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半導体レーザ コモンズ

国内特許コード P110005009
掲載日 2011年8月18日
出願番号 特願2008-075862
公開番号 特開2009-231578
登録番号 特許第5152721号
出願日 平成20年3月24日(2008.3.24)
公開日 平成21年10月8日(2009.10.8)
登録日 平成24年12月14日(2012.12.14)
発明者
  • 馬場 俊彦
  • 渡邊 秀輝
  • 横山 圭佑
出願人
  • 国立大学法人横浜国立大学
発明の名称 半導体レーザ コモンズ
発明の概要

【課題】二次元フォトニック結晶を用いた半導体レーザにおいて、単純で造りやすい構造によって、出射ビームのビーム形状を単峰性ビームとする。
【解決手段】二次元フォトニック結晶による半導体レーザにおいて、二次元フォトニック結晶を構成する格子を矩形領域に円孔を配列させて形成し、この格子形成において矩形領域の外周部分である端部の構成を異ならせることで、出射ビームのビーム形状を単峰性ビームとする。単に矩形領域の外周部分である端部にのみにおいて構成を異ならせることによって出射ビームのビーム形状を単峰性ビームとすることができ、また、格子配列は容易な円孔によって形成することができ、従来の構成のように作製が困難である三角形状や微小孔等の高い精度を要する加工を不要とすることができる。
【選択図】図1

従来技術、競合技術の概要


光ディスクやレーザディスプレイでは、高出力で所望の出射ビームをもつ半導体レーザが求められている。このような半導体レーザとしてフォトニック結晶レーザが提案されている(非特許文献1,2)。このフォトニック結晶レーザでは、円孔を配列させた二次元的な回折格子によって面内全域で光結合を起こさせ、回折条件によってレーザ光を上方へ取り出している。



フォトニック結晶の二次元格子での回折を利用するレーザは、格子構造として作製に容易さから円孔の配列が用いられている。



この二次元格子の回折による光放射では、その構造や格子の対称性から、放射光は素子の真上に放射されず、真上からわずかに傾いた角度で放射されることが原理的に知られている。これは、面内で共振する光が横方向でわずかな位相ずれを起こし、斜めに傾いた光に対して放射成分が生じるためである。その結果、出射ビームはリング状あるいは双峰性を示すことになる。



光ディスクやレーザディスプレイ等の応用分野では、高出力であると共に、出射ビームが単峰性であることが望まれる。そのため、ビーム形状がリング状あるいは双峰性を有する出射ビームは、応用上好ましくない。



このような課題に対して、格子点の構造を調整することによって、格子の対称性を意図的に乱し、真上へ単峰性ビームを形成する提案がなされている(非特許文献4~7)。ここでは、周期配列させる格子の形状を、例えば三角形状としたり、微小孔を追加することによって、単峰性ビームを形成することが提案されている。




【非特許文献1】Dai Ohnishi,Takayuki Okano,Masahiro Imada,Susumu Noda OPTICS EXPRES 19April2004/Vol.12, 1562-1568 Room temperature continuous wave operation of a surface-emitting two-dimensional photonic crystal diode laser

【非特許文献2】Hideki Matsubara, Susumu Yoshimoto, Hirohisa Saito, Yue Jianglin, Yoshinori Tanaka, Susumu Noda GaN Photonic-Crystal Surface-Emitting Laser at Blue-Violet Wavelengths SCIENCE Vol319 25 JANUARY 2008

【非特許文献3】秋季応用物理学会講演会 チャープフォトニック結晶を用いたレーザの低コヒーレンス化 横山圭祐 渡邊秀輝 馬場俊彦 7p-R-5 (2007)

【非特許文献4】Eiji Miyai,Kyosuke Sakai,Takayuki Okano,Watanabe Kunishi,Dai Ohnishi,Susumu Noda NATURE Vol441 June 2006 Lasers producing tailored beams

【非特許文献5】秋季応用物理学会講演会 二次元フォトニック結晶面発光レーザの格子点形状と面垂直光閉じ込め効果 黒板剛孝 宮井英次 酒井恭輔 大西大 國師渡 柏木淳一 野田進27p-ZB-7

【非特許文献6】秋季応用物理学会講演会 ダブルホール格子点による二次元フォトニック結晶レーザのバンド構造の制御 大塚晃嗣 宮井英次 酒井恭輔 黒板剛孝 國師渡 大西大 野田進 27p-ZB-12

【非特許文献7】秋季応用物理学会講演会 2次元フォトニック結晶レーザの大面積安定動作に向けた格子点形状の設計 大塚晃嗣 宮井英次 酒井恭輔 黒板剛孝 國師渡 大西大 野田進 27p-ZB-10

産業上の利用分野


本発明は、半導体レーザに関し、特にフォトニック結晶を用いてコヒーレンスを低減したレーザ光を発生する半導体レーザに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
活性層もしくは当該活性層の上方あるいは下方に形成した積層に形成された二次元フォトニック結晶を有する面発光半導体レーザにおいて、
前記二次元フォトニック結晶は、一様な周期構造を有する内面部と当該内面部の周囲を囲む4辺の端部とからなる矩形領域を有し、
前記矩形領域は、2組の互いに対向する2辺の端部において、内面部を挟んで対向する2辺の端部は互いに異なる構造を有し、互いに対向する2辺の端部は前記内面部に対して互いに非対称な構造であり、
前記非対称な構造は、フォトニック結晶の面内で共振する光の位相をずらし単峰性の出射ビームを形成することを特徴とする面発光半導体レーザ。

【請求項2】
前記二次元フォトニック結晶は、
媒質層と、当該媒質層と屈折率を異にし、前記媒質層内の面方向に配列される複数の媒質部とを備え、
前記構造を異にする端部は、前記媒質層の膜厚、前記媒質層の屈折率、前記媒質部の格子定数、前記媒質部の大きさの少なくとも何れか一つの構造パラメータが異なることを特徴とする請求項に記載の面発光半導体レーザ。

【請求項3】
前記媒質部は前記媒質層の膜厚方向に形成された孔から成り、
前記媒質部の格子定数は前記孔の配置間隔であり、前記媒質部の大きさは前記孔の径であることを特徴とする請求項に記載の面発光半導体レーザ。

【請求項4】
前記二次元フォトニック結晶は、
前記構造を異にする端部は、反射防止膜を備えることを特徴とする請求項1に記載の面発光半導体レーザ。

【請求項5】
前記二次元フォトニック結晶は、
媒質層と、当該媒質層と屈折率を異にし、前記媒質層内の面方向に配列される複数の媒質部とを備え、
前記構造を異にする端部は、前記媒質層の膜厚、前記媒質層の屈折率、前記媒質部の格子定数、前記媒質部の大きさの少なくとも何れか一つの構造パラメータが異なる端部、および反射防止膜を備える端部を備えことを特徴とする請求項1に記載の面発光半導体レーザ。

【請求項6】
前記反射防止膜は、二次元フォトニック結晶の端部の側面、二次元フォトニック結晶の端部の上下面の何れか一方の面、二次元フォトニック結晶の端部の上面および下面、二次元フォトニック結晶の端部の側面および上下面の何れか一方の面、二次元フォトニック結晶の端部の側面および上下面の内の何れか面に形成することを特徴とする請求項4又は5に記載の面発光半導体レーザ。

【請求項7】
前記反射防止膜は、フッ化マグネシウムを蒸着させた薄膜からなるARコートであることを特徴とする請求項4から6のいずれか一つに記載の面発光半導体レーザ。
産業区分
  • 固体素子
  • 光学装置
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2008075862thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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