JP5171318B2 - 面発光レーザアレイ - Google Patents
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Description
本発明は、フォトニック結晶を用いた面発光レーザアレイに関する。例えば、複写機や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面発光レーザアレイに関する。
近年、基板に対し垂直にレーザ光を放出する面発光レーザは、端面発光レーザに比べ２次元アレイ化が可能であるというメリットを持つため研究が盛んである。
また近年、フォトニック結晶を用いた面発光レーザが研究されている。
このようなフォトニック結晶を用いた面発光レーザとして、特許文献１では、活性層が該活性層より屈折率の低いクラッド層によって挟まれるように構成され、該クラッド層には面内方向に屈折率分布を持つフォトニック結晶が形成されたものが記載されている。
この面発光レーザでは、活性層を面内方向に導波する光が、フォトニック結晶による２次回折作用で面内共振し、フォトニック結晶による１次回折によって垂直方向にレーザ光が取り出される。
また、特許文献２では、フォトニック結晶の結晶面と水平方向の周囲に、反射体や周期が約半分の構造による反射体構造を設け水平方向への光の損失を抑え、光の利用効率を向上させるようにした２次元フォトニック結晶面発光レーザが開示されている。
特開２０００−３３２３５１号公報
特開２００３−２７３４５６号公報
また近年、フォトニック結晶を用いた面発光レーザが研究されている。
このようなフォトニック結晶を用いた面発光レーザとして、特許文献１では、活性層が該活性層より屈折率の低いクラッド層によって挟まれるように構成され、該クラッド層には面内方向に屈折率分布を持つフォトニック結晶が形成されたものが記載されている。
この面発光レーザでは、活性層を面内方向に導波する光が、フォトニック結晶による２次回折作用で面内共振し、フォトニック結晶による１次回折によって垂直方向にレーザ光が取り出される。
また、特許文献２では、フォトニック結晶の結晶面と水平方向の周囲に、反射体や周期が約半分の構造による反射体構造を設け水平方向への光の損失を抑え、光の利用効率を向上させるようにした２次元フォトニック結晶面発光レーザが開示されている。
ところで、特許文献１のフォトニック結晶による面発光レーザを用いてアレイ化した場合、特に産業的に望まれる高密度アレイ化（たとえばアレイピッチが１００μｍ以下）した場合において、つぎのような課題が生じる。
すなわち、面発光レーザアレイを構成している隣りあう個々の面発光レーザとの間で活性層がつながっている場合、このつながっている活性層を介して、一方の面発光レーザにおける導波モードが他方の面発光レーザまで導波する。
その結果、このような導波により他方の面発光レーザの特性が損なわれる等の影響を受けることとなる。
ここで、これらについてより具体的に説明するために、図を用いて説明する。
図２に、特許文献１のフォトニック結晶による面発光レーザを用いてアレイ化した際の面発光レーザアレイ２００を、基板垂直方向から見た模式図を示す。
フォトニック結晶２１０によって面内共振している面発光レーザ２０１のレーザ光のうち、一部の光は活性層を導波してフォトニック結晶の領域外へ漏れていく。
この結果、漏れた光２２０が他の面発光レーザ２０２の活性層に到達し、他の面発光レーザ自身の特性に影響を与えてしまうこととなる。
すなわち、これらの面発光レーザ間において、レーザ発振波長が同じ場合には共振器同士が干渉することになる。
また、発振波長が異なる場合であっても、他の面発光レーザの活性層に吸収されればそのキャリア分布に影響を与え、結果として出力特性に影響を与えてしまう（光クロストーク）。
すなわち、面発光レーザアレイを構成している隣りあう個々の面発光レーザとの間で活性層がつながっている場合、このつながっている活性層を介して、一方の面発光レーザにおける導波モードが他方の面発光レーザまで導波する。
その結果、このような導波により他方の面発光レーザの特性が損なわれる等の影響を受けることとなる。
ここで、これらについてより具体的に説明するために、図を用いて説明する。
図２に、特許文献１のフォトニック結晶による面発光レーザを用いてアレイ化した際の面発光レーザアレイ２００を、基板垂直方向から見た模式図を示す。
フォトニック結晶２１０によって面内共振している面発光レーザ２０１のレーザ光のうち、一部の光は活性層を導波してフォトニック結晶の領域外へ漏れていく。
この結果、漏れた光２２０が他の面発光レーザ２０２の活性層に到達し、他の面発光レーザ自身の特性に影響を与えてしまうこととなる。
すなわち、これらの面発光レーザ間において、レーザ発振波長が同じ場合には共振器同士が干渉することになる。
また、発振波長が異なる場合であっても、他の面発光レーザの活性層に吸収されればそのキャリア分布に影響を与え、結果として出力特性に影響を与えてしまう（光クロストーク）。
これらの問題が生じる原因について、図３を用いて更に説明する。
図３は、図２の面発光レーザアレイ２００の断面を表す模式図であり、図２で示す断面２９０にて表示した模式図である。
活性層３１０に比べ、活性層を挟む上部クラッド（スラブ層３２０とクラッド層３３０）、下部クラッド層３４０の屈折率が低い。
そのため、全反射によりフォトニック結晶領域２１０（すなわち面発光レーザ２０１の領域）に活性層を導波する共振モードが存在している。
ここで図の活性層３１０には量子井戸などの活性媒質と、活性媒質の位置と共振モードの光強度分布を調整するスペーサ層とが含まれる。
上部クラッドのうちスラブ層３２０にはフォトニック結晶２１０が形成される。
上部クラッドのうちクラッド層３３０は空気である場合もある。
ここで、面発光レーザの外側の領域２０５においても、活性層３１０が屈折率の低いクラッドに挟まれているため、面発光レーザ２０１の共振波長での導波モードが存在する。
面発光レーザの領域内外で各々の導波モードの光強度分布に重なりがあると、面発光レーザ２０１で共振しているレーザ光は面発光レーザの外側領域２０５へと導波し、それが更に他の面発光レーザ２０２にある活性層まで到達することになる。
その結果、上記したように他の面発光レーザ自身の特性に影響を与えてしまうこととなる。
図３は、図２の面発光レーザアレイ２００の断面を表す模式図であり、図２で示す断面２９０にて表示した模式図である。
活性層３１０に比べ、活性層を挟む上部クラッド（スラブ層３２０とクラッド層３３０）、下部クラッド層３４０の屈折率が低い。
そのため、全反射によりフォトニック結晶領域２１０（すなわち面発光レーザ２０１の領域）に活性層を導波する共振モードが存在している。
ここで図の活性層３１０には量子井戸などの活性媒質と、活性媒質の位置と共振モードの光強度分布を調整するスペーサ層とが含まれる。
上部クラッドのうちスラブ層３２０にはフォトニック結晶２１０が形成される。
上部クラッドのうちクラッド層３３０は空気である場合もある。
ここで、面発光レーザの外側の領域２０５においても、活性層３１０が屈折率の低いクラッドに挟まれているため、面発光レーザ２０１の共振波長での導波モードが存在する。
面発光レーザの領域内外で各々の導波モードの光強度分布に重なりがあると、面発光レーザ２０１で共振しているレーザ光は面発光レーザの外側領域２０５へと導波し、それが更に他の面発光レーザ２０２にある活性層まで到達することになる。
その結果、上記したように他の面発光レーザ自身の特性に影響を与えてしまうこととなる。
このようなことから、面発光レーザアレイを構成している隣りあう個々の面発光レーザ間で、活性層のつながりを断ち、一方の面発光レーザにおける導波モードの光が他の面発光レーザまで導波することを抑制することが必要となる。
そのために、隣りあう個々の面発光レーザ間における活性層を分断した場合には、集積して高密度アレイ化する際の妨げとなり、また分断面からの結晶欠陥が生成してしまう可能性が生じる。また、プロセス工程数の増加にもつながる。
また、このような活性層の分断による場合、隣りあう個々の面発光レーザ間の分断幅が狭いと、他の面発光レーザまで導波を止めることは困難となる。
その際、隣りあう個々の面発光レーザ間に上記特許文献２の構成を適用することが考えられる。それは、レーザ素子の水平方向への光の損失の抑制は、同時に他の素子への導波光の抑制にもつながるとみることができることからである。
そのために、隣りあう個々の面発光レーザ間における活性層を分断した場合には、集積して高密度アレイ化する際の妨げとなり、また分断面からの結晶欠陥が生成してしまう可能性が生じる。また、プロセス工程数の増加にもつながる。
また、このような活性層の分断による場合、隣りあう個々の面発光レーザ間の分断幅が狭いと、他の面発光レーザまで導波を止めることは困難となる。
その際、隣りあう個々の面発光レーザ間に上記特許文献２の構成を適用することが考えられる。それは、レーザ素子の水平方向への光の損失の抑制は、同時に他の素子への導波光の抑制にもつながるとみることができることからである。
しかしながら、上記特許文献２の構成を適用した場合には、つぎのような課題が生じる。
すなわち、レーザ素子をアレイ化する際に、隣りあう個々の面発光レーザ間に反射体構造を設けることとなるが、このような反射体構造を設けた場合には高密度アレイ化の妨げになる。
これらを、具体的に説明するため、図を用いて説明する。
図４に、面発光レーザ２０１、２０２を囲む配置で反射体構造４５０を設けた模式図を示す。
また、図５に水平方向への反射機能を持つ（フォトニックバンドギャップを持つ）フォトニック結晶構造（図５の５６０）を反射体として設けた模式図を示す。
すなわち、レーザ素子をアレイ化する際に、隣りあう個々の面発光レーザ間に反射体構造を設けることとなるが、このような反射体構造を設けた場合には高密度アレイ化の妨げになる。
これらを、具体的に説明するため、図を用いて説明する。
図４に、面発光レーザ２０１、２０２を囲む配置で反射体構造４５０を設けた模式図を示す。
また、図５に水平方向への反射機能を持つ（フォトニックバンドギャップを持つ）フォトニック結晶構造（図５の５６０）を反射体として設けた模式図を示す。
図４に示すように反射体構造４５０を設けた場合、高密度アレイ化の妨げになる。特に、反射体構造４５０を設ける際、導波路である活性層を分断せずに、あるレーザ素子から他のレーザ素子への光の透過を抑えることは困難である。
また、活性層を分断してしまうと、上記したような問題が生じる。
さらに、図５に示すように、フォトニック結晶構造５６０を反射体として設けた場合、フォトニック結晶構造５６０を反射体として十分に機能させるためには、フォトニック結晶構造５６０にある程度の周期数が必要となる。
このことから、反射体により広い場所が必要なことになり、より高密度アレイ化の妨げになると考えられる。
クラッド層３３０が空気である場合には各面発光レーザを電気駆動するための配線をフォトニック結晶２１０近傍に配することができる。
しかし、上記のような反射体構造を設けると、素子間において反射体構造が無くスラブ層３２０の表面がフラットな場合に比べ、面発光レーザアレイの各レーザ素子を個別に電気駆動する場合に必要な電気配線を引くことが困難になる。したがって、この点においても高密度アレイ化が困難になりうる。
また、活性層を分断してしまうと、上記したような問題が生じる。
さらに、図５に示すように、フォトニック結晶構造５６０を反射体として設けた場合、フォトニック結晶構造５６０を反射体として十分に機能させるためには、フォトニック結晶構造５６０にある程度の周期数が必要となる。
このことから、反射体により広い場所が必要なことになり、より高密度アレイ化の妨げになると考えられる。
クラッド層３３０が空気である場合には各面発光レーザを電気駆動するための配線をフォトニック結晶２１０近傍に配することができる。
しかし、上記のような反射体構造を設けると、素子間において反射体構造が無くスラブ層３２０の表面がフラットな場合に比べ、面発光レーザアレイの各レーザ素子を個別に電気駆動する場合に必要な電気配線を引くことが困難になる。したがって、この点においても高密度アレイ化が困難になりうる。
本発明は、上記課題に鑑み、隣りあう個々の面発光レーザ間における活性層のつながりを断つことなく活性層を共有化することができ、容易に高密度アレイ化を図ることが可能となるフォトニック結晶による面発光レーザアレイを提供することにある。
本発明は、次のように構成した面発光レーザアレイを提供するものである。
本発明の面発光レーザアレイは、基板上に、２以上の面発光レーザが形成された面発光レーザアレイであって、
前記面発光レーザは、半導体多層膜ミラーと、活性層と、面内方向に屈折率分布を有するフォトニック結晶、とを含む複数の半導体層による積層構造を備え、
前記積層構造を構成する前記フォトニック結晶と前記半導体多層膜ミラーとによって、共振モードを導波する導波路が形成され、
前記面発光レーザアレイにおける隣りあう面発光レーザ間に、前記フォトニック結晶が設けられていない領域を有し、
前記面発光レーザ間で、前記半導体多層膜ミラーおよび前記活性層が共有されており、
前記フォトニック結晶が設けられている領域と、前記フォトニック結晶が設けられていない領域とは、それぞれ実効的な屈折率が異なり、前記半導体多層膜ミラーへの入射光の入射角が異なるように構成され、
前記半導体多層膜ミラーは、前記フォトニック結晶が設けられている領域への入射角範囲内で高い反射率を有する一方、前記入射角範囲外においては低い反射率となる反射率特性を有し、
前記フォトニック結晶が設けられていない領域を伝播するモードが漏洩モードとなることを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザアレイは、前記半導体多層膜ミラーが、入射角が０度より大きく９０度未満の光に対し、入射角が０度の光よりも高い反射率を有することを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザアレイは、前記面発光レーザアレイの駆動手段が、活性層の光励起による駆動手段であることを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザアレイは、前記面発光レーザアレイの駆動手段が、活性層へのキャリアの注入による駆動手段であることを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザアレイは、前記面発光レーザアレイを構成する隣りあう面発光レーザ間が、電気的に絶縁されていることを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザアレイは、前記絶縁が、該面発光レーザ間への一部または全部へのイオン注入によって電気伝導度を低下させることによる絶縁であることを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザアレイは、前記半導体層にはｐ型にドープされた、ＧａＮまたはＡｌＧａＮまたはＩｎＧａＮまたはＡｌＩｎＧａＮが含まれることを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザアレイは、前記面発光レーザアレイを構成する隣りあう面発光レーザ間には、前記活性層から見て、基板と反対側にレーザ共振光の吸収体が設けられていることを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザアレイは、前記吸収体が、金属であることを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザアレイは、前記金属が、各面発光レーザを電気的に駆動するための配線または電極の一部であることを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザアレイは、アレイピッチが１００μｍ以下であることを特徴とする。
本発明の面発光レーザアレイは、基板上に、２以上の面発光レーザが形成された面発光レーザアレイであって、
前記面発光レーザは、半導体多層膜ミラーと、活性層と、面内方向に屈折率分布を有するフォトニック結晶、とを含む複数の半導体層による積層構造を備え、
前記積層構造を構成する前記フォトニック結晶と前記半導体多層膜ミラーとによって、共振モードを導波する導波路が形成され、
前記面発光レーザアレイにおける隣りあう面発光レーザ間に、前記フォトニック結晶が設けられていない領域を有し、
前記面発光レーザ間で、前記半導体多層膜ミラーおよび前記活性層が共有されており、
前記フォトニック結晶が設けられている領域と、前記フォトニック結晶が設けられていない領域とは、それぞれ実効的な屈折率が異なり、前記半導体多層膜ミラーへの入射光の入射角が異なるように構成され、
前記半導体多層膜ミラーは、前記フォトニック結晶が設けられている領域への入射角範囲内で高い反射率を有する一方、前記入射角範囲外においては低い反射率となる反射率特性を有し、
前記フォトニック結晶が設けられていない領域を伝播するモードが漏洩モードとなることを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザアレイは、前記半導体多層膜ミラーが、入射角が０度より大きく９０度未満の光に対し、入射角が０度の光よりも高い反射率を有することを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザアレイは、前記面発光レーザアレイの駆動手段が、活性層の光励起による駆動手段であることを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザアレイは、前記面発光レーザアレイの駆動手段が、活性層へのキャリアの注入による駆動手段であることを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザアレイは、前記面発光レーザアレイを構成する隣りあう面発光レーザ間が、電気的に絶縁されていることを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザアレイは、前記絶縁が、該面発光レーザ間への一部または全部へのイオン注入によって電気伝導度を低下させることによる絶縁であることを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザアレイは、前記半導体層にはｐ型にドープされた、ＧａＮまたはＡｌＧａＮまたはＩｎＧａＮまたはＡｌＩｎＧａＮが含まれることを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザアレイは、前記面発光レーザアレイを構成する隣りあう面発光レーザ間には、前記活性層から見て、基板と反対側にレーザ共振光の吸収体が設けられていることを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザアレイは、前記吸収体が、金属であることを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザアレイは、前記金属が、各面発光レーザを電気的に駆動するための配線または電極の一部であることを特徴とする。
また、本発明の面発光レーザアレイは、アレイピッチが１００μｍ以下であることを特徴とする。
本発明によれば、隣りあう個々の面発光レーザ間における活性層のつながりを断つことなく活性層を共有化することができ、容易に高密度アレイ化を図ることが可能となるフォトニック結晶による面発光レーザアレイを実現することができる。
つぎに、本発明の実施形態における基板上に、２以上の面発光レーザが形成された面発光レーザアレイについて、図を用いて説明する。
図６に、本発明の面発光レーザアレイを説明するための断面模式図を示す。
また、図７は図６のフォトニック結晶領域６０１にある面発光レーザの断面を拡大し、共振モードにある光の様子を光線近似により表示した断面模式図である。
また、図８は図６のフォトニック結晶領域６０１およびフォトニック結晶周辺領域６０５での面発光レーザアレイの断面を拡大し、共振モードにある光の様子を光線近似により表示した断面模式図である。
図６において、６００は面発光レーザアレイ、６０１、６０２はフォトニック結晶が形成された領域、６０５は面発光レーザ間の領域、６１０は活性層である。６２０はスラブ層、６２５はフォトニック結晶、６３０は上部クラッド層、６４０は半導体多層膜ミラーである。
図６に、本発明の面発光レーザアレイを説明するための断面模式図を示す。
また、図７は図６のフォトニック結晶領域６０１にある面発光レーザの断面を拡大し、共振モードにある光の様子を光線近似により表示した断面模式図である。
また、図８は図６のフォトニック結晶領域６０１およびフォトニック結晶周辺領域６０５での面発光レーザアレイの断面を拡大し、共振モードにある光の様子を光線近似により表示した断面模式図である。
図６において、６００は面発光レーザアレイ、６０１、６０２はフォトニック結晶が形成された領域、６０５は面発光レーザ間の領域、６１０は活性層である。６２０はスラブ層、６２５はフォトニック結晶、６３０は上部クラッド層、６４０は半導体多層膜ミラーである。
本実施形態の面発光レーザアレイにおいて、そのレーザアレイを構成している面発光レーザは、半導体多層膜ミラーと、活性層と、面内方向に屈折率分布を有するフォトニック結晶、とを含む複数の半導体層による積層構造を備えている。その際、これらの半導体層にはｐ型にドープされた、ＧａＮまたはＡｌＧａＮまたはＩｎＧａＮまたはＡｌＩｎＧａＮが含まれるものを用いることができる。
具体的には、図６に示すように、面発光レーザアレイ６００は、基板（図６では省略）上に半導体多層膜ミラー６４０、活性層６１０、スラブ層６２０、上部クラッド層６３０が積層され構成されている。
活性層６１０には、量子井戸などの活性媒質、および、活性媒質の位置や各レーザ共振器の共振モードの光強度分布を調整するスペーサ層が含まれる。
スラブ層６２０にはスラブ面内方向に周期的屈折率分布を持つフォトニック結晶構造６２５が複数形成されている。
ここでは、フォトニック結晶６２５は、例えば２次元正方格子状に構成される。該フォトニック結晶が形成された領域６０１、６０２がそれぞれ面発光レーザとして機能する領域である。
具体的には、図６に示すように、面発光レーザアレイ６００は、基板（図６では省略）上に半導体多層膜ミラー６４０、活性層６１０、スラブ層６２０、上部クラッド層６３０が積層され構成されている。
活性層６１０には、量子井戸などの活性媒質、および、活性媒質の位置や各レーザ共振器の共振モードの光強度分布を調整するスペーサ層が含まれる。
スラブ層６２０にはスラブ面内方向に周期的屈折率分布を持つフォトニック結晶構造６２５が複数形成されている。
ここでは、フォトニック結晶６２５は、例えば２次元正方格子状に構成される。該フォトニック結晶が形成された領域６０１、６０２がそれぞれ面発光レーザとして機能する領域である。
まず、この面発光レーザの有する共振モードについて、光線近似を用いて図７にて説明する。
この面発光レーザは、フォトニック結晶と多層膜ミラーによって構成される導波路内を、該多層膜ミラーの積層方向に対して、斜め方向に共振する共振モードが存在するように構成されている。
具体的には、活性層６１０を含む導波モードに、フォトニック結晶６２５と半導体多層膜ミラー６４０によって面内共振作用が加わった面内共振導波路をレーザ共振器として構成されている。
ここでは図７のようにｘｚ面内を導波している光７５０を考える。ｘは基板面内方向、ｚは基板垂直方向である。共振状態にある波長λの光の波数ベクトルｋのｚ成分をｋｚ、ｘ成分をｋｘとする。
共振状態にある光については、導波条件（ｚ方向に定在波が立つ）から、以下の式が成立する。
ｎ・ｄ・ｋｚ＋φ＝ｌπ（ｌは整数）・・・（１）
また、垂直入射光との回折条件から、以下の式が成立する。
ｎ・ａ・ｋｘ＝２ｍπ（ｍは整数）・・・（２）
ここで、ｎは導波路の実効的な屈折率、ｄは実効的な導波路厚、ａはフォトニック結晶の格子定数、φは反射の際の位相シフト（グースヘンシェンシフト）である。
ここでは説明の簡単のために、ｍ＝１とし、φ＝０とする。
λをレーザ共振波長、θを半導体多層膜ミラーへの入射角とすると、ｋｚ＝２πｃｏｓθ／λ、ｋｘ＝２πｓｉｎθ／λである。
ここで式（１）と式（２）をλとθについて解くと、λ＝ｎ／√（（１／ａ）２＋（ｌ／２ｄ）２）、θ＝ａｒｃｔａｎ（ｋｘ／ｋｚ）＝ａｒｃｔａｎ（２ｄ／ｌａ）となる。
すなわち、半導体多層膜ミラー６４０は、共振波長λにおいてこの半導体多層膜ミラー６４０に入射する入射角θの回折光に対し、反射率が高くなるように設計される。
その際、半導体多層膜ミラー６４０は、入射角が０度より大きく９０度未満の光に対し、入射角が０度の光よりも高い反射率を有する構成とすることができる。あるいは、これらのいずれの入射角に対しても高い反射率を有する構成とすることができる。
この面発光レーザは、フォトニック結晶と多層膜ミラーによって構成される導波路内を、該多層膜ミラーの積層方向に対して、斜め方向に共振する共振モードが存在するように構成されている。
具体的には、活性層６１０を含む導波モードに、フォトニック結晶６２５と半導体多層膜ミラー６４０によって面内共振作用が加わった面内共振導波路をレーザ共振器として構成されている。
ここでは図７のようにｘｚ面内を導波している光７５０を考える。ｘは基板面内方向、ｚは基板垂直方向である。共振状態にある波長λの光の波数ベクトルｋのｚ成分をｋｚ、ｘ成分をｋｘとする。
共振状態にある光については、導波条件（ｚ方向に定在波が立つ）から、以下の式が成立する。
ｎ・ｄ・ｋｚ＋φ＝ｌπ（ｌは整数）・・・（１）
また、垂直入射光との回折条件から、以下の式が成立する。
ｎ・ａ・ｋｘ＝２ｍπ（ｍは整数）・・・（２）
ここで、ｎは導波路の実効的な屈折率、ｄは実効的な導波路厚、ａはフォトニック結晶の格子定数、φは反射の際の位相シフト（グースヘンシェンシフト）である。
ここでは説明の簡単のために、ｍ＝１とし、φ＝０とする。
λをレーザ共振波長、θを半導体多層膜ミラーへの入射角とすると、ｋｚ＝２πｃｏｓθ／λ、ｋｘ＝２πｓｉｎθ／λである。
ここで式（１）と式（２）をλとθについて解くと、λ＝ｎ／√（（１／ａ）２＋（ｌ／２ｄ）２）、θ＝ａｒｃｔａｎ（ｋｘ／ｋｚ）＝ａｒｃｔａｎ（２ｄ／ｌａ）となる。
すなわち、半導体多層膜ミラー６４０は、共振波長λにおいてこの半導体多層膜ミラー６４０に入射する入射角θの回折光に対し、反射率が高くなるように設計される。
その際、半導体多層膜ミラー６４０は、入射角が０度より大きく９０度未満の光に対し、入射角が０度の光よりも高い反射率を有する構成とすることができる。あるいは、これらのいずれの入射角に対しても高い反射率を有する構成とすることができる。
ところで、フォトニック結晶６２５が形成された面発光レーザ領域６０１、６０２と、フォトニック結晶６２５が形成されていない面発光レーザ間の領域６０５とでは、実効的な導波路厚は異なる。
例えば、スラブ層にスラブ層より低屈折率な媒質（例えば空気）が充填された穴が周期的に配されていることによってフォトニック結晶６２５が形成されている場合、上記領域６０５の実効的な導波路厚は面発光レーザ領域６０１の実効的な導波路厚ｄより大きい。
このとき、式（１）より、この領域での伝播モードのｋｚは小さくなり、波長がλであればｋｘはその分大きくなる。
これはフォトニック結晶のない領域６０５では多層膜への入射角が大きくなることを意味する。
例えば、スラブ層にスラブ層より低屈折率な媒質（例えば空気）が充填された穴が周期的に配されていることによってフォトニック結晶６２５が形成されている場合、上記領域６０５の実効的な導波路厚は面発光レーザ領域６０１の実効的な導波路厚ｄより大きい。
このとき、式（１）より、この領域での伝播モードのｋｚは小さくなり、波長がλであればｋｘはその分大きくなる。
これはフォトニック結晶のない領域６０５では多層膜への入射角が大きくなることを意味する。
特許文献１および特許文献２のように、屈折率の低いクラッド層によって挟まれた導波路を形成し、これら低屈折率クラッド層での全反射により閉じ込めるようにした構造では、
クラッドへの入射角が変わっても、活性層と低屈折率クラッド層との界面での臨界角より入射角が大きければ導波モードが存在する。
そのため、発明が解決しようとする課題で説明したように、個々の面発光レーザとの間でつながっている活性層を介して、上記導波モードが導波し、面発光レーザの特性が損なわれる原因となる。
クラッドへの入射角が変わっても、活性層と低屈折率クラッド層との界面での臨界角より入射角が大きければ導波モードが存在する。
そのため、発明が解決しようとする課題で説明したように、個々の面発光レーザとの間でつながっている活性層を介して、上記導波モードが導波し、面発光レーザの特性が損なわれる原因となる。
これに対して、本実施形態のようにフォトニック結晶構造と多層膜ミラーによって構成される導波路内に共振モードが存在するように構成されているものでは、他方の面発光レーザまで導波することが抑制可能となる。
すなわち、本実施形態のように多層膜反射鏡による閉じ込め構造のものでは、多層膜への入射角が大きくなっても小さくなっても反射率が低下する。
そのため、フォトニック結晶のない領域６０５での伝播モード９５０は、図８のように導波損失が非常に大きい漏洩モードとなる。
したがって、本実施形態のものではフォトニック結晶領域において発振したレーザ光は、フォトニック結晶のない領域にある活性層を導波することができない。
そのため、活性層を分断したり、反射構造体を設けたりしなくとも、面発光レーザアレイのレーザ間での光のやり取りを無くすことが可能となる。
したがって、本実施の形態における面発光レーザアレイでは、面発光レーザアレイを構成している隣りあう個々の面発光レーザ間での活性層のつながりを断つことなく共有化することが可能となる。
すなわち、本実施形態のように多層膜反射鏡による閉じ込め構造のものでは、多層膜への入射角が大きくなっても小さくなっても反射率が低下する。
そのため、フォトニック結晶のない領域６０５での伝播モード９５０は、図８のように導波損失が非常に大きい漏洩モードとなる。
したがって、本実施形態のものではフォトニック結晶領域において発振したレーザ光は、フォトニック結晶のない領域にある活性層を導波することができない。
そのため、活性層を分断したり、反射構造体を設けたりしなくとも、面発光レーザアレイのレーザ間での光のやり取りを無くすことが可能となる。
したがって、本実施の形態における面発光レーザアレイでは、面発光レーザアレイを構成している隣りあう個々の面発光レーザ間での活性層のつながりを断つことなく共有化することが可能となる。
以上のように、本実施形態の面発光レーザアレイでは、該レーザアレイにおける面発光レーザとして、フォトニック結晶構造と前記半導体多層膜ミラーとで形成される導波路内を共振モードが導波する構造を備えた面発光レーザが構成される。
その際、面発光レーザアレイにおける隣りあう面発光レーザ間で、半導体多層膜ミラーおよび活性層が共有されるように、例えば、レーザ間で半導体多層膜ミラーおよび活性層を連続して形成する。
これらにより、高密度アレイ化が容易なフォトニック結晶面発光レーザアレイを実現することができる。
その際、面発光レーザアレイにおける隣りあう面発光レーザ間で、半導体多層膜ミラーおよび活性層が共有されるように、例えば、レーザ間で半導体多層膜ミラーおよび活性層を連続して形成する。
これらにより、高密度アレイ化が容易なフォトニック結晶面発光レーザアレイを実現することができる。
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においては、本発明を適用した面発光レーザアレイについて説明する。
図１に、本実施例における面発光レーザアレイを説明する断面模式図を示す。
図１において、１７０は基板、１４０は多層膜ミラー、１１０は活性層およびスペーサ層、１２０はスラブ層、１３０はクラッド層、１８０は上部電極、１８５は下部電極である。１２５はスラブ層１２０に形成されたフォトニック結晶である。
１９０は電気的に絶縁な領域である。
［実施例１］
実施例１においては、本発明を適用した面発光レーザアレイについて説明する。
図１に、本実施例における面発光レーザアレイを説明する断面模式図を示す。
図１において、１７０は基板、１４０は多層膜ミラー、１１０は活性層およびスペーサ層、１２０はスラブ層、１３０はクラッド層、１８０は上部電極、１８５は下部電極である。１２５はスラブ層１２０に形成されたフォトニック結晶である。
１９０は電気的に絶縁な領域である。
本実施例において、面発光レーザアレイ１００は、複数の面発光レーザ１０１が非レーザ領域１０５を挟んで複数設けられている。
活性層をはさんで、基板・多層膜ミラーは例えばｎ型に、またスラブ層、クラッド層は例えばｐ型にドープされている。
各面発光レーザ１０１ごとに個別に配された上部電極１８０と、共通の下部電極１８５との間に電圧を印加することで、キャリアが活性層に注入され活性層が発光する。
フォトニック結晶と多層膜ミラーとによって波長が規定される光共振器の中にある活性層へ、十分なキャリアを注入することで、該光共振器はレーザ発振に到る。
レーザ光はフォトニック結晶構造によって基板垂直方向に回折され、たとえば上部電極の周辺からレーザ光を光出力として取り出すことができる。
非レーザ領域１０５において一部領域１９０は電気的に絶縁状態にある。このため面発光レーザアレイ１００は電気的に個別駆動することが可能である。
活性層をはさんで、基板・多層膜ミラーは例えばｎ型に、またスラブ層、クラッド層は例えばｐ型にドープされている。
各面発光レーザ１０１ごとに個別に配された上部電極１８０と、共通の下部電極１８５との間に電圧を印加することで、キャリアが活性層に注入され活性層が発光する。
フォトニック結晶と多層膜ミラーとによって波長が規定される光共振器の中にある活性層へ、十分なキャリアを注入することで、該光共振器はレーザ発振に到る。
レーザ光はフォトニック結晶構造によって基板垂直方向に回折され、たとえば上部電極の周辺からレーザ光を光出力として取り出すことができる。
非レーザ領域１０５において一部領域１９０は電気的に絶縁状態にある。このため面発光レーザアレイ１００は電気的に個別駆動することが可能である。
本実施例の面発光レーザアレイ１００において、非レーザ領域１０５にある活性層は連続して形成されている。
しかし、ある面発光レーザ１０１のレーザ光が周囲の面発光レーザの活性層までそのまま導波することはないために、レーザ間での光のクロストークは非常に小さい。
また、レーザ間の活性層がエッチングプロセスによって露出してないために、活性層を分断した場合に比べて結晶欠陥の増加を防ぐことができる。
さらに、レーザ間での光反射体構造を設けないために、素子間を狭くすることができる。
しかし、ある面発光レーザ１０１のレーザ光が周囲の面発光レーザの活性層までそのまま導波することはないために、レーザ間での光のクロストークは非常に小さい。
また、レーザ間の活性層がエッチングプロセスによって露出してないために、活性層を分断した場合に比べて結晶欠陥の増加を防ぐことができる。
さらに、レーザ間での光反射体構造を設けないために、素子間を狭くすることができる。
つぎに、本実施例における面発光レーザアレイの作製方法について説明する。
まず、半導体基板１７０に、多層膜ミラー１４０、適当なスペーサ層に挟まれた活性層１１０、スラブ層１２０を成長させる。
ここで、基板１７０としてはたとえばｎ型のＧａＡｓ基板とする。成長方法はたとえばＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法などを用いることができる。
多層膜ミラーはたとえば、ｎ型のＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ／Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓを６０ペア積層したものである。
この多層膜ミラーは、後述するフォトニック結晶構造１２５と結合して共振器をなすものである。
レーザ発振波長（ここでは約６７０ｎｍ）の光が、フォトニック結晶構造１２５に垂直入射したときに回折される方向（たとえば積層方向に対して４５°）に対し、同波長における多層膜ミラーの反射率は最も高くなるように設計を行う。
まず、半導体基板１７０に、多層膜ミラー１４０、適当なスペーサ層に挟まれた活性層１１０、スラブ層１２０を成長させる。
ここで、基板１７０としてはたとえばｎ型のＧａＡｓ基板とする。成長方法はたとえばＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法などを用いることができる。
多層膜ミラーはたとえば、ｎ型のＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ／Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓを６０ペア積層したものである。
この多層膜ミラーは、後述するフォトニック結晶構造１２５と結合して共振器をなすものである。
レーザ発振波長（ここでは約６７０ｎｍ）の光が、フォトニック結晶構造１２５に垂直入射したときに回折される方向（たとえば積層方向に対して４５°）に対し、同波長における多層膜ミラーの反射率は最も高くなるように設計を行う。
つぎに、このような多層膜ミラーの形成方法について述べる。
多層膜ミラーは高屈折率層と低屈折率層を交互積層したものであり、各層厚はλ／４・ｎｉ・ｃｏｓθｉとすればよい。
ここでλはレーザ共振波長、ｎｉは各層の屈折率、θｉは各層における回折光の進行方向と多層膜ミラーの積層方向とのなす角度である。
活性層１１０は、たとえばｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓスペーサ層、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ多重量子井戸層、ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓスペーサ層からなる。この活性層は波長６７０ｎｍで光学利得を持つものとする。スペーサ層の厚さは、所望の共振器特性によって適当な値が選ばれる。スラブ層１２０はたとえばｐ型のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓである。
多層膜ミラーは高屈折率層と低屈折率層を交互積層したものであり、各層厚はλ／４・ｎｉ・ｃｏｓθｉとすればよい。
ここでλはレーザ共振波長、ｎｉは各層の屈折率、θｉは各層における回折光の進行方向と多層膜ミラーの積層方向とのなす角度である。
活性層１１０は、たとえばｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓスペーサ層、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ多重量子井戸層、ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓスペーサ層からなる。この活性層は波長６７０ｎｍで光学利得を持つものとする。スペーサ層の厚さは、所望の共振器特性によって適当な値が選ばれる。スラブ層１２０はたとえばｐ型のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓである。
スラブ層１２０上部表面にレジストを塗布し、電子ビーム露光によって、例えば、図１１のように半径９０ｎｍ、格子間隔２９０ｎｍ、エリアが５０μｍ四方の二次元正方格子パターン１２１０をアレイ状にレジストに形成する。
また、アレイピッチ間隔は、たとえば１００μｍである。
そして、レジスト現像後、たとえばＳｉＣｌ４／Ａｒプラズマによる反応性イオンエッチングを用いて、スラブ層１２０に二次元ピラー列からなるフォトニック結晶構造１２５を複数形成する。フォトニック結晶構造１２５の形成後、レジストを除去する。
スラブ層１２０上に、融着あるいは再成長によってｐ型のクラッド層１３０を形成する。クラッド層１３０はたとえばＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓである。
なお、クラッド層１３０上には電極との電気的コンタクトを改善するコンタクト層を積層してもよい。
コンタクト層は、たとえば２０ｎｍ厚のｐ型のＧａＡｓとする。
フォトニック結晶構造１２５下の活性層に電流を狭窄するため絶縁領域１９０を形成する。
例えば、プロトン等のイオンを照射することにより、面発光レーザ間への一部または全部へのイオン注入によって電気伝導度を低下させることにより絶縁領域を形成することができる。
クラッド層の上面に面発光レーザを個別駆動するための個別の電極（上部電極）１８０が設けられ、基板下側に共通電極（下部電極）１８５が設けられる。
電極１８０は例えばＴｉ／Ａｕ、電極１８５は例えばＡｕＧｅ／Ａｕとする。
こうして作製した面発光レーザアレイ１００に対して、その各レーザに電流注入を行うと活性層１１０が発光し、前述の共振原理によるレーザ発振によって、各素子から基板垂直方向に波長約６７０ｎｍの面発光が起きる。
また、アレイピッチ間隔は、たとえば１００μｍである。
そして、レジスト現像後、たとえばＳｉＣｌ４／Ａｒプラズマによる反応性イオンエッチングを用いて、スラブ層１２０に二次元ピラー列からなるフォトニック結晶構造１２５を複数形成する。フォトニック結晶構造１２５の形成後、レジストを除去する。
スラブ層１２０上に、融着あるいは再成長によってｐ型のクラッド層１３０を形成する。クラッド層１３０はたとえばＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓである。
なお、クラッド層１３０上には電極との電気的コンタクトを改善するコンタクト層を積層してもよい。
コンタクト層は、たとえば２０ｎｍ厚のｐ型のＧａＡｓとする。
フォトニック結晶構造１２５下の活性層に電流を狭窄するため絶縁領域１９０を形成する。
例えば、プロトン等のイオンを照射することにより、面発光レーザ間への一部または全部へのイオン注入によって電気伝導度を低下させることにより絶縁領域を形成することができる。
クラッド層の上面に面発光レーザを個別駆動するための個別の電極（上部電極）１８０が設けられ、基板下側に共通電極（下部電極）１８５が設けられる。
電極１８０は例えばＴｉ／Ａｕ、電極１８５は例えばＡｕＧｅ／Ａｕとする。
こうして作製した面発光レーザアレイ１００に対して、その各レーザに電流注入を行うと活性層１１０が発光し、前述の共振原理によるレーザ発振によって、各素子から基板垂直方向に波長約６７０ｎｍの面発光が起きる。
なお、ここではクラッド層１３０上部に電極１８０を設けたが、クラッド層１３０は空気でも良い。その場合はスラブ層１２０上部に電極１８０を設ける。クラッド層１３０を設けないことにより、融着または再成長などのクラッド層１３０形成プロセスを省略できる。
また、クラッド層１３０とスラブ層１２０の厚さ合計がアレイピッチに比べて十分短く、かつクラッド層およびスラブ層の電気伝導率が小さい場合（例えばｐ型のＧａＮ系材料）は、
絶縁領域１９０を特に設けなくとも各々のレーザ素子を電気的に独立駆動できる場合がある。
また、クラッド層１３０とスラブ層１２０の厚さ合計がアレイピッチに比べて十分短く、かつクラッド層およびスラブ層の電気伝導率が小さい場合（例えばｐ型のＧａＮ系材料）は、
絶縁領域１９０を特に設けなくとも各々のレーザ素子を電気的に独立駆動できる場合がある。
［実施例２］
実施例２においては、本発明を適用した面発光レーザアレイおいて、面発光レーザアレイの駆動手段として、光励起によって各レーザを駆動するようにした構成例について説明する。
図９に、本実施例の面発光レーザアレイにおける構成例を説明するための断面模式図を示す。
図９において、１０００は面発光レーザアレイ、１００１は各面発光レーザ、１０９５は励起源、１０９６は励起光である。
実施例２においては、本発明を適用した面発光レーザアレイおいて、面発光レーザアレイの駆動手段として、光励起によって各レーザを駆動するようにした構成例について説明する。
図９に、本実施例の面発光レーザアレイにおける構成例を説明するための断面模式図を示す。
図９において、１０００は面発光レーザアレイ、１００１は各面発光レーザ、１０９５は励起源、１０９６は励起光である。
実施例２における面発光レーザアレイ１０００は、実施例１と同様に基板１７０上に多層膜ミラー１４０、活性層１１０、スラブ層１２０が形成される。スラブ層１２０にはフォトニック結晶１２５が形成される。
スラブ層の上にはクラッド層１３０が形成される。クラッド層１３０は空気でも良い。
面発光レーザアレイ１０００は、各面発光レーザの活性層を個別に光励起できる励起源１０９５を備える。励起源はたとえばレーザスキャナである。
励起源１０９５からの励起光１０９６により、各面発光レーザ１００１の活性層は励起され、レーザ発振にいたり、各レーザから基板垂直方向にレーザ光を放出する。
スラブ層の上にはクラッド層１３０が形成される。クラッド層１３０は空気でも良い。
面発光レーザアレイ１０００は、各面発光レーザの活性層を個別に光励起できる励起源１０９５を備える。励起源はたとえばレーザスキャナである。
励起源１０９５からの励起光１０９６により、各面発光レーザ１００１の活性層は励起され、レーザ発振にいたり、各レーザから基板垂直方向にレーザ光を放出する。
［実施例３］
実施例３においは、実施例１の面発光レーザアレイの各面発光レーザ間に光吸収体を設けた構成例について説明する。
図１０に、本実施例における面発光レーザアレイを説明する断面模式図である。図１０において、１１００は面発光レーザアレイ、１１０１は面発光レーザ、１１０５は各面発光レーザの間、１１１０は活性層、１１２０はスラブ層、１１２５はフォトニック結晶構造、１１３０はクラッド層、１１４０は多層膜ミラーである
１１５０はレーザ共振光の吸収体である光吸収体、１１５５はパッシベーション膜、１１７０は基板、１１８０は上部電極、１１８５は下部電極、１１９０は電気的に絶縁された領域である。
実施例３においは、実施例１の面発光レーザアレイの各面発光レーザ間に光吸収体を設けた構成例について説明する。
図１０に、本実施例における面発光レーザアレイを説明する断面模式図である。図１０において、１１００は面発光レーザアレイ、１１０１は面発光レーザ、１１０５は各面発光レーザの間、１１１０は活性層、１１２０はスラブ層、１１２５はフォトニック結晶構造、１１３０はクラッド層、１１４０は多層膜ミラーである
１１５０はレーザ共振光の吸収体である光吸収体、１１５５はパッシベーション膜、１１７０は基板、１１８０は上部電極、１１８５は下部電極、１１９０は電気的に絶縁された領域である。
実施例１同様、基板１１７０上に多層膜ミラー１１４０、活性層１１１０、スラブ層１１２０、クラッド層１１３０が形成されている。スラブ層には複数のフォトニック結晶構造１１２５が形成されている。また各面発光レーザ間のクラッド層およびスラブ層には電気的に絶縁された領域１１９０が設けられている。
ところで、フォトニック結晶および多層膜ミラーによる光共振器で発振に至った面発光レーザの活性層から、レーザ光が面発光レーザ間の領域へ活性層をそのまま導波することはない場合であっても、フォトニック結晶構造の境界でレーザ光が散乱されることがある。
この場合、迷光が発生することになり、レーザ素子・レーザアレイ特性に悪影響が出ることが考えられる。
実施例３における面発光レーザアレイ１１００では、各面発光レーザ間１１０５の領域のクラッド層上部の一部に、光吸収体１１５０が設けられている。
この光吸収体は、各面発光レーザ間１１０５に存在する迷光を吸収する目的で設けられている。
ところで、フォトニック結晶および多層膜ミラーによる光共振器で発振に至った面発光レーザの活性層から、レーザ光が面発光レーザ間の領域へ活性層をそのまま導波することはない場合であっても、フォトニック結晶構造の境界でレーザ光が散乱されることがある。
この場合、迷光が発生することになり、レーザ素子・レーザアレイ特性に悪影響が出ることが考えられる。
実施例３における面発光レーザアレイ１１００では、各面発光レーザ間１１０５の領域のクラッド層上部の一部に、光吸収体１１５０が設けられている。
この光吸収体は、各面発光レーザ間１１０５に存在する迷光を吸収する目的で設けられている。
光吸収体１１５０としては、例えば金属がある。金属としては、例えば波長６７０ｎｍの光においては金を用いることができる。
光吸収体１１５０とクラッド層１１３０との間にはパッシベーション膜１１５５を設けても良い。パッシベーション膜は、例えばＳｉＯ２である。
また、この金属を上部電極１１８０の一部、あるいは上部電極１１８０への配線としてもよい。
また、面発光レーザ１１０１の光取り出しを基板側から行ってもよい。この場合、基板反対側からの光取り出しではないため、光吸収体１１５０をクラッド層１１３０上部のほぼ全面に配置することが可能になる。
この場合は、基板下に設けられた下部電極１１８５においては各面発光レーザの光取り出し部分に相当する個所が除かれている。
また、基板が面発光レーザの発振波長の光を吸収する場合には、光取り出し部分の基板１１７０をエッチングなどにより除去することで、基板での光吸収による出力の減衰を抑えることができる。
光吸収体１１５０とクラッド層１１３０との間にはパッシベーション膜１１５５を設けても良い。パッシベーション膜は、例えばＳｉＯ２である。
また、この金属を上部電極１１８０の一部、あるいは上部電極１１８０への配線としてもよい。
また、面発光レーザ１１０１の光取り出しを基板側から行ってもよい。この場合、基板反対側からの光取り出しではないため、光吸収体１１５０をクラッド層１１３０上部のほぼ全面に配置することが可能になる。
この場合は、基板下に設けられた下部電極１１８５においては各面発光レーザの光取り出し部分に相当する個所が除かれている。
また、基板が面発光レーザの発振波長の光を吸収する場合には、光取り出し部分の基板１１７０をエッチングなどにより除去することで、基板での光吸収による出力の減衰を抑えることができる。
以上、実施例について説明したが、本発明の面発光レーザアレイは、これらの実施例に限定されるものではない。
特に、半導体層、フォトニック結晶、半導体多層膜ミラー、電極、の材料や形状、フォトニック結晶の格子形状など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６７０ｎｍのものを示したが、それらに限られるものではなく、適切な材料・構造の選択により任意の波長の発振は可能である。
例えば、波長４００ｎｍ帯ではＡｌＧａＩｎＮ系、１μｍ帯では、ＩｎＧａＡｓＰ系を用いることができる。
フォトニック結晶の屈折率周期構造は、１次元周期構造でも２次元周期構造でも良い。
以上説明した本発明の面発光レーザアレイは、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アレイ光源としても利用することができる。
特に、半導体層、フォトニック結晶、半導体多層膜ミラー、電極、の材料や形状、フォトニック結晶の格子形状など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６７０ｎｍのものを示したが、それらに限られるものではなく、適切な材料・構造の選択により任意の波長の発振は可能である。
例えば、波長４００ｎｍ帯ではＡｌＧａＩｎＮ系、１μｍ帯では、ＩｎＧａＡｓＰ系を用いることができる。
フォトニック結晶の屈折率周期構造は、１次元周期構造でも２次元周期構造でも良い。
以上説明した本発明の面発光レーザアレイは、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アレイ光源としても利用することができる。
１００：面発光レーザアレイ
１０１：複数の面発光レーザ
１０５：非レーザ領域
１１０：活性層およびスペーサ層
１２０：スラブ層
１２５：フォトニック結晶
１３０：クラッド層
１４０：多層膜ミラー
１７０：基板
１８０：上部電極
１８５：下部電極
１９０：絶縁層
６００：面発光レーザアレイ
６０１：フォトニック結晶領域
６０２：フォトニック結晶領域
６０５：フォトニック結晶周辺領域
６１０：活性層
６２０：スラブ層
６２５：フォトニック結晶
６３０：上部クラッド層
６４０：ＤＢＲ（半導体多層膜ミラー）
７５０：ｘｚ面内を導波している光
９５０：伝播モード
１０００：面発光レーザアレイ
１００１：各面発光レーザ
１０９５：励起源
１０９６：励起光
１１００：面発光レーザアレイ
１１０１：面発光レーザ
１１０５：各面発光レーザの間
１１１０：活性層
１１２０：スラブ層
１１２５：フォトニック結晶構造
１１３０：クラッド層
１１４０：多層膜ミラー
１１５０：光吸収体
１１５５：パッシベーション膜
１１７０：基板
１１８５：下部電極
１１９０：電気的に絶縁された領域
１２１０：二次元正方格子パターン
１０１：複数の面発光レーザ
１０５：非レーザ領域
１１０：活性層およびスペーサ層
１２０：スラブ層
１２５：フォトニック結晶
１３０：クラッド層
１４０：多層膜ミラー
１７０：基板
１８０：上部電極
１８５：下部電極
１９０：絶縁層
６００：面発光レーザアレイ
６０１：フォトニック結晶領域
６０２：フォトニック結晶領域
６０５：フォトニック結晶周辺領域
６１０：活性層
６２０：スラブ層
６２５：フォトニック結晶
６３０：上部クラッド層
６４０：ＤＢＲ（半導体多層膜ミラー）
７５０：ｘｚ面内を導波している光
９５０：伝播モード
１０００：面発光レーザアレイ
１００１：各面発光レーザ
１０９５：励起源
１０９６：励起光
１１００：面発光レーザアレイ
１１０１：面発光レーザ
１１０５：各面発光レーザの間
１１１０：活性層
１１２０：スラブ層
１１２５：フォトニック結晶構造
１１３０：クラッド層
１１４０：多層膜ミラー
１１５０：光吸収体
１１５５：パッシベーション膜
１１７０：基板
１１８５：下部電極
１１９０：電気的に絶縁された領域
１２１０：二次元正方格子パターン
Claims (11)
- 基板上に、２以上の面発光レーザが形成された面発光レーザアレイであって、
前記面発光レーザは、半導体多層膜ミラーと、活性層と、面内方向に屈折率分布を有するフォトニック結晶、とを含む複数の半導体層による積層構造を備え、
前記積層構造を構成する前記フォトニック結晶と前記半導体多層膜ミラーとによって、共振モードを導波する導波路が形成され、
前記面発光レーザアレイにおける隣りあう面発光レーザ間に、前記フォトニック結晶が設けられていない領域を有し、
前記面発光レーザ間で、前記半導体多層膜ミラーおよび前記活性層が共有されており、
前記フォトニック結晶が設けられている領域と、前記フォトニック結晶が設けられていない領域とは、それぞれ実効的な屈折率が異なり、前記半導体多層膜ミラーへの入射光の入射角が異なるように構成され、
前記半導体多層膜ミラーは、前記フォトニック結晶が設けられている領域への入射角範囲内で高い反射率を有する一方、前記入射角範囲外においては低い反射率となる反射率特性を有し、
前記フォトニック結晶が設けられていない領域を伝播するモードが漏洩モードとなることを特徴とする面発光レーザアレイ。 - 前記半導体多層膜ミラーは、入射角が０度より大きく９０度未満の光に対し、入射角が０度の光よりも高い反射率を有することを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザアレイ。
- 前記面発光レーザアレイの駆動手段が、活性層の光励起による駆動手段であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の面発光レーザアレイ。
- 前記面発光レーザアレイの駆動手段が、活性層へのキャリアの注入による駆動手段であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の面発光レーザアレイ。
- 前記面発光レーザアレイを構成する隣りあう面発光レーザ間が、電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の面発光レーザアレイ。
- 前記絶縁が、該面発光レーザ間への一部または全部へのイオン注入によって電気伝導度を低下させることによる絶縁であることを特徴とする請求項５に記載の面発光レーザアレイ。
- 前記半導体層にはｐ型にドープされた、ＧａＮまたはＡｌＧａＮまたはＩｎＧａＮまたはＡｌＩｎＧａＮが含まれることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の面発光レーザアレイ。
- 前記面発光レーザアレイを構成する隣りあう面発光レーザ間には、前記活性層から見て、基板と反対側にレーザ共振光の吸収体が設けられていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の面発光レーザアレイ。
- 前記吸収体が、金属であることを特徴とする請求項８に記載の面発光レーザアレイ。
- 前記金属が、各面発光レーザを電気的に駆動するための配線または電極の一部であることを特徴とする請求項９に記載の面発光レーザアレイ。
- 前記面発光レーザアレイは、アレイピッチが１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の面発光レーザアレイ。
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