TOP > 国内特許検索 > 二次元フォトニック結晶面発光レーザ

二次元フォトニック結晶面発光レーザ

国内特許コード P05A007045
整理番号 A112P21
掲載日 2005年4月25日
出願番号 特願2001-204315
公開番号 特開2003-023193
登録番号 特許第3561244号
出願日 平成13年7月5日(2001.7.5)
公開日 平成15年1月24日(2003.1.24)
登録日 平成16年6月4日(2004.6.4)
発明者
  • 野田 進
  • 横山 光
  • 波多野 卓史
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
  • コニカミノルタ株式会社
発明の名称 二次元フォトニック結晶面発光レーザ
発明の概要 【課題】 偏光方向が一定の光を出射することのできる二次元フォトニック結晶面発光レーザを提供する。
【解決手段】 キャリアの注入により発光する活性層4の近傍に、屈折率の異なる媒質が二次元の周期で配列された二次元フォトニック結晶10を配した二次元フォトニック結晶面発光レーザ1において、二次元フォトニック結晶10は、直交する方向に格子間隔aの等しい正方格子から成るとともに、一の媒質12を頂点とした正方形から成る基本格子E1が該基本格子E1の2つの対角線C1、C2のいずれかに対して非対称な屈折率の分布を有する。
従来技術、競合技術の概要



【従来の技術】

活性層の近傍に二次元フォトニック結晶を配し、二次元フォトニック結晶の共振により面発光する二次元フォトニック結晶面発光レーザは特開2000-332351号公報に開示されている。同公報の二次元フォトニック結晶面発光レーザは、基板上に下部クラッド層、活性層、上部クラッド層が積層されている。下部クラッド層中には活性層の近傍に二次元フォトニック結晶が内蔵されている。





二次元フォトニック結晶は、例えばn型InPの半導体層に空孔を形成して構成され、屈折率の異なる媒質が二次元の所定周期で配列された三角格子や正方格子から成っている。空孔内にはSiN等を充填してもよい。活性層は、例えばInGaAs/InGaAsP系の半導体材料を用いた多重量子井戸構造から成っており、キャリアの注入により発光する。





また、下部クラッド層は上記のように例えばn型InPの半導体から成り、上部クラッド層は例えばp型InPの半導体から成っている。下部クラッド層及び上部クラッド層により活性層を挟んでダブルへテロ接合を形成し、キャリアを閉じこめて発光に寄与するキャリアを活性層に集中させるようになっている。





上部クラッド層の上面及び基板の底面には金等から成る電極が形成されている。電極間に電圧を印加することにより活性層が発光し、活性層から漏れた光が二次元フォトニック結晶に入射する。二次元フォトニック結晶の格子間隔に波長が一致する光は二次元フォトニック結晶により共振して増幅される。これにより、二次元フォトニック結晶面発光レーザが面発光してコヒーレントな光を出射する。





例えば、図35に示すような正方格子から成る二次元フォトニック結晶について共振作用を説明する。二次元フォトニック結晶40は、第1媒質11内に空孔等の第2媒質12を直交する二方向に同じ周期で形成した正方格子から成っている。正方格子はΓ-X方向とΓ-M方向の代表的な方向を有している。Γ-X方向に隣接する第2媒質12の間隔(以下「格子間隔」という)をaとすると、第2媒質12を格子点とした一辺がaの正方形から成る格子(以下「基本格子」という)E1が形成されている。





基本格子E1の格子間隔aに波長λが一致する光LがΓ-X方向に進行すると、光Lは格子点で回折される。このうち、光の進行方向に対して0゜、±90゜、180゜の方向に回折された光のみがブラッグ条件を満たす。更に、0゜、±90゜、180゜の方向に回折された光の進行方向にも格子点が存在するため、回折光は再度進行方向に対して0゜、±90゜、180゜の方向に回折する。





光Lが1回または複数回の回折を繰り返すと回折光が元の格子点に戻るため共振作用が生じる。また、紙面に垂直な方向に回折された光もブラッグ条件を満たす。このため、共振によって増幅された光が上部クラッド層を介して出射され、面発光機能を有することになる。また、全ての格子点でこの現象が発生するため、面内全域でコヒーレントなレーザ発振が可能になっている。

産業上の利用分野



【発明の属する技術分野】

本発明は、二次元フォトニック結晶を有し、面発光が可能な二次元フォトニック結晶面発光レーザに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
キャリアの注入により発光する活性層の近傍に、屈折率の異なる媒質が二次元の周期で配列された二次元フォトニック結晶を配した二次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、
前記二次元フォトニック結晶は、一の媒質を直交する2方向に等間隔で周期的に配列した正方格子から成るとともに、一の媒質を頂点とし、同じ大きさの一の媒質の最小周期を一辺とした正方形から成る少なくとも一部の基本格子が、該基本格子の2つの対角線のいずれか一方に対して非対称な屈折率の分布を有することを特徴とする二次元フォトニック結晶面発光レーザ。

【請求項2】
キャリアの注入により発光する活性層の近傍に、屈折率の異なる媒質が二次元の周期で配列された二次元フォトニック結晶を配した二次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、
前記二次元フォトニック結晶のΓ点におけるすべてのモードの縮退をといたことを特徴とする二次元フォトニック結晶面発光レーザ。

【請求項3】
前記活性層の利得の極大値をとる周波数と前記二次元フォトニック結晶が共振する周波数とを一致させたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の二次元フォトニック結晶面発光レーザ。

【請求項4】
前記二次元フォトニック結晶は、所定の屈折率を有する第1媒質と、第1媒質と屈折率が異なるとともに第1媒質内の直交する第1、第2方向に等しい間隔で配置された等しい大きさの第2媒質とを有し、
第2媒質を頂点とした少なくとも一部の基本格子は、該基本格子の2つの対角線のいずれかに対して非対称に配される第3媒質を有することを特徴とする請求項1~請求項3のいずれかに記載の二次元フォトニック結晶面発光レーザ。

【請求項5】
基本格子の一辺の長さをaとした時に、基本格子の一辺から幅0.1aの範囲または一辺の垂直二等分線から幅0.1aの範囲に第3媒質を配置したことを特徴とする請求項4に記載の二次元フォトニック結晶面発光レーザ。

【請求項6】
基本格子の一辺の長さをaとし、一の第2媒質を原点に第1、第2方向をX軸、Y軸とした時に、X、Y座標が
(na/4,ma/4) (n=0,2,4、m=1,3)
または (na/4,ma/4) (n=1,3、m=0,2,4)
の点を中心とする半径0.1aの範囲に第3媒質を配置したことを特徴とする請求項4に記載の二次元フォトニック結晶面発光レーザ。

【請求項7】
第2媒質と第3媒質とが異なる大きさから成ることを特徴とする請求項4に記載の二次元フォトニック結晶面発光レーザ。

【請求項8】
第2媒質と第3媒質とは同じ材質から成ることを特徴とする請求項4~請求項7のいずれかに記載の二次元フォトニック結晶面発光レーザ。

【請求項9】
前記二次元フォトニック結晶は、所定の屈折率を有する第1媒質と、第1媒質と屈折率が異なるとともに第1媒質内の直交する第1、第2方向に等しい間隔で配置される第2媒質とを有し、
第2媒質を頂点とした少なくとも一部の基本格子は、該基本格子の2つの対角線のいずれかに対して第2媒質の平面形状を非対称にしたことを特徴とする請求項1~請求項3のいずれかに記載の二次元フォトニック結晶面発光レーザ。

【請求項10】
前記二次元フォトニック結晶は、平面形状が矩形の媒質を密接して配列され、少なくとも一の媒質に対して直交する2方向に隣接する2つの媒質の屈折率が異なることを特徴とする請求項1~請求項3のいずれかに記載の二次元フォトニック結晶面発光レーザ。

【請求項11】
前記二次元フォトニック結晶は、等しい周期を持つ2つの一次元回折格子を周期方向が直交するように接合して成ることを特徴とする請求項10に記載の二次元フォトニック結晶面発光レーザ。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

※ 画像をクリックすると拡大します。

10865_01SUM.gif
出願権利状態 登録
参考情報 (研究プロジェクト等) CREST 電子・光子等の機能制御 領域
ライセンスをご希望の方、特許の内容に興味を持たれた方は、問合せボタンを押してください。


PAGE TOP

close
close
close
close
close
close
close