JP6860175B2 - 2次元フォトニック結晶面発光レーザ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
前記第1異屈折率領域の平面形状が前記第2異屈折率領域の平面形状よりも面積が大きいか又は同じであり、
前記第1異屈折率領域の厚みが前記第2異屈折率領域の厚みよりも薄い
ことを特徴とする。
前記異屈折率領域対は、該母材に平行なx方向に周期長a、該母材に平行であって該x方向に垂直なy方向に周期長aで正方格子状に配置されており、
前記第1異屈折率領域の重心と前記第2異屈折率領域の重心は互いに、前記x方向に0.15a〜0.35a、前記y方向に0.15a〜0.35aずれて配置されている
ことが望ましい。
これらx方向及びy方向のずれの大きさは0.23a〜0.28aであることがより望ましく、0.25aであることが最も望ましい。
Ixy=∬ X・Y dS …(1)
が0となるように、互いに直交するx軸及びy軸を定める。次に、距離Yの二乗を面積積分することにより求められるx軸に関する断面2次モーメントIx
Ix=∬ Y2 dS …(2)
と、距離Xの二乗を面積積分することにより求められるy軸に関する断面2次モーメントIy
Iy=∬ X2 dS …(3)
を求める。そして、IX<IYであればx軸を基準軸と定義し、IX>IYであればy軸を基準軸として定義する。例えば、平面形状が楕円である場合には長軸が基準軸となり、平面形状が長方形である場合には長辺に平行であって重心を通過する直線が基準軸となる。なお、一般に、上記2つの軸のうち、断面2次モーメントが大きい方の軸は「強軸」、断面2次モーメントが小さい方の軸は「弱軸」と呼ばれる。
板状の母材に、該母材とは屈折率が異なる2個の異屈折率領域から成る異屈折率領域対が周期的に配置された2次元フォトニック結晶と、該母材の一方の側に設けられた活性層を有する2次元フォトニック結晶面発光レーザを製造する方法であって、
前記母材の上に下部マスク層を作製する下部マスク層作製工程と、
前記下部マスク層の上に、第1孔及び第2孔から成る孔対が前記異屈折率領域対と同じ周期で設けられた第1上部マスクを形成する第1上部マスク形成工程と、
前記第1孔及び前記第2孔を通して前記下部マスク層及び前記母材を最大で所定の第1深さまでエッチングする第1エッチング工程と、
前記第1上部マスクを除去する第1上部マスク除去工程と、
前記下部マスク層の上に、前記第1孔及び前記第2孔の一方に対応する位置に該一方の孔よりも大きい孔を有し他方に対応する位置が塞がれている第2上部マスクを形成する第2上部マスク形成工程と、
前記第2上部マスクの孔を通して前記母材を所定の第2深さまでエッチングする第2エッチング工程と、
前記第2上部マスクを除去する第2上部マスク除去工程と、
前記下部マスク層を除去する下部マスク層除去工程と
を有することを特徴とする。
本実施形態の2次元フォトニック結晶面発光レーザ10は、図1(a)に示すように、第1電極15、第1クラッド層141、活性層11、スペーサ層13、2次元フォトニック結晶層12、第2クラッド層142、及び第2電極16がこの順で積層された構成を有する。但し、活性層11と2次元フォトニック結晶層12の順番は、上記のものとは逆であってもよい。図1(a)では便宜上、第1電極15を上側、第2電極16を下側として示しているが、使用時における2次元フォトニック結晶面発光レーザ10の向きは、この図で示したものは限定されない。以下、各層及び電極の構成を説明する。以下ではまず、2次元フォトニック結晶層12以外の構成を説明した後、2次元フォトニック結晶層12の構成を詳述する。
次に、本実施形態の2次元フォトニック結晶面発光レーザ10の動作を説明する。ここでは図2に示した2次元フォトニック結晶層12を有する場合を例として説明するが、それ以外の上記各構成の場合も同様である。
本実施形態の2次元フォトニック結晶面発光レーザ10は、上記のように第1異屈折率領域1221と第2異屈折率領域1222の体積が比較的近いことによる特長と共に、安定したレーザ発振が得られる2次元フォトニック結晶面発光レーザを設計する自由度が高いという特長も有する。以下、本実施形態の2次元フォトニック結晶面発光レーザの詳細設計の例を示す。
図12に、第1異屈折率領域1221B及び第2異屈折率領域1222Bに、楕円形の平面形状を有する異屈折率領域対122Bを用いた2次元フォトニック結晶層12Bを示す。この2次元フォトニック結晶層12Bを有する2次元フォトニック結晶面発光レーザの、2次元フォトニック結晶層12B以外の構成は前述の2次元フォトニック結晶面発光レーザ10と同様である。第1異屈折率領域1221Bは、基準軸(楕円の長軸)1221BLが、第1異屈折率領域1221Bの重心1221BGと第2異屈折率領域1222Bの重心1222BGを結ぶ直線122BSに対して90°の方向となるように配置されている。同様に、第2異屈折率領域1222Bは、基準軸(楕円の長軸)1222BLが直線122BSに対して90°の方向となるように配置されている(図12(c))。なお、第1異屈折率領域1221Bの基準軸1221BL及び/又は第2異屈折率領域1222Bの基準軸1222BLは、直線122BSに対して90°の方向である必要はなく、例えば図13(a)及び(b)に示すように、45°〜135°の範囲内の方向であればよい。なお、図13(a)及び(b)では破線で45°及び135°の方向を示している。
図18を用いて、本実施形態の2次元フォトニック結晶面発光レーザ10の製造方法につき、2次元フォトニック結晶層12の作製方法を中心にを説明する。
まず、第2クラッド層142の上に活性層11を作製し、該活性層11の上にスペーサ層13を作製する。さらに、スペーサ層13の上に、2次元フォトニック結晶層12の母材121を作製する(図18(a))。これら第2クラッド層142、活性層11、スペーサ層13及び母材121の作製方法は、従来の2次元フォトニック結晶面発光レーザで用いられている方法と同じであるため、詳細な説明を省略する。
11…活性層
111…電流注入範囲
12、12A、12B、12C…2次元フォトニック結晶層
121…母材
122、122A、122B、122C…異屈折率領域対
1221、1221A、1221B、1221C…第1異屈折率領域
1221BG、1221CG、1221C1G…第1異屈折率領域の重心
1221BL、1221CL…第1異屈折率領域の基準軸
1222、1222A、1222B、1222C…第2異屈折率領域
1222BG、1222CG、1222C1G…第2異屈折率領域の重心
1221BL、1221CL、1222C1L…第2異屈折率領域の基準軸
122BS、122CS…第1異屈折率領域の重心と第2異屈折率領域の重心を結ぶ直線
13…スペーサ層
141…第1クラッド層
142…第2クラッド層
15、15A…第1電極
16、16A…第2電極
161A…第2電極の窓部
162A…第2電極の枠部
21…下部マスク層
22…第1上部マスク
221…第1レジスト
2221…第1孔
2222…第2孔
23…第2上部マスク
231…第2レジスト
232…第2上部マスクの孔
Claims (10)
- 板状の母材に、該母材とは屈折率が異なる第1異屈折率領域及び第2異屈折率領域から成る異屈折率領域対が周期的に配置された2次元フォトニック結晶と、該母材の一方の側に設けられた活性層を有する2次元フォトニック結晶面発光レーザであって、
前記第1異屈折率領域の平面形状が前記第2異屈折率領域の平面形状よりも面積が大きいか又は同じであり、
前記第1異屈折率領域の厚みが前記第2異屈折率領域の厚みよりも薄い
ことを特徴とする2次元フォトニック結晶面発光レーザ。 - 前記異屈折率領域対が、該母材に平行なx方向に周期長a、該母材に平行であって該x方向に垂直なy方向に周期長aで正方格子状に配置されており、
前記第1異屈折率領域の重心と前記第2異屈折率領域の重心が互いに、前記x方向に0.15a〜0.35a、前記y方向に0.15a〜0.35aずれて配置されている
ことを特徴とする請求項1に記載の2次元フォトニック結晶面発光レーザ。 - 前記第1異屈折率領域の重心と前記第2異屈折率領域の重心が互いに、前記x方向に0.23a〜0.28a、前記y方向に0.23a〜0.28aずれて配置されていることを特徴とする請求項2に記載の2次元フォトニック結晶面発光レーザ。
- 前記第1異屈折率領域及び前記第2異屈折率領域のいずれか一方又は両方の平面形状が円形であることを特徴とする請求項1又は2に記載の2次元フォトニック結晶面発光レーザ。
- 前記第1異屈折率領域及び前記第2異屈折率領域のいずれか一方又は両方が、平面形状が非円形であって、該平面形状において重心で直交し断面相乗モーメントが0となるように定められる2本の直線のうち断面2次モーメントがより小さい直線により規定される基準軸が、該第1異屈折率領域の重心及び該第2異屈折率領域の重心を結ぶ直線に対して45°〜135°の範囲内の方向となるように配置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の2次元フォトニック結晶面発光レーザ。
- 前記非円形が楕円形又は長方形であることを特徴とする請求項5に記載の2次元フォトニック結晶面発光レーザ。
- 前記第1異屈折率領域及び前記第2異屈折率領域のいずれか一方が前記非円形であって、他方が円形であることを特徴とする請求項5又は6に記載の2次元フォトニック結晶面発光レーザ。
- 板状の母材に、該母材とは屈折率が異なる2個の異屈折率領域から成る異屈折率領域対が周期的に配置された2次元フォトニック結晶と、該母材の一方の側に設けられた活性層を有する2次元フォトニック結晶面発光レーザを製造する方法であって、
前記母材の上に下部マスク層を作製する下部マスク層作製工程と、
前記下部マスク層の上に、第1孔及び第2孔から成る孔対が前記異屈折率領域対と同じ周期で設けられた第1上部マスクを形成する第1上部マスク形成工程と、
前記第1孔及び前記第2孔を通して前記下部マスク層及び前記母材を最大で所定の第1深さまでエッチングする第1エッチング工程と、
前記第1上部マスクを除去する第1上部マスク除去工程と、
前記下部マスク層の上に、前記第1孔及び前記第2孔の一方に対応する位置に該一方の孔よりも大きい孔を有し他方に対応する位置が塞がれている第2上部マスクを形成する第2上部マスク形成工程と、
前記第2上部マスクの孔を通して前記母材を所定の第2深さまでエッチングする第2エッチング工程と、
前記第2上部マスクを除去する第2上部マスク除去工程と、
前記下部マスク層を除去する下部マスク層除去工程と
を有することを特徴とする2次元フォトニック結晶面発光レーザ製造方法。 - 前記第1孔の方が前記第2孔よりも面積が大きく、前記第2上部マスクの孔が前記第2孔に対応する位置に設けられていることを特徴とする請求項8に記載の2次元フォトニック結晶面発光レーザ製造方法。
- 前記第1孔と前記第2孔の面積が同じであることを特徴とする請求項8に記載の2次元フォトニック結晶面発光レーザ製造方法。
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