JPH10284806A - フォトニックバンド構造を有する垂直共振器レーザ - Google Patents
フォトニックバンド構造を有する垂直共振器レーザInfo
- Publication number
- JPH10284806A JPH10284806A JP9108271A JP10827197A JPH10284806A JP H10284806 A JPH10284806 A JP H10284806A JP 9108271 A JP9108271 A JP 9108271A JP 10827197 A JP10827197 A JP 10827197A JP H10284806 A JPH10284806 A JP H10284806A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- photonic band
- vertical cavity
- active layer
- cavity laser
- band structure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/11—Comprising a photonic bandgap structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
- H01S5/18305—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] with emission through the substrate, i.e. bottom emission
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
- H01S5/18308—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement
- H01S5/18319—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement comprising a periodical structure in lateral directions
Abstract
(57)【要約】
【課題】活性層の垂直方向に加えて、活性層面内全方向
にも自然放出光を制御する構造を備えて低閾値で低消費
電力の動作を可能とするフォトニックバンド構造を有す
る垂直共振器半導体レーザである。 【解決手段】フォトニックバンド構造を有する垂直共振
器レーザは、化合物半導体から形成されてなる垂直共振
器レーザである。活性層を含む半導体層１１に二次元屈
折率周期構造２１、２２を備えることで、活性層を含む
半導体層１１面内には発光波長に対して光学的伝播禁止
帯が形成されている。活性層を含む半導体層１１を挟ん
で一対の多層干渉膜１２、１３からなる反射鏡が形成さ
れていて、光共振器が活性層の垂直方向に形成されてい
る。
にも自然放出光を制御する構造を備えて低閾値で低消費
電力の動作を可能とするフォトニックバンド構造を有す
る垂直共振器半導体レーザである。 【解決手段】フォトニックバンド構造を有する垂直共振
器レーザは、化合物半導体から形成されてなる垂直共振
器レーザである。活性層を含む半導体層１１に二次元屈
折率周期構造２１、２２を備えることで、活性層を含む
半導体層１１面内には発光波長に対して光学的伝播禁止
帯が形成されている。活性層を含む半導体層１１を挟ん
で一対の多層干渉膜１２、１３からなる反射鏡が形成さ
れていて、光共振器が活性層の垂直方向に形成されてい
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、所定波長の光の発
生や伝播が二次元ないし三次元の空間において制御され
る構造、即ち光の波長程度の周期の屈折率周期構造であ
るフォトニック結晶のいわゆるフォトニックバンド構造
を利用して、光放射特性を制御したレーザ光源等に関す
るものである。
生や伝播が二次元ないし三次元の空間において制御され
る構造、即ち光の波長程度の周期の屈折率周期構造であ
るフォトニック結晶のいわゆるフォトニックバンド構造
を利用して、光放射特性を制御したレーザ光源等に関す
るものである。
【０００２】
【発明の属する技術分野】従来、放射波長を制御し、且
つ発振閾値を低減させる構造として、例えば、図６に示
すような一対の多層膜反射鏡６１、６２を活性層６３を
挟んで基板６４垂直方向に設けた垂直共振器レーザが知
られている。その中で、２つの多層膜反射鏡６１、６２
の間隔（実効的共振器長）を放射波長程度としたレーザ
構造は自然放出光の制御まで可能ないわゆる微小共振器
レーザの一種としても知られている。このとき、活性層
６３から放射される光は、多層膜反射鏡６１、６２間で
共振されるモードと結合して、基板６４の上下方向に放
出される。
つ発振閾値を低減させる構造として、例えば、図６に示
すような一対の多層膜反射鏡６１、６２を活性層６３を
挟んで基板６４垂直方向に設けた垂直共振器レーザが知
られている。その中で、２つの多層膜反射鏡６１、６２
の間隔（実効的共振器長）を放射波長程度としたレーザ
構造は自然放出光の制御まで可能ないわゆる微小共振器
レーザの一種としても知られている。このとき、活性層
６３から放射される光は、多層膜反射鏡６１、６２間で
共振されるモードと結合して、基板６４の上下方向に放
出される。
【０００３】上記した従来の垂直共振器レーザでは、活
性層６３からの自然放出光のうち活性層面内方向の光に
対しては光共振器効果もなく、自然放出光の大半が損失
となる。そのため、Japanese Journal of Applied Phys
ics 30, L602(1991)などでは発光領域の周囲を金で被覆
することで、活性層面内水平方向に放出した光を発光領
域に反射して戻す構造が工夫されていた。また、特開平
８−２１３７１１号公報では、フォトニック構造を有す
るマイクロキャビティー光源において一対の共振鏡に挟
まれた活性層を同心円状として、活性層面内方向の発光
制御を行おうとする構成が開示されている。
性層６３からの自然放出光のうち活性層面内方向の光に
対しては光共振器効果もなく、自然放出光の大半が損失
となる。そのため、Japanese Journal of Applied Phys
ics 30, L602(1991)などでは発光領域の周囲を金で被覆
することで、活性層面内水平方向に放出した光を発光領
域に反射して戻す構造が工夫されていた。また、特開平
８−２１３７１１号公報では、フォトニック構造を有す
るマイクロキャビティー光源において一対の共振鏡に挟
まれた活性層を同心円状として、活性層面内方向の発光
制御を行おうとする構成が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、発
光領域の周囲を金膜で覆う水平方向の光閉じ込めは、レ
ーザ放射波長を制御した垂直方向への光閉じ込めと比較
すると、自然放出光の制御までは不可能であり、発光領
域壁面でのエネルギー損失も無視できない。これは、発
光領域の直径が通常１０μｍ程度と放射波長に比べて大
きいこと、一度放出した光の再利用しかできないこと、
円筒状あるいは円錐状の発光領域側面は滑らかでなく、
金属反射をもってしても散乱による損失が避けられない
こと、などによる。
光領域の周囲を金膜で覆う水平方向の光閉じ込めは、レ
ーザ放射波長を制御した垂直方向への光閉じ込めと比較
すると、自然放出光の制御までは不可能であり、発光領
域壁面でのエネルギー損失も無視できない。これは、発
光領域の直径が通常１０μｍ程度と放射波長に比べて大
きいこと、一度放出した光の再利用しかできないこと、
円筒状あるいは円錐状の発光領域側面は滑らかでなく、
金属反射をもってしても散乱による損失が避けられない
こと、などによる。
【０００５】また、特開平８−２１３７１１号公報の同
心円状活性層による放射光制御は、各同心円の法線方向
にしか有効でなく、完全な面内自然放出光制御は困難で
ある。
心円状活性層による放射光制御は、各同心円の法線方向
にしか有効でなく、完全な面内自然放出光制御は困難で
ある。
【０００６】そのため、従来の構造では、活性層内部の
エネルギーは垂直方向の光共振器から横方向へ漏れ出す
ため、すべての放出光を基板上方（あるいは下方）から
取り出せず、光の損失は避けられなかった。このこと
が、光源の発振閾値の上昇、消費電力の増大を招いてい
た。
エネルギーは垂直方向の光共振器から横方向へ漏れ出す
ため、すべての放出光を基板上方（あるいは下方）から
取り出せず、光の損失は避けられなかった。このこと
が、光源の発振閾値の上昇、消費電力の増大を招いてい
た。
【０００７】従って、本発明の目的は、活性層の垂直方
向に加えて、活性層面内全方向にも自然放出光を制御す
る構造を備えることによって、発光の方向が制限ないし
制御され、且つ低閾値で低消費電力の動作を可能とする
フォトニックバンド構造を有する垂直共振器半導体レー
ザを提供することにある。
向に加えて、活性層面内全方向にも自然放出光を制御す
る構造を備えることによって、発光の方向が制限ないし
制御され、且つ低閾値で低消費電力の動作を可能とする
フォトニックバンド構造を有する垂直共振器半導体レー
ザを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明のフォトニックバンド構造を有する垂直共振器レーザ
は、化合物半導体から形成されてなる垂直共振器レーザ
であって、活性層を含む半導体層に二次元屈折率周期構
造を備えていることで、活性層を含む半導体層面内には
発光波長に対して光学的伝播禁止帯（フォトニックバン
ドギャップ）が形成されていて、且つ、該活性層を含む
半導体層を挟んで一対の多層干渉膜からなる反射鏡（こ
れは、高屈折率層および低屈折率層がそれぞれ発光波長
の４分の１の実効的厚さで一組となって繰り返し成膜さ
れてなる分布ブラッグ反射鏡であったり、ＩＩＩ−Ｖ化
合物半導体からなる多層干渉膜で構成されていたり、Ｓ
ｉＮx、ＡｌＮ、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＳｉＯ2のいずれか
の組み合わせで構成される多層干渉膜であったりする）
が向かい合わさって形成されていることで、光共振器が
該活性層の垂直方向に形成されていることを特徴とす
る。
明のフォトニックバンド構造を有する垂直共振器レーザ
は、化合物半導体から形成されてなる垂直共振器レーザ
であって、活性層を含む半導体層に二次元屈折率周期構
造を備えていることで、活性層を含む半導体層面内には
発光波長に対して光学的伝播禁止帯（フォトニックバン
ドギャップ）が形成されていて、且つ、該活性層を含む
半導体層を挟んで一対の多層干渉膜からなる反射鏡（こ
れは、高屈折率層および低屈折率層がそれぞれ発光波長
の４分の１の実効的厚さで一組となって繰り返し成膜さ
れてなる分布ブラッグ反射鏡であったり、ＩＩＩ−Ｖ化
合物半導体からなる多層干渉膜で構成されていたり、Ｓ
ｉＮx、ＡｌＮ、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＳｉＯ2のいずれか
の組み合わせで構成される多層干渉膜であったりする）
が向かい合わさって形成されていることで、光共振器が
該活性層の垂直方向に形成されていることを特徴とす
る。
【０００９】より具体的には以下の様にもできる。前記
二次元屈折率周期構造は、前記活性層を含む半導体層が
六方格子状、正方格子状などに配置された二次元ロッド
列をなしていたり、前記活性層を含む半導体層内に六方
格子状、正方格子状などに配置された二次元ホール列が
形成されることで形成されている。前記二次元ロッド列
は、空気、窒素、高分子材料（ポリイミドなど）、誘電
体（ＳｉＮx、ＡｌＮ、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＳｉＯ2な
ど）等によって周囲が充填されていたり、前記二次元ホ
ール列は、空気、窒素、高分子材料（ポリイミドな
ど）、誘電体（ＳｉＮx、ＡｌＮ、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、
ＳｉＯ2など）等によって充填されていたりする。
二次元屈折率周期構造は、前記活性層を含む半導体層が
六方格子状、正方格子状などに配置された二次元ロッド
列をなしていたり、前記活性層を含む半導体層内に六方
格子状、正方格子状などに配置された二次元ホール列が
形成されることで形成されている。前記二次元ロッド列
は、空気、窒素、高分子材料（ポリイミドなど）、誘電
体（ＳｉＮx、ＡｌＮ、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＳｉＯ2な
ど）等によって周囲が充填されていたり、前記二次元ホ
ール列は、空気、窒素、高分子材料（ポリイミドな
ど）、誘電体（ＳｉＮx、ＡｌＮ、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、
ＳｉＯ2など）等によって充填されていたりする。
【００１０】また、前記光共振器を構成する一対の反射
鏡の向かい合う実効的間隔は、発光波長と同等程度の長
さとする。前記活性層の発光領域に電流を注入する電極
などの手段を有し、この電流注入手段による注入励起電
流を発光領域に集中させるため、電流狭窄構造が、エッ
チング、高抵抗ドーピング、酸化（酸化により高抵抗に
なると共に屈折率が低下する）などにより、円筒状、円
錐状、糸巻き状等に形成されている。
鏡の向かい合う実効的間隔は、発光波長と同等程度の長
さとする。前記活性層の発光領域に電流を注入する電極
などの手段を有し、この電流注入手段による注入励起電
流を発光領域に集中させるため、電流狭窄構造が、エッ
チング、高抵抗ドーピング、酸化（酸化により高抵抗に
なると共に屈折率が低下する）などにより、円筒状、円
錐状、糸巻き状等に形成されている。
【００１１】また、前記六方格子状もしくは正方格子状
に配置された各ロッドもしくは各ホールの隣り合う間隔
は、発光波長の２分の１の実効的長さ程度で設計されて
いる。前記活性層はＢ、Ａｌ、Ｇａ、ＩｎなどのＩＩＩ
族元素およびＮ、Ｐ、Ａｓ、ＳｂなどのＶ族元素からな
るＩＩＩ−Ｖ化合物半導体で構成される。
に配置された各ロッドもしくは各ホールの隣り合う間隔
は、発光波長の２分の１の実効的長さ程度で設計されて
いる。前記活性層はＢ、Ａｌ、Ｇａ、ＩｎなどのＩＩＩ
族元素およびＮ、Ｐ、Ａｓ、ＳｂなどのＶ族元素からな
るＩＩＩ−Ｖ化合物半導体で構成される。
【００１２】本発明によれば、誘導放出光を得る基板垂
直方向は、多層干渉膜からなる一対の反射鏡で光共振器
が構成される。このとき、一対の反射鏡で構成されるフ
ァブリペロエタロンの透過波長において発振が生じる。
一方、活性層を含む面内には、二次元の屈折率ないし誘
電率の適当な周期構造を形成し、活性層の発光波長帯に
合わせて伝播が阻止されるいわゆるフォトニックバンド
ギャップ（光学的伝播禁止帯であり、波長のオーダーで
誘電率を周期的に変動させるとき、電磁波は或る周波数
領域で固有モードを持てず、この周波数領域をフォトニ
ックバンドギャップと呼ぶ）を形成している。そのた
め、面内方向に対しては、自然放出光も制限されて、エ
ネルギーの横方向への漏洩を抑圧できる。その結果、光
共振器内部の光に対して、面内方向は二次元フォトニッ
クバンド構造で、垂直方向は多層膜反射鏡のいわば一次
元のフォトニックバンド構造で、発光を制限ないし制御
することにより、高い効率によるレーザ光放射を実現で
きる。
直方向は、多層干渉膜からなる一対の反射鏡で光共振器
が構成される。このとき、一対の反射鏡で構成されるフ
ァブリペロエタロンの透過波長において発振が生じる。
一方、活性層を含む面内には、二次元の屈折率ないし誘
電率の適当な周期構造を形成し、活性層の発光波長帯に
合わせて伝播が阻止されるいわゆるフォトニックバンド
ギャップ（光学的伝播禁止帯であり、波長のオーダーで
誘電率を周期的に変動させるとき、電磁波は或る周波数
領域で固有モードを持てず、この周波数領域をフォトニ
ックバンドギャップと呼ぶ）を形成している。そのた
め、面内方向に対しては、自然放出光も制限されて、エ
ネルギーの横方向への漏洩を抑圧できる。その結果、光
共振器内部の光に対して、面内方向は二次元フォトニッ
クバンド構造で、垂直方向は多層膜反射鏡のいわば一次
元のフォトニックバンド構造で、発光を制限ないし制御
することにより、高い効率によるレーザ光放射を実現で
きる。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態を説明する前
に、本発明の原理の技術背景を説明する。近年、誘電率
の三次元的周期構造を人工的に創生して、あたかも結晶
中の電子の振る舞いと同様に、電磁波の振る舞いを制御
する材料構造が注目されている。上述した様に、このよ
うな人工構造はフォトニック結晶と呼ばれ、この構造に
起因する光波長に相当する電磁波バンドをフォトニック
バンドと称している。フォトニックバンド構造が注目さ
れる理由は、従来不可能であった光子の完全な空間的制
御が可能になるところにある。たとえば、レーザヘの応
用にあたっては、自然放出光の制御まで可能なため、閾
値の極めて小さい（理論的には閾値の存在しなくなる）
極低閾値レーザが可能となる。レーザ光の出力や波長
は、温度変化に対して変動の小さなものとなる。また、
全空間に対して光の放射を制御できるので電気−光エネ
ルギー交換効率に極めて優れる、言い換えると、低消費
電力のレーザが可能となる。さらに、空間的な光波の結
合、切換え、分岐、合流を行う光カップラ、光スイッチ
などへの応用にも適する。加えて、光波長制御を本質的
にともなうため、波長選択性を有するフィルタ、分波
器、波長ルータ（ａｄｄ−ｄｒｏｐｆｉｌｔｅｒ）など
の性能向上、機能拡張にも効果が大きい。また、光子密
度を意図的に高くできるため、非線形効果を強調した素
子の開発も期待できる。
に、本発明の原理の技術背景を説明する。近年、誘電率
の三次元的周期構造を人工的に創生して、あたかも結晶
中の電子の振る舞いと同様に、電磁波の振る舞いを制御
する材料構造が注目されている。上述した様に、このよ
うな人工構造はフォトニック結晶と呼ばれ、この構造に
起因する光波長に相当する電磁波バンドをフォトニック
バンドと称している。フォトニックバンド構造が注目さ
れる理由は、従来不可能であった光子の完全な空間的制
御が可能になるところにある。たとえば、レーザヘの応
用にあたっては、自然放出光の制御まで可能なため、閾
値の極めて小さい（理論的には閾値の存在しなくなる）
極低閾値レーザが可能となる。レーザ光の出力や波長
は、温度変化に対して変動の小さなものとなる。また、
全空間に対して光の放射を制御できるので電気−光エネ
ルギー交換効率に極めて優れる、言い換えると、低消費
電力のレーザが可能となる。さらに、空間的な光波の結
合、切換え、分岐、合流を行う光カップラ、光スイッチ
などへの応用にも適する。加えて、光波長制御を本質的
にともなうため、波長選択性を有するフィルタ、分波
器、波長ルータ（ａｄｄ−ｄｒｏｐｆｉｌｔｅｒ）など
の性能向上、機能拡張にも効果が大きい。また、光子密
度を意図的に高くできるため、非線形効果を強調した素
子の開発も期待できる。
【００１４】ただし、三次元フォトニック結晶として光
波長に合わせた誘電率変化をたとえば面心立方格子状な
どに形成するとなると、現在の微細加工技術、選択成長
技術などをもってしても困難である。それと比較して、
二次元のフォトニック結晶、すなわち直交する３方向の
うち１方向へは誘電率が一様な構造は、二次元平面の微
細加工や選択成長で実現できる。本発明はこのことに着
目したものである。
波長に合わせた誘電率変化をたとえば面心立方格子状な
どに形成するとなると、現在の微細加工技術、選択成長
技術などをもってしても困難である。それと比較して、
二次元のフォトニック結晶、すなわち直交する３方向の
うち１方向へは誘電率が一様な構造は、二次元平面の微
細加工や選択成長で実現できる。本発明はこのことに着
目したものである。
【００１５】本発明によるフォトニックバンド構造を有
する垂直共振器レーザの実施形態の構成、動作原理につ
いて、図１および図２を用いて説明する。
する垂直共振器レーザの実施形態の構成、動作原理につ
いて、図１および図２を用いて説明する。
【００１６】二次元結晶構造では、５種の異なる型のブ
ラベ格子が存在するが、面内のどの方向へも共通にフォ
トニックバンドギャップを開けることが可能な構造とし
ては、六方格子もしくは正方格子が適する。たとえば、
六方格子においては、図２に示すように、菱形を基本と
した各格子点に、ロッド（中実のもの）もしくはホール
（中空のもの）２１を作り付けることで誘電率変化を与
える。光波長λでのバンドギャップ構造を得るため、格
子点（ロッドもしくはホールの中心点）の間隔ａは以下
の（１）式で表される。ここで、誘電率は屈折率で置き
換え、ｎeffは平均の屈折率を示している。 ａ＝λ／（２ｎeff） （１） ここで、ロッドもしくはホール２１の断面形状を円形と
すると、平均の屈折率ｎeffは、円形領域の屈折率ｎcと
その周囲を占めている領域２２の屈折率ｎdとで（２）
式のように表される。ここで、パラメータｆは円形領域
の占有率であり、ｒを円形領域の半径とすると、（３）
式のように表される。 ｎeff＝ｎcｆ＋ｎd（１−ｆ） （２） ｆ＝（２πｒ2）／（√３ａ2） （３） この六方格子構造を用いて、二次元フォトニック結晶の
ブリルアンゾーンのあらゆる方向にわたって光波のモー
ドが生じないエネルギ領域、すなわち、フォトニックバ
ンドギャップを形成する。上記仮定の下では、円形領域
２１の占有率、および、円形領域２１とその周囲領域２
２の屈折率差によってフォトニックバンドギャップは決
定される。フォトニックバンド構造は等方的でないた
め、光波の偏光に依存するが、上記各パラメータの設定
で各偏光に対して共通のフォトニツクバンドギャップを
形成可能である。
ラベ格子が存在するが、面内のどの方向へも共通にフォ
トニックバンドギャップを開けることが可能な構造とし
ては、六方格子もしくは正方格子が適する。たとえば、
六方格子においては、図２に示すように、菱形を基本と
した各格子点に、ロッド（中実のもの）もしくはホール
（中空のもの）２１を作り付けることで誘電率変化を与
える。光波長λでのバンドギャップ構造を得るため、格
子点（ロッドもしくはホールの中心点）の間隔ａは以下
の（１）式で表される。ここで、誘電率は屈折率で置き
換え、ｎeffは平均の屈折率を示している。 ａ＝λ／（２ｎeff） （１） ここで、ロッドもしくはホール２１の断面形状を円形と
すると、平均の屈折率ｎeffは、円形領域の屈折率ｎcと
その周囲を占めている領域２２の屈折率ｎdとで（２）
式のように表される。ここで、パラメータｆは円形領域
の占有率であり、ｒを円形領域の半径とすると、（３）
式のように表される。 ｎeff＝ｎcｆ＋ｎd（１−ｆ） （２） ｆ＝（２πｒ2）／（√３ａ2） （３） この六方格子構造を用いて、二次元フォトニック結晶の
ブリルアンゾーンのあらゆる方向にわたって光波のモー
ドが生じないエネルギ領域、すなわち、フォトニックバ
ンドギャップを形成する。上記仮定の下では、円形領域
２１の占有率、および、円形領域２１とその周囲領域２
２の屈折率差によってフォトニックバンドギャップは決
定される。フォトニックバンド構造は等方的でないた
め、光波の偏光に依存するが、上記各パラメータの設定
で各偏光に対して共通のフォトニツクバンドギャップを
形成可能である。
【００１７】以上のような二次元構造によるフォトニッ
クバンドギャップを活性層の光学的利得帯域に合致させ
て創生することで、活性層面内方向への自然放出は抑制
される。この状態で、図１に示すように、活性層を含む
半導体層１１に垂直な方向への自然放出を一対の多層膜
反射鏡１２、１３などで制御し、任意の波長の光波のみ
を誘導放出すれば、完全に放出制御したレーザが実現で
きる。多層膜反射鏡１２、１３は、屈折率の異なる一組
の膜を積層したもので、周期性の強いものは、分布ブラ
ッグ反射鏡（distributed Bragg reflector: DBR）とも
呼ばれる。この周期的層構成は、言ってみれば、一次元
のフォトニックバンド構造を形成している。従って、本
発明による二次元フォトニックバンド構造と多層膜反射
鏡の組み合わせによる構造は、擬似的な三次元フォトニ
ックバンド構造をなしていると言える。
クバンドギャップを活性層の光学的利得帯域に合致させ
て創生することで、活性層面内方向への自然放出は抑制
される。この状態で、図１に示すように、活性層を含む
半導体層１１に垂直な方向への自然放出を一対の多層膜
反射鏡１２、１３などで制御し、任意の波長の光波のみ
を誘導放出すれば、完全に放出制御したレーザが実現で
きる。多層膜反射鏡１２、１３は、屈折率の異なる一組
の膜を積層したもので、周期性の強いものは、分布ブラ
ッグ反射鏡（distributed Bragg reflector: DBR）とも
呼ばれる。この周期的層構成は、言ってみれば、一次元
のフォトニックバンド構造を形成している。従って、本
発明による二次元フォトニックバンド構造と多層膜反射
鏡の組み合わせによる構造は、擬似的な三次元フォトニ
ックバンド構造をなしていると言える。
【００１８】多層膜反射鏡１２、１３の各層厚ｄiは、
波長λ、屈折率ｎiに対して、以下のように表される。
但し、下付きｉは高屈折率膜（Ｈ）もしくは低屈折率膜
（Ｌ）を示している。 ｄi＝λ／（４ｎi） （４） 一対の多層膜反射鏡１２、１３は、二次元フォトニック
バンド構造を有する活性層を含む半導体層１１を間にお
いて向かい合っていて、活性層を含む半導体層１１の間
隙の位相差に応じて透過波長が決定され、そのほかの波
長においては、光の放出が許されない。従って、基板垂
直方向の透過波長に、活性層の全エネルギーが集中して
誘導放出が実現される。
波長λ、屈折率ｎiに対して、以下のように表される。
但し、下付きｉは高屈折率膜（Ｈ）もしくは低屈折率膜
（Ｌ）を示している。 ｄi＝λ／（４ｎi） （４） 一対の多層膜反射鏡１２、１３は、二次元フォトニック
バンド構造を有する活性層を含む半導体層１１を間にお
いて向かい合っていて、活性層を含む半導体層１１の間
隙の位相差に応じて透過波長が決定され、そのほかの波
長においては、光の放出が許されない。従って、基板垂
直方向の透過波長に、活性層の全エネルギーが集中して
誘導放出が実現される。
【００１９】第１実施例 図３を用いて製造法を説明しながら第１実施例の構造を
説明する。先ず、本発明による第１の実施例のレーザ
は、ＩｎＰ基板上に、２００ｎｍ厚のＩｎＧａＡｓエッ
チングストップ層、１３０ｎｍ厚のＩｎＰクラッド層３
１、６ｎｍ厚のＩｎＧａＡｓＰ（エネルギーバンドギャ
ップ波長λg＝１．４μｍ）井戸と１０ｎｍ厚のＩｎＧ
ａＡｓＰ（λg＝１．１５μｍ）障壁の７ペアからなる
量子井戸活性層３２、１３０ｎｍ厚のＩｎＰクラッド層
３３を成長する。
説明する。先ず、本発明による第１の実施例のレーザ
は、ＩｎＰ基板上に、２００ｎｍ厚のＩｎＧａＡｓエッ
チングストップ層、１３０ｎｍ厚のＩｎＰクラッド層３
１、６ｎｍ厚のＩｎＧａＡｓＰ（エネルギーバンドギャ
ップ波長λg＝１．４μｍ）井戸と１０ｎｍ厚のＩｎＧ
ａＡｓＰ（λg＝１．１５μｍ）障壁の７ペアからなる
量子井戸活性層３２、１３０ｎｍ厚のＩｎＰクラッド層
３３を成長する。
【００２０】次に、クラッド層３３表面にＳｉＯ2を成
膜した後、フォトレジストを塗布し、図２に示すような
半径１３０ｎｍの円形パターンを間隔３２５ｎｍの六方
格子状に形成するための電子ビーム露光を行う。現像
後、形成されたフォトレジストマスクをＳｉＯ2膜に反
応性イオンエッチングで転写する。こうしてできたＳｉ
Ｏ2マスクをもとに反応性イオンビームエッチングを用
いて活性層３２およびクラッド層３１、３３のホールエ
ッチングを行う。二次元ホール列を形成後、ＳｉＯ2膜
を除去する。このホールには、活性層の発光波長に応じ
て（即ち、この波長がフォトニックバンドギャップ内に
来る様に）窒素、高分子材料、誘電体などを充填しても
よい。
膜した後、フォトレジストを塗布し、図２に示すような
半径１３０ｎｍの円形パターンを間隔３２５ｎｍの六方
格子状に形成するための電子ビーム露光を行う。現像
後、形成されたフォトレジストマスクをＳｉＯ2膜に反
応性イオンエッチングで転写する。こうしてできたＳｉ
Ｏ2マスクをもとに反応性イオンビームエッチングを用
いて活性層３２およびクラッド層３１、３３のホールエ
ッチングを行う。二次元ホール列を形成後、ＳｉＯ2膜
を除去する。このホールには、活性層の発光波長に応じ
て（即ち、この波長がフォトニックバンドギャップ内に
来る様に）窒素、高分子材料、誘電体などを充填しても
よい。
【００２１】一方、別個に用意したガラス基板３４上に
２００ｎｍ厚のＡｌ2Ｏ3層、９０ｎｍ厚のＳｉ層のペア
６組からなる多層膜反射鏡３５を高周波スパッタリング
で成膜する。
２００ｎｍ厚のＡｌ2Ｏ3層、９０ｎｍ厚のＳｉ層のペア
６組からなる多層膜反射鏡３５を高周波スパッタリング
で成膜する。
【００２２】以上のようにして成膜を行ったＩｎＰ基板
とガラス基板３４とを膜面を向かい合わせに圧着接合す
る。基板接合は、印加荷重１００ｋｇ／ｃｍ2で１６０
℃加熱の下、４時間の圧着を施して得られた。
とガラス基板３４とを膜面を向かい合わせに圧着接合す
る。基板接合は、印加荷重１００ｋｇ／ｃｍ2で１６０
℃加熱の下、４時間の圧着を施して得られた。
【００２３】ＩｎＰ基板裏面を研磨してＩｎＰ基板を１
００μｍ程度の厚さに薄くした後、選択エッチングによ
り、ＩｎＰ基板、つづいてＩｎＧａＡｓエッチングスト
ップ層までエッチングを行い、ＩｎＰクラッド層３１を
露出させる。露出したＩｎＰクラッド層３１上に、先程
のガラス基板上へ施したと同様の多層膜反射鏡３６を成
膜する。
００μｍ程度の厚さに薄くした後、選択エッチングによ
り、ＩｎＰ基板、つづいてＩｎＧａＡｓエッチングスト
ップ層までエッチングを行い、ＩｎＰクラッド層３１を
露出させる。露出したＩｎＰクラッド層３１上に、先程
のガラス基板上へ施したと同様の多層膜反射鏡３６を成
膜する。
【００２４】こうして作製した図３に示すようなレーザ
に対して、光励起を行なったところ、基板垂直方向へ波
長１．３μｍのレーザ発振が観測された。
に対して、光励起を行なったところ、基板垂直方向へ波
長１．３μｍのレーザ発振が観測された。
【００２５】第２実施例 図４によって第２実施例を説明する。本発明による第２
の実施例のレーザは、ｎ−ＧａＡｓ基板４１上に各層が
λ／４厚のｎ−ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ２０．５ペア（最終
層ＡｌＡｓ）からなる多層膜反射鏡４２、１００ｎｍ厚
のｎ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層４３、アンドープ
の８ｎｍ厚のＩｎ0.2Ｇａ0.6Ａｓ井戸層／１０ｎｍ厚の
ＧａＡｓ障壁層の５層からなる歪み多重量子井戸活性層
４４、１００ｎｍ厚のｐ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド
層４５を成長する。ついで、前記実施例と同様、二次元
ホール列４６を活性層４４およびそれを挟んだクラッド
層４３、４５に形成する（図４に示す様に、クラッド層
４３の途中でホールは止まっている）。
の実施例のレーザは、ｎ−ＧａＡｓ基板４１上に各層が
λ／４厚のｎ−ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ２０．５ペア（最終
層ＡｌＡｓ）からなる多層膜反射鏡４２、１００ｎｍ厚
のｎ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層４３、アンドープ
の８ｎｍ厚のＩｎ0.2Ｇａ0.6Ａｓ井戸層／１０ｎｍ厚の
ＧａＡｓ障壁層の５層からなる歪み多重量子井戸活性層
４４、１００ｎｍ厚のｐ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド
層４５を成長する。ついで、前記実施例と同様、二次元
ホール列４６を活性層４４およびそれを挟んだクラッド
層４３、４５に形成する（図４に示す様に、クラッド層
４３の途中でホールは止まっている）。
【００２６】上記と同様にして別個のアンドープのＧａ
Ａｓ基板上に１００ｎｍ厚のＡｌＡｓエッチングストッ
プ層、５０ｎｍ厚のｐ−ＧａＡｓキャップ層４７、各層
がλ／４厚のｐ−ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ２０．５ペアから
なる多層膜反射鏡４８、１００ｎｍ厚のｐ−Ａｌ0.4Ｇ
ａ0.6Ａｓクラッド層４９を成長する。
Ａｓ基板上に１００ｎｍ厚のＡｌＡｓエッチングストッ
プ層、５０ｎｍ厚のｐ−ＧａＡｓキャップ層４７、各層
がλ／４厚のｐ−ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ２０．５ペアから
なる多層膜反射鏡４８、１００ｎｍ厚のｐ−Ａｌ0.4Ｇ
ａ0.6Ａｓクラッド層４９を成長する。
【００２７】以上のようにして成長を行ったアンドープ
のＧａＡｓ基板およびｎ−ＧａＡｓ基板４１を１０％弗
素水に数秒浸漬し、水洗、乾燥した後、成長面同士の結
晶軸を揃えて向かい合わせに圧着する。基板接合は、印
加荷重１００ｋｇ／ｃｍ2で１６０℃加熱の下、４時間
の圧着を施して得られた。
のＧａＡｓ基板およびｎ−ＧａＡｓ基板４１を１０％弗
素水に数秒浸漬し、水洗、乾燥した後、成長面同士の結
晶軸を揃えて向かい合わせに圧着する。基板接合は、印
加荷重１００ｋｇ／ｃｍ2で１６０℃加熱の下、４時間
の圧着を施して得られた。
【００２８】次に、ｎ−ＧａＡｓ基板４１裏面をＳｉＯ
2膜で保護した後、アンドープＧａＡｓ基板側を研磨し
て１００μｍ程度の厚さに薄くする。硫酸＋過酸化水素
＋水からなるエッチング液でアンドープＧａＡｓ基板を
エッチング除去した後、ＡｌＡｓエッチングストップ層
を除去し、ｐ−ＧａＡｓキャップ層４７を露出させる。
2膜で保護した後、アンドープＧａＡｓ基板側を研磨し
て１００μｍ程度の厚さに薄くする。硫酸＋過酸化水素
＋水からなるエッチング液でアンドープＧａＡｓ基板を
エッチング除去した後、ＡｌＡｓエッチングストップ層
を除去し、ｐ−ＧａＡｓキャップ層４７を露出させる。
【００２９】次に、直径１５μｍの円筒状にｐ−ＧａＡ
ｓキャップ層４７からｐ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド
層４９の途中までを反応性イオンビームエッチングで除
去する。ＳｉＮx膜４０１を絶縁層として施し、ポリイ
ミド４０２で埋めた後、セルフアラインメントの手法で
円筒上部のｐ−ＧａＡｓキャップ層４７を露出させて、
電極４０３を成膜する。同様に、ｎ−ＧａＡｓ基板４１
裏面の一部にも電極４０４を成膜した後、オーミック接
触を得るための熱拡散を行う。
ｓキャップ層４７からｐ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド
層４９の途中までを反応性イオンビームエッチングで除
去する。ＳｉＮx膜４０１を絶縁層として施し、ポリイ
ミド４０２で埋めた後、セルフアラインメントの手法で
円筒上部のｐ−ＧａＡｓキャップ層４７を露出させて、
電極４０３を成膜する。同様に、ｎ−ＧａＡｓ基板４１
裏面の一部にも電極４０４を成膜した後、オーミック接
触を得るための熱拡散を行う。
【００３０】こうして作製したレーザは、閾値１ｍＡ以
下で発振し、平均出力光強度は数ｍＷ程度であった。発
振光の近視野像を観察したところ、ほぼ上面電極の円形
パターンと同様であり、周囲からの光の漏出は観測でき
なかった。
下で発振し、平均出力光強度は数ｍＷ程度であった。発
振光の近視野像を観察したところ、ほぼ上面電極の円形
パターンと同様であり、周囲からの光の漏出は観測でき
なかった。
【００３１】第３実施例 本発明の第３の実施例では、活性層を含む半導体層をロ
ッド列に微細加工してその周囲をポリイミドで埋めてい
る。ただし、円形領域（活性層を含む半導体層の部分）
が高屈折率で、周囲（ポリイミドの部分）が低屈折率で
あるため、それに合わせて発光波長がフォトニックバン
ドギャップ内に来る様にロッド間隔および円形領域の半
径は調整してある。また、半導体ロッド頭部が露出する
ように、酸素プラズマによる周囲のポリイミドのアッシ
ングを軽く行う。その他の構成は、第２実施例と同様で
ある。
ッド列に微細加工してその周囲をポリイミドで埋めてい
る。ただし、円形領域（活性層を含む半導体層の部分）
が高屈折率で、周囲（ポリイミドの部分）が低屈折率で
あるため、それに合わせて発光波長がフォトニックバン
ドギャップ内に来る様にロッド間隔および円形領域の半
径は調整してある。また、半導体ロッド頭部が露出する
ように、酸素プラズマによる周囲のポリイミドのアッシ
ングを軽く行う。その他の構成は、第２実施例と同様で
ある。
【００３２】第４実施例 図５を用いて、第４の実施例を説明する。ｎ−ＩｎＰ基
板５１上に、各層がλ／４厚のｎ−ＩｎＧａＡｓ／Ｉｎ
Ｐ５０．５ペアからなる多層膜反射鏡５２、１００ｎｍ
厚のｎ−ＩｎＰクラッド層５３、アンドープの５００ｎ
ｍ厚のＩｎＧａＡｓＰ（λg＝１．５５μｍ）活性層５
４、１００ｎｍ厚のｐ−ＩｎＰクラッド層５５、１００
ｎｍ厚のｐ−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層５６を成長す
る。ついで、第２実施例と同様、二次元ホール列５７を
クラッド層５５、活性層５４およびクラッド層５３の途
中までに形成する。ホール５７内は、第３実施例と同
様、ポリイミドで充填し、キャップ層５６を露出させ
る。
板５１上に、各層がλ／４厚のｎ−ＩｎＧａＡｓ／Ｉｎ
Ｐ５０．５ペアからなる多層膜反射鏡５２、１００ｎｍ
厚のｎ−ＩｎＰクラッド層５３、アンドープの５００ｎ
ｍ厚のＩｎＧａＡｓＰ（λg＝１．５５μｍ）活性層５
４、１００ｎｍ厚のｐ−ＩｎＰクラッド層５５、１００
ｎｍ厚のｐ−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層５６を成長す
る。ついで、第２実施例と同様、二次元ホール列５７を
クラッド層５５、活性層５４およびクラッド層５３の途
中までに形成する。ホール５７内は、第３実施例と同
様、ポリイミドで充填し、キャップ層５６を露出させ
る。
【００３３】次に、円形にｐ−ＩｎＧａＡｓＰキャップ
層５６を除去し、そこへ、リフトオフ法で、２３８ｎｍ
厚Ａｌ2Ｏ3層、１０７ｎｍ厚Ｓｉ層のペア６組からなる
多層膜反射鏡５８を高周波スパッタリングで成膜する。
つづいて、多層膜反射鏡５８の形成されている円筒形部
を取り囲むようにリング状に残して、活性層５４までエ
ッチングを行う。図５に示す様に、ＳｉＮx絶縁層５９
を形成後、電極５０１をリング状のキャップ層５６にお
おいかぶさるように形成する。同様に、ｎ−ＩｎＰ基板
５１裏面にも電極５０２を成膜した後、オーミック接触
を得るための熱拡散を行う。
層５６を除去し、そこへ、リフトオフ法で、２３８ｎｍ
厚Ａｌ2Ｏ3層、１０７ｎｍ厚Ｓｉ層のペア６組からなる
多層膜反射鏡５８を高周波スパッタリングで成膜する。
つづいて、多層膜反射鏡５８の形成されている円筒形部
を取り囲むようにリング状に残して、活性層５４までエ
ッチングを行う。図５に示す様に、ＳｉＮx絶縁層５９
を形成後、電極５０１をリング状のキャップ層５６にお
おいかぶさるように形成する。同様に、ｎ−ＩｎＰ基板
５１裏面にも電極５０２を成膜した後、オーミック接触
を得るための熱拡散を行う。
【００３４】こうして作製したレーザは、前記実施例と
同様、低閾値で発振し、電流−光出力効率も高かった。
同様、低閾値で発振し、電流−光出力効率も高かった。
【００３５】ところで、垂直共振器レーザでは、上記実
施例で述べたエッチングの他、注入電流を集中させるた
め、高抵抗ドーピング、あるいは酸化などの手法によ
り、同様に円筒状あるいは糸巻き状に電流狭窄構造を作
製可能である。
施例で述べたエッチングの他、注入電流を集中させるた
め、高抵抗ドーピング、あるいは酸化などの手法によ
り、同様に円筒状あるいは糸巻き状に電流狭窄構造を作
製可能である。
【００３６】また、以上の実施例では、波長１．０μｍ
〜１．５μｍ帯を中心にして説明したが、本発明の考え
方は他の波長帯でも同様に適用可能である。たとえば、
０．３μｍから０．５μｍ帯では、ＡｌＧａＮ／ＩｎＧ
ａＮ／ＧａＮの活性層で、０．７μｍから０．９μｍ帯
ではＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓの活性層でいずれも実現可
能である。さらに、１．０μｍ〜１．５μｍ帯では、Ｇ
ａＩｎＮＡｓ／ＩｎＰやＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓなど
の活性層も使用可能である。
〜１．５μｍ帯を中心にして説明したが、本発明の考え
方は他の波長帯でも同様に適用可能である。たとえば、
０．３μｍから０．５μｍ帯では、ＡｌＧａＮ／ＩｎＧ
ａＮ／ＧａＮの活性層で、０．７μｍから０．９μｍ帯
ではＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓの活性層でいずれも実現可
能である。さらに、１．０μｍ〜１．５μｍ帯では、Ｇ
ａＩｎＮＡｓ／ＩｎＰやＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓなど
の活性層も使用可能である。
【００３７】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、以下の
ような効果が得られる。すなわち、レーザ活性媒質から
の発光を３次元空間で制御することで、発振閾値を低減
し、且つ、高効率なレーザ動作を得ることができる。こ
ういった低電力動作レ―ザは、光通信、光インタコネク
トなどに用いられる伝送用光送信器を構成する上で不可
欠なものである。さらに、個々のレーザ素子の消費電力
を低減できることは、そのことだけでなく、熱発生の問
題も軽減され、２次元アレイレーザあるいは電子回路と
一体となった光電子集積回路を構成する上で極めて効果
が大きい。光アレイあるいは光集積素子は、光応用セン
シング、光情報処理、ディスプレイ、光記録などに用い
られるものである。
ような効果が得られる。すなわち、レーザ活性媒質から
の発光を３次元空間で制御することで、発振閾値を低減
し、且つ、高効率なレーザ動作を得ることができる。こ
ういった低電力動作レ―ザは、光通信、光インタコネク
トなどに用いられる伝送用光送信器を構成する上で不可
欠なものである。さらに、個々のレーザ素子の消費電力
を低減できることは、そのことだけでなく、熱発生の問
題も軽減され、２次元アレイレーザあるいは電子回路と
一体となった光電子集積回路を構成する上で極めて効果
が大きい。光アレイあるいは光集積素子は、光応用セン
シング、光情報処理、ディスプレイ、光記録などに用い
られるものである。
【図１】図１は本発明によるフォトニックバンド構造を
有する垂直共振器半導体レーザを表す構造概略斜視図で
ある（活性層を含む半導体層と多層膜反射鏡は分離して
示してある）。
有する垂直共振器半導体レーザを表す構造概略斜視図で
ある（活性層を含む半導体層と多層膜反射鏡は分離して
示してある）。
【図２】図２は本発明によるフォトニックバンド構造を
有する垂直共振器半導体レーザの二次元フォトニック結
晶の単位セルとブリルアンゾーンを表す図である。
有する垂直共振器半導体レーザの二次元フォトニック結
晶の単位セルとブリルアンゾーンを表す図である。
【図３】図３は本発明の第１実施例を示すフォトニック
バンド構造を有する垂直共振器半導体レーザを表す構造
概略斜視図である。
バンド構造を有する垂直共振器半導体レーザを表す構造
概略斜視図である。
【図４】図４は本発明の第２実施例を示すフォトニック
バンド構造を有する垂直共振器半導体―レーザを表す構
造概略断面図である。
バンド構造を有する垂直共振器半導体―レーザを表す構
造概略断面図である。
【図５】図５は本発明の第４実施例を示すフォトニック
バンド構造を有する垂直共振器半導体レーザを表す構造
概略断面図である。
バンド構造を有する垂直共振器半導体レーザを表す構造
概略断面図である。
【図６】図６は従来例を表す構造概略図である。
１１ 活性層を含む半導体層 １２、１３、３５、３６、４２、４８、５２、５８、６
１、６２ 多層膜反射鏡（多層干渉膜） ２１、４６、５７ 二次元ロッド列もしくはホール列 ２２ ロッド列もしくはホール列の周囲領域 ３４、４１、５１、６４ 基板 ３２、４４、５４、６３ 活性層 ３１、３３、４３、４５、４９、５３、５５ クラッ
ド層 ４７、５６ キャップ層 ４０３、４０４、５０１、５０２ 電極 ４０１、４０２、５９ 絶縁層
１、６２ 多層膜反射鏡（多層干渉膜） ２１、４６、５７ 二次元ロッド列もしくはホール列 ２２ ロッド列もしくはホール列の周囲領域 ３４、４１、５１、６４ 基板 ３２、４４、５４、６３ 活性層 ３１、３３、４３、４５、４９、５３、５５ クラッ
ド層 ４７、５６ キャップ層 ４０３、４０４、５０１、５０２ 電極 ４０１、４０２、５９ 絶縁層
Claims (17)
- 【請求項１】化合物半導体から形成されてなる垂直共振
器レーザであって、活性層を含む半導体層に二次元屈折
率周期構造を備えていることで、活性層を含む半導体層
面内には発光波長に対して光学的伝播禁止帯（フォトニ
ックバンドギャップ）が形成されていて、且つ、該活性
層を含む半導体層を挟んで一対の多層干渉膜からなる反
射鏡が向かい合わさって形成されていることで、光共振
器が該活性層の垂直方向に形成されていることを特徴と
するフォトニックバンド構造を有する垂直共振器レー
ザ。 - 【請求項２】前記多層干渉膜からなる反射鏡は高屈折率
層および低屈折率層がそれぞれ発光波長の４分の１の実
効的厚さで一組となって繰り返し成膜されてなる分布ブ
ラッグ反射鏡であることを特徴とする請求項１記載のフ
ォトニックバンド構造を有する垂直共振器レーザ。 - 【請求項３】前記反射鏡は、ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体か
らなる多層干渉膜で構成されていることを特徴とする請
求項１または２記載のフォトニックバンド構造を有する
垂直共振器レーザ。 - 【請求項４】前記反射鏡は、ＳｉＮx、ＡｌＮ、Ａｌ2Ｏ
3、ＭｇＯ、ＳｉＯ2のいずれかの組み合わせで構成され
る多層干渉膜からなることを特徴とする請求項１または
２記載のフォトニックバンド構造を有する垂直共振器レ
ーザ。 - 【請求項５】前記光共振器を構成する一対の反射鏡の向
かい合う実効的間隔は、発光波長と同等程度の長さであ
ることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のフ
ォトニックバンド構造を有する垂直共振器レーザ。 - 【請求項６】前記活性層の発光領域に電流を注入する手
段を有することを特徴とする請求項１乃至５の何れかに
記載のフォトニックバンド構造を有する垂直共振器レー
ザ。 - 【請求項７】前記電流注入手段による注入励起電流を発
光領域に集中させるため、電流狭窄構造が、エッチン
グ、高抵抗ドーピング、もしくは酸化により、円筒状、
円錐状、もしくは糸巻き状に形成されていることを特徴
とする請求項６記載のフォトニックバンド構造を有する
垂直共振器レーザ。 - 【請求項８】前記活性層がＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎなどの
ＩＩＩ族元素および、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、ＳｂなどのＶ族元
素からなるＩＩＩ−Ｖ化合物半導体で構成されることを
特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載のフォトニッ
クバンド構造を有する垂直共振器レーザ。 - 【請求項９】前記二次元屈折率周期構造は、前記活性層
を含む半導体層が六方格子状に配置された二次元ロッド
列をなしていることで形成されていることを特徴とする
請求項１乃至８の何れかに記載のフォトニックバンド構
造を有する垂直共振器レーザ。 - 【請求項１０】前記二次元屈折率周期構造は、前記活性
層を含む半導体層内に六方格子状に配置された二次元ホ
ール列が形成されることで形成されていることを特徴と
する請求項１乃至８の何れかに記載のフォトニックバン
ド構造を有する垂直共振器レーザ。 - 【請求項１１】前記二次元屈折率周期構造は、前記活性
層を含む半導体層が正方格子状に配置された二次元ロッ
ド列をなしていることで形成されていることを特徴とす
る請求項１乃至８の何れかに記載のフォトニックバンド
構造を有する垂直共振器レーザ。 - 【請求項１２】前記二次元屈折率周期構造は、前記活性
層を含む半導体層内に正方格子状に配置された二次元ホ
ール列が形成されることで形成されていることを特徴と
する請求項１乃至８の何れかに記載のフォトニックバン
ド構造を有する垂直共振器レーザ。 - 【請求項１３】前記二次元ロッド列は、空気、窒素、高
分子材料、もしくは誘電体によって周囲が充填されてい
ることを特徴とする請求項９または１１記載のフォトニ
ックバンド構造を有する垂直共振器レーザ。 - 【請求項１４】前記二次元ホール列は、空気、窒素、高
分子材料、もしくは誘電体によって充填されていること
を特徴とする請求項１０または１２記載のフォトニック
バンド構造を有する垂直共振器レーザ。 - 【請求項１５】前記充填材を構成する高分子材料はポリ
イミドであることを特徴とする請求項１３または１４記
載のフォトニックバンド構造を有する垂直共振器レー
ザ。 - 【請求項１６】前記充填材を構成する誘電体はＳｉ
Ｎx、ＡｌＮ、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＳｉＯ2のいずれかで
あることを特徴とする請求項１３または１４記載のフォ
トニックバンド構造を有する垂直共振器レーザ。 - 【請求項１７】前記六方格子状もしくは正方格子状に配
置された各ロッドもしくは各ホールの隣り合う間隔は、
発光波長の２分の１の実効的長さ程度で設計されている
ことを特徴とする請求項９乃至１６の何れかに記載のフ
ォトニックバンド構造を有する垂直共振器レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9108271A JPH10284806A (ja) | 1997-04-10 | 1997-04-10 | フォトニックバンド構造を有する垂直共振器レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9108271A JPH10284806A (ja) | 1997-04-10 | 1997-04-10 | フォトニックバンド構造を有する垂直共振器レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10284806A true JPH10284806A (ja) | 1998-10-23 |
Family
ID=14480423
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9108271A Pending JPH10284806A (ja) | 1997-04-10 | 1997-04-10 | フォトニックバンド構造を有する垂直共振器レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10284806A (ja) |
Cited By (25)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999042863A1 (fr) * | 1998-02-18 | 1999-08-26 | Seiko Epson Corporation | Procede de fabrication de miroir multicouche a reflexion repartie |
| WO2000010040A1 (en) * | 1998-08-11 | 2000-02-24 | Massachusetts Institute Of Technology | Composite photonic crystals |
| EP1039561A2 (en) * | 1999-03-23 | 2000-09-27 | Seiko Epson Corporation | Light-emitting device |
| JP2002091344A (ja) * | 2000-09-14 | 2002-03-27 | Canon Inc | 表示装置 |
| WO2002073753A3 (en) * | 2001-03-09 | 2002-12-12 | Univ Danmarks Tekniske | Mode control using transversal bandgap structure in vcsels |
| WO2002025781A3 (en) * | 2000-09-21 | 2003-12-24 | Ut Battelle Llc | Micro-laser |
| US6684008B2 (en) | 2000-09-01 | 2004-01-27 | The University Of British Columbia | Planar photonic bandgap structures for controlling radiation loss |
| WO2004034527A3 (en) * | 2002-10-11 | 2004-07-08 | Canon Kk | Sensor |
| DE10339980A1 (de) * | 2003-08-29 | 2005-03-31 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Halbleiterlaser mit reduzierter Verlustwärme |
| WO2006062084A1 (ja) * | 2004-12-08 | 2006-06-15 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | 半導体レーザ素子およびその製造方法 |
| US7085301B2 (en) | 2002-07-12 | 2006-08-01 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Photonic crystal single transverse mode defect structure for vertical cavity surface emitting laser |
| JP2006261316A (ja) * | 2005-03-16 | 2006-09-28 | Ricoh Co Ltd | フォトニック結晶レーザおよびその製造方法および光伝送システム |
| US7126975B2 (en) | 2000-03-03 | 2006-10-24 | Canon Kabushiki Kaisha | Electron-beam excitation laser |
| JP2007073945A (ja) * | 2005-08-11 | 2007-03-22 | Canon Inc | 面発光レーザ、該面発光レーザにおける二次元フォトニック結晶の製造方法 |
| JPWO2005078512A1 (ja) * | 2004-02-17 | 2008-01-17 | 古河電気工業株式会社 | フォトニック結晶半導体デバイスおよびその製造方法 |
| JP2008066579A (ja) * | 2006-09-08 | 2008-03-21 | Samsung Electronics Co Ltd | 発光制御方法および発光装置 |
| US7356061B2 (en) | 2003-12-24 | 2008-04-08 | Samsung Electronics Co., Ltd | Multi-beam semiconductor laser |
| JP2008098379A (ja) * | 2006-10-11 | 2008-04-24 | Furukawa Electric Co Ltd:The | ２次元フォトニック結晶面発光レーザおよびその製造方法 |
| FR2948777A1 (fr) * | 2009-07-30 | 2011-02-04 | Centre Nat Rech Scient | Dispositif de controle de frequence optique, procede de fabrication d'un tel dispositif |
| US8012780B2 (en) | 2007-08-13 | 2011-09-06 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method of fabricating semiconductor laser |
| US20120161187A1 (en) * | 2005-06-17 | 2012-06-28 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Grown Photonic Crystals in Semiconductor Light Emitting Devices |
| WO2013118358A1 (ja) * | 2012-02-06 | 2013-08-15 | 国立大学法人京都大学 | 半導体発光素子 |
| US8717572B2 (en) | 2007-06-12 | 2014-05-06 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Spectrophotometer |
| US8861564B2 (en) | 2011-04-21 | 2014-10-14 | Canon Kabushiki Kaisha | Distributed feedback surface emitting laser |
| JP2015103741A (ja) * | 2013-11-27 | 2015-06-04 | キヤノン株式会社 | 面発光レーザ、およびそれを用いた光干渉断層計 |
-
1997
- 1997-04-10 JP JP9108271A patent/JPH10284806A/ja active Pending
Cited By (48)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6337222B1 (en) | 1998-02-18 | 2002-01-08 | Seiko Epson Corporation | Methods for fabricating distributed reflection multi-layer film mirrors |
| WO1999042863A1 (fr) * | 1998-02-18 | 1999-08-26 | Seiko Epson Corporation | Procede de fabrication de miroir multicouche a reflexion repartie |
| WO2000010040A1 (en) * | 1998-08-11 | 2000-02-24 | Massachusetts Institute Of Technology | Composite photonic crystals |
| US6727646B1 (en) | 1999-03-23 | 2004-04-27 | Seiko Epson Corporation | Light-emitting device |
| EP1039561A2 (en) * | 1999-03-23 | 2000-09-27 | Seiko Epson Corporation | Light-emitting device |
| EP1039561A3 (en) * | 1999-03-23 | 2001-08-16 | Seiko Epson Corporation | Light-emitting device |
| US7126975B2 (en) | 2000-03-03 | 2006-10-24 | Canon Kabushiki Kaisha | Electron-beam excitation laser |
| US6684008B2 (en) | 2000-09-01 | 2004-01-27 | The University Of British Columbia | Planar photonic bandgap structures for controlling radiation loss |
| JP4724281B2 (ja) * | 2000-09-14 | 2011-07-13 | キヤノン株式会社 | 表示装置 |
| JP2002091344A (ja) * | 2000-09-14 | 2002-03-27 | Canon Inc | 表示装置 |
| WO2002025781A3 (en) * | 2000-09-21 | 2003-12-24 | Ut Battelle Llc | Micro-laser |
| US6683898B2 (en) | 2001-03-09 | 2004-01-27 | Alight Technologies A/S | Mode control using transversal bandgap structure in VCSELs |
| WO2002073753A3 (en) * | 2001-03-09 | 2002-12-12 | Univ Danmarks Tekniske | Mode control using transversal bandgap structure in vcsels |
| US7085301B2 (en) | 2002-07-12 | 2006-08-01 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Photonic crystal single transverse mode defect structure for vertical cavity surface emitting laser |
| KR100791497B1 (ko) * | 2002-10-11 | 2008-01-04 | 캐논 가부시끼가이샤 | 센서 |
| US7933004B2 (en) | 2002-10-11 | 2011-04-26 | Canon Kabushiki Kaisha | Method of acquiring information with a microcavity laser |
| WO2004034527A3 (en) * | 2002-10-11 | 2004-07-08 | Canon Kk | Sensor |
| US7430039B2 (en) | 2002-10-11 | 2008-09-30 | Canon Kabushiki Kaisha | Sensor |
| DE10339980A1 (de) * | 2003-08-29 | 2005-03-31 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Halbleiterlaser mit reduzierter Verlustwärme |
| US7573927B2 (en) | 2003-08-29 | 2009-08-11 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Semiconductor laser with reduced heat loss |
| US7356062B2 (en) | 2003-08-29 | 2008-04-08 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Semiconductor laser with reduced heat loss |
| US7649922B2 (en) | 2003-08-29 | 2010-01-19 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Semiconductor laser with reduced heat loss |
| US7356061B2 (en) | 2003-12-24 | 2008-04-08 | Samsung Electronics Co., Ltd | Multi-beam semiconductor laser |
| JP2011138156A (ja) * | 2004-02-17 | 2011-07-14 | Furukawa Electric Co Ltd:The | フォトニック結晶半導体デバイスおよびその製造方法 |
| JP4833665B2 (ja) * | 2004-02-17 | 2011-12-07 | 古河電気工業株式会社 | フォトニック結晶半導体デバイスの製造方法 |
| JPWO2005078512A1 (ja) * | 2004-02-17 | 2008-01-17 | 古河電気工業株式会社 | フォトニック結晶半導体デバイスおよびその製造方法 |
| JPWO2006062084A1 (ja) * | 2004-12-08 | 2008-06-12 | 住友電気工業株式会社 | 半導体レーザ素子およびその製造方法 |
| WO2006062084A1 (ja) * | 2004-12-08 | 2006-06-15 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | 半導体レーザ素子およびその製造方法 |
| US8605769B2 (en) | 2004-12-08 | 2013-12-10 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Semiconductor laser device and manufacturing method thereof |
| TWI381602B (zh) * | 2004-12-08 | 2013-01-01 | Sumitomo Electric Industries | Semiconductor laser element and manufacturing method thereof |
| JP5082447B2 (ja) * | 2004-12-08 | 2012-11-28 | 住友電気工業株式会社 | 半導体レーザ素子およびその製造方法 |
| JP2006261316A (ja) * | 2005-03-16 | 2006-09-28 | Ricoh Co Ltd | フォトニック結晶レーザおよびその製造方法および光伝送システム |
| US20120161187A1 (en) * | 2005-06-17 | 2012-06-28 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Grown Photonic Crystals in Semiconductor Light Emitting Devices |
| US9000450B2 (en) | 2005-06-17 | 2015-04-07 | Philips Lumileds Lighting Company Llc | Grown photonic crystals in semiconductor light emitting devices |
| JP2013009002A (ja) * | 2005-06-17 | 2013-01-10 | Philips Lumileds Lightng Co Llc | 半導体発光装置に成長させたフォトニック結晶 |
| JP2007073945A (ja) * | 2005-08-11 | 2007-03-22 | Canon Inc | 面発光レーザ、該面発光レーザにおける二次元フォトニック結晶の製造方法 |
| JP2008066579A (ja) * | 2006-09-08 | 2008-03-21 | Samsung Electronics Co Ltd | 発光制御方法および発光装置 |
| JP2008098379A (ja) * | 2006-10-11 | 2008-04-24 | Furukawa Electric Co Ltd:The | ２次元フォトニック結晶面発光レーザおよびその製造方法 |
| US8717572B2 (en) | 2007-06-12 | 2014-05-06 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Spectrophotometer |
| US8012780B2 (en) | 2007-08-13 | 2011-09-06 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method of fabricating semiconductor laser |
| US8885247B2 (en) | 2009-07-30 | 2014-11-11 | Centre National de la Recherche Scientific—CNRS | Device for controlling optical frequency, method of manufacturing such a device |
| FR2948777A1 (fr) * | 2009-07-30 | 2011-02-04 | Centre Nat Rech Scient | Dispositif de controle de frequence optique, procede de fabrication d'un tel dispositif |
| WO2011020961A1 (fr) * | 2009-07-30 | 2011-02-24 | Centre National De La Recherche Scientifique - Cnrs | Dispositif de controle de frequence optique, procede de fabrication d'un tel dispositif |
| US8861564B2 (en) | 2011-04-21 | 2014-10-14 | Canon Kabushiki Kaisha | Distributed feedback surface emitting laser |
| JP2013161965A (ja) * | 2012-02-06 | 2013-08-19 | Kyoto Univ | 半導体発光素子 |
| WO2013118358A1 (ja) * | 2012-02-06 | 2013-08-15 | 国立大学法人京都大学 | 半導体発光素子 |
| JP2015103741A (ja) * | 2013-11-27 | 2015-06-04 | キヤノン株式会社 | 面発光レーザ、およびそれを用いた光干渉断層計 |
| US9945658B2 (en) | 2013-11-27 | 2018-04-17 | Canon Kabushiki Kaisha | Wavelength tunable surface emitting laser and optical coherence tomography apparatus including the same |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH10284806A (ja) | フォトニックバンド構造を有する垂直共振器レーザ | |
| JP4919639B2 (ja) | 面発光レーザ素子および面発光レーザアレイおよび面発光レーザ素子の製造方法および面発光レーザモジュールおよび電子写真システムおよび光通信システムおよび光インターコネクションシステム | |
| Iga | Surface-emitting laser-its birth and generation of new optoelectronics field | |
| US6683898B2 (en) | Mode control using transversal bandgap structure in VCSELs | |
| JP4602701B2 (ja) | 面発光レーザ及び光伝送システム | |
| JP3658194B2 (ja) | リング共振器型レーザ | |
| US20090232176A1 (en) | Single Mode Vertical Cavity Surface Emitting Laser Using Photonic Crystals With A Central Defect | |
| JP2005340779A (ja) | 面発光レーザおよびその製造方法および面発光レーザアレイおよび画像形成装置および光ピックアップシステムおよび光送信モジュールおよび光送受信モジュールおよび光通信システム | |
| JP2006156944A (ja) | フォトニック結晶レーザ、フォトニック結晶レーザの製造方法、面発光レーザアレイ、光伝送システム、及び書き込みシステム | |
| JP2004063657A (ja) | 面発光レーザおよび面発光レーザアレイおよび光送信モジュールおよび光送受信モジュールおよび光通信システム | |
| JP2005303113A (ja) | 垂直共振器型面発光半導体レーザ素子および発光装置および光伝送システム | |
| JP4919628B2 (ja) | 面発光レーザ及び面発光レーザアレイ及び光書き込みシステム及び光伝送システム | |
| JPH11186657A (ja) | フォトニックバンド構造を有する垂直共振器レーザ | |
| JP5190038B2 (ja) | 面発光レーザ | |
| JP4602692B2 (ja) | 面発光レーザ及び光伝送システム | |
| JP2004103754A (ja) | 面発光レーザ素子および面発光レーザモジュールおよび面発光レーザアレイおよび光伝送システム | |
| US20090180509A1 (en) | Surface emitting semiconductor laser and method of manufacturing the same | |
| JP2871288B2 (ja) | 面型光半導体素子およびその製造方法 | |
| JP2009246194A (ja) | 面発光半導体レーザ素子 | |
| JP2007103544A (ja) | 面発光レーザ及び面発光レーザアレイ及び光伝送システム及びレーザプリンタ書き込みシステム | |
| JP2004063634A (ja) | 半導体分布ブラッグ反射器および面発光レーザ素子および面発光レーザアレイおよび光通信システムおよび光インターコネクションシステム | |
| JPH11204875A (ja) | 面発光レーザとそれを用いたレーザ光送信モジュール及び応用システム | |
| JPH0823137A (ja) | レーザダイオードアレイ | |
| JPH0563301A (ja) | 半導体光素子および光通信システム | |
| JP2001148536A (ja) | 半導体レーザ装置 |