TW202119719A - 具混合光柵結構的面射型雷射元件與製法 - Google Patents

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Abstract

將一面射型雷射元件的光柵層在至少一第一水平方向上區分為一第一光柵區及一第二光柵區。該第二光柵區是位於光柵層的一中間區域、而第一光柵區則位於光柵層的外側區域。於各該第一光柵區及該第二光柵區內分別包含複數個微光柵結構。該第一光柵區內的複數該微光柵結構的光柵 週期是符合以下數學式：
Figure 108141251-A0101-11-0001-1
；並且，該第二光柵區內的複數該微光 柵結構的光柵週期是符合以下數學式：
Figure 108141251-A0101-11-0001-2
。其中，Λ是光柵週期長度，λ是該雷射光的該雷射波長，neff是半導體波導的等效折射率，m=1且o=2。因此，該第一光柵區為第一階光柵結構區、且該第二光柵區則為第二階光柵結構區，藉以在該光柵層形成一混合光柵結構。其中，該面射型雷射元件是由該第二光柵區所定義的一出光面垂直射出雷射光。

Description

具混合光柵結構的面射型雷射元件與製法
本發明係相關於一種具混合光柵結構的面射型雷射元件與製法，尤指一種藉由在光柵層中設置由第一階光柵結構區與第二階光柵結構區所構成的混合光柵結構的一種面射型雷射元件與製法。
半導體雷射(semiconductor laser)或稱雷射二極體(laser diode)具有體積小、消耗功率低、反應快、耐衝擊、壽命長、效率高及價格低等優點，因此被廣泛的應用於光電系統產品中，例如：光波通信、資訊系統、家用電器、精密測量及光纖通信等。其中，分散式回饋雷射(Distributed Feedback Laser：簡稱DFB雷射)因具有製程簡易、單模輸出與適合長距傳輸等特性，由分散式回饋雷射產生的雷射光訊號在經過長距離傳輸後仍可維持良好的訊號雜訊比，故已成為現今光波通信及光纖通信系統中廣泛使用的光源。
請參閱圖一，為一典型的面射型分散式回饋雷射(Surface Emitting Distributed Feedback Laser：簡稱SE-DFB雷射)剖面示意圖，其由下而上依序包含了：半導體基板91、下披覆層(cladding layer)、下光侷限(Separated Confinement Hetero-Structure；簡稱SCH)層、主動層92(active region layer)、上光侷限層、間隔層、光柵層93、上披覆層94、及接觸層等結構。而依據其光柵層中所包含多數微光柵結構之週期的設計差異，SE-DFB雷射一般可被區分為採用第一階光柵結構設計、或是採用第二階光柵結構設計。所謂的第一階或第二階的光柵結構設計，乃是依據以下公式來決定：
Figure 108141251-A0101-12-0002-6
其中，Λ是相鄰兩微光柵結構的週期(grating period)長度，λ是SE-DFB雷射所發出之雷射光的波長(wavelength)，neff是半導體波導的等效折射率(effective refractive index)，而m則是所謂的「階(order)」值。由此可知，當m=1時，微光柵結構之週期值Λ大體上對應於雷射波長λ的二分之一(也就是λ/2)，且光柵層所包含的該些微光柵結構可稱為第一階光柵結構(First order grating)。而當m=2時，微光柵結構之週期值Λ大體上對應於雷射波長λ(也就是λ)，且光柵層所包含的該些微光柵結構是稱為第二階光柵結構(Second order grating)。此時，會有第一階與第二階繞射，分別對應耦合常數(coupling constant)κ1(與面出光效率相關)與κ2(與形成面內共振腔in-plane cavity效率相關)。
假設微光柵結構是齒狀(teeth like)的形狀(如圖一)，不同階的光柵結構設計所得到的面內共振腔耦合常數(κm)，κm正比於Sin[π*m*ratio]/(π*m)。其中，m是「階(order)」值；ratio(比值)是指光柵的工作週期(duty cycle)，亦即，如圖一所示之ratio=a/Λ；其中a是兩相鄰微光柵結構的間隙值。請參閱圖二，為比較m=1與m=2時ratio值與面內共振腔耦合常數(κm)值的關係曲線圖。由圖二可知，比較m=1(第一階光柵結構)與m=2(第二階光柵結構)的曲線，可知一般由第二階光柵結構形成面內共振腔的效率較第一階光柵結構來得低。
依據第二階光柵結構設計所形成的SE-DFB雷射具有許多優點，例如出射角度小、以及可以進行在晶圓狀態下的測試與預燒機(on wafer test and burn-in)。並且，不像一般邊射型(edge emitting)DFB雷射需要鏡面劈裂與鍍膜，依據第二階光柵結構設計所形成的SE-DFB雷射的原理是製作微光柵結構週期值為λ/neff，如此在面內(in-plane)上利用微光柵結構第二階繞射(diffraction)，將波導(waveguide)內往前與往後的模(mode)偶合在一起形成共振腔(cavity)而發射雷射光(lasing)，並將雷射光從SE-DFB雷射的頂面耦合射出。
由於第二階光柵結構設計所形成的SE-DFB雷射運作時第一階與第二階是同時發生在光模態(optical mode)上，除了上述效率較低的 第二階繞射作為共振腔反饋(cavity feedback)，還有額外第一階繞射光輸出耦合損失(light output coupling loss)，使得此類元件往往需要較大的面積與較大的臨界電流值(threshold current；簡稱Ith)來操作，此為其缺點。
緣此，本發明提供一種面射型分散式回饋雷射的新穎設計，其整合第一階與第二階之光柵結構設計在同一光柵層。利用低損耗的第一階光柵結構設計來充當高效率的反射反饋(feedback)區放置在雷射端面，只有在接近中間雷射面出光區才使用第二階光柵結構設計。如此，才能夠在追求高斜率效率(slope efficiency)(意味這較大的第二階光柵結構區域)與低臨界電流值Ith(意味這較小的第二階光柵結構區域)之間取得想要的平衡。在第二階光柵結構區域的中央還可以引入λ/4-Shift的相位差光柵結構，使雷射光場能夠模態穩定與提升出光耦光效率。
本發明之主要目的係在提供一種具混合光柵結構的面射型雷射元件及其製法，藉由在光柵層中設置由第一階光柵結構區與第二階光柵結構區所構成的混合光柵結構，可在追求高斜率效率(slope efficiency)與低臨界電流值Ith之間取得想要的平衡。並且，在第二階光柵結構區的中央還可以引入λ/4-Shift的相位差光柵結構，使雷射光場能夠模態穩定與提升出光耦光效率。
本發明之另一目的係在提供一種面射型雷射元件，將前述主要目的的同樣概念從一維的光柵結構轉換到二維的光子晶體面射型雷射器(photonic crystal surface emitting laser；簡稱PCSEL)。在雷射元件的四周佈署第一階的光子晶體(photonic crystal)，只有在中間出光處佈署第二階的光子晶體，並適當的引入相位差結構來操作模態。也有可能同時佈署數個出光處(亦即，只在出光處佈署第二階光子晶體)達到類似多光源二維陣列相位鎖(2D array phase lock)的效果。
為達上述目的，本發明係提供一種具混合光柵結構的面射型雷射元件，可產生具有一雷射波長的雷射光；該面射型雷射元件包括：
一半導體堆疊結構，可在接受一電流時產生具有該雷射波長 的該雷射光，並使該雷射光自該半導體堆疊結構的一出光面射出，且該出光面是位於該半導體堆疊結構的一頂面；
一光柵層，位於該半導體堆疊結構上，該光柵層具有包括沿著至少一第一水平方向分佈排列的多數個微光柵結構；
其中，該光柵層至少在該第一水平方向上被區分為包括：至少一第一光柵區及至少一第二光柵區，於各該第一光柵區及該第二光柵區內分別包含複數個該微光柵結構；其中，該第一光柵區內的複數該微光柵 結構的光柵週期是符合以下數學式：
Figure 108141251-A0101-12-0004-7
；並且，該第二光柵區內的 複數該微光柵結構的光柵週期是符合以下數學式：
Figure 108141251-A0101-12-0004-52
；其中，Λ是光柵週期長度，λ是該雷射光的該雷射波長，neff是半導體波導的等效折射率，m和o都是正整數，m和o不相等，且o為m的偶數倍；
其中，該出光面是由該第二光柵區所定義。
於一實施例中，m=1且o=2；因此，該第一光柵區又被稱為第一階光柵結構區、且該第二光柵區又被稱為第二階光柵結構區，藉以在該光柵層形成一混合光柵結構；其中，該雷射光是由該第二光柵區所定義的該出光面垂直射出。
於一實施例中，於該光柵層中更包含一相位差光柵結構；該相位差光柵結構是位於該第二光柵區內於該第一水平方向上的中間處附近，且該相位差光柵結構的寬度可提供一相位差距離，使得在該第一水平方向上位於該相位差光柵結構兩側的複數微光柵結構兩者間具有一相位差；該相位差光柵結構的所提供的該相位差距離是四分之一該雷射波長。
於一實施例中，該第二光柵區的數量為一個且是位於該光柵層在該第一水平方向上的一中間區域，使得該第一光柵區實質上是被位於中間的該第二光柵區在該第一水平方向上分隔成左、右兩部分；其中，該第二光柵區於該第一水平方向上的寬度是介於六分之一至二分之一的該光柵層的總寬度；該第一光柵區被分隔的該左、右兩部分的寬度大致上相等。
於一實施例中，該光柵層在沿著一第二水平方向上也具有多數個該微光柵結構，該第二水平方向與該第一水平方向垂直；該光柵層在該第二水平方向上也被區分為至少一該第一光柵區及至少一該第二光柵區，於各該第一光柵區及該第二光柵區內分別各包含複數個該微光柵結 構；藉此，當由垂直於該半導體堆疊結構的該頂面方向觀之，該多數個該微光柵結構在該光柵層上是呈現點狀陣列排列，且由該第一水平方向上的該第二光柵區及該第二水平方向上的該第二光柵區兩者協同定義出一矩形的至少一該出光面。
於一實施例中，於該光柵層中更包含兩相位差光柵結構；其中之一該相位差光柵結構是位於該第二光柵區內於該第一水平方向上的中間處附近、另一該相位差光柵結構則是位於該第二光柵區內於該第二水平方向上的中間處附近；且該相位差光柵結構的寬度可提供一相位差距離，使得分別在該第一水平方向與該第二水平方向上位於該相位差光柵結構兩側的複數微光柵結構兩者間具有一相位差；該相位差光柵結構的所提供的該相位差距離是四分之一該雷射波長。
於一實施例中，該第二光柵區是位於該光柵層在該第一水平方向與該第二水平方向上的一中間區域；當由垂直於該半導體堆疊結構的該頂面方向觀之時，該第二光柵區是位在該半導體堆疊結構的該頂面的一中央區域，且該第一光柵區實質上是環繞位該第二光柵區的外周圍區域；其中，該第二光柵區於該第一水平方向及該第二水平方向上的寬度分別都是介於六分之一至二分之一的該光柵層於該第一水平方向及該第二水平方向上的總寬度。
於一實施例中，於該半導體堆疊結構的該頂面是包含複數個呈陣列排列且獨立存在的該出光面，該光柵層於每一個該出光面處無論是於該第一水平方向或該第二水平方向上都是設置該第二光柵區，且該光柵層除了複數該出光面之外的其他區域無論是於該第一水平方向或該第二水平方向上都是設置該第一光柵區；藉此可在該半導體堆疊結構的該頂面定義出各自獨立且呈陣列排列的複數個小出光面。
為達上述目的，本發明係提供一種具混合光柵結構的面射型雷射元件的製法，包括下列步驟：
步驟(A)：藉由半導體磊晶製程，於一半導體基板上形成一半導體堆疊結構；該半導體堆疊結構可在接受一電流時產生具有一雷射波長的一雷射光，並使該雷射光自該半導體堆疊結構的一出光面射出，且該出光面是位於該半導體堆疊結構的一頂面；
步驟(B)：藉由電子束列印及奈米壓印製程，在該半導體堆疊結構上形成一光柵層，位於該半導體堆疊結構上；該光柵層具有包括沿著至少一第一水平方向排列的多數個微光柵結構；
步驟(C)：藉由半導體磊晶製程及黃光製程，於該光柵層上形成一上披覆層及一接觸層，位於該光柵層的上方；
其中，該光柵層至少在該第一水平方向上被區分為包括：至少一第一光柵區及至少一第二光柵區，於各該第一光柵區及該第二光柵區內分別包含複數個該微光柵結構；其中，該第一光柵區內的複數該微光柵 結構的光柵週期是符合以下數學式：
Figure 108141251-A0101-12-0006-9
；並且，該第二光柵區內的 複數該微光柵結構的光柵週期是符合以下數學式：
Figure 108141251-A0101-12-0006-10
；其中，Λ是光柵週期長度，λ是該雷射光的該雷射波長，neff是半導體波導的等效折射率，m和o都是正整數，m和o不相等，且o為m的偶數倍；
其中，該出光面是由該第二光柵區所定義。
為達上述目的，本發明係提供一種面射型雷射元件，可產生具有一雷射波長的雷射光，該面射型雷射元件包括：
一半導體堆疊結構，可在接受一電流時產生具有該雷射波長的該雷射光，並使該雷射光自該半導體堆疊結構的一出光面射出，且該出光面是位於該半導體堆疊結構的一頂面；
一光子晶體層，位於該半導體堆疊結構上，該光子晶體層具有包括沿著一第一水平方向及一第二水平方向分佈排列的多數個微光子晶體結構，該第二水平方向與該第一水平方向垂直；其中，該光子晶體層在該第一水平方向及該第二水平方向上分別被區分為包括：至少一第一光子晶體區及至少一第二光子晶體區，於各該第一光子晶體區及該第二光子晶體區內分別包含複數個該微光子晶體結構；其中，該第一光子晶體區內的 複數該微光子晶體結構的光子晶體週期是符合以下數學式：
Figure 108141251-A0101-12-0006-11
；並 且，該第二光子晶體區內的複數該微光子晶體結構的光子晶體週期是符合 以下數學式：
Figure 108141251-A0101-12-0006-12
；其中，Λ是光子晶體週期長度，λ是該雷射光的該雷射波長，neff是半導體波導的等效折射率，m和o都是正整數，m和o不相等，且o為m的偶數倍；
其中，該出光面是由該第二光子晶體區所定義。
於一實施例中，於該光子晶體層中更包含兩相位差光子晶體結構；其中之一該相位差光子晶體結構是位於該第二光子晶體區內於該第一水平方向上的中間處附近、另一該相位差光子晶體結構則是位於該第二光子晶體區內於該第二水平方向上的中間處附近；且該相位差光子晶體結構的寬度可提供一相位差距離，使得分別在該第一水平方向與該第二水平方向上位於該相位差光子晶體結構兩側的複數微光子晶體結構兩者間具有一相位差；該相位差光子晶體結構的所提供的該相位差距離是四分之一該雷射波長。
於一實施例中，於該半導體堆疊結構的該頂面是包含複數個呈陣列排列且獨立存在的該出光面，該光子晶體層於每一個該出光面處無論是於該第一水平方向或該第二水平方向上都是設置該第二光子晶體區，且該光子晶體層除了複數該出光面之外的其他區域無論是於該第一水平方向或該第二水平方向上都是設置該第一光子晶體區；藉此可在該半導體堆疊結構的該頂面定義出各自獨立且呈陣列排列的複數個小出光面。
10‧‧‧基板
11‧‧‧下披覆層
12‧‧‧下光侷限層
13‧‧‧主動層
14‧‧‧上光侷限層
16‧‧‧光柵層
162‧‧‧第一光柵區
163‧‧‧第二光柵區
164‧‧‧相位差光柵結構
17‧‧‧上披覆層
18‧‧‧接觸層
191、192‧‧‧金屬層
21‧‧‧出光面
圖一為一典型的面射型分散式回饋雷射(Surface Emitting Distributed Feedback Laser：簡稱SE-DFB雷射)剖面示意圖。
圖二為比較m=1與m=2時ratio值(比值)與面內共振腔耦合常數(κm)值的關係曲線圖。
圖三A、圖三B及圖三C分別為本發明之具混合光柵結構的面射型分散式回饋雷射元件(Surface Emitting Distributed Feedback Laser，簡稱SE-DFB Laser)的第一實施例的立體示意圖、剖面示意圖與光柵層俯視示意圖。
圖四為典型的邊射型DFB雷射元件的光柵層示意圖。
圖五A至圖五D所示分別為以L2長度變化從0μm、50μm、100μm到150μm共四種結構變化來模擬本發明第一實施例的雷射元件所得到的激光引導模式沿脊的強度分佈曲線圖；其中，L2為第二光柵區的長度。
圖六A至圖六D所示分別為以L2長度變化從0μm、50μm、100μm到150μm共四種結構變化來模擬本發明第一實施例的雷射元件所得到的歸一化增益(g * L)和失諧關係(δ L)關係曲線圖。
圖七為以L2長度變化從0μm、50μm、100μm到150μm共四種結構變化來模擬本發明第一實施例的雷射元件所得到的臨界增益(Threshold gain)與不同L2長度之間的關係曲線圖。
圖八及圖九分別為本發明之面射型雷射元件的第二實施例的立體示意圖與光柵層俯視示意圖。
圖十為本發明之具混合光柵(或光子晶體)結構的面射型雷射元件的第三實施例的光柵(或光子晶體)層俯視示意圖。
圖十一為本發明之具混合光柵(或光子晶體)結構的面射型雷射元件的第四實施例的光柵層俯視示意圖。
圖十二A與圖十二B分別為傳統純第一階光柵結構的分散式回饋雷射元件與本發明具第一階與第二階混合光柵結構的面射型雷射元件的微光柵結構示意圖。
圖十三A至圖十三C分別為本發明之具混合光柵結構的面射型雷射元件的製法的數個步驟的示意圖。
圖十四為本發明之具混合光柵結構的面射型雷射元件的第五實施例的立體示意圖。
為了能更清楚地描述本發明所提出之具混合光柵結構的面射型雷射元件及製法，以下將配合圖式詳細說明之。
請參閱圖三A、圖三B及圖三C，分別為本發明之具混合光柵結構的面射型分散式回饋雷射元件(Surface Emitting Distributed Feedback Laser，簡稱SE-DFB Laser)的第一實施例的立體示意圖、剖面示意圖與光柵層俯視示意圖。如圖三A、圖三B及圖三C所示，於本第一實施例中，本發明的面射型分散式回饋(SE-DFB)雷射元件於結構上大致可被區分為包括：一半導體堆疊結構、一光柵層(Grating)16、以及兩金屬層191、192。 其中，該半導體堆疊結構可在接受一預定電流時產生雷射波長為λ的雷射光，並使該雷射光自該半導體堆疊結構的一出光面21垂直向上射出，且該出光面21是位於該半導體堆疊結構的一頂面，所以是符合一般面射型雷射二極體元件的結構。該光柵層16是位於該半導體堆疊結構上，且該光柵層16具有包括沿著至少一第一水平方向分佈排列的多數個微光柵結構。
於本實施例中，該半導體堆疊結構包括了：一半導體基板10、一下披覆層11(cladding layer)位於該半導體基板10上、一下光侷限層12(Separated Confinement Hetero-Structure；簡稱SCH)位於該下披覆層11上、一主動層13(active region layer)位於該下光侷限層12上、一上光侷限層14位於該主動層13上、及一間隔層(Spacer；圖中未示)位於該上光侷限層14上。其中，該光柵層16是位於該間隔層上；並且，半導體堆疊結構更包括有：一上披覆層17位於該光柵層16上、以及一接觸層18(Contact)位於該上披覆層17上。上金屬層192是位於該接觸層18上方，下金屬層191是位於基板10下方。
一般分散式回饋雷射二極體元件的操作原理，電子與電洞等載子會注入到主動層，被載子屏障(Barrier)所侷限在量子井(Quantum Well)複合發光產生材料增益。侷限原理為屏障層比量子井層有較高的材料能隙，因此在量子井會形成較低的量子能階，一旦捕捉載子後即使其不易逃脫。而雷射光場則被上、下披覆層侷限在上、下SCH層與主動層所構成的一矩形狹長共振腔中。侷限原理為上、下披覆層有比上、下SCH層與主動層較低的光折射率係數n值(Low Refractive Index)，光場會藉由全反射的原理在n值比較高的材料中形成模態並進行傳播。光場與主動層的量子井耦合的程度決定了模態增益(Modal Gain)，模態增益越高則越容易克服光學損耗(Optical Loss)而達到雷射化(Lasing)，也越容易降低產生雷射的門檻電流值(或稱為抽運閾值電流；Threshold Current)。
於本發明的一實施例中，該半導體基板10可以是一磷化銦(InP)基板，並在該InP基板10上以磊晶製程由下而上依序形成該下披覆層11、該下光侷限層12、該主動層13、該上光侷限層14、以及該上披覆層17。其中，該InP基板10、該下披覆層11、該下光侷限層12都具有n型摻雜(n-typed doping)。該上披覆層17及該接觸層18都具有p型摻雜(p-typed doping)。該下 披覆層11與該上披覆層17的材料為InP。該主動層13的材料可以是In1-x-yAlxGayAs，其中，x及y為介於0與1之間的實數。該接觸層18的材料可以是InGaAs。該下光侷限層12及該上光侷限層14的材料可以是In1-zAlzAs，其中，z為介於0與1之間的實數。由於此所述之本發明的半導體堆疊結構中各層的材質組成、結構厚度、摻雜濃度等參數，可以自一般習知分散式回饋雷射的已知參數中選用，且非本發明的技術特徵，所以不贅述其細節，且本發明之半導體堆疊結構中各層的材質組成、結構厚度、摻雜濃度等參數也不侷限於此段落所述的實施例。
於本實施例中，本發明的光柵層16是位於該半導體堆疊結構的該上披覆層17中，該光柵層16具有包括沿著至少第一水平方向排列的多數個微光柵結構。該光柵層16至少在該第一水平方向上被區分為包括：至少一第一光柵區162及至少一第二光柵區163，於各該第一光柵區162及該第二光柵區163內分別包含複數個該微光柵結構。其中，該第一光柵區162內 的複數該微光柵結構的光柵週期是符合以下數學式：
Figure 108141251-A0101-12-0010-13
；並且，該第二光柵區163內的複數該微光柵結構的光柵週期是符合以下數學式：Λ=
Figure 108141251-A0101-12-0010-14
。其中，Λ是光柵週期長度，λ是該雷射光的該雷射波長，neff是半導體波導的等效折射率，m和o都是正整數，m和o不相等，且o為m的偶數倍。其中，該出光面21是由該第二光柵區163所定義。於第一實施例中，m=1且o=2；因此，該第一光柵區162又被稱為第一階光柵結構區、且該第二光柵區163又被稱為第二階光柵結構區，藉以在該光柵層16形成一混合光柵結構；其中，該雷射光是由該第二光柵區163所定義的該出光面21垂直向上射出。
於本實施例中，於該光柵層16中更包含一相位差光柵結構164。該相位差光柵結構164是位於該第二光柵區163內於該第一水平方向上的中間處附近，且該相位差光柵結構164的寬度可提供一相位差距離，使得在該第一水平方向上位於該相位差光柵結構164兩側的複數微光柵結構兩者間具有一相位差；該相位差光柵結構164的所提供的該相位差距離是四分之一該雷射波長(亦即λ/4-Shift)。藉由在第二階光柵結構區域的中央設置λ/4-Shift的相位差光柵結構，使本發明雷射元件的的雷射光場能夠模態穩定與提升出光耦光效率。並且，該第二光柵區163的數量為一個且是位於該 光柵層16在該第一水平方向上的一中間區域，使得該第一光柵區162實質上是被位於中間的該第二光柵區163在該第一水平方向上分隔成左、右兩部分。其中，該第二光柵區163於該第一水平方向上的寬度是介於六分之一至二分之一的該光柵層16的總寬度；該第一光柵區162被分隔的該左、右兩部分的寬度大致上相等。藉此，本發明的面射型雷射元件整合了第一階與第二階之光柵結構在同一光柵層16中。利用低損耗的第一階光柵結構設計來充當高效率的反射反饋(feedback)區放置在雷射端面，只有在接近中間雷射面出光區才使用第二階光柵結構設計。如此，才能夠在追求高斜率效率(slope efficiency)(意味這較大的第二階光柵結構區域)與低臨界電流值Ith(意味這較小的第二階光柵結構區域)之間取得想要的平衡。
以如圖四所示的典型的邊射型DFB雷射元件為例，採用Transfer Matrix的方法(參考書籍：半導體雷射技術，盧廷昌 王興宗著，五南出版社)，其相關數學運算式包括：
Figure 108141251-A0101-12-0011-15
；以及σ2=κ2-δ2。其中：λ、neff、Λ、i分別是雷射波長、模態等效折射率、光柵週期、i複數；κ為耦合常數與結構中光場與光柵耦合相關；A(或稱R)與B(或稱S)為向右向左前進的電場強度。若以圖三A至圖三C所示本發明第一實施例的雷射元件來進行模擬，計算的條件及結果如下：
雷射元件的總長度L=L1+L2=250μm。其中，L為雷射元件於第一水平方向上的總長度，L2是位於中間第二階光柵結構區的長度，L1是位於L2左右兩旁側的兩第一階光柵結構區的長度總和。以L2長度變化從0μm、50μm、100μm到150μm共四種結構變化來分別進行模擬。第一階光柵結構區的耦合常數(coupling constant)κ1為12cm-1，第二階光柵結構區的耦合常數(coupling constant)κ2為5cm-1。雷射元件前後端面為抗反射(Anti-Reflection；簡稱AR)設計其反射率為0.1%。模擬所得到的激光引導模式沿脊的強度分佈曲線圖如圖五A至圖五D所示(R2->(right propagation)+S2<-(left propagation))；其中，於曲線圖中，X軸為L(縱向歸一化位置Longitudinal Normalized Position)，Y軸為|E|2(任意單位Arb.Unit)；L2為第二階光柵結構區的長度。模擬所得到的歸一化增益(g * L)和失諧關係(δ L)關係曲線圖則如圖六A至圖六D所示。模擬所得到的臨 界增益(Threshold gain)與不同L2長度之間的關係曲線圖如圖七所示。由前述圖五A至圖五D、圖六A至圖六D與圖七內容可知，通常L2 region(第二階光柵結構區)越大則出光效率越高，且由圖七可知當L2 region(第二階光柵結構區)越大時Ith(臨界電流)也越高。因此，藉由上述設計，可以在低臨界值與高輸出功率之間進行取捨，進而經由調整L2 region(第二階光柵結構區)的適當長度比例來達到想要的值，例如但不侷限於：當該L2 region(第二階光柵結構區)於該第一水平方向上的寬度L2是介於1/6至1/2的該光柵層的總寬度L時可以獲得在高斜率效率(slope efficiency)與低臨界電流值Ith兩者間的最佳平衡，而這點是習知技術(純第二階光柵結構之DFB雷射元件)較難達成的事。
同樣的概念從一維的光柵結構可以轉換到二維的光子晶體面射型雷射器(photonic crystal surface emitting laser；簡稱PCSEL)。在雷射元件的四周佈署第一階的光子晶體(photonic crystal)，只有在中間出光處佈署第二階的光子晶體，並適當的引入相位差結構來操作模態。也有可能同時佈署數個出光處(亦即，只在出光處佈署第二階光子晶體)達到類似多光源二維陣列相位鎖(2D array phase lock)的效果。
由於以下所述本發明的其他實施例中，大部分元件的結構或功能都和前述實施例相同或類似，所以，相同或類似的元件將直接給予相同的名稱與編號，且不再贅述其細節。
請參閱圖八及圖九，分別為本發明之面射型雷射元件的第二實施例的立體示意圖與光柵層俯視示意圖。於第二實施例中，面射型雷射元件可以是面射型DFB雷射元件或是光子晶體面射型雷射元件(PCSEL)，其結構上大致包括一半導體堆疊結構以及位於該半導體堆疊結構上的一光柵層16(或光子晶體層)。該半導體堆疊結構可在接受一預定電流時產生雷射波長為λ的雷射光，並使該雷射光自該半導體堆疊結構頂面的一出光面21垂直向上射出。該半導體堆疊結構由下向上依序包括了：一半導體基板10、一下披覆層11、一下光侷限層(SCH)12、一主動層13、一上光侷限層14、該光柵層16(或光子晶體層)、一上披覆層17、一接觸層(本圖未示)、以及金屬層(本圖未示)等。
於本實施例中，該光柵層16(或光子晶體層)不僅具有沿著 至少一第一水平方向分佈排列的多數個微光柵(或光子晶體)結構，並且，該光柵層16(或光子晶體層)在沿著一第二水平方向上也具有多數個該微光柵(或光子晶體)結構。該第二水平方向與該第一水平方向垂直，且該第二水平方向與該第一水平方向都和雷射光的出射方向垂直。該光柵層16(或光子晶體層)在該第一水平方向上被區分為包括：至少一第一光柵(或光子晶體)區162及至少一第二光柵(或光子晶體)區163，於各該第一光柵(或光子晶體)區162及該第二光柵(或光子晶體)區163內分別包含複數個該微光柵(或微光子晶體)結構。並且，該光柵層16(或光子晶體層)在該第二水平方向上也同樣被區分為包括：至少一第一光柵(或光子晶體)區162及至少一第二光柵(或光子晶體)區163，於各該第一光柵(或光子晶體)區162及該第二光柵(或光子晶體)區163內同樣分別包含複數個該微光柵(或微光子晶體)結構。其中，無論是在第一水平方向或是在第二水平方向，該第一光柵(或光子晶體)區162內的複數該微光柵(或微光子 晶體)結構的光柵(或光子晶體)週期都是符合以下數學式：
Figure 108141251-A0101-12-0013-16
；並且，該第二光柵(或光子晶體)區163內的複數該微光柵(或微光子晶體) 結構的光柵(或光子晶體)週期是符合以下數學式：
Figure 108141251-A0101-12-0013-17
。其中，Λ是光柵(或光子晶體)週期長度，λ是該雷射光的該雷射波長，neff是半導體波導的等效折射率，m=1且o=2。因此，該第一光柵(或光子晶體)區162又被稱為第一階光柵(或光子晶體)結構區、且該第二光柵(或光子晶體)區163又被稱為第二階光柵(或光子晶體)結構區，藉以在該光柵層16(或光子晶體層)形成一混合光柵結構(或混合光子晶體結構)。其中，該雷射光是由該第二光柵(或光子晶體)區163所定義的出光面21垂直向上射出。藉此，當由垂直於該半導體堆疊結構的該頂面方向俯視觀之(如圖九所示)，該多數個該微光柵(或微光子晶體)結構在該光柵(或光子晶體)層16上是呈現點狀陣列排列，且由該第一水平方向上的該第二光柵(或光子晶體)區163及該第二水平方向上的該第二光柵(或光子晶體)區163兩者協同定義出一矩形的至少一該出光面21。
此外，於本實施例中，該第二光柵(或光子晶體)區163是位於該光柵(或光子晶體)層16在該第一水平方向與該第二水平方向上的一中間區域。換句話說，當由垂直於該半導體堆疊結構的該頂面方向觀之 時，該第二光柵(或光子晶體)區163是位在該半導體堆疊結構的該頂面的一中央區域，且該第一光柵(或光子晶體)區162實質上是環繞位該第二光柵(或光子晶體)區163的外周圍區域。其中，該第二光柵(或光子晶體)區163於該第一水平方向及該第二水平方向上的寬度分別都是介於六分之一至二分之一的該光柵(或光子晶體)層16於該第一水平方向及該第二水平方向上的總寬度。
請參閱圖十，為本發明之具混合光柵(或光子晶體)結構的面射型雷射元件的第三實施例的光柵(或光子晶體)層俯視示意圖。本第三實施例的雷射元件結構大部分都和圖八與圖九所示之第二實施例相同，其唯一的不同點在於，於圖十所示的第三實施例中，於該光柵(或光子晶體)層中包含兩相位差光柵(或光子晶體)結構164。其中之一相位差光柵(或光子晶體)結構164是位於該第二光柵(或光子晶體)區163內於該第一水平方向上的中間處附近、另一該相位差光柵(或光子晶體)結構164則是位於該第二光柵(或光子晶體)區163內於該第二水平方向上的中間處附近。該相位差光柵(或光子晶體)結構164的寬度可提供一相位差距離，使得分別在該第一水平方向與該第二水平方向上位於該相位差光柵(或光子晶體)結構164兩側的複數微光柵(或微光子晶體)結構兩者間具有一相位差。於本實施例中，該相位差光柵(或光子晶體)結構164的所提供的該相位差距離是四分之一該雷射波長。
請參閱圖十一，為本發明之具混合光柵(或光子晶體)結構的面射型雷射元件的第四實施例的光柵層俯視示意圖。本第四實施例的雷射元件結構大部分都和圖八與圖九所示之第二實施例相同，其唯一的不同點在於，於圖十一所示的第四實施例中，於該半導體堆疊結構的該頂面是包含複數個呈陣列排列且獨立存在的該出光面21，該光柵(或光子晶體)層於每一個該出光面21處無論是於該第一水平方向或該第二水平方向上都是設置該第二光柵(或光子晶體)區163，且該光柵(或光子晶體)層除了複數該出光面21之外的其他區域無論是於該第一水平方向或該第二水平方向上都是設置該第一光柵(或光子晶體)區162；藉此可在該半導體堆疊結構的該頂面定義出各自獨立且呈陣列排列的複數個小出光面21，達到類似多數雷射小光源陣列的發光效果。
請參閱圖十二A與圖十二B，分別為傳統純第一階光柵結構的分散式回饋雷射元件與本發明具第一階與第二階混合光柵結構的面射型雷射元件的微光柵結構示意圖。如圖十二B所示，本發明具第一階與第二階混合光柵結構的面射型雷射元件的設計特徵就是能將第一階光柵結構與第二階光柵結構的區域162、163無縫的整合在一起，並在中間出光的區域(出光面21)引入相位差光柵結構164。整合的手法可以從第一階光柵結構出發，在特定的區域去除掉奇數或偶數的光柵以形成週期為兩倍的第二階光柵結構的區域。以此相同概念更可以發展在二維的光子晶體面射型雷射器(photonic crystal surface emitting laser；簡稱PCSEL)上，外緣是第一階的光子晶體(photonic crystal)能自由安排內部區域第二階光子晶體的出光位置。
請參閱圖十三A至圖十三C，分別為本發明之具混合光柵結構的面射型雷射元件的製法的數個步驟的示意圖。本發明具混合光柵結構的面射型雷射元件的製法的一較佳實施例可包括下列步驟：
步驟(A)：如圖十三A所示，藉由有機金屬化學氣相沈積法(MOCVD)或其他習知的半導體磊晶製程，於一半導體基板上依序形成一半導體堆疊結構、一光柵層16、以及一保護層。該半導體堆疊結構可在接受一電流時產生具有一雷射波長的一雷射光，並使該雷射光自該半導體堆疊結構的一出光面射出，且該出光面是位於該半導體堆疊結構的一頂面。該半導體堆疊結構由下而上依序包括了：該半導體基板10、一下披覆層11、一下光侷限層12、一主動層13、一上光侷限層14、以及一間隔層。
步驟(B)：如圖十三B所示，藉由電子束列印(E-Beam Writer)及奈米壓印(Nano Imprint)製程，將該半導體堆疊結上的該光柵層16進行加工以形成具有包括沿著至少一第一水平方向排列的多數個微光柵結構。其中，該光柵層至少在該第一水平方向上被區分為包括：位於兩旁側的至少一第一光柵區162及位於中間區域的至少一第二光柵區163，於各該第一光柵區162及該第二光柵區163內分別包含複數個該微光柵結構。並且，於第二光柵區163的中央處附近設置一相位差光柵結構164。其中，該第一光柵區162內的複數該微光柵結構的光柵週期是符合以下數學式：Λ=
Figure 108141251-A0101-12-0015-18
；並且，該第二光柵區163內的複數該微光柵結構的光柵週期是符合 以下數學式：
Figure 108141251-A0101-12-0016-19
。其中，Λ是光柵週期長度，λ是該雷射光的該雷射波長，neff是半導體波導的等效折射率，m和o都是正整數，m和o不相等，且o為m的偶數倍。其中，該出光面是由該第二光柵區163所定義。
步驟(C)：如圖十三C所示，藉由習知的半導體磊晶製程及黃光製程，於該光柵層16上形成一上披覆層17及一接觸層18，位於該光柵層16的上方。
請參閱圖十四，為本發明之面射型雷射元件的第五實施例的立體示意圖。本第五實施例的雷射元件結構大部分都和圖三A所示之第一實施例相同，其唯一的不同點在於，於圖十四所示的第五實施例中，光柵(或光子晶體)層16是位於下批覆層11內，以構成P面朝下(p-side down)的面射型雷射元件。
唯以上所述之實施例不應用於限制本發明之可應用範圍，本發明之保護範圍應以本發明之申請專利範圍內容所界定技術精神及其均等變化所含括之範圍為主者。即大凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化及修飾，仍將不失本發明之要義所在，亦不脫離本發明之精神和範圍，故都應視為本發明的進一步實施狀況。
10‧‧‧基板
11‧‧‧下披覆層
12‧‧‧下光侷限層
13‧‧‧主動層
14‧‧‧上光侷限層
16‧‧‧光柵層
17‧‧‧上披覆層
18‧‧‧接觸層
191、192‧‧‧金屬層
21‧‧‧出光面

Claims (20)

  1. 一種具混合光柵結構的面射型雷射元件，可產生具有一雷射波長的雷射光，該面射型雷射元件包括：
    一半導體堆疊結構，可在接受一電流時產生具有該雷射波長的該雷射光，並使該雷射光自該半導體堆疊結構的一出光面射出，且該出光面是位於該半導體堆疊結構的一頂面；
    一光柵層，位於該半導體堆疊結構上，該光柵層具有包括沿著至少一第一水平方向分佈排列的多數個微光柵結構；
    其中，該光柵層至少在該第一水平方向上被區分為包括：至少一第一光柵區及至少一第二光柵區，於各該第一光柵區及該第二光柵區內分別包含複數個該微光柵結構；其中，該第一光柵區內的複數該微 光柵結構的光柵週期是符合以下數學式：
    Figure 108141251-A0101-13-0001-20
    ；並且，該第二光柵區內的複數該微光柵結構的光柵週期是符合以下數學式：
    Figure 108141251-A0101-13-0001-21
    ；其中，Λ是光柵週期長度，λ是該雷射光的該雷射波長，neff是半導體波導的等效折射率，m和o都是正整數，m和o不相等，且o為m的偶數倍；
    其中，該出光面是由該第二光柵區所定義。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之具混合光柵結構的面射型雷射元件，其中，m=1且o=2；因此，該第一光柵區又被稱為第一階光柵結構區、且該第二光柵區又被稱為第二階光柵結構區，藉以在該光柵層形成一混合光柵結構；其中，該雷射光是由該第二光柵區所定義的該出光面垂直射出。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之具混合光柵結構的面射型雷射元件，其中，於該光柵層中更包含一相位差光柵結構；該相位差光柵結構是位於該第二光柵區內於該第一水平方向上的中間處附近，且該相位差光柵結構的寬度可提供一相位差距離，使得在該第一水平方向上位於該相位差光柵結構兩側的複數微光柵結構兩者間具有一相位差；該相位差光柵結構的所提供的該相位差距離是四分之一該雷射波長。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之具混合光柵結構的面射型雷射元件，其中，該第二光柵區的數量為一個且是位於該光柵層在該第一水平方向 上的一中間區域，使得該第一光柵區實質上是被位於中間的該第二光柵區在該第一水平方向上分隔成左、右兩部分；其中，該第二光柵區於該第一水平方向上的寬度是介於六分之一至二分之一的該光柵層的總寬度；該第一光柵區被分隔的該左、右兩部分的寬度大致上相等。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之具混合光柵結構的面射型雷射元件，其中，該光柵層在沿著一第二水平方向上也具有多數個該微光柵結構，該第二水平方向與該第一水平方向垂直；該光柵層在該第二水平方向上也被區分為至少一該第一光柵區及至少一該第二光柵區，於各該第一光柵區及該第二光柵區內分別各包含複數個該微光柵結構；藉此，當由垂直於該半導體堆疊結構的該頂面方向觀之，該多數個該微光柵結構在該光柵層上是呈現點狀陣列排列，且由該第一水平方向上的該第二光柵區及該第二水平方向上的該第二光柵區兩者協同定義出一矩形的至少一該出光面。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之具混合光柵結構的面射型雷射元件，其中，於該光柵層中更包含兩相位差光柵結構；其中之一該相位差光柵結構是位於該第二光柵區內於該第一水平方向上的中間處附近、另一該相位差光柵結構則是位於該第二光柵區內於該第二水平方向上的中間處附近；且該相位差光柵結構的寬度可提供一相位差距離，使得分別在該第一水平方向與該第二水平方向上位於該相位差光柵結構兩側的複數微光柵結構兩者間具有一相位差；該相位差光柵結構的所提供的該相位差距離是四分之一該雷射波長。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之具混合光柵結構的面射型雷射元件，其中，該第二光柵區是位於該光柵層在該第一水平方向與該第二水平方向上的一中間區域；當由垂直於該半導體堆疊結構的該頂面方向觀之時，該第二光柵區是位在該半導體堆疊結構的該頂面的一中央區域，且該第一光柵區實質上是環繞位該第二光柵區的外周圍區域；其中，該第二光柵區於該第一水平方向及該第二水平方向上的寬度分別都是介於六分之一至二分之一的該光柵層於該第一水平方向及該第二水平方向上的總寬度。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之具混合光柵結構的面射型雷射元件，其 中，於該半導體堆疊結構的該頂面是包含複數個呈陣列排列且獨立存在的該出光面，該光柵層於每一個該出光面處無論是於該第一水平方向或該第二水平方向上都是設置該第二光柵區，且該光柵層除了複數該出光面之外的其他區域無論是於該第一水平方向或該第二水平方向上都是設置該第一光柵區；藉此可在該半導體堆疊結構的該頂面定義出各自獨立且呈陣列排列的複數個小出光面。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之具混合光柵結構的面射型雷射元件，其中，該半導體堆疊結構包括：
    一半導體基板；
    一下披覆層(cladding layer)，位於該半導體基板上；
    一下光侷限(Separated Confinement Hetero-Structure；簡稱SCH)層，位於該下披覆層上；
    一主動層(active region layer)，位於該下光侷限層上；
    一上光侷限層，位於該主動層上；
    一間隔層，位於該上光侷限層上；其中，該光柵層是位於該間隔層上；一上披覆層位於該光柵層上；以及
    一接觸層位於該上披覆層上。
  10. 一種具混合光柵結構的面射型雷射元件的製法，包括下列步驟：
    步驟(A)：藉由半導體磊晶製程，於一半導體基板上形成一半導體堆疊結構；該半導體堆疊結構可在接受一電流時產生具有一雷射波長的一雷射光，並使該雷射光自該半導體堆疊結構的一出光面射出，且該出光面是位於該半導體堆疊結構的一頂面；
    步驟(B)：藉由電子束列印及奈米壓印製程，在該半導體堆疊結構上形成一光柵層，位於該半導體堆疊結構上；該光柵層具有包括沿著至少一第一水平方向排列的多數個微光柵結構；
    步驟(C)：藉由半導體磊晶製程及黃光製程，於該光柵層上形成一上披覆層及一接觸層，位於該光柵層的上方；
    其中，該光柵層至少在該第一水平方向上被區分為包括：至少一第一光柵區及至少一第二光柵區，於各該第一光柵區及該第二光柵區內分別包含複數個該微光柵結構；其中，該第一光柵區內的複數該微 光柵結構的光柵週期是符合以下數學式：
    Figure 108141251-A0101-13-0004-22
    ；並且，該第二光柵區內的複數該微光柵結構的光柵週期是符合以下數學式：
    Figure 108141251-A0101-13-0004-23
    ；其中，Λ是光柵週期長度，λ是該雷射光的該雷射波長，neff是半導體波導的等效折射率，m和o都是正整數，m和o不相等，且o為m的偶數倍；
    其中，該出光面是由該第二光柵區所定義。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之具混合光柵結構的面射型雷射元件的製法，其中，m=1且o=2；因此，該第一光柵區又被稱為第一階光柵結構區、且該第二光柵區又被稱為第二階光柵結構區，藉以在該光柵層形成一混合光柵結構；其中，該雷射光是由該第二光柵區所定義的該出光面垂直射出。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之具混合光柵結構的面射型雷射元件的製法，其中，於該光柵層中更包含一相位差光柵結構；該相位差光柵結構是位於該第二光柵區內於該第一水平方向上的中間處附近，且該相位差光柵結構的寬度可提供一相位差距離，使得在該第一水平方向上位於該相位差光柵結構兩側的複數微光柵結構兩者間具有一相位差；該相位差光柵結構的所提供的該相位差距離是四分之一該雷射波長。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之具混合光柵結構的面射型雷射元件的製法，其中，該第二光柵區的數量為一個且是位於該光柵層在該第一水平方向上的一中間區域，使得該第一光柵區實質上是被位於中間的該第二光柵區在該第一水平方向上分隔成左、右兩部分；其中，該第二光柵區於該第一水平方向上的寬度是介於六分之一至二分之一的該光柵層的總寬度；該第一光柵區被分隔的該左、右兩部分的寬度大致上相等。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之具混合光柵結構的面射型雷射元件的製法，其中，該光柵層在沿著一第二水平方向上也具有多數個該微光柵結構，該第二水平方向與該第一水平方向垂直；該光柵層在該第二水平方向上也被區分為至少一該第一光柵區及至少一該第二光柵區，於各該第一光柵區及該第二光柵區內分別各包含複數個該微光柵 結構；藉此，當由垂直於該半導體堆疊結構的該頂面方向觀之，該多數個該微光柵結構在該光柵層上是呈現點狀陣列排列，且由該第一水平方向上的該第二光柵區及該第二水平方向上的該第二光柵區兩者協同定義出一矩形的至少一該出光面。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之具混合光柵結構的面射型雷射元件，的製法其中，於該光柵層中更包含兩相位差光柵結構；其中之一該相位差光柵結構是位於該第二光柵區內於該第一水平方向上的中間處附近、另一該相位差光柵結構則是位於該第二光柵區內於該第二水平方向上的中間處附近；且該相位差光柵結構的寬度可提供一相位差距離，使得分別在該第一水平方向與該第二水平方向上位於該相位差光柵結構兩側的複數微光柵結構兩者間具有一相位差；該相位差光柵結構的所提供的該相位差距離是四分之一該雷射波長。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之具混合光柵結構的面射型雷射元件的製法，其中，該第二光柵區是位於該光柵層在該第一水平方向與該第二水平方向上的一中間區域；當由垂直於該半導體堆疊結構的該頂面方向觀之時，該第二光柵區是位在該半導體堆疊結構的該頂面的一中央區域，且該第一光柵區實質上是環繞位該第二光柵區的外周圍區域；其中，該第二光柵區於該第一水平方向及該第二水平方向上的寬度分別都是介於六分之一至二分之一的該光柵層於該第一水平方向及該第二水平方向上的總寬度。
  17. 如申請專利範圍第14項所述之具混合光柵結構的面射型雷射元件的製法，其中，於該半導體堆疊結構的該頂面是包含複數個呈陣列排列且獨立存在的該出光面，該光柵層於每一個該出光面處無論是於該第一水平方向或該第二水平方向上都是設置該第二光柵區，且該光柵層除了複數該出光面之外的其他區域無論是於該第一水平方向或該第二水平方向上都是設置該第一光柵區；藉此可在該半導體堆疊結構的該頂面定義出各自獨立且呈陣列排列的複數個小出光面。
  18. 一種面射型雷射元件，可產生具有一雷射波長的雷射光，該面射型雷射元件包括：
    一半導體堆疊結構，可在接受一電流時產生具有該雷射波長的該雷射 光，並使該雷射光自該半導體堆疊結構的一出光面射出，且該出光面是位於該半導體堆疊結構的一頂面；
    一光子晶體層，位於該半導體堆疊結構上，該光子晶體層具有包括沿著一第一水平方向及一第二水平方向分佈排列的多數個微光子晶體結構，該第二水平方向與該第一水平方向垂直；其中，該光子晶體層在該第一水平方向及該第二水平方向上分別被區分為包括：至少一第一光子晶體區及至少一第二光子晶體區，於各該第一光子晶體區及該第二光子晶體區內分別包含複數個該微光子晶體結構；其中，該第一光子晶體區內的複數該微光子晶體結構的光子晶體週期是符合以下數學式：
    Figure 108141251-A0101-13-0006-53
    ；並且，該第二光子晶體區內的複數該微光子晶體結構的光子晶體週期是符合以下數學式：Λ=
    Figure 108141251-A0101-13-0006-54
    ；其中，Λ是光子晶體週期長度，λ是該雷射光的該雷射波長，neff是半導體波導的等效折射率，m和o都是正整數，m和o不相等，且o為m的偶數倍；
    其中，該出光面是由該第二光子晶體區所定義。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之面射型雷射元件，其中，於該光子晶體層中更包含兩相位差光子晶體結構；其中之一該相位差光子晶體結構是位於該第二光子晶體區內於該第一水平方向上的中間處附近、另一該相位差光子晶體結構則是位於該第二光子晶體區內於該第二水平方向上的中間處附近；且該相位差光子晶體結構的寬度可提供一相位差距離，使得分別在該第一水平方向與該第二水平方向上位於該相位差光子晶體結構兩側的複數微光子晶體結構兩者間具有一相位差；該相位差光子晶體結構的所提供的該相位差距離是四分之一該雷射波長。
  20. 如申請專利範圍第18項所述之面射型雷射元件，其中，於該半導體堆疊結構的該頂面是包含複數個呈陣列排列且獨立存在的該出光面，該光子晶體層於每一個該出光面處無論是於該第一水平方向或該第二水平方向上都是設置該第二光子晶體區，且該光子晶體層除了複數該出光面之外的其他區域無論是於該第一水平方向或該第二水平方向上都是設置該第一光子晶體區；藉此可在該半導體堆疊結構的該 頂面定義出各自獨立且呈陣列排列的複數個小出光面。
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