JP2012227425A - 分布帰還型面発光レーザ - Google Patents

Abstract

【課題】 漏れ光の入射を低減しつつ、反射戻り光を発生しにくい構成のフォトニック結晶面発光レーザアレイを提供する。
【解決手段】 レーザ発振を起こす複数の第１のフォトニック結晶領域と、面外方向への光回折を起こす第２のフォトニック結晶領域と、第２のフォトニック結晶領域の上に設けられている波長λの光を吸収する光吸収体を有する。第１のフォトニック結晶領域の放射係数は、第２のフォトニック結晶領域の放射係数より小さい。
【選択図】 図２

Description

本発明は、フォトニック結晶を利用した分布帰還型面発光レーザに関する。

近年、フォトニック結晶を半導体レーザに適用した例が多く報告されている。特許文献１には、基板上に形成された、発光材料を含む活性層の近傍に２次元フォトニック結晶（２次元回折格子）を配置した面発光レーザが開示されている。これは分布帰還型面発光レーザ（ＤＦＢ型面発光レーザ）の一種である。この２次元フォトニック結晶は、半導体層に円柱状の空気孔等が周期的に設けられており、２次元的に周期的な屈折率分布を持っている。

活性層で生成された光は、活性層の面内方向に導波しながら、フォトニック結晶の周期的な屈折率分布による２次回折を受けて、特定の波長λにおいて共振モードである定在波を形成し、レーザ発振する。このレーザ発振した光は、フォトニック結晶による１次回折を受けて、活性層の面に垂直な方向へと伝搬方向を変え、レーザ構造の表面から出射される。

これらの現象は、フォトニック結晶全域で起こるため、特許文献１に記載の半導体レーザは２次元的にコヒーレントな光を出射する面発光レーザとして動作する。活性層近傍での光の導波方向と、レーザ構造外への光の出射方向が直交する方向になっていることが、このレーザ構造の特徴の一つである。

一方、このレーザ構造とは別に、垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）にフォトニック結晶を利用した面発光レーザ構造もよく知られている。例えば特許文献２には、２次元フォトニック結晶によって自然放出光を抑制することで、低閾値で低消費電力の動作を可能とするＶＣＳＥＬが開示されている。

このＶＣＳＥＬ型のフォトニック結晶面発光レーザでは、前述したＤＦＢ型のフォトニック結晶面発光レーザとは異なり、活性層近傍での光の導波方向と、レーザ構造外への光の出射方向が同じ方向を向いている。

以下、特に断りがない限り、本明細書中では、フォトニック結晶面発光レーザという場合は、分布帰還型面発光レーザ（ＤＦＢ型面発光レーザ）を指すこととする。

フォトニック結晶面発光レーザでは、前述したように、光の共振方向が活性層の面内方向を向いている。ここで、活性層の面内方向におけるフォトニック結晶の大きさが有限である場合、共振した光の一部がフォトニック結晶外に漏れ出す現象が生じる。そうすると、複数個のフォトニック結晶面発光レーザを同一基板上にアレイ配置した場合、隣接するフォトニック結晶面発光レーザのうち、一方から漏れ出した光が他方に到達して、発振特性に影響を与えてしまうことがある。

そこで、特許文献３では、複数個のフォトニック結晶面発光レーザを同一基板上にアレイ配置した半導体発光装置において、フォトニック結晶面発光レーザ間に溝を形成して、この溝の表面に反射膜を配置する構成が開示されている。この構成によれば、一方のフォトニック結晶面発光レーザから漏れた光が他方のフォトニック結晶面発光レーザへ入射することを抑制できるため、発振特性の安定性を図ることが可能になる。

特開２０００−３３２３５１号公報 特開平１０−２８４８０６号公報 特開２０１０−０９３１２７号公報（図３）

上記した特許文献３に開示された構造を用いれば、一方のフォトニック結晶面発光レーザから漏れ出た光が他方のフォトニック結晶面発光レーザへ入射することを低減できる。

しかしながら、このような構造においては、フォトニック結晶面発光レーザ間の溝で反射戻り光を発生させてしまうという新たな課題が生じうる。図６に示したように、２次元フォトニック結晶６００と６１０の間に溝６２０を設けた場合、一方のフォトニック結晶６００から漏れ出した光６３０が、溝６２０によって反射され、戻り光６４０が発生してしまう。この戻り光６４０はフォトニック結晶６００に再度戻ってしまう。この反射戻り光はレーザ発振特性を不安定にすることになる。

つまり、フォトニック結晶面発光レーザを同一基板上にアレイ配置した半導体発光装置を、より安定して動作させるためには、漏れ光の入射を低減するだけではなく、反射戻り光も低減できる構造が望まれる。

本発明は、上記課題に鑑み、漏れ光の入射を低減しつつ、反射戻り光を発生しにくい構成のフォトニック結晶面発光レーザアレイの提供を目的とする。

本発明に係る分布帰還型面発光レーザは、基板の上に、活性層と、該活性層の面内方向に共振モードを有するフォトニック結晶とを備え、波長λで発振する分布帰還型面発光レーザであって、前記基板の上に設けられ、レーザ発振を起こす複数の第１のフォトニック結晶領域と、前記第１のフォトニック結晶領域間に設けられ、面外方向への光回折を起こす第２のフォトニック結晶領域と、前記第２のフォトニック結晶領域の上に設けられている波長λの光を吸収する光吸収体と、を有し、前記第１のフォトニック結晶領域の放射係数が、前記第２のフォトニック結晶領域の放射係数より小さいことを特徴とする。

本発明によれば、漏れ光の入射を低減しつつ、反射戻り光を発生しにくい構成のフォトニック結晶面発光レーザアレイを提供することができる。

本発明の実施形態におけるフォトニック結晶面発光レーザの断面図である。 実施例１におけるフォトニック結晶面発光レーザの断面図である。 実施例２におけるフォトニック結晶面発光レーザの断面図である。 実施例３におけるフォトニック結晶面発光レーザの断面図である。 実施例４におけるフォトニック結晶面発光レーザの断面図である。 従来のフォトニック結晶面発光レーザの課題を説明するための模式図である。 フォトニック結晶から面外への光回折の様子を説明する模式図である。 フォトニック結晶から面外に放射される光の強度とフォトニック結晶の膜厚との関係を示す図である。 フォトニック結晶の孔径と１次回折に係る結合係数の関係を示す図である。

本発明の実施形態における活性層と該活性層の近傍に設けられた周期的な屈折率分布を有するフォトニック結晶とを備えた、分布帰還型面発光レーザの一種であるフォトニック結晶面発光レーザの構成例について説明する。

本発明の実施形態におけるフォトニック結晶面発光レーザは、第１のフォトニック結晶領域と第２のフォトニック結晶領域を含み構成されている。第１のフォトニック結晶領域は同一基板上に複数配置されており、第２のフォトニック結晶領域は該複数の第１のフォトニック結晶領域間に位置するように配置される。

ここで、フォトニック結晶領域とはフォトニック結晶を含む領域であるが、本明細書中では、フォトニック結晶領域とは、フォトニック結晶が形成された層のみを指すのではなく、フォトニック結晶の上下の構造も含めた領域を指す。

なお、本明細書中では、レーザ素子の基板側を下側、基板と反対側を上側として説明する。

（第１のフォトニック結晶領域）
第１のフォトニック結晶領域は、レーザ発振が起こるように設計される。すなわち、活性層と、共振器である第１のフォトニック結晶と、電流を注入するための電極を備えている。第１のフォトニック結晶は、レーザ発振波長λにおいて活性層の面内方向に共振モードを有する。

第１のフォトニック結晶の屈折率変調のピッチ（格子定数）は、レーザ発振波長において２次以上の回折格子となるように設計される。２次以上の回折格子であればＤＦＢ型面発光レーザの共振器として動作し得る。さらに、面に垂直な方向にレーザ光が放射されるという点で偶数次の回折格子であることが好ましい。また、その中でも、面に垂直な方向以外の余計な方向への放射が生じないという点で２次の回折格子が最も好ましい。

第１のフォトニック結晶を２次の回折格子とするには、フォトニック結晶の格子定数に実効屈折率を乗じた値が所望のレーザ発振波長となるように設計される。活性層の利得領域をその波長に合わせることで、その波長でレーザ発振が起こる。

（第２のフォトニック結晶領域）
第２のフォトニック結晶領域は、レーザ発振が起こらないように設計される。レーザ発振を起こさないためには、活性層を形成しないか、電流を注入しない等の工夫を施せばよい。

第２のフォトニック結晶領域の役割は、第１のフォトニック結晶領域から活性層の面内方向に漏れ出た光の進行方向を、回折により上下の面外方向に変換することである。面外方向に回折を起こすためには、第２のフォトニック結晶は２次以上の回折格子である必要がある。

第２のフォトニック結晶領域によって下側に回折された光は、基板に逃げ、上側に回折された光は、後に述べる光吸収体で吸収される。

第２のフォトニック結晶領域が十分大きければ、第１のフォトニック結晶領域から活性層の面内方向に漏れ出た光の大部分が第２のフォトニック結晶領域によって上下方向に回折されて、隣接する別の第１のフォトニック結晶領域に到達しなくなる。また、このような構成では、溝のような光反射を起こす急峻な界面が存在しないので、先に図６を用いて説明した反射戻り光は発生しにくい。よって、第１のフォトニック結晶領域の間に第２のフォトニック結晶領域を設けることで、第１のフォトニック結晶領域から漏れ出た光が隣接する別の第１のフォトニック結晶領域に到達することを防ぎ、かつ反射戻り光も発生しにくい構成を実現できる。

（光吸収体）
本発明の実施形態におけるフォトニック結晶面発光レーザでは、第２のフォトニック結晶領域の上側に光吸収体が配置される。光吸収体に用いる材料は、レーザ発振する波長の光を吸収するものを用いることができる。例えば金属などである。

光吸収体として金属を用いる場合は、フォトニック結晶面発光レーザへ電流を流すための電気配線の一部が光吸収体を兼ねたものであってもよい。

光吸収体を設けない場合、第２のフォトニック結晶領域によって上側に回折された光が素子表面から放射されて迷光となってしまい、レーザ特性に悪影響を与える。

（フォトニック結晶領域の放射係数）
本発明の実施形態における第１のフォトニック結晶領域と第２のフォトニック結晶領域では、本発明の効果を奏するために最適な放射係数が異なる。

ここで、フォトニック結晶領域の放射係数とは、フォトニック結晶中に導波モードとして存在する光のうち、単位長さを導波する間に回折によって面外方向に放射される光の割合のことである。

第１のフォトニック結晶領域では、レーザ発振を起こす必要があることから、低閾値でレーザ発振させるためには、損失は小さい方が望ましい。しかし、放射係数が大きすぎると損失も大きくなってしまうため、第１のフォトニック結晶領域は放射係数を小さくする必要がある。

一方、第２のフォトニック結晶領域では、レーザ発振を起こす必要は無いので、損失が大きくなることを考慮しなくても良い。むしろ、放射係数が大きいほど、より短い距離で漏れ光を減衰させることができる。この結果、第１のフォトニック結晶領域間の距離が小さい場合でもクロストークを発生しにくくなるため、狭ピッチのアレイ化に向いている。

以上の理由から、第１のフォトニック結晶領域の放射係数は、所望の発振閾値や光出力によって最適値が異なり、無条件に大きくすればよいというものではない。一方、第２のフォトニック結晶領域の放射係数は可能な限り大きくすることが望ましい。したがって、本発明の意図する効果を十分に発揮させようとする場合、第１のフォトニック結晶領域の放射係数より第２のフォトニック結晶領域の放射係数を大きくすることが望ましい。

（フォトニック結晶の構造と放射係数の関係）
放射係数を変えるためには、フォトニック結晶の構造を変えてやればよい。例えば、孔の深さ、孔径、孔形状、フォトニック結晶に隣接する層の構造などを変えることで放射係数を変えることができる。

まず、孔の深さを変えることで放射係数を変える例を説明する。

図７に、フォトニック結晶による光回折の模式図を示す。格子定数ａの２次元フォトニック結晶から面垂直方向に光が回折する様子を表している。

フォトニック結晶内では、厚さ方向に対してあらゆる位置で回折が生じるため、図７の回折光７００と７１０のように回折の生じる位置が異なる場合には、面垂直方向に放射される光に対して光路差７２０が生じる。このような光が干渉を起こして強めあったり弱めあったりすることで、放射の生じやすさ、つまり放射係数が影響を受ける。

放射される光全体として干渉で強めあうか弱めあうかは、フォトニック結晶の膜厚ｄで決まる。図８は図７に示したフォトニック結晶において、回折されて外部に放射される光の強度とフォトニック結晶の膜厚との関係を示した図である。実線は、２次元フォトニック結晶中の厚さ方向の光分布が均一である場合の計算結果である。点線は、２次元フォトニック結晶中の光分布が厚さ方向に指数関数的に減衰している場合の計算結果である。２次元フォトニック結晶の膜厚ｄを０から増していくと、ある厚さまでは回折光の強度は強め合って増加する。回折光の強度がピークとなる厚さは、ｄ＝０．５ａである。それよりさらに膜厚を増すと、回折した光が弱め合いはじめ、回折光の強度が減少し始める。そして、２次元フォトニック結晶の膜厚ｄがａの時、回折光強度は最も弱くなる。それ以降は厚さが０．５ａ変化するごとに強め合い、弱め合いが繰り返される。

つまり、２次元フォトニック結晶の格子定数ａに対してフォトニック結の層の膜厚ｄがｄ＝（０．５＋ｐ）×ａの時に回折光は最も強め合う。これに対してｄ＝ｑ×ａの時に最も弱め合う。但し、（ｐ＝０，１，２・・・）であり、（ｑ＝１，２，３・・・）である。

このように、フォトニック結晶の厚さによって放射係数が変化するので、フォトニック結晶の厚さに面内分布をつけてやれば、放射係数に面内分布を持たせることが可能になる。

次に、孔径を変えることによって放射係数を変える例を説明する。

回折格子における回折の起こりやすさを示す指標として、結合係数が知られている。フォトニック結晶面内での各々の回折の起こりやすさは、結合係数の大小と関連があり、結合係数の絶対値が大きいほど回折が起こりやすい。ここで、１次回折に係る結合係数の大きさは放射係数と相関があることが知られている。つまり、１次回折に係る結合係数が大きいほど放射係数も大きくなる傾向にあると言える。

図９に、２次元フォトニック結晶の孔径と１次回折に係る結合係数の関係を計算した一例を示す。

結合係数の値は孔径に依存し、孔径が０から増していくと結合係数も増大していくが、ある孔径以上では結合係数は減少に転じることが読み取れる。この計算結果では、孔の半径が格子定数の４０％程度の時に結合係数が最大値をとる。

先ほど述べたように、１次回折に係る結合係数は放射係数と相関があるため、孔径を変えることで放射係数を変えることが可能になる。また、孔径に面内分布をつけてやれば、放射係数に面内分布を持たせることが可能になる。

（フォトニック結晶に隣接する層と放射係数の関係）
以上のように、フォトニック結晶の構造を変えることによって放射係数を任意に変えることができる。しかしながら、フォトニック結晶そのものの構造に面内分布を持たせることは難しい場合がある。例えば、孔径を変えた場合、ドライエッチング時のマイクロローディング効果により、孔の深さも変わってしまう場合がある。そのような場合、異なる孔径について、ともに所望の孔深さを実現することが難しい場合がある。

このような場合、図１に示すように、フォトニック結晶１００そのものではなく、フォトニック結晶に隣接する層１１０の厚さを変えることで放射係数を変えることも可能である。ここで、フォトニック結晶に隣接する層１１０はフォトニック結晶中の光分布を制御するために設けられたものであり、光強度分布制御層と呼ぶことにする。この光強度分布制御層１１０の膜厚を面内で変化させることにより、回折光の干渉強度を変えて回折光の強弱の分布をつけるように構成される。

光強度分布制御層１１０を設ける意図は、フォトニック結晶中の光分布の均一具合を制御することにある。図８に示したように、フォトニック結晶中の厚さ方向の光分布が均一な場合と均一でない場合では、回折光強度が異なる。光強度分布が均一な場合の方が、干渉の度合いが強まり、変調の幅を大きくすることができる。

例えば、図８のＡ点とＣ点を比較すると、光分布が均一な場合（Ｃ点）の方が、光分布が不均一な場合（Ａ点）に比べて回折光強度が大きい。一方、Ｂ点とＤ点を比較すると、光分布が不均一な場合（Ｂ点）の方が回折光強度が大きい。

一般的に、フォトニック結晶面発光レーザ中の光強度分布は、活性層付近にピークを持ち、そこから離れるにしたがって徐々に減衰する。

光分布制御層１１０は、フォトニック結晶の平均屈折率より屈折率の高い材料で構成されている。一般的に、光分布は屈折率の高い領域に集まりやすい傾向がある。光分布制御層１１０をフォトニック結晶に対して活性層の反対側に配置することで、光分布が光分布制御層１１０に引き込まれるように広がり、フォトニック結晶内の厚さ方向の光分布が均一に近づく。その結果、前述したように回折光強度が影響を受ける。

光分布制御層１１０の屈折率や厚さが変わるとフォトニック結晶中の光分布の均一具合が変わるので、回折光強度も変わる。つまり、フォトニック結晶そのものの構造が同一であっても、光分布制御層１１０の有無や厚さによって光分布の均一具合が異なる。そのため、光分布制御層１１０の厚さに面内分布を設けることで、フォトニック結晶領域の放射係数に面内分布を設けることができる。このような構成では、放射係数を制御するためには光強度分布制御層の膜厚を制御するだけで足りるため、作製が比較的容易であるという利点を持つ。

（その他の構成例）
第１のフォトニック結晶領域と第２のフォトニック結晶領域の境目では上記したように、孔の深さ、孔径、孔形状、フォトニック結晶に隣接する層の構造等が変化するため、導波光に対する実効的な屈折率が不連続になり、光の一部が反射されてしまう場合がある。そこで、急峻に構造を変化させるのではなく、連続的に構造を変化させることで、反射を起こりにくくすることもできる。

本発明で使用するフォトニック結晶構造は、その屈折率の周期性が１次元的であってもよいし、２次元的であってもよい。２次元的な周期性としては、正方格子、三角格子や、その他一般的に使用されている格子構造を利用することができる。

本実施形態のレーザ構造における活性層は、一般の半導体レーザに使用されるものを使用することができる。例えば、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＮ／ＩｎＧａＮなどの材料を用いた多重量子井戸構造である。

本実施形態に係る面発光レーザにおいては、光励起方式、あるいは電流注入方式により駆動することができる。

以下に、本発明の実施例について説明する。

［実施例１］
実施例１として、本発明を適用したフォトニック結晶面発光レーザの構成例について、図２を用いて説明する。

図２に、本実施例のレーザ構造を説明する断面模式図を示す。

本実施例は、孔の深さを変えることで放射係数が変わることを利用したものである。

本実施例のレーザ構造は、波長４０５ｎｍでレーザ発振するように設計されている。ｎ型ＧａＮ基板２００上に、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層２０５、ｎ−ＧａＮガイド層２１０、活性層２１５、ｐ−ＧａＮ層２２０、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層２２５、ｐ^＋−ＧａＮ層２３０が、以上の順に積層されている。活性層２１５は３周期のＩｎ_０．０８Ｇａ_０．９２Ｎ／Ｉｎ_０．０１Ｇａ_０．９９Ｎ多重量子井戸からなる。

レーザ構造の表面には、ＮｉとＡｕで構成されたｐ電極２３５およびＴｉとＡｌで構成されたｎ電極２４０が配置されており、そこから電流注入することにより第１のフォトニック結晶領域２５０でレーザ発振する。

複数の第１のフォトニック結晶領域２５０が配置されており、その間に第２のフォトニック結晶領域２５５が設けられている。第１のフォトニック結晶領域と第２のフォトニック結晶領域には、ｐ−ＧａＮ層２２０中にそれぞれ２次元フォトニック結晶２６０と２６５が埋め込まれている。２次元フォトニック結晶２６０および２６５は、円柱状の孔がｐ−ＧａＮ層中に２次元的に周期的に配列されて形成されている。格子構造は正方格子である。フォトニック結晶の格子定数ａは１６０ｎｍである。

２次元フォトニック結晶２６０および２６５は、電子ビームリソグラフィーとドライエッチングを用いたパターニングと、再成長技術を用いてｐ−ＧａＮ層内に埋め込んで形成した。第２のフォトニック結晶領域の上側表面には、金で形成された光吸収体２７０が配置されている。

第１のフォトニック結晶領域２５０のフォトニック結晶２６０の厚さは、フォトニック結晶の格子定数ａの１．０倍である１６０ｎｍである。

第２のフォトニック結晶領域２５５のフォトニック結晶２６５の厚さは、フォトニック結晶の格子定数ａの０．５倍である８０ｎｍである。

第１のフォトニック結晶領域ではレーザ発振閾値を小さくするために放射係数が小さくなる厚さを選び、第２のフォトニック結晶領域では放射係数が最も大きくなる厚さを選んでいる。

第１のフォトニック結晶領域でレーザ発振した光の一部は、活性層２１５の面内方向に導波して第２のフォトニック結晶領域２５５に漏れ出すが、漏れ出した光は第２のフォトニック結晶領域２５５のフォトニック結晶２６５により上下方向に回折される。上側に回折された光は光吸収体２７０で吸収される。下側に回折された光はｎ型ＧａＮ基板２００に逃げ、最終的にはｎ電極２４０等で吸収される。

このように、第１のフォトニック結晶領域２５０から漏れ出た光が隣接する別の第１のフォトニック結晶領域２５０に到達することを防ぎ、安定したレーザ発振を実現することができる。

［実施例２］
図３に、実施例２のレーザ構造を説明する断面模式図を示す。実施例１は孔の深さを変えることにより、放射係数を変えていたのに対して、本実施例では、孔径を変えることで放射係数を変える点において異なる。

本実施例と実施例１との違いは、２次元フォトニック結晶の構成（厚さおよび孔径）のみであり、それ以外の構成は実施例１と同じである。

第１のフォトニック結晶領域３５０におけるフォトニック結晶３６０の孔半径は３０ｎｍであり、第２のフォトニック結晶領域３５５におけるフォトニック結晶３６５の孔半径は６０ｎｍである。フォトニック結晶３６０および３６５の厚さは１００ｎｍである。

計算の結果、第１のフォトニック結晶領域３５０におけるフォトニック結晶３６０の１次回折に係る結合係数は５８０ｃｍ^−１であり、第２のフォトニック結晶領域３５５におけるフォトニック結晶３６５の１次回折に係る結合係数は１２５０ｃｍ^−１であった。

本実施例においても、第１のフォトニック結晶領域３５０の放射係数より第２のフォトニック結晶領域３５５の放射係数の方が大きく、第２のフォトニック結晶領域の放射係数ができるだけ大きくなるようにフォトニック結晶の孔径が決められている。

本実施例においても、実施例１と同様、第１のフォトニック結晶領域３５０から漏れ出た光が隣接する別の第１のフォトニック結晶領域３５０に到達することを防ぎ、安定したレーザ発振を実現することができる。

［実施例３］
図４に、本実施例のレーザ構造を説明する断面模式図を示す。本実施例は、フォトニック結晶に隣接する層の構成を変えることで放射係数が変わることを利用したものである。

本実施例と実施例１との違いは、２次元フォトニック結晶の構成（厚さおよび孔径）および隣接する層の構成のみであり、それ以外の構成は実施例１と同じである。

本実施例において、第１のフォトニック結晶領域４５０におけるフォトニック結晶４６０と第２のフォトニック結晶領域４５５におけるフォトニック結晶４６５は同一の構造を有しており、孔半径は３０ｎｍ、フォトニック結晶厚さは８０ｎｍである。

第２のフォトニック結晶領域４５５においてフォトニック結晶４６５の上側にＩｎ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎで形成された光強度分布制御層４８０が配置されている。この光強度分布制御層４８０は、フォトニック結晶４６５の平均屈折率や周囲のｐ−ＧａＮ層４２０より屈折率が大きいので、光分布を上側に引き上げる働きをする。その結果、フォトニック結晶４６０内の厚さ方向の光分布が均一に近づく。

ここで、フォトニック結晶４６０および４６５の厚さ８０ｎｍはフォトニック結晶の格子定数１６０ｎｍの０．５倍に相当する。図８で見たように、このフォトニック結晶厚さにおいてフォトニック結晶内の厚さ方向の光強度分布が均一に近づくと、放射係数は大きくなる。

したがって、光強度分布制御層４８０の存在により、第２のフォトニック結晶領域４５５の方が第１のフォトニック結晶領域４５０より放射係数が大きくなっている。

本実施例においても、実施例１と同様、第１のフォトニック結晶領域４５０から漏れ出た光が隣接する別の第１のフォトニック結晶領域４５０に到達することを防ぎ、安定したレーザ発振を実現することができる。

［実施例４］
図５に、本実施例のレーザ構造を説明する断面模式図を示す。

本実施例は、第１のフォトニック結晶領域と第２のフォトニック結晶領域の境目を滑らかにすることで、実効屈折率の不連続点で発生する光反射を低減することを目指したものである。

本実施例と実施例１との違いは、第１のフォトニック結晶領域と第２のフォトニック結晶領域との境目が急峻に変化しているか連続的に変化しているかの違いのみであり、それ以外の構成は実施例１と同じである。

本実施例において、第１のフォトニック結晶領域５５０は第２のフォトニック結晶領域５５５に比べてフォトニック結晶の孔の占める体積が大きい。孔の中に充填している材料はその周囲の材料より屈折率が小さいため、第１のフォトニック結晶領域５５０の実効屈折率は第２のフォトニック結晶領域５５５の実効屈折率より小さくなる。この屈折率の不一致により、第１のフォトニック結晶領域５５０と第２のフォトニック結晶領域５５５の境目で光の反射が起こるが、境目における屈折率変化を滑らかにすることで光反射を低減することができる。具体的には、図５に示したように、境目付近の孔深さを連続的に変化させることで、実効屈折率が急峻に変化しないようにすることができる。

本実施例においても、実施例１と同様、第１のフォトニック結晶領域５５０から漏れ出た光が隣接する別の第１のフォトニック結晶領域５５０に到達することを防ぎ、安定したレーザ発振を実現することができる。それに加え、実施例１よりも反射戻り光を低減してさらに安定したレーザ発振を実現することができる。

以上、実施例について説明したが、本発明の面発光レーザは記載した実施例に限定されるものではない。フォトニック結晶の形状や材料や大きさ、活性層やクラッド層や電極を構成する材料は本発明の範囲内で適宜変更できる。

また、上記実施例では、レーザ発振波長として４０５ｎｍのものを示したが、適切な材料・構造の選択により、任意の波長での動作も可能である。

以上説明した本発明の面発光レーザは、複写機、レーザプリンタなどの画像形成装置が有する感光ドラムへ描画を行うための光源としても利用することができる。

２１５ 活性層
２５０ 第１のフォトニック結晶領域
２５５ 第２のフォトニック結晶領域
２６０ フォトニック結晶
２６５ フォトニック結晶
２７０ 光吸収体
４８０ 光強度分布制御層

Claims (4)

1. 基板の上に、活性層と、該活性層の面内方向に共振モードを有するフォトニック結晶とを備え、波長λで発振する分布帰還型面発光レーザであって、
   前記基板の上に設けられ、レーザ発振を起こす複数の第１のフォトニック結晶領域と、
   前記第１のフォトニック結晶領域間に設けられ、面外方向への光回折を起こす第２のフォトニック結晶領域と、
   前記第２のフォトニック結晶領域の上に設けられている波長λの光を吸収する光吸収体と、を有し、
   前記第１のフォトニック結晶領域の放射係数が、前記第２のフォトニック結晶領域の放射係数より小さいことを特徴とする分布帰還型面発光レーザ。
2. 前記第１のフォトニック結晶領域のフォトニック結晶の厚さと前記第２のフォトニック結晶領域のフォトニック結晶の厚さが異なることを特徴とする請求項１に記載の分布帰還型面発光レーザ。
3. 前記第１のフォトニック結晶領域のフォトニック結晶の孔径と前記第２のフォトニック結晶領域のフォトニック結晶の孔径が異なることを特徴とする請求項１に記載の分布帰還型面発光レーザ。
4. 前記フォトニック結晶に対して活性層の反対側に設けられ、該フォトニック結晶中の光強度分布を制御する光強度分布制御層を備え、
   前記第１のフォトニック結晶領域のフォトニック結晶に隣接する光強度分布制御層と前記第２のフォトニック結晶領域のフォトニック結晶に隣接する光強度分布制御層との厚さが異なることを特徴とする請求項１に記載の分布帰還型面発光レーザ。

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