JP6788574B2 - 半導体発光素子 - Google Patents
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Description
第2の半導体発光素子は、活性層と、前記活性層を挟む一対のクラッド層と、前記活性層に光学的に結合した位相変調層と、を備えた半導体発光素子において、前記位相変調層は、基本層と、前記基本層とは屈折率の異なる複数の異屈折率領域とを備え、前記位相変調層の厚み方向をZ軸方向とするXYZ直交座標系を設定し、XY平面内において、格子定数aの仮想的な正方格子を設定した場合、それぞれの前記異屈折率領域は、その重心位置が、前記仮想的な正方格子における格子点位置から距離rだけずれるように、配置されており、全ての前記異屈折率領域は、XY平面内において、同一の距離rを有しており、距離rは、0<r≦0.3aであり、前記半導体発光素子から出射されるビームパターン(スポットを除く)は、少なくとも1つの:直線、十字架、図形、写真、CG(コンピュータグラフィックス)、又は、文字、を含み、XY平面内における前記ビームパターンの特定の領域を2次元フーリエ変換した複素振幅F(X,Y)は、jを虚数単位として、XY平面内の強度分布I(X,Y)と、XY平面内の位相分布P(X,Y)を用いて:F(X,Y)=I(X,Y)×exp{P(X,Y)j}で与えられ、前記位相変調層において、前記仮想的な正方格子のそれぞれの格子点から、対応するそれぞれの前記異屈折率領域の重心へ向かう方向と、X軸との成す角度をφとし、定数をCとし、X軸方向におけるx番目、Y軸方向におけるy番目の仮想的な正方格子点の位置を(x、y)とし、位置(x,y)における角度をφ(x,y)とすると、φ(x、y)=C×P(X,Y)を満たし、それぞれの前記異屈折率領域のXY平面内の形状は、長方形、楕円、又は、2つの円又は楕円の一部分が重なる形状であることを特徴とする。
第3の半導体発光素子は、活性層と、前記活性層を挟む一対のクラッド層と、前記活性層に光学的に結合した位相変調層と、を備えた半導体発光素子において、前記位相変調層は、基本層と、前記基本層とは屈折率の異なる複数の異屈折率領域とを備え、前記位相変調層の厚み方向をZ軸方向とするXYZ直交座標系を設定し、XY平面内において、格子定数aの仮想的な正方格子を設定した場合、それぞれの前記異屈折率領域は、その重心位置が、前記仮想的な正方格子における格子点位置から距離rだけずれるように、配置されており、全ての前記異屈折率領域は、XY平面内において、同一の距離rを有しており、距離rは、0<r≦0.3aであり、前記半導体発光素子から出射されるビームパターン(スポットを除く)は、少なくとも1つの:直線、十字架、図形、写真、CG(コンピュータグラフィックス)、又は、文字、を含み、XY平面内における前記ビームパターンの特定の領域を2次元フーリエ変換した複素振幅F(X,Y)は、jを虚数単位として、XY平面内の強度分布I(X,Y)と、XY平面内の位相分布P(X,Y)を用いて:F(X,Y)=I(X,Y)×exp{P(X,Y)j}で与えられ、前記位相変調層において、前記仮想的な正方格子のそれぞれの格子点から、対応するそれぞれの前記異屈折率領域の重心へ向かう方向と、X軸との成す角度をφとし、定数をCとし、X軸方向におけるx番目、Y軸方向におけるy番目の仮想的な正方格子点の位置を(x、y)とし、位置(x,y)における角度をφ(x,y)とすると、φ(x、y)=C×P(X,Y)を満たし、それぞれの前記異屈折率領域のXY平面内の形状は、台形、楕円の長軸に沿った一方の端部近傍の短軸方向の寸法が、他方の端部近傍の短軸方向の寸法よりも小さくなるように変形した形状、又は、楕円の長軸に沿った一方の端部を、長軸方向に沿って突き出る尖った端部に変形した形状であることを特徴とする。
第4の半導体発光素子は、活性層と、前記活性層を挟む一対のクラッド層と、前記活性層に光学的に結合した位相変調層と、を備えた半導体発光素子において、前記位相変調層は、基本層と、前記基本層とは屈折率の異なる複数の異屈折率領域とを備え、前記位相変調層の厚み方向をZ軸方向とするXYZ直交座標系を設定し、XY平面内において、格子定数aの仮想的な正方格子を設定した場合、それぞれの前記異屈折率領域は、その重心位置が、前記仮想的な正方格子における格子点位置から距離rだけずれるように、配置されており、全ての前記異屈折率領域は、XY平面内において、同一の距離rを有しており、距離rは、0<r≦0.3aであり、前記半導体発光素子から出射されるビームパターン(スポットを除く)は、少なくとも1つの:直線、十字架、図形、写真、CG(コンピュータグラフィックス)、又は、文字、を含み、XY平面内における前記ビームパターンの特定の領域を2次元フーリエ変換した複素振幅F(X,Y)は、jを虚数単位として、XY平面内の強度分布I(X,Y)と、XY平面内の位相分布P(X,Y)を用いて:F(X,Y)=I(X,Y)×exp{P(X,Y)j}で与えられ、前記位相変調層において、前記仮想的な正方格子のそれぞれの格子点から、対応するそれぞれの前記異屈折率領域の重心へ向かう方向と、X軸との成す角度をφとし、定数をCとし、X軸方向におけるx番目、Y軸方向におけるy番目の仮想的な正方格子点の位置を(x、y)とし、位置(x,y)における角度をφ(x,y)とすると、φ(x、y)=C×P(X,Y)を満たし、前記位相変調層の実効屈折率をnとした場合、前記位相変調層が選択する波長λ 0 (=2 0.5 ×a×n)は、前記活性層の発光波長範囲内に含まれていることを特徴とする。
第5の半導体発光素子においては、第1〜3のいずれかの半導体発光素子において、前記位相変調層の実効屈折率をnとした場合、前記位相変調層が選択する波長λ0(=a×n)は、前記活性層の発光波長範囲内に含まれている、ことを特徴とする。
第6の半導体発光素子においては、第1〜5のいずれかの半導体発光素子において、前記位相変調層において、全ての前記異屈折率領域は、XY平面内において、同一の図形、及び/又は、同一の面積を有しており、複数の前記異屈折率領域は、並進操作又は並進操作および回転操作により、重ね合わせることができる、ことを特徴とする。
第7の半導体発光素子においては、第1、2、4、5及び6のいずれか半導体発光素子において、それぞれの前記異屈折率領域のXY平面内の形状は、回転対称性を有している、ことを特徴とする。
第8の半導体発光素子においては、第1、2、4、5、6及び7のいずれか半導体発光素子において、それぞれの前記異屈折率領域のXY平面内の形状は、鏡像対称性を有している、ことを特徴とする。
第9の半導体発光素子においては、第1〜8のいずれかの半導体発光素子において、前記位相変調層は、目的となるビームパターンを出射するための前記異屈折率領域の略周期構造が形成された内側領域と、前記内側領域を囲み、正方格子の格子点位置に重心位置が一致する前記異屈折率領域を含む外側領域と、を備えることを特徴とする。
(図12においてS/Nが0.9以上)
FF>0.03、且つ、
r>0.06、且つ、
r<−FF+0.23、且つ
r>−FF+0.13
(図12においてS/Nが0.6以上)
FF>0.03、且つ、
r>0.03、且つ、
r<−FF+0.25、且つ、
r>−FF+0.12
(図12においてS/Nが0.3以上)
FF>0.03、且つ、
r>0.02、且つ、
r<−(2/3)FF+0.30、且つ
r>−(2/3)FF+0.083
(図14においてS/Nが0.9以上)
r>−2FF+0.25、且つ、
r<−FF+0.25、且つ、
r>FF−0.05
(図14においてS/Nが0.6以上)
FF>0.03、且つ、
r>0.04、且つ、
r<−(3/4)FF+0.2375、且つ、
r>−FF+0.15
(図14においてS/Nが0.3以上)
FF>0.03、且つ、
r>0.01、且つ、
r<−(2/3)FF+1/3、且つ
r>−(2/3)FF+0.10
(図16においてS/Nが0.9以上)
r>0.025、且つ、
r>−(4/3)FF+0.20、且つ
r<−(20/27)FF+0.20
(図16においてS/Nが0.6以上)
FF>0.03、且つ、
r>0.02、且つ、
r>−(5/4)FF+0.1625、且つ、
r<−(13/18)FF+0.222
(図16においてS/Nが0.3以上)
FF>0.03、且つ、
r>0.01、且つ、
r<−(2/3)FF+0.30、且つ、
r>−(10/7)FF+1/7
Claims (9)
- 活性層と、
前記活性層を挟む一対のクラッド層と、
前記活性層に光学的に結合した位相変調層と、
を備えた半導体発光素子において、
前記位相変調層は、
基本層と、
前記基本層とは屈折率の異なる複数の異屈折率領域と、
を備え、
前記位相変調層の厚み方向をZ軸方向とするXYZ直交座標系を設定し、XY平面内において、格子定数aの仮想的な正方格子を設定した場合、
それぞれの前記異屈折率領域は、
その重心位置が、前記仮想的な正方格子における格子点位置から距離rだけずれるように、配置されており、
全ての前記異屈折率領域は、XY平面内において、同一の距離rを有しており、
距離rは、0<r≦0.3aであり、
前記半導体発光素子から出射されるビームパターン(スポットを除く)は、
少なくとも1つの:
直線、
十字架、
図形、
写真、
CG(コンピュータグラフィックス)、又は、
文字、
を含み、
XY平面内における前記ビームパターンの特定の領域を2次元フーリエ変換した複素振幅F(X,Y)は、jを虚数単位として、XY平面内の強度分布I(X,Y)と、XY平面内の位相分布P(X,Y)を用いて:
F(X,Y)=I(X,Y)×exp{P(X,Y)j}で与えられ、
前記位相変調層において、
前記仮想的な正方格子のそれぞれの格子点から、対応するそれぞれの前記異屈折率領域の重心へ向かう方向と、X軸との成す角度をφとし、
定数をCとし、
X軸方向におけるx番目、Y軸方向におけるy番目の仮想的な正方格子点の位置を(x、y)とし、位置(x,y)における角度をφ(x,y)とすると、
φ(x、y)=C×P(X,Y)を満たし、
それぞれの前記異屈折率領域のXY平面内の形状は、正方形、正六角形、正八角形又は正16角形である、
ことを特徴とする半導体発光素子。 - 活性層と、
前記活性層を挟む一対のクラッド層と、
前記活性層に光学的に結合した位相変調層と、
を備えた半導体発光素子において、
前記位相変調層は、
基本層と、
前記基本層とは屈折率の異なる複数の異屈折率領域と、
を備え、
前記位相変調層の厚み方向をZ軸方向とするXYZ直交座標系を設定し、XY平面内において、格子定数aの仮想的な正方格子を設定した場合、
それぞれの前記異屈折率領域は、
その重心位置が、前記仮想的な正方格子における格子点位置から距離rだけずれるように、配置されており、
全ての前記異屈折率領域は、XY平面内において、同一の距離rを有しており、
距離rは、0<r≦0.3aであり、
前記半導体発光素子から出射されるビームパターン(スポットを除く)は、
少なくとも1つの:
直線、
十字架、
図形、
写真、
CG(コンピュータグラフィックス)、又は、
文字、
を含み、
XY平面内における前記ビームパターンの特定の領域を2次元フーリエ変換した複素振幅F(X,Y)は、jを虚数単位として、XY平面内の強度分布I(X,Y)と、XY平面内の位相分布P(X,Y)を用いて:
F(X,Y)=I(X,Y)×exp{P(X,Y)j}で与えられ、
前記位相変調層において、
前記仮想的な正方格子のそれぞれの格子点から、対応するそれぞれの前記異屈折率領域の重心へ向かう方向と、X軸との成す角度をφとし、
定数をCとし、
X軸方向におけるx番目、Y軸方向におけるy番目の仮想的な正方格子点の位置を(x、y)とし、位置(x,y)における角度をφ(x,y)とすると、
φ(x、y)=C×P(X,Y)を満たし、
それぞれの前記異屈折率領域のXY平面内の形状は、
長方形、
楕円、又は、
2つの円又は楕円の一部分が重なる形状、
であることを特徴とする半導体発光素子。 - 活性層と、
前記活性層を挟む一対のクラッド層と、
前記活性層に光学的に結合した位相変調層と、
を備えた半導体発光素子において、
前記位相変調層は、
基本層と、
前記基本層とは屈折率の異なる複数の異屈折率領域と、
を備え、
前記位相変調層の厚み方向をZ軸方向とするXYZ直交座標系を設定し、XY平面内において、格子定数aの仮想的な正方格子を設定した場合、
それぞれの前記異屈折率領域は、
その重心位置が、前記仮想的な正方格子における格子点位置から距離rだけずれるように、配置されており、
全ての前記異屈折率領域は、XY平面内において、同一の距離rを有しており、
距離rは、0<r≦0.3aであり、
前記半導体発光素子から出射されるビームパターン(スポットを除く)は、
少なくとも1つの:
直線、
十字架、
図形、
写真、
CG(コンピュータグラフィックス)、又は、
文字、
を含み、
XY平面内における前記ビームパターンの特定の領域を2次元フーリエ変換した複素振幅F(X,Y)は、jを虚数単位として、XY平面内の強度分布I(X,Y)と、XY平面内の位相分布P(X,Y)を用いて:
F(X,Y)=I(X,Y)×exp{P(X,Y)j}で与えられ、
前記位相変調層において、
前記仮想的な正方格子のそれぞれの格子点から、対応するそれぞれの前記異屈折率領域の重心へ向かう方向と、X軸との成す角度をφとし、
定数をCとし、
X軸方向におけるx番目、Y軸方向におけるy番目の仮想的な正方格子点の位置を(x、y)とし、位置(x,y)における角度をφ(x,y)とすると、
φ(x、y)=C×P(X,Y)を満たし、
それぞれの前記異屈折率領域のXY平面内の形状は、
台形、
楕円の長軸に沿った一方の端部近傍の短軸方向の寸法が、他方の端部近傍の短軸方向の寸法よりも小さくなるように変形した形状、又は、
楕円の長軸に沿った一方の端部を、長軸方向に沿って突き出る尖った端部に変形した形状、
であることを特徴とする半導体発光素子。 - 活性層と、
前記活性層を挟む一対のクラッド層と、
前記活性層に光学的に結合した位相変調層と、
を備えた半導体発光素子において、
前記位相変調層は、
基本層と、
前記基本層とは屈折率の異なる複数の異屈折率領域と、
を備え、
前記位相変調層の厚み方向をZ軸方向とするXYZ直交座標系を設定し、XY平面内において、格子定数aの仮想的な正方格子を設定した場合、
それぞれの前記異屈折率領域は、
その重心位置が、前記仮想的な正方格子における格子点位置から距離rだけずれるように、配置されており、
全ての前記異屈折率領域は、XY平面内において、同一の距離rを有しており、
距離rは、0<r≦0.3aであり、
前記半導体発光素子から出射されるビームパターン(スポットを除く)は、
少なくとも1つの:
直線、
十字架、
図形、
写真、
CG(コンピュータグラフィックス)、又は、
文字、
を含み、
XY平面内における前記ビームパターンの特定の領域を2次元フーリエ変換した複素振幅F(X,Y)は、jを虚数単位として、XY平面内の強度分布I(X,Y)と、XY平面内の位相分布P(X,Y)を用いて:
F(X,Y)=I(X,Y)×exp{P(X,Y)j}で与えられ、
前記位相変調層において、
前記仮想的な正方格子のそれぞれの格子点から、対応するそれぞれの前記異屈折率領域の重心へ向かう方向と、X軸との成す角度をφとし、
定数をCとし、
X軸方向におけるx番目、Y軸方向におけるy番目の仮想的な正方格子点の位置を(x、y)とし、位置(x,y)における角度をφ(x,y)とすると、
φ(x、y)=C×P(X,Y)を満たし、
前記位相変調層の実効屈折率をnとした場合、
前記位相変調層が選択する波長λ0(=20.5×a×n)は、
前記活性層の発光波長範囲内に含まれている、
ことを特徴とする半導体発光素子。 - 前記位相変調層の実効屈折率をnとした場合、
前記位相変調層が選択する波長λ0(=a×n)は、
前記活性層の発光波長範囲内に含まれている、
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体発光素子。 - 前記位相変調層において、全ての前記異屈折率領域は、XY平面内において、
同一の図形、及び/又は、
同一の面積
を有しており、
複数の前記異屈折率領域は、並進操作又は並進操作および回転操作により、重ね合わせることができる、
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導体発光素子。 - それぞれの前記異屈折率領域のXY平面内の形状は、回転対称性を有している、
ことを特徴とする請求項1、2、4、5及び6のいずれか1項に記載の半導体発光素子。 - それぞれの前記異屈折率領域のXY平面内の形状は、鏡像対称性を有している、
ことを特徴とする請求項1、2、4、5、6及び7のいずれか1項に記載の半導体発光素子。 - 前記位相変調層は、
目的となるビームパターンを出射するための前記異屈折率領域の略周期構造が形成された内側領域と、
前記内側領域を囲み、正方格子の格子点位置に重心位置が一致する前記異屈折率領域を含む外側領域と、
を備えることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
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