JP2003273454A - Two-dimensional photonic crystal face emitting laser - Google Patents

Two-dimensional photonic crystal face emitting laser

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JP2003273454A
JP2003273454A JP2002071085A JP2002071085A JP2003273454A JP 2003273454 A JP2003273454 A JP 2003273454A JP 2002071085 A JP2002071085 A JP 2002071085A JP 2002071085 A JP2002071085 A JP 2002071085A JP 2003273454 A JP2003273454 A JP 2003273454A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
photonic crystal
emitting laser
refractive index
dimensional photonic
clad layer
Prior art date
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Pending
Application number
JP2002071085A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Susumu Noda
進 野田
Hikari Yokoyama
光 横山
Kojiro Sekine
孝二郎 関根
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Japan Science and Technology Agency
Minolta Co Ltd
Original Assignee
Minolta Co Ltd
Japan Science and Technology Corp
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Publication date
Application filed by Minolta Co Ltd, Japan Science and Technology Corp filed Critical Minolta Co Ltd
Priority to JP2002071085A priority Critical patent/JP2003273454A/en
Publication of JP2003273454A publication Critical patent/JP2003273454A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a two-dimensional photonic crystal face emitting laser wherein light emission efficiency is improved by a relatively easy method. <P>SOLUTION: There is provided a two-dimensional photonic crystal face emitting laser which includes a photonic crystal period structure 21 where there are laminated on a substrate 11 a lower clad layer 12, an active layer 13 for emitting light by doping a carrier, and an upper clad layer 14, and a refractive index period is arranged on the lower clad layer 12 two dimensionally, and which face emits light from the upper surface of the upper clad layer 14 by resonating in the structure 21. Refractive indexes of the lower clad layer 12 and the photonic crystal period structure 21 are different from each other, and an occupation rate that is a rate occupied by a low refractive index material in a crystal lattice is large for both of secondary diffraction efficiency and primary diffraction efficiency. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、2次元フォトニッ
ク結晶面発光レーザ、特に、キャリアの注入により発光
する活性層又はその近傍に、2次元的に屈折率周期を配
置したフォトニック結晶周期構造体を備え、フォトニッ
ク結晶により共振して面発光する2次元フォトニック結
晶面発光レーザに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser, and more particularly to a photonic crystal periodic structure in which a refractive index period is two-dimensionally arranged in or near an active layer emitting light by carrier injection. The present invention relates to a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser which has a body and resonates with a photonic crystal to perform surface emission.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、基板面から垂直方向にレーザ光を
出射する面発光レーザが種々開発、研究されている。面
発光レーザは同一基板上に多数の素子を集積(アレイ
化)でき、各素子からコヒーレントな光が並列的に出射
されるため、並列光ピックアップ、並列光伝送、光並列
情報処理の分野での用途が期待されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, various surface emitting lasers which emit laser light in a vertical direction from a substrate surface have been developed and studied. A surface-emitting laser can integrate (array) a large number of elements on the same substrate and emit coherent light from each element in parallel. Therefore, in the field of parallel optical pickup, parallel optical transmission, and optical parallel information processing. Applications are expected.

【0003】この種の面発光レーザとして、フォトニッ
ク結晶を利用した2次元フォトニック結晶面発光レーザ
が特開2000−332351号公報に開示されてい
る。フォトニック結晶とは、光の波長と同程度もしくは
より小さい屈折率周期を有する結晶であり、誘電体の多
次元周期構造体では半導体の結晶中で電子状態にバンド
ギャップが生じることと同様の原理により、光の導波を
抑制する波長帯(フォトニックバンドギャップ)が生
じ、光を2次元又は3次元に閉じこめることが可能であ
る。
As a surface emitting laser of this type, a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser utilizing a photonic crystal is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-332351. A photonic crystal is a crystal having a refractive index period that is about the same as or smaller than the wavelength of light. In a dielectric multidimensional periodic structure, the same principle as that in which a band gap occurs in the electronic state in a semiconductor crystal As a result, a wavelength band (photonic band gap) that suppresses the waveguiding of light is generated, and light can be confined in two dimensions or three dimensions.

【0004】前記公報記載の2次元フォトニック結晶面
発光レーザは、キャリアの注入により発光する活性層の
近傍に、2次元的に屈折率周期を配置したフォトニック
結晶周期構造体を設け、フォトニック結晶により共振し
て面発光するものである。
The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser described in the above publication is provided with a photonic crystal periodic structure having a two-dimensionally arranged refractive index period in the vicinity of an active layer which emits light by carrier injection. The crystal resonates and emits surface light.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記2次元
フォトニック結晶面発光レーザの発光効率を大きくする
には、2次回折効率であるフォトニック結晶効果及び/
又は1次回折効率である面発光効率を向上させることが
必要である。1次及び2次の回折効率を規定する要素と
しては、結晶格子形状、周期構造材体の材料や形状を考
慮することが考えられる。しかし、これら複数の要素は
複雑に関連するために最適構造を決定するのは極めて困
難であった。
By the way, in order to increase the emission efficiency of the above-mentioned two-dimensional photonic crystal surface emitting laser, the photonic crystal effect which is the second-order diffraction efficiency and / or
Alternatively, it is necessary to improve the surface emission efficiency, which is the first-order diffraction efficiency. It is considered that the crystal lattice shape and the material and shape of the periodic structure material are taken into consideration as factors that define the first-order and second-order diffraction efficiencies. However, it is extremely difficult to determine the optimal structure because these multiple elements are intricately related.

【0006】そこで、本発明の目的は、比較的容易な手
法で発光効率を大きくすることのできる2次元フォトニ
ック結晶面発光レーザを提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser which can increase the light emitting efficiency by a relatively easy method.

【0007】[0007]

【発明の構成、作用及び効果】以上の目的を達成するた
め、本発明に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザ
は、キャリアの注入により発光する活性層をクラッド層
で挟み込み、該クラッド層又は該活性層に2次元的に屈
折率周期を配置したフォトニック結晶周期構造体を備え
た2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、前記
クラッド層と前記フォトニック結晶周期構造体の屈折率
が異なっており、結晶格子における低屈折率材料が占め
る割合である占有率が、2次回折効率及び1次回折効率
ともに大きい占有率であることを特徴とする。
In order to achieve the above objects, the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the present invention has an active layer which emits light by carrier injection sandwiched between clad layers, and the clad layers or the clad layers. In a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser including a photonic crystal periodic structure in which an active layer has a two-dimensional refractive index period, the cladding layer and the photonic crystal periodic structure have different refractive indices. The occupancy, which is the ratio of the low refractive index material in the crystal lattice, is large in both the second-order diffraction efficiency and the first-order diffraction efficiency.

【0008】本発明に係る2次元フォトニック結晶面発
光レーザにおいては、活性層から漏れた光がフォトニッ
ク結晶の周期構造体によって2次回折(共振)して増幅
され、1次回折によってクラッド層の上面から面発光す
る。
In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the present invention, the light leaked from the active layer is second-order diffracted (resonated) by the periodic structure of the photonic crystal and amplified, and is clad by the first-order diffraction. Emits surface light from the upper surface of.

【0009】クラッド層とフォトニック結晶周期構造体
とはそれぞれ屈折率の異なる材料である。そこで、本発
明者は、結晶格子における低屈折率材料が占める割合で
ある占有率に着目し、この占有率によって2次回折効率
及び1次回折効率が規定されることを知見し、2次回折
効率及び1次回折効率ともに大きい占有率に設定するこ
とにより、発光効率の増大が得られた。
The cladding layer and the photonic crystal periodic structure are materials having different refractive indexes. Therefore, the present inventor paid attention to the occupancy, which is the ratio of the low refractive index material in the crystal lattice, and found that the occupancy defined the second-order diffraction efficiency and the first-order diffraction efficiency. An increase in luminous efficiency was obtained by setting a high occupation rate for both efficiency and first-order diffraction efficiency.

【0010】前記占有率は、5〜45%であることが好
ましい。特に、低屈折率材料からなるクラッド層中に高
屈折率材料からなるフォトニック結晶周期構造体が配置
されている場合、占有率は5〜45%であることが好ま
しい。また、高屈折率材料からなるクラッド層中に低屈
折率材料からなるフォトニック結晶周期構造体が配置さ
れている場合、占有率は5〜20%であることが好まし
い。
The occupancy rate is preferably 5 to 45%. In particular, when the photonic crystal periodic structure made of a high refractive index material is arranged in the clad layer made of a low refractive index material, the occupation rate is preferably 5 to 45%. Further, when the photonic crystal periodic structure made of a low refractive index material is arranged in the clad layer made of a high refractive index material, the occupation ratio is preferably 5 to 20%.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る2次元フォト
ニック結晶面発光レーザの実施形態について、添付図面
を参照して説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0012】(基本構造及び共振作用、図1、図2参
照)本発明に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザ
アレイは、図1に示す2次元フォトニック結晶面発光レ
ーザを同一基板上に複数素子並設したものである。
(Basic Structure and Resonance Function, See FIGS. 1 and 2) In a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser array according to the present invention, a plurality of the two-dimensional photonic crystal surface emitting lasers shown in FIG. 1 are provided on the same substrate. The elements are arranged side by side.

【0013】この2次元フォトニック結晶面発光レーザ
10は、概略、基板11上に下部クラッド層12、活性
層13、上部クラッド層14が積層され、下部クラッド
層12には活性層13の近傍に2次元フォトニック結晶
20が内蔵されている。
In this two-dimensional photonic crystal surface emitting laser 10, a lower clad layer 12, an active layer 13, and an upper clad layer 14 are laminated on a substrate 11, and the lower clad layer 12 is provided in the vicinity of the active layer 13. The two-dimensional photonic crystal 20 is built in.

【0014】基板11は、例えば、n型InPの半導体
材料からなる。下部クラッド層12及び上部クラッド層
14は、例えば、それぞれn型及びp型InPの半導体
層であり、活性層13よりも屈折率が低い。2次元フォ
トニック結晶20は、下部クラッド層12に形成した空
孔(フォトニック結晶周期構造体21)にて構成され、
下部クラッド層12とは屈折率の異なる媒質が2次元の
周期で配列された正方格子や三角格子からなっている。
空孔内にはSiN等を充填してもよい。活性層13は、
例えば、InGaAs/InGaAsP系の半導体材料
を用いた多重量子井戸構造からなっており、キャリアの
注入により発光する。
The substrate 11 is made of, for example, an n-type InP semiconductor material. The lower clad layer 12 and the upper clad layer 14 are, for example, n-type and p-type InP semiconductor layers, respectively, and have a lower refractive index than the active layer 13. The two-dimensional photonic crystal 20 is composed of holes (photonic crystal periodic structure 21) formed in the lower cladding layer 12,
The lower cladding layer 12 is composed of a square lattice or a triangular lattice in which media having different refractive indexes are arranged in a two-dimensional period.
The pores may be filled with SiN or the like. The active layer 13 is
For example, it has a multiple quantum well structure using an InGaAs / InGaAsP-based semiconductor material, and emits light when carriers are injected.

【0015】下部クラッド層12及び上部クラッド層1
4により活性層13を挟んでダブルヘテロ接合を形成
し、キャリアを閉じこめて発光に寄与するキャリアを活
性層13に集中させるようになっている。
Lower clad layer 12 and upper clad layer 1
4 forms a double heterojunction with the active layer 13 sandwiched between them, thereby confining the carriers and concentrating the carriers contributing to light emission in the active layer 13.

【0016】基板11の底面及び上部クラッド層14の
上面には金等からなる下部電極16及び上部電極17が
形成されている。電極16,17間に電圧を印加するこ
とにより活性層13が発光し、該活性層13から漏れた
光が2次元フォトニック結晶20に入射する。2次元フ
ォトニック結晶20の格子間隔に波長が一致する光は、
2次元フォトニック結晶20により共振して増幅され
る。これにより、上部クラッド層14の上面(電極17
の周囲に位置する発光領域18)からコヒーレントな光
が面発光される。
A lower electrode 16 and an upper electrode 17 made of gold or the like are formed on the bottom surface of the substrate 11 and the upper surface of the upper cladding layer 14. The active layer 13 emits light by applying a voltage between the electrodes 16 and 17, and the light leaked from the active layer 13 enters the two-dimensional photonic crystal 20. Light whose wavelength matches the lattice spacing of the two-dimensional photonic crystal 20 is
It is resonated and amplified by the two-dimensional photonic crystal 20. Thereby, the upper surface of the upper clad layer 14 (the electrode 17
The coherent light is surface-emitted from the light emitting region 18) located around the area.

【0017】ここで、図2に示すような正方格子からな
る2次元フォトニック結晶20について共振作用を説明
する。なお、格子形状は正方格子に限らず、三角格子等
であってもよい。
The resonance action of the two-dimensional photonic crystal 20 having a square lattice as shown in FIG. 2 will be described. The lattice shape is not limited to the square lattice, and may be a triangular lattice or the like.

【0018】2次元フォトニック結晶20は、第1媒質
12内に空孔等の第2媒質21と直交する2方向に同じ
周期で形成した正方格子からなっている。正方格子はΓ
−X方向とΓ−M方向の代表的な方向を有している。Γ
−X方向に隣接する第2媒質21の間隔をaとすると、
第2媒質21を格子点とした一辺がaの正方形からなる
基本格子Eが形成されている。
The two-dimensional photonic crystal 20 is composed of a square lattice formed in the first medium 12 in the same period in two directions orthogonal to the second medium 21 such as holes. Square lattice is Γ
It has a representative direction of −X direction and Γ−M direction. Γ
When the distance between the second media 21 adjacent in the −X direction is a,
A basic lattice E, which is a square with one side of a, using the second medium 21 as a lattice point, is formed.

【0019】波長λが基本格子Eの格子間隔aに一致す
る光LがΓ−X方向に進行すると、光Lは格子点で2次
回折される。このうち、光Lの進行方向に対して0°、
±90°、180°の方向に回折された光のみがブラッ
グ条件を満たす。さらに、0°、±90°、180°の
方向に回折された光の進行方向にも格子点が存在するた
め、回折光は再度進行方向に対して0°、±90°、1
80°方向に回折する。
When the light L whose wavelength λ matches the lattice spacing a of the basic lattice E travels in the Γ-X direction, the light L is second-order diffracted at the lattice point. Of these, 0 ° with respect to the traveling direction of the light L,
Only the light diffracted in the directions of ± 90 ° and 180 ° satisfies the Bragg condition. Further, since there are lattice points also in the traveling direction of the light diffracted in the directions of 0 °, ± 90 °, and 180 °, the diffracted light is again 0 °, ± 90 °, 1 with respect to the traveling direction.
Diffract in the 80 ° direction.

【0020】光Lが1回又は複数回の2次回折を繰り返
すと、回折光が元の格子点に戻るため共振作用が生じ
る。また、紙面に垂直な方向に1次回折された光もブラ
ッグ条件を満たす。このため、共振によって増幅された
光が上部クラッド層14を介して出射され、面発光機能
を有することになる。また、全ての格子点でこの現象が
生じるため、面内全域でコヒーレントなレーザ発振が可
能である。
When the light L repeats the second-order diffraction once or a plurality of times, the diffracted light returns to the original lattice point and a resonance action occurs. In addition, the light that is first-order diffracted in the direction perpendicular to the paper also satisfies the Bragg condition. Therefore, the light amplified by resonance is emitted through the upper clad layer 14 and has a surface emitting function. Further, since this phenomenon occurs at all the lattice points, coherent laser oscillation is possible in the entire plane.

【0021】なお、以下の説明において、2次元フォト
ニック結晶の面内における2次回折の効率はフォトニッ
ク結晶効果とも称し、垂直な方向への1次回折の効率は
面発光効率とも称する。
In the following description, the in-plane second-order diffraction efficiency of the two-dimensional photonic crystal is also called the photonic crystal effect, and the first-order diffraction efficiency in the vertical direction is also called the surface emission efficiency.

【0022】(第1実施形態におけるフォトニック結晶
効果、図3、図4参照)図3に本発明の第1実施形態と
して、円柱状のフォトニック結晶周期構造体21を正方
格子に配列した場合を示す。図3(A)は高屈折率材料
からなる媒質(下部クラッド層12)中に低屈折率材料
からなる周期構造体21を配置した第1a例を示し、図
3(B)は低屈折率材料からなる媒質(下部クラッド層
12)中に高屈折率材料からなる周期構造体21を配置
した第1b例を示す。
(Photonic crystal effect in the first embodiment, see FIGS. 3 and 4) FIG. 3 shows a case where the columnar photonic crystal periodic structures 21 are arranged in a square lattice as the first embodiment of the present invention. Indicates. FIG. 3A shows an example 1a in which a periodic structure 21 made of a low refractive index material is arranged in a medium (lower clad layer 12) made of a high refractive index material, and FIG. 3B shows a low refractive index material. The 1b example in which the periodic structure 21 made of a high refractive index material is arranged in the medium (lower clad layer 12) made of is shown.

【0023】本発明では、結晶の基本格子Eにおける低
屈折率材料が占める割合である占有率を問題とする。図
3(A),(B)において、結晶格子E中で斜線を付し
た部分が低屈折率材料によって占められている領域であ
る。周期構造体21が平面的に円形であることから、占
有率は第1a例(図3(A)参照)では0〜80%の範
囲を想定することができ、第1b例(図3(B)参照)
では20〜100%の範囲を想定することができる。
In the present invention, the occupancy, which is the ratio of the low refractive index material in the crystal basic lattice E, is a problem. In FIGS. 3A and 3B, the shaded portion in the crystal lattice E is the region occupied by the low refractive index material. Since the periodic structure 21 is circular in plan view, the occupation ratio can be assumed to be in the range of 0 to 80% in the example 1a (see FIG. 3A), and the occupancy rate can be assumed in the example 1b (see FIG. 3B. )reference)
Then, a range of 20 to 100% can be assumed.

【0024】以上の第1a及び第1b例において、占有
率に対するフォトニック結晶効果(2次回折効率)を図
4(A),(B)に示す。図4(A)は第1a例に対応
し、約5〜約20%の占有率において十分なフォトニッ
ク結晶効果を発揮することがわかる。図4(B)は第1
b例に対応し、約45%以下の占有率において十分なフ
ォトニック結晶効果を発揮することがわかる。
In the above Examples 1a and 1b, the photonic crystal effect (second-order diffraction efficiency) on the occupation ratio is shown in FIGS. 4 (A) and 4 (B). FIG. 4A corresponds to the example 1a, and it is understood that a sufficient photonic crystal effect is exhibited at an occupancy rate of about 5 to about 20%. FIG. 4B shows the first
It can be seen that, corresponding to the example b, a sufficient photonic crystal effect is exhibited at an occupancy rate of about 45% or less.

【0025】(第2実施形態におけるフォトニック結晶
効果、図5、図6参照)図5に本発明の第2実施形態と
して、四角柱状のフォトニック結晶周期構造体21を正
方格子に配列した場合を示す。図5(A)は高屈折率材
料からなる媒質(下部クラッド層12)中に低屈折率材
料からなる周期構造体21を配置した第2a例を示し、
図5(B)は低屈折率材料からなる媒質(下部クラッド
層12)中に高屈折率材料からなる周期構造体21を配
置した第2b例を示す。
(Photonic Crystal Effect in Second Embodiment; See FIGS. 5 and 6) FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention in which square columnar photonic crystal periodic structures 21 are arranged in a square lattice. Indicates. FIG. 5A shows a second example in which the periodic structure 21 made of the low refractive index material is arranged in the medium (the lower clad layer 12) made of the high refractive index material,
FIG. 5B shows a second example in which the periodic structure 21 made of the high refractive index material is arranged in the medium (the lower clad layer 12) made of the low refractive index material.

【0026】図5(A),(B)において、結晶格子E
中で斜線を付した部分が低屈折率材料によって占められ
ている領域である。周期構造体21が平面的に四角形で
あることから、占有率は第2a例(図5(A)参照)及
び第2b例(図5(B)参照)ともに0〜100%の範
囲を想定することができる。
In FIGS. 5A and 5B, the crystal lattice E
The shaded portion is the region occupied by the low refractive index material. Since the periodic structure 21 has a quadrangular shape in plan view, the occupation rate is assumed to be in the range of 0 to 100% in both the 2a example (see FIG. 5A) and the 2b example (see FIG. 5B). be able to.

【0027】以上の第2a例及び第2b例において、占
有率に対するフォトニック結晶効果(2次回折効率)を
図6(A),(B)に示す。図6(A)は第2a例に対
応し、約5〜約20%の占有率において十分なフォトニ
ック結晶効果を発揮することがわかる。図6(B)は第
2b例に対応し、約5〜約45%の占有率において十分
なフォトニック結晶効果を発揮することがわかる。
In the examples 2a and 2b described above, the photonic crystal effect (second-order diffraction efficiency) on the occupation ratio is shown in FIGS. 6 (A) and 6 (B). FIG. 6A corresponds to the example 2a, and it can be seen that a sufficient photonic crystal effect is exhibited at an occupancy rate of about 5 to about 20%. FIG. 6B corresponds to the second example, and it can be seen that a sufficient photonic crystal effect is exhibited at an occupancy rate of about 5 to about 45%.

【0028】(面発光効率、図7参照)次に、占有率に
関する面発光効率(1次回折効率)について説明する。
面発光効率は、フォトニック結晶周期構造体21の形状
や、屈折率の大小をいずれの媒質に設定するかに拘わら
ず、即ち、前記第1実施形態(第1a例、第1b例)、
第2実施形態(第2a例、第2b例)のいずれであって
も、図7に示す効率を有する。図7から明らかなよう
に、約5〜45%の占有率において十分な面発光効率を
発揮する。
(Surface Emission Efficiency, See FIG. 7) Next, the surface emission efficiency (first-order diffraction efficiency) relating to the occupation ratio will be described.
The surface emission efficiency is irrespective of the shape of the photonic crystal periodic structure 21 and the medium in which the magnitude of the refractive index is set, that is, the first embodiment (1a example, 1b example),
Any of the second embodiments (the 2a example and the 2b example) has the efficiency shown in FIG. 7. As is clear from FIG. 7, sufficient surface emission efficiency is exhibited at an occupancy rate of about 5 to 45%.

【0029】(発光効率のまとめ)2次元フォトニック
結晶面発光レーザは、図4、図6、図7のそれぞれのグ
ラフから明らかなように、結晶の面内方向のフォトニッ
ク結晶効果(2次回折効率)によって共振が強められ、
かつ、面発光効率(1次回折効率)に基づいて結晶面に
垂直方向に光が出射される。従って、面発光レーザとし
ての発光効率を上げるためには、フォトニック結晶効果
及び面発光効率ともに大きな領域とすればよい。
(Summary of Luminous Efficiency) As is apparent from the graphs of FIGS. 4, 6 and 7, the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser has a photonic crystal effect in the in-plane direction of the crystal (2nd time). Resonance is strengthened by (folding efficiency),
In addition, light is emitted in the direction perpendicular to the crystal plane based on the surface emission efficiency (first-order diffraction efficiency). Therefore, in order to increase the light emission efficiency of the surface emitting laser, the photonic crystal effect and the surface light emitting efficiency may be large.

【0030】発光効率の向上に関しては、結晶格子形
状、周期構造体の材料や形状を変化させるよりも、結晶
格子における低屈折率材料が占める占有率を変化させる
方が設計上容易かつ確実に寄与することになる。そこ
で、発光効率を向上させることのできる好ましい組合せ
例1,2を以下の表1に示す。
Regarding the improvement of the luminous efficiency, it is easier and more reliable in design to change the occupancy of the low refractive index material in the crystal lattice than to change the crystal lattice shape and the material and shape of the periodic structure. Will be done. Therefore, Table 1 below shows preferable combination examples 1 and 2 that can improve the luminous efficiency.

【0031】[0031]

【表1】 [Table 1]

【0032】表1に示した組合せ例1は、低屈折率材料
からなるクラッド層中に高屈折率材料からなる周期構造
体を配置した場合(第1b例、第2b例)で、前記占有
率は5〜45%に設定すればよい。また、組合せ例2
は、高屈折率材料からなるクラッド層中に低屈折率材料
からなる周期構造体を配置した場合(第1a例、第2a
例)で、前記占有率は5〜20%に設定すればよい。
The combination example 1 shown in Table 1 is the case where the periodic structure made of the high refractive index material is arranged in the clad layer made of the low refractive index material (Examples 1b and 2b), and the occupation ratio is Should be set to 5 to 45%. Also, combination example 2
Is a case where a periodic structure made of a low refractive index material is arranged in a clad layer made of a high refractive index material (example 1a, 2a
In the example), the occupation rate may be set to 5 to 20%.

【0033】(他の実施形態)なお、本発明に係る2次
元フォトニック結晶面発光レーザは前記実施形態に限定
するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更する
ことができる。
(Other Embodiments) The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the present invention is not limited to the above embodiment, but can be variously modified within the scope of the invention.

【0034】特に、半導体層、フォトニック結晶、電極
の材料や、光の偏光を揃えるための構造、格子形状等は
任意である。また、前記実施形態では、フォトニック結
晶周期構造体を下部クラッド層に設けた例を示したが、
上部クラッド層内の活性層近傍に設けてもよい。
In particular, the materials for the semiconductor layer, the photonic crystal, the electrodes, the structure for aligning the polarization of light, the lattice shape, etc. are arbitrary. Further, in the above embodiment, an example in which the photonic crystal periodic structure is provided in the lower clad layer has been shown.
It may be provided in the vicinity of the active layer in the upper cladding layer.

【0035】あるいは、図8に示すように、フォトニッ
ク結晶周期構造体21を活性層13に形成してもよい。
Alternatively, as shown in FIG. 8, the photonic crystal periodic structure 21 may be formed in the active layer 13.

【0036】また、図9に示すように、フォトニック結
晶周期構造体21をクラッド層14から活性層13、ク
ラッド層12にまで貫通するように形成してもよい。
Further, as shown in FIG. 9, the photonic crystal periodic structure 21 may be formed so as to penetrate from the clad layer 14 to the active layer 13 and the clad layer 12.

【0037】また、図10に示すように、フォトニック
結晶周期構造体21をクラッド層12から活性層13、
クラッド層14にまで貫通するように形成してもよい。
Further, as shown in FIG. 10, the photonic crystal periodic structure 21 is formed from the cladding layer 12 to the active layer 13,
You may form so that it may penetrate even to the clad layer 14.

【0038】また、図11、図12、図13に示すよう
に、フォトニック結晶周期構造体21をクラッド層14
内及びクラッド層12内に形成してもよい。
Further, as shown in FIGS. 11, 12 and 13, the photonic crystal periodic structure 21 is formed on the cladding layer 14.
You may form in the inside and the clad layer 12.

【0039】さらに、前記各実施形態では2種類の媒質
で構成した例を示したが、媒質は3種類以上であっても
前記占有率に基づいて発光効率の向上を図ることができ
る。
Furthermore, in each of the above embodiments, an example in which two types of media are used has been shown, but even if there are three or more types of media, the luminous efficiency can be improved based on the occupancy rate.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る2次元フォトニック結晶面発光レ
ーザの基本構成を示す斜視図。
FIG. 1 is a perspective view showing the basic configuration of a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the present invention.

【図2】前記面発光レーザの共振作用を示す説明図。FIG. 2 is an explanatory view showing a resonance action of the surface emitting laser.

【図3】第1実施形態におけるフォトニック結晶周期構
造体を示す説明図、(A)は第1a例、(B)は第1b
例を示す。
3A and 3B are explanatory views showing a photonic crystal periodic structure according to the first embodiment, FIG. 3A is an example 1a, and FIG. 3B is an example 1b.
Here is an example:

【図4】前記第1実施形態における占有率に対するフォ
トニック結晶効果を示すグラフ、(A)は第1a例、
(B)は第1b例を示す。
FIG. 4 is a graph showing a photonic crystal effect on the occupation ratio in the first embodiment, (A) is a first example,
(B) shows a 1b example.

【図5】第2実施形態におけるフォトニック結晶周期構
造体を示す説明図、(A)は第2a例、(B)は第2b
例を示す。
5A and 5B are explanatory views showing a photonic crystal periodic structure according to a second embodiment, FIG. 5A is a second example, and FIG.
Here is an example:

【図6】前記第2実施形態における占有率に対するフォ
トニック結晶効果を示すグラフ、(A)は第2a例、
(B)は第2b例を示す。
FIG. 6 is a graph showing the photonic crystal effect on the occupancy in the second embodiment, (A) is a second example,
(B) shows a 2b example.

【図7】前記第1及び第2実施形態における占有率に対
する面発光効率を示すグラフ。
FIG. 7 is a graph showing surface emission efficiency with respect to occupancy in the first and second embodiments.

【図8】本発明に係る2次元フォトニック結晶面発光レ
ーザの他の実施形態を示す斜視図。
FIG. 8 is a perspective view showing another embodiment of a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the present invention.

【図9】本発明に係る2次元フォトニック結晶面発光レ
ーザのさらに他の実施形態を示す斜視図。
FIG. 9 is a perspective view showing still another embodiment of a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the present invention.

【図10】本発明に係る2次元フォトニック結晶面発光
レーザのさらに他の実施形態を示す斜視図。
FIG. 10 is a perspective view showing still another embodiment of a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the present invention.

【図11】本発明に係る2次元フォトニック結晶面発光
レーザのさらに他の実施形態を示す斜視図。
FIG. 11 is a perspective view showing still another embodiment of a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the present invention.

【図12】本発明に係る2次元フォトニック結晶面発光
レーザのさらに他の実施形態を示す斜視図。
FIG. 12 is a perspective view showing still another embodiment of a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the present invention.

【図13】本発明に係る2次元フォトニック結晶面発光
レーザのさらに他の実施形態を示す斜視図。
FIG. 13 is a perspective view showing still another embodiment of a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…2次元フォトニック結晶面発光レーザ 11…基板 12…下部クラッド層(第1媒質) 13…活性層 14…上部クラッド層 16…下部電極 17…上部電極 20…2次元フォトニック結晶 21…フォトニック結晶周期構造体(第2媒質) 10. Two-dimensional photonic crystal surface emitting laser 11 ... Substrate 12 ... Lower clad layer (first medium) 13 ... Active layer 14 ... Upper clad layer 16 ... Lower electrode 17 ... Upper electrode 20 ... Two-dimensional photonic crystal 21 ... Photonic crystal periodic structure (second medium)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 横山 光 大阪府大阪市中央区安土町二丁目3番13号 大阪国際ビル ミノルタ株式会社内 (72)発明者 関根 孝二郎 大阪府大阪市中央区安土町二丁目3番13号 大阪国際ビル ミノルタ株式会社内 Fターム(参考) 5F073 AA63 AA74 AA75 AA89 AB17 CA12    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Yokoyama Hikaru             2-3-3 Azuchi-cho, Chuo-ku, Osaka-shi, Osaka Prefecture               Osaka International Building Minolta Co., Ltd. (72) Inventor Kojiro Sekine             2-3-3 Azuchi-cho, Chuo-ku, Osaka-shi, Osaka Prefecture               Osaka International Building Minolta Co., Ltd. F-term (reference) 5F073 AA63 AA74 AA75 AA89 AB17                       CA12

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 キャリアの注入により発光する活性層を
クラッド層で挟み込み、該クラッド層又は該活性層に2
次元的に屈折率周期を配置したフォトニック結晶周期構
造体を備えた2次元フォトニック結晶面発光レーザにお
いて、 前記クラッド層と前記フォトニック結晶周期構造体の屈
折率が異なっており、結晶格子における低屈折率材料が
占める割合である占有率が、2次回折効率及び1次回折
効率ともに大きい占有率であること、 を特徴とする2次元フォトニック結晶面発光レーザ。
1. An active layer that emits light by carrier injection is sandwiched between clad layers, and the clad layer or the active layer is provided with 2
In a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser including a photonic crystal periodic structure having a three-dimensional refractive index period, the cladding layer and the photonic crystal periodic structure have different refractive indices, A two-dimensional photonic crystal surface-emitting laser, characterized in that the occupancy, which is the ratio occupied by the low refractive index material, is large in both the second-order diffraction efficiency and the first-order diffraction efficiency.
【請求項2】 前記占有率が5〜45%であることを特
徴とする請求項1記載の2次元フォトニック結晶面発光
レーザ。
2. The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to claim 1, wherein the occupation ratio is 5 to 45%.
【請求項3】 低屈折率材料からなるクラッド層中に高
屈折率材料からなるフォトニック結晶周期構造体が配置
されている場合、前記占有率は5〜45%であることを
特徴とする請求項1記載の2次元フォトニック結晶面発
光レーザ。
3. When the photonic crystal periodic structure made of a high refractive index material is arranged in a cladding layer made of a low refractive index material, the occupancy rate is 5 to 45%. Item 2. A two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to item 1.
【請求項4】 高屈折率材料からなるクラッド層中に低
屈折率材料からなるフォトニック結晶周期構造体が配置
されている場合、前記占有率は5〜20%であることを
特徴とする請求項1記載の2次元フォトニック結晶面発
光レーザ。
4. When the photonic crystal periodic structure made of a low refractive index material is arranged in a clad layer made of a high refractive index material, the occupancy rate is 5 to 20%. Item 2. A two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to item 1.
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