JP2007294789A - 半導体レーザ素子 - Google Patents

Abstract

【課題】外部素子を必要としない簡素な構成で、高輝度化を実現することができる半導体レーザ素子を提供する。
【解決手段】二次元フォトニック結晶領域６０の一部に欠陥領域７０を設け、反射膜８０を積層する。活性層２４で発生した光は二次元フォトニック結晶領域６０による正反射の作用を受け、その一部は欠陥領域７０にしみ出す。欠陥領域７０にしみ出た波長成分のうち欠陥領域７０の共振波長に合致した光は活性層２４の面外方向に出射し、反射膜８０で反射されて欠陥領域７０を経由して活性層２４にフィードバックされる。欠陥領域７０を経由してフィードバックされる狭帯域な波長成分においてレーザのゲインが増大し、レーザ発振はこの波長成分に同期した単一の発振モードに固定される。従って、発振スペクトルが狭く発散角が小さくなり、輝度が向上する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ブロードエリア型半導体レーザに好適な半導体レーザ素子に関する。

導波路の幅、すなわちストライプ幅を広げた、いわゆるブロードエリア型半導体レーザは、小型・高信頼性で低コストな高出力レーザ光源として、ディスプレイ，印刷機器，材料の加工または医療などさまざまな分野に利用されている。なお、一般にブロードエリア型と呼ばれる半導体レーザは、ストライプ幅が少なくとも５μｍ以上で、そのほとんどは１０μｍ以上、最大で数百μｍ程度のものである。

ところで、このブロードエリア型半導体レーザでは、ストライプ幅を広げることにより発振の横モードが多モード化し、出射光の発散角が大きくなってしまうことから、高輝度化が困難であるという問題があった。従来では、ブロードエリア型半導体レーザを高輝度化する手段として、外部回折格子によるフィードバックまたはナローストライプ型半導体レーザによる注入同期を用いる方法や、共振器端面の反射鏡膜に対して傾斜した回折格子および導波路を備えたα−ＤＦＢ（Distributed Feedback）構造等が提案され、そのうちの幾つかが実用化されてきた。
特開２００５−１２９６０４号公報

しかしながら、外部回折格子や同期用レーザを用いる構成ではこれらの外部素子に加えて集光・コリメート用のレンズが必要となり、小型で低コストな半導体レーザの特質が損なわれてしまうという問題があった。また、α−ＤＦＢ構造では結晶成長を二回に分けて行う必要があるほか、動作温度または注入電流によって発振波長がホップするという問題があった。

ちなみに従来では、ブロードエリア型半導体レーザの後側端面に二次元フォトニック結晶を採用し、光を活性層と平行な面内で導波路の軸方向とは異なる方向に回折させることにより、ＮＦＰ（Near Field Pattern；近視野像）の不均一を解消することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

フォトニック結晶とは、多次元の周期的な屈折率変化による多次元ブラッグ反射によって特定の光波長帯域に対して伝播を禁止する禁制帯（ＰＢＧ；フォトニックバンドギャップ）が発現した構造をいう。特に、スラブ（平板）状の誘電体材料に円筒形の空孔を周期的に形成した二次元フォトニック結晶は、作製が比較的容易で薄膜プロセスからなる光デバイスとの親和性が高いことから、フォトニックバンドギャップを利用した光デバイスの高機能化の手段として注目されており、特許文献１に記載されているように半導体レーザの共振器鏡として用いることも可能である。また、二次元フォトニック結晶は、フォトニックバンドギャップ内の波長に対して面内全ての方向への伝播を禁止することができるので、回折格子のような一次元構造では困難な湾曲した波面に対してもブラッグ反射を起こすことができ、ブロードエリア型半導体レーザへの適用にも極めて好適である。

しかし、二次元フォトニック結晶のフォトニックバンドギャップ幅は通常数１０ｎｍと非常に広いので、１ｎｍ以下の帯域幅が必要とされる横モード単一化は難しく、高輝度化を実現する機能は有していなかった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、外部素子を必要としない簡素な構成で、高輝度化を実現することができる半導体レーザ素子を提供することにある。

本発明による半導体レーザ素子は、活性層を含む半導体層の積層構造を有するレーザ構造部と、レーザ構造部の主出射側端面に形成された反射鏡膜と、レーザ構造部を間にして反射鏡膜に対向し、二次元方向に周期的な屈折率分布を有すると共に、一部に周期的な屈折率分布のない欠陥領域を有する二次元フォトニック結晶領域と、二次元フォトニック結晶領域に対して半導体層の積層方向に重ねて形成された反射膜とを備えたものである。

本発明の半導体レーザ素子では、活性層で発生した光は二次元フォトニック結晶領域により二次元的にブラッグ反射を受けながら全体として正反射の作用を受けると共に、その一部は欠陥領域にしみ出す。欠陥領域はそれ自体微小な共振器としての機能を有しており、欠陥領域にしみ出た波長成分のうち欠陥領域の共振波長に合致した光は活性層の面外方向に出射し、反射膜で反射されて欠陥領域を経由して活性層にフィードバックされる。よって、この欠陥領域を経由してフィードバックされる狭帯域な波長成分においてレーザのゲインが増大し、レーザ発振はこの波長成分に同期した単一の発振モードに固定される。これにより、発振スペクトルが狭く発散角が小さく、高輝度のレーザ光が出射される。

本発明の半導体レーザ素子によれば、二次元フォトニック結晶領域の一部に周期的な屈折率分布のない欠陥領域を設けると共に、この二次元フォトニック結晶領域に対して反射膜を積層するようにしたので、欠陥領域から活性層の面外方向に出射した光を反射膜で反射させて活性層にフィードバックし、このフィードバックされた光に合致した波長で選択的にレーザ発振を生じさせ、発振スペクトルを狭くし発散角を小さくすることができる。よって、外部素子を必要としない簡素な構成で、高輝度な光出力を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明の一実施の形態に係る半導体レーザ素子の全体構成を表し、図２はこの半導体レーザ素子の断面構成を表したものである。この半導体レーザ素子は、ディスプレイ，印刷機器，材料加工または医療などの応用分野に用いられるものであり、基板１０上に、ｎ型バッファ層２１、ｎ型クラッド層２２、第１ガイド層２３、活性層２４、第２ガイド層２５、ｐ型クラッド層２６およびｐ側コンタクト層２７が順に積層されたレーザ構造部２０を有している。ｐ側コンタクト層２７上にはｐ側電極３１が設けられ、基板１０の裏側にはｎ側電極３２が形成されている。ｐ側コンタクト層２７およびｐ型クラッド層２６の一部はエッチング除去されて突条部（リッジ）４０となっており、活性層２４の突条部４０に対応する領域がストライプ状の電流注入領域となっている。電流注入領域の幅は少なくとも５μｍ、例えば１０μｍ以上である。すなわち、この半導体レーザ素子は、ブロードエリア型のものである。

基板１０は、例えば、積層方向における厚み（以下単に「厚み」という。）厚みが４５０μｍ程度であり、シリコン（Ｓｉ）などのｎ型不純物を添加したｎ型ＧａＡｓにより構成されている。ｎ型バッファ層２１は、例えば、厚みが３００ｎｍであり、シリコンなどのｎ型不純物を添加したｎ型ＧａＡｓにより構成されている。ｎ型クラッド層２２は、例えば、厚みが１２００ｎｍであり、シリコンなどのｎ型不純物を添加したｎ型（Ａｌ_0.55Ｇａ）Ａｓ混晶により構成されている。第１ガイド層２３は、例えば、厚みが１５０ｎｍであり、シリコンなどのｎ型不純物を添加したｎ型（Ａｌ_0.25Ｇａ）Ａｓ混晶により構成されている。

活性層２４は、例えば、厚みが２７ｎｍであり、不純物を添加しないＧａＡｓ層、（ＧａＩｎ_0.16）Ａｓ混晶層およびＧａＡｓ層を順に積層した構成を有し、発振波長は例えば９８０ｎｍ（ＴＥ（Transverse Electric ）波；電界の振動方向が活性層２４と平行）である。

第２ガイド層２５は、例えば、厚みが１５０ｎｍであり、亜鉛（Ｚｎ）などのｐ型不純物を添加したｐ型（Ａｌ_0.25Ｇａ）Ａｓ混晶により構成されている。ｐ型クラッド層２６は、例えば、厚みが１２００ｎｍであり、亜鉛（Ｚｎ）などのｐ型不純物を添加したｐ型（Ａｌ_0.55Ｇａ）Ａｓ混晶により構成されている。ｐ側コンタクト層２７は、例えば、厚みが２５０ｎｍであり、亜鉛（Ｚｎ）などのｐ型不純物を添加したｐ型ＧａＡｓにより構成されている。

ｐ側電極３１は、例えば、厚み５０ｎｍのチタン（Ｔｉ）層，厚み１００ｎｍの白金（Ｐｔ）層および厚み１０００ｎｍの金（Ａｕ）層をｐ側コンタクト層２４の側から順に積層した構造を有しており、ｐ側コンタクト層２４と電気的に接続されている。ｎ側電極３２は、例えば、金とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金層，ニッケル（Ｎｉ）層および金（Ａｕ）層とを基板１０の側から順に積層した構造を有しており、基板１０を介してレーザ構造部２０と電気的に接続されている。

レーザ構造部２０の主出射側端面５０には、例えば劈開による平滑な鏡面が形成されており、この鏡面に誘電体多層膜よりなる反射鏡膜５１が形成されている。

レーザ構造部２０を間にして反射鏡膜５１に対向する後方領域には、二次元フォトニック結晶領域６０が設けられ、この二次元フォトニック結晶領域６０と反射鏡膜５１との間でレーザ共振器が構成されている。二次元フォトニック結晶領域６０は、屈折率が異なる２種類の媒質を配置し二次元方向（平面状）に周期的な屈折率分布を持たせた領域であり、レーザ構造部２０の発振波長域にフォトニックバンドギャップを有している。ここでは、二次元フォトニック結晶領域６０は、例えば、ｐ型クラッド層２６ないしｎ型クラッド層２２の積層方向に伸びる複数の孔６１を有し、孔６１内の空気（屈折率ｎ＝１．０）と、ｐ型クラッド層２６ないしｎ型クラッド層２２を構成する半導体材料（主としてＡｌ_0.55ＧａＡｓ混晶、屈折率ｎ＝３．２）との２種類の媒質により周期的な屈折率分布が形成されている。

また、主出射側端面５０の反射鏡膜５１は低反射率となるように調整され、二次元フォトニック結晶領域６０は、孔６１の深さをｐ型クラッド層２６からｎ型クラッド層２２まで貫通する程度、例えば約３μｍと十分に深くすることにより高反射率となるように調整されている。これにより、活性層２２において発生した光は反射鏡膜５１と二次元フォトニック結晶領域６０との間を往復して増幅され、主出射側端面５０の反射鏡膜５１からレーザビームＬＢとして射出される。

二次元フォトニック結晶領域６０は、一部に上述した周期的な屈折率分布のない欠陥領域７０を有している。この欠陥領域７０は、隣り合う２個以上の孔６１が欠落したものであり、表面が平坦部分となっている。すなわち、この欠陥領域７０は、それ自体が微小な共振器としての機能を有しており、波長がフォトニックバンドギャップのストップバンド内にあり、かつ欠陥領域７０の共振波長に合致した、０．２５ｎｍ程度の極めて狭い帯域幅の光をトラップし、活性層２４の面外方向に出射させるものである。二次元フォトニック結晶領域６０の上方には、欠陥領域７０から出射された光を反射させるための反射膜８０が積層されている。反射膜８０は、例えば銀（Ａｇ）などの反射率の高い金属、または誘電体多層膜により構成された薄膜ミラーである。これにより、この半導体レーザ素子では、外部素子を必要としない簡素な構成で、高輝度な光出力を実現することができるようになっている。

二次元フォトニック結晶領域６０と反射膜８０との間には、スペーサ層９０が形成されていることが好ましい。スペーサ層９０は、二次元フォトニック結晶領域６０の上面を平坦化するためのものであり、例えば、ＳｉＯ₂ などの光吸収の小さい材料により構成され、その厚みは例えば０．２μｍ〜０．３μｍ程度が好ましい。この範囲内であれば高い効果が得られると共にスペーサ層９０の応力的な問題を抑制することができるからである。なお、製造方法等により反射膜８０の構成材料が孔６１に入り込まないようにすることが可能であれば、スペーサ層９０は必ずしも設ける必要はない。

図３は、二次元フォトニック結晶領域６０の平面構成の一部を拡大して表したものであり、図４は、図３に示した二次元フォトニック結晶領域６０がＴＥ偏光光に対してフォトニックバンドギャップを有するための寸法パラメータ（孔中心間隔ａおよび孔半径ｒ）の規格化値の存在範囲を表したものである。この寸法パラメータは、平面波展開法またはＦＤＴＤ法（時間領域差分法）などの数値計算により精度良く求めることが可能である。例えば、孔６１の貫通する部分の大部分を構成するｐ型クラッド層２６ないしｎ型クラッド層２２の材料であるＡｌ_0.55ＧａＡｓ混晶（屈折率ｎ＝３．２）を母材とし、空気（屈折率ｎ＝１．０）の孔６１を図３に示したような三角格子状に配置した場合、ＴＥ偏光光に対してフォトニックバンドギャップを示す寸法パラメータの規格化値は、図４において網掛けを施した領域で存在することが平面波展開法により求められる。後述するように、この結果と本実施の形態における発振波長９８０ｎｍとを併せることで、一例として孔中心間隔ａ＝２８０ｎｍ（ａ／λ＝０．２８６），孔半径ｒ＝９５ｎｍ（ｒ／ａ＝０．３４）という寸法パラメータが得られる。この寸法パラメータの場合、波長８６０ｎｍ〜１２１７ｎｍのストップバンド幅でフォトニックバンドギャップが発現し、波長９８０ｎｍの光に対して反射鏡としての機能を有することができる。

図５は、このような二次元フォトニック結晶領域６０に欠陥領域７０を設けた平面的な全体構成の一例を表したものである。欠陥領域７０は、例えば、隣り合う３個の孔６１が欠落したものであり、二次元フォトニック結晶領域６０の突条部４０側から三列目に三箇所設けられている。二次元フォトニック結晶領域６０の共振器方向Ａにおける孔６１の列数はある程度少なく、例えば７列前後とすることが好ましい。孔６１の列数を少なくして二次元ブラッグ反射の多重度を制限しておくことにより、欠陥領域７０から出射しない波長の光が活性層２４内の電流注入領域にフィードバックされる効率を低減することができ、その結果、欠陥領域７０から出射する光のゲインを選択的に高めることが可能となるからである。

欠陥領域７０の共振波長は、欠陥領域７０の形状や孔６１の寸法パラメータにより大きく変化するが、これを活性層２４のゲイン帯域のピーク近傍の波長になるように調整することで発振効率を高めることが可能である。図６は、図５に示した３個の孔６１を欠落した欠陥領域７０について、孔中心間隔ａ＝２８０ｎｍとし、孔半径ｒを変化させた場合に、欠陥領域７０の共振波長がどのように変化するかを数値計算により調べた結果を表したものである。なお、計算にはＦＤＴＤ法を用いた。図６において二本の実線はフォトニックバンドギャップのバンド端を表しており、この実線に囲まれた領域がストップバンドとなる。また、欠陥領域７０の共振波長は幾つかあるが、そのうちフォトニックバンドギャップ近傍の共振成分を図６において○により表している。

図６から分かるように、フォトニックバンドギャップの位置および欠陥領域７０の共振波長は共に孔半径ｒによって変化している。例えば、活性層２４のゲイン帯域のピーク波長が９８０ｎｍ（図６において破線で表す。）の場合、このピーク波長に一致する欠陥領域７０の共振波長（図６において○で表す。）を選び、それに対応する孔半径ｒを横軸で読み取ると９５ｎｍとなる。すなわち、孔中心間隔ａ＝２８０ｎｍ、孔半径ｒ＝９５ｎｍの寸法パラメータにより、欠陥領域７０の共振波長を９８０ｎｍに調整することが可能となり、効率の高い選択的発振を実現することが可能となる。

この半導体レーザは、例えば、次のようにして製造することができる。

図７ないし図９は、この半導体レーザの製造方法を工程順に表すものである。まず、図７に示したように、例えば、上述した材料よりなる基板１０の一面に、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ；有機金属化学気相成長）法により、上述した厚みおよび材料よりなるｎ型バッファ層２１，ｎ型クラッド層２２，第１ガイド層２３，活性層２４，第２ガイド層２５，ｐ型クラッド層２６およびｐ側コンタクト層２７を順次積層し、レーザ構造部２０を形成する。

次いで、同じく図７に示したように、ｐ側コンタクト層２７の上にレジストよりなるマスク層（図示せず）を形成し、このマスク層を用いたドライエッチングにより、ｐ側コンタクト層２７およびｐ型クラッド層２６の厚さ方向一部を選択的に除去し、突条部４０を形成する。そののち、マスク層を除去する。

続いて、図８に示したように、突条部４０が形成されたｐ側コンタクト層２７およびｐ型クラッド層２６の上に、再びレジストよりなるマスク層（図示せず）を形成し、このマスク層を用いたＲＩＥ（反応性イオンエッチング）または高周波誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチングなどのドライエッチングにより、突条部４０よりも後方の領域に、孔６１よりなる二次元フォトニック結晶領域６０を形成する。その際、孔６１の深さは、ｐ型クラッド層２６の表面からｎ型クラッド層２２まで貫通する程度、例えば３μｍ程度と十分に深くし、二次元フォトニック結晶領域６０による反射率が十分高くなるように調整することが望ましい。そののち、マスク層を除去する。

そののち、図９に示したように、突条部４０および二次元フォトニック結晶領域６０が形成されたｐ側コンタクト層２７およびｐ型クラッド層２６の上に、例えばプラズマＣＶＤ法により、上述した厚みおよび材料よりなるスペーサ層９０を形成する。続いて、同じく図９に示したように、例えば蒸着法により、スペーサ層９０の上に上述した材料よりなる反射膜８０を積層し、例えばエッチングにより反射膜８０を選択的に除去することにより二次元フォトニック結晶領域６０上に反射膜８０を形成する。

反射膜８０を形成したのち、基板１０の裏面側をラッピングして薄膜化し、その面に金とゲルマニウムとの合金層，ニッケル層および金層を順次蒸着することによりｎ側電極３２を形成する。また、スペーサ層９０の突条部４０の上面に、エッチングにより開口部を設け、この開口部に、例えばチタン層，白金層および金層を順次蒸着することによりｐ側電極３１を形成する。

ｎ側電極３２およびｐ側電極３１を形成したのち、基板１０を所定の大きさに整え、主出射側端面５０に反射鏡膜５１を形成する。これにより、図１に示した半導体レーザ素子が完成する。

この半導体レーザでは、ｎ側電極３２とｐ側電極３１との間に所定の電圧が印加されると、ｐ側電極３１から供給される駆動電流は突条部４０により電流狭窄されたのち活性層２４に注入され、電子−正孔再結合により発光が起こる。この光は、主出射側端面５０の反射鏡膜５１と二次元フォトニック結晶領域６０とにより反射され、その間を往復してレーザ発振を生じ、レーザビームとして外部に射出される。ここでは、二次元フォトニック結晶領域６０の一部に欠陥領域７０が設けられていると共に、この二次元フォトニック結晶領域６０に対して反射膜８０が積層されているので、活性層２４で発生した光は二次元フォトニック結晶領域６０により二次元的にブラッグ反射を受けながら全体として正反射の作用を受けると共に、その一部は欠陥領域７０にしみ出す。欠陥領域７０はそれ自体微小な共振器としての機能を有しており、欠陥領域７０にしみ出た波長成分のうち欠陥領域７０の共振波長に合致した光は活性層２４の面外方向に出射し、反射膜８０で反射されて欠陥領域７０を経由して活性層２４にフィードバックされる。よって、この欠陥領域７０を経由してフィードバックされる狭帯域な波長成分においてレーザのゲインが増大し、レーザ発振はこの波長成分に同期した単一の発振モードに固定される。従って、発振スペクトルが狭く発散角が小さくなり、輝度が向上する。

このように本実施の形態では、二次元フォトニック結晶領域６０の一部に周期的な屈折率分布のない欠陥領域７０を設けると共に、この二次元フォトニック結晶領域６０に対して反射膜８０を積層するようにしたので、欠陥領域７０から活性層２４の面外方向に出射した光を反射膜８０で反射させて活性層２４にフィードバックし、このフィードバックされた光に合致した波長で選択的にレーザ発振を生じさせ、発振スペクトルを狭くし発散角を小さくすることができる。よって、外部素子を必要としない簡素な構成で、高輝度な光出力を実現することができる。

また、欠陥領域７０によるこのような選択的フィードバックの作用は二次元面内において等方的であるので、導波光の波面の湾曲が大きいブロードエリア型半導体レーザに対しても十分な効果を得ることができる。

更に、本実施の形態では、発振波長を規定する二次元フォトニック結晶領域６０および欠陥領域７０が、レーザ構造部２０の活性層２４の電流注入領域とは分離されているので、次のような利点も得られる。すなわち、周期的な屈折率構造を用いて発振波長を規定するレーザ構造では、温度変化に伴う屈折率変化によって発振波長が変動する。α−ＤＦＢ構造のように周期構造を電流注入領域に内包する構造の場合、この変動を独立して制御することが難しいのに対して、本実施の形態ではこれが可能となる。二次元フォトニック結晶領域６０は電流非注入領域であるので、レーザ駆動時の温度変化の影響がもともと小さいことに加えて、例えば反射膜８０をヒータ電極として用いることにより二次元フォトニック結晶領域６０の温度をレーザ構造部２０とは独立に制御し、二次元フォトニック結晶領域６０の温度変化に伴う屈折率変化により欠陥領域７０の共振波長を変化させ、これによりレーザ発振波長を制御することも可能となる。

以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、二次元フォトニック結晶領域６０が円形の孔６１により構成されている場合について説明したが、孔６１は円形以外の四角形などの形状でもよい。ただし、円形の孔６１は最も対称性が高いので好ましい。孔６１の配置は三角格子状に限らず、正方格子状でもよい。

また、上記実施の形態では、孔６１内の媒質が空気である場合について説明したが、孔６１内の媒質は屈折率の低いＭｇＦ₂ など他の材料でもよい。

更に、上記実施の形態では、反射膜８０をｐ型クラッド層２６の上にスペーサ層９０を間にして積層した場合について説明したが、これに加えて、基板１０の裏面にも反射膜を設けるようにしてもよい。これにより、欠陥領域７０にトラップされて下方（基板１０側）に出射される光も反射させて活性層２４にフィードバックすることができ、より効率を高めることができるからである。その場合、基板１０を十分薄膜化し、二次元フォトニック結晶領域６０と下方の反射膜との間の距離を十分に小さくすることが望ましい。なお、基板１０の裏面と下方の反射膜との間には、スペーサ層９０は必ずしも設ける必要はない。

加えて、上記実施の形態において説明した各層の材料および厚み、または成膜方法および成膜条件などは限定されるものではなく、他の材料および厚みとしてもよく、または他の成膜方法および成膜条件としてもよい。例えば、上記実施の形態においては、ｎ型不純物としてシリコンを用いたが、セレン（Ｓｅ）など他のｎ型不純物を用いてもよい。また、第１ガイド層２３および第２ガイド層２５はｎ型不純物またはｐ型不純物を含まなくてもよい。

更にまた、例えば、上記実施の形態では、半導体レーザを構成する材料について具体的に例を挙げて説明したが、本発明は、上記実施の形態で説明したＧａＡｓ系素子以外にも、ＡｌＧａＩｎＰ系，ＩｎＧａＡｓ系，ＩｎＧａＡｓＰ系あるいはＩｎＰ系などの他のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、ＩｎＧａＮ系，ＧａＮ系あるいは通信用レーザに用いられるＧａＩｎＮＡｓ系などの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、またはＩＩ−ＶＩ族化合物半導体などの他の半導体材料を用いる場合についても広く適用することができる。

加えてまた、例えば、上記実施の形態では、半導体層２０をＭＯＣＶＤ法により形成する場合について説明したが、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy；分子線エピタキシー）法等を用いてもよい。

更にまた、例えば、上記実施の形態においては、ｎ型の基板１０上に、ｎ型バッファ層２１，ｎ型クラッド層２２，第１ガイド層２３，活性層２４，第２ガイド層２５，ｐ型クラッド層２６およびｐ側コンタクト層２７を順に積層した構成を有する半導体レーザ素子について説明したが、ｐ型の基板を用い、ｐ型の基板上に、ｐ型半導体層、活性層およびｎ型半導体層を積層した逆導電型の構造としてもよい。

加えてまた、例えば、上記実施の形態では、半導体レーザ素子の構成を具体的に挙げて説明したが、全ての層を備える必要はなく、また他の層を更に備えていてもよい。例えば、ｎ型バッファ層２１，第１ガイド層２３または第２ガイド層２５は必ずしも設けられていなくてもよい。

本発明の一実施の形態に係る半導体レーザ素子の構成を表す斜視図である。 図１に示した半導体レーザ素子の構成を表す断面図である。 図１に示した二次元フォトニック結晶領域の一部を拡大して表す平面図である。 図３に示した二次元フォトニック結晶領域がＴＥ偏光光に対してフォトニックバンドギャップを有するための寸法パラメータの規格化値の存在範囲を表す図である。 二次元フォトニック結晶領域および欠陥領域の配置の一例を表す平面図である。 図５に示した欠陥領域について、孔中心間隔ａ＝２８０ｎｍとし、孔半径ｒを変化させた場合の欠陥領域の共振波長の変化を表す図である。 図３に示した半導体レーザ素子の製造方法を工程順に表す斜視図である。 図７に続く工程を表す斜視図である。 図８に続く工程を表す斜視図である。

符号の説明

１０…基板、２０…レーザ構造部、２１…ｎ型バッファ層、２２…ｎ型クラッド層、２３…第１ガイド層、２４…活性層、２５…第２ガイド層、２６…ｐ型クラッド層、２７…ｐ側コンタクト層、３１…ｐ側電極、３２…ｎ側電極、４０…突条部、５０…主出射側端面、５１…反射鏡膜、６０…二次元フォトニック結晶領域、６１…孔、７０…欠陥領域、８０…反射膜、９０…スペーサ層。

Claims (3)

1. 活性層を含む半導体層の積層構造を有するレーザ構造部と、
   前記レーザ構造部の主出射側端面に形成された反射鏡膜と、
   前記レーザ構造部を間にして前記反射鏡膜に対向し、二次元方向に周期的な屈折率分布を有すると共に、一部に前記周期的な屈折率分布のない欠陥領域を有する二次元フォトニック結晶領域と、
   前記二次元フォトニック結晶領域に対して前記半導体層の積層方向に重ねて形成された反射膜と
   を備えたことを特徴とする半導体レーザ素子。
2. 前記二次元フォトニック結晶領域は、前記半導体層の積層方向に伸びる複数の孔を有し、前記欠陥領域は隣り合う２個以上の前記孔が欠落した領域である
   ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子。
3. 前記二次元フォトニック結晶領域と前記反射膜との間にスペーサ層を有する
   ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子。
   
   
   
   
   

Images