JP2006156901A - Semiconductor light emitting device - Google Patents

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貴史 三崎
Hideki Matsubara
秀樹 松原
Hirohisa Saito
裕久 齊藤
Akira Yamaguchi
章 山口
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor light emitting device in which a light extracting efficiency is high and an unevenness of vibration strength can be suppressed. <P>SOLUTION: In the semiconductor light emitting device 30, an anode electrode (current injecting electrode) 14 is formed on the emission face of light emitted to a direction perpendicular to the surface of a medium by a two-dimensional photonic crystal 2. This anode electrode 14 is formed in a polygonal shape in which a planar contour matches to an orientation of a two-dimensional diffractive lattice of the two-dimensional photonic crystal 2. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は半導体発光素子に関し、より特定的には、二次元回折格子を備え、面発光が可能な半導体発光素子に関する。   The present invention relates to a semiconductor light emitting device, and more particularly to a semiconductor light emitting device including a two-dimensional diffraction grating and capable of surface light emission.

半導体レーザとして、光を増幅させることが可能な媒質を封入するための2枚の合わせ鏡を用いた、いわゆるファブリペロー共振器といわれるタイプの共振器を用いたレーザが主流であった。しかしながら、ファブリペロータイプのレーザには、完全な単色での発振が保証されないために光通信の分野で使いにくいという欠点があった。   As a semiconductor laser, a laser using a so-called Fabry-Perot resonator type resonator using two laminated mirrors for enclosing a medium capable of amplifying light has been the mainstream. However, the Fabry-Perot type laser has a drawback that it is difficult to use in the field of optical communication because oscillation in a single color is not guaranteed.

この問題を解決したのが分布帰還型(DFB:Distributed feedback)レーザである。DFBレーザは、内部に設けられた1次元の回折格子によって前進波と後進波との結合を誘起し、その結果生じる定在波を利用したレーザである。この現象は、1次元の回折格子に対しブラッグ条件を満たす特定の波長の光でのみ生じる。したがって、DFBレーザによれば、縦モード(発振される光の光軸方向の共振モード)が単一モードである光を安定して発振することができる。   This problem is solved by a distributed feedback (DFB) laser. The DFB laser is a laser that uses a standing wave generated as a result of inducing a coupling between a forward wave and a backward wave by a one-dimensional diffraction grating provided therein. This phenomenon occurs only with light of a specific wavelength that satisfies the Bragg condition for a one-dimensional diffraction grating. Therefore, according to the DFB laser, it is possible to stably oscillate light in which the longitudinal mode (resonance mode in the optical axis direction of the oscillated light) is a single mode.

一方、DFBレーザにおいて、発振される光の光軸方向(言い換えれば回折格子に対して垂直な方向)以外の方向の光は、回折格子により回折されても定在波とはならず、フィードバックされない。つまり、DFBレーザでは、発振される光の光軸方向以外の方向の光は発振に関与せずにロスになるので、その分だけ発光効率が悪いという欠点があった。   On the other hand, in the DFB laser, light in directions other than the direction of the optical axis of the oscillated light (in other words, the direction perpendicular to the diffraction grating) does not become a standing wave even if diffracted by the diffraction grating and is not fed back. . That is, in the DFB laser, light in a direction other than the direction of the optical axis of the oscillated light is lost without being involved in the oscillation, so that there is a disadvantage that the light emission efficiency is lowered accordingly.

そこで、近年、内部に周期的な屈折率分布をもつフォトニック結晶を用いた二次元フォトニック結晶レーザが開発されつつある。二次元フォトニック結晶レーザによれば、発振される光の光軸方向以外の光であっても、フォトニック結晶面内に存在するさまざまな方向の光を回折して定在波を生じさせることで、発光効率を向上することができる。また、二次元フォトニック結晶レーザは、フォトニック結晶の主面に対して垂直な方向に面発光するという特徴を有しているので、レーザ光の出力を増加することができる。このような面発光が可能な二次元フォトニック結晶レーザは、たとえば非特許文献1に開示されている。   Therefore, in recent years, a two-dimensional photonic crystal laser using a photonic crystal having a periodic refractive index distribution is being developed. The two-dimensional photonic crystal laser diffracts light in various directions existing in the photonic crystal plane to generate standing waves, even if the light is not in the optical axis direction of the oscillated light. Thus, the luminous efficiency can be improved. In addition, since the two-dimensional photonic crystal laser has a feature of emitting light in the direction perpendicular to the main surface of the photonic crystal, the output of the laser light can be increased. A two-dimensional photonic crystal laser capable of such surface emission is disclosed in Non-Patent Document 1, for example.

図22は、上記の文献に開示された二次元フォトニック結晶レーザの構成を示す概略斜視図である。図22を参照して、この二次元フォトニック結晶レーザ130は、2つのウエハ110、120と、カソード電極103と、アノード電極114とからなっている。   FIG. 22 is a schematic perspective view showing the configuration of the two-dimensional photonic crystal laser disclosed in the above document. Referring to FIG. 22, this two-dimensional photonic crystal laser 130 includes two wafers 110 and 120, a cathode electrode 103, and an anode electrode 114.

ウエハ110は、n型のInP基板101と、そのInP基板101の表面上に形成されたn型のInPクラッド層102とを有している。ウエハ120は、ダブルへテロ接合を形成するように形成されたn型クラッド層111と、活性層112と、p型クラッド層113とを有している。   The wafer 110 has an n-type InP substrate 101 and an n-type InP clad layer 102 formed on the surface of the InP substrate 101. The wafer 120 has an n-type cladding layer 111 formed so as to form a double heterojunction, an active layer 112, and a p-type cladding layer 113.

このウエハ110とウエハ120とは、InPクラッド層102とn型クラッド層111とが向かい合うように配置され、加熱により一体化されている。InP基板101の裏面上にはカソード電極103が形成されており、p型クラッド層113上にはアノード電極114が形成されている。   The wafer 110 and the wafer 120 are disposed so that the InP cladding layer 102 and the n-type cladding layer 111 face each other, and are integrated by heating. A cathode electrode 103 is formed on the back surface of the InP substrate 101, and an anode electrode 114 is formed on the p-type cladding layer 113.

InPクラッド層102は、表面に所定の格子(たとえば三角格子や正方格子など)で配列された複数の孔102aを有している。これにより、孔の開いていない部分はInPの屈折率(n=3.21)となり、孔の開いている部分は空気の屈折率(n=1)となり、InPクラッド層102の主面は周期的な屈折率分布を有するフォトニック結晶となる。   The InP clad layer 102 has a plurality of holes 102a arranged on the surface with a predetermined lattice (for example, a triangular lattice, a square lattice, or the like). As a result, the portion having no hole has a refractive index of InP (n = 3.21), the portion having a hole has a refractive index of air (n = 1), and the main surface of the InP cladding layer 102 has a periodicity. A photonic crystal having a typical refractive index distribution.

このような二次元フォトニック結晶レーザ130では、2つの電極103、114間に適当な電圧を印加することによって、正孔と電子とが活性層112に注入される。そして、正孔と電子とが再結合すると、所定の波長を持った光が活性層112内に発生する。そして、この光が活性層112外へ漏れ出してエバネッセント光となり、フォトニック結晶に伝搬し、フォトニック結晶内における孔102aの格子点でブラッグ反射を繰り返す。その結果、各格子点間で定在波が発生し、波長および位相が揃った光となる。そして、この光がフォトニック結晶の主面に垂直な方向から発振される。これにより、アノード電極114が形成された面であって、アノード電極114の周囲の面発光領域115において面発光が生じる。
横山光他、「二次元フォトニック結晶面発光レーザー」、日本赤外線学会誌、2003年、第12巻、第2号、第17頁〜第23頁
In such a two-dimensional photonic crystal laser 130, holes and electrons are injected into the active layer 112 by applying an appropriate voltage between the two electrodes 103 and 114. When holes and electrons are recombined, light having a predetermined wavelength is generated in the active layer 112. This light leaks out of the active layer 112 to become evanescent light, propagates to the photonic crystal, and repeats Bragg reflection at the lattice points of the holes 102a in the photonic crystal. As a result, standing waves are generated between the respective lattice points, and the light has a uniform wavelength and phase. This light is oscillated from a direction perpendicular to the main surface of the photonic crystal. Thereby, surface light emission occurs in the surface light emitting region 115 around the anode electrode 114 on the surface where the anode electrode 114 is formed.
Hikaru Yokoyama et al., "Two-dimensional photonic crystal surface emitting laser", Journal of the Infrared Radiological Society of Japan, 2003, Vol. 12, No. 2, pp. 17-23

しかしながら、上記文献に開示された二次元フォトニック結晶レーザ130では、アノード電極114が面発光領域115と一部重なってしまうため、アノード電極114の周囲からしか光を取り出せず、光の取り出し効率が低い。   However, in the two-dimensional photonic crystal laser 130 disclosed in the above document, since the anode electrode 114 partially overlaps the surface emitting region 115, light can be extracted only from around the anode electrode 114, and the light extraction efficiency is high. Low.

またアノード電極114の平面形状が円形であるため、光の閉じ込め領域が不均一になり、発振光強度にムラが発生し、集積して高パワー化を図ることが困難となる。   Further, since the planar shape of the anode electrode 114 is circular, the light confinement region becomes non-uniform, unevenness in the oscillation light intensity occurs, and it becomes difficult to achieve high power by integration.

それゆえ本発明の目的は、光の取り出し効率が高く、かつ発振強度のムラを抑制できる半導体発光素子を提供することである。   Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device that has high light extraction efficiency and can suppress unevenness in oscillation intensity.

本発明の半導体発光素子は、活性層と、二次元フォトニック結晶と、電流注入用電極とを備えている。活性層は、キャリアの注入により光を発生するものである。二次元フォトニック結晶は、第1の屈折率を有する媒質と媒質の表面に二次元回折格子を構成するように設けられた第2の屈折率の部分とを有し、かつ活性層で発生した光を回折させるとともに媒質の表面に対して垂直な方向に発するものである。電流注入用電極は、二次元フォトニック結晶により媒質の表面に対して垂直な方向に発せられた光の放出面に形成されている。電流注入用電極は、平面的な外形形状が二次元フォトニック結晶の二次元回折格子の方位に合わせた多角形状よりなる単位電極を有している。   The semiconductor light emitting device of the present invention includes an active layer, a two-dimensional photonic crystal, and a current injection electrode. The active layer generates light by carrier injection. The two-dimensional photonic crystal has a medium having a first refractive index and a second refractive index portion provided on the surface of the medium so as to form a two-dimensional diffraction grating, and is generated in the active layer It diffracts light and emits light in a direction perpendicular to the surface of the medium. The current injection electrode is formed on the emission surface of light emitted by the two-dimensional photonic crystal in a direction perpendicular to the surface of the medium. The current injection electrode has a unit electrode having a polygonal shape whose planar outer shape is aligned with the orientation of the two-dimensional diffraction grating of the two-dimensional photonic crystal.

本発明の半導体発光素子によれば、電流注入用電極の単位電極の平面的な外形形状が二次元フォトニック結晶の二次元回折格子の方位に合わせた多角形状よりなっているため、辺方向に沿って強度の等しい長方形の発光領域を形成することができる。これにより発光領域は従来例よりも広がることになるため、光の取り出し効率が高くなる。また辺方向に沿って強度の等しい長方形の発光領域を形成できるため、発振強度のムラを抑制することができる。   According to the semiconductor light emitting device of the present invention, the planar outer shape of the unit electrode of the current injection electrode is a polygonal shape that matches the orientation of the two-dimensional diffraction grating of the two-dimensional photonic crystal. A rectangular light emitting region having the same intensity can be formed along the line. As a result, the light emitting area becomes wider than in the conventional example, so that the light extraction efficiency is increased. Further, since a rectangular light emitting region having the same intensity can be formed along the side direction, unevenness in oscillation intensity can be suppressed.

なお「平面的な外形形状が二次元フォトニック結晶の二次元回折格子の方位に合わせた多角形状よりなる」とは、半導体発光素子を電流注入用電極側から平面的に見たときに多角形の全ての角部の各々が第2の屈折率の部分の真上に位置するように構成された多角形よりなることを意味する。   Note that “the planar outer shape is a polygonal shape that matches the orientation of the two-dimensional diffraction grating of the two-dimensional photonic crystal” means that the polygonal shape when the semiconductor light emitting element is viewed in plan view from the current injection electrode side. Means that each of the corners is made of a polygon configured to be located immediately above the second refractive index portion.

上記の半導体発光素子において好ましくは、二次元回折格子は三角回折格子であり、単位電極の平面的な外形形状は六角形状である。   In the above semiconductor light emitting device, the two-dimensional diffraction grating is preferably a triangular diffraction grating, and the planar outer shape of the unit electrode is a hexagonal shape.

これにより、辺方向に沿って強度の等しい長方形の発光領域を形成することが可能となる。   This makes it possible to form a rectangular light emitting region having the same intensity along the side direction.

上記の半導体発光素子において好ましくは、単位電極の平面的な形状は中抜きされた六角の枠状である。   In the semiconductor light emitting device described above, the planar shape of the unit electrode is preferably a hollow hexagonal frame shape.

これにより、単位電極は中抜き形状となるため、中抜き部分からも光を取り出すことが可能となり、光の取り出し効率がさらに高くなる。   Thereby, since the unit electrode has a hollow shape, light can be extracted also from the hollow portion, and the light extraction efficiency is further increased.

上記の半導体発光素子において好ましくは、二次元回折格子は正方回折格子であり、単位電極の平面的な外形形状は四角形状である。   In the semiconductor light emitting device described above, preferably, the two-dimensional diffraction grating is a square diffraction grating, and the planar outer shape of the unit electrode is a square shape.

これにより、辺方向に沿って強度の等しい長方形の発光領域を形成することが可能となる。   This makes it possible to form a rectangular light emitting region having the same intensity along the side direction.

上記の半導体発光素子において好ましくは、単位電極の平面的な形状は中抜きされた四角の枠状である。   In the semiconductor light emitting device described above, the planar shape of the unit electrode is preferably a hollow square frame.

これにより、単位電極は中抜き形状となるため、中抜き部分からも光を取り出すことが可能となり、光の取り出し効率がさらに高くなる。   Thereby, since the unit electrode has a hollow shape, light can be extracted also from the hollow portion, and the light extraction efficiency is further increased.

上記の半導体発光素子において好ましくは、電流注入用電極は複数の単位電極が配列された構成を有する。   In the semiconductor light emitting device described above, the current injection electrode preferably has a configuration in which a plurality of unit electrodes are arranged.

これにより、発光領域の大面積化を図ることが可能となる。   As a result, the area of the light emitting region can be increased.

上記の半導体発光素子において好ましくは、複数の単位電極を電気的に接続するための透明電極をさらに備えている。   The semiconductor light emitting device preferably further includes a transparent electrode for electrically connecting a plurality of unit electrodes.

これにより、光の取り出しを妨げることなく、複数の単位電極を電気的に接続することができる。   Thereby, a plurality of unit electrodes can be electrically connected without hindering extraction of light.

以上説明したように、本発明の半導体発光素子によれば、電流注入用電極の単位電極の平面的な外形形状が二次元フォトニック結晶の二次元回折格子の方位に合わせた多角形状よりなっているため、光の取り出し効率を高くできるとともに、発振強度のムラを抑制することができる。   As described above, according to the semiconductor light emitting device of the present invention, the planar outer shape of the unit electrode of the current injection electrode is a polygonal shape that matches the orientation of the two-dimensional diffraction grating of the two-dimensional photonic crystal. Therefore, it is possible to increase the light extraction efficiency and to suppress unevenness in oscillation intensity.

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における半導体発光素子の例としてフォトニック結晶を用いた半導体レーザ素子の構成を分割して示す斜視図である。図2は、図1のII−II線に沿う概略断面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a semiconductor laser device using a photonic crystal as an example of the semiconductor light emitting device in the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic sectional view taken along line II-II in FIG.

図1および図2を参照して、半導体レーザ素子30は、たとえば、基板1と、二次元回折格子としてのフォトニック結晶2と、カソード電極3と、n型クラッド層11と、活性層12と、p型クラッド層13と、アノード電極14とを有している。   Referring to FIGS. 1 and 2, a semiconductor laser device 30 includes, for example, a substrate 1, a photonic crystal 2 as a two-dimensional diffraction grating, a cathode electrode 3, an n-type cladding layer 11, and an active layer 12. And a p-type cladding layer 13 and an anode electrode 14.

基板1は、たとえばn型のGaN(窒化ガリウム)よりなっている。この基板1の表面上には、二次元回折格子としてのフォトニック結晶2が形成されている。このフォトニック結晶2は、第1の屈折率を有する媒質とその媒質の表面に二次元回折格子を構成するように設けられた第2の屈折率の部分とを有している。第1の屈折率を有する媒質はたとえばエピタキシャル成長で形成されたn型のGaNクラッド層2(屈折率:2.54)であり、第2の屈折率の部分はたとえば空気で満たされた孔2a(屈折率:1)である。孔2aは、柱状(例えば、円柱形状)の空間部であり、GaNクラッド層2の表面2bに、たとえば三角格子を構成するようにその格子点に配列されている。   The substrate 1 is made of, for example, n-type GaN (gallium nitride). A photonic crystal 2 as a two-dimensional diffraction grating is formed on the surface of the substrate 1. The photonic crystal 2 includes a medium having a first refractive index and a second refractive index portion provided on the surface of the medium so as to form a two-dimensional diffraction grating. The medium having the first refractive index is, for example, an n-type GaN cladding layer 2 (refractive index: 2.54) formed by epitaxial growth, and the second refractive index portion is a hole 2a (for example, filled with air). Refractive index: 1). The holes 2a are columnar (for example, columnar) spaces, and are arranged on the surface 2b of the GaN cladding layer 2 at lattice points so as to form, for example, a triangular lattice.

各孔2aの中心と、これと最も近い6個の孔2aの中心との距離は等しい値であり、孔2aのピッチはたとえば140nmであり、孔2aの直径はたとえば60nmである。   The distances between the centers of the holes 2a and the centers of the six holes 2a closest thereto are equal, the pitch of the holes 2a is 140 nm, for example, and the diameter of the holes 2a is 60 nm, for example.

フォトニック結晶2の表面2b上には、n型クラッド層11、活性層12およびp型クラッド層13が順に形成されている。   On the surface 2b of the photonic crystal 2, an n-type cladding layer 11, an active layer 12, and a p-type cladding layer 13 are sequentially formed.

活性層12はキャリアの注入により光を発生する材質よりなっており、たとえばAlxGa1-x-yInyN(0≦x、y≦1、0≦x+y≦1)よりなる多重量子井戸により構成されていてもよく、単一の半導体材料より構成されていてもよい。 The active layer 12 is made of a material that generates light by injecting carriers, and is composed of, for example, a multiple quantum well made of Al x Ga 1 -xy In y N (0 ≦ x, y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1). It may be made of a single semiconductor material.

n型クラッド層11はたとえばn型GaNよりなっており、p型クラッド層13はたとえばp型GaNよりなっている。n型クラッド層11およびp型クラッド層13は、活性層12に与えられるべきキャリアが伝導する導電層として機能する。このため、n型クラッド層11およびp型クラッド層13は、活性層12を挟むように設けられている。また、n型クラッド層11およびp型クラッド層13は、共に、活性層12にキャリア(電子および正孔)を閉じ込める閉じ込め層として機能する。つまり、n型クラッド層11、活性層12およびp型クラッド層13はダブルヘテロ接合を形成しており、発光に寄与するキャリアを活性層12に集中させることができる。   The n-type cladding layer 11 is made of, for example, n-type GaN, and the p-type cladding layer 13 is made of, for example, p-type GaN. The n-type cladding layer 11 and the p-type cladding layer 13 function as conductive layers through which carriers to be given to the active layer 12 are conducted. For this reason, the n-type cladding layer 11 and the p-type cladding layer 13 are provided so as to sandwich the active layer 12. Both the n-type cladding layer 11 and the p-type cladding layer 13 function as confinement layers that confine carriers (electrons and holes) in the active layer 12. That is, the n-type cladding layer 11, the active layer 12 and the p-type cladding layer 13 form a double heterojunction, and carriers contributing to light emission can be concentrated in the active layer 12.

また、n型クラッド層11は、フォトニック結晶2への正孔の進入をブロックするブロック層としても機能させるようにしてもよい。これにより、フォトニック結晶2内で電子と正孔とが非発光再結合するのを抑止することができる。特に、回折格子点2aが空気よりなっている場合には、回折格子点2aの表面において非発光再結合が起こりやすくなるので、ブロック層としての機能が重要になる。   Further, the n-type clad layer 11 may function as a block layer that blocks the entrance of holes into the photonic crystal 2. Thereby, it is possible to suppress the non-radiative recombination of electrons and holes in the photonic crystal 2. In particular, when the diffraction grating point 2a is made of air, non-radiative recombination is likely to occur on the surface of the diffraction grating point 2a, so the function as a block layer is important.

基板1の裏面にはカソード電極3が基板1と電気的に接続するように形成されており、p型クラッド層13の表面にはアノード電極14がp型クラッド層13と電気的に接続するように形成されている。   A cathode electrode 3 is formed on the back surface of the substrate 1 so as to be electrically connected to the substrate 1, and an anode electrode 14 is electrically connected to the p-type cladding layer 13 on the surface of the p-type cladding layer 13. Is formed.

このアノード電極(電流注入用電極)14は、平面的な外形形状が二次元フォトニック結晶2の二次元回折格子の方位に合わせた多角形状よりなる単位電極を有している。本実施の形態においては、アノード電極14はたとえば単位電極単体よりなっており、二次元フォトニック結晶2の三角格子の方位に合わせた六角形状の外形を有している。また三角格子の方位に合わせた六角形状とは、図3に示すように、半導体レーザ素子30をアノード電極14側から平面的に見たときに6つの角部の各々が孔2aの真上に位置するように構成された六角形を意味している。   The anode electrode (current injection electrode) 14 has a unit electrode having a polygonal shape whose planar outer shape matches the orientation of the two-dimensional diffraction grating of the two-dimensional photonic crystal 2. In the present embodiment, the anode electrode 14 is composed of, for example, a unit electrode alone, and has a hexagonal outer shape that matches the orientation of the triangular lattice of the two-dimensional photonic crystal 2. Further, as shown in FIG. 3, the hexagonal shape matching the orientation of the triangular lattice means that each of the six corners is directly above the hole 2a when the semiconductor laser element 30 is viewed in plan from the anode electrode 14 side. It means a hexagon configured to be located.

なおアノード電極14には、ボンディングワイヤ15、バンプなどの導電要素が電気的に接続されている。   Note that conductive elements such as bonding wires 15 and bumps are electrically connected to the anode electrode 14.

次に、本実施の形態における半導体レーザ素子30の製造方法について具体的に説明する。   Next, a method for manufacturing the semiconductor laser element 30 in the present embodiment will be specifically described.

図1を参照して、n型GaN基板1上に、n型GaNクラッド層2がエピタキシャル成長により形成される。このn型GaNクラッド層2上にフォトレジスト(図示せず)が塗布された後にフォトリソグラフィによって現像され、フォトレジストに複数の孔パターンが形成される。この孔パターンは、直径が60nmで、ピッチが140nmで、三角格子を構成するように配列される。このレジストパターンをマスクとしてn型GaNクラッド層2がエッチングにより加工されることで、n型GaNクラッド層2に、直径が60nmで、ピッチが140nmで、三角格子を構成するように配列された複数の孔2aが形成される。これにより、光閉じ込め領域を形成するためのフォトニック結晶2が形成される。この後、レジストパターンはアッシングなどにより除去される。このようにして形成されたn型GaN基板1とフォトニック結晶2とを有するウエハ10を第1のウエハと称する。   Referring to FIG. 1, an n-type GaN cladding layer 2 is formed on an n-type GaN substrate 1 by epitaxial growth. A photoresist (not shown) is applied on the n-type GaN clad layer 2 and then developed by photolithography to form a plurality of hole patterns in the photoresist. This hole pattern has a diameter of 60 nm and a pitch of 140 nm, and is arranged to form a triangular lattice. By processing the n-type GaN clad layer 2 by etching using this resist pattern as a mask, the n-type GaN clad layer 2 has a diameter of 60 nm, a pitch of 140 nm, and a plurality of arrays arranged to form a triangular lattice. Hole 2a is formed. Thereby, the photonic crystal 2 for forming the light confinement region is formed. Thereafter, the resist pattern is removed by ashing or the like. The wafer 10 having the n-type GaN substrate 1 and the photonic crystal 2 formed in this manner is referred to as a first wafer.

もう一方のウェハ20は、GaN/InGaNからなる量子井戸構造の活性層12をn型GaNクラッド層11とp型GaNクラッド層12とで挟んだ構造を有するように形成される。このウエハ20を第2のウェハと称する。   The other wafer 20 is formed to have a structure in which an active layer 12 having a quantum well structure made of GaN / InGaN is sandwiched between an n-type GaN cladding layer 11 and a p-type GaN cladding layer 12. This wafer 20 is referred to as a second wafer.

第1のウェハ10と第2のウェハ20とが貼り合せ技術により接合される。p型GaN13の表面にアノード電極14が形成され、n型GaN基板1の裏面にカソード電極3が形成される。貼り合わされたウエハがレーザ発振面に垂直な方向に劈開されることで、GaN基板1を用いたフォトニック結晶面発光レーザが形成される。   The first wafer 10 and the second wafer 20 are bonded by a bonding technique. An anode electrode 14 is formed on the surface of the p-type GaN 13, and a cathode electrode 3 is formed on the back surface of the n-type GaN substrate 1. The bonded wafer is cleaved in a direction perpendicular to the laser oscillation surface, whereby a photonic crystal surface emitting laser using the GaN substrate 1 is formed.

次に、半導体レーザ素子30の発光方法について、図1〜図3を用いて説明する。   Next, a light emitting method of the semiconductor laser element 30 will be described with reference to FIGS.

アノード電極14に正電圧を印加し、カソード電極3に負電圧を印加すると、p型クラッド層13から活性層12へ正孔が注入され、n型クラッド層11から活性層12へ電子が注入される。活性層12へ正孔および電子(キャリア)が注入されると、キャリアの再結合が起こり、光が発生される。発生される光の波長は、活性層12が備える半導体層のバンドギャップによって規定される。   When a positive voltage is applied to the anode electrode 14 and a negative voltage is applied to the cathode electrode 3, holes are injected from the p-type cladding layer 13 to the active layer 12, and electrons are injected from the n-type cladding layer 11 to the active layer 12. The When holes and electrons (carriers) are injected into the active layer 12, carrier recombination occurs and light is generated. The wavelength of the generated light is defined by the band gap of the semiconductor layer included in the active layer 12.

活性層12において発生された光は、n型クラッド層11およびp型クラッド層13によって活性層12内に閉じ込められるが、一部の光はエバネッセント光としてフォトニック結晶2に到達する。フォトニック結晶2に到達したエバネッセント光の波長と、フォトニック結晶2が有する所定の周期とが一致する場合には、その周期に対応する波長において光の位相条件が規定される。フォトニック結晶2によって位相が規定された光は、フォトニック結晶2の表面2bに垂直な方向(図1中の矢印S方向)に伝搬し、活性層12において誘導放出を促す。誘導放出された光は、フォトニック結晶2において規定される光の波長および位相条件を満足している。この光は再びフォトニック結晶2へ伝搬する。このようにして、波長及び位相条件の揃った光が発生され増幅されていく。   The light generated in the active layer 12 is confined in the active layer 12 by the n-type cladding layer 11 and the p-type cladding layer 13, but a part of the light reaches the photonic crystal 2 as evanescent light. When the wavelength of the evanescent light that has reached the photonic crystal 2 matches the predetermined period of the photonic crystal 2, the phase condition of the light is defined at the wavelength corresponding to the period. The light whose phase is defined by the photonic crystal 2 propagates in a direction perpendicular to the surface 2b of the photonic crystal 2 (in the direction of arrow S in FIG. 1), and stimulates stimulated emission in the active layer 12. The stimulated emission light satisfies the light wavelength and phase conditions defined in the photonic crystal 2. This light propagates again to the photonic crystal 2. In this way, light having a uniform wavelength and phase condition is generated and amplified.

このような現象は、活性層12およびフォトニック結晶2が二次元的に広がりをもって形成されているので、電極14を中心にした領域およびその付近において生じうる。波長および位相条件の揃った光は、フォトニック結晶2の表面2bに垂直な方向に向けて発せられ、光放出面13aから放出される。   Such a phenomenon can occur in the region around the electrode 14 and in the vicinity thereof because the active layer 12 and the photonic crystal 2 are two-dimensionally widened. The light having the same wavelength and phase condition is emitted in a direction perpendicular to the surface 2b of the photonic crystal 2 and emitted from the light emitting surface 13a.

続いて、二次元回折格子(フォトニック結晶層)2について具体例を掲げながら説明する。二次元回折格子は、少なくとも2方向に同一の周期で並進させたときに重なり合うような性質を有する。このような二次元格子は、正三角形、正方形、または正六角形を一面に敷き詰めて配置し、その各頂点に格子点を設けることによって形成される。ここでは、正三角形を用いて形成される格子を三角格子、正方形を用いて形成される格子を正方格子、正六角形を用いて形成される格子を六角格子とそれぞれ呼ぶ。   Next, the two-dimensional diffraction grating (photonic crystal layer) 2 will be described with specific examples. Two-dimensional diffraction gratings have the property of overlapping when translated in the same period in at least two directions. Such a two-dimensional lattice is formed by arranging regular triangles, squares, or regular hexagons all over the surface and providing lattice points at each vertex. Here, a lattice formed using a regular triangle is referred to as a triangular lattice, a lattice formed using a square is referred to as a square lattice, and a lattice formed using a regular hexagon is referred to as a hexagonal lattice.

図4は、二次元回折格子として、格子間隔がaである三角格子を描いた図面である。三角格子は、一辺の長さがaである正三角形によって埋め尽くされている。図4において、任意に選択された格子点Aに着目し、格子点Aから格子点Bに向かう方向をX−Γ方向と呼び、また格子点Aから格子点Cへ向かう方向をX−J方向と呼ぶ。本実施の形態では、活性層12において発生される光の波長がX−Γ方向に関する格子周期に対応している場合について説明する。   FIG. 4 is a drawing depicting a triangular grating having a grating interval a as a two-dimensional diffraction grating. The triangular lattice is filled with regular triangles whose side length is a. In FIG. 4, paying attention to arbitrarily selected lattice point A, the direction from lattice point A to lattice point B is called the X-Γ direction, and the direction from lattice point A to lattice point C is the XJ direction. Call it. In the present embodiment, a case where the wavelength of light generated in the active layer 12 corresponds to a lattice period in the X-Γ direction will be described.

二次元回折格子2は、以下に説明する3個の一次元回折格子群L、M、Nを含むと考えることができる。一次元回折格子群Lは、Y軸方向に向けて設けられた一次元格子L1、L2、L3などからなっている。一次元回折格子群Mは、X軸方向に対して120度の角度を方向に向けて設けられた1次元格子M1、M2、M3などからなっている。一次元回折格子群Nは、X軸方向に対して60度の方向に向けて設けられた1次元格子N1、N2、N3などからなっている。これら3つの一次元回折格子群L、NおよびMは、任意の格子点を中心に120度の角度で回転すると重なりあう。各一次元回折格子群L、NおよびMにおいて、一次元格子間の間隔はdであり、一次元格子内の間隔はaである。 The two-dimensional diffraction grating 2 can be considered to include three one-dimensional diffraction grating groups L, M, and N described below. The one-dimensional diffraction grating group L includes one-dimensional gratings L 1 , L 2 , L 3 and the like provided in the Y-axis direction. The one-dimensional diffraction grating group M is composed of one-dimensional gratings M 1 , M 2 , M 3 and the like provided with an angle of 120 degrees with respect to the X-axis direction. The one-dimensional diffraction grating group N is composed of one-dimensional gratings N 1 , N 2 , N 3 and the like provided in a direction of 60 degrees with respect to the X-axis direction. These three one-dimensional diffraction grating groups L, N, and M overlap when rotated at an angle of 120 degrees around an arbitrary grating point. In each one-dimensional diffraction grating group L, N, and M, the interval between the one-dimensional gratings is d, and the interval within the one-dimensional grating is a.

まず、格子群Lに関して考える。格子点Aから格子点Bの方向に進む光は、格子点Bにおいて回折現象を生じる。回折方向は、ブラッグ条件2d・sinθ=mλ(m=0、±1、・・)によって規定される。ここで、λはGaNクラッド層2内における光の波長である。二次のブラッグ反射(m=±2)を満足するように回折格子が形成されている場合には、θ=±60゜、±120゜の角度に別の格子点D、E、FおよびGが存在する。また、m=0に対応する角度θ=0、180゜にも格子点AおよびKが存在する。   First, the lattice group L is considered. Light traveling in the direction from the lattice point A to the lattice point B causes a diffraction phenomenon at the lattice point B. The diffraction direction is defined by the Bragg condition 2d · sin θ = mλ (m = 0, ± 1,...). Here, λ is the wavelength of light in the GaN cladding layer 2. When the diffraction grating is formed so as to satisfy the second-order Bragg reflection (m = ± 2), other grating points D, E, F and G are formed at angles of θ = ± 60 ° and ± 120 °. Exists. There are also lattice points A and K at angles θ = 0 and 180 ° corresponding to m = 0.

格子点Bにおいて、たとえば格子点Dの方向に向けて回折された光は、格子点Dにおいて格子群Mに従って回折される。この回折は、格子群Lに従う回折現象と同様に考えることができる。次いで、格子点Dにおいて格子点Hに向けて回折される光は、格子群Nに従って回折される。このようにして順次、格子点H、格子点I、格子点Jと回折されていく。格子点Jから格子点Aに向けて回折される光は、格子群Nに従って回折される。   For example, light diffracted at the lattice point B in the direction of the lattice point D is diffracted according to the lattice group M at the lattice point D. This diffraction can be considered in the same manner as the diffraction phenomenon according to the grating group L. Next, the light diffracted toward the lattice point H at the lattice point D is diffracted according to the lattice group N. In this way, diffraction is sequentially performed at the lattice point H, the lattice point I, and the lattice point J. The light diffracted from the lattice point J toward the lattice point A is diffracted according to the lattice group N.

以上、説明したように、格子点Aから格子点Bに進む光は、複数回の回折を経て、最初の格子点Aに到達する。このため、半導体レーザ素子30においては、ある方向に進む光が複数回の回折を介して元の格子点の位置に戻るので、各格子点間には定在波が立つ。したがって、二次元回折格子2は光共振器、つまり波長選択器および反射器として作用する。   As described above, the light traveling from the lattice point A to the lattice point B reaches the first lattice point A through a plurality of diffractions. For this reason, in the semiconductor laser element 30, light traveling in a certain direction returns to the position of the original lattice point through a plurality of diffractions, so that a standing wave is generated between the lattice points. Therefore, the two-dimensional diffraction grating 2 acts as an optical resonator, that is, a wavelength selector and a reflector.

また、上記ブラッグ条件2d・sinθ=mλ(m=0、±1、・・)において、mが奇数である条件でのブラッグ反射の方向は、θ=±90゜となる。これは、二次元回折格子2の表面2bに対して垂直方向(図1中の矢印S方向)にも回折が強くなることを意味している。これにより、二次元回折格子2の主面に対して垂直方向、すなわち光放出面13a(図1)から光を放出(面発光)させることができる。   In the Bragg condition 2d · sin θ = mλ (m = 0, ± 1,...), The Bragg reflection direction under the condition that m is an odd number is θ = ± 90 °. This means that the diffraction becomes stronger in the direction perpendicular to the surface 2b of the two-dimensional diffraction grating 2 (the direction of the arrow S in FIG. 1). Thereby, light can be emitted (surface emission) in a direction perpendicular to the main surface of the two-dimensional diffraction grating 2, that is, from the light emission surface 13a (FIG. 1).

さらに、二次元回折格子2では、上記の説明が任意の格子点Aにおいて行われたことを考慮すると、上記のような光の回折は二次元的に配置されたすべての格子点において生じ得る。このため、各X−Γ方向に伝搬する光が、ブラッグ回折によって二次元的に相互に結合していると考えられる。二次元回折格子2では、この二次元的結合によって3つのX−Γ方向が結合しあってコヒーレントな状態が形成されると考えられる。   Further, in the two-dimensional diffraction grating 2, considering that the above description is performed at an arbitrary lattice point A, the above-described light diffraction can occur at all the two-dimensionally arranged lattice points. For this reason, it is considered that light propagating in each X-Γ direction is two-dimensionally coupled to each other by Bragg diffraction. In the two-dimensional diffraction grating 2, it is considered that the three X-Γ directions are coupled by this two-dimensional coupling to form a coherent state.

本実施の形態によれば、アノード電極14が二次元フォトニック結晶2の三角格子の方位に合わせた六角形状の外形を有しているため、光の取り出し効率を高くできるとともに、発振強度のムラを抑制することができる。以下、そのことを従来例と比較して詳細に説明する。   According to the present embodiment, since the anode electrode 14 has a hexagonal outer shape that matches the orientation of the triangular lattice of the two-dimensional photonic crystal 2, the light extraction efficiency can be increased, and the oscillation intensity can be uneven. Can be suppressed. Hereinafter, this will be described in detail in comparison with a conventional example.

図5は、従来例におけるアノード電極の平面形状が円形である場合の発光領域を説明するための平面図である。図5を参照して、発光強度は、格子の配列方向に沿ったアノード電極114の寸法に依存する。具体的には、円形のアノード電極114の格子配列に沿った点C11から点C12までの寸法は点C13から点C14までの寸法よりも短い。このため、点C11から点C12までの格子配列に沿った光の強度は、点C13から点C14までの格子配列に沿った光の強度よりも小さくなる。これにより図中太線で示した矢印部分で発光強度が大きくなり、図中細線で示した矢印部分で発光強度が小さくなる。これにより、円形電極114の周囲の発光領域S1bは平面的に見て三角形となる。また円形電極114の外形の円弧に沿って発光強度が不均一になる。   FIG. 5 is a plan view for explaining the light emitting region when the planar shape of the anode electrode in the conventional example is circular. Referring to FIG. 5, the light emission intensity depends on the dimension of anode electrode 114 along the direction in which the lattice is arranged. Specifically, the dimension from the point C11 to the point C12 along the lattice arrangement of the circular anode electrode 114 is shorter than the dimension from the point C13 to the point C14. For this reason, the intensity of light along the grid array from point C11 to point C12 is smaller than the intensity of light along the grid array from point C13 to point C14. As a result, the emission intensity is increased at the arrow indicated by the thick line in the figure, and the emission intensity is reduced at the arrow indicated by the thin line in the figure. As a result, the light emitting region S1b around the circular electrode 114 has a triangular shape when seen in a plan view. Further, the light emission intensity becomes non-uniform along the circular arc of the outer shape of the circular electrode 114.

これに対して本実施の形態においては、図3を参照して、アノード電極14が二次元フォトニック結晶2の三角格子の方位に合わせた六角形状の外形を有している。このため、六角形のアノード電極14の格子配列に沿った点C1から点C2までの寸法は点C3から点C4までの寸法と同じとなる。よって、点C1から点C2までの格子配列に沿った光の強度は、点C3から点C4までの格子配列に沿った光の強度と同じとなる。これにより図中太線の矢印で示すように、各格子配列に沿う部分の各々で発光強度が等しくなり、六角電極14の各辺の周囲に生じる発光領域S1aは平面的に見て長方形となる。また六角電極14の各辺に沿って発光強度が均一になる。   In contrast, in the present embodiment, referring to FIG. 3, anode electrode 14 has a hexagonal outer shape that matches the orientation of the triangular lattice of two-dimensional photonic crystal 2. For this reason, the dimension from the point C1 to the point C2 along the lattice arrangement of the hexagonal anode electrode 14 is the same as the dimension from the point C3 to the point C4. Therefore, the light intensity along the lattice arrangement from the point C1 to the point C2 is the same as the light intensity along the lattice arrangement from the point C3 to the point C4. As a result, as indicated by the bold arrows in the figure, the light emission intensity is equal in each portion along each grid array, and the light emitting region S1a generated around each side of the hexagonal electrode 14 is rectangular when viewed in plan. Further, the light emission intensity becomes uniform along each side of the hexagonal electrode 14.

このように本実施の形態によれば、従来において三角形であった発光領域の形状を長方形にして広げることができるため、より多くの光を取り出すことが可能となり、光の取り出し効率を高めることができる。また六角電極14の各辺に沿って発光強度を均一にすることができるため、発振強度のムラを抑制することができる。   As described above, according to the present embodiment, since the shape of the light emitting region, which has been a triangle in the past, can be expanded to be a rectangle, more light can be extracted and light extraction efficiency can be improved. it can. Further, since the emission intensity can be made uniform along each side of the hexagonal electrode 14, unevenness in oscillation intensity can be suppressed.

(実施の形態2)
図6は、本発明の実施の形態2における半導体発光素子の例としてフォトニック結晶を用いた半導体レーザ素子の構成を分割して示す斜視図である。図6を参照して、本実施の形態の構成は、実施の形態1の構成と比較して、フォトニック結晶2とアノード電極(電流注入用電極)14との構成において異なる。
(Embodiment 2)
FIG. 6 is a perspective view showing a structure of a semiconductor laser device using a photonic crystal as an example of the semiconductor light emitting device in the second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, the configuration of the present embodiment is different in the configuration of photonic crystal 2 and anode electrode (current injection electrode) 14 compared to the configuration of the first embodiment.

本実施の形態のフォトニック結晶2においては、第1の屈折率を有する媒質(たとえばn型のGaNクラッド層2)の表面に、二次元回折格子として正方格子を構成するように第2の屈折率の部分(たとえば孔2a)が設けられている。   In the photonic crystal 2 of the present embodiment, the second refraction is performed so that a square lattice is formed as a two-dimensional diffraction grating on the surface of the medium having the first refractive index (for example, the n-type GaN cladding layer 2). A rate portion (for example, hole 2a) is provided.

各孔2aの中心と、これと最も近い4個の孔2aの中心との距離は等しい値であり、孔2aのピッチはたとえば120nmであり、孔2aの直径はたとえば60nmである。   The distance between the center of each hole 2a and the center of the four holes 2a closest thereto is equal, and the pitch of the holes 2a is 120 nm, for example, and the diameter of the holes 2a is 60 nm, for example.

またアノード電極(電流注入用電極)14は、たとえば単位電極単体よりなっており、二次元フォトニック結晶2の正方格子の方位に合わせた四角形状の外形を有している。ここで正方格子の方位に合わせた四角形状とは、図7に示すように、半導体レーザ素子30をアノード電極14側から平面的に見たときに4つの角部の各々が孔2aの真上に位置するように構成された四角形を意味している。   The anode electrode (current injection electrode) 14 is made of, for example, a single unit electrode, and has a quadrangular outer shape that matches the orientation of the square lattice of the two-dimensional photonic crystal 2. Here, as shown in FIG. 7, the quadrangular shape aligned with the orientation of the square lattice means that each of the four corners is directly above the hole 2 a when the semiconductor laser element 30 is viewed in plan from the anode electrode 14 side. Means a quadrangle configured to be located in

なお、これ以外の本実施の形態の構成については上述した実施の形態1の構成とほぼ同じであるため、同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。また本実施の形態の製造方法も実施の形態1の製造方法とほぼ同じであるため、その説明を省略する。   The remaining configuration of the present embodiment is substantially the same as the configuration of the first embodiment described above, and therefore the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. Further, since the manufacturing method of the present embodiment is almost the same as the manufacturing method of the first embodiment, the description thereof is omitted.

また、本実施の形態の半導体レーザ素子30の発光方法については、二次元回折格子として正方格子が用いられているため、その点において実施の形態1と異なる。   Further, the light emitting method of the semiconductor laser device 30 of the present embodiment is different from that of the first embodiment in that respect because a square lattice is used as the two-dimensional diffraction grating.

図8は、二次元回折格子として、格子間隔がdである正方格子を描いた図である。図8を参照して、正方格子は、一辺の長さがdである正方形で埋め尽くされている。任意に選択された格子点Wに着目し、格子点Wから格子点Pに向かう方向をX−Γ方向と呼び、また格子点Wから格子点Qへ向かう方向X−J方向と呼ぶ。ここでは、活性層12において発生される光の波長がX−Γ方向に関する格子周期に対応している場合について説明する。   FIG. 8 is a diagram depicting a square lattice having a lattice interval d as a two-dimensional diffraction grating. Referring to FIG. 8, the square lattice is filled with a square whose side is d in length. Focusing on the arbitrarily selected lattice point W, the direction from the lattice point W to the lattice point P is called the X-Γ direction, and the direction from the lattice point W to the lattice point Q is called the XJ direction. Here, the case where the wavelength of the light generated in the active layer 12 corresponds to the grating period in the X-Γ direction will be described.

二次元回折格子(フォトニック結晶層)2は、以下に説明する2個の1次元回折格子群U、Vを含むと考えることができる。1次元回折格子群Uは、Y軸方向に向けて設けられた1次元格子U1、U2、U3などからなっている。1次元回折格子群Vは、X軸方向に向けて設けられた1次元格子V1、V2、V3などからなっている。これら2つの1次元回折格子群UおよびVは、任意の格子点を中心に90゜の角度で回転すると重なりあう。各1次元回折格子群UおよびVにおいて、1次元格子間の間隔はdであり、1次元格子内の間隔はbである。 The two-dimensional diffraction grating (photonic crystal layer) 2 can be considered to include two one-dimensional diffraction grating groups U and V described below. The one-dimensional diffraction grating group U is composed of one-dimensional gratings U 1 , U 2 , U 3 and the like provided in the Y-axis direction. The one-dimensional diffraction grating group V includes one-dimensional gratings V 1 , V 2 , V 3 and the like provided in the X-axis direction. These two one-dimensional diffraction grating groups U and V overlap when rotated at an angle of 90 ° about an arbitrary grating point. In each one-dimensional diffraction grating group U and V, the interval between the one-dimensional gratings is d, and the interval within the one-dimensional grating is b.

まず、格子群Uに関して考える。格子点Wから格子点Pの方向に進む光は、格子点Pにおいて回折現象を生じる。回折方向は、3角格子の場合と同様に、ブラッグ条件2d・sinθ=mλ(m=0、±1、・・)によって規定される。2次のブラッグ反射(m=±2)を満足するように回折格子が形成されている場合には、θ=±90゜の角度に別の格子点Q、Rが存在し、m=0に対応する角度θ=0、180゜にも格子点W、Sが存在する。   First, the lattice group U will be considered. Light traveling in the direction from the lattice point W to the lattice point P causes a diffraction phenomenon at the lattice point P. The diffraction direction is defined by the Bragg condition 2d · sin θ = mλ (m = 0, ± 1,...) As in the case of the triangular grating. When the diffraction grating is formed so as to satisfy the second-order Bragg reflection (m = ± 2), there are other grating points Q and R at an angle θ = ± 90 °, and m = 0. There are also lattice points W and S at corresponding angles θ = 0 and 180 °.

格子点Pにおいて格子点Qの方向に向けて回折された光は、格子点Qにおいて格子群Vに従って回折される。この回折は、格子群Uに従う回折現象と同様に考えることができる。次いで、格子点Qにおいて格子点Tに向けて回折される光は、格子群Uに従って回折される。このようにして順次に回折されていく。格子点Tから格子点Wに向けて回折される光は、格子群Vに従って回折される。   The light diffracted toward the lattice point Q at the lattice point P is diffracted according to the lattice group V at the lattice point Q. This diffraction can be considered in the same manner as the diffraction phenomenon according to the grating group U. Next, the light diffracted toward the lattice point T at the lattice point Q is diffracted according to the lattice group U. In this way, the light is sequentially diffracted. The light diffracted from the lattice point T toward the lattice point W is diffracted according to the lattice group V.

以上、説明したように、格子点Wから格子点Pに進む光は、複数回の回折を経て、最初の格子点Wに到達する。このため、本実施の形態の半導体レーザ素子においては、ある方向に進む光が複数回の回折を介して元の格子点の位置の戻るので、各格子点間には定在波が立つ。したがって、二次元回折格子2は光共振器、つまり波長選択器および反射器として作用する。   As described above, the light traveling from the lattice point W to the lattice point P reaches the first lattice point W through a plurality of diffractions. For this reason, in the semiconductor laser device of the present embodiment, light traveling in a certain direction returns to the position of the original lattice point through a plurality of diffractions, so that a standing wave is generated between the lattice points. Therefore, the two-dimensional diffraction grating 2 acts as an optical resonator, that is, a wavelength selector and a reflector.

また、上記ブラッグ条件2d・sinθ=mλ(m=0、±1、・・)において、mが奇数である条件でのブラッグ反射の方向は、θ=±90゜となる。これは、二次元回折格子2の主面に対して垂直方向(図15中紙面に垂直な方向)にも回折が強くなることを意味している。これにより、二次元回折格子2の主面に対して垂直方向、すなわち光放出面13a(図1)から光を放出(面発光)させることができる。   In the Bragg condition 2d · sin θ = mλ (m = 0, ± 1,...), The Bragg reflection direction under the condition that m is an odd number is θ = ± 90 °. This means that the diffraction becomes stronger in the direction perpendicular to the main surface of the two-dimensional diffraction grating 2 (the direction perpendicular to the paper surface in FIG. 15). Thereby, light can be emitted (surface emission) in a direction perpendicular to the main surface of the two-dimensional diffraction grating 2, that is, from the light emission surface 13a (FIG. 1).

さらに、二次元回折格子2では、上記の説明が任意の格子点Wにおいて行われたことを考慮すると、上記のような光の回折は二次元的に配置されたすべての格子点において生じ得る。このため、各X−Γ方向に伝搬する光が、ブラッグ回折によって二次元的に相互に結合していると考えられる。二次元回折格子2では、この二次元的結合によって2つのX−Γ方向が結合しあってコヒーレントな状態が形成されると考えられる。   Further, in the two-dimensional diffraction grating 2, considering that the above description is performed at an arbitrary grating point W, the above-described light diffraction can occur at all the two-dimensionally arranged grating points. For this reason, it is considered that light propagating in each X-Γ direction is two-dimensionally coupled to each other by Bragg diffraction. In the two-dimensional diffraction grating 2, it is considered that the two X-Γ directions are coupled by this two-dimensional coupling to form a coherent state.

本実施の形態によれば、実施の形態1と同様、アノード電極14が二次元フォトニック結晶2の正方格子の方位に合わせた四角形状の外形を有しているため、光の取り出し効率を高くできるとともに、発振強度のムラを抑制することができる。以下、そのことを従来例と比較して詳細に説明する。   According to the present embodiment, as in the first embodiment, since the anode electrode 14 has a quadrangular outer shape that matches the orientation of the square lattice of the two-dimensional photonic crystal 2, the light extraction efficiency is increased. In addition, it is possible to suppress unevenness in oscillation intensity. Hereinafter, this will be described in detail in comparison with a conventional example.

図9は、従来例におけるアノード電極の平面形状が円形である場合の発光領域を説明するための平面図である。図9を参照して、実施の形態1で説明したように発光強度は、格子の配列方向に沿ったアノード電極114の寸法に依存する。このため、円形のアノード電極114の場合には、二次元格子配列が正方格子であるときにも、円形電極114の周囲の発光領域S1bは平面的に見て三角形となる。また円形電極114の外形の円弧に沿って発光強度が不均一になる。   FIG. 9 is a plan view for explaining the light emitting region when the planar shape of the anode electrode in the conventional example is circular. Referring to FIG. 9, as described in the first embodiment, the light emission intensity depends on the dimension of anode electrode 114 along the grid arrangement direction. For this reason, in the case of the circular anode electrode 114, even when the two-dimensional lattice arrangement is a square lattice, the light emitting region S1b around the circular electrode 114 has a triangular shape when seen in a plan view. Further, the light emission intensity becomes non-uniform along the circular arc of the outer shape of the circular electrode 114.

これに対して本実施の形態においては、図7を参照して、アノード電極14が二次元フォトニック結晶2の正方格子の方位に合わせた四角形状の外形を有している。このため、四角形のアノード電極14の格子配列に沿った点C21から点C22までの寸法は点C23から点C24までの寸法と同じとなる。よって、点C21から点C22までの格子配列に沿った光の強度は、点C23から点C24までの格子配列に沿った光の強度と同じとなる。これにより、各格子配列に沿う部分の各々で発光強度が等しくなり、四角電極14の各辺の周囲に生じる発光領域S2aは平面的に見て長方形となる。また四角電極14の各辺に沿って発光強度が均一になる。   In contrast, in the present embodiment, referring to FIG. 7, anode electrode 14 has a quadrangular outer shape that matches the orientation of the square lattice of two-dimensional photonic crystal 2. For this reason, the dimension from the point C21 to the point C22 along the lattice arrangement of the square anode electrode 14 is the same as the dimension from the point C23 to the point C24. Therefore, the light intensity along the lattice arrangement from the point C21 to the point C22 is the same as the light intensity along the lattice arrangement from the point C23 to the point C24. Thereby, the light emission intensity is equal in each of the portions along each grid array, and the light emitting region S2a generated around each side of the square electrode 14 is rectangular when viewed in plan. Further, the light emission intensity becomes uniform along each side of the square electrode 14.

このように本実施の形態によれば、従来において三角形であった発光領域の形状を長方形にして広げることができるため、より多くの光を取り出すことが可能となり、光の取り出し効率を高めることができる。また四角電極14の各辺に沿って発光強度を均一にすることができるため、発振強度のムラを抑制することができる。   As described above, according to the present embodiment, since the shape of the light emitting region, which has been a triangle in the past, can be expanded to be a rectangle, more light can be extracted and light extraction efficiency can be improved. it can. In addition, since the emission intensity can be made uniform along each side of the square electrode 14, unevenness in oscillation intensity can be suppressed.

(実施の形態3)
図10は、本発明の実施の形態3における半導体発光素子の例としてフォトニック結晶を用いた半導体レーザ素子の構成を分割して示す斜視図である。図10を参照して、本実施の形態の構成は、実施の形態1の構成と比較して、アノード電極(電流注入用電極)14の構成において異なる。
(Embodiment 3)
FIG. 10 is a perspective view showing a structure of a semiconductor laser device using a photonic crystal as an example of the semiconductor light emitting device in the third embodiment of the present invention. Referring to FIG. 10, the configuration of the present embodiment is different from the configuration of the first embodiment in the configuration of anode electrode (current injection electrode) 14.

本実施の形態のアノード電極(電流注入用電極)14は、たとえば単位電極単体よりなっており、中抜きされた六角の枠状よりなっている。   The anode electrode (current injection electrode) 14 according to the present embodiment is made of, for example, a unit electrode alone, and has a hollow hexagonal frame shape.

なお、これ以外の本実施の形態の構成については上述した実施の形態1の構成とほぼ同じであるため、同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。また本実施の形態の製造方法および発光方法も実施の形態1の製造方法とほぼ同じであるため、その説明を省略する。   The remaining configuration of the present embodiment is substantially the same as the configuration of the first embodiment described above, and therefore the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. Further, the manufacturing method and the light emitting method of the present embodiment are almost the same as the manufacturing method of the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.

本実施の形態によれば、図11を参照して、アノード電極14が二次元フォトニック結晶2の三角格子の方位に合わせた六角形状の外形を有している。このため、実施の形態1と同様、各格子配列に沿う部分の各々で発光強度が等しくなり、六角電極14の各辺の周囲に生じる発光領域S3aは平面的に見て長方形となる。また六角電極14の各辺に沿って発光強度が均一になる。   According to the present embodiment, referring to FIG. 11, anode electrode 14 has a hexagonal outer shape that matches the orientation of the triangular lattice of two-dimensional photonic crystal 2. For this reason, as in the first embodiment, the light emission intensity is equal in each of the portions along each lattice arrangement, and the light emitting region S3a generated around each side of the hexagonal electrode 14 is rectangular when viewed in plan. Further, the light emission intensity becomes uniform along each side of the hexagonal electrode 14.

このように本実施の形態によれば、従来において三角形であった発光領域の形状を長方形にして広げることができるため、より多くの光を取り出すことが可能となり、光の取り出し効率を高めることができる。また六角電極14の各辺に沿って発光強度を均一にすることができるため、発振強度のムラを抑制することができる。   As described above, according to the present embodiment, since the shape of the light emitting region, which has been a triangle in the past, can be expanded to be a rectangle, more light can be extracted and light extraction efficiency can be improved. it can. Further, since the emission intensity can be made uniform along each side of the hexagonal electrode 14, unevenness in oscillation intensity can be suppressed.

また六角電極14が中抜きされた枠状に形成されているため、中抜きされた中央部分からも光を取り出すことが可能となる。これにより、さらに多くの光を取り出すことが可能となり、光の取り出し効率をさらに高めることができる。   Further, since the hexagonal electrode 14 is formed in a frame shape with a hollow, it is possible to extract light from the central portion with the hollow. As a result, more light can be extracted, and the light extraction efficiency can be further increased.

なお六角電極14を中抜きした場合でも、六角電極14により注入された電流は六角電極14の中央部へ広がる。このため、実施の形態1の中抜きを有しない六角形のベタ電極の場合と同じ電流注入効果が得られる。   Even when the hexagonal electrode 14 is hollowed out, the current injected by the hexagonal electrode 14 spreads to the center of the hexagonal electrode 14. For this reason, the same current injection effect as in the case of the hexagonal solid electrode having no hollow in the first embodiment can be obtained.

なお上記においては、アノード電極14が中抜きされた六角形の枠状よりなる単位電極単体よりなる場合について説明したが、アノード電極14は図12に示すように単位電極を複数組合せ接続してメッシュ状(ハニカム(蜂の巣)状)とされてもよい。   In the above description, the case where the anode electrode 14 is made of a single unit electrode having a hexagonal frame shape with a hollow is described. However, the anode electrode 14 is a mesh formed by connecting a plurality of unit electrodes in combination as shown in FIG. (A honeycomb (honeycomb) shape).

図11に示したようにアノード電極14が中抜きされた六角形の枠状よりなる単位電極単体よりなる場合には、アノード電極14からの中央部への電流の広がりには限界があるため、アノード電極14を大型化することが難しい。そこで、図12に示すようにメッシュ状に単位電極を組合せることにより、単位電極自体は大型化することなくアノード電極14を大型化することが可能となる。また従来例の円形のアノード電極の場合には隙間なく組合せ接続することはできないが、外形形状が六角形の場合には隙間なく接続することが可能となる。   As shown in FIG. 11, when the anode electrode 14 is made of a single unit electrode having a hexagonal frame shape with a hollow, there is a limit to the spread of current from the anode electrode 14 to the center portion. It is difficult to increase the size of the anode electrode 14. Accordingly, by combining the unit electrodes in a mesh shape as shown in FIG. 12, the anode electrode 14 can be enlarged without increasing the size of the unit electrode itself. Further, in the case of the conventional circular anode electrode, the combination connection cannot be made without a gap, but when the outer shape is a hexagon, the connection can be made without a gap.

(実施の形態4)
図13は、本発明の実施の形態4における半導体発光素子の例としてフォトニック結晶を用いた半導体レーザ素子の構成を分割して示す斜視図である。図13参照して、本実施の形態の構成は、実施の形態2の構成と比較して、アノード電極(電流注入用電極)14の構成において異なる。
(Embodiment 4)
FIG. 13 is a perspective view showing a configuration of a semiconductor laser device using a photonic crystal as an example of the semiconductor light emitting device in the fourth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 13, the configuration of the present embodiment is different from the configuration of the second embodiment in the configuration of anode electrode (current injection electrode) 14.

本実施の形態のアノード電極(電流注入用電極)14は、たとえば単位電極単体よりなっており、中抜きされた四角の枠状よりなっている。   The anode electrode (current injection electrode) 14 of the present embodiment is made of, for example, a unit electrode alone, and has a hollow rectangular frame shape.

なお、これ以外の本実施の形態の構成については上述した実施の形態2の構成とほぼ同じであるため、同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。また本実施の形態の製造方法および発光方法も実施の形態2の製造方法とほぼ同じであるため、その説明を省略する。   Since the configuration of the present embodiment other than this is almost the same as the configuration of the second embodiment described above, the same components are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. Further, the manufacturing method and the light emitting method of the present embodiment are almost the same as the manufacturing method of the second embodiment, and thus the description thereof is omitted.

本実施の形態によれば、図14を参照して、アノード電極14が二次元フォトニック結晶2の正方格子の方位に合わせた四角形状の外形を有している。このため、実施の形態2と同様、各格子配列に沿う部分の各々で発光強度が等しくなり、四角電極14の各辺の周囲に生じる発光領域S4aは平面的に見て長方形となる。また四角電極14の各辺に沿って発光強度が均一になる。   According to the present embodiment, referring to FIG. 14, anode electrode 14 has a rectangular outer shape that matches the orientation of the square lattice of two-dimensional photonic crystal 2. For this reason, as in the second embodiment, the light emission intensity is equal in each portion along each lattice arrangement, and the light emitting region S4a generated around each side of the square electrode 14 is rectangular when viewed in plan. Further, the light emission intensity becomes uniform along each side of the square electrode 14.

このように本実施の形態によれば、従来において三角形であった発光領域の形状を長方形にして広げることができるため、より多くの光を取り出すことが可能となり、光の取り出し効率を高めることができる。また四角電極14の各辺に沿って発光強度を均一にすることができるため、発振強度のムラを抑制することができる。   As described above, according to the present embodiment, since the shape of the light emitting region, which has been a triangle in the past, can be expanded to be a rectangle, more light can be extracted and light extraction efficiency can be improved. it can. In addition, since the emission intensity can be made uniform along each side of the square electrode 14, unevenness in oscillation intensity can be suppressed.

また四角電極14が中抜きされた枠状に形成されているため、中抜きされた中央部分からも光を取り出すことが可能となる。これにより、さらに多くの光を取り出すことが可能となり、光の取り出し効率をさらに高めることができる。   Further, since the square electrode 14 is formed in a frame shape with a hollow, it is possible to extract light from the central portion with the hollow. As a result, more light can be extracted, and the light extraction efficiency can be further increased.

なお四角電極14を中抜きした場合でも、四角電極14により注入された電流は四角電極14の中央部へ広がる。このため、実施の形態2の中抜きを有しない四角形のベタ電極の場合と同じ電流注入効果が得られる。   Even when the square electrode 14 is hollowed out, the current injected by the square electrode 14 spreads to the center of the square electrode 14. For this reason, the same current injection effect as in the case of the rectangular solid electrode having no hollow in the second embodiment can be obtained.

なお上記においては、アノード電極14が中抜きされた四角形の枠状よりなる単位電極単体よりなる場合について説明したが、アノード電極14は図15に示すように単位電極を複数組合せ接続してメッシュ状とされてもよい。   In the above description, the case where the anode electrode 14 is formed of a single unit electrode having a rectangular frame shape with a hollowed out portion has been described. However, the anode electrode 14 has a mesh shape by connecting a plurality of unit electrodes as shown in FIG. It may be said.

図14に示したようにアノード電極14が中抜きされた四角形の枠状よりなる単位電極単体よりなる場合には、アノード電極14からの中央部への電流の広がりには限界があるため、アノード電極14を大型化することが難しい。そこで、図15に示すようにメッシュ状に単位電極を組合せることにより、単位電極自体は大型化することなくアノード電極14を大型化することが可能となる。また従来例の円形のアノード電極の場合には隙間なく組合せ接続することはできないが、外形形状が四角形の場合には隙間なく接続することが可能となる。   As shown in FIG. 14, when the anode electrode 14 is made of a single unit electrode having a rectangular frame shape with a hollow, there is a limit to the spread of current from the anode electrode 14 to the center portion. It is difficult to increase the size of the electrode 14. Accordingly, by combining the unit electrodes in a mesh shape as shown in FIG. 15, the anode electrode 14 can be enlarged without increasing the size of the unit electrode itself. Further, in the case of the conventional circular anode electrode, the combination connection cannot be made without a gap, but when the outer shape is a square shape, the connection can be made without a gap.

(実施の形態5)
図16は、本発明の実施の形態5における半導体発光素子の例としてフォトニック結晶を用いた半導体レーザ素子の構成を概略的に示す平面図である。図16を参照して、本実施の形態の構成は、図12に示す構成と比較して、ボンディングパッド部14aが追加されている点において異なる。ボンディングパッド部14aは、中抜きされた六角形の枠状の単位電極がメッシュ状に組合わされた電極14の最外周部から外方へ延びるように形成されており、かつ電極14と一体的に形成されている。ボンディングパッド部14aには、ボンディングワイヤ15が電気的に接続されている。
(Embodiment 5)
FIG. 16 is a plan view schematically showing a configuration of a semiconductor laser element using a photonic crystal as an example of the semiconductor light emitting element in the fifth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 16, the configuration of the present embodiment is different from the configuration shown in FIG. 12 in that bonding pad portion 14a is added. The bonding pad portion 14a is formed so as to extend outward from the outermost peripheral portion of the electrode 14 in which the hollow hexagonal frame-shaped unit electrodes are combined in a mesh shape. Is formed. A bonding wire 15 is electrically connected to the bonding pad portion 14a.

なお、これ以外の本実施の形態の構成については上述した図12に示す構成とほぼ同じであるため、同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。   The remaining configuration of the present embodiment is almost the same as the configuration shown in FIG. 12 described above, and thus the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

本実施の形態によれば、ボンディングパッド部14aを設けたことにより、メッシュ状の電極14にボンディングワイヤ15を電気的に接続する必要がなくなる。このため、ボンディングワイヤ15が発光領域を遮光することもなくなり、さらに光取り出し効率を高めることができる。   According to the present embodiment, it is not necessary to electrically connect the bonding wire 15 to the mesh electrode 14 by providing the bonding pad portion 14a. For this reason, the bonding wire 15 does not shield the light emitting region, and the light extraction efficiency can be further improved.

なお上記においては中抜きされた六角形の枠状の単位電極を組合せた電極にボンディングパッド部14aを電気的に接続した場合について説明したが、図15に示すように中抜きされた四角形の枠状の単位電極を組合せた電極にボンディングパッド部14aが電気的に接続されてもよく、この場合にも上記と同じ効果を得ることができる。   In the above description, the case where the bonding pad portion 14a is electrically connected to the electrode formed by combining the hollow hexagonal frame unit electrodes has been described. However, as shown in FIG. The bonding pad portion 14a may be electrically connected to an electrode obtained by combining the unit electrodes in the shape, and in this case, the same effect as described above can be obtained.

(実施の形態6)
図17は、本発明の実施の形態6における半導体発光素子の例としてフォトニック結晶を用いた半導体レーザ素子の構成を概略的に示す平面図である。また図18は、図17のXVIII−XVIII線に沿う概略断面図である。
(Embodiment 6)
FIG. 17 is a plan view schematically showing a configuration of a semiconductor laser element using a photonic crystal as an example of the semiconductor light emitting element in the sixth embodiment of the present invention. 18 is a schematic cross-sectional view taken along the line XVIII-XVIII in FIG.

図17および図18を参照して、本実施の形態の構成は、実施の形態1の単位電極14を複数個分離して配列するとともに、各単位電極14上を透明電極16で覆うことにより複数の単位電極14同士を電気的に接続した構成を有している。この透明電極16は、その最外周部から外方へ延びるように形成され、かつ透明電極16と一体的に形成されたボンディングパッド部16aを有している。このボンディングパッド部16aにはボンディングワイヤ15が電気的に接続されている。   Referring to FIGS. 17 and 18, the configuration of the present embodiment includes a plurality of unit electrodes 14 according to the first embodiment which are separated and arranged, and each unit electrode 14 is covered with a transparent electrode 16 to provide a plurality of unit electrodes 14. The unit electrodes 14 are electrically connected to each other. The transparent electrode 16 has a bonding pad portion 16 a formed so as to extend outward from the outermost peripheral portion and integrally formed with the transparent electrode 16. A bonding wire 15 is electrically connected to the bonding pad portion 16a.

なお、これ以外の本実施の形態の構成については上述した図1に示す構成とほぼ同じであるため、同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。   The remaining configuration of the present embodiment is almost the same as the configuration shown in FIG. 1 described above, and therefore the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

本実施の形態によれば、複数配列された六角形の単位電極14を透明電極16で電気的に接続することができるため、発光領域を大面積化することができる。また透明電極16は電流注入用の電極である必要がないため(つまりオーミック電極である必要がないため)、材質選択の自由度が大きくなり、発生する光に対して透明な材質を選択することができる。   According to the present embodiment, since the plurality of arranged hexagonal unit electrodes 14 can be electrically connected by the transparent electrode 16, the light emitting region can be enlarged. In addition, since the transparent electrode 16 does not need to be an electrode for current injection (that is, does not need to be an ohmic electrode), the degree of freedom in selecting a material is increased, and a material that is transparent to the generated light is selected. Can do.

なお上記においては複数配列された六角形の単位電極14を透明電極16で電気的に接続した場合について説明したが、図6に示すように四角形の単位電極14が複数配列され、それらが透明電極により電気的に接続されてもよく、この場合にも上記と同じ効果を得ることができる。   In the above description, the case where a plurality of arranged hexagonal unit electrodes 14 are electrically connected by the transparent electrode 16 has been described. However, as shown in FIG. In this case, the same effect as described above can be obtained.

なお上記の実施の形態においては六角形状の単位電極は三角格子に対して図19の点線で示すような位置関係で形成されているが、実線で示す位置関係で形成されていてもよい。また上記の実施の形態においては四角形状の単位電極は正方格子に対して図20の点線で示すような位置関係で形成されているが、実線で示す位置関係で形成されていてもよい。   In the above embodiment, the hexagonal unit electrodes are formed in a positional relationship as shown by dotted lines in FIG. 19 with respect to the triangular lattice, but may be formed in a positional relationship shown by a solid line. Further, in the above embodiment, the rectangular unit electrodes are formed in a positional relationship as shown by the dotted line in FIG. 20 with respect to the square lattice, but may be formed in a positional relationship shown by a solid line.

また上記の実施の形態1〜6においては、フォトニック結晶2が活性層12よりもカソード電極側に位置する構成について説明したが、図21に示すようにフォトニック結晶2が活性層12よりもアノード電極14側に位置していてもよい。この場合、半導体レーザ素子30は、たとえば基板1上に、n型クラッド層11と、活性層12と、p型クラッド層13と、二次元回折格子としてのフォトニック結晶2と、p型クラッド層21と、コンタクト層22とが順に形成された構成を有し、かつ基板1の裏面にカソード電極3が形成され、コンタクト層22の表面にアノード電極14が形成された構成を有している。   In the first to sixth embodiments, the configuration in which the photonic crystal 2 is located on the cathode electrode side with respect to the active layer 12 has been described. However, as shown in FIG. It may be located on the anode electrode 14 side. In this case, the semiconductor laser element 30 includes, for example, an n-type cladding layer 11, an active layer 12, a p-type cladding layer 13, a photonic crystal 2 as a two-dimensional diffraction grating, and a p-type cladding layer on a substrate 1. 21 and the contact layer 22 are sequentially formed, the cathode electrode 3 is formed on the back surface of the substrate 1, and the anode electrode 14 is formed on the surface of the contact layer 22.

また上記の実施の形態においては、基板1の材質としてn型のGaNについて説明したが、基板1の材質はこれに限定されるものではなく、導電性SiC、InP、GaAsであっても良い。上述した導電性GaNおよび導電性SiCは青〜紫外の領域の発光素子に用いられ、InPおよびGaAsは赤外〜赤の領域の発光素子に用いられる。   In the above embodiment, n-type GaN has been described as the material of the substrate 1. However, the material of the substrate 1 is not limited to this, and may be conductive SiC, InP, or GaAs. The above-described conductive GaN and conductive SiC are used for light emitting elements in the blue to ultraviolet region, and InP and GaAs are used for light emitting elements in the infrared to red region.

また孔2a内には空気が満たされた場合について説明したが、空気以外の気体が満たされていてもよく、また固体が満たされていてもよい。この場合、孔2aを埋め込む材料、つまり低屈折率の誘電体材料としては、シリコン窒化膜(SiNx)などを用いることができる。ただし、第1の屈折率と第2の屈折率との差を大きくとるためには、孔2aは何も埋め込まない状態(気体、たとえば空気が存在する状態、より厳格には、後に説明する接合工程における雰囲気に含まれる気体が存在する状態)であることが好ましい。このように屈折率の差を大きくとると、第1の屈折率の媒質内に光を閉じ込めることができる。   Moreover, although the case where air was satisfy | filled in the hole 2a was demonstrated, gas other than air may be satisfy | filled and solid may be satisfy | filled. In this case, a silicon nitride film (SiNx) or the like can be used as a material for filling the hole 2a, that is, a dielectric material having a low refractive index. However, in order to increase the difference between the first refractive index and the second refractive index, the hole 2a is in a state in which nothing is embedded (a state where gas, for example, air exists, more strictly, a junction described later) It is preferable that the gas contained in the atmosphere in the process exists. When the difference in refractive index is thus increased, light can be confined in the medium having the first refractive index.

また上記の実施の形態においては、電流注入用電極14の平面的な外形形状が六角形または四角形の場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明は二次元フォトニック結晶の二次元回折格子の方位に合わせた多角形状を有する電流注入用電極全てに適用することができる。   In the above embodiment, the case where the planar outer shape of the current injection electrode 14 is hexagonal or rectangular has been described. However, the present invention is not limited to this, and the present invention is not limited to two-dimensional photo. The present invention can be applied to all current injection electrodes having a polygonal shape in accordance with the orientation of the two-dimensional diffraction grating of the nick crystal.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明は、二次元回折格子を備え、面発光が可能な半導体発光素子に有利に適用され得る。   The present invention can be advantageously applied to a semiconductor light emitting device including a two-dimensional diffraction grating and capable of surface emission.

本発明の実施の形態1における半導体発光素子の例としてフォトニック結晶を用いた半導体レーザ素子の構成を分割して示す斜視図である。It is a perspective view which divides | segments and shows the structure of the semiconductor laser element using a photonic crystal as an example of the semiconductor light-emitting device in Embodiment 1 of this invention. 図1のII−II線に沿う概略断面図である。It is a schematic sectional drawing in alignment with the II-II line of FIG. 本発明の実施の形態1における半導体発光素子の例としてフォトニック結晶を用いた半導体レーザ素子の構成を概略的に示す平面図である。It is a top view which shows roughly the structure of the semiconductor laser element which used the photonic crystal as an example of the semiconductor light-emitting device in Embodiment 1 of this invention. 二次元回折格子として、格子間隔がaである三角格子を描いた図面である。It is a drawing depicting a triangular lattice having a lattice spacing of a as a two-dimensional diffraction grating. 従来例におけるアノード電極の平面形状が円形である場合の発光領域を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the light emission area | region in case the planar shape of the anode electrode in a prior art example is circular. 本発明の実施の形態2における半導体発光素子の例としてフォトニック結晶を用いた半導体レーザ素子の構成を分割して示す斜視図である。It is a perspective view which divides | segments and shows the structure of the semiconductor laser element which used the photonic crystal as an example of the semiconductor light-emitting device in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2における半導体発光素子の例としてフォトニック結晶を用いた半導体レーザ素子の構成を概略的に示す平面図である。It is a top view which shows roughly the structure of the semiconductor laser element which used the photonic crystal as an example of the semiconductor light-emitting device in Embodiment 2 of this invention. 二次元回折格子として、格子間隔がdである正方格子を描いた図である。It is the figure which drew the square lattice whose lattice space | interval is d as a two-dimensional diffraction grating. 従来例におけるアノード電極の平面形状が円形である場合の発光領域を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the light emission area | region in case the planar shape of the anode electrode in a prior art example is circular. 本発明の実施の形態3における半導体発光素子の例としてフォトニック結晶を用いた半導体レーザ素子の構成を分割して示す斜視図である。It is a perspective view which divides | segments and shows the structure of the semiconductor laser element which used the photonic crystal as an example of the semiconductor light-emitting device in Embodiment 3 of this invention. アノード電極の平面形状が中抜きされた六角形の枠状である場合の発光領域を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the light emission area | region in case the planar shape of an anode electrode is a hexagonal frame shape by which hollow was carried out. 中抜きされた六角形の枠状よりなる単位電極が複数個組み合わされたメッシュ状の電極を示す平面図である。It is a top view which shows the mesh-shaped electrode with which the unit electrode which consists of hexagonal frame shape by which hollow was carried out was combined. 本発明の実施の形態4における半導体発光素子の例としてフォトニック結晶を用いた半導体レーザ素子の構成を分割して示す斜視図である。It is a perspective view which divides | segments and shows the structure of the semiconductor laser element using a photonic crystal as an example of the semiconductor light-emitting device in Embodiment 4 of this invention. アノード電極の平面形状が中抜きされた四角形の枠状である場合の発光領域を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the light emission area | region in case the planar shape of an anode electrode is a square frame shape by which hollow was carried out. 中抜きされた四角形の枠状よりなる単位電極が複数個組み合わされたメッシュ状の電極を示す平面図である。FIG. 5 is a plan view showing a mesh electrode in which a plurality of unit electrodes each having a hollow rectangular frame shape are combined. 本発明の実施の形態5における半導体発光素子の例としてフォトニック結晶を用いた半導体レーザ素子の構成を概略的に示す平面図である。It is a top view which shows roughly the structure of the semiconductor laser element which used the photonic crystal as an example of the semiconductor light-emitting device in Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態6における半導体発光素子の例としてフォトニック結晶を用いた半導体レーザ素子の構成を概略的に示す平面図である。It is a top view which shows roughly the structure of the semiconductor laser element which used the photonic crystal as an example of the semiconductor light-emitting device in Embodiment 6 of this invention. 図17のXVIII−XVIII線に沿う概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which follows the XVIII-XVIII line of FIG. 六角形の電極の変形例を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the modification of a hexagonal electrode. 四角形の電極の変形例を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the modification of a square electrode. フォトニック結晶層が活性層よりもアノード電極側に位置する場合の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows a structure in case a photonic crystal layer is located in an anode electrode side rather than an active layer. 非特許文献1に開示された二次元フォトニック結晶レーザの構成を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the structure of the two-dimensional photonic crystal laser disclosed by the nonpatent literature 1.

符号の説明Explanation of symbols

1 基板、2 フォトニック結晶、2a 孔、2b 表面、3 カソード電極、10 第1のウェハ、11 n型クラッド層、12 活性層、13 p型クラッド層、13a 光放出面、14 アノード電極(電流注入用電極)、14a,16a ボンディングパッド部、15 ボンディングワイヤ、16 透明電極、20 第2のウェハ、21 p型クラッド層、22 コンタクト層、30 半導体レーザ素子、S1a,S2a,S3a,S4a 発光領域。   1 substrate, 2 photonic crystal, 2a hole, 2b surface, 3 cathode electrode, 10 first wafer, 11 n-type cladding layer, 12 active layer, 13 p-type cladding layer, 13a light emitting surface, 14 anode electrode (current) Electrode for injection), 14a, 16a Bonding pad portion, 15 Bonding wire, 16 Transparent electrode, 20 Second wafer, 21 P-type cladding layer, 22 Contact layer, 30 Semiconductor laser device, S1a, S2a, S3a, S4a Light emitting region .

Claims (7)

キャリアの注入により光を発生する活性層と、
第1の屈折率を有する媒質と前記媒質の表面に二次元回折格子を構成するように設けられた第2の屈折率の部分とを有し、かつ前記活性層で発生した光を回折させるとともに前記媒質の表面に対して垂直な方向に発する二次元フォトニック結晶と、
前記二次元フォトニック結晶により前記媒質の表面に対して垂直な方向に発せられた光の放出面に形成された電流注入用電極とを備え、
前記電流注入用電極は、平面的な外形形状が前記二次元フォトニック結晶の前記二次元回折格子の方位に合わせた多角形状よりなる単位電極を有する、半導体発光素子。
An active layer that generates light by carrier injection;
A medium having a first refractive index and a second refractive index portion provided on the surface of the medium so as to form a two-dimensional diffraction grating; and diffracting light generated in the active layer A two-dimensional photonic crystal that emits in a direction perpendicular to the surface of the medium;
An electrode for current injection formed on an emission surface of light emitted in a direction perpendicular to the surface of the medium by the two-dimensional photonic crystal;
The current injection electrode is a semiconductor light emitting device having a unit electrode having a polygonal shape in which a planar outer shape is aligned with an orientation of the two-dimensional diffraction grating of the two-dimensional photonic crystal.
前記二次元回折格子は三角回折格子であり、前記単位電極の平面的な外形形状は六角形状であることを特徴とする、請求項1に記載の半導体発光素子。   The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the two-dimensional diffraction grating is a triangular diffraction grating, and the planar outer shape of the unit electrode is a hexagonal shape. 前記単位電極の平面的な形状は中抜きされた六角の枠状であることを特徴とする、請求項2に記載の半導体発光素子。   The semiconductor light emitting device according to claim 2, wherein the planar shape of the unit electrode is a hollow hexagonal frame shape. 前記二次元回折格子は正方回折格子であり、前記単位電極の平面的な外形形状は四角形状であることを特徴とする、請求項1に記載の半導体発光素子。   The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the two-dimensional diffraction grating is a square diffraction grating, and the planar outer shape of the unit electrode is a square shape. 前記単位電極の平面的な形状は中抜きされた四角の枠状であることを特徴とする、請求項4に記載の半導体発光素子。   5. The semiconductor light emitting device according to claim 4, wherein the planar shape of the unit electrode is a hollow square frame. 前記電流注入用電極は複数の単位電極が配列された構成を有することを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の半導体発光素子。   The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the current injection electrode has a configuration in which a plurality of unit electrodes are arranged. 前記複数の単位電極を電気的に接続するための透明電極をさらに備えたことを特徴とする、請求項6に記載の半導体発光素子。   The semiconductor light emitting device according to claim 6, further comprising a transparent electrode for electrically connecting the plurality of unit electrodes.
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008117562A1 (en) * 2007-03-23 2008-10-02 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Photonic crystal laser and method for manufacturing photonic crystal laser
JP2010505249A (en) * 2006-09-29 2010-02-18 オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング Semiconductor chip and method for manufacturing semiconductor chip
JP2010263043A (en) * 2009-05-01 2010-11-18 Sumitomo Electric Ind Ltd Group iii nitride semiconductor layer laminated substrate and method of manufacturing the same, and group iii nitride semiconductor device
JP2011124301A (en) * 2009-12-09 2011-06-23 Canon Inc Two dimensional photonic crystal surface emitting laser
CN103887711A (en) * 2014-03-11 2014-06-25 中国科学院半导体研究所 Large-area-array coherent photonic crystal surface emitting laser light source structure
CN104966984A (en) * 2015-06-29 2015-10-07 中国科学院半导体研究所 Device for directly doubling frequency of locking mold photonic crystal semiconductor laser to generate low wave length laser
JP2017168594A (en) * 2016-03-15 2017-09-21 株式会社東芝 Plane emission quantum cascade laser
WO2018221421A1 (en) * 2017-06-02 2018-12-06 浜松ホトニクス株式会社 Semiconductor light-emitting element and method for designing phase modulation layer
US10447012B2 (en) 2017-11-16 2019-10-15 Kabushiki Kaisha Toshiba Surface-emitting quantum cascade laser
US10714897B2 (en) 2016-03-15 2020-07-14 Kabushiki Kaisha Toshiba Distributed feedback semiconductor laser
US11258233B2 (en) 2017-12-27 2022-02-22 Kabushiki Kaisha Toshiba Quantum cascade laser

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010505249A (en) * 2006-09-29 2010-02-18 オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング Semiconductor chip and method for manufacturing semiconductor chip
WO2008117562A1 (en) * 2007-03-23 2008-10-02 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Photonic crystal laser and method for manufacturing photonic crystal laser
US8155163B2 (en) 2007-03-23 2012-04-10 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Photonic crystal laser and method of manufacturing photonic crystal laser
JP2010263043A (en) * 2009-05-01 2010-11-18 Sumitomo Electric Ind Ltd Group iii nitride semiconductor layer laminated substrate and method of manufacturing the same, and group iii nitride semiconductor device
JP2011124301A (en) * 2009-12-09 2011-06-23 Canon Inc Two dimensional photonic crystal surface emitting laser
CN103887711A (en) * 2014-03-11 2014-06-25 中国科学院半导体研究所 Large-area-array coherent photonic crystal surface emitting laser light source structure
CN104966984A (en) * 2015-06-29 2015-10-07 中国科学院半导体研究所 Device for directly doubling frequency of locking mold photonic crystal semiconductor laser to generate low wave length laser
US9893493B2 (en) 2016-03-15 2018-02-13 Kabushiki Kaisha Toshiba Surface emitting quantum cascade laser
JP2017168594A (en) * 2016-03-15 2017-09-21 株式会社東芝 Plane emission quantum cascade laser
US10714897B2 (en) 2016-03-15 2020-07-14 Kabushiki Kaisha Toshiba Distributed feedback semiconductor laser
WO2018221421A1 (en) * 2017-06-02 2018-12-06 浜松ホトニクス株式会社 Semiconductor light-emitting element and method for designing phase modulation layer
JP2018206921A (en) * 2017-06-02 2018-12-27 浜松ホトニクス株式会社 Semiconductor light-emitting element, and phase modulation layer design method for semiconductor light-emitting element
CN110574247A (en) * 2017-06-02 2019-12-13 浜松光子学株式会社 Semiconductor light emitting element and phase modulation layer design method
JP7081906B2 (en) 2017-06-02 2022-06-07 浜松ホトニクス株式会社 Method for designing a semiconductor light emitting device and a phase modulation layer of a semiconductor light emitting device
US11394174B2 (en) 2017-06-02 2022-07-19 Hamamatsu Photonics K.K. Semiconductor light-emitting element and method for designing phase modulation layer
CN110574247B (en) * 2017-06-02 2022-09-23 浜松光子学株式会社 Semiconductor light emitting element and phase modulation layer design method
US10447012B2 (en) 2017-11-16 2019-10-15 Kabushiki Kaisha Toshiba Surface-emitting quantum cascade laser
US11258233B2 (en) 2017-12-27 2022-02-22 Kabushiki Kaisha Toshiba Quantum cascade laser

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