WO2024043316A1 - ２次元フォトニック結晶レーザ - Google Patents

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WO2024043316A1
WO2024043316A1 PCT/JP2023/030563 JP2023030563W WO2024043316A1 WO 2024043316 A1 WO2024043316 A1 WO 2024043316A1 JP 2023030563 W JP2023030563 W JP 2023030563W WO 2024043316 A1 WO2024043316 A1 WO 2024043316A1
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WO
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electrode
photonic crystal
dimensional photonic
projection
region
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Application number
PCT/JP2023/030563
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English (en)
French (fr)
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進 野田
昌宏 吉田
ゾイサ メーナカ デ
卓也 井上
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国立大学法人京都大学
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    • 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
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a two-dimensional photonic crystal laser that amplifies light using a two-dimensional photonic crystal.
  • a two-dimensional photonic crystal laser generally has a stacked body in which an active layer and a two-dimensional photonic crystal layer are sandwiched between a pair of cladding layers, and a pair of electrodes (electrode pair) sandwiching the stacked body. Be prepared.
  • the active layer generates light in a specific emission wavelength band by injecting carriers (holes, electrons) from the electrode pair.
  • the two-dimensional photonic crystal layer has a structure in which modified refractive index regions having a different refractive index from the plate-shaped base material are periodically arranged in a two-dimensional manner.
  • the modified refractive index region consists of pores (air) formed in the base material or a member embedded in the base material and having a refractive index different from that of the base material.
  • a two-dimensional photonic crystal laser among the light generated in the active layer, only light with a predetermined wavelength corresponding to the periodic length of the arrangement of the modified refractive index regions is amplified in the two-dimensional photonic crystal layer and oscillates as a laser.
  • a laser beam is emitted in a direction perpendicular to the two-dimensional photonic crystal layer.
  • the electrode exists in the direction perpendicular to the two-dimensional photonic crystal layer, there is a possibility that the laser beam may be blocked by the electrode depending on the position and shape of the electrode.
  • one of the pair of electrodes (provided on the surface of the substrate 96) is formed by hollowing out a part of the conductive material of the plate material.
  • a window-shaped electrode 971 provided with a window 975 is used (see FIG. 27).
  • the electrode 972 on the opposite side of the window-like electrode 971 is provided on the surface 9421 of the second cladding layer 942 and does not have a window.
  • the laser beam emitted toward the window-shaped electrode 971 in both directions perpendicular to the two-dimensional photonic crystal layer 92 passes through the window 975 without being obstructed by the window-shaped electrode 971.
  • the laser beam emitted to the electrode 972 side will cause a loss if it is left as is, but if a reflective layer (not shown) is provided on the surface 9421 of the second cladding layer 942, the laser beam can be emitted to the window-like electrode 971 side. can. Note that in FIG.
  • the reference numeral 941 is the first cladding layer, which, together with the second cladding layer 942, confines the light emission in the active layer 91 in a direction perpendicular to each layer (thereby confining the light emission in the two-dimensional
  • the photonic crystal layer 92 has the role of promoting amplification of light in the photonic crystal layer 92.
  • the electrode 972 has a smaller area than the window 975, and is arranged at a position where the entire electrode 972 is inside the window 975 when projected onto the window-like electrode 971. .
  • the current 98 flowing between the window-like electrode 971 and the electrode 972 flows in a V-shape when viewed from a cross section (the cross section shown in FIG. 27) that is perpendicular to the active layer 91 and includes the electrode 972.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a two-dimensional photonic crystal laser in which the current density distribution in the light emitting region of the active layer can be made more uniform than in the past.
  • the two-dimensional photonic crystal laser according to the present invention which has been made to solve the above problems, includes: an active layer; A two-dimensional photonic crystal layer provided on one side of the active layer, in which modified refractive index regions having a refractive index different from that of the base material are periodically arranged in a two-dimensional manner in a plate-shaped base material. and, a first electrode and a second electrode provided to sandwich the active layer and the two-dimensional photonic crystal layer in the stacking direction; Equipped with the first electrode has an opening; a projection of the circumscribed circle of the second electrode onto the first electrode is located within the opening; At least a portion of the periphery of the opening of the first electrode protrudes into the projection.
  • the periphery of the aperture of the first electrode protrudes within the projection of the circumscribed circle of the second electrode onto the first electrode, so that such protrusion can be avoided.
  • This makes it easier to supply current to the vicinity of the center of the light emitting region in the active layer than in conventional two-dimensional photonic crystal lasers that use no window-like electrodes. Thereby, the current density distribution in the light emitting region of the active layer can be made nearly uniform.
  • the laser beam generated in the light emitting region is amplified by the two-dimensional photonic crystal layer, and is emitted to the outside through the aperture (this becomes the "window" of the first electrode). It is possible to suppress a decrease in the intensity of light near the center.
  • the projection of the circumscribed circle of the second electrode onto the first electrode is positioned within the opening of the first electrode.
  • the entire projection may be located within the aperture, but if at least a part of the projection is located within the aperture (that is, the part other than the part may be located outside the aperture). ) is enough.
  • the projection of the second electrode onto the first electrode (referred to as "second projection") is located within the aperture of the first electrode, and at least Preferably, a portion of the projection extends into the second projection.
  • the projection (second projection) of the second electrode itself onto the first electrode is located within the opening of the first electrode, and Since at least a portion of the periphery protrudes into the second projection, current can be more reliably supplied to the vicinity of the center of the light emitting region of the active layer.
  • the second projection In the configuration in which the second projection is located within the opening of the first electrode and at least a portion of the periphery of the opening extends into the second projection, the second projection extends into the second projection of the first electrode.
  • a configuration may be adopted in which a non-conductive portion is formed on the second electrode in at least a part of a third projection that is a projection of a portion of the second electrode onto the second electrode.
  • the portion of the first electrode that extends into the second projection blocks the laser beam emitted from the two-dimensional photonic crystal layer. Therefore, by forming a non-conductive part in at least a part of the third projection of the second electrode, the non-conductive part is injected into the part of the active layer and the two-dimensional photonic crystal layer that corresponds to the projection of the part of the first electrode.
  • the first electrode includes a main region surrounding the projection or the second projection, and a linear sub-region extending from the main region into the projection. I can do it.
  • the first electrode having such a linear sub-region By using the first electrode having such a linear sub-region, it becomes easier to supply a large amount of current to the vicinity of the center of the light-emitting region through the sub-region. Although only one sub-region may be provided, it is preferable to provide a plurality of sub-regions in order to supply more current to the vicinity of the center of the light-emitting region.
  • the first electrode including such a linear sub-region it is preferable to include a plurality of sub-regions having different lengths.
  • the density of the sub-regions will be higher near the center of the aperture than at the periphery; By adjusting the density of the sub-regions near the center of the opening by using the sub-regions, it is possible to adjust the current density near the center of the active layer.
  • a configuration including multiple sub-regions with different lengths only needs to include at least two types of sub-regions with different lengths, and some of these multiple sub-regions (more than the "plurality") This also includes cases where a small number of multiple pieces) have the same length.
  • the current density near the center of the active layer can also be adjusted by using a plurality of sub-regions having different widths, thicknesses, and/or materials in addition to or instead of lengths.
  • the two-dimensional photonic crystal laser according to the present invention may have a configuration in which the first electrode is physically divided into a plurality of electrodes.
  • the fact that the first electrode is "physically divided" into multiple electrodes includes the fact that a space is provided between the divided electrodes, and that there is an insulator or semiconductor between them. This includes things such as things being inserted.
  • the current density near the center of the light emitting region may be larger than the surrounding area compared to the desired current density distribution. Or it may become smaller.
  • the current density within the light emitting region can be adjusted to the desired level. distribution can be approximated.
  • the magnitude of the current supplied from each of the plurality of electrodes is adjusted. It is recommended to adjust.
  • the light emitting region in the active layer will have a shape close to that of the second electrode.
  • the current density near the center of the light emitting region will be smaller than that around the center.
  • the intensity of the light emission also becomes weaker. Therefore, by arranging the first electrode so that it exists within the projection of the circumscribed circle of the second electrode onto the first electrode, the current density near the center of the light emitting region is increased, and the light emission intensity near the center is weak. You can prevent what will happen.
  • an active layer A two-dimensional photonic crystal layer provided on one side of the active layer, in which modified refractive index regions having a refractive index different from that of the base material are periodically arranged in a two-dimensional manner in a plate-shaped base material. and, a first electrode and a second electrode provided to sandwich the active layer and the two-dimensional photonic crystal layer in the stacking direction; Equipped with the first electrode is located farther from the active layer than the second electrode, At least a portion of the first electrode is located within a projection of a circumscribed circle of the second electrode onto the first electrode.
  • the current density distribution in the light emitting region of the active layer can be made closer to uniformity than in the past.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of a two-dimensional photonic crystal laser according to the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view showing the configuration of a two-dimensional photonic crystal layer in the two-dimensional photonic crystal laser of the first embodiment.
  • FIG. 3 is a top view showing the first electrode in the two-dimensional photonic crystal laser of the first embodiment with a solid line and showing the projection of the second electrode with a broken line.
  • FIG. 4 is a diagram showing a path through which current flows in the two-dimensional photonic crystal laser of the first embodiment, taken along the line AA in FIG. 3;
  • FIG. 4 is a diagram showing a path through which current flows in the two-dimensional photonic crystal laser of the first embodiment, taken along the line BB in FIG. 3;
  • FIG. 7 is a vertical cross-sectional view showing a two-dimensional photonic crystal laser according to a modification of the first embodiment.
  • 4 is a graph showing the results of calculating the current density distribution in the active layer for the two-dimensional photonic crystal lasers of the first embodiment and the comparative example.
  • FIG. 3 is a diagram showing the results of calculating the optical density distribution in the active layer of the two-dimensional photonic crystal laser of the first embodiment. The figure which shows the result of calculating the optical density distribution in an active layer about the two-dimensional photonic crystal laser of a comparative example.
  • FIG. 3 is a diagram showing the results of calculation of the optical density distribution in the cross section of the laser beam obtained by the two-dimensional photonic crystal laser of the first embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing the results of calculating the optical density distribution in a cross section of a laser beam obtained by a two-dimensional photonic crystal laser of a comparative example.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a second embodiment of a two-dimensional photonic crystal laser according to the present invention.
  • FIG. 7 is a top view showing a first electrode in a two-dimensional photonic crystal laser according to a second embodiment with a solid line and showing a projection of a second electrode with a broken line.
  • 7 is a graph showing the results of calculating the current density distribution in the active layer for the two-dimensional photonic crystal laser of the second embodiment and the two-dimensional photonic crystal laser of the comparative example.
  • FIG. 7 is a graph showing calculation results of temperature distribution in the active layer of the two-dimensional photonic crystal laser of the second embodiment and the two-dimensional photonic crystal laser of the comparative example.
  • 7 is a graph showing the results of an experiment of emitting intensity distribution using the produced two-dimensional photonic crystal laser of the second embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing the cross-sectional shape of a laser beam for four examples in which the ratio of the first current to the second current is different in the two-dimensional photonic crystal laser of the second embodiment.
  • the resonance frequency depends on the position in the two-dimensional photonic crystal layer (based on the center of the region where current is injected), which is caused by manufacturing errors in the two-dimensional photonic crystal layer.
  • 3 is a graph showing an example of the difference in the case where the current density distribution is not adjusted (broken line) and the case where the current density distribution is adjusted to alleviate the difference in resonance frequency (solid line).
  • the normalized current density distribution normalized by the maximum value of current density
  • FIG. 16A is a diagram showing the cross-sectional shape of a laser beam when the current density distribution is not adjusted (left diagram) and when it is adjusted to alleviate the difference in resonance frequency (right diagram) in the example of FIG. 16A;
  • FIG. FIG. 3 is a perspective view showing a third embodiment of a two-dimensional photonic crystal laser according to the present invention.
  • FIG. 7 is a top view showing a first electrode in a two-dimensional photonic crystal laser according to a third embodiment with a solid line and showing a projection of a second electrode with a broken line;
  • FIG. 4 is a perspective view showing a fourth embodiment of a two-dimensional photonic crystal laser according to the present invention.
  • FIG. 7 is a plan view showing a first electrode (left figure) and a second electrode (right figure) in a two-dimensional photonic crystal laser according to a fourth embodiment.
  • FIG. 7 is a plan view showing a modification of the first electrode.
  • FIG. 7 is a plan view showing another modification of the first electrode.
  • FIG. 7 is a plan view showing another modification of the first electrode.
  • FIG. 7 is a plan view showing another modification of the first electrode.
  • FIG. 7 is a plan view showing another modification of the first electrode.
  • FIG. 7 is a plan view showing another modification of the first electrode.
  • FIG. 7 is a plan view showing another modification of the first electrode.
  • FIG. 7 is a vertical cross-sectional view showing a two-dimensional photonic crystal laser according to a further modification of the first embodiment.
  • FIG. 7 is a vertical cross-sectional view showing a two-dimensional photonic crystal laser according to a further modification of the first embodiment.
  • FIG. 7 is a plan view showing a modification of the first electrode in the third embodiment.
  • FIG. 7 is a plan view showing a modification of the second electrode.
  • FIG. 7 is a plan view showing another modification of the second electrode.
  • FIG. 7 is a plan view showing another modification of the second electrode.
  • FIG. 7 is a plan view showing another modification of the second electrode.
  • FIG. 7 is a top view showing a first electrode in a solid line and a projection of a second electrode in a broken line in a two-dimensional photonic crystal laser according to another modification.
  • FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing an example of a conventional two-dimensional photonic crystal laser having a window-like electrode.
  • FIGS. 1 to 26 An embodiment of a two-dimensional photonic crystal laser according to the present invention will be described using FIGS. 1 to 26.
  • the two-dimensional photonic crystal laser 10 of the first embodiment includes a first electrode 171, a substrate 16, a first cladding
  • the layer 141, the active layer 11, the spacer layer 13, the two-dimensional photonic crystal layer 12, the second cladding layer 142, and the second electrode 172 are stacked in this order.
  • the order of the active layer 11 and the two-dimensional photonic crystal layer 12 may be reversed from the above order.
  • FIG. 1 shows the first electrode 171 on the upper side and the second electrode 172 on the lower side, but the orientation of the two-dimensional photonic crystal laser 10 during use is not limited to that shown in this figure.
  • the configuration of each layer and electrode will be explained below.
  • the active layer 11 emits light having a predetermined wavelength band when charges are injected from the first electrode 171 and the second electrode 172.
  • the material of the active layer 11 for example, InGaAs/AlGaAs multiple quantum well (emission wavelength band: 935 to 945 nm) can be used.
  • the two-dimensional photonic crystal layer 12 includes a plate-shaped base material 121 with modified refractive index regions 122 having a different refractive index, one for each lattice point of a two-dimensional lattice. This is what was placed.
  • modified refractive index regions 122 having a different refractive index, one for each lattice point of a two-dimensional lattice. This is what was placed.
  • FIG. 2 only a part of the two-dimensional photonic crystal layer 12 is shown in an enlarged manner, and in the actual two-dimensional photonic crystal layer 12, there are many A modified refractive index region 122 is arranged.
  • the two-dimensional lattice is a square lattice in the example shown in FIG. 2, other two-dimensional lattices such as a rectangular lattice or a triangular lattice may be used.
  • the lattice point period (length) a of the square lattice is appropriately determined depending on the material of the base material 121 and the emission wavelength band of the active layer 11.
  • p-type GaAs p-type semiconductor
  • holes are typically used in the modified refractive index region 122, a member having a refractive index different from that of the base material 121 may be used instead of the holes.
  • the first modified refractive index region 1221 and the second modified refractive index region 1222 were used as one modified refractive index region 122.
  • the first modified refractive index region 1221 has a larger planar area than the second modified refractive index region 1222, but both may have the same size.
  • a laser beam can be oscillated from a wide range within the crystal layer 12 (see Patent Documents 2 and 3).
  • the modified refractive index region is not limited to the example shown in FIG. A refractive index region may also be used.
  • planar shape of each hole or member is circular in the example shown in FIG. 2, it may be of other shapes such as a triangle or a quadrangle.
  • the first cladding layer 141 and the second cladding layer 142 have the role of injecting charges from the first electrode 171 and the second electrode 172, and also serve as in-plane guides that guide waves parallel to the layer within the two-dimensional photonic crystal layer 12. It has the role of suppressing the leakage of wave light from the layer.
  • the first cladding layer 141 is made of an n-type semiconductor (for example, n-type Al 0.37 Ga 0.63 As), and the second cladding layer 142 is made of a p-type semiconductor (for example, p-type Al 0.37 Ga 0.63 (Note that the reason why the material of the base material 121 of the two-dimensional photonic crystal layer 12 is a p-type semiconductor is the same as the role of the former in the second cladding layer 142).
  • the spacer layer 13 allows holes injected from the second electrode 172 to pass through and introduce them into the active layer 11, while electrons injected from the first electrode 171 pass through the active layer 11 (thereby, the holes injected from the first electrode 171 are introduced into the active layer 11). This is provided to suppress the bonding with holes on the first electrode 171 side.
  • p-type Al 0.45 Ga 0.55 As can be used as the material for the spacer layer 13 .
  • the substrate 16 is used to maintain the mechanical strength of the entire two-dimensional photonic crystal laser 10 and to make the distance between the first electrode 171 and the active layer 11 larger than the distance between the second electrode 172 and the active layer 11. In this case, a layer that is sufficiently thicker than other layers is used.
  • an n-type semiconductor is used for the same reason as the first cladding layer 141.
  • the second electrode 172 is made of a conductive material and has a circular planar shape. Note that in order to show the shape of the second electrode 172 in FIG. 1, the second electrode 172 is drawn below the second cladding layer 142, but in reality, the second electrode 172 is lower than the second cladding layer 142. is in contact with the bottom surface of
  • the first electrode 171 is made of a conductive material, and has a shape that is a combination of a main region 1711 and a sub-region 1712, as shown in FIG.
  • the main region 1711 is a donut-like shape in which the inside of a first circle (the outer edge 17111 of the first electrode 171) is hollowed out with a second circle 17112 that is smaller in diameter than the outer edge 17111 and has the same center as the outer edge 17111. It has a planar shape.
  • the sub-region 1712 has a linear shape extending from the circumference of the second circle 17112 into the second circle 17112. A portion of the second circle 17112 where the sub-region 1712 does not exist is an opening 175 of the first electrode 171.
  • the opening 175 serves as a window through which the laser beam passes.
  • 40 sub-regions 1712 are provided at 9° intervals so as to extend radially from the center of the second circle 17112. However, each sub-region 1712 is not formed within a predetermined distance from the center of the second circle 17112, and no sub-region 1712 exists near the center.
  • 10 sub-areas 1712 provided every 36 degrees are longer than the other 30 sub-areas 1712 and extend to the position closest to the center of the second circle 17112.
  • the 10 sub-regions 1712 provided at positions shifted by 18 degrees from these 10 sub-regions 1712 are longer than the other 20 sub-regions 1712, and are longer than the 20 sub-regions 1712.
  • the density of the sub-regions 1712 near the center of the second circle 17112 and near the main region 1711 can be made nearly uniform. I can do it.
  • the circumscribed circle of the second electrode 172 coincides with the second electrode 172 itself.
  • the projection of the circumscribed circle of the second electrode 172 onto the first electrode 171 (the “projection”) and the projection of the second electrode 172 itself onto the first electrode 171 (the “second projection”) are located within the opening 175. are doing.
  • these "projection” and “second projection” will be collectively referred to as "projection 1721.”
  • a portion of the sub-region 1712 extends from the circumference of the second circle 17112 into the projection 1721. Therefore, a portion of the periphery of the opening 175 also extends into the projection 1721.
  • FIGS. 4A and 4B show the current path in the AA cross section in FIG. 3, and FIG. 4B shows the current path in the BB cross section.
  • the AA cross section is perpendicular to each layer of the two-dimensional photonic crystal laser 10, passes through the center of the second circle 17112, and does not pass through the sub-region 1712.
  • the BB cross section is a cross section that is perpendicular to each layer of the two-dimensional photonic crystal laser 10 and passes through the center of the second circle 17112 and the sub-region 1712.
  • the current 98 flows between the main region 1711 of the first electrode 171 and the second electrode 172.
  • the current density supplied near the center of the light emitting region 181, which is the region into which the current 18 is injected is lower than that at the periphery.
  • the current density supplied to the vicinity of the center of the light emitting region 181 can be made higher than that in the AA cross section.
  • the current density near the center of the light-emitting region 181 can be made higher than when the sub-region 1712 is not provided. This allows the current density in the entire light emitting region 181 to be made nearly uniform.
  • the oscillated laser beams are emitted from both surfaces of the two-dimensional photonic crystal layer 12 in a direction perpendicular to the two-dimensional photonic crystal layer 12, respectively.
  • the laser beam emitted toward the first electrode 171 passes through the aperture 175 and is extracted to the outside of the two-dimensional photonic crystal laser 10 .
  • those that are incident on the second electrode 172 are reflected by the second electrode 172, head toward the first electrode 171 side, pass through the aperture 175, and pass through the two-dimensional photonic It is taken out to the outside of the crystal laser 10.
  • the laser beams emitted to the second electrode 172 side those that reach the periphery of the second electrode 172 pass through the lower surface of the second cladding layer 142. (not shown) is provided, the light is reflected by the reflection part, goes toward the first electrode 171, passes through the opening 175, and is taken out to the outside of the two-dimensional photonic crystal laser 10.
  • the cross section of the laser beam taken out to the outside of the two-dimensional photonic crystal laser 10 also has a monomodal light intensity distribution compared to the case without the sub-region 1712. (a distribution that is largest at the center and gradually decreases as you move away from the center).
  • the area of the first electrode 171 included inside the projection 1721 is preferably larger than the area outside the projection 1721. Thereby, concentration of the current density near the outer edge of the light emitting region 181 can be avoided, and the uniformity of the current density within the light emitting region 181 can be improved.
  • the conductive material constituting the first electrode 171 is not directly formed on the upper surface of the substrate 16 in at least a portion of the first electrode 171 outside the projection 1721, but instead of being formed directly on the upper surface of the substrate 16, a conductive material made of an insulating material is formed on the upper surface of the substrate 16. After forming the insulating film 1718, a conductive material may be formed on the insulating film 1718 (FIG. 5).
  • FIG. 6 is a graph showing the results of calculating the current density in the active layer for the two-dimensional photonic crystal lasers of the first embodiment and the comparative example.
  • the distance between the first electrode 171 and the active layer 11 is 0.15 mm
  • the (same) distance between the second electrode 172 and the active layer 11 is 3.7 ⁇ m.
  • the first electrode 171 is located farther from the active layer 11 than the second electrode 172.
  • the above-mentioned insulating film is provided between the substrate 16 and the entire conductive material constituting the first electrode 171.
  • the diameter of the second electrode 172 was 3 mm, and the diameter of the second circle 17112 was 3.4 mm. Further, the length of the sub-region 1712 was set to 1.65 mm for the longest 10 lines, 1.50 mm for the next longest 10 lines, and 1.25 mm for the shortest 20 lines. The width of the sub-region 1712 was 0.017 mm for the longest 10 lines and the second longest 10 lines, and was 0.013 mm for the shortest 20 lines. Further, calculations were performed for three cases in which the thickness of the sub-region 1712 was 10 ⁇ m, 20 ⁇ m, and 30 ⁇ m.
  • the value obtained by dividing the current density at the outer edge of the light-emitting region (the horizontal axis value of the graph is ⁇ 1.5 mm) by the current density at the center of the light-emitting region (the same value is 0 mm) is less than 0.2 in the comparative example.
  • the value in the first embodiment was 0.9 to 1.2 (0.94 to 1.17 when taken to the second decimal place), which is higher than the comparative example. This result shows that the uniformity of the current density within the light emitting region is higher in the first embodiment than in the comparative example.
  • the larger the thickness of the sub-region 1712 the larger the current density at the center of the light-emitting region can be. This is because when the width of the sub-region 1712 is the same, the larger the thickness, the smaller the electrical resistance, and more current flows through the sub-region 1712.
  • the thickness and width of the sub-area 1712 within the projection 1721 may be increased, or the number of sub-areas 1712 may be increased.
  • the light density distribution in the active layer and the emitted laser beam will be calculated.
  • the light density distribution in the cross section was calculated.
  • the optical density distribution in the active layer is shown in FIG. 7A for the first embodiment and in FIG. 7B for the comparative example.
  • the optical density distribution in the cross section of the laser beam is shown in FIG. 8A for the first embodiment and in FIG. 8B for the comparative example.
  • the difference between the optical density near the center and the optical density near the edges is smaller in the first embodiment than in the comparative example, and a nearly uniform optical density distribution can be obtained. ing.
  • FIG. 9 shows the configuration of a two-dimensional photonic crystal laser 20 according to the second embodiment.
  • the two-dimensional photonic crystal laser 20 of the second embodiment is the same as that of the first embodiment except that the configuration of the first electrode 271 and the aperture 275 is different from the configuration of the first electrode 171 and the aperture 175 in the first embodiment. It has the same configuration as the two-dimensional photonic crystal laser 10. Therefore, the components other than the first electrode 271 and the opening 275 are given the same reference numerals as those in the first embodiment, and the description thereof will be omitted. The configuration of the first electrode 271 and the opening 275 will be described below.
  • the first electrode 271 has a shape that is a combination of a main region 2711, a first sub-region 2712, and a second sub-region 2713.
  • the main region 2711 has a planar shape in which the inside of a first circle (the outer edge 27111 of the first electrode 271) is hollowed out with a second circle 27112 that is smaller in diameter than the outer edge 27111 and has the same center as the outer edge 27111.
  • the first sub-region 2712 has a linear shape extending from the periphery of the second circle 27112 into the second circle 27112.
  • first sub-regions 2712 are provided at 30° intervals so as to extend radially from the center of the second circle 27112, but are not formed within a predetermined distance from the center. In the example shown in FIG. 10, all the first sub-regions 2712 have the same length, but as shown in FIG. 13, which will be described later, a plurality of first sub-regions 2712 having different lengths may be used.
  • the main area 2711 and the first sub-area 2712 are physically integrated.
  • the second sub-region 2713 is arranged within the second circle 27112 and consists of a linear conductor physically separated from the main region 2711 and the first sub-region 2712. Twelve second sub-regions 2713 extend radially from the center of the second circle 27112, and are provided at 30° intervals and at positions shifted by 15° from the first sub-regions 2712. The second sub-region 2713 is shorter in length than the first sub-region 2712 and is located closer to the circumference of the second circle 27112. In this embodiment, each of the first sub-region 2712 and the second sub-region 2713 is partially located within the projection (and second projection) 1721 of the second electrode 172 onto the first electrode 271.
  • Either one of the first sub-region 2712 and the second sub-region 2713 may be placed outside the projection 1721. Further, in this embodiment, all the second sub-regions 2713 have the same length, but a plurality of second sub-regions having different lengths may be used. The length of the second sub-region 2713 may be the same as the first sub-region 2712 or longer than the first sub-region 2712.
  • the plurality of conductors in the second sub-region 2713 are each electrically connected to the plurality of electrode pads 2731 embedded in the main region 2711 in a one-to-one correspondence.
  • Each electrode pad 2731 and the main region 2711 are separated by a groove (air) 2732.
  • Some (two or more) or all of the plurality of second sub-regions 2713 may be electrically connected to each other.
  • an insulating material made of an insulator or a material made of a semiconductor having higher electrical resistance than a conductor may be used.
  • the opening 275 is a portion of the second circle 27112 excluding the first sub-region 2712 and the second sub-region 2713.
  • a predetermined voltage (referred to as “first voltage”) is applied between the main region 2711 and the first sub-region 2712 of the first electrode 271, and the second sub-region 2713 of the first electrode 271 and the second sub-region 172 are A predetermined voltage (referred to as "second voltage") is also applied between them.
  • first voltage referred to as "first voltage”
  • second voltage A predetermined voltage
  • the first current I 1 flows between the main region 2711 and the first sub-region 2712 and the second electrode 172
  • the second current I 2 flows between the second sub-region 2713 and the second electrode 172.
  • the first voltage and the second voltage can be different values (or they can be the same value). Further, it is also possible to apply only one of the first voltage and the second voltage.
  • the first sub-region 2712 of the first electrode 271 extends within the projection 1721 of the circumscribed circle of the second electrode (or of the second electrode itself), it is formed near the center of the active layer 11 by the first current I 1 .
  • the current density will be higher than in the case without the first sub-region 2712, and furthermore, there is a possibility that the current density will be higher near the center of the active layer 11 than in the surrounding area.
  • the second sub-region 2713 is arranged only to the outer position than the first sub-region 2712, the second current I 2 forms a current density distribution in which the current density near the center is smaller than that at the periphery. The tendency of the first current I 1 to increase is greater than that of the first current I 1 .
  • the first current I 1 forms a current density distribution in which the current density is higher near the center of the active layer 11 than at the periphery, it is possible to adjust the values of the first voltage and the second voltage.
  • the second current I 2 By increasing the proportion of the current density distribution formed by the second current I 2 , it is possible to adjust the current density distribution of the combined first current I 1 and second current I 2 to be close to uniform.
  • the current density distribution can be adjusted so that the temperature distribution approaches uniformity by adjusting the values of the first voltage and the second voltage. may be adjusted.
  • differences may occur between positions in the interval at which the modified refractive index regions 122 are arranged (lattice point spacing) and the size of the modified refractive index regions 122.
  • non-uniform temperature distribution may occur during use of the two-dimensional photonic crystal laser 20.
  • differences frequency distribution
  • differences occur in the resonant frequency (resonant wavelength) of light at each position in the two-dimensional photonic crystal layer 12, and as a result, some positions no longer contribute to laser oscillation.
  • the shape of the laser beam may be disturbed due to the occurrence of multi-mode oscillation.
  • by adjusting the current density distribution by changing the voltage applied from each of the plurality of electrode pads 2731, the influence of the frequency distribution within the two-dimensional photonic crystal layer 12 can be reduced, and the laser beam The shape of can be improved.
  • the distribution of the intensity of light emission in the active layer 11 can also be made close to uniform. Furthermore, the intensity distribution of the light becomes nearly uniform even in the cross section of the laser beam generated when the light generated in the active layer 11 is amplified by the two-dimensional photonic crystal layer 12.
  • FIG. 11 is a graph showing the result of calculating the current density in the active layer 11 for the two-dimensional photonic crystal laser 20 of the second embodiment.
  • calculations were performed for six cases in which the ratios of the first current I 1 and the second current I 2 were different when a total of 100 A was applied to the first current I 1 and the second current I 2 .
  • the first current I 1 was 80 A and the second current I 2 was 20 A, the current density across the entire light emitting region became most uniform.
  • FIG. 12 shows six cases in which the ratio of the first current I 1 to the second current I 2 is different when the two-dimensional photonic crystal laser 20 of the second embodiment is operated continuously, as in FIG. 11. , shows the results of calculating the temperature distribution near the active layer 11. As a result, the temperature distribution became most uniform when the first current I 1 was 60 A and the second current I 2 was 40 A (data shown by the solid line in FIG. 12).
  • FIG. 13 shows the appearance of the produced two-dimensional photonic crystal laser.
  • 20 first sub-regions (sub-regions not physically separated from the main region 2711) 2712 are provided at 18° intervals.
  • ten first sub-regions 2712 provided at 36° intervals extend to a position closer to the center of the second circle 27112 than the other ten first sub-regions 2712.
  • Twenty second sub-regions (sub-regions physically separated from the main region 2711) 2713 are provided at 18° intervals.
  • Each second sub-region 2713 is arranged between two first sub-regions 2712 adjacent to each other so that the distances between the second sub-regions 2713 and both first sub-regions 2712 are equal.
  • FIG. 14 shows the measurement results of the emission intensity in the active layer 11 of the manufactured two-dimensional photonic crystal laser. This measurement was conducted for three cases in which a total of 20 A of the first current I 1 and the second current I 2 were passed, and the ratio of the first current I 1 to the second current I 2 was different. As a result, when the first current I 1 is 17.5 A and the second current I 2 is 2.5 A, the current density in the entire light emitting region becomes the most uniform, and the current density is almost flat throughout the entire light emitting region. distribution was obtained.
  • FIG. 15 shows a cross-sectional shape of a laser beam emitted from the manufactured two-dimensional photonic crystal laser 20.
  • a total of 90 A of the first current I 1 and the second current I 2 were passed, and experiments were conducted on four cases in which the ratio of the first current I 1 to the second current I 2 was different. From the four photographs shown in FIG. 15, it can be seen that as the ratio of the first current I 1 to the second current I 2 is changed, the cross-sectional shape of the beam changes.
  • the laser has a donut-shaped cross section that is darker near the center than the periphery and slightly expanded. A beam is being emitted. From this state, when the first current I 1 is increased and the second current I 2 is decreased, the cross-sectional shape changes to a single peak shape where the center area is brighter than the surrounding area, and the spread of the cross section becomes smaller. .
  • FIG. 16A shows an example of such a frequency distribution.
  • a current is injected into a circular region (current injection region) in the active layer 11, and the current density distribution in a certain longitudinal section passing through the center of the current injection region is shown.
  • the broken line in the figure shows the frequency distribution that occurs when the same voltage is applied (the same potential is given to each) from each of the plurality of electrode pads 2731 (the current density distribution is not adjusted).
  • the broken line indicates a tendency for the frequency to decrease from one end of the current injection region in the longitudinal section to the other end (from the minus side to the plus side in terms of numerical values at the positions shown in the figure).
  • the current density at the other end is smaller than when the current density distribution is not adjusted, and the difference in current density from the same case increases from the one end to the other end (FIG. 16B).
  • the voltage applied from each electrode pad 2731 was adjusted as follows. As a result, as shown by the solid line in FIG. 16A, the frequency distribution became more uniform than when the current density distribution was not adjusted.
  • the cross-sectional shape of the laser beam in these two cases becomes more circular in accordance with the shape of the current injection region when the current density distribution is adjusted than when it is not adjusted. It has a similar shape.
  • FIG. 17 shows the configuration of a two-dimensional photonic crystal laser 30 according to a third embodiment.
  • the two-dimensional photonic crystal laser 30 of the third embodiment is the same as the two-dimensional photonic crystal laser 10 of the first embodiment, except that the configuration of the first electrode 371 is different from the first electrode 171 of the first embodiment. have the same configuration. Therefore, the components other than the first electrode 371 are given the same reference numerals as those in the first embodiment, and the description thereof will be omitted.
  • the configuration of the first electrode 371 will be explained below.
  • the first electrode 371 is made up of a plurality of linear conductive materials arranged radially. A portion of the conductive materials of these first electrodes 371, specifically, an inner portion of the conductive materials arranged radially, is inside the projection 1721 of the second electrode 172 onto the first electrode 371. It is located in The first electrode 371 is not provided with anything corresponding to the main region, sub-region, and opening in the first and second embodiments.
  • the distance L 1 between the first electrode 371 and the surface of the active layer 11 on the first electrode 371 side is longer than the distance L 2 between the second electrode 171 and the surface of the active layer 11 on the second electrode 172 side. It is set. That is, the first electrode 371 is located farther from the active layer 11 than the second electrode 172.
  • the operation of the two-dimensional photonic crystal laser 30 of the third embodiment will be explained.
  • a current flows between the two electrodes.
  • the first electrode 371 is arranged at a position farther from the active layer 11 than the second electrode 172, a region of the active layer 11 close to the shape of the second electrode 172 becomes a current injection region and a light emitting region.
  • a part of the conductive material of the first electrode 371 is arranged within the projection 1721 of the second electrode 172 onto the first electrode 371, so that the current near the center of the current injection region of the active layer 11 Density can be increased.
  • FIG. 19 shows the configuration of a two-dimensional photonic crystal laser 40 according to a fourth embodiment.
  • the two-dimensional photonic crystal laser 40 of the fourth embodiment differs from the first electrode 171 in the first embodiment in the configuration of the first electrode 471 and the second electrode 472. It has the same configuration as the nick crystal laser 10. Therefore, the components other than the first electrode 471 and the second electrode 472 are given the same reference numerals as those in the first embodiment, and the description thereof will be omitted.
  • the main region 4711 has the same configuration as the main region 1711 of the first embodiment
  • the linear sub-region 4712 has the same structure as the sub-region 1711 of the first embodiment except for the length and width.
  • the first electrode 171 of the first embodiment may be used as is in the two-dimensional photonic crystal laser 40 of the fourth embodiment.
  • the configuration of the second electrode 472 will be mainly described.
  • FIG. 20 shows a plan view of the configuration of the first electrode 471 and the second electrode 472.
  • the second electrode 472 includes a non-conductive portion 4722 formed by cutting a part of a plate-shaped conductor, and a conductive portion 4721 other than the non-conductive portion 4722.
  • the non-conductive portion 4722 is a third projection that is a projection of a portion of the first electrode 471 that extends to the second projection 4720, that is, a portion of the sub-region 4712 that is inside the second projection 4720 onto the second electrode 472. It is provided in an area corresponding to .
  • the non-conductive portion 4722 may be formed by depositing an insulating material on a portion of the plate-shaped conductor that corresponds to the non-conductive portion 4722, instead of cutting off a portion of the conductor.
  • the laser beam amplified and emitted by the two-dimensional photonic crystal layer 12 passes through the opening 475 of the first electrode 471, while being blocked by the sub-region 4712. Therefore, in this embodiment, by setting the region of the second electrode 472 corresponding to the third projection as the non-conductive portion 4722, the region corresponding to the projection of the sub-region 4712 of the active layer 11 and the two-dimensional photonic crystal layer 12 is formed.
  • the current injected into the part is suppressed, thereby suppressing the light emission in the part. Thereby, it is possible to prevent the part of the laser beam generated by light emission in the relevant portion from being blocked by the sub-region 4712 and to be wasted, and to increase the light emission efficiency.
  • the entire non-conductive portion 4722 has the same shape, size, and position as the entire third projection, but the non-conductive portion 4722 is formed in at least a part of the third projection.
  • the effect is that the luminous efficiency can be increased.
  • the first electrode 471 is a combination of the main region 4711 and the linear sub-region 4712, but instead, the first electrode 471 includes an aperture where the second projection is located and at least a part of the periphery of the aperture. Even when using a first electrode having a shape that extends into the second projection, if at least a part of the projection of the projecting portion onto the second electrode is made into a non-conductive portion, the fourth embodiment can be achieved. It has a similar effect.
  • a plurality of sub-regions 1712, first sub-regions 2712, and second sub-regions 2713 are arranged on the first electrode 171 at equal intervals (9° intervals in FIG. 3, 36° intervals in FIG. 10). However, they may be provided at unequal intervals. Further, a plurality of sub-regions having different widths, thicknesses, and materials may be used. Further, in the first and second embodiments, the first electrodes 171 and 271 are provided with a plurality of sub-regions, but only one sub-region may be provided. Similarly, the conductive material of the first electrode 371 in the third embodiment and the first electrode 471 in the fourth embodiment may be arranged at irregular intervals, or only one may be provided.
  • sub-regions 1712, first sub-regions 2712, second sub-regions 2713, and sub-regions 4712 having linear shapes are used, but sub-regions having other shapes may be used.
  • a first electrode 171A including a sub-region 1712A having a band-like shape whose width varies depending on the position, or a first electrode 171B including a sub-region 1712B having a curved shape as shown in FIG. 21B is used.
  • sub-regions having different thicknesses and materials depending on their positions may be used.
  • subregions of various shapes can be used, such as polygons such as triangles, parts of polygons, circles, ellipses, or parts thereof.
  • one first sub-region 1712C1 extending from the periphery of the second circle 17112C of the main region 1711C into the second circle 17112C is connected to the first sub-region 1712C.
  • the first electrode 171C may include a sub-region 1712C that is a combination of a plurality of annular second sub-regions 1712C2 arranged concentrically.
  • the number of first sub-regions 1712C1 may be plural, and the number of second sub-regions 1712C2 may be only one.
  • the second sub-region 1712C2 is not limited to an annular shape, but may be a rectangular frame shape or the like.
  • a first electrode 171D in which the main region 1711D is divided into a plurality of electrodes may be used.
  • the first electrode 171 of the first embodiment is divided into a plurality of parts by making cuts 17113 extending in the radial direction at equal intervals in the circumferential direction in the main region 1711 of the first electrode 171. .
  • the cuts 17113 may be made at irregular intervals.
  • the inside of the donut-shaped area formed by the main area 1711D and the cut 17113, excluding the sub area 1712, corresponds to the opening (window) 175D.
  • the main region 1711 of the first electrode 171 of the first embodiment is divided into two parts in the radial direction by making a circumferential cut 17114, and then the two electrodes are separated into two parts.
  • the first electrode 171E may be divided into a plurality of parts by making cuts 17115 extending in the radial direction at equal intervals in the circumferential direction. Note that the cuts 17115 may be made at unequal intervals in one or both of the two electrodes.
  • the first electrode 171E includes an inner main region 1711E1 which is divided into a plurality of parts and arranged on the inner side in the radial direction, and an outer main region 1711E2 which is divided into a plurality of parts and arranged on the outside of the inner main region 1711E1 in the radial direction. has.
  • a first sub-region 1712E1 is provided from the plurality of divided inner main regions 1711E1 toward the center of the circle (however, it does not reach the center), and a first sub-region 1712E1 is provided from the plurality of divided outer main regions 1711E2 toward the center of the circle.
  • a second sub-region 1712E2 is provided toward the center of the circle (but does not reach the center), respectively.
  • the second sub-region 1712E2 passes through the cut 17115 provided in the inner main region 1711E1, and its tip extends into the projection 1721 of the circumscribed circle of the second electrode 172.
  • a portion where the first sub-region 1712E1 and the second sub-region 1712E2 are not provided corresponds to the opening (window) 175E.
  • first electrode 171F in which the subregion 1712F is formed in a spider web shape
  • a first electrode 171G in which the subregion 1712G extends radially from the center of a circle, etc. may be used. good.
  • the first sub-regions 2712 and the second sub-regions 2713 are provided alternately, but a plurality of first sub-regions 2712 or second sub-regions 2713 may be provided in succession.
  • the first sub-area 2712 is not physically separated from the main area 2711, but the first sub-area 2712 is also physically separated from the main area 2711, similar to the second sub-area 2713.
  • the main region 2711, the first sub-region 2712, and the second sub-region 2713 may be separated and the voltage application may be controlled independently from each other.
  • the first electrode may be divided into four or more electrodes, and voltage application may be controlled independently of each other.
  • the main region 2711 and the first sub-region 2712 and the plurality of second sub-regions 2713 are independent of each other.
  • the voltage application can be controlled by
  • an insulating film 1718 is provided between the conductive material of the first electrode 171 and the substrate 16 in a region outside the projection 1721 of the second electrode 172, but other embodiments and modifications are possible. Such an insulating film may also be used.
  • an insulating film is provided in the opening (window)
  • a material that is transparent to the laser beam is used as the insulating material of the insulating film.
  • an insulating film 1728 is formed on a portion of the lower surface of the second cladding layer 142 where the second electrode 172 is not provided, and then the entire lower surface of the second cladding layer 142 and the entire lower surface of the insulating film 1728 is formed. It may also be formed by depositing a conductive material (see FIG. 5).
  • the conductive material formed into a film can function as a reflecting portion 1727 that reflects a laser beam.
  • the insulating material that is the material of the insulating film 1728 may be either a transparent material or an opaque material with respect to the laser beam.
  • the following configuration may be used instead of the insulating film 1718 on the first electrode 171 side and/or the insulating film 1728 on the second electrode 172 side.
  • a member that does not form ohmic contact with the first electrode 171 and/or the second electrode 172 or has a high contact resistance with these electrodes is placed at the position where the insulating film 1718 and/or the insulating film 1728 are provided. can be provided.
  • a part of the substrate 16 or the first cladding layer 141 in the thickness direction is formed outside the projection 1721.
  • a reverse polarity region 1718A made of a p-type semiconductor having a polarity opposite to that of the p-type semiconductor may be provided (see FIG. 22).
  • a part of the second cladding layer 142 in the thickness direction and outside the projection 1721 is provided with an n
  • a reverse polarity region 1728A made of a type semiconductor may be provided (see FIG. 22).
  • insulation may be achieved by implanting ions (eg, hydrogen ions) in the same positions as the regions 1718A and/or 1728A. Note that the various methods listed in this paragraph may be used when forming the non-conductive portion in the second electrode in the fourth embodiment.
  • ions eg, hydrogen ions
  • the shape of the opening in the main region of the first electrode is circular in the above embodiment, it is not limited thereto.
  • it may be a square or regular hexagonal area, or an irregular shape.
  • the first electrode 371 is formed such that a part of the first electrode 371 is located within the projection 1721 of the second electrode 172 onto the first electrode 371.
  • the entire first electrode 371A may be placed within the projection 1721.
  • the shape of the outer edge of the first electrode and the second electrode is not limited to the circular shape in the above embodiment, but may be a square, a regular hexagon, or an irregular shape. If the second electrode has a shape other than circular, the shape of the circumscribed circle of the second electrode and the shape of the second electrode itself do not match (for example, if the square second electrode 172S and its circumscribed circle 1723S shown in FIG. ), at least a projection of the circumscribed circle onto the first electrode is located within the opening of the first electrode, and at least a portion of the periphery of the opening extends into the projection.
  • a second projection that is a projection of the second electrode itself onto the first electrode is located within the opening of the first electrode, and at least a portion of the periphery of the opening protrudes into the second projection. It is preferable to do so.
  • the shape and size of the light-emitting region in the active layer depends on the shape and size of the outer edges of the first electrode and the second electrode, but the shape and size of the first electrode are such that the diameter of the inscribed circle of the light-emitting region is 1 mm or more. It is also preferable to set the shape and size of the outer edge of the second electrode. According to the present invention, it is possible to make the current density distribution nearly uniform over a wide light emitting region where the diameter of the inscribed circle is 1 mm or more.
  • a second electrode divided into a plurality of conductors may be used.
  • a second electrode 172A may be used in which the conductor is divided concentrically into a plurality of pieces, or the divided conductors may be arranged in a square lattice shape (or other lattice shape).
  • a second electrode 172B may be used.
  • the divided conductors are electrically independent from each other, so the current density distribution in the active layer 11 can be controlled by controlling the current flowing from each conductor.
  • a conductor 172C1 divided into a plurality of concentric circles and a conductor 172C2 extending radially are electrically connected.
  • the current density distribution in the active layer 11 can be adjusted depending on the difference in the arrangement of the conductors 172C1 and 172C2.
  • the first electrode has a shape that is a combination of the main region and the sub-region, but the first electrode is not limited to such a shape.
  • a first electrode 171H is used in which the inner edge 17112H of a donut-shaped conductor material 1711H is located inside the projection (or second projection) 1721 of the second electrode 172. It's okay. In this case, the area inside the edge 17112H becomes an opening (window) 175H.
  • the two-dimensional photonic crystal laser includes: an active layer; A two-dimensional photonic crystal layer provided on one side of the active layer, in which modified refractive index regions having a refractive index different from that of the base material are periodically arranged in a two-dimensional manner in a plate-shaped base material. and, a first electrode and a second electrode provided to sandwich the active layer and the two-dimensional photonic crystal layer in the stacking direction; Equipped with the first electrode has an opening; a projection of the circumscribed circle of the second electrode onto the first electrode is located within the opening; At least a portion of the periphery of the opening of the first electrode protrudes into the projection.
  • the two-dimensional photonic crystal laser according to Section 2 is the two-dimensional photonic crystal laser according to Section 1, in which the first electrode includes a main region surrounding the projection, and a main region surrounding the projection. and a linear sub-region extending within the projection.
  • the second projection that is the projection of the second electrode onto the first electrode is It is characterized in that it is located within an opening, and at least a portion of the periphery of the opening protrudes into the second projection.
  • the first electrode has a main region surrounding the second projection. and a linear sub-region extending from the main region into the second projection.
  • the two-dimensional photonic crystal laser according to Paragraph 6 is the two-dimensional photonic crystal laser according to Paragraph 2 or Paragraph 5, and the two-dimensional photonic crystal laser according to Paragraph 6 has one or more of the length, width, thickness, material, or It is characterized by comprising a plurality of the sub-regions, two or more of which are different.
  • the two-dimensional photonic crystal laser according to Item 7 is the two-dimensional photonic crystal laser according to any one of Items 1 to 6, in which the first electrode is connected to a plurality of electrodes. It is characterized by being physically divided.
  • the two-dimensional photonic crystal laser according to Item 8 is a two-dimensional photonic crystal laser according to any one of Items 1 to 7. It is characterized in that the area of the portion is larger than the area outside the projection.
  • the two-dimensional photonic crystal laser according to Item 9 is the two-dimensional photonic crystal laser according to any one of Items 1 to 8, in which the modified refractive index region is a hole or
  • the base material is characterized in that it is a combination of two members having different refractive indexes.
  • the two-dimensional photonic crystal laser according to Item 10 is: an active layer; A two-dimensional photonic crystal layer provided on one side of the active layer, in which modified refractive index regions having a refractive index different from that of the base material are periodically arranged in a two-dimensional manner in a plate-shaped base material. and, a first electrode and a second electrode provided to sandwich the active layer and the two-dimensional photonic crystal layer in the stacking direction; Equipped with the first electrode is located farther from the active layer than the second electrode, At least a portion of the first electrode is located within a projection of a circumscribed circle of the second electrode onto the first electrode.
  • the two-dimensional photonic crystal laser according to Item 11 is the two-dimensional photonic crystal laser according to any one of Items 1 to 10, wherein the first electrode and the second electrode A value obtained by dividing the current density at the outer edge of the light emitting region in the active layer by the current density at the center of the light emitting region when a voltage is applied between them is 0.2 or more and 1.2 or less.
  • the two-dimensional photonic crystal laser according to Item 12 is characterized in that, in the two-dimensional photonic crystal laser according to Item 11, the diameter of the inscribed circle of the light emitting region is 1 mm or more. .
  • Two-dimensional photonic crystal laser 11 91... Active layer 12, 92... Two-dimensional photonic crystal layer 121... Base material 122... Differential refractive index region 1221... First modified refractive index region 1222... Second modified refractive index region 13... Spacer layer 141, 941... First cladding layer 142, 942... Second cladding layer 16, 96...
  • Electrode 972 Opening (window) 18, 98...Current 181, 981...Light emitting area 2731...Electrode pad 2732...Groove (air) 4720...Second projection 4721...Conductive part of second electrode 4722...Non-conductive part of second electrode 9421...Surface of second cladding layer 971...Window-like electrode 972...Electrode 9721...Projection of electrode 972

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Abstract

レーザビームの断面における光の強度分布を均一に近くすることができる２次元フォトニック結晶レーザを提供する。２次元フォトニック結晶レーザ（１０）は、活性層（１１）と、活性層（１１）の一方の面側に設けられた、板状の母材（１２１）内に母材（１２１）とは屈折率が異なる異屈折率領域（１２２）が周期的に２次元状に配置された２次元フォトニック結晶層（１２）と、活性層（１１）及び２次元フォトニック結晶層（１２）を積層方向に挟むように設けられた第１電極（１７１）及び第２電極（１７２）とを備え、第１電極（１７１）が開口（１７５）を有し、第２電極（１７２）の外接円の第１電極（１７１）への射影（１７２１）が開口（１７５）内に位置し、第１電極（１７１）の開口（１７５）の周囲の少なくとも一部が射影（１７２１）内に張り出している。

Description

２次元フォトニック結晶レーザ
　本発明は、２次元フォトニック結晶を用いて光を増幅する２次元フォトニック結晶レーザに関する。
　２次元フォトニック結晶レーザは一般に、活性層及び２次元フォトニック結晶層を１対のクラッド層で挟んだ積層体を有し、さらにその積層体を挟むように１対の電極（電極対）を備える。活性層は、電極対からキャリア（正孔、電子）が注入されることによって、特定の発光波長帯の発光を生じさせるものである。２次元フォトニック結晶層は、板状の母材内にそれとは屈折率が異なる異屈折率領域が周期的に２次元状に配置された構成を有している。異屈折率領域は、母材に形成された空孔（空気）、又は母材に埋め込まれた、母材とは屈折率が異なる部材から成る。
　このような２次元フォトニック結晶レーザでは、活性層で生じる光のうち異屈折率領域の配置の周期長に対応した所定波長の光のみが２次元フォトニック結晶層において増幅されてレーザ発振し、２次元フォトニック結晶層に垂直な方向にレーザビームが出射する。但し、２次元フォトニック結晶層に垂直な方向には電極が存在するため、電極の位置や形状によっては、レーザビームが電極に遮られるおそれがある。
　そこで、特許文献１に記載の２次元フォトニック結晶レーザでは、１対の電極のうちの一方（基板９６の表面に設けられたもの）に、板材の導電体材の一部が刳り抜かれて成る窓９７５が設けられた窓状電極９７１が用いられている（図２７参照）。窓状電極９７１とは反対側の電極９７２は、第２クラッド層９４２の表面９４２１に設けられており、窓を有しない。この２次元フォトニック結晶レーザでは、２次元フォトニック結晶層９２に垂直な両方向のうちの窓状電極９７１側に出射したレーザビームは、窓状電極９７１に妨げられることなく、窓９７５を通過して２次元フォトニック結晶レーザ９０の外部に取り出される。一方、電極９７２側に出射したレーザビームは、そのままでは損失となるが、第２クラッド層９４２の表面９４２１に反射層（図示せず）を設ければ、窓状電極９７１側に出射させることができる。なお、図２７中には符号９４１を付したものは第１クラッド層であり、第２クラッド層９４２と合わせて、活性層９１での発光を各層に垂直な方向に閉じ込める（それにより、２次元フォトニック結晶層９２における光の増幅を促進する）役割を有する。
　特許文献１に記載の２次元フォトニック結晶レーザでは、電極９７２は、窓９７５よりも面積が小さく、窓状電極９７１に射影すると電極９７２の全体が窓９７５の内側となる位置に配置されている。これにより、窓状電極９７１と電極９７２の間を流れる電流９８は、活性層９１に垂直であって電極９７２を含む断面（図２７に示す断面）で見てＶ字形となるように流れる。そうすると、活性層９１や２次元フォトニック結晶層９２に平行な断面のうち第２クラッド層９４２の表面９４２１から或る程度離れた位置においては、中央付近の電流密度が小さくなる、ドーナツ型の電流分布が形成される。そこで、特許文献１に記載の２次元フォトニック結晶レーザでは、活性層９１をできるだけ第２クラッド層９４２の表面９４２１に近い位置に配置することにより、活性層９１中の電流注入領域、すなわち発光領域９８１における電流密度ができるだけ均一となるようにすることが試みられている。
国際公開WO2007/029538号 特開2008-243962号公報 国際公開WO2017/150387号
　特許文献１に記載の２次元フォトニック結晶レーザでは、上記のように活性層を実装面に近い位置に配置してもなお、発光領域９８１の中央付近の電流密度が周囲よりも小さくなってしまう。そうすると、活性層９１における発光強度にも位置に依る不均一が生じる。さらには、活性層９１で生じた光が２次元フォトニック結晶層９２で増幅することにより発振するレーザビームにおいても、その断面の中央付近の光の強度が周囲よりも低下するという不均一が生じてしまう。
　本発明が解決しようとする課題は、従来よりも活性層の発光領域における電流密度分布を均一に近くすることができる２次元フォトニック結晶レーザを提供することである。
　上記課題を解決するために成された本発明に係る２次元フォトニック結晶レーザは、
　活性層と、
　前記活性層の一方の面側に設けられた、板状の母材内に該母材とは屈折率が異なる異屈折率領域が周期的に２次元状に配置された２次元フォトニック結晶層と、
　前記活性層及び前記２次元フォトニック結晶層を積層方向に挟むように設けられた第１電極及び第２電極と、
を備え、
　前記第１電極が開口を有し、
　前記第２電極の外接円の前記第１電極への射影が前記開口内に位置し、
　前記第１電極の前記開口の周囲の少なくとも一部が前記射影内に張り出している
　ことを特徴とする。
　本発明に係る２次元フォトニック結晶レーザは、第２電極の外接円の第１電極への射影内に第１電極の開口の周囲の少なくとも一部が張り出していることにより、このような張り出しの無い窓状電極を用いた従来の２次元フォトニック結晶レーザよりも活性層における発光領域の中央付近に電流を供給し易くなる。これにより、活性層の発光領域における電流密度分布を均一に近くすることができる。また、発光領域で生じた光が２次元フォトニック結晶層で増幅することにより発振し、開口（これが第１電極の「窓」となる）を通して外部に放出されるレーザビームにおいても、その断面の中央付近の光の強度が低下することを抑えることができる。
　なお、第２電極の外接円の第１電極への射影の全体が第１電極の開口から外れた位置に存在すると、活性層における発光領域の中央付近に副領域から電流を適切に供給することができない。そのため、本発明では第２電極の外接円の第１電極への射影が第１電極の開口内に位置するようにする。ここで前記射影の全体が前記開口内に位置していてもよいが、少なくとも前記射影の一部が前記開口内に位置していれば（すなわち該一部以外が開口の外に位置していても）足りる。
　本発明に係る２次元フォトニック結晶レーザにおいて、第２電極の第１電極への射影（これを「第２射影」と呼ぶ）が第１電極の開口内に位置し、該開口の周囲の少なくとも一部が前記第２射影内に張り出していることが好ましい。
　このように第２電極の外接円の第１電極への射影のみならず、第２電極自身の第１電極への射影（第２射影）が第１電極の開口内に位置し、該開口の周囲の少なくとも一部が第２射影内に張り出していることにより、活性層の発光領域の中央付近により確実に電流を供給することができる。
　このように第２射影が第１電極の開口内に位置し、該開口の周囲の少なくとも一部が第２射影内に張り出している構成において、前記第１電極のうち前記第２射影内に張り出している部分の前記第２電極への射影である第３射影の少なくとも一部において、該第２電極に非導電部が形成されている、という構成を取ることができる。
　第１電極のうち第２射影内に張り出した部分は２次元フォトニック結晶層から出射するレーザビームを遮蔽する。そのため、第２電極のうち第３射影の少なくとも一部に非導電部を形成することにより、活性層及び２次元フォトニック結晶層のうち第１電極の前記部分の射影に相当する部分に注入される電流を抑え、それによって当該部分における発光を抑えることで、レーザビームのうち当該部分における発光により生じるものが副領域４７１２で遮蔽されて無駄になることが抑えられる。その結果、発光効率を高くすることができる。
　本発明に係る２次元フォトニック結晶レーザにおいて、前記第１電極が、前記射影又は前記第２射影を囲繞する主領域と、該主領域から前記射影内に延びる線状の副領域とを備えることができる。
　このような線状の副領域を備える第１電極を用いることにより、副領域を通して発光領域の中央付近に多くの電流を供給しやすくなる。副領域は1本のみ設けてもよいが、より多くの電流を発光領域の中央付近に供給するために、複数本設ける方が好ましい。
　また、このような線状の副領域を備える第１電極では、異なる長さの複数本の副領域を備えることが好ましい。複数本の副領域をそれぞれ主領域から開口内に向かって設ける場合、同じ長さの副領域を用いると開口の中央付近で副領域の密度が周囲よりも高くなるのに対して、異なる長さの副領域を用いることで開口の中央付近の副領域の密度を調整することにより、活性層の中央付近における電流密度を調整することができる。なお、異なる長さの複数本の副領域を備える構成は、少なくとも長さの異なる2種類の副領域が含まれていればよく、それら複数本のうちの一部（該「複数本」よりも少数の複数本）が同じ長さである場合も含まれる。また、長さと共に、又は長さの代わりに、幅、厚さ及び／又は材質が異なる複数本の副領域を用いることによっても、活性層の中央付近の電流密度を調整することができる。
　本発明に係る２次元フォトニック結晶レーザにおいて、前記第１電極が複数個の電極に物理的に分割されているという構成を取ることができる。
　ここで第１電極が複数個の電極に「物理的に分割され」ていることには、分割された電極同士の間に空間が設けられたことや、それらの間に絶縁体や半導体から成る物が介挿されていること等が含まれる。
　本発明に係る２次元フォトニック結晶レーザでは、前記射影内への第１電極の張り出しの大きさによっては、所望の電流密度分布に比べて、発光領域の中央付近の電流密度が周囲よりも大きく又は小さくなってしまうことがある。そのような場合には、第１電極を複数個の電極に物理的に分割し、それら複数個の電極からそれぞれ供給する電流の大きさを調整することにより、発光領域内の電流密度を所望の分布に近づけることができる。また、２次元フォトニック結晶レーザの使用中に発光領域内の温度に不所望の空間分布が生じたときに、その空間分布を抑えるために、前記複数個の電極からそれぞれ供給する電流の大きさを調整するとよい。
　第１電極が第２電極よりも活性層から遠い位置に配置されている場合、活性層における発光領域は第２電極の形状に近いものとなる。このような場合には、第１電極が開口を有するか否かに関わらず、第１電極の位置に依っては発光領域の中央付近の電流密度が周囲よりも小さくなり、それにより該中央付近の発光強度も弱くなってしまう。そこで、第２電極の外接円の第１電極への射影内に存在するように第１電極を配置することにより、発光領域の中央付近の電流密度を大きくし、該中央付近の発光強度が弱くなることを抑えることができる。
　すなわち、本発明に係る２次元フォトニック結晶レーザの他の態様のものは、
　活性層と、
　前記活性層の一方の面側に設けられた、板状の母材内に該母材とは屈折率が異なる異屈折率領域が周期的に２次元状に配置された２次元フォトニック結晶層と、
　前記活性層及び前記２次元フォトニック結晶層を積層方向に挟むように設けられた第１電極及び第２電極と、
を備え、
　前記第１電極が前記第２電極よりも前記活性層から遠い位置に配置されており、
　前記第１電極の少なくとも一部が、前記第２電極の外接円の前記第１電極への射影内に存在する
　ことを特徴とする。
　本発明に係る２次元フォトニック結晶レーザによれば、従来よりも活性層の発光領域における電流密度分布を均一に近くすることができる。
本発明に係る２次元フォトニック結晶レーザの第１の実施形態を示す斜視図。 第１実施形態の２次元フォトニック結晶レーザにおける２次元フォトニック結晶層の構成を示す平面図。 第１実施形態の２次元フォトニック結晶レーザにおける第１電極を実線で示すと共に第２電極の射影を破線で示す上面図。 第１実施形態の２次元フォトニック結晶レーザにおいて電流が流れる経路を、図３中のA-A断面で示す図。 第１実施形態の２次元フォトニック結晶レーザにおいて電流が流れる経路を、図３中のB-B断面で示す図。 第１実施形態の変形例の２次元フォトニック結晶レーザを示す縦断面図。 第１実施形態及び比較例の２次元フォトニック結晶レーザにつき、活性層における電流密度の分布を計算で求めた結果を示すグラフ。 第１実施形態の２次元フォトニック結晶レーザにつき、活性層における光密度分布を計算で求めた結果を示す図。 比較例の２次元フォトニック結晶レーザにつき、活性層における光密度分布を計算で求めた結果を示す図。 第１実施形態の２次元フォトニック結晶レーザにより得られるレーザビームの断面における光密度分布を計算で求めた結果を示す図。 比較例の２次元フォトニック結晶レーザにより得られるレーザビームの断面における光密度分布を計算で求めた結果を示す図。 本発明に係る２次元フォトニック結晶レーザの第２の実施形態を示す斜視図。 第２実施形態の２次元フォトニック結晶レーザにおける第１電極を実線で示すと共に第２電極の射影を破線で示す上面図。 第２実施形態の２次元フォトニック結晶レーザ及び比較例の２次元フォトニック結晶レーザにつき、活性層における電流密度の分布を計算で求めた結果を示すグラフ。 第２実施形態の２次元フォトニック結晶レーザ及び比較例の２次元フォトニック結晶レーザにつき、活性層における温度分布を計算で求めた結果を示すグラフ。 作製された第２実施形態の２次元フォトニック結晶レーザの外観を示す写真。 作製された第２実施形態の２次元フォトニック結晶レーザを用いて発光強度の分布を実験で求めた結果を示すグラフ。 第２実施形態の２次元フォトニック結晶レーザにおいて、第１電流と第２電流の比が異なる4つの例につき、レーザビームの断面の形状を示す図。 第２実施形態の２次元フォトニック結晶レーザにおいて、２次元フォトニック結晶層の製造誤差により生じる、２次元フォトニック結晶層内の位置（電流を注入する領域の中心を基準とする）による共振周波数の相違の例を、電流密度分布の調整を行っていない場合（破線）及び該共振周波数の相違を緩和するように電流密度分布を調整した場合（実線）について示すグラフ。 図１６Ａの例において、電流密度分布の調整を行っていない場合及び共振周波数の相違を緩和するように電流密度分布を調整した場合の規格化電流密度分布（電流密度の最大値で規格化したもの）を示すグラフ。 図１６Ａの例において、電流密度分布の調整を行っていない場合（左図）及び共振周波数の相違を緩和するように調整した場合（右図）におけるレーザビームの断面の形状を示す図。 本発明に係る２次元フォトニック結晶レーザの第３の実施形態を示す斜視図。 第３実施形態の２次元フォトニック結晶レーザにおける第１電極を実線で示すと共に第２電極の射影を破線で示す上面図。 本発明に係る２次元フォトニック結晶レーザの第４の実施形態を示す斜視図。 第４実施形態の２次元フォトニック結晶レーザにおける第１電極（左図）及び第２電極（右図）を示す平面図。 第１電極の変形例を示す平面図。 第１電極の他の変形例を示す平面図。 第１電極の他の変形例を示す平面図。 第１電極の他の変形例を示す平面図。 第１電極の他の変形例を示す平面図。 第１電極の他の変形例を示す平面図。 第１電極の他の変形例を示す平面図。 第１実施形態のさらなる変形例の２次元フォトニック結晶レーザを示す縦断面図。 第３実施形態における第１電極の変形例を示す平面図。 第２電極の変形例を示す平面図。 第２電極の他の変形例を示す平面図。 第２電極の他の変形例を示す平面図。 第２電極の他の変形例を示す平面図。 他の変形例の２次元フォトニック結晶レーザにおける第１電極を実線で示すと共に第２電極の射影を破線で示す上面図。 従来の窓状電極を有する２次元フォトニック結晶レーザの一例を示す縦断面図。
　図１～図２６を用いて、本発明に係る２次元フォトニック結晶レーザの実施形態を説明する。
(1) 第１実施形態
(1-1) 第１実施形態の２次元フォトニック結晶レーザの構成
　第１実施形態の２次元フォトニック結晶レーザ１０は、図１に示すように、第１電極１７１、基板１６、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１７２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では便宜上、第１電極１７１を上側、第２電極１７２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。
　活性層１１は、第１電極１７１及び第２電極１７２から電荷が注入されることにより、所定の波長帯を有する光を発光するものである。活性層１１の材料には、例えばInGaAs/AlGaAs多重量子井戸（発光波長帯：935～945nm）を用いることができる。
　２次元フォトニック結晶層１２は、図２に示すように、板状の母材１２１に、それとは屈折率が異なる異屈折率領域１２２を、２次元格子の各格子点に対して1個ずつ配置したものである。なお、図２では２次元フォトニック結晶層１２の一部のみを拡大して示しており、実際の２次元フォトニック結晶層１２では第１電極１７１の外縁と同程度の範囲内に亘って多数の異屈折率領域１２２が配置されている。２次元格子は、図２に示した例では正方格子としたが、長方格子や三角格子等の他の２次元格子を用いてもよい。正方格子の格子点周期（の長さ）aは、母材１２１の材料や活性層１１における発光波長帯に応じて適宜定める。母材１２１の材料には、例えばp型GaAs（p型半導体）を用いることができる。異屈折率領域１２２には、典型的には空孔を用いるが、空孔の代わりに、母材１２１とは屈折率が異なる部材を用いてもよい。
　また、図２に示した例では第１異屈折率領域１２２１と第２異屈折率領域１２２２という2個の空孔（空孔の代わりに、母材１２１とは屈折率が異なる部材を用いてもよい）を組み合わせたものを1個の異屈折率領域１２２として用いた。ここでは第１異屈折率領域１２２１には第２異屈折率領域１２２２よりも平面形状の面積が大きいものを用いたが、両者を同じ大きさとしてもよい。このように2個の空孔又は部材を組み合わせた異屈折率領域を用いることにより、２次元フォトニック結晶層１２内の一部領域に光が局在してしまうことを抑え、２次元フォトニック結晶層１２内の広い範囲からレーザビームを発振させることができる（特許文献２、３参照）。なお、本発明では、異屈折率領域は図２に示した例には限定されず、1個のみの空孔又は部材から成る異屈折率領域や、3個以上の空孔又は部材から成る異屈折率領域を用いてもよい。また、個々の空孔又は部材の平面形状は、図２に示した例では円形としたが、三角形や四角形等の他の形状としてもよい。
　第１クラッド層１４１及び第２クラッド層１４２は、第１電極１７１及び第２電極１７２から電荷を注入する役割と共に、２次元フォトニック結晶層１２内で該層に平行に導波する面内導波光が該層から漏れることを抑える役割を有する。前者の役割を果たすために、例えば、第１クラッド層１４１にはn型半導体（例えばn型Al0.37Ga0.63As）を、第２クラッド層１４２にはp型半導体（例えばp型Al0.37Ga0.63As）を、それぞれ用いることができる（なお、２次元フォトニック結晶層１２の母材１２１の材料をp型半導体とする理由は、第２クラッド層１４２における前者の役割と同じである）。
　スペーサ層１３は、第２電極１７２から注入される正孔を通過させて活性層１１に導入しつつ、第１電極１７１から注入される電子が活性層１１を通過する（それにより、活性層１１よりも第１電極１７１側で正孔と結合する）ことを抑えるために設けられる。スペーサ層１３の材料には例えばp型Al0.45Ga0.55Asを用いることができる。
　基板１６は、２次元フォトニック結晶レーザ１０全体の機械的強度を維持すると共に、第１電極１７１と活性層１１との距離を、第２電極１７２と活性層１１との距離よりも大きくするために、他の層よりも十分に厚いものを用いる。基板１６の材料には第１クラッド層１４１と同じ理由によりn型半導体を用いる。
　第２電極１７２は導電体製の材料から成り、円形の平面形状を有する。なお、図１では第２電極１７２の形状を示すために、第２電極１７２を第２クラッド層１４２よりも下方に離して描いているが、実際には第２電極１７２は第２クラッド層１４２の下面に接している。
　第１電極１７１は導電体製の材料から成り、図３に示すように、主領域１７１１と副領域１７１２を組み合わせた形状を有する。主領域１７１１は、第１の円（第１電極１７１の外縁１７１１１）の内側を、該外縁１７１１１よりも径が小さく該外縁１７１１１と同じ中心を有する第２の円１７１１２で刳り抜いたドーナツ状の平面形状を有する。副領域１７１２は、第２の円１７１１２の円周部から第２の円１７１１２内に延びる線状の形状を有する。第２の円１７１１２内のうち副領域１７１２が存在しない部分は第１電極１７１の開口１７５である。開口１７５は、レーザビームを通過させる窓となる。
　第１実施形態では、副領域１７１２は、第２の円１７１１２の中心から放射状に延びるように40本、9°間隔で設けられている。但し、各副領域１７１２は第２の円１７１１２の中心から所定の距離までの間には形成されておらず、該中心付近には副領域１７１２が存在しない。40本の副領域１７１２のうち、36°毎に設けられた10本は、他の30本の副領域１７１２よりも長く、第２の円１７１１２の中心に最も近い位置まで延びている。また、これら10本の副領域１７１２から18°ずれた位置に設けられた10本の副領域１７１２は、他の20本の副領域１７１２よりも長く、それら20本の副領域１７１２よりも第２の円１７１１２の中心に近い位置まで延びている。このように、主領域１７１１の内側に複数本の副領域１７１２を異なる長さで設けることにより、第２の円１７１１２の中心付近と主領域１７１１付近における副領域１７１２の密度を均一に近くすることができる。
　第２電極１７２は円形であるため、第２電極１７２の外接円は第２電極１７２自体と一致している。第２電極１７２の外接円の第１電極１７１への射影（前記「射影」）及び第２電極１７２自体の第１電極１７１への射影（前記「第２射影」）は、開口１７５内に位置している。以下、本実施形態ではこれら「射影」及び「第２射影」をまとめて「射影１７２１」と呼ぶ。副領域１７１２の一部は第２の円１７１１２の円周部から射影１７２１内に張り出している。従って、開口１７５の周囲も、その一部が射影１７２１内に張り出している。
(1-2) 第１実施形態の２次元フォトニック結晶レーザの動作
　次に、第１実施形態の２次元フォトニック結晶レーザ１０の動作を説明する。第１電極１７１と第２電極１７２の間に所定の電圧を印加することにより、両電極の間に電流が流れる。ここで図４Ａ及び図４Ｂを用いて、この電流の経路について述べる。図４Ａでは図３中のA-A断面における電流の経路を、図４ＢではB-B断面における電流の経路を、それぞれ示している。A-A断面は、２次元フォトニック結晶レーザ１０が有する各層に垂直であって、第２の円１７１１２の中心を通過し、副領域１７１２を通過しない断面である。B-B断面は、２次元フォトニック結晶レーザ１０が有する各層に垂直であって、第２の円１７１１２の中心及び副領域１７１２を通過する断面である。
　図４Ａに示すように、A-A断面では副領域１７１２が存在しないため、第１電極１７１の主領域１７１１と第２電極１７２の間で電流９８が流れる。この断面では、活性層１１の位置において、電流１８が注入される領域である発光領域１８１ではその中央付近に供給される電流密度が周囲よりも小さくなる。一方、図４Ｂに示すように、B-B断面では副領域１７１２が存在することにより、A-A断面よりも発光領域１８１の中央付近に供給される電流密度をA-A断面よりも大きくすることができる。そのため、第１電極に副領域１７１２（射影１７２１内に張り出した第１電極１７１の一部）を設けることにより、副領域１７１２が無い場合よりも発光領域１８１の中央付近における電流密度を高くすることができ、発光領域１８１全体の電流密度を均一に近くすることができる。
　このように活性層１１の発光領域１８１に電流が注入されることにより、発光領域１８１から、活性層１１の材料に応じた所定の波長帯内の波長を有する発光が生じる。この発光の強度も電流密度に対応して、発光領域１８１全体で均一に近くなる。こうして生じた発光は、２次元フォトニック結晶層１２内において、正方格子の周期長に対応した共振波長の光が共振することで選択的に増幅され、レーザ発振する。
　発振したレーザビームは、２次元フォトニック結晶層１２の両表面からそれぞれ２次元フォトニック結晶層１２に垂直な方向に出射する。それらのうち第１電極１７１側に出射したレーザビームは、開口１７５を通過して２次元フォトニック結晶レーザ１０の外部に取り出される。一方、第２電極１７２側に出射したレーザビームのうち第２電極１７２に入射したものは、第２電極１７２で反射されて第１電極１７１側に向かい、開口１７５を通過して２次元フォトニック結晶レーザ１０の外部に取り出される。第２電極１７２側に出射したレーザビームのうち第２電極１７２の周囲に到達したものは第２クラッド層１４２の下面を通過するが、第２電極１７２の周囲にレーザビームを反射する反射部（図示せず）を設けておけば、反射部に反射されて第１電極１７１側に向かい、開口１７５を通過して２次元フォトニック結晶レーザ１０の外部に取り出される。
　発光領域１８１における発光の強度の分布に対応して、２次元フォトニック結晶レーザ１０の外部に取り出されたレーザビームの断面においても、副領域１７１２が無い場合よりも光の強度分布が単峰状（中心が最も大きく、中心から離れるに従って徐々に小さくなる分布）に近くなる。
　第１電極１７１のうち射影１７２１の内側に含まれる面積は、射影１７２１の外側の面積よりも大きくするとよい。これにより、発光領域１８１の外縁付近における電流密度の集中を避け、発光領域１８１内の電流密度の均一性を高めることができる。その際、第１電極１７１のうち射影１７２１の外側の少なくとも一部において、第１電極１７１を構成する導電体材を基板１６の上面に直接形成せず、基板１６の上面に絶縁体材製の絶縁膜１７１８を形成したうえで該絶縁膜１７１８の上に導電体材を形成してもよい（図５）。このような絶縁膜を設けた場合、導電体材を設けた領域のうち絶縁膜１７１８の無い部分のみが第１電極１７１として機能するため、第１電極１７１のうち射影１７２１の内側及び外側の面積を絶縁膜によって調整することができる。
　図６に、第１実施形態と比較例の２次元フォトニック結晶レーザについてそれぞれ活性層における電流密度を計算で求めた結果をグラフで示す。第１実施形態の計算では、第１電極１７１と活性層１１との（活性層１１に垂直な方向の）距離は0.15mm、第２電極１７２と活性層１１との（同）距離は3.7μmとした。すなわち、第１電極１７１は第２電極１７２よりも活性層１１から遠い位置に配置されている。射影１７２１の外側の位置では、第１電極１７１を構成する導電体材の全体に亘って基板１６との間に前述の絶縁膜を設けている。第２電極１７２の直径は3mm、第２の円１７１１２の直径は3.4mmとした。また、副領域１７１２の長さは、最も長い10本では1.65mm、次に長い10本では1.50mm、最も短い20本では1.25mmとした。副領域１７１２の幅は、最も長い10本及び次に長い10本では0.017mmとし、最も短い20本では0.013mmとした。また、副領域１７１２の厚さが10μm、20μm、30μmの3種類の場合についてそれぞれ計算を行った。比較例として、第１実施形態の２次元フォトニック結晶レーザ１０から副領域１７１２を取り除いた構成を有する（それ以外の構成は第１実施形態と同じである）２次元フォトニック結晶レーザについて計算を行った。第１実施形態、比較例共に、第１電極１７１と第２電極１７２の間に1.6Vの電圧を印加するものとして計算を行った。各計算結果は、発光領域の中心から1.5mm離れた位置（第２電極１７２の外縁の直上の位置）の値を「１」に規格化して示した。
　図６のグラフより、発光領域の外縁（グラフの横軸値が±1.5mm）における電流密度を発光領域の中心（同・0mm）における電流密度で除した値は、比較例では0.2未満であるのに対して、第１実施形態では0.9～1.2（小数第２位まで取ると0.94～1.17）という、比較例よりも高い値となった。この結果は、比較例よりも第１実施形態の方が発光領域内の電流密度の均一性が高いことを示している。
　また、第１実施形態の3つの計算結果を対比すると、副領域１７１２の厚さが大きいほど、発光領域の中心における電流密度を大きくすることができることがわかる。これは、副領域１７１２の幅が同じである場合において厚さが大きいほど電気抵抗が小さくなり、副領域１７１２により多くの電流が流れることによる。
　より一般化して言えば、第１電極１７１のうち射影１７２１内の部分の電気抵抗を小さくするほど、発光領域の中心における電流密度を大きくすることができる。具体的には、射影１７２１内の副領域１７１２の厚さや幅を大きくしたり、副領域１７１２の本数を増加させることが挙げられる。
　次に、第１実施形態のうち副領域１７１２の厚さが10μmであるもの及び比較例の場合にそれぞれ相当する電流密度分布を想定して、活性層における光密度分布、及び出射したレーザビームの断面における光密度分布を計算で求めた。活性層における光密度分布を、第１実施形態については図７Ａに、比較例については図７Ｂに、それぞれ示す。また、レーザビームの断面における光密度分布を、第１実施形態については図８Ａに、比較例については図８Ｂに、それぞれ示す。活性層、レーザビームの断面のいずれにおいても、比較例よりも第１実施形態の方が、中央付近の光密度と端部付近の光密度の差が小さく、均一に近い光密度分布が得られている。
(2) 第２実施形態
(2-1) 第２実施形態の２次元フォトニック結晶レーザの構成
　図９に、第２実施形態の２次元フォトニック結晶レーザ２０の構成を示す。第２実施形態の２次元フォトニック結晶レーザ２０は、第１電極２７１及び開口２７５の構成が第１実施形態における第１電極１７１及び開口１７５の構成と異なる点を除いて、第１実施形態の２次元フォトニック結晶レーザ１０と同じ構成を有する。そのため、第１電極２７１及び開口２７５以外の構成要素は第１実施形態のものと同じ符号を付したうえで説明を省略する。以下では第１電極２７１及び開口２７５の構成を説明する。
　第１電極２７１は、図１０に示すように、主領域２７１１と、第１副領域２７１２と、第２副領域２７１３を組み合わせた形状を有する。主領域２７１１は、第１の円（第１電極２７１の外縁２７１１１）の内側を、該外縁２７１１１よりも径が小さく該外縁２７１１１と同じ中心を有する第２の円２７１１２で刳り抜いた平面形状を有する。第１副領域２７１２は、第２の円２７１１２の周囲から該第２の円２７１１２内に延びる線状の形状を有する。第１副領域２７１２は第２の円２７１１２の中心から放射状に延びるように12本、30°間隔で設けられているが、該中心から所定の距離までの間には形成されていない。図１０に示した例では全ての第１副領域２７１２が同じ長さを有するが、後述する図１３に示すように異なる長さを有する複数の第１副領域２７１２を用いてもよい。主領域２７１１と第１副領域２７１２は物理的に一体となっている。
　第２副領域２７１３は、第２の円２７１１２内に配置され、主領域２７１１及び第１副領域２７１２から物理的に分離した線状の導体から成る。第２副領域２７１３は第２の円２７１１２の中心から放射状に延びるように12本、30°間隔で、第１副領域２７１２から15°ずれた位置に設けられている。第２副領域２７１３は長さが第１副領域２７１２よりも短く、第２の円２７１１２の円周部寄りの位置に配置されている。本実施形態では第１副領域２７１２及び第２副領域２７１３がそれぞれ、その一部が第２電極１７２の第１電極２７１への射影（及び第２射影）１７２１内に位置しているが、第１副領域２７１２及び第２副領域２７１３のうちのいずれか一方が射影１７２１の外に配置されていてもよい。また、本実施形態では全ての第２副領域２７１３が同じ長さを有するが、異なる長さを有する複数の第２副領域を用いてもよい。第２副領域２７１３の長さは第１副領域２７１２と同じ又は第１副領域２７１２よりも長くてもよい。
　第２副領域２７１３の複数の導体はそれぞれ、主領域２７１１内に埋め込まれた複数の電極パッド２７３１と1対1に対応するように電気的に接続されている。各電極パッド２７３１と主領域２７１１の間は溝（空気）２７３２により分離されている。複数の第２副領域２７１３のうちの一部（2個以上）又は全てが互いに電気的に接続されていてもよい。溝（空気）２７３２に代わりに、絶縁体から成る絶縁材や、導電体よりも電気抵抗の高い半導体から成る材料を用いてもよい。
　第２実施形態では、第２の円２７１１２内のうち第１副領域２７１２及び第２副領域２７１３を除いた部分が開口２７５となる。
(2-2) 第２実施形態の２次元フォトニック結晶レーザの動作
　次に、第２実施形態の２次元フォトニック結晶レーザ２０の動作を説明する。第１電極２７１の主領域２７１１及び第１副領域２７１２の間に所定の電圧（「第１電圧」と呼ぶ）を印加すると共に、第１電極２７１の第２副領域２７１３と第２電極１７２の間にも所定の電圧（「第２電圧」と呼ぶ）を印加する。これにより、主領域２７１１及び第１副領域２７１２と第２電極１７２の間に第１電流I1が流れると共に、第２副領域２７１３と第２電極１７２の間に第２電流I2が流れる。なお、第１電圧と第２電圧は異なる値とすることができる（同じ値としてもよい）。また、第１電圧と第２電圧のうちのいずれか一方のみを印加することもできる。
　第１電極２７１の第１副領域２７１２が第２電極の外接円（又は第２電極自体の）射影１７２１内に延びていることから、第１電流I1により活性層１１の中央付近に形成される電流密度は第１副領域２７１２が無い場合よりも大きくなり、さらには活性層１１の中央付近の方が周囲よりも電流密度が高くなる可能性がある。一方、第２副領域２７１３が第１副領域２７１２よりも外寄りの位置までしか配置されていないことから、第２電流I2は周囲よりも中央付近の電流密度が小さい電流密度分布が形成される傾向が第１電流I1よりも大きくなる。そこで、第１電流I1によって活性層１１の中央付近の方が周囲よりも電流密度が高くなる電流密度分布が形成される場合には、第１電圧と第２電圧の値を調整することで第２電流I2によって形成される電流密度分布の割合を多くすることにより、それら第１電流I1と第２電流I2を合わせた電流密度分布を均一に近づけるように調整することができる。
　あるいは、２次元フォトニック結晶レーザ２０の使用中に不均一な温度分布が生じたときに、第１電圧と第２電圧の値を調整することにより、温度分布を均一に近づけるように電流密度分布を調整してもよい。
　また、２次元フォトニック結晶層１２を作製する際の製造誤差により、異屈折率領域１２２を配置する間隔（格子点間隔）や異屈折率領域１２２の大きさに、位置毎の相違が生じる場合がある。あるいは、２次元フォトニック結晶レーザ２０の使用中に不均一な温度分布が生じる場合がある。それらの場合、２次元フォトニック結晶層１２内の各位置における光の共振周波数（共振波長）に位置毎の相違（周波数分布）が生じ、それによって一部の位置がレーザ発振に寄与しなくなることや多モード発振が生じることで、レーザビームの形状に乱れが生じることがある。このような場合に、複数の電極パッド２７３１の各々から印加する電圧を変化させることで電流密度分布を調整することにより、２次元フォトニック結晶層１２内の周波数分布の影響を小さくし、レーザビームの形状を改善することができる。
　このように活性層１１内の電流密度分布を調整することにより、活性層１１における発光の強度の分布も均一に近づけることができる。さらには、活性層１１で生じた光が２次元フォトニック結晶層１２で増幅されることで生じるレーザビームの断面においても、光の強度分布が均一に近くなる。
　図１１に、第２実施形態の２次元フォトニック結晶レーザ２０について活性層１１における電流密度を計算で求めた結果をグラフで示す。ここでは、第１電流I1と第２電流I2を合わせて100A流す場合において、第１電流I1と第２電流I2の比が異なる6つの場合について計算を行った。その結果、第１電流I1が80A、第２電流I2が20Aであるときに、発光領域全体の電流密度が最も均一に近くなった。
　図１２に、第２実施形態の２次元フォトニック結晶レーザ２０を連続的に動作させた場合において、図１１と同様に第１電流I1と第２電流I2の比が異なる6つの場合につき、活性層１１付近の温度分布を計算で求めた結果を示す。その結果、第１電流I1が60A、第２電流I2が40Aであるとき（図１２中に実線で示したデータ）に、温度分布が最も均一に近くなった。
　発光領域内で不均一な温度分布が生じると、２次元フォトニック結晶層１２内に屈折率分布が生じ、発振モードが不安定になるおそれがある。それに対して、このように連続動作時に第１電流I1と第２電流I2の比を調整することで温度分布を均一に近づけることにより、安定したレーザ発振を得ることができる。
　次に、第２実施形態の２次元フォトニック結晶レーザを作製し、活性層１１における発光強度を測定した結果について述べる。図１３に、作製した２次元フォトニック結晶レーザの外観を示す。この２次元フォトニック結晶レーザでは、第１副領域（主領域２７１１から物理的に分離していない副領域）２７１２を18°間隔で20本設けている。それらのうち36°間隔で設けた10本の第１副領域２７１２は、他の10本の第１副領域２７１２よりも、第２の円２７１１２の中心に近い位置まで延びている。第２副領域（主領域２７１１から物理的に分離した副領域）２７１３は、18°間隔で20本設けている。各第２副領域２７１３は、互いに隣接する2本の第１副領域２７１２の間に、両第１副領域２７１２との距離が等間隔となるように配置されている。
　図１４に、作製された２次元フォトニック結晶レーザの活性層１１における発光強度の測定結果を示す。この測定は、第１電流I1と第２電流I2を合わせて20A流し、第１電流I1と第２電流I2の比が異なる3つの場合について行った。その結果、第１電流I1が17.5A、第２電流I2が2.5Aであるときに、発光領域全体の電流密度が最も均一に近くなり、発光領域の全体に亘ってほぼ平坦な電流密度分布が得られた。
　図１５に、作製された２次元フォトニック結晶レーザ２０から出射するレーザビームの断面の形状を示す。ここでは第１電流I1と第２電流I2を合わせて90A流し、第１電流I1と第２電流I2の比が異なる4つの場合について実験を行った。図１５に示した4つの写真より、第１電流I1と第２電流I2の比を変化させてゆくと、ビームの断面形状が変化することがわかる。例えば、同図の左上に示した、第１電流I1が40.5A、第２電流I2が49.5Aであるときには、中心付近が周囲よりも暗いドーナツ状であってやや拡がった断面形状のレーザビームが出射している。この状態から、第１電流I1を増加させ第２電流I2を減少させてゆくと、断面形状は中心付近が周囲よりも明るい単峰状に変化すると共に、断面の拡がりも小さくなってゆく。
　次に、２次元フォトニック結晶層１２において格子点間隔や異屈折率領域１２２の大きさ等の製造誤差により、２次元フォトニック結晶層１２において光の共振周波数分布が生じる場合に、電流密度分布を調整した例を示す。図１６Ａに、そのような周波数分布の例を示す。この図では、活性層１１内の円形の領域（電流注入領域）に電流を注入し、その電流注入領域の中心を通過する或る縦断面における電流密度分布を示している。同図中の破線は複数の電極パッド２７３１の各々から同じ電圧を印加（各々に同じ電位を付与）した（電流密度分布の調整を行っていない）場合に生じた周波数分布を示している、この破線は、前記縦断面における電流注入領域の一端から他端（同図で示す位置の数値で言うとマイナス側からプラス側）に向かって周波数が低下する傾向を示している。
　そこで、電流密度分布の調整を行っていない場合よりも前記他端側における電流密度が小さく、且つ、同場合との電流密度の差が前記一端から前記他端に向かって大きくなる（図１６Ｂ）ように、各電極パッド２７３１から印加する電圧を調整した。その結果、図１６Ａに実線で示すように、電流密度分布の調整を行っていない場合よりも周波数分布が均一に近くなった。
　そして、これら2つの場合におけるレーザビームの断面形状は、図１６Ｃに示すように、電流密度分布の調整を行っていない場合よりも行った場合の方が、電流注入領域の形状に対応した円形に近い形状となった。
(3) 第３実施形態
　図１７に、第３実施形態の２次元フォトニック結晶レーザ３０の構成を示す。第３実施形態の２次元フォトニック結晶レーザ３０は、第１電極３７１の構成が第１実施形態における第１電極１７１と異なる点を除いて、第１実施形態の２次元フォトニック結晶レーザ１０と同じ構成を有する。そのため、第１電極３７１以外の構成要素は第１実施形態のものと同じ符号を付したうえで説明を省略する。以下では第１電極３７１の構成を説明する。
　第１電極３７１は、図１８に示すように、線状の導電体材を複数本、放射状に配置して成る。これら第１電極３７１の導電体材のうちの一部、具体的には放射状に配置された導電体材のうちの内側の一部は、第２電極１７２の第１電極３７１への射影１７２１内に配置されている。第１電極３７１には第１及び第２実施形態における主領域及び副領域、並びに開口に相当するものは設けられていない。
　第１電極３７１と活性層１１の第１電極３７１側の面との距離L1は、第２電極１７１と活性層１１の第２電極１７２側の面との距離L2よりも長くなるように設定されている。すなわち、第１電極３７１は第２電極１７２よりも活性層１１から遠い位置に配置されている。
　第３実施形態の２次元フォトニック結晶レーザ３０の動作を説明する。第１電極３７１と第２電極１７２の間に所定の電圧を印加することにより、両電極の間に電流が流れる。ここで、第１電極３７１が第２電極１７２よりも活性層１１から遠い位置に配置されていることから、活性層１１では第２電極１７２の形状に近い領域が電流注入領域及び発光領域となる。本実施形態では第１電極３７１の導電体材の一部が第２電極１７２の第１電極３７１への射影１７２１内に配置されていることにより、活性層１１の電流注入領域の中央付近の電流密度を大きくすることができる。その結果、発光領域の中央付近で発光強度が弱くなることを抑えることができ、２次元フォトニック結晶層１２で増幅されて得られるレーザビームの断面においても中央付近の光の強度が弱くなることを抑えることができる。
(4) 第４実施形態
　図１９に、第４実施形態の２次元フォトニック結晶レーザ４０の構成を示す。第４実施形態の２次元フォトニック結晶レーザ４０は、第１電極４７１及び第２電極４７２の構成が第１実施形態における第１電極１７１と異なる点を除いて、第１実施形態の２次元フォトニック結晶レーザ１０と同じ構成を有する。そのため、第１電極４７１及び第２電極４７２以外の構成要素は第１実施形態のものと同じ符号を付したうえで説明を省略する。第１電極４７１は、主領域４７１１が第１実施形態の主領域１７１１と同様の構成を有し、線状の副領域４７１２がその長さ及び幅を除いて、第１実施形態の副領域１７１２と同様に、主領域４７１１から第２電極４７２の外接円の射影（第２射影）４７２０よりも内側まで延びる構成を有する。なお、第１実施形態の第１電極１７１をそのまま第４実施形態の２次元フォトニック結晶レーザ４０に用いてもよい。以下では、第２電極４７２の構成を中心に説明する。
　図２０に、第１電極４７１及び第２電極４７２の構成を平面図で示す。第２電極４７２は、板状の導電体の一部を切除することにより形成された非導電部４７２２と、非導電部４７２２以外の導電部４７２１とを有する。非導電部４７２２は、第１電極４７１のうち第２射影４７２０に張り出している部分、すなわち副領域４７１２のうち第２射影４７２０よりも内側の部分の第２電極４７２への射影である第３射影に相当する領域に設けられている。なお、非導電部４７２２は、導電体の一部を切除する代わりに、板状の導電体のうち非導電部４７２２に対応する部分に絶縁体材を成膜することにより形成してもよい。
　２次元フォトニック結晶層１２で増幅されて出射するレーザビームは、第１電極４７１の開口４７５を通過する一方、副領域４７１２では遮蔽される。そこで本実施形態では、第２電極４７２のうち第３射影に相当する領域を非導電部４７２２とすることにより、活性層１１及び２次元フォトニック結晶層１２のうち副領域４７１２の射影に相当する部分に注入される電流を抑え、それにより、当該部分における発光を抑える。これにより、レーザビームのうち当該部分における発光により生じるものが副領域４７１２で遮蔽されて無駄になることを抑え、発光効率を高くすることができる。
　なお、第４実施形態では、非導電部４７２２の全体が第３射影の全体と同じ形状、大きさ、及び位置を有するが、少なくとも第３射影の一部に非導電部４７２２が形成されていれば、発光効率を高くすることができるという効果を奏する。また、第４実施形態では主領域４７１１と線状の副領域４７１２とを組み合わせた第１電極４７１を用いたが、その代わりに、第２射影が位置する開口と該開口の周囲の少なくとも一部が第２射影内に張り出している形状を有する第１電極を用いる場合にも、その張り出している部分の第２電極への射影の少なくとも一部を非導電部とすれば、第４実施形態と同様の効果を奏する。
(5) 変形例
　本発明は上記実施形態には限定されず、種々の変形が可能である。
　例えば、第１及び第２実施形態では第１電極１７１に複数本の副領域１７１２、第１副領域２７１２、第２副領域２７１３をそれぞれ等間隔（図３では9°間隔、図１０では36°間隔）で設けているが、それらを不等間隔で設けてもよい。また、幅、厚さ、材質が異なる複数本の副領域を用いてもよい。さらに、第１及び第２実施形態では第１電極１７１、２７１に複数本の副領域を設けたが、副領域を1本のみ設けてもよい。第３実施形態における第１電極３７１における導電体材や、第４実施形態における第１電極４７１も同様に、不等間隔で配置したり、1本のみ設けてもよい。
　また、上記実施形態では直線状の形状を有する副領域１７１２、第１副領域２７１２、第２副領域２７１３、副領域４７１２を用いたが、それ以外の形状の副領域を用いてもよい。例えば図２１Ａに示すように幅が位置によって異なる帯状の形状を有する副領域１７１２Ａを備える第１電極１７１Ａや、図２１Ｂに示すように曲線状を有する副領域１７１２Ｂを備える第１電極１７１Ｂを用いてもよい。あるいは、厚さや材質が位置によって異なる副領域を用いてもよい。さらには、三角形等の多角形や多角形の一部、円形や楕円形あるいはそれらの一部等、多様な形状の副領域を用いることができる。
　あるいは、図２１Ｃに示すように、主領域１７１１Ｃの第２の円１７１１２Ｃの周囲から該第２の円１７１１２Ｃ内に張り出した1本の第１副領域１７１２Ｃ１と、該第１副領域１７１２Ｃにそれぞれ接続され同心円状に複数配置された円環形の第２副領域１７１２Ｃ２を組み合わせた副領域１７１２Ｃを備える第１電極１７１Ｃを用いてもよい。この場合、第１副領域１７１２Ｃ１の本数は複数本でもよく、第２副領域１７１２Ｃ２の個数は1個のみでもよい。また、第２副領域１７１２Ｃ２は円環形のものには限定されず、四角形の枠状のもの等を用いてもよい。
　また、図２１Ｄに示すように、主領域１７１１Ｄが複数の電極に分割されている第１電極１７１Ｄを用いてもよい。図２１Ｄの例では、第１実施形態の第１電極１７１の主領域１７１１に、径方向に延びる切れ目１７１１３を円周方向に等間隔で入れることにより、第１電極を複数に分割したものである。なお、切れ目１７１１３は不等間隔で入れてもよい。主領域１７１１Ｄと切れ目１７１１３により形成されるドーナツ状の領域の内側のうち、副領域１７１２を除いた部分が開口（窓）１７５Ｄに該当する。
　あるいは、図２１Ｅに示すように、第１実施形態の第１電極１７１の主領域１７１１を、円周方向の切れ目１７１１４を入れることで径方向に2個に分割したうえで、それら2個の電極にそれぞれ径方向に延びる切れ目１７１１５を円周方向に等間隔で入れることにより複数に分割した第１電極１７１Ｅを用いてもよい。なお、前記2個の電極のうちのいずれか一方又は双方において、切れ目１７１１５は不等間隔で入れてもよい。この第１電極１７１Ｅは、径方向の内側に複数個分割されて配置された内側主領域１７１１Ｅ１と、内側主領域１７１１Ｅ１よりも径方向の外側に複数個分割されて配置された外側主領域１７１１Ｅ２とを有する。複数個分割された内側主領域１７１１Ｅ１からはそれぞれ円の中心に向かって（但し該中心までには到達しない）第１副領域１７１２Ｅ１が設けられていると共に、複数個分割された外側主領域１７１１Ｅ２からはそれぞれ円の中心に向かって（但し該中心までには到達しない）第２副領域１７１２Ｅ２が設けられている。第２副領域１７１２Ｅ２は、内側主領域１７１１Ｅ１に設けられた切れ目１７１１５を通過して、その先端が第２電極１７２の外接円の射影１７２１内まで延びている。内側主領域１７１１Ｅ１よりも内側の領域のうち、第１副領域１７１２Ｅ１及び第２副領域１７１２Ｅ２が設けられていない部分が開口（窓）１７５Ｅに該当する。
　その他、副領域１７１２Ｆが蜘蛛の巣状に形成された第１電極１７１Ｆ（図２１Ｆ）や、副領域１７１２Ｇが円の中心を起点として放射状に延びる第１電極１７１Ｇ（図２１Ｇ）等を用いてもよい。
　第２実施形態では第１副領域２７１２と第２副領域２７１３を交互に設けたが、第１副領域２７１２又は第２副領域２７１３を連続して複数個設けてもよい。また、第２実施形態では第１副領域２７１２は主領域２７１１と物理的に分離していない構成としたが、第１副領域２７１２も第２副領域２７１３と同様に主領域２７１１と物理的に分離し、主領域２７１１、第１副領域２７１２及び第２副領域２７１３に対して互いに独立して電圧印加の制御を行うようにしてもよい。さらには、第１電極を4つ以上の電極に分割して、各電極に対して互いに独立して電圧印加の制御を行うようにしてもよい。例えば、第２実施形態における複数本の第２副領域２７１３をそれぞれ独立の分割電極とみなして、主領域２７１１及び第１副領域２７１２と、それら複数本の第２副領域２７１３に対して互いに独立して電圧印加の制御を行うことができる。
　第１実施形態の一部では第２電極１７２の射影１７２１よりも外側の領域において第１電極１７１の導電体材と基板１６の間に絶縁膜１７１８を設けたが、その他の実施形態や変形例においてもこのような絶縁膜を用いてもよい。開口（窓）の部分には絶縁膜を設ける場合には、絶縁膜の材料である絶縁体材にはレーザビームに関して透明な材料を用いる。
　第２電極１７２も同様に、第２クラッド層１４２の下面のうち第２電極１７２を設けない部分に絶縁膜１７２８を形成したうえで、第２クラッド層１４２の下面及び絶縁膜１７２８の下面全体に導電体材を成膜することにより形成してもよい（図５参照）。成膜された導電体材はレーザビームを反射する反射部１７２７として機能させることができる。絶縁膜１７２８の材料である絶縁体材は、レーザビームに関して透明な材料と不透明な材料のいずれを用いてもよい。
　第１電極１７１側の絶縁膜１７１８及び／又は第２電極１７２側の絶縁膜１７２８の代わりに、以下の構成を用いてもよい。例えば、上記の例で絶縁膜１７１８及び／又は絶縁膜１７２８を設けた位置に、第１電極１７１及び／又は第２電極１７２とオーミック接触を形成しない、又はそれら電極との接触抵抗が高い部材を設けることができる。あるいは、あるいは、絶縁膜１７１８の代わりに、基板１６内又は第１クラッド層１４１内の厚さ方向の一部であって射影１７２１の外側に、それら基板１６又は第１クラッド層１４１を構成するn型半導体とは逆極性であるp型半導体から成る逆極性領域１７１８Ａを設けてもよい（図２２参照）。同様に、絶縁膜１７２８の代わりに、第２クラッド層１４２内の厚さ方向の一部であって射影１７２１の外側に、第２クラッド層１４２を構成するp型半導体とは逆極性であるn型半導体から成る逆極性領域１７２８Ａを設けてもよい（図２２参照）。これら逆極性領域１７１８Ａ及び逆極性領域１７２８Ａは、基板１６又は第１クラッド層１４１内を伝導する電子や第２クラッド層１４２内を伝導する正孔の伝導を妨げるため、絶縁膜と同様の役割を果たす。あるいは、逆極性領域１７１８Ａ及び／又は１７２８Ａを形成する代わりに、それらと同じ位置にイオン（例えば水素イオン）を注入することで絶縁化してもよい。なお、本段落で挙げた各種の手法は、第４実施形態において第２電極に非導電部を形成する際に用いてもよい。
　第１電極の主領域の開口の形状は、上記実施形態では円形としたが、それには限定されない。例えば正方形や正六角形の領域、あるいは不定形な形状としてもよい。
　第３実施形態では、第１電極３７１の一部が、第２電極１７２の第１電極３７１への射影１７２１内に配置されるように第１電極３７１を形成したが、例えば図２３に示すように第１電極３７１Ａの全体が射影１７２１内に配置されるようにしてもよい。
　第１電極や第２電極の外縁の形状は、上記実施形態における円形には限られず、正方形や正六角形、あるいは不定形な形状であってもよい。第２電極が円形以外の形状である場合には、第２電極の外接円の形状と第２電極自体の形状は一致しない（例えば図２４に示す正方形の第２電極１７２Ｓとその外接円１７２３Ｓを参照）が、少なくとも該外接円の第１電極への射影が第１電極の開口内に位置し、該開口の周囲の少なくとも一部が該射影内に張り出すようにする。また、この場合において、第２電極自体の第１電極への射影である第２射影が第１電極の開口内に位置し、該開口の周囲の少なくとも一部が該第２射影内に張り出すようにすることが好ましい。
　活性層における発光領域の形状及び大きさは第１電極や第２電極の外縁の形状及び大きさに依存するが、該発光領域の内接円の直径が1mm以上となるようにそれら第１電極及び第２電極の外縁の形状及び大きさを設定することが好ましい。本発明によれば、内接円の直径が1mm以上という広い発光領域に亘って電流密度分布を均一に近くすることができる。
　上記実施形態では1個の導電体から成る第２電極１７２を用いたが、複数の導電体に分割されている第２電極を用いてもよい。例えば、図２５Ａに示すように導電体が同心円状に複数個に分割された第２電極１７２Ａを用いてもよいし、分割された導電体が正方格子状（あるいはその他の格子状）に配置された第２電極１７２Ｂを用いてもよい。これらの例では分割された導電体同士が互いに電気的に独立しているため、個々の導電体から流す電流を制御することによって、活性層１１における電流密度分布を制御することができる。一方、図２５Ｃに示す第２電極１７２Ｃでは、同心円状に複数個に分割された導電体１７２Ｃ１と放射状に延びる導電体１７２Ｃ２が電気的に接続されている。この場合には個々の導電体から流す電流を制御することはできないが、導電体１７２Ｃ１及び１７２Ｃ２の配置の相違に依って、活性層１１における電流密度分布を調整することができる。
　上記実施形態では、主領域と副領域とを組み合わせた形状の第１電極を用いたが、第１電極はそのような形状には限定されない。例えば図２６に示すように、ドーナツ状の導電体材１７１１Ｈの内側の縁１７１１２Ｈを、第２電極１７２の射影（又は第２射影）１７２１の内側に位置するように設けた第１電極１７１Ｈを用いてもよい。この場合、縁１７１１２Ｈの内側の領域が開口（窓）１７５Ｈとなる。
　［態様］
　上述した例示的な実施形態が以下の態様の具体例であることは、当業者には明らかである。
　（第１項）本発明の一態様に係る２次元フォトニック結晶レーザは、
　活性層と、
　前記活性層の一方の面側に設けられた、板状の母材内に該母材とは屈折率が異なる異屈折率領域が周期的に２次元状に配置された２次元フォトニック結晶層と、
　前記活性層及び前記２次元フォトニック結晶層を積層方向に挟むように設けられた第１電極及び第２電極と、
を備え、
　前記第１電極が開口を有し、
　前記第２電極の外接円の前記第１電極への射影が前記開口内に位置し、
　前記第１電極の前記開口の周囲の少なくとも一部が前記射影内に張り出している
　ことを特徴とする。
　（第２項）第２項に係る２次元フォトニック結晶レーザは、第１項に係る２次元フォトニック結晶レーザにおいて、前記第１電極が、前記射影を囲繞する主領域と、該主領域から前記射影内に延びる線状の副領域とを備えることを特徴とする。
　（第３項）第３項に係る２次元フォトニック結晶レーザは、第１項に係る２次元フォトニック結晶レーザにおいて、前記第２電極の前記第１電極への射影である第２射影が前記開口内に位置し、該開口の周囲の少なくとも一部が前記第２射影内に張り出していることを特徴とする。
　（第４項）第４項に係る２次元フォトニック結晶レーザは、第３項に係る２次元フォトニック結晶レーザにおいて、前記第１電極のうち前記第２射影内に張り出している部分の前記第２電極への射影である第３射影の少なくとも一部において、該第２電極に非導電部が形成されていることを特徴とする。
　（第５項）第５項に係る２次元フォトニック結晶レーザは、第３項又は第４項に係る２次元フォトニック結晶レーザにおいて、前記第１電極が、前記第２射影を囲繞する主領域と、該主領域から前記第２射影内に延びる線状の副領域とを備えることを特徴とする。
　（第６項）第６項に係る２次元フォトニック結晶レーザは、第２項又は第５項に係る２次元フォトニック結晶レーザにおいて、長さ、幅、厚さ、材質のいずれか１つ又は２つ以上が異なる複数本の前記副領域を備えることを特徴とする。
　（第７項）第７項に係る２次元フォトニック結晶レーザは、第１項～第６項のいずれか１項に係る２次元フォトニック結晶レーザにおいて、前記第１電極が複数個の電極に物理的に分割されていることを特徴とする。
　（第８項）第８項に係る２次元フォトニック結晶レーザは、第１項～第７項のいずれか１項に係る２次元フォトニック結晶レーザにおいて、前記第１電極のうち前記射影の内側の部分の面積が、該射影の外側の面積に比べて大きいことを特徴とする。
　（第９項）第９項に係る２次元フォトニック結晶レーザは、第１項～第８項のいずれか１項に係る２次元フォトニック結晶レーザにおいて、前記異屈折率領域が、空孔又は前記母材とは屈折率が異なる部材を2個組み合わせたものであることを特徴とする。
　（第１０項）第１０項に係る２次元フォトニック結晶レーザは、
　活性層と、
　前記活性層の一方の面側に設けられた、板状の母材内に該母材とは屈折率が異なる異屈折率領域が周期的に２次元状に配置された２次元フォトニック結晶層と、
　前記活性層及び前記２次元フォトニック結晶層を積層方向に挟むように設けられた第１電極及び第２電極と、
を備え、
　前記第１電極が前記第２電極よりも前記活性層から遠い位置に配置されており、
　前記第１電極の少なくとも一部が、前記第２電極の外接円の前記第１電極への射影内に存在する
　ことを特徴とする。
　（第１１項）第１１項に係る２次元フォトニック結晶レーザは、第１項～第１０項のいずれか１項に係る２次元フォトニック結晶レーザにおいて、前記第１電極と前記第２電極の間に電圧を印加した際の前記活性層内の発光領域の外縁における電流密度を発光領域の中心における電流密度で除した値が0.2以上1.2以下であることを特徴とする。
　（第１２項）第１２項に係る２次元フォトニック結晶レーザは、第１１項に係る２次元フォトニック結晶レーザにおいて、前記発光領域の内接円の直径が1mm以上であることを特徴とする。
１０、２０、３０、４０、９０…２次元フォトニック結晶レーザ
１１、９１…活性層
１２、９２…２次元フォトニック結晶層
１２１…母材
１２２…異屈折率領域
１２２１…第１異屈折率領域
１２２２…第２異屈折率領域
１３…スペーサ層
１４１、９４１…第１クラッド層
１４２、９４２…第２クラッド層
１６、９６…基板
１７１、１７１Ａ、１７１Ｂ、１７１Ｃ、１７１Ｄ、１７１Ｅ、１７１Ｆ、１７１Ｇ、１７１Ｈ、２７１、３７１、３７１Ａ、４７１…第１電極
１７１１、１７１１Ｃ、１７１１Ｄ、２７１１、４７１１…主領域
１７１１Ｈ…第１電極の導電体材
１７１１１、２７１１１…第１の円（第１電極の外縁）
１７１１２、１７１１２Ｃ、２７１１２…第２の円
１７１１２Ｈ…導電体材の内側の縁
１７１１３…主領域の切れ目
１７１２、１７１２Ａ、１７１２Ｂ、１７１２Ｃ、１７１１Ｄ、２７１２、４７１２…副領域
１７１２Ｃ１…第１副領域
１７１２Ｃ２…第２副領域
１７１８、１７２８…絶縁膜
１７１８Ａ、１７２８Ａ…逆極性領域
１７２、１７２Ａ、１７２Ｂ、１７２Ｃ、１７２Ｓ、４７２…第２電極
１７２１…第２電極の第１電極への射影
１７２３Ｓ…第２電極の外接円
１７２７…反射部
１７２８…絶縁膜
１７５、１７５Ａ、１７５Ｄ、１７５Ｅ、１７５Ｈ、２７５、４７５、９７５…開口（窓）
１８、９８…電流
１８１、９８１…発光領域
２７３１…電極パッド
２７３２…溝（空気）
４７２０…第２射影
４７２１…第２電極の導電部
４７２２…第２電極の非導電部
９４２１…第２クラッド層の表面
９７１…窓状電極
９７２…電極
９７２１…電極９７２の射影

Claims (10)

  1. 　活性層と、
    　前記活性層の一方の面側に設けられた、板状の母材内に該母材とは屈折率が異なる異屈折率領域が周期的に２次元状に配置された２次元フォトニック結晶層と、
    　前記活性層及び前記２次元フォトニック結晶層を積層方向に挟むように設けられた第１電極及び第２電極と、
    を備え、
    　前記第１電極が開口を有し、
    　前記第２電極の外接円の前記第１電極への射影が前記開口内に位置し、
    　前記第１電極の前記開口の周囲の少なくとも一部が前記射影内に張り出している
    　ことを特徴とする２次元フォトニック結晶レーザ。
  2. 　前記第１電極が、前記射影を囲繞する主領域と、該主領域から前記射影内に延びる線状の副領域とを備え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レーザ。
  3. 　前記第２電極の前記第１電極への射影である第２射影が前記開口内に位置し、該開口の周囲の少なくとも一部が前記第２射影内に張り出し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レーザ。
  4. 　前記第１電極のうち前記第２射影内に張り出している部分の前記第２電極への射影である第３射影の少なくとも一部において、該第２電極に非導電部が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の２次元フォトニック結晶レーザ。
  5. 　前記第１電極が、前記第２射影を囲繞する主領域と、該主領域から前記第２射影内に延びる線状の副領域とを備えることを特徴とする請求項３に記載の２次元フォトニック結晶レーザ。
  6. 　長さ、幅、厚さ、材質のいずれか１つ又は２つ以上が異なる複数本の前記副領域を備えることを特徴とする請求項２又は５に記載の２次元フォトニック結晶レーザ。
  7. 　前記第１電極が複数個の電極に物理的に分割されてい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２次元フォトニック結晶レーザ。
  8. 　前記第１電極のうち前記射影の内側の部分の面積が、該射影の外側の面積に比べて大きいことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の２次元フォトニック結晶レーザ。
  9. 　前記異屈折率領域が、空孔又は前記母材とは屈折率が異なる部材を2個組み合わせたものであ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２次元フォトニック結晶レーザ。
  10. 　活性層と、
    　前記活性層の一方の面側に設けられた、板状の母材内に該母材とは屈折率が異なる異屈折率領域が周期的に２次元状に配置された２次元フォトニック結晶層と、
    　前記活性層及び前記２次元フォトニック結晶層を積層方向に挟むように設けられた第１電極及び第２電極と、
    を備え、
    　前記第１電極が前記第２電極よりも前記活性層から遠い位置に配置されており、
    　前記第１電極の少なくとも一部が、前記第２電極の外接円の前記第１電極への射影内に存在する
    　ことを特徴とする２次元フォトニック結晶レーザ。
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