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JP2009111167A - Surface-emitting semiconductor laser element - Google Patents

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JP2009111167A
JP2009111167A JP2007282039A JP2007282039A JP2009111167A JP 2009111167 A JP2009111167 A JP 2009111167A JP 2007282039 A JP2007282039 A JP 2007282039A JP 2007282039 A JP2007282039 A JP 2007282039A JP 2009111167 A JP2009111167 A JP 2009111167A
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JP
Japan
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photonic crystal
semiconductor laser
phase shift
diffraction grating
layer
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Pending
Application number
JP2007282039A
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Japanese (ja)
Inventor
Masahito Furukawa
将人 古川
Hideki Matsubara
秀樹 松原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface-emitting semiconductor laser element using a photonic crystal structure and capable of efficiently outputting a laser beam. <P>SOLUTION: The surface-emitting semiconductor laser element 10 comprises: a substrate 12; an active layer 16 provided on the main surface 12a of the substrate 12; a photonic crystal layer 20 optically coupled with the active layer 16; a beam output plane S for outputting a laser beam generated by the semiconductor laser element 10; and an electrode 28 provided on the beam output plane S. The photonic crystal layer 20 has a two-dimensional photonic crystal structure for partially diffracting the beam having the predetermined wavelength included in the beam generated by the active layer to the beam output plane side and confining the other part of the beam having the predetermined wavelength to the plane in approximately parallel with the main surface. The predetermined wavelength is the wavelength of the laser beam, the electrode has at least one edge part 28a, 28b, and phase shift parts 36x, 36y are formed under vicinity of the edge part of the photonic crystal layer. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、フォトニック結晶を利用した面発光型半導体レーザ素子に関するものである。   The present invention relates to a surface emitting semiconductor laser element using a photonic crystal.

従来、この分野の技術としては、特許文献1に記載されている面発光型半導体レーザ素子が知られている。上記文献に記載された面発光型半導体レーザ素子は、基板の主面上に、活性層と、活性層に光学的に結合されたフォトニック結晶層(フォトニックバンド層)と、基板の主面に直交する方向に位置しており面発光型半導体レーザ素子内で生成されたレーザ光を出力する光放出面とを含んで構成されている。この面発光型半導体レーザ素子が備えるフォトニック結晶層は、2次元の周期的屈折率変化からなる2次元フォトニック結晶構造を有している。そして、上記面発光型半導体レーザ素子では、フォトニック結晶構造における2次元的な光閉じこめ及び2次元的な光帰還作用を利用して面発光型半導レーザ素子における光共振器を実現しており、フォトニック結晶構造を構成している周期的屈折率変化によって生じる回折現象を利用して面発光動作を実現している。   Conventionally, as a technology in this field, a surface emitting semiconductor laser element described in Patent Document 1 is known. The surface emitting semiconductor laser element described in the above document includes an active layer, a photonic crystal layer (photonic band layer) optically coupled to the active layer, and a main surface of the substrate on the main surface of the substrate. And a light emission surface for outputting laser light generated in the surface emitting semiconductor laser element. The photonic crystal layer provided in the surface emitting semiconductor laser element has a two-dimensional photonic crystal structure composed of a two-dimensional periodic refractive index change. In the surface-emitting semiconductor laser device, an optical resonator in the surface-emitting semiconductor laser device is realized by utilizing the two-dimensional optical confinement and the two-dimensional optical feedback action in the photonic crystal structure. The surface emission operation is realized by utilizing the diffraction phenomenon caused by the periodic refractive index change constituting the photonic crystal structure.

上記文献に記載されているようなフォトニック結晶層を備えた面発光型半導体レーザ素子では、活性層で発生した光がフォトニック結晶層に到達すると、その到達した光のうちフォトニック結晶構造により波長及び位相条件が規定された光が活性層に達して誘導放出を促す。この誘導放出された光は、フォトニック結晶構造により規定される光の波長及び位相条件を満足する。この誘導放出された光は、再度フォトニック結晶層に到達する。このようにして、波長及び位相条件の揃った光が発生され増幅され、面発光型半導体レーザ素子内においてレーザ光が生成される。生成されたレーザ光が上記回折現象により光放出面側に出力されることで、面発光型半導体レーザ素子からレーザ光が出力される。なお、特許文献1では、波長を単一化することを目的としてフォトニック結晶層に位相シフト構造を導入することが例示されている。
特開2000−332351号公報
In the surface emitting semiconductor laser device having a photonic crystal layer as described in the above document, when the light generated in the active layer reaches the photonic crystal layer, the photonic crystal structure of the reached light Light with a defined wavelength and phase condition reaches the active layer and promotes stimulated emission. The stimulated emission light satisfies the light wavelength and phase conditions defined by the photonic crystal structure. This stimulated emission light reaches the photonic crystal layer again. In this way, light having a uniform wavelength and phase condition is generated and amplified, and laser light is generated in the surface emitting semiconductor laser element. The generated laser light is output to the light emitting surface side by the diffraction phenomenon, so that the laser light is output from the surface emitting semiconductor laser element. Patent Document 1 exemplifies introducing a phase shift structure into a photonic crystal layer for the purpose of unifying wavelengths.
JP 2000-332351 A

特許文献1に記載されているようなフォトニック結晶を利用した従来の面発光型半導体レーザ素子では、光共振器として機能するフォトニック結晶層内への光閉じ込めが強いことから、光放出面からのレーザ光の取り出し効率が低下する傾向にある。   In a conventional surface emitting semiconductor laser element using a photonic crystal as described in Patent Document 1, light confinement in a photonic crystal layer that functions as an optical resonator is strong. The laser beam extraction efficiency tends to decrease.

そこで、本発明は、フォトニック結晶構造を利用した面発光型半導体レーザ素子であって、レーザ光を効率的に出力可能な面発光型半導体レーザ素子を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a surface emitting semiconductor laser element using a photonic crystal structure and capable of efficiently outputting laser light.

本発明は、面発光型半導体レーザ素子であって、基板と、基板の主面上に設けられておりキャリアが注入されると光を発生する活性層と、基板の主面上に設けられており活性層と光学的に結合しているフォトニック結晶層と、主面に略直交する方向においてフォトニック結晶層からみて基板と反対側に位置しており、上記面発光型半導体レーザ素子で発生されるレーザ光を出力する光出力面と、光出力面上に設けられており、活性層にキャリアを与える電極と、を備え、フォトニック結晶層は、活性層で発生した光に含まれる所定波長の光の一部を光出力面側に回折せしめると共に、所定波長の光の他の部分を主面に略平行な面内に閉じ込める2次元フォトニック結晶構造を有しており、所定波長は、上記レーザ光の波長であり、電極は少なくとも1つの縁部を有しており、フォトニック結晶層には、縁部の直下近傍に位相シフト部が形成されていることを特徴とする面発光型半導体レーザ素子に係る。   The present invention relates to a surface emitting semiconductor laser element, which is provided on a main surface of a substrate, an active layer provided on the main surface of the substrate and generating light when carriers are injected, and The photonic crystal layer that is optically coupled to the active layer, and located on the opposite side of the substrate from the photonic crystal layer in a direction substantially perpendicular to the main surface, is generated in the surface emitting semiconductor laser element described above A photonic crystal layer is provided on the light output surface, and is provided on the light output surface. The electrode provides carriers to the active layer. It has a two-dimensional photonic crystal structure that diffracts a part of the light of the wavelength to the light output surface side and confines another part of the light of the predetermined wavelength in a plane substantially parallel to the main surface. The wavelength of the laser beam, and the electrodes are few Both have one edge, the photonic crystal layer, according to the surface-emitting type semiconductor laser element, wherein a phase shift portion is formed in the vicinity just below the edge.

上記本発明に係る面発光型半導体レーザ素子では、活性層で発生した光がフォトニック結晶層に到達すると、フォトニック結晶構造により、上記所定波長の光の一部は光出力面側に回折されることによって、面発光動作が実現されている。また、活性層からフォトニック結晶層に到達した上記所定波長の光のうちの他の部分において位相条件を満たす光がフォトニック結晶層内に閉じ込められる。フォトニック結晶層は活性層と光学的に結合していることから、フォトニック結晶層内に閉じ込められた光により活性層で誘導放出が促される。誘導放出された光は、フォトニック結晶構造により規定される所定波長の光において位相条件を満足しており、再度フォトニック結晶層内に到達する。このようにして波長及び位相条件の揃った光が発生され増幅されるため、レーザ光が生成される。そして、前述したようにフォトニック結晶層における光出力面側への回折により面発光動作が可能となっているので、面発光型半導体レーザ素子内で生成されたレーザ光は光出力面から出力されることになる。   In the surface emitting semiconductor laser device according to the present invention, when the light generated in the active layer reaches the photonic crystal layer, a part of the light having the predetermined wavelength is diffracted to the light output surface side by the photonic crystal structure. Thus, the surface emission operation is realized. In addition, light satisfying the phase condition is confined in the photonic crystal layer in the other part of the light having the predetermined wavelength that has reached the photonic crystal layer from the active layer. Since the photonic crystal layer is optically coupled to the active layer, stimulated emission is promoted in the active layer by light confined in the photonic crystal layer. The stimulated emission satisfies the phase condition in the light having a predetermined wavelength defined by the photonic crystal structure, and reaches the photonic crystal layer again. In this way, light having a uniform wavelength and phase condition is generated and amplified, so that laser light is generated. As described above, the surface emitting operation is enabled by the diffraction to the light output surface side in the photonic crystal layer, so that the laser light generated in the surface emitting semiconductor laser element is output from the light output surface. Will be.

上記構成の面発光型半導体レーザ素子では、フォトニック結晶層に位相シフト部が上記位置に導入されていることから、光出力面において電極と重なっていない領域にフォトニック結晶層からの光が到達し易い。その結果、面発光型半導体レーザ素子内で生成されたレーザ光が電極により遮られにくく、面発光型半導体レーザ素子から効率的に光を出力することが可能である。   In the surface emitting semiconductor laser device having the above configuration, since the phase shift portion is introduced at the above position in the photonic crystal layer, light from the photonic crystal layer reaches a region that does not overlap the electrode on the light output surface. Easy to do. As a result, the laser light generated in the surface emitting semiconductor laser element is not easily blocked by the electrode, and light can be efficiently output from the surface emitting semiconductor laser element.

また、本発明における面発光型半導体レーザ素子では、フォトニック結晶構造が有する複数の格子点は2以上の回折格子群を構成しており、各回折格子群はそれぞれ異なる方向に延びており、回折格子群の各々を構成する格子点は、各回折格子群同士において各回折格子群が延びる方向に沿って同一の配列関係で配列されており、各回折格子群は縁部の直下近傍に位相シフト部を有することが好ましい。   In the surface-emitting type semiconductor laser device according to the present invention, the plurality of lattice points of the photonic crystal structure constitute two or more diffraction grating groups, and each diffraction grating group extends in a different direction. The grating points constituting each of the grating groups are arranged in the same arrangement relation along the extending direction of each diffraction grating group among the diffraction grating groups, and each diffraction grating group is phase-shifted in the vicinity immediately below the edge. It is preferable to have a part.

この構成では、フォトニック結晶構造は、異なる方向に延びる2以上の上記回折格子群からなる2次元回折格子であって、電極の縁部直下近傍に位相シフト部が導入された2次元回折格子とみなすことができる。各回折格子群において、電極の縁部直下近傍の隣接する格子点の間隔を、各回折格子群が有する周期からシフトさせることにより形成することができる。   In this configuration, the photonic crystal structure is a two-dimensional diffraction grating composed of two or more diffraction grating groups extending in different directions, and a two-dimensional diffraction grating in which a phase shift portion is introduced in the vicinity immediately below the edge of the electrode. Can be considered. In each diffraction grating group, it can be formed by shifting the interval between adjacent grating points near the edge of the electrode from the period of each diffraction grating group.

また、本発明における面発光型半導体レーザ素子では、フォトニック結晶構造が有する複数の格子点は、互いに直交する第1及び第2の方向にそれぞれ延びる第1の回折格子群及び第2の回折格子群を構成しており、第1及び第2の回折格子群の各々を構成する格子点は、第1及び第2の回折格子群において第1及び第2の方向に沿って同一の配列関係で配列されており、電極の平面視形状が略四角形状であって、電極は互いに対向する一対の第1の縁部及び互いに対向する一対の第2の縁部を有し、第1及び第2の縁部はそれぞれ第1及び第2の方向に延びており、第1及び第2の回折格子群は、一対の第1の縁部及び一対の第2の縁部のそれぞれ直下近傍に位相シフト部を有することが好ましい。   In the surface-emitting type semiconductor laser device according to the present invention, the plurality of lattice points of the photonic crystal structure are the first diffraction grating group and the second diffraction grating extending in the first and second directions orthogonal to each other. The grating points constituting each of the first and second diffraction grating groups have the same arrangement relationship along the first and second directions in the first and second diffraction grating groups. The electrodes have a substantially square shape in plan view, and the electrodes have a pair of first edges facing each other and a pair of second edges facing each other, and the first and second , And the first and second diffraction grating groups are phase-shifted in the vicinity immediately below the pair of first edges and the pair of second edges, respectively. It is preferable to have a part.

この構成では、フォトニック結晶構造は、第1及び第2の縁部直下近傍に位相シフト部が形成された第1及び第2の回折格子群からなる2次元回折格子とみなすことができる。この場合も、第1及び第2の回折格子群において、電極の縁部直下近傍の隣接する格子点の間隔を、第1及び第2の回折格子群が有する周期からシフトさせることにより形成することができる。   In this configuration, the photonic crystal structure can be regarded as a two-dimensional diffraction grating composed of first and second diffraction grating groups in which phase shift portions are formed in the vicinity immediately below the first and second edges. Also in this case, the first and second diffraction grating groups are formed by shifting the interval between adjacent grating points near the edge of the electrode from the period of the first and second diffraction grating groups. Can do.

上記のように電極が、第1及び第2の方向に延びる一対の第1の縁部及び一対の第2の縁部を有する場合には、一対の第1の縁部及び一対の第2の縁部に対応した各位相シフト部は、第1及び第2の方向に延びているとすることができる。   When the electrode has a pair of first edges and a pair of second edges extending in the first and second directions as described above, the pair of first edges and the pair of second edges Each phase shift portion corresponding to the edge portion may be extended in the first and second directions.

本発明によれば、フォトニック結晶を利用した面発光型半導体レーザ素子であって、光出力面から効率的に光を出力可能な面発光型半導体レーザ素子を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a surface emitting semiconductor laser element using a photonic crystal and capable of efficiently outputting light from a light output surface.

以下、図面を利用して、本発明に係る面発光型半導体レーザ素子の実施形態について説明する。なお、以下の説明においては、同一の要素には同一の符号を用いることとし、重複する説明は省略する。また、図面の寸法比率等は、必ずしも説明のものとは一致していない。   Hereinafter, embodiments of a surface emitting semiconductor laser device according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals are used for the same elements, and duplicate descriptions are omitted. Further, the dimensional ratios and the like in the drawings do not necessarily match those described.

図1は、本発明に係る面発光型半導体レーザ素子(以下、単に「半導体レーザ素子」と称す)の一実施形態の斜視図である。図1では、説明のために、面発光型半導体レーザ素子10の一部を切り欠いている。図2は、図1のII―II線に沿った断面図である。   FIG. 1 is a perspective view of an embodiment of a surface emitting semiconductor laser device (hereinafter simply referred to as “semiconductor laser device”) according to the present invention. In FIG. 1, a part of the surface emitting semiconductor laser element 10 is notched for the sake of explanation. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.

図1及び図2に示す半導体レーザ素子10は、2次元フォトニック結晶構造を利用した面発光型のフォトニック結晶レーザ素子である。   A semiconductor laser element 10 shown in FIGS. 1 and 2 is a surface-emitting photonic crystal laser element using a two-dimensional photonic crystal structure.

半導体レーザ素子10は、第1導電型(本実施形態では一例としてn型)の半導体基板といった基板12を有する。基板12の材料としてはGaNが例示される。基板12の主面12a上には、第1導電型のクラッド層14、活性層16、バッファ層18、フォトニック結晶層20、ガイド層22、第2導電型(本実施形態では一例としてp型)のクラッド層24及びコンタクト層26がこの順に積層されている。以下の説明では、図1及び図2に示すように、基板12の主面12aに直交する方向をz軸方向と称し、z軸方向に略直交する2つの方向をそれぞれx軸方向(第1の方向)及びy軸方向(第2の方向)と称す。   The semiconductor laser element 10 has a substrate 12 such as a semiconductor substrate of a first conductivity type (in this embodiment, n-type as an example). An example of the material of the substrate 12 is GaN. On the main surface 12 a of the substrate 12, a first conductivity type cladding layer 14, an active layer 16, a buffer layer 18, a photonic crystal layer 20, a guide layer 22, a second conductivity type (in this embodiment, p-type as an example) The cladding layer 24 and the contact layer 26 are stacked in this order. In the following description, as shown in FIGS. 1 and 2, the direction orthogonal to the main surface 12a of the substrate 12 is referred to as the z-axis direction, and the two directions substantially orthogonal to the z-axis direction are respectively the x-axis direction (first axis). Direction) and y-axis direction (second direction).

半導体レーザ素子10では、活性層16にキャリヤが与えられると活性層16において発生した光を基に活性層16及びフォトニック結晶層20の作用によりレーザ光が生成され、そのレーザ光がコンタクト層26の表面26aから出力される。このように、半導体レーザ素子10では、コンタクト層26の表面26aがレーザ光の光出力面Sとして機能する。   In the semiconductor laser device 10, when carriers are given to the active layer 16, laser light is generated by the action of the active layer 16 and the photonic crystal layer 20 based on the light generated in the active layer 16, and the laser light is converted into the contact layer 26. Is output from the surface 26a. Thus, in the semiconductor laser element 10, the surface 26a of the contact layer 26 functions as the light output surface S of the laser light.

コンタクト層26の表面26aには、活性層16にキャリアを与えるために、平面視において光出力面Sより小さい正方形状の電極28が設けられている。電極28の平面視形状としては、正方形状に限定されず、例えば、円形状、他の四角形状(例えば長方形状)、六角形状が挙げられる。電極28が有する互いに対向する一対の縁部(第2の縁部)28a,28aはy軸方向に延びており、電極28が有する互いに対向する一対の縁部(第1の縁部)28b,28bはx軸方向に延びている。また、基板12の主面12aと対向する面である裏面12b上には、裏面12bのほぼ全面に電極30が設けられている。電極28,30の材料としては、例えば金が挙げられる。   On the surface 26a of the contact layer 26, a square electrode 28 smaller than the light output surface S in plan view is provided in order to supply carriers to the active layer 16. The planar view shape of the electrode 28 is not limited to a square shape, and examples thereof include a circular shape, another quadrangular shape (for example, a rectangular shape), and a hexagonal shape. A pair of opposite edges (second edge) 28a, 28a of the electrode 28 extend in the y-axis direction, and a pair of opposite edges (first edge) 28b of the electrode 28, 28b extends in the x-axis direction. An electrode 30 is provided on almost the entire back surface 12b on the back surface 12b, which is the surface facing the main surface 12a of the substrate 12. An example of the material of the electrodes 28 and 30 is gold.

クラッド層14,24は、クラッド層14,24間に挟まれた領域内のフォトン密度、より具体的には、活性層16及びフォトニック結晶層20のフォトン密度を高めてレーザ光を効率的に生成するためのものである。クラッド層14,24は、活性層16の屈折率より低い屈折率を有する半導体から構成される。バッファ層18及びガイド層22は、クラッド層14,24で挟まれた領域内のフォトン密度を高めるために、クラッド層14,24間の距離を適切に調整するためのスペーサ層として機能する。また、バッファ層18は、後述するように、例えば、フォトニック結晶層20をエッチングを利用して形成する際のエッチング停止層としても用いることが可能である。   The clad layers 14 and 24 increase the photon density in the region sandwiched between the clad layers 14 and 24, more specifically, the photon density of the active layer 16 and the photonic crystal layer 20 to increase the efficiency of laser light. It is for generating. The clad layers 14 and 24 are made of a semiconductor having a refractive index lower than that of the active layer 16. The buffer layer 18 and the guide layer 22 function as a spacer layer for appropriately adjusting the distance between the cladding layers 14 and 24 in order to increase the photon density in the region sandwiched between the cladding layers 14 and 24. Further, as will be described later, for example, the buffer layer 18 can be used as an etching stop layer when the photonic crystal layer 20 is formed by etching.

また、活性層16はキャリヤが注入されることで光を発する。活性層16において電極28直下の領域に主にキャリヤが注入されるため、活性層16における電極28直下の領域が利得領域として機能する。活性層16は、例えば、InGaN系多重量子井戸(MQW)構造を含むものが挙げられる。活性層16は、他の半導体材料からなる多重量子井戸構造から構成することもできる。また、活性層16を、多重量子井戸構造の代わりに、単一量子井戸構造から構成することも可能である。更に、活性層16を単一の半導体材料から構成してもよい。   The active layer 16 emits light when carriers are injected. Since carriers are mainly injected into the region immediately below the electrode 28 in the active layer 16, the region immediately below the electrode 28 in the active layer 16 functions as a gain region. Examples of the active layer 16 include those including an InGaN-based multiple quantum well (MQW) structure. The active layer 16 can also be composed of a multiple quantum well structure made of another semiconductor material. Moreover, the active layer 16 can also be comprised from a single quantum well structure instead of a multiple quantum well structure. Furthermore, the active layer 16 may be composed of a single semiconductor material.

フォトニック結晶層20は、活性層16上にバッファ層18を挟んで設けられており、活性層16と光学的に結合されている。フォトニック結晶層20は、半導体レーザ素子10で発生させるべきレーザ光の波長(以下、レーザ波長と称す)を規定する2次元フォトニック結晶構造を有する層である。フォトニック結晶層20は、半導体層32に、半導体層32の屈折率と異なる屈折率(一例として、より低い屈折率)を有する複数の柱状部34が、x軸方向及びy軸方向に同一の配列関係で配列されて構成されている。各柱状部34がフォトニック結晶構造における各格子点であり、柱状部34の空間的な配置関係と、半導体層32及び柱状部34の間の屈折率差とによりフォトニックバンドが形成されている。半導体層32の材料としてはGaNが例示され、柱状部34の材料としてはSiOが例示される。なお、柱状部34は例えば孔部とすることもできる。柱状部34の平面視形状は、図1に示すように円形が例示されるが、三角形や四角形等の多角形状でもよい。フォトニック結晶層20が有するフォトニック結晶構造には、電極28が有する一対の縁部28a,28a及び一対の縁部28b,28bの直下近傍に位相シフト部36x及び位相シフト部36yが導入されている。 The photonic crystal layer 20 is provided on the active layer 16 with the buffer layer 18 interposed therebetween, and is optically coupled to the active layer 16. The photonic crystal layer 20 is a layer having a two-dimensional photonic crystal structure that defines the wavelength of laser light to be generated by the semiconductor laser element 10 (hereinafter referred to as laser wavelength). In the photonic crystal layer 20, a plurality of columnar portions 34 having a refractive index different from the refractive index of the semiconductor layer 32 (for example, a lower refractive index) are the same in the x-axis direction and the y-axis direction. They are arranged in an array relationship. Each columnar part 34 is each lattice point in the photonic crystal structure, and a photonic band is formed by the spatial arrangement relationship of the columnar part 34 and the difference in refractive index between the semiconductor layer 32 and the columnar part 34. . An example of the material of the semiconductor layer 32 is GaN, and an example of the material of the columnar portion 34 is SiO 2 . In addition, the columnar part 34 can also be made into a hole, for example. As shown in FIG. 1, the shape of the columnar portion 34 in plan view is exemplified by a circle, but may be a polygon such as a triangle or a quadrangle. In the photonic crystal structure of the photonic crystal layer 20, a phase shift unit 36x and a phase shift unit 36y are introduced in the vicinity of a pair of edge portions 28a, 28a and a pair of edge portions 28b, 28b of the electrode 28. Yes.

図3は、正方格子構造を有するフォトニック結晶層における格子点の配置関係を示す模式図である。なお、位相シフト部36x,36yと電極28との位置関係を説明するために、図3中には、電極28の位置を実線を用いて便宜的に示している。   FIG. 3 is a schematic diagram showing the arrangement relationship of lattice points in a photonic crystal layer having a square lattice structure. In order to explain the positional relationship between the phase shifters 36x and 36y and the electrode 28, the position of the electrode 28 is shown for convenience in FIG. 3 using a solid line.

図3に示すように、位相シフト部36x,36yが導入されたフォトニック結晶構造は、x軸方向(第1の方向)に延びている回折格子群であってx軸方向において2つの位相シフト部36xを有する回折格子群(第1の回折格子群)Lxと、x軸と直交するy軸方向(第2の方向)に延びている回折格子群であってy軸方向に2つの位相シフト部36yを有する回折格子群(第2の回折格子群)Lyとからなる2次元回折格子とみなすことができる。回折格子群Lxは、x軸方向に延びておりy軸方向に複数平行配置された周期d1の一次元回折格子lxから構成され、回折格子群Lyは、y軸方向に延びておりx軸方向に複数平行配置され、回折格子群Lxの回折格子lxと同じ周期d1の一次回折格子lyから構成される。各一次元回折格子lx,lyの周期d1は、レーザ波長を規定する。また、フォトニック結晶を構成する複数の柱状部34からなる2次元回折格子によって光の位相が規定され、この複数の2次元回折格子によって回折された光のそれぞれの位相が位相整合し、定在波が存在できる程度に、この各一次元回折格子lx,lyの周期d1はレーザ波長に対して同一の周期を有する。そして、各一次元回折格子lx,lyには、電極28が有する一対の縁部28a,28a及び一対の縁部28b,28bの直下近傍に位相シフト部36x,36yを構成する位相シフト構造が導入されている。   As shown in FIG. 3, the photonic crystal structure in which the phase shift portions 36x and 36y are introduced is a diffraction grating group extending in the x-axis direction (first direction) and includes two phase shifts in the x-axis direction. A diffraction grating group (first diffraction grating group) Lx having a portion 36x and a diffraction grating group extending in the y-axis direction (second direction) orthogonal to the x-axis, and having two phase shifts in the y-axis direction It can be regarded as a two-dimensional diffraction grating composed of a diffraction grating group (second diffraction grating group) Ly having a portion 36y. The diffraction grating group Lx includes a one-dimensional diffraction grating lx having a period d1 extending in the x-axis direction and arranged in parallel in the y-axis direction. The diffraction grating group Ly extends in the y-axis direction and is in the x-axis direction. A plurality of primary diffraction gratings ly having the same period d1 as the diffraction gratings lx of the diffraction grating group Lx. The period d1 of each one-dimensional diffraction grating lx, ly defines the laser wavelength. Further, the phase of light is defined by a two-dimensional diffraction grating composed of a plurality of columnar portions 34 constituting the photonic crystal, and the phases of the light diffracted by the plurality of two-dimensional diffraction gratings are phase-matched and To the extent that waves can exist, the period d1 of each one-dimensional diffraction grating lx, ly has the same period with respect to the laser wavelength. Each of the one-dimensional diffraction gratings lx and ly is provided with a phase shift structure that constitutes the phase shift portions 36x and 36y in the vicinity immediately below the pair of edge portions 28a and 28a and the pair of edge portions 28b and 28b of the electrode 28. Has been.

位相シフト部36x,36yは、図3に示しているように、電極28の縁部28a,28b直下近傍のx軸方向及びy軸方向において隣接する柱状部34間の距離である格子間隔d2を周期d1から所定量だけシフトさせることによって形成することができる。このように位相シフト部36x,36yを形成している場合には、格子間隔d2と周期d1との差により位相シフト量が規定される。例えば、格子間隔d2がd1/2であるとき、位相シフト量はπである。格子間隔d2を周期d1からシフトさせることによって位相シフト部36x,36yを形成している場合、フォトニック結晶構造は、x軸方向に延びる周期d1の複数の一次元回折格子からなる回折格子群と、y軸方向に延びる周期d1の複数の一次元回折格子からなる回折格子群とにより構成される複数の2次元回折格子が位相シフト部36x,36yの導入位置においてx軸方向及びy軸方向に間隔d2で配置されたものとみなすこともできる。   As shown in FIG. 3, the phase shift portions 36x and 36y have a lattice interval d2 that is a distance between the columnar portions 34 adjacent to each other in the x-axis direction and the y-axis direction near the edges 28a and 28b of the electrode 28. It can be formed by shifting from the period d1 by a predetermined amount. Thus, when the phase shift parts 36x and 36y are formed, the phase shift amount is defined by the difference between the grating interval d2 and the period d1. For example, when the grating interval d2 is d1 / 2, the phase shift amount is π. When the phase shift portions 36x and 36y are formed by shifting the grating interval d2 from the period d1, the photonic crystal structure includes a diffraction grating group including a plurality of one-dimensional diffraction gratings having a period d1 extending in the x-axis direction. A plurality of two-dimensional diffraction gratings composed of a plurality of one-dimensional diffraction gratings having a period d1 extending in the y-axis direction are arranged in the x-axis direction and the y-axis direction at the introduction positions of the phase shift portions 36x and 36y. It can also be considered that they are arranged at an interval d2.

ここでは、位相シフト部36x,36yを、格子間隔をシフトさせることにより形成した場合を例示したが、位相シフト部36x,36yは、縁部28a,28b直下近傍の格子点としての柱状部34の屈折率や平面視形状等の条件を他の領域の柱状部34の条件からシフトさせることによって形成してもよい。また、縁部28a,28b直下近傍に格子欠陥を形成することにより形成することもできる。   Here, the case where the phase shift portions 36x and 36y are formed by shifting the lattice interval is illustrated, but the phase shift portions 36x and 36y are formed by the columnar portions 34 as lattice points immediately below the edges 28a and 28b. You may form by shifting conditions, such as a refractive index and planar view shape, from the conditions of the columnar part 34 of another area | region. It can also be formed by forming a lattice defect in the vicinity immediately below the edge portions 28a, 28b.

図1に示した半導体レーザ素子10は、例えば、次のようにして製造される。先ず、基板12上にクラッド層14、活性層16及びバッファ層18を形成した後、バッファ層18の表面上に柱状部34を構成する材料からなる柱状部形成層を形成する。そして、柱状部形成層に対して例えばフォトリソグラフィ法及びエッチング法を適用して複数の柱状部34を形成した後、それらの柱状部34を、半導体層34となるべき柱状部34と異なる屈折率を有する半導体で埋め込み、フォトニック結晶層20を形成する。次いで、フォトニック結晶層20上に、ガイド層22、クラッド層24及びコンタクト層26をそれぞれ形成する。その後、コンタクト層26上に、電極28を形成すると共に、基板12の裏面上に電極30を形成することで半導体レーザ素子10を製造できる。   The semiconductor laser element 10 shown in FIG. 1 is manufactured as follows, for example. First, the clad layer 14, the active layer 16 and the buffer layer 18 are formed on the substrate 12, and then a columnar portion forming layer made of a material constituting the columnar portion 34 is formed on the surface of the buffer layer 18. Then, after forming a plurality of columnar portions 34 by applying, for example, a photolithography method and an etching method to the columnar portion forming layer, the columnar portions 34 are different in refractive index from the columnar portions 34 to be the semiconductor layers 34. The photonic crystal layer 20 is formed by embedding with a semiconductor including Next, the guide layer 22, the cladding layer 24, and the contact layer 26 are formed on the photonic crystal layer 20. Thereafter, the electrode 28 is formed on the contact layer 26 and the electrode 30 is formed on the back surface of the substrate 12, whereby the semiconductor laser device 10 can be manufactured.

図1に示した半導体レーザ素子10における基板12、クラッド層14,24、活性層16、バッファ層18、ガイド層22、コンタクト層26の材料及び厚さ(z軸方向の長さ)の一例は表1のとおりである。

Figure 2009111167
Examples of materials and thicknesses (length in the z-axis direction) of the substrate 12, the cladding layers 14 and 24, the active layer 16, the buffer layer 18, the guide layer 22, and the contact layer 26 in the semiconductor laser device 10 shown in FIG. It is as Table 1.
Figure 2009111167

上記構成の半導体レーザ素子10において、電極28による信号印加によって活性層16にキャリアを与えると、活性層16内で光が発生し、活性層16内で発生した光は、活性層16に光学的に結合したフォトニック結晶層20に到達する。   In the semiconductor laser device 10 having the above configuration, when carriers are applied to the active layer 16 by applying a signal from the electrode 28, light is generated in the active layer 16, and the light generated in the active layer 16 is optically applied to the active layer 16. To the photonic crystal layer 20 bonded to.

フォトニック結晶層20は、2次の2次元回折格子として機能するフォトニック結晶構造を有することから、フォトニック結晶層20に到達したレーザ波長を有する光の多くは、フォトニック結晶構造によりフォトニック結晶層20内に閉じ込められる。より詳細に説明すると、複数の柱状部34による回折を繰り返して所定の閉じた経路を伝搬し、当該閉じた経路内において位相条件を満たす場合に、フォトニック結晶層20内に2次元定在波が形成され、フォトニック結晶層20内に閉じ込められる。この場合、フォトニック結晶層20は、半導体レーザ素子10における光共振器として機能していることになる。そして、フォトニック結晶層20内に閉じ込められた光が活性層16と相互作用して誘導放出を引き起こすことで、レーザ発振が生じる。また、フォトニック結晶構造は、2次の回折格子でもあることから、レーザ波長を有する光の一部は、回折現象によりz軸方向にも回折される。そのため、半導体レーザ素子10において面発光動作が可能となっている。   Since the photonic crystal layer 20 has a photonic crystal structure that functions as a second-order two-dimensional diffraction grating, most of the light having a laser wavelength that reaches the photonic crystal layer 20 is photonic due to the photonic crystal structure. It is confined in the crystal layer 20. More specifically, when two-dimensional standing waves are propagated in the photonic crystal layer 20 when the diffraction by the plurality of columnar portions 34 is repeated to propagate through a predetermined closed path and the phase condition is satisfied in the closed path. Is formed and confined in the photonic crystal layer 20. In this case, the photonic crystal layer 20 functions as an optical resonator in the semiconductor laser element 10. The light confined in the photonic crystal layer 20 interacts with the active layer 16 to cause stimulated emission, thereby causing laser oscillation. Further, since the photonic crystal structure is also a secondary diffraction grating, a part of the light having a laser wavelength is also diffracted in the z-axis direction by a diffraction phenomenon. Therefore, the surface emitting operation can be performed in the semiconductor laser element 10.

そして、レーザ発振により光強度が増加したレーザ波長を有する光が、回折現象により光出力面S側に伝搬して光出力面Sから出力されることで、レーザ光が半導体レーザ素子10から出力される。即ち、フォトニック結晶層20を含む半導体レーザ素子10は、フォトニック結晶構造における2次回折を利用した分布帰還型の面発光型半導体レーザ素子において、フォトニック結晶層20における回折現象を利用して面発光動作を実現している半導体レーザ素子に対応する。   Then, light having a laser wavelength whose light intensity is increased by laser oscillation propagates to the light output surface S side by the diffraction phenomenon and is output from the light output surface S, so that the laser light is output from the semiconductor laser element 10. The That is, the semiconductor laser device 10 including the photonic crystal layer 20 is a distributed feedback surface emitting semiconductor laser device using second-order diffraction in a photonic crystal structure, and utilizes the diffraction phenomenon in the photonic crystal layer 20. This corresponds to a semiconductor laser device realizing surface emitting operation.

半導体レーザ素子10では、フォトニック結晶層20において電極28の縁部28a,28bの直下に位相シフト部36x,36yを導入していることにより、光出力面Sからより多くの光を取り出すことが可能である。この点についてシミュレーション結果を利用して説明する。   In the semiconductor laser element 10, more light can be extracted from the light output surface S by introducing the phase shift portions 36 x and 36 y immediately below the edges 28 a and 28 b of the electrode 28 in the photonic crystal layer 20. Is possible. This point will be described using simulation results.

先ず、シミュレーションの基本条件について説明する。図4は、図1に示した半導体レーザ素子のシミュレーション用の基本構成モデルの模式図であり、図1におけるx軸方向又はy軸方向に直交する断面の断面構成に対応する。   First, basic conditions for simulation will be described. 4 is a schematic diagram of a basic configuration model for simulation of the semiconductor laser device shown in FIG. 1, and corresponds to a cross-sectional configuration of a cross section orthogonal to the x-axis direction or the y-axis direction in FIG.

図4に示したシミュレーション用のモデル構造を有する半導体レーザ素子10Mでは、図1及び図2に示した半導体レーザ素子10の場合と同様に、基板12M上に、クラッド層14M、活性層16M、バッファ層18M、フォトニック結晶層20M、ガイド層22M、クラッド層24M及びコンタクト層26Mがこの順に積層されており、コンタクト層26M上及び基板12Mの裏面にそれぞれ電極28M及び電極30Mが設けられて構成されている。半導体レーザ素子10Mにおいても、コンタクト層26Mの表面が光出力面Sとして機能する。   In the semiconductor laser device 10M having the simulation model structure shown in FIG. 4, as in the case of the semiconductor laser device 10 shown in FIGS. 1 and 2, the cladding layer 14M, the active layer 16M, and the buffer are formed on the substrate 12M. The layer 18M, the photonic crystal layer 20M, the guide layer 22M, the cladding layer 24M, and the contact layer 26M are laminated in this order, and the electrode 28M and the electrode 30M are provided on the contact layer 26M and the back surface of the substrate 12M, respectively. ing. Also in the semiconductor laser element 10M, the surface of the contact layer 26M functions as the light output surface S.

以下の説明では、基板12M、クラッド層14M、活性層16M、バッファ層18M、フォトニック結晶層20M、ガイド層22M、クラッド層24M及びコンタクト層26Mは、特に断らない限り、図1に示した半導体レーザ素子10の基板12、クラッド層14、活性層16、バッファ層18、フォトニック結晶層20、ガイド層22、クラッド層24及びコンタクト層26に対応するものとする。また、図4に示した半導体レーザ素子10Mの側面10Maを基準として側面10bに向かう方向を便宜的に図1に示したx軸方向に対応するものとし、基板12Mに対してクラッド層14M、活性層16M、バッファ層18M、フォトニック結晶層20M、ガイド層22M、クラッド層24M及びコンタクト層26Mが積層されている方向を図1の場合と同様にz軸方向とする。   In the following description, the substrate 12M, the cladding layer 14M, the active layer 16M, the buffer layer 18M, the photonic crystal layer 20M, the guide layer 22M, the cladding layer 24M, and the contact layer 26M are the semiconductor shown in FIG. 1 unless otherwise specified. It corresponds to the substrate 12, the cladding layer 14, the active layer 16, the buffer layer 18, the photonic crystal layer 20, the guide layer 22, the cladding layer 24, and the contact layer 26 of the laser element 10. For convenience, the direction toward the side surface 10b with respect to the side surface 10Ma of the semiconductor laser element 10M shown in FIG. 4 corresponds to the x-axis direction shown in FIG. The direction in which the layer 16M, the buffer layer 18M, the photonic crystal layer 20M, the guide layer 22M, the cladding layer 24M, and the contact layer 26M are stacked is the z-axis direction as in the case of FIG.

基板12Mのx軸方向の長さD1は300μmであり、電極28Mのx軸方向の長さD2は100μmである。電極28Mのx軸方向の中心位置と基板12Mのx軸方向の中心位置は一致しているものとした。また、半導体レーザ素子10Mでは、レーザ波長が400nmであるレーザ光を出力することを仮定している。   The length D1 in the x-axis direction of the substrate 12M is 300 μm, and the length D2 in the x-axis direction of the electrode 28M is 100 μm. It is assumed that the center position of the electrode 28M in the x-axis direction and the center position of the substrate 12M in the x-axis direction coincide. Further, it is assumed that the semiconductor laser element 10M outputs laser light having a laser wavelength of 400 nm.

基板12M、クラッド層14M、活性層16M、バッファ層18M、ガイド層22M、クラッド層24M及びコンタクト層26Mの材料及び厚さは、表1のものを採用した。   The materials and thicknesses of the substrate 12M, the clad layer 14M, the active layer 16M, the buffer layer 18M, the guide layer 22M, the clad layer 24M, and the contact layer 26M are those shown in Table 1.

フォトニック結晶層20Mは、フォトニック結晶層20と同様に半導体層32Mに、半導体層32Mの屈折率より小さい屈折率を有する柱状部34Mが正方格子状に配置して構成されているものとした。フォトニック結晶層20Mの厚さは、表1に示した場合と同様に40nmである。半導体層32M及び柱状部34Mは、半導体レーザ素子20における半導体層32及び柱状部34に対応する。図4のハッチングは半導体層32Mを示すためのものである。半導体層32Mの材料は、屈折率が2.54のGaNとし、柱状部34Mの材料は、屈折率1.42のSiOとした。また、柱状部34Mは、平面視形状が円形の円筒であり、その直径は48nmとした。隣接する柱状部34M間の間隔、すなわち、フォトニック結晶構造における周期d1は160nmとした。フォトニック結晶層20Mにおける位相シフト部の導入位置については、シミュレーション結果を説明するときに順次説明する。その際、導入されるべき位相シフト部を位相シフト部36Mとも称す。位相シフト部36Mの導入方法は、隣接する柱状部34M,34M間の間隔を周期d1からシフトさせることにより実施するものとした。 Similar to the photonic crystal layer 20, the photonic crystal layer 20M is configured such that columnar portions 34M having a refractive index smaller than the refractive index of the semiconductor layer 32M are arranged in a square lattice pattern on the semiconductor layer 32M. . Similar to the case shown in Table 1, the thickness of the photonic crystal layer 20M is 40 nm. The semiconductor layer 32M and the columnar part 34M correspond to the semiconductor layer 32 and the columnar part 34 in the semiconductor laser element 20. The hatching in FIG. 4 is for showing the semiconductor layer 32M. The material of the semiconductor layer 32M was GaN having a refractive index of 2.54, and the material of the columnar part 34M was SiO 2 having a refractive index of 1.42. Further, the columnar portion 34M is a cylinder having a circular shape in plan view, and its diameter is 48 nm. The interval between adjacent columnar portions 34M, that is, the period d1 in the photonic crystal structure was 160 nm. The introduction position of the phase shift portion in the photonic crystal layer 20M will be described sequentially when the simulation results are described. At this time, the phase shift unit to be introduced is also referred to as a phase shift unit 36M. The phase shift unit 36M is introduced by shifting the interval between the adjacent columnar parts 34M and 34M from the period d1.

また、前述したように、フォトニック結晶構造を利用した半導体レーザ素子は、2次回折を利用した分布帰還型半導体レーザ素子において、回折現象を利用して面発光動作を実現したものに対応するため、分布帰還型半導体レーザ素子の解析に利用される結合波方程式とレート方程式とに基づいてシミュレーションを実施した。この場合、結合波方程式においてフィードバックの強さを示す結合定数は2つ現れる。この2つの結合定数のうち2次回折を示す結合定数h2がフォトニック結晶層20M内、すなわち、半導体レーザ素子10Mの光共振器内のフォトン密度分布を決定し、フォトニック結晶層20M内のフォトン密度分布と回折現象を示す結合定数がh1とがフォトニック結晶層20Mから光出力面Sに出力されるフォトン密度分布を決定している。以下の説明では、便宜的に、基板12Mに対して電極28M側を「上」方向として説明する。   Further, as described above, the semiconductor laser element using the photonic crystal structure corresponds to the distributed feedback semiconductor laser element using the second-order diffraction that realizes the surface emission operation using the diffraction phenomenon. The simulation was carried out based on the coupled wave equation and the rate equation used for the analysis of the distributed feedback semiconductor laser device. In this case, two coupling constants indicating the strength of feedback appear in the coupled wave equation. Of these two coupling constants, the coupling constant h2 exhibiting second-order diffraction determines the photon density distribution in the photonic crystal layer 20M, that is, the optical resonator of the semiconductor laser device 10M, and the photons in the photonic crystal layer 20M. The coupling constant h1 indicating the density distribution and the diffraction phenomenon determines the photon density distribution output from the photonic crystal layer 20M to the light output surface S. In the following description, for convenience, the electrode 28M side with respect to the substrate 12M will be described as the “up” direction.

次に、図5及び図6を利用してフォトニック結晶層20Mに位相シフト部を導入することで、フォトニック結晶層20Mから上部に向けて出力される光の量が変化する点について説明する。   Next, the point that the amount of light output from the photonic crystal layer 20M upward is changed by introducing a phase shift portion into the photonic crystal layer 20M using FIGS. .

図5は、従来のように、位相シフト部を導入しない場合のフォトニック結晶層20Mから光出力面S側に出力される光のパワー密度及びフォトニック結晶層内のフォトン密度分布を示す図面である。具体的には、図5(a)は、フォトニック結晶層20Mから出力された光の光出力面Sの位置でのパワー密度分布を示しており、図5(b)は、フォトニック結晶層20M内のフォトン密度分布を示している。図5(a),(b)の横軸は、図4に示した半導体レーザ素子10Mの側面10Maを基準(原点位置)としたx軸方向の位置を示している。図5(a)の縦軸はフォトン密度を示しており、図5(b)の縦軸はパワー密度を示している。   FIG. 5 is a diagram showing the power density of light output from the photonic crystal layer 20M to the light output surface S side and the photon density distribution in the photonic crystal layer when the phase shift portion is not introduced as in the prior art. is there. Specifically, FIG. 5A shows the power density distribution at the position of the light output surface S of the light output from the photonic crystal layer 20M, and FIG. 5B shows the photonic crystal layer. The photon density distribution within 20M is shown. The horizontal axes in FIGS. 5A and 5B indicate the position in the x-axis direction with the side surface 10Ma of the semiconductor laser element 10M shown in FIG. 4 as a reference (origin position). The vertical axis in FIG. 5A indicates the photon density, and the vertical axis in FIG. 5B indicates the power density.

また、図6は、電極28の中央部の直下に位相シフト部を1つ導入した場合のフォトニック結晶層20Mから光出力面S側に出力される光のパワー密度分布及びフォトニック結晶層20M内のフォトン密度分布を示す図面である。具体的には、図6(a)は、フォトニック結晶層20Mから出力された光の光出力面Sの位置でのパワー密度分布を示しており、図6(b)は、フォトニック結晶層20M内のフォトン密度分布を示している。図6(a),(b)の横軸は、図5(a),(b)と同様にx軸方向の位置を示している。図6(a)の縦軸はフォトン密度を示しており、図6(b)の縦軸はパワー密度示している。   FIG. 6 shows the power density distribution of light output from the photonic crystal layer 20M to the light output surface S side and the photonic crystal layer 20M when one phase shift portion is introduced directly below the center of the electrode 28. It is drawing which shows inside photon density distribution. Specifically, FIG. 6A shows the power density distribution at the position of the light output surface S of the light output from the photonic crystal layer 20M, and FIG. 6B shows the photonic crystal layer. The photon density distribution within 20M is shown. The horizontal axis in FIGS. 6A and 6B indicates the position in the x-axis direction as in FIGS. 5A and 5B. The vertical axis in FIG. 6A indicates the photon density, and the vertical axis in FIG. 6B indicates the power density.

また、図5及び図6では、横軸に示した位置において100〜200μmの領域が、電極28M直下の領域に対応しており、活性層16Mにおける電極28M直下の領域を利得領域と仮定した。   5 and 6, the region of 100 to 200 μm corresponds to the region directly below the electrode 28M at the position indicated on the horizontal axis, and the region immediately below the electrode 28M in the active layer 16M is assumed to be the gain region.

図5(b)より、フォトニック結晶層20Mの中央部でフォトン密度が高く中央部にフォトンが閉じ込められていることがわかる。一方、図5(a)より、光共振器内部ではフォトン密度の高かった中央部でのフォトン密度が、光出力面S側にほとんど出力されていないことがわかる。この現象はフォトニック結晶層20Mから光出力面S側に出力される光の位相が弱め合うために起こると考えられる。この場合、フォトン密度の高い中央部からは上部へフォトンを効率よく取り出すことができない。   FIG. 5B shows that the photon density is high in the central portion of the photonic crystal layer 20M, and photons are confined in the central portion. On the other hand, FIG. 5A shows that the photon density at the central portion where the photon density is high inside the optical resonator is hardly output to the light output surface S side. This phenomenon is considered to occur because the phases of light output from the photonic crystal layer 20M to the light output surface S side weaken each other. In this case, it is not possible to efficiently extract photons from the central part having a high photon density upward.

また、図6(b)より、位相シフト部を中央部に導入しても、フォトニック結晶層20Mの中央部でフォトン密度が高く中央部にフォトンが閉じ込められていることがわかる。そして、図6(a)より、位相シフト部が中央部に導入された場合には、光出力面Sでもフォトニック結晶層20M内のフォトン密度分布と同様のパワー密度分布が実現できることがわかる。   Further, FIG. 6B shows that even when the phase shift part is introduced into the central part, the photon density is high in the central part of the photonic crystal layer 20M, and the photons are confined in the central part. 6A that the power density distribution similar to the photon density distribution in the photonic crystal layer 20M can be realized even in the light output surface S when the phase shift portion is introduced in the central portion.

図5及び図6が示しているように、位相シフト部36Mをフォトニック結晶層20Mに導入することによって、前述した位相の弱めあいを回避することができている。しかしながら、電極28の中央部直下に位相シフト部36Mを設けた場合には、図6(a)に示しているように光出力面Sでのパワー密度分布は中央部に鋭いピークを有する。この場合、光出力面Sから出力される光の多くは、電極28Mにより遮られることになり、半導体レーザ素子10Mからの光出力に寄与しない。   As shown in FIGS. 5 and 6, the phase weakening described above can be avoided by introducing the phase shift portion 36M into the photonic crystal layer 20M. However, when the phase shift portion 36M is provided immediately below the center portion of the electrode 28, the power density distribution on the light output surface S has a sharp peak at the center portion as shown in FIG. In this case, most of the light output from the light output surface S is blocked by the electrode 28M and does not contribute to the light output from the semiconductor laser element 10M.

以上のことから、光出力面Sからの光出力を高くすることは、光出力面Sにおいて電極28Mと重なっていない部分から出力されるフォトンの割合が大きくなるように位相シフト部36Mを適切な箇所に配置することで実現できることになる。   From the above, increasing the light output from the light output surface S makes the phase shift unit 36M appropriate so that the proportion of photons output from the portion not overlapping the electrode 28M on the light output surface S is increased. It can be realized by placing it at a location.

続いて、図7〜図9を利用して、フォトニック結晶層20Mにおける位相シフト部36Mの導入位置を変化させながら位相シフト部36Mの導入位置に応じた光の取出し効率の違いについて説明する。ここで、取出し効率は、次のように定義している。
(取出し効率)=(半導体レーザ素子外部に出射されたフォトン)/(光出力面に入射される全フォトン)
図7〜図9では、電極28Mの縁部28Ma直下より外側に位相シフト部が導入された場合についてもシミュレーションを適切に実施するために、活性層16Mの全領域を利得領域と仮定している。なお、電極28Mにおける縁部28Maは、電極28における縁部28aに対応するものである。
Next, the difference in light extraction efficiency according to the introduction position of the phase shift unit 36M will be described using FIGS. 7 to 9 while changing the introduction position of the phase shift unit 36M in the photonic crystal layer 20M. Here, the extraction efficiency is defined as follows.
(Extraction efficiency) = (photons emitted outside the semiconductor laser element) / (all photons incident on the light output surface)
7 to 9, it is assumed that the entire region of the active layer 16M is a gain region in order to appropriately perform the simulation even when the phase shift portion is introduced outside the edge 28Ma of the electrode 28M. . The edge portion 28Ma in the electrode 28M corresponds to the edge portion 28a in the electrode 28.

図7及び図8は、x軸方向の所定位置に導入される2つの位相シフト部間の距離の変化に対する取出し効率の変化を示す図である。図7及び図8では、電極28Mのx軸方向における中心位置に対して対称な位置にそれぞれ位相シフト部36M,36Mを設けるものとした。そして、図7び図8において、横軸は、位相シフト部間の距離D3を示しており、電極28Mのx軸方向における中心位置に2つの位相シフト部が重なって設けられている場合を0としている。縦軸は、取り出し効率を示している。   7 and 8 are diagrams showing a change in extraction efficiency with respect to a change in the distance between two phase shift portions introduced at a predetermined position in the x-axis direction. 7 and 8, the phase shift portions 36M and 36M are provided at positions symmetrical with respect to the center position of the electrode 28M in the x-axis direction. 7 and 8, the horizontal axis indicates the distance D3 between the phase shift portions, and the case where the two phase shift portions are overlapped at the center position in the x-axis direction of the electrode 28M is 0. It is said. The vertical axis represents the extraction efficiency.

また、図7では、2つの位相シフト部36M,36Mによる位相シフト量は同じΦとし、Φを0.25π、0.35π、0.50πと変化させた場合の取出し効率の変化を示している。一方、図8では、2つの位相シフト部36M,36Mによる位相シフト量は異なるΦ1及びΦ2とし、Φ1及びΦ2の組、即ち、(Φ1,Φ2)を(0.50π,0.50π)、(0.40π,0.60π)、(0.30π,0.70π)と変化させた場合の取出し効率の変化を示している。   Further, FIG. 7 shows a change in extraction efficiency when the phase shift amounts by the two phase shift units 36M and 36M are the same Φ, and Φ is changed to 0.25π, 0.35π, and 0.50π. . On the other hand, in FIG. 8, the phase shift amounts by the two phase shift units 36M and 36M are different Φ1 and Φ2, and a set of Φ1 and Φ2, that is, (Φ1, Φ2) is (0.50π, 0.50π), ( This shows the change in extraction efficiency when the values are changed to 0.40π, 0.60π) and (0.30π, 0.70π).

また、図9も位相シフト部間の距離の変化に対する取出し効率の変化を示す図である。ただし、図9では、図7の場合と同様の半導体レーザ素子10Mの構成において、電極28Mのx軸方向における中心位置に位相シフト部36Mを更に配置した場合のシミュレーション結果である。この場合、x軸方向に3つの位相シフト部36M,36M,36Mが導入されることになる。3つの位相シフト部36M,36M,36Mの位相シフト量は何れも0.5πを採用している。図9に示した横軸の位相シフト部間の距離は、中央の位相シフト部を挟んで配置された両側の位相シフト部間の距離を示している。   FIG. 9 is also a diagram showing a change in extraction efficiency with respect to a change in the distance between the phase shift portions. However, FIG. 9 shows a simulation result in the case where the phase shift portion 36M is further arranged at the center position in the x-axis direction of the electrode 28M in the same configuration of the semiconductor laser element 10M as in FIG. In this case, three phase shift units 36M, 36M, and 36M are introduced in the x-axis direction. The phase shift amounts of the three phase shift units 36M, 36M, and 36M all employ 0.5π. The distance between the phase shift portions on the horizontal axis shown in FIG. 9 indicates the distance between the phase shift portions on both sides arranged with the central phase shift portion interposed therebetween.

図7〜図9に示すシミュレーション結果に示されているように、位相シフト部36M,36M間の距離が50μmより広い場合に、すなわち、縁部28Maの直下を基準にして電極28Mのx軸方向の長さ(図4のモデル構成では100μm)の1/4ほど内側の位置より外側に位相シフト部36M,36Mがそれぞれ導入された場合に、中央部にのみ位相シフト部36Mが配置される場合よりも取出し効率が高くなっている。更に、電極28Mの縁部28Ma,28Ma直下近傍の位置、すなわち、距離D3が100μm近傍、例えば、80μm〜140μmの領域に取出し効率のピークが位置することがわかる。   As shown in the simulation results shown in FIGS. 7 to 9, when the distance between the phase shift portions 36M and 36M is larger than 50 μm, that is, in the x-axis direction of the electrode 28M on the basis of directly below the edge portion 28Ma. When the phase shift units 36M and 36M are respectively introduced outside the inner position by about 1/4 of the length (100 μm in the model configuration of FIG. 4), the phase shift unit 36M is disposed only at the center. The extraction efficiency is higher than that. Further, it can be seen that the peak of extraction efficiency is located at a position immediately below the edge portions 28Ma and 28Ma of the electrode 28M, that is, in a region where the distance D3 is near 100 μm, for example, 80 μm to 140 μm.

上記シミュレーションでは、図4に示したx軸方向を図1に示したx軸方向とし、特に断らない限り縁部28Ma及び位相シフト部36Mを半導体レーザ素子10における縁部28a及び位相シフト部36xとして説明したが、側面10Maから側面10Mbに向かう方向を図1に示したy軸方向とし、縁部28Ma及び位相シフト部36Mをそれぞれ半導体レーザ素子10における縁部28b及び位相シフト部36xとした場合も同様である。   In the above simulation, the x-axis direction shown in FIG. 4 is the x-axis direction shown in FIG. 1, and unless otherwise specified, the edge portion 28Ma and the phase shift portion 36M are used as the edge portion 28a and the phase shift portion 36x in the semiconductor laser device 10. Although described, the direction from the side surface 10Ma toward the side surface 10Mb is the y-axis direction shown in FIG. 1, and the edge portion 28Ma and the phase shift portion 36M are the edge portion 28b and the phase shift portion 36x in the semiconductor laser element 10, respectively. It is the same.

従って、図1〜図3を利用して説明したように、電極28の縁部28a,28bの直下近傍に位相シフト部36x,36yを導入することで、光出力面Sからの光の取り出し効率を向上させることができることになる。また、図7〜図9の結果より、電極28Mの縁部28Ma,28Maの直下において取り出し効率がピーク値を示す傾向にあるため、位相シフト部36x,36yの位置は、電極28の縁部28a,28bの直下がより好ましい。   Accordingly, as described with reference to FIGS. 1 to 3, the light extraction efficiency from the light output surface S can be obtained by introducing the phase shift portions 36 x and 36 y in the vicinity immediately below the edge portions 28 a and 28 b of the electrode 28. Can be improved. Further, from the results of FIGS. 7 to 9, since the extraction efficiency tends to show a peak value immediately below the edge portions 28Ma and 28Ma of the electrode 28M, the position of the phase shift portions 36x and 36y is set to the edge portion 28a of the electrode 28. , 28b is more preferable.

なお、図9のシミュレーション結果を得たシミュレーションを実施する際のフォトニック結晶層20Mに対する位相シフト部36Mの2次元的な配置例としては、図10に示す形態が例示される。すなわち、x軸方向及びy軸方向に沿って3つの位相シフト部36M,36M,36Mをフォトニック結晶層20Mにおいて導入する場合、x軸方向及びy軸方向に対する電極28Mの中心線の直下にそれぞれ位相シフト部36M,36Mを導入し、x軸方向及びy軸方向において、電極28Mの中心線の直下に設けられた位相シフト部36M,36Mの両側に位相シフト部36M,36Mをそれぞれ導入すればよい。図10では、位相シフト部36Mは一点鎖線で模式的に示しており、柱状部(格子点)34は省略している。また、位相シフト部36Mと電極28Mとの位置関係を示すために、電極28Mを破線で模式的に示している。図10に示した位相シフト部36Mの配置例において、図9のシミュレーション結果は、x軸方向又はy軸方向それぞれに設けられた3つの位相シフト部36M,36M,36Mにおいて両端の2つの位相シフト部36M,36Mの間の距離をD3とし、D3を適宜変更した場合の取り出し効率の変化を計算により得た結果に対応することになる。   In addition, as a two-dimensional arrangement example of the phase shift unit 36M with respect to the photonic crystal layer 20M when performing the simulation obtained from the simulation result of FIG. 9, the form shown in FIG. 10 is exemplified. That is, when three phase shift portions 36M, 36M, and 36M are introduced in the photonic crystal layer 20M along the x-axis direction and the y-axis direction, they are respectively directly below the center line of the electrode 28M with respect to the x-axis direction and the y-axis direction. If phase shift units 36M and 36M are introduced and phase shift units 36M and 36M are respectively introduced on both sides of phase shift units 36M and 36M provided immediately below the center line of electrode 28M in the x-axis direction and the y-axis direction. Good. In FIG. 10, the phase shift portion 36 </ b> M is schematically shown by a one-dot chain line, and the columnar portions (lattice points) 34 are omitted. Further, in order to show the positional relationship between the phase shift unit 36M and the electrode 28M, the electrode 28M is schematically shown by a broken line. In the arrangement example of the phase shift unit 36M shown in FIG. 10, the simulation result of FIG. 9 shows that the two phase shifts at both ends in the three phase shift units 36M, 36M, 36M provided in the x-axis direction or the y-axis direction, respectively. The distance between the parts 36M and 36M is D3, and the change in the extraction efficiency when D3 is appropriately changed corresponds to the result obtained by calculation.

以上、本発明の面発光型半導体レーザ素子の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。図1に示した半導体レーザ素子10は、基板12の主面12a上に、クラッド層14、活性層16、バッファ層18、フォトニック結晶層20、ガイド層22、クラッド層24及びコンタクト層26を備えると共に光出力面Sを有し、光出力面S上に電極28が設けられているとした。しかしながら、半導体レーザ素子は、基板12上に少なくとも活性層16及びフォトニック結晶層28を備えると共に主面12aに直交する方向上において光出力面Sを有し、光出力面S上に電極28が設けられていればよい。特に、バッファ層18は、フォトニック結晶層20をエッチングを利用して形成しない場合には、必ずしも設けなくても良い。   As mentioned above, although the embodiment of the surface emitting semiconductor laser device of the present invention has been described, the present invention is not limited to the above embodiment. The semiconductor laser device 10 shown in FIG. 1 includes a cladding layer 14, an active layer 16, a buffer layer 18, a photonic crystal layer 20, a guide layer 22, a cladding layer 24, and a contact layer 26 on a main surface 12 a of a substrate 12. In addition, the light output surface S is provided, and the electrode 28 is provided on the light output surface S. However, the semiconductor laser device includes at least the active layer 16 and the photonic crystal layer 28 on the substrate 12, and has a light output surface S in a direction orthogonal to the main surface 12a, and the electrode 28 is disposed on the light output surface S. What is necessary is just to be provided. In particular, the buffer layer 18 is not necessarily provided when the photonic crystal layer 20 is not formed by etching.

また、基板12の主面12a上に、活性層16及びフォトニック結晶層20がこの順に設けられるとしたが、主面12a上に、フォトニック結晶層20及び活性層16の順にそれらが設けられていても良い。   Further, although the active layer 16 and the photonic crystal layer 20 are provided in this order on the main surface 12a of the substrate 12, the photonic crystal layer 20 and the active layer 16 are provided in this order on the main surface 12a. May be.

また、位相シフト部は電極28の平面視形状に応じて形成されていればよい。例えば、電極28の平面視形状が円形であれば縁部直下の領域の形状も円形になるため、位相シフト部は、円形又は円形に近い閉じた曲線に沿って形成すればよい。この場合、電極28に対して1つの位相シフト部が形成されることになる。   Moreover, the phase shift part should just be formed according to the planar view shape of the electrode 28. FIG. For example, if the shape of the electrode 28 in a plan view is circular, the shape of the region immediately below the edge is also circular. Therefore, the phase shift portion may be formed along a circular curve or a closed curve close to a circle. In this case, one phase shift portion is formed for the electrode 28.

また、半導体レーザ素子10では、図3に示すように、x軸方向及びy軸方向にそれぞれ2つの位相シフト部36x,36yを有するとして説明したが、電極28の縁部28a,28bの直下近傍に位相シフト部36x,36yが設けられていれば、位相シフト部36x,36yの数は特に限定されない。また、図3に示したように位相シフト部36x,36yをy軸方向及びx軸方向に延びるように形成しなくても、例えば、電極28の平面視形状に応じて閉じた曲線を形成するように位相シフト部を形成してもよい。   Further, the semiconductor laser device 10 has been described as having two phase shift portions 36x and 36y in the x-axis direction and the y-axis direction, respectively, as shown in FIG. 3, but in the vicinity immediately below the edges 28a and 28b of the electrode 28. If the phase shift units 36x and 36y are provided, the number of the phase shift units 36x and 36y is not particularly limited. Further, as shown in FIG. 3, even if the phase shift portions 36x and 36y are not formed so as to extend in the y-axis direction and the x-axis direction, for example, a closed curve is formed according to the planar view shape of the electrode 28. In this manner, the phase shift portion may be formed.

更に、実施形態では、フォトニック結晶層20が有する柱状部34は、互いに直交する2つの第1及び第2の方向に延びる回折格子群Lx,Lyを構成しており、各回折格子群Lx,Lyにおいて柱状部34の配列状態は同一とした。しかしながら、格子点としての柱状部34は、互いに異なる方向に延びる2つ以上の回折格子群を構成し、各回折格子群における格子点の配列状態が同一であればよい。換言すれば、格子点としての柱状部34が、互いに直交する第1及び第2の方向に延びる回折格子群を構成する場合、格子点は、正方格子状に配置されているとみなせるが、本発明はこれに限定されず、格子点が三角格子状や六方格子状に配置されており、互いに異なる方向に延びる2つ以上の回折格子群を構成しているとすることもできる。なお、前述したように位相シフト部は電極28の平面視形状に応じて形成されるため、電極28の平面視形状と格子点の配列状態を対応させておくことが電極28の縁部直下近傍に位相シフト部を配置する観点からより好ましい。例えば、実施形態で示したように、電極28の平面視形状を正方形状とした場合には、フォトニック結晶層20の格子点は正方格子状に配置することが好ましい。   Furthermore, in the embodiment, the columnar part 34 included in the photonic crystal layer 20 constitutes two diffraction grating groups Lx and Ly extending in the first and second directions orthogonal to each other, and each diffraction grating group Lx, In Ly, the arrangement of the columnar portions 34 is the same. However, the columnar portion 34 as a grating point may constitute two or more diffraction grating groups extending in different directions, and the arrangement state of the grating points in each diffraction grating group may be the same. In other words, when the columnar portions 34 as lattice points constitute a diffraction grating group extending in the first and second directions orthogonal to each other, the lattice points can be regarded as being arranged in a square lattice shape. The invention is not limited to this, and the lattice points may be arranged in a triangular lattice shape or a hexagonal lattice shape, and two or more diffraction grating groups extending in different directions may be configured. As described above, since the phase shift portion is formed according to the planar view shape of the electrode 28, it is possible to associate the planar view shape of the electrode 28 with the arrangement state of the lattice points in the vicinity immediately below the edge portion of the electrode 28. It is more preferable from the viewpoint of disposing the phase shift portion. For example, as shown in the embodiment, when the planar view shape of the electrode 28 is a square shape, the lattice points of the photonic crystal layer 20 are preferably arranged in a square lattice shape.

本発明に係る面発光型半導体レーザ素子の一実施形態の斜視図である。1 is a perspective view of an embodiment of a surface-emitting type semiconductor laser device according to the present invention. 図1のII―II線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the II-II line of FIG. 図1に示した面発光型半導体レーザ素子のフォトニック結晶層における格子点の配列関係を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing an arrangement relationship of lattice points in a photonic crystal layer of the surface emitting semiconductor laser element shown in FIG. 1. 図1に示した面発光型半導体レーザ素子のシミュレーション用の基本構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the basic composition for simulation of the surface emitting semiconductor laser element shown in FIG. 位相シフト部が導入されていない場合のフォトニック結晶層から光出力面側に出力される光のパワー密度及びフォトニック結晶層内のフォトン密度分布を示す図面である。It is drawing which shows the power density of the light output to the light output surface side from the photonic crystal layer in case the phase shift part is not introduce | transduced, and the photon density distribution in a photonic crystal layer. 中央部に位相シフト部が1つ導入された場合のフォトニック結晶層から光出力面側に出力される光のパワー密度分布及びフォトニック結晶層内のフォトン密度分布を示す模式図である。It is a schematic diagram showing the power density distribution of light output from the photonic crystal layer to the light output surface side and the photon density distribution in the photonic crystal layer when one phase shift portion is introduced in the center. 図4に示したx軸方向において2箇所に同じ位相シフト量を有する位相シフト部が導入された場合の位相シフト部間の距離の変化に対する取出し効率の変化を示す図面である。FIG. 5 is a diagram showing a change in extraction efficiency with respect to a change in distance between phase shift portions when phase shift portions having the same phase shift amount are introduced at two locations in the x-axis direction shown in FIG. 4. 図4に示したx軸方向において2箇所に異なる位相シフト量を有する位相シフト部が導入された場合の位相シフト部間の距離の変化に対する取出し効率の変化を示す図面である。FIG. 5 is a diagram showing a change in extraction efficiency with respect to a change in distance between phase shift portions when phase shift portions having different phase shift amounts are introduced at two locations in the x-axis direction shown in FIG. 4. 図4に示したx軸方向において3箇所に位相シフト部が導入された場合の両端の2つの位相シフト部間の距離の変化に対する取出し効率の変化を示す図面である。FIG. 5 is a diagram illustrating a change in extraction efficiency with respect to a change in distance between two phase shift portions at both ends when phase shift portions are introduced at three positions in the x-axis direction illustrated in FIG. 4. x軸方向及びy軸方向に3つの位相シフト部を導入した場合の電極に対する位相シフト部の配置例を示す図面である。It is drawing which shows the example of arrangement | positioning of the phase shift part with respect to an electrode at the time of introducing three phase shift parts in a x-axis direction and a y-axis direction.

符号の説明Explanation of symbols

10…面発光型半導体レーザ素子、12…基板、12a…主面、16…活性層、20…フォトニック結晶層、28…電極、28a,28a…電極の一対の縁部(第2の縁部)、28b,28b…電極の一対の縁部(第1の縁部)、34…柱状部(格子点)、36x,36y…位相シフト部、Lx,Ly…回折格子群、S…光出力面。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Surface emitting semiconductor laser element, 12 ... Board | substrate, 12a ... Main surface, 16 ... Active layer, 20 ... Photonic crystal layer, 28 ... Electrode, 28a, 28a ... A pair of edge part (2nd edge part) ), 28b, 28b ... a pair of edges (first edge) of the electrode, 34 ... columnar parts (grating points), 36x, 36y ... phase shift parts, Lx, Ly ... diffraction grating groups, S ... light output surface .

Claims (4)

面発光型半導体レーザ素子であって、
基板と、
前記基板の主面上に設けられておりキャリアが注入されると光を発生する活性層と、
前記基板の前記主面上に設けられており前記活性層と光学的に結合しているフォトニック結晶層と、
前記主面に略直交する方向において前記フォトニック結晶層からみて前記基板と反対側に位置しており、前記面発光型半導体レーザ素子で発生されるレーザ光を出力する光出力面と、
前記光出力面上に設けられており前記活性層に前記キャリアを与える電極と、
を備え、
前記フォトニック結晶層は、前記活性層で発生した光に含まれる所定波長の光の一部を前記光出力面側に回折せしめると共に、前記所定波長の光の他の部分を前記主面に略平行な面内に閉じ込める2次元フォトニック結晶構造を有しており、
前記所定波長は前記レーザ光の波長であり、
前記電極は少なくとも1つの縁部を有しており、
前記フォトニック結晶層には、前記縁部の直下近傍に位相シフト部が形成されていることを特徴とする面発光型半導体レーザ素子。
A surface emitting semiconductor laser element,
A substrate,
An active layer provided on the main surface of the substrate and generating light when carriers are injected;
A photonic crystal layer provided on the major surface of the substrate and optically coupled to the active layer;
A light output surface that outputs laser light generated by the surface-emitting semiconductor laser element, located on the opposite side of the substrate as viewed from the photonic crystal layer in a direction substantially orthogonal to the main surface;
An electrode provided on the light output surface and supplying the carrier to the active layer;
With
The photonic crystal layer diffracts a part of light having a predetermined wavelength included in the light generated in the active layer to the light output surface side, and another part of the light having the predetermined wavelength is substantially formed on the main surface. It has a two-dimensional photonic crystal structure confined in parallel planes,
The predetermined wavelength is a wavelength of the laser beam,
The electrode has at least one edge;
The surface-emitting type semiconductor laser device, wherein a phase shift portion is formed in the photonic crystal layer in the vicinity immediately below the edge portion.
前記フォトニック結晶構造が有する複数の格子点は2以上の回折格子群を構成しており、
各前記回折格子群はそれぞれ異なる方向に延びており、
前記回折格子群の各々を構成する前記格子点は、各前記回折格子群同士において各前記回折格子群が延びる方向に沿って同一の配列関係で配列されており、
各前記回折格子群は前記縁部の直下近傍に前記位相シフト部を有することを特徴とする請求項1に記載の面発光型半導体レーザ素子。
The plurality of grating points of the photonic crystal structure constitutes two or more diffraction grating groups,
Each of the diffraction grating groups extends in a different direction,
The grating points constituting each of the diffraction grating groups are arranged in the same arrangement relationship along the direction in which the diffraction grating groups extend between the diffraction grating groups,
2. The surface-emitting type semiconductor laser device according to claim 1, wherein each of the diffraction grating groups has the phase shift portion in the vicinity immediately below the edge portion.
前記フォトニック結晶構造が有する複数の格子点は、互いに直交する第1及び第2の方向にそれぞれ延びる第1の回折格子群及び第2の回折格子群を構成しており、
前記第1及び第2の回折格子群の各々を構成する前記格子点は、前記第1及び第2の回折格子群において前記第1及び第2の方向に沿って同一の配列関係で配列されており、
前記電極の平面視形状が略四角形状であって、前記電極は互いに対向する一対の第1の縁部及び互いに対向する一対の第2の縁部を有し、
前記第1及び第2の縁部はそれぞれ前記第1及び第2の方向に延びており、
前記第1及び第2の回折格子群は、前記一対の第1の縁部及び前記一対の第2の縁部のそれぞれ直下近傍に前記位相シフト部を有することを特徴とする請求項1に記載の面発光型半導体レーザ素子。
The plurality of lattice points of the photonic crystal structure constitute a first diffraction grating group and a second diffraction grating group extending in first and second directions orthogonal to each other,
The grating points constituting each of the first and second diffraction grating groups are arranged in the same arrangement relationship along the first and second directions in the first and second diffraction grating groups. And
The shape of the electrode in plan view is a substantially square shape, and the electrode has a pair of first edges facing each other and a pair of second edges facing each other.
The first and second edges extend in the first and second directions, respectively;
The said 1st and 2nd diffraction grating group has the said phase shift part in the immediate vicinity of each of a pair of said 1st edge part and a pair of said 2nd edge part, respectively. Surface emitting semiconductor laser device.
前記一対の第1の縁部及び前記一対の第2の縁部に対応した各前記位相シフト部は、前記第1及び第2の方向に延びていることを特徴とする請求項3に記載の面発光型半導体レーザ素子。   The phase shift portions corresponding to the pair of first edge portions and the pair of second edge portions extend in the first and second directions, respectively. Surface emitting semiconductor laser element.
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