JP2006156901A - Semiconductor light emitting device - Google Patents
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Abstract
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
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
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
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
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
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。
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
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
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
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
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
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
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
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-
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
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
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-
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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-
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
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
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
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-
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
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
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,
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
(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
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
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
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-
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
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
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-
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-
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-
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
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
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,
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
(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,
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
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
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
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
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
(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,
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
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
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
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
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
(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
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
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
(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
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
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
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
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
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
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
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.
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)
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.
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