförmige Form oder eine Laguerre-Gaus-Strahlform. Es ist zu beachten, dass das Strahlenmuster von Winkelinformationen im Fernfeld dargestellt wird, und somit wird in dem Fall eines Bitmapbilds oder dergleichen, in dem das Zielstrahlmuster von zweidimensionalen Positionsinformationen dargestellt wird, bevorzugt, es einmal in Winkelinformationen zu konvertieren und dann eine Fourier-Transformation auszuführen.
Als ein Verfahren zum Erhalten der Intensitäts(Amplituden)-Verteilung und der Phasenverteilung von der komplexen Amplitudenverteilung, die mittels Fourier-Transformation erhalten wird, kann beispielsweise eine Intensitätsverteilung I (x, y) berechnet werden, indem die abs-Funktion von „MATLAB“, eine numerische Analysesoftware von Math Works, Inc., und eine Phasenverteilung P (x, y) berechnet werden können, indem die Winkelfunktion von MATLAB verwendet wird.
Hier wird einem Fall besondere Aufmerksamkeit gegeben, in dem eine allgemeine diskrete Fourier-Transformation (oder schnelle Fourier-Transformation) zur Berechnung verwendet wird, wenn die Rotationswinkelverteilung φ (x, y) von dem Fourier-Transformationsergebnis des optischen Bilds verwendet wird, und die Anordnung jeder Region 15b mit modifiziertem Brechungsindex wird bestimmt. Wenn das optische Bild vor der Fourier-Transformation in vier Quadranten von A1, A2, A3 und A4 eingeteilt wird, wie in 33A gezeigt, wird das resultierende Strahlenmuster wie in 33B gezeigt. Das heißt, in 33B erscheint in dem ersten Quadranten des Strahlmusters ein Muster, in dem das Muster, das erhalten wird, indem das Muster in dem ersten Quadranten in 33A um 180 Grad gedreht wird, und das Muster in dem dritten Quadranten in 33A überlagert sind. In dem zweiten Quadranten des Strahlmusters erscheint ein Muster, in dem das Muster, das erhalten wird, indem das Muster in dem zweiten Quadranten in 33A um 180 Grad gedreht wird, und das Muster in dem vierten Quadranten in 33A überlagert sind. In dem dritten Quadranten des Strahlmusters erscheint ein Muster, in dem das Muster, das erhalten wird, indem das Muster in dem dritten Quadranten in 33A um 180 Grad gedreht wird, und das Muster in dem ersten Quadranten in 33A überlagert sind. In dem vierten Quadranten des Strahlmusters erscheint ein Muster, in dem das Muster, das erhalten wird, indem das Muster in dem vierten Quadranten in 33A um 180 Grad gedreht wird, und das Muster in dem zweiten Quadranten in 33A überlagert sind.
Daher erscheint, wenn ein optisches Bild, das einen Wert nur im ersten Quadranten aufweist, als ein optisches Bild (originales optisches Bild) vor der inversen Fourier-Transformation verwendet wird, der erste Quadrant des originalen optischen Bilds in dem dritten Quadranten des resultierenden Strahlmusters, und ein Muster, in dem der erste Quadrant des originalen optischen Bilds um 180 Grad gedreht wird, erscheint in dem ersten Quadranten des resultierenden Strahlmusters.
34A bis 34C zeigen Beispiele von Strahlmustern (optisches Bild), die von dem oberflächenemittierenden Laserelement gemäß der vorliegenden Ausführungsform ausgegeben werden. Jede Mitte von 34A bis 34C entspricht einer Achse (Z-Achse), die senkrecht zu der ersten Lichtausgangs-Oberfläche 2a des oberflächenemittierenden Laserelements ist, welche die erste Lichtausgangs-Oberfläche 2a schneidet. Wie in 34A bis 34C gezeigt, gibt das oberflächenemittierende Laserelement das Licht erster Ordnung, umfassend einen ersten optischen Bildabschnitt B1 aus, der zur ersten Richtung, die in Bezug auf die Achse geneigt ist, ausgegeben wird, das Licht -1. Ordnung, umfassend einen zweiten optischen Abschnitt B2, der zur zweiten Richtung ausgegeben wird, die in Bezug auf die Achse symmetrisch zur ersten Richtung und rotationssymmetrisch mit dem ersten optischen Bildabschnitt B1 in Bezug auf die Achse ist, und ein Licht B3 nullter Ordnung, das auf der Achse wandert.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann als das oberflächenemittierende Laserelement 2A, das in 2, 3 und 17 gezeigt ist, der S-iPM-Laser angewandt werden, der ein zweidimensionales, willkürlich geformtes optisches Bild ausgibt. Hier wird, wenn Licht senkrecht auf die Oberfläche der Metaoberfläche eingegeben wird, wenn die Periode der Metaoberfläche groß ist, der Diffraktionswinkel klein. Daher entsteht ein Problem, dass es schwierig wird, Licht von einem Ausgangsfenster zu extrahieren. Andererseits kann, wenn das oberflächenemittierende Laserelement 2A ein S-iPM-Laser ist, Licht von einer schrägen Richtung in die Oberfläche der Metaoberfläche eingegeben werden. Als Ergebnis wird der Diffraktionswinkel von der Metaoberfläche vergrößert und eine Extraktion von Licht von dem Ausgangsfenster wird einfach. Wenn Licht senkrecht zu der Oberfläche der Metaoberfläche eingegeben wird, überlappt das Laserlicht L1, das auf der Metaoberfläche reflektiert wird, direkt das Laserlicht L2, das auf die erste Lichtausgangs-Oberfläche 2a gerichtet ist, ohne durch die Metaoberfläche zu gelangen. In einer solchen Situation kann, wenn das oberflächenemittierende Element 2A ein S-iPM-Laser ist, Licht von einer schrägen Richtung in die Oberfläche der Metaoberfläche eingegeben werden, und somit wird es einfach, nur das Laserlicht L1, das auf der Metaoberfläche reflektiert wird, selektiv zu extrahieren.
(Viertes abgewandeltes Beispiel)
Als Nächstes erfolgt eine Erklärung hinsichtlich des Falls, in dem das Anordnungsmuster der Region 15b mit modifiziertem Brechungsindex auf einer Phasenmodulationsschicht 15C gemäß einem modifizierten Beispiel der dritten Ausführungsform von einem axialen Shift-Verfahren bestimmt wird. Es ist zu beachten, dass sogar, wenn das axiale Shift-Verfahren anstatt des zuvor beschriebenen Rotationsverfahrens als ein Anordnungsmuster-Bestimmungsverfahren der Region 15b mit modifiziertem Brechungsindex auf der Phasenmodulationsschicht 15C angewandt wird, die erhaltene Phasenmodulationsschicht auf das oberflächenemittierende Laserelement der verschiedenen zuvor beschriebenen Ausführungsformen angewandt wird. Wenn das axiale Shift-Verfahren angenommen wird, wird es möglich, die Polarisierungsrichtung des Lichts auszurichten, das von der Lichtquelle eingegeben wird, und somit wird es möglich, die Polarisierungsrichtung des Lichts auszurichten, das von der reflektierenden Metaoberfläche eingegeben wird, das eine Wirkung hat, in der Lage zu sein, den Lichtnutzungswirkungsgrad zu verbessern und das unnötige Licht zu unterdrücken.
35 ist eine Draufsicht der Phasenmodulationsschicht 15C gemäß einem abgewandelten Beispiel der dritten Ausführungsform, und ist eine schematische Ansicht zum Erklären des Anordnungsmusters (axiales Shift-Verfahren) der Region 15b mit modifiziertem Brechungsindex auf der Phasenmodulationsschicht 15C. Die Phasenmodulationsschicht 15C umfasst die Basisschicht 15a und die Region 15b mit modifiziertem Brechungsindex, die einen Brechungsindex aufweist, der sich von dem Brechungsindex der Basisschicht 15a unterscheidet. Hier wird ein imaginäres quadratisches Gitter, das auf der X-Y-Ebene definiert ist, auf der Phasenmodulationsschicht 15C wie in dem Beispiel von 30 eingestellt. Eine Seite des quadratischen Gitters ist parallel zur X-Achse, und die andere Seite ist parallel zur Y-Achse. Zu dieser Zeit kann die quadratisch geformte eine Einheit darstellende Region R, die auf dem Gitterpunkt O des quadratischen Gitters zentriert ist, zweidimensional über eine Vielzahl von Spalten (x0 bis x3) entlang der X-Achse und einer Vielzahl von Reihen (y0 bis y2) entlang der Y-Achse eingestellt werden. Vorausgesetzt, dass die Koordinaten jeder eine Einheit darstellenden Region R von der baryzentrischen Position jeder eine Einheit darstellenden Region R gegeben sind, stimmt diese baryzentrische Position mit dem Gitterpunkt O des imaginären quadratischen Gitters überein. Jede der Vielzahl von Regionen 15b mit modifiziertem Brechungsindex ist in jeder eine Einheit darstellenden Region R auf Eins-zu-Eins-Basis vorgesehen. Die planare Form der Region 15b mit modifiziertem Brechungsindex ist beispielsweise kreisförmig. Der Gitterpunkt O kann sich außerhalb der Region 15b mit modifiziertem Brechungsindex befinden oder kann im Innern der Region 15b mit modifiziertem Brechungsindex umfasst sein.
36 ist eine Ansicht zum Erklären der Positionsbeziehung zwischen dem Schwerpunkt G der Region 15b mit modifiziertem Brechungsindex und dem Gitterpunkt O (x, y) in dem imaginären quadratischen Gitter, als ein Beispiel des Anordnungsmusters, das von dem axialen Shift-Verfahren bestimmt wird. Wie in 36 gezeigt, ist der Schwerpunkt G jeder Region 15b mit modifiziertem Brechungsindex entlang einer Geraden L angeordnet. Die Gerade L ist eine Gerade, die durch den entsprechenden Gitterpunkt O (x, y) der eine Einheit darstellenden Region R (x, y) verläuft und in Bezug auf jede Seite des quadratischen Gitters geneigt ist. Mit anderen Worten ist die Gerade L eine Gerade, die in Bezug auf sowohl die s-Achse als auch die t-Achse geneigt ist, welche die Einheit darstellende Region (x, y) ist. Der Neigungswinkel der Geraden L in Bezug auf die s-Achse ist θ. Der Neigungswinkel θ ist konstant in der Phasenmodulationsschicht 15C. Der Neigungswinkel θ erfüllt 0° < θ < 90° und θ = 45° in einem Beispiel. Alternativ erfüllt der Neigungswinkel θ 180° < θ < 270° und θ = 225° in einem Beispiel. Wenn der Neigungswinkel θ Folgendes erfüllt: 0° < θ < 90° oder 180° < θ < 270°, dann erstreckt sich die Gerade L von dem ersten Quadranten zu dem dritten Quadranten der Koordinatenebene, die von der s-Achse und der t-Achse definiert wird. Alternativ erfüllt der Neigungswinkel θ 90° < θ < 180° und θ = 135° in einem Beispiel. Alternativ erfüllt der Neigungswinkel θ 270° < θ < 360° und θ = 315° in einem Beispiel. Wenn der Neigungswinkel θ Folgendes erfüllt: 90° < θ < 180° oder 270° < θ < 360°, dann erstreckt sich die Linie L von dem zweiten Quadranten zu dem vierten Quadranten der Koordinatenebene, die von der s-Achse und der t-Achse definiert wird. Somit ist der Neigungswinkel θ ein Winkel, der 0°, 90°, 180° und 270° ausschließt. Hier sei der Abstand zwischen dem Gitterpunkt O (x, y) und dem Schwerpunkt G als r (x, y) gegeben. x bezeichnet die Position des x-ten Gitterpunkts auf der X-Achse und y bezeichnet die Position des y-ten Gitterpunkts auf der Y-Achse. Wenn der Abstand r (x, y) ein positiver Wert ist, befindet sich der Schwerpunkt G in dem ersten Quadranten (oder dem zweiten Quadranten). Wenn der Abstand r (x, y) ein negativer Wert ist, befindet sich der Schwerpunkt G in dem dritten Quadranten (oder dem vierten Quadranten). Wenn der Abstand r (x, y) 0 ist, stimmen der Gitterpunkt O und der Schwerpunkt G miteinander überein.
Der Abstand r (x, y), der in 35 zwischen dem Schwerpunkt G jeder Region 15b mit modifiziertem Brechungsindex und dem entsprechenden Gitterpunkt O (x, y) der eine Einheit darstellenden Region R (x, y) gezeigt ist, wird individuell für jede Region 15b mit modifiziertem Brechungsindex gemäß dem Zielausgangs-Strahlmuster (optischen Bild) eingestellt. Die Verteilung des Abstands r (x, y) weist einen spezifischen Wert für jede Position auf, die von den Werten von x (x0 bis x3 in dem Beispiel in 35) und y (y0 bis y2 in dem Beispiel in 35) bestimmt wird, wird aber nicht notwendigerweise von einer spezifischen Funktion dargestellt. Die Verteilung des Abstands r (x, y) wird von einer komplexen Amplitudenverteilung bestimmt, die durch inverse Fourier-Transformation des Zielausgangs-Strahlmusters erhalten wird, von dem die Phasenverteilung extrahiert wird. Das heißt, wie in 36 gezeigt, wird der Abstand r (x, y) auf 0 eingestellt, wenn die Phase P (x, y) in der eine Einheit darstellenden Region R (x, y) P₀ ist, der Abstand r (x, y) wird auf den maximalen Wert R₀ eingestellt, wenn die Phase P (x, y) π + P₀ ist, und der Abstand r (x, y) wird auf den minimalen Wert -R₀ eingestellt, wenn die Phase P (x, y) -π + P₀ ist. Dann wird für eine Zwischenphase P (x, y) der Abstand r (x, y) so eingestellt, dass r (x, y) = {P (x, y) - P₀} × R₀/π gilt. Hier kann die Anfangsphase P₀ willkürlich eingestellt werden. Unter der Annahme, dass die Gitterbeabstandung des quadratischen Gitters a ist, ist der maximale Wert R₀ von r (x, y) beispielsweise innerhalb des Bereichs des folgenden Ausdrucks (9). $0 \leq R_{0} \leq \frac{a}{\sqrt{2}}$
Es ist zu beachten, dass wenn die komplexe Amplitudenverteilung von dem Zielausgangs-Strahlmuster erhalten wird, die Reproduzierbarkeit des Strahlmusters verbessert wird, indem ein Wiederholungsalgorithmus wie das Gerchberg-Saxton(GS)-Verfahren angewandt wird, das im Allgemeinen zurzeit der Berechnung der Hologrammeerzeugung verwendet wird.
Die Beziehung zwischen dem optischen Bild, das als ein Ausgangsstrahlmuster erhalten wird, und der Phasenverteilung P (x, y) in der Phasenmodulationsschicht 15C ist die gleiche, wie die in dem Fall des Rotationssystems, das zuvor beschrieben wurde (31). Daher ist die Phasenmodulationsschicht 15C so ausgestaltet, dass sie die folgenden Bedingungen unter den von den obigen Ausdrücken (2) bis (8) definierten Vorbedingungen zusätzlich zu den Vorbedingungen, welche das quadratische Gitter definieren, erfüllt. Das heißt, die entsprechende Region 15b mit modifiziertem Brechungsindex ist in den eine Einheit darstellenden Regionen R (x, y) angebracht, sodass der Abstand r (x, y) von dem Gitterpunkt O (x, y) zum Schwerpunkt G der entsprechenden Region 15b mit modifizierten Brechungsindex die folgende Beziehung erfüllt. $r (x, y) = C \times (P (x, y) - P_{0})$

C: Proportionale Konstante, z. B. R₀/π
P₀: Die willkürliche Konstante, z. B. 0, das heißt, der Abstand r (x, y) wird auf 0 eingestellt, wenn die Phase P (x, y) in der eine Einheit darstellenden Region R (x, y) P₀ ist, wird auf den maximalen Wert R₀ eingestellt, wenn die Phase P (x, y) π + P₀ ist, und wird auf den minimalen Wert -R₀ eingestellt, wenn die Phase P (x, y) -π + P₀ ist. Wenn gewünscht wird, das Zielausgangs-Strahlmuster zu erhalten, wird bevorzugt, dass das Ausgangsstrahlmuster einer inversen Fourier-Transformation unterzogen wird, und die Verteilung des Abstands r (x, y) entsprechend der Phase P (x, y) dieser komplexen Amplitude wird der Vielzahl von Regionen 15b mit modifiziertem Brechungsindex gegeben. Die Phase P (x, y) und der Abstand r (x, y) können proportional zueinander sein.

Es ist zu beachten, dass ein Fernfeldbild des Laserstrahls nach der Fourier-Transformation verschiedene Formen aufweisen kann, wie eine einzige oder eine Vielzahl von Fleckformen, eine ringförmige Form, eine lineare Form, eine Zeichenform, eine doppelringförmige Form oder eine Laguerre-Gaus-Strahlform. Das Ausgangsstrahlmuster wird von Winkelinformationen im Fernfeld dargestellt, und somit wird in dem Fall eines Bitmapbilds oder dergleichen, in dem das Zielausgangs-Strahlmuster von zweidimensionalen Positionsinformationen dargestellt wird, bevorzugt, es einmal in Winkelinformationen zu konvertieren, es dann in den Wellenzahlraum zu konvertieren, und danach eine inverse Fourier-Transformation auszuführen.
Als ein Verfahren des Erhaltens der Intensitätsverteilung und der Phasenverteilung von der komplexen Amplitudenverteilung, die durch inverse Fourier-Transformation erhalten wird, kann beispielsweise eine Intensitätsverteilung (A (x, y)) unter Verwendung der abs-Funktion von „MATLAB“, eine numerische Analysesoftware von MathWorks, Inc., berechnet werden, und eine Phasenverteilung P (x, y) kann unter Verwendung der Winkelfunktion von MATLAB berechnet werden. Es ist zu beachten, dass die Aufmerksamkeit in Bezug auf einen Fall, in dem eine allgemeine diskrete Fourier-Transformation (oder schnelle Fourier-Transformation) zur Berechnung verwendet wird, wenn die Phasenverteilung P (x, y) von dem inversen Fourier-Transformationsergebnis des optischen Bilds erhalten wird, und der Abstand r (x, y) jeder Region 15b mit modifiziertem Brechungsindex bestimmt wird, die gleichen sind, wie die der zuvor beschriebenen dritten Ausführungsform.
Außerdem kann in dem vorliegenden modifizierten Beispiel als das oberflächenemittierende Laserelement 2A, das in 2, 3 und 17 gezeigt ist, der S-iPM-Laser angewandt werden, der ein zweidimensionales, willkürlich geformtes optisches Bild ausgibt. Daher kann Licht in die Oberfläche der Metaoberfläche von einer schrägen Richtung eingegeben werden, und somit kann der Diffraktionswinkel von der Metaoberfläche vergrößert werden, und die Extraktion von Licht von dem Ausgangsfenster wird einfach. Licht kann von einer schrägen Richtung in die Oberfläche der Metaoberfläche eingegeben werden, und somit wird es einfach, nur das Laserlicht L1, das auf der Metaoberfläche reflektiert wird, selektiv zu extrahieren.
(Fünftes abgewandeltes Beispiel)
38 ist eine Ansicht, die schematisch die Querschnittsausgestaltung der lichtemittierenden Einrichtung 1C gemäß dem fünften abgewandelten Beispiel zeigt. Wie in 38 gezeigt, umfasst die lichtemittierende Einrichtung 1C ein oberflächenemittierendes Laserelement 2B, die Metaoberfläche 3A und die Lichtleitschicht 31. Von diesen sind die Ausgestaltungen der Metaoberfläche 3A und der Lichtleitschicht 31 die gleichen wie die der ersten Ausführungsform. Das oberflächenemittierende Laserelement 2B weist ferner eine Strombegrenzungsschicht 32 zusätzlich zu der Ausgestaltung des oberflächenemittierenden Laserelements 2A der ersten Ausführungsform auf.
Die Strombegrenzungsschicht 32 weist eine Struktur auf, die es erschwert, dass Strom hindurchfließt (oder lässt Strom nicht hindurch), und weist eine Öffnung 32a in dem Mittelabschnitt auf. Die planare Form der Öffnung 32a ist ähnlich der Form der Öffnung 16a der Elektrode 16 und ist beispielsweise quadratisch oder kreisförmig. Die Strombegrenzungsschicht 32 ist beispielsweise eine Al-Oxid-Schicht, in der eine Schicht, die eine hohe Konzentration von A1 aufweist, oxidiert wird. Alternativ kann die Strombegrenzungsschicht 32 eine Schicht sein, die gebildet wird, indem Protonen (H⁺) in die Mantelschicht 13 injiziert werden. Alternativ kann die Strombegrenzungsschicht 32 eine inverse pn-Übergangsstruktur aufweisen, in der eine Halbleiterschicht eines entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp zu der des Halbleitersubstrats 10 und eine Halbleiterschicht des gleichen Leitfähigkeitstyps wie dem des Halbleitersubstrats 10 in dieser Reihenfolge laminiert sind.
Wenn ein Treiberstrom zwischen der Elektrode 16 und der Elektrode 17 angelegt wird, erreicht der Treiberstrom die aktive Schicht 12. Zu dieser Zeit wird der Strom, der zwischen der Elektrode 16 und der aktiven Schicht 12 hindurchfließt, ausreichend in der Mantelschicht 13 diffundiert und fließt durch die Öffnung 32a der Strombegrenzungsschicht 32. Dies erlaubt, dass der Strom in der Nähe des Mittelabschnitts der aktiven Schicht 12 gleichmäßig diffundiert wird. Daher ist es möglich, sogar wenn die Metaoberfläche 3A an dem Mittelabschnitt der zweiten Lichtausgangs-Oberfläche 2b vorgesehen ist, die Vorspannung der lichtemittierenden Region in der aktiven Schicht 12 zu unterdrücken. Es ist zu beachten, dass das vorliegende abgewandelte Beispiel ein Beispiel ist, in dem die Strombegrenzungsschicht 32 dem oberflächenemittierenden Laserelement 2A der ersten Ausführungsform hinzugefügt ist, aber die Strombegrenzungsschicht 32 kann dem oberflächenemittierenden Laserelement einer anderen Ausführungsform oder einem abgewandelten Beispiel hinzugefügt werden. Auch in dem Fall können die gleichen Wirkungen erhalten werden.
(Sechstes abgewandeltes Beispiel)
39 ist eine Ansicht, die schematisch die Querschnittsausgestaltung der lichtemittierenden Einrichtung 1D gemäß dem sechsten abgewandelten Beispiel zeigt. Wie in 39 gezeigt, umfasst die lichtemittierende Einrichtung 1D das oberflächenemittierende Laserelement 2A, die Metaoberfläche 3A und die Lichtleitschicht 31. Diese Ausgestaltungen sind die gleichen wie die der ersten Ausführungsform, ausgenommen der folgenden Punkte. Das heißt, in dem oberflächenemittierenden Laserelement 2A des vorliegenden abgewandelten Beispiels ist die erste Lichtausgangs-Oberfläche 2a auf der Seite der Hauptoberfläche 10a des Halbleitersubstrats 10 vorgesehen, und die zweite Lichtausgangs-Oberfläche 2b ist auf der Seite der Rückoberfläche davon vorgesehen. Insbesondere dient die vordere Oberfläche (oder die Oberfläche der oberen Mantelschicht 13, wenn eine Öffnung auf der Kontaktschicht 14 gebildet ist) der Kontaktschicht 14 als die erste Lichtausgangs-Oberfläche 2a, und die Rückoberfläche 10b des Halbleitersubstrats 10 dient als die zweite Lichtausgangs-Oberfläche 2b. Dann ist die Metaoberfläche 3A auf der Rückoberfläche 10b des Halbleitersubstrats 10 über die Lichtleitschicht 31 vorgesehen.
40 ist eine Ansicht, die schematisch die Querschnittsausgestaltung einer lichtemittierenden Einrichtung 1E gemäß einem anderen abgewandelten Beispiel zeigt. Wie in 40 gezeigt, umfasst die lichtemittierende Einrichtung 1E das oberflächenemittierende Laserelement 2A, die Metaoberfläche 3C (siehe 17 und 18) der zweiten Ausführungsform, und die Lichtleitschicht 31. Dann dient die vordere Oberfläche (oder die Oberfläche der oberen Mantelschicht 13, wenn eine Öffnung auf der Kontaktschicht 14 gebildet ist) der Kontaktschicht 14 als die erste Lichtausgangs-Oberfläche 2a, und die Rückoberfläche 10b des Halbleitersubstrats 10 dient als die zweite Lichtausgangs-Oberfläche 2b. Die Metaoberfläche 3C ist auf der Rückoberfläche 10b des Halbleitersubstrats 10 über die Lichtleitschicht 31 vorgesehen.
Wie in dem vorliegenden abgewandelten Beispiel kann die erste Lichtausgangs-Oberfläche 2a auf der Seite der Hauptoberfläche 10a des Halbleitersubstrats 10 vorgesehen sein, und die Metaoberfläche 3A (3C) kann auf der Rückoberfläche 10b vorgesehen sein. Sogar in einem solchen Fall können die gleichen Wirkungen wie die jeder zuvor beschriebenen Ausführungsform erzielt werden. Gemäß dem vorliegenden abgewandelten Beispiel ist es möglich, den Strom in dem Halbleitersubstrat 10 ausreichend zu diffundieren, und somit kann sichergestellt werden, dass die Öffnung 17a der Elektrode 17 größer ist als die Öffnung 16a der Elektrode 16. Daher ist es möglich, die Fläche der Metaoberfläche 3A (3C) zu vergrößern. Außerdem gelangt das Licht, das von der photonischen Kristallschicht 15A gebeugt wird, durch das Substrat 10 und erreicht die Metaoberfläche 3A (3C), wodurch das Eingangslicht auf die Metaoberfläche 3A (3C) nahe an eine ausgezeichnete Ebenenwelle gebracht werden kann. Es ist zu beachten, dass in dem vorliegenden abgewandelten Beispiel ein oberflächenemittierendes Laserelement einer anderen Ausführungsform oder eines anderen abgewandelten Beispiels anstatt dem oberflächenemittierenden Laserelement 2A angewandt werden kann. Auch in dem Fall können die gleichen Wirkungen erhalten werden.
(Siebtes abgewandeltes Beispiel)
41 ist eine Ansicht, die schematisch die Querschnittsausgestaltung einer lichtemittierenden Einrichtung 1F gemäß dem siebten abgewandelten Beispiel zeigt. Wie in 41 gezeigt, umfasst die lichtemittierende Einrichtung 1F ein oberflächenemittierendes Laserelement 2C, die Metaoberfläche 3A und die Lichtleitschicht 31. Von diesen sind die Ausgestaltungen der Metaoberfläche 3A und der Lichtleitschicht 31 die gleichen wie die des sechsten abgewandelten Beispiels. Ähnlich zu dem oberflächenemittierenden Laserelement 2A der ersten Ausführungsform weist das oberflächenemittierende Laserelement 2C die erste Lichtausgangs-Oberfläche 2a und die zweite Lichtausgangs-Oberfläche 2b auf. Auf der ersten Lichtausgangs-Oberfläche 2a ist jedoch eine Laserlicht-Ausgangsregion Seite an Seite mit einer Elektrode 16B vorgesehen. Das oberflächenemittierende Laserelement 2C ist ein S-iPM-Laser, der die Phasenmodulationsschicht 15B, die in 30 gezeigt ist, oder eine Phasenmodulationsschicht 15C, die in 35 gezeigt, ist aufweist.
42A ist eine Draufsicht, welche die zweite Lichtausgangsoberfläche 2b zeigt. 42B ist eine Draufsicht, welche die erste Lichtausgangsoberfläche 2a zeigt. Wie in 42B gezeigt, sind eine erste Laserlicht-Ausgangsregion 2c und die Elektrode 16B (erste Elektrode) Seite an Seite auf der ersten Lichtausgangs-Oberfläche 2a angebracht. Der Antireflexionsfilm 19 ist auf der Laserlicht-Ausgangsregion 2c vorgesehen. Anders als in einer anderen Ausführungsform weist die Elektrode 16B ein nicht gerahmtes, aber gefülltes (solides) Muster auf. Es ist zu beachten, dass, wie in 42A gezeigt, die planaren Formen, Anordnungen und dergleichen sowohl der Elektrode 17 als auch der Metaoberfläche 3A auf der zweiten LichtAusgangsoberfläche 2b die gleichen sind, wie die in der ersten Ausführungsform.
Von dem oberflächenemittierenden Laserelement 2C, welches ein S-iPM-Laser ist, wird das Laserlicht L1 in einer Richtung ausgegeben, die in Bezug auf eine Richtung geneigt ist, die senkrecht zu der zweiten Lichtausgangs-Oberfläche 2b ist. Das Laserlicht L1 wird reflektiert, während es auf der Metaoberfläche 3A phasenmoduliert wird, und wird von der Laserlicht-Ausgangsregion 2c zur Außenseite der lichtemittierenden Einrichtung 1F ausgegeben. Mit einer solchen Ausgestaltung ist es nicht notwendig, eine Öffnung in der Elektrode auf der ersten Lichtausgangs-Oberfläche 2a vorzusehen, und somit ist es möglich, den Strom in der Nähe des Mittelabschnitts der aktiven Schicht 12 wirksamer zu diffundieren.
Es ist zu beachten, dass wie in 43 gezeigt, die Ausgestaltung von 41 auf das oberflächenemittierende Laserelement 2A angewandt werden kann, das ein PCSEL ist. Auch in diesem Fall können die gleichen Wirkungen, wie die oben beschriebenen erzielt werden, indem das Laserlicht L1 von der Laserlicht-Ausgangsregion 2c extrahiert wird, die Seite an Seite mit der Elektrode 16B angebracht ist.
(Achtes abgewandeltes Beispiel)
44 ist eine Ansicht, welche die Ausgestaltung einer lichtemittierenden Vorrichtung 1 G gemäß einem achten abgewandelten Beispiel zeigt. Die lichtemittierende Vorrichtung 1G umfasst ein Trägersubstrat 73, die Vielzahl von lichtemittierenden Einrichtungen 1A, welche ein eindimensionales Array oder ein zweidimensionales Array auf dem Trägersubstrat 73 darstellen, und eine Treiberschaltung 72, welche die Vielzahl von lichtemittierenden Einrichtungen 1A einzeln antreibt. Die Ausgestaltung jeder lichtemittierenden Einrichtung 1A ist die gleiche, wie die der ersten Ausführungsform. Die Vielzahl von lichtemittierenden Einrichtungen 1A kann jedoch ein Laserelement umfassen, das ein optisches Bild in einem roten Wellenlängenbereich ausgibt, ein Laserelement, das ein optisches Bild in einem blauen Wellenlängenbereich ausgibt, und ein Laserelement, das ein optisches Bild in einem grünen Wellenlängenbereich ausgibt. Das Laserelement, das ein optisches Bild in dem roten Wellenlängenbereich ausgibt, ist beispielsweise aus einem GaAs-basierten Halbleiter zusammengesetzt. Das Laserelement, das ein optisches Bild in dem blauen Wellenlängenbereich ausgibt, und das Laserelement, das ein optisches Bild in dem grünen Wellenlängenbereich ausgibt, sind beispielsweise aus einem Nitrit-basierten Halbleiter zusammengesetzt. Die Treiberschaltung 72 ist auf der Rückoberfläche oder im Innern des Trägersubstrats 73 vorgesehen und treibt die lichtemittierenden Einrichtungen 1A einzeln an. Die Treiberschaltung 72 führt den einzelnen lichtemittierenden Einrichtungen 1A einen Treiberstrom gemäß einer Anweisung von der Steuerschaltung 71 zu.
Es ist möglich, bevorzugt ein Head-Up-Display oder dergleichen zu realisieren, indem die Vielzahl von einzelnen angetriebenen lichtemittierenden Einrichtungen 1A wie in dem vorliegenden abgewandelten Beispiel vorgesehen werden. Die Vielzahl von lichtemittierenden Einrichtungen 1A umfassen das Laserelement, das ein optisches Bild in dem roten Wellenlängenbereich ausgibt, das Laserelement, das ein optisches Bild in dem blauen Wellenlängenbereich ausgibt und das Laserelement, das ein optisches Bild in dem grünen Wellenlängenbereich ausgibt. Dies erlaubt, dass ein Farb-Head-Up-Display oder der gleichen bevorzugt realisiert wird. Es ist zu beachten, dass in dem vorliegenden abgewandelten Beispiel eine oberflächenemittierende Einrichtung einer anderen Ausführungsform oder eines abgewandelten Beispiels anstatt der lichtemittierenden Einrichtung 1A angewandt werden kann. Auch in dem Fall können die gleichen Wirkungen erhalten werden.
(Neuntes abgewandeltes Beispiel)
45 ist eine Ansicht, die schematisch die Querschnittsausgestaltung einer lichtemittierenden Einrichtung 1H gemäß dem neunten abgewandelten Beispiel zeigt. Wie in 45 gezeigt, umfasst die lichtemittierende Einrichtung 1H ferner, zusätzlich zu dem oberflächenemittierenden Laserelement 2A die Metaoberfläche 3A und die Lichtleitschicht 31, eine 1/4-Wellenlängenplatte 33, die zwischen der zweiten Lichtausgangs-Oberfläche 2b und der Metaoberfläche 3A vorgesehen ist, und eine Polarisierungsplatte 34, die auf der ersten Lichtausgangs-Oberfläche 2a vorgesehen ist. 46 ist eine Ansicht, die schematisch die Querschnittsausgestaltung einer lichtemittierenden Einrichtung 1J gemäß einem anderen abgewandelten Beispiel zeigt. Wie in 46 gezeigt, umfasst die lichtemittierende Einrichtung 1J ferner, zusätzlich zu dem oberflächenemittierenden Laserelement 2A, die Metaoberfläche 3C (siehe 17 und 18), und die Lichtleitschicht 31, die 1/4-Wellenlängenplatte 33, die zwischen der zweiten Lichtausgangs-Oberfläche 2b und der Metaoberfläche 3C vorgesehen ist, und die Polarisierungsplatte 34, die auf der ersten Lichtausgangs-Oberfläche 2a vorgesehen ist. In diesen Fällen wird ein Laserlicht L1, das von der photonischen Kristallschicht 15A ausgegeben wird, in die Metaoberfläche 3A (oder 3C) eingegeben, nachdem die Polarisierungsebene um 45° in der 1/4-Wellenlängenplatte 33 gedreht worden ist. Dann erreicht das Laserlicht L1, das auf der Metaoberfläche 3A (oder 3C) reflektiert worden ist, die erste Lichtausgangs-Oberfläche 2a, nachdem die Polarisierungsebene erneut um 45° in der 1/4-Wellenlängenplatte 33 gedreht worden ist. Daher sind die Polarisierungsebenen des Laserlichts L1 und des Laserlichts L2, welches die erste Lichtausgangs-Oberfläche 2a von der photonischen Kristallschicht 15A direkt erreicht, orthogonal zueinander. Daher kann beispielsweise, wenn die Polarisierungsplatte 34 das Laserlicht L1 hindurch lässt und das Laserlicht L2 abschirmt, das Laserlicht L1, welches durch die Metaoberfläche 3A (oder 3C) gelangt ist, selektiv zur Außenseite ausgegeben werden. Das heißt, es ist möglich, das Laserlicht L2 zu blockieren, das die erste Lichtausgangs-Oberfläche 2a von dem oberflächenemittierenden Laserelement 2A direkt erreicht, und nur das Licht zu extrahieren, welches die erste Lichtausgangs-Oberfläche 2a über die zweite Lichtausgangs-Oberfläche 2b und die Metaoberfläche 3A (oder 3C) erreicht. Es ist zu beachten, dass in dem vorliegenden abgewandelten Beispiel ein oberflächenemittierendes Laserelement einer anderen Ausführungsform oder eines anderen abgewandelten Beispiels anstatt dem oberflächenemittierenden Laserelement 2A verwendet werden kann. Auch in dem Fall können die gleichen Wirkungen erhalten werden.
Die lichtemittierende Einrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen und abgewandelten Beispiele begrenzt und verschiedene andere abgewandelte Beispiele können gemacht werden. Beispielsweise ist in den oben beschriebenen Ausführungsformen und jedem abgewandelten Beispiel ein Beispiel beschrieben worden, in dem die vorliegende Erfindung auf PCSEL und S-iPM-Laser angewandt wird, aber die vorliegende Erfindung ist auf verschiedene andere oberflächenemittierende Laserelemente anwendbar.
Bezugszeichenliste

1A bis 1F, 1H, 1J: Lichtemittierende Einrichtung,
1G: Lichtemittierende Vorrichtung;
2A bis 2C: Oberflächenemittierendes Laserelement,
2a: Erste Lichtausgangs-Oberfläche;
2b: Zweite Lichtausgangs-Oberfläche;
2c: Laserlicht-Ausgangsregion;
3A bis 3E: (Reflektierende) Metaoberfläche;
3a: Hauptoberfläche;
4: Dielektrische Schicht;
5, 5A: Treiberschaltung;
6A bis 6C: Metallfilm;
8A bis 8C: Metallfilm;
9A, 9B: Lichtdurchlässige Schicht
9a, 9c: Hauptoberfläche;
9b, 9d: Rückoberfläche;
9f, 9g: Abschnitt;
10: Halbleitersubstrat;
10a: Hauptoberfläche;
10b: Rückoberfläche;
11: Untere Mantelschicht;
12: Aktive Schicht;
13: Obere Mantelschicht;
14: Kontaktschicht;
14a: Oberfläche;
15A: Photonische Kristallschicht;
15B, 15C: Phasenmodulationsschicht;
15a: Basisschicht;
15b: Region mit modifiziertem Brechungsindex;
16, 16B, 17: Elektrode;
16a, 17a: Öffnung;
19: Antireflexionsfilm;
20, 21: Einheitsregion;
31: Lichtleitschicht;
31c: Aussparungsabschnitt;
32: Strombegrenzungsschicht;
32a: Öffnung;
33: 1/4-Wellenlängenplatte;
34: Polarisierungsplatte,
41: Resist;
41a: Öffnung;
51: Transistor;
51a: Gate-Elektrode;
51b: Source-Elektrode;
51c: Drain-Elektrode;
51d: Verdrahtung;
52: Kondensator;
53: Gate-Treiber-Verdrahtung;
54: Spannungsversorgungs-Verdrahtung;
55: Halbleiterschicht;
55a, 55b: Halbleiterregion;
55c: Oberfläche;
57, 58: Isolierungsschicht;
59: Dielektrische Schicht;
61, 62, 63: Teil-Metallfilm;
71: Steuerschaltung;
72: Treiberschaltung;
73: Trägersubstrat;
81, 82: Teil-Metallfilm;
92: Transparente leitende Schicht;
92a: Metallisierte Schicht;
93: Dielektrische Schicht;
94: Spalt;
95: Isolierungsabschnitt;
B1: Erster optischer Bildabschnitt;
B2: Zweiter optischer Bildabschnitt;
B3: Licht nullter Ordnung;
L: Gerade;
G: Schwerpunkt;
L1, L2: Laserlicht;
L1a: Polarisierungsrichtung;
M: Metallmaterial;
O: Gitterpunkt (Mitte);
Pa: Wellenfront;
Q1: Region;
Q: Mitte;
R: Einheit darstellende Region;
RIN: Innere Region;
RÄUß: Äußere Region;
Vd: Treiberspannung; und
Vg: Gate-Spannung.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Yao-Wei, Huang et al., „Gate-tunable conducting oxide metasurfaces“, Nano Letters, Band 16, S. 5319-5325 (2016 [0002]
Y. Kurosaka et al., „Effects of non-lasing band in two-dimensional photonic-crystal lasers clarified using omnidirectional band structure“, Opt. Express 20, 21773-21783 (2012) [0002]

Claims

Lichtemittierende Einrichtung, umfassend: ein oberflächenemittierendes Laserelement, umfassend eine erste Lichtausgangs-Oberfläche und eine zweite Lichtausgangs-Oberfläche, die einander gegenüberliegen; eine Lichtleitschicht, die auf der zweiten Lichtausgangs-Oberfläche angeordnet ist; und eine reflektierende Metaoberfläche, die über die Lichtleitschicht auf der zweiten Lichtausgangs-Oberfläche angeordnet ist, wobei die reflektierende Metaoberfläche umfasst: eine lichtdurchlässige Schicht, die auf einer gegenüberliegenden Seite der zweiten Lichtausgangs-Oberfläche in Bezug auf die Lichtleitschicht angeordnet ist, wobei die lichtdurchlässige Schicht eine dielektrische Schicht umfasst, wobei die lichtdurchlässige Schicht eine erste Oberfläche umfasst, die sich zwischen der Lichtleitschicht und der dielektrischen Schicht befindet, und eine zweite Oberfläche, die sich auf einer gegenüberliegenden Seite der ersten Oberfläche in Bezug auf die dielektrische Schicht befindet, einen ersten Metallfilm, der auf der ersten Oberfläche angeordnet ist, und einen zweiten Metallfilm, der auf der zweiten Oberfläche angeordnet ist, wobei der zweite Metallfilm ein Laserlicht, das von dem oberflächenemittierenden Laserelement über die Lichtleitschicht in die lichtdurchlässige Schicht eingegeben wird, hin zu der Lichtleitschicht reflektiert, in jeder einer Vielzahl von Einheitsregionen, die auf der ersten Oberfläche der lichtdurchlässigen Schicht eingestellt sind, sodass sie ein eindimensionales Array oder zweidimensionales Array darstellen, die lichtdurchlässige Schicht einen freigelegten Abschnitt umfasst, welcher der Lichtleitschicht zugewandt ist, ohne von dem ersten Metallfilm blockiert zu werden, und eine Breite jeder der Vielzahl von Einheitsregionen und eine Dicke der lichtdurchlässigen Schicht kleiner sind als eine Wellenlänge des Laserlichts. die reflektierende Metaoberfläche so ausgestaltet ist, dass sie eine Phase des Laserlichts für jede der Einheitsregionen moduliert, und das Laserlicht, das von der reflektierenden Metaoberfläche moduliert wird, durch die zweite Lichtausgangs-Oberfläche gelangt und dann von der ersten Lichtausgangs-Oberfläche ausgegeben wird.
Lichtemittierende Einrichtung nach Anspruch 1, wobei Teile des ersten Metallfilms in zwei oder mehr Einheitsregionen der Vielzahl von Einheitsregionen Breiten entlang einer ersten Richtung aufweisen, die auf der ersten Oberfläche definiert sind, die sich voneinander unterscheiden.
Lichtemittierende Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die lichtdurchlässige Schicht ferner eine transparente leitende Schicht umfasst, die zwischen der dielektrischen Schicht und der Lichtleitschicht oder zwischen der dielektrischen Schicht und dem zweiten Metallfilm angeordnet ist, mindestens einer des ersten Metallfilms und des zweiten Metallfilms eine Vielzahl von Teil-Metallfilmen umfasst, die in jeder der Vielzahl von Einheitsregionen in einem Zustand angeordnet sind, in dem sie voneinander getrennt sind.
Lichtemittierende Einrichtung nach Anspruch 3, ferner umfassend: eine Treiberschaltung, die so ausgestaltet ist, dass sie eine Spannung, die zwischen dem ersten Metallfilm und dem zweiten Metallfilm angelegt wird, steuert, wobei die Treiberschaltung so ausgestaltet ist, dass sie eine Spannung der Vielzahl von Teil-Metallfilmen eines beliebigen, des ersten Metallfilms und/oder des zweiten Metallfilms, individuell steuert.
Lichtemittierende Einrichtung nach Anspruch 4, wobei die Treiberschaltung so ausgestaltet ist, dass sie den ersten Metallfilm auf ein Referenzpotenzial einstellt, und sich der erste Metallfilm über zwei oder mehr Einheitsregionen der Vielzahl von Einheitsregionen erstreckt.
Lichtemittierende Einrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 3 bis 5, wobei die transparente leitende Schicht Indiumoxid und/oder Zinkoxid enthält, deren Widerstand von einem Dotierstoff vermindert wird.
Lichtemittierende Einrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 6, wobei das oberflächenemittierende Laserelement umfasst: ein Substrat, umfassend eine Hauptoberfläche und eine Rückoberfläche, die der Hauptoberfläche gegenüberliegt, und eine aktive Schicht und eine Photonische-Kristall Schicht, die auf der Hauptoberfläche angeordnet sind, und die Photonische-Kristall Schicht eine Basisschicht und eine Vielzahl von Regionen mit modifiziertem Brechungsindex umfasst, die einen Brechungsindex aufweisen, der sich von einem Brechungsindex der Basisschicht unterscheidet, wobei die Vielzahl von Regionen mit modifiziertem Brechungsindex auf einer Referenzebene angeordnet sind, die senkrecht zu einer Dickenrichtung der Photonischen-Kristall Schicht ist.
Lichtemittierende Einrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 6, wobei das oberflächenemittierende Laserelement ein Element ist, das Licht ausgibt, das ein optisches Bild entlang einer Normalenrichtung einer Hauptoberfläche eines Substrats, einer Neigungsrichtung, welche die Normalenrichtung schneidet, oder sowohl der Normalenrichtung als auch der Neigungsrichtung bildet, und das oberflächenemittierende Laserelement das Substrat aufweist, das die Hauptoberfläche und eine Rückoberfläche aufweist, die der Hauptoberfläche gegenüberliegt, und eine aktive Schicht und eine Phasenmodulationsschicht, die auf der Hauptoberfläche angeordnet sind, die Phasenmodulationsschicht eine Basisschicht und eine Vielzahl von Regionen mit modifiziertem Brechungsindex umfasst, die einen Brechungsindex aufweisen, der sich von einem Brechungsindex der Basisschicht unterscheidet, wobei die Vielzahl von Regionen mit modifiziertem Brechungsindex ein zweidimensionales Array auf einer Referenzebene darstellen, die senkrecht zu einer Dickenrichtung der Phasenmodulationsschicht ist, und in einem imaginären quadratischen Gitter, in dem ein Gitterpunkt jeder der Vielzahl von Regionen mit modifiziertem Brechungsindex zugewiesen ist, die auf der Referenzebene eingestellt sind, ein Schwerpunkt jeder der Vielzahl von Regionen mit modifiziertem Brechungsindex an einer Position entfernt von einem entsprechenden Gitterpunkt des imaginären quadratischen Gitters angeordnet ist, wobei die Position einen Rotationswinkel zum Bilden mindestens eines Teiles des optischen Bildes um den entsprechenden Gitterpunkt mit Bezug auf ein Liniensegment bildet, das zwischen benachbarten Gitterpunkten verbindet.
Lichtemittierende Einrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 6, wobei das oberflächenemittierende Laserelement ein Element ist, das Licht ausgibt, das ein optisches Bild entlang einer Normalenrichtung einer Hauptoberfläche eines Substrats, einer Neigungsrichtung, welche die Normalenrichtung schneidet, oder sowohl der Normalenrichtung als auch der Neigungsrichtung bildet, und das oberflächenemittierende Laserelement das Substrat aufweist, das die Hauptoberfläche und eine Rückoberfläche aufweist, die der Hauptoberfläche gegenüberliegt, und eine aktive Schicht und eine Phasenmodulationsschicht, die auf der Hauptoberfläche angeordnet sind, die Phasenmodulationsschicht eine Basisschicht und eine Vielzahl von Regionen mit modifiziertem Brechungsindex umfasst, die einen Brechungsindex aufweisen, der sich von einem Brechungsindex der Basisschicht unterscheidet, wobei die Vielzahl von Regionen mit modifiziertem Brechungsindex ein zweidimensionales Array auf einer Referenzebene bilden, die senkrecht zu einer Dickenrichtung der Phasenmodulationsschicht ist, und in einem imaginären quadratischen Gitter, in dem ein Gitterpunkt jeder der Vielzahl von Regionen mit modifiziertem Brechungsindex zugewiesen ist, die auf der Referenzebene eingestellt sind, ein Schwerpunkt jeder der Vielzahl von Regionen mit modifiziertem Brechungsindex auf einer Geraden angeordnet ist, die durch die Gitterpunkte des imaginären quadratischen Gitters verläuft und in Bezug auf das quadratische Gitter geneigt ist, und ein Abstand auf der Geraden zwischen einem Schwerpunkt jeder der Vielzahl von Regionen mit modifiziertem Brechungsindex und einem entsprechenden Gitterpunkt so eingestellt ist, dass mindestens ein Teil des optischen Bildes gebildet wird.
Lichtemittierende Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei eine Rotationssymmetrie von 180° von einer Symmetrie einer planaren Form ausgeschlossen ist, die auf der Referenzebene jeder der Vielzahl von Regionen mit modifiziertem Brechungsindex definiert ist.
Lichtemittierende Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die dielektrische Schicht Aluminiumoxid, Siliziumoxid und/oder Magnesiumfluorid enthält.
Lichtemittierende Einrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 11, wobei ein Teil der dielektrischen Schicht die erste Oberfläche bildet.
Lichtemittierende Einrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Lichtleitschicht Aluminiumoxid, Siliziumoxid, Magnesiumfluorid und/oder Calciumfluorid enthält.
Lichtemittierende Einrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 13, wobei das oberflächenemittierende Laserelement ferner eine erste Elektrode aufweist, die auf der ersten Lichtausgangs-Oberfläche angeordnet ist, und die erste Elektrode eine Form aufweist, die eine Laserlicht-Ausgangsregion auf der ersten Lichtausgangs-Oberfläche umgibt.
Lichtemittierende Einrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 14, wobei das oberflächenemittierende Laserelement ferner eine erste Elektrode aufweist, die Seite an Seite mit einer Laserlicht-Ausgangsregion auf der ersten Lichtausgangs-Oberfläche angeordnet ist.
Lichtemittierende Einrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 15, wobei das oberflächenemittierende Laserelement ferner eine zweite Elektrode aufweist, die auf der zweiten Lichtausgangs-Oberfläche angeordnet ist, und die zweite Elektrode eine Form aufweist, die die reflektierende Metaoberfläche umgibt.
Lichtemittierende Einrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 16, ferner umfassend: eine 1/4-Wellenlängenplatte, die zwischen der zweiten Lichtausgangs-Oberfläche und der reflektierenden Metaoberfläche angeordnet ist, und eine Polarisierungsplatte, die auf der ersten Lichtausgangs-Oberfläche angeordnet ist.