二维光子晶体面发射激光器制造技术

本发明专利技术提供一种能够提高射出的光的特性特别是光输出的二维光子晶体面发射激光器。二维光子晶体面发射激光器(10X)具有：在板状的母材(121)上将折射率与其不同的异折射率区域(122)周期性地配置为二维状而成的二维光子晶体(123)；设置于二维光子晶体(123)的一侧的活性层(11)；和夹着二维光子晶体(123)以及所述活性层(11)设置的向活性层(11)供给电流的第1电极(15A)以及覆盖与其相同或更大的范围的第2电极(16)，将第1电极(15A)形成为以根据第1电极(15A)的面内位置而不同的密度向活性层(11)供给电流。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】二维光子晶体面发射激光器
本专利技术涉及半导体激光器，特别是涉及使用二维光子晶体对光进行放大的二维光子晶体面发射激光器。
技术介绍
半导体激光器具有小型、廉价、低功耗、长寿命等众多优点，在光记录用光源、通信用光源、激光显示器、激光打印机、激光指示器等广泛领域得到普及。另一方面，在激光加工的领域中，需要光输出至少超过1W的激光，但当前实用化的半导体激光器由于后述的理由，并未达到该输出。因此，就现状而言，在激光加工的领域中并未使用半导体激光器，而是使用二氧化碳激光器等气体激光器。当前已经实用化的半导体激光器的光输出小的理由如下。为了提高半导体激光器的光输出，从元件射出的激光束的剖面积(出射面积)较大为好。另一方面，为了提高加工精度，向被加工物照射的激光束的剖面积(光斑面积)较小为好。因此，理想而言，期望的是从激光源射出的激光束不扩散而维持原状地到达被加工物。但是，对于半导体激光器而言，越增大出射面积，激光束的扩散角就越大，而且，激光的波面紊乱。若激光的波面紊乱，则即使使用光学系统进行聚光，也难以缩小光斑面积。因此，对于当前实用化的半导体激光器而言，难以在缩小扩散角的同时使光输出成为1W以上。最近，由作为本专利技术的一部分专利技术者的野田、梁(Liang)等开发出了一种二维光子晶体面发射激光器，其具有如下特性，即，光输出为1.5W，并且光束扩散角为3°以下(非专利文献1以及2)。二维光子晶体面发射激光器具有在板状的母材上周期性地配置了折射率与其不同的异折射率区域的二维光子晶体和活性层。在二维光子晶体面发射激光器中，通过向活性层注入电流从而由该活性层产生的光当中，只有与异折射率区域的周期对应的给定波长的光被放大而产生激光振荡，在与二维光子晶体垂直的方向上作为激光束而射出。二维光子晶体面发射激光器由于从二维光子晶体中的一定范围内发光(面发光)，因此与端面发光型的半导体激光器相比，其出射面积较大，能够容易提高光输出，并且也能够缩小扩散角。关于二维光子晶体，以往已知异折射率区域的平面形状(圆形、正三角形等)或配置(三角格子状、正方格子状)等不同的各种各样的二维光子晶体，但在非专利文献1以及2所记载的二维光子晶体面发射激光器中，通过将平面形状为直角三角形的异折射率区域配置在与它们的正交边平行的正方格子的格子点上，从而相比于现有的二维光子晶体面发射激光器，能够提高光输出。在先技术文献非专利文献非专利文献1：KazuyoshiHirose等5名著，″Watt-classhigh-power，high-beam-qualityphotonic-crystallasers″(瓦级高输出高光束质量光子晶体激光器)，NaturePhotonics(自然光子学)，(英国)，第8卷，第406～411页，2014年4月13日发行非专利文献2：国立大学法人京都大学，浜松Photonics株式会社著，”瓦级高输出光子晶体激光器：领先于全球而实现-世界首次由面发光型激光器以高光束质量达成瓦级的高输出化-”，[online]，国立大学法人京都大学WebPage，[2014年8月11日检索]，因特网<http：//www.kyoto-u.ac.jp/ja/news_data/h/h1/news6/2014/documents/140414_1/01.pdf>，2014年4月10日
技术实现思路
专利技术要解决的课题为了提高二维光子晶体面发射激光器的特性，一直以来都只专注于二维光子晶体的构成。但是，半导体激光器通过活性层中的发光与二维光子晶体中的放大的共同作用而生成。以往，并没有进行着眼于该关系的研究。本专利技术要解决的课题在于，着眼于活性层中的发光与二维光子晶体中的放大的共同作用，提供一种能够提高所射出的光的特性、特别是光输出的二维光子晶体面发射激光器。用于解决课题的手段本专利技术者着眼于在二维光子晶体面发射激光器中，向活性层注入电荷的电极的构成。然后，有如下发现而完成了本专利技术：通过在活性层的电荷(载流子)密度中形成基于面内位置的分布，从而在二维光子晶体中，产生与活性层的电荷密度一样的情况不同的放大作用。为了解决上述课题而达成的本专利技术所涉及的二维光子晶体面发射激光器具有：在板状的母材上将折射率与该母材不同的异折射率区域周期性地配置为二维状而成的二维光子晶体；设置于所述二维光子晶体的一侧的活性层；和夹着所述二维光子晶体以及所述活性层而设置的、向该活性层供给电流的第1电极以及覆盖与该第1电极相同或比该第1电极更大的范围的第2电极，该二维光子晶体面发射激光器的特征在于，将该第1电极形成为以根据所述第1电极的面内位置而不同的密度向所述活性层供给电流。在二维光子晶体面发射激光器中，一般为了从面方向取出光，夹着二维光子晶体和活性层而设置的2枚电极将发光侧设为透明电极，将另一方设为不透明(反射)电极，或者将发光侧的电极形成得比另一方的电极小。而且，活性层以及二维光子晶体设置于与这些电极(存在大小的情况下为较大一方的电极)相同或比它们更大的范围。因此，在两电极间流动的电流(电荷)被注入到活性层当中的一部分区域(以下称为“电荷注入区域”)。另外，在一个电极小于另一个电极的情况下，电荷注入区域虽然也依赖于电极的面积以及电极间的距离，但一般来说接近于较小一方的电极。在本专利技术所涉及的二维光子晶体面发射激光器中，较小一方(范围较窄的一方)的第1电极以根据其面内位置而不同的密度向活性层供给电流，由此活性层的电荷注入区域中的电荷密度也成为根据面内位置而不同的值。由此，在活性层中的发光的强度中，形成基于面内位置的分布。然后，通过该发光的强度分布，从而在二维光子晶体中，产生与活性层中的电荷密度一样的情况不同的放大作用。作为用于提高二维光子晶体面发射激光器的光输出的方法之一，能够采用如下这样的构成，即，将第1电极形成为以在第1电极的面内位置的中心具有最高密度的分布向所述活性层供给电流。由此，在活性层的电荷注入区域中，产生具有中心最大的强度分布的发光。若这样的发光在二维光子晶体中被放大，则容易产生基本模式的激光振荡，能够抑制高次模式的不必要的激光振荡。因此，能够提高作为整体的光输出。另一方面，在与上述示例相反选择性地使高次模式的激光器振荡的情况等下，也可以以在第1电极的面内位置的中心以外的位置具有较高密度的分布向活性层供给电流。为了以根据第1电极的面内位置而不同的密度向活性层供给电流，第1电极能够采用将导电体形成为网格状这样的构成。在由这样的网格状导电体构成的第1电极中，通过例如使网格的线的粗度、间隔根据位置而不同，从而将导电体在网格内的面积比设为根据位置而彼此不同的值，由此能够形成基于第1电极的面内位置的电流密度的分布。为了通过网格状的第1电极来形成遍及该第1电极的整体的大范围的电流分布，期望不形成与网格的线的粗度、间隔对应的局部的电流分布。因此，将网格的线的间隔设为所述活性层中的电流分散范围Lc的1.4倍以下即可。另一方面，在局部的电流的周期性分布被容许的情况下为了减小电流密度、或者为了形成那样的周期性分布，也可以将网格的线的间隔设为大于1.4倍。在此活性层中的电流分散范围Lc是表示从第1电极中的1点朝向第2电极流动的电流在活性层的面内扩散的区域的大小的数值，由从该区域的中心到端本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二维光子晶体面发射激光器，其具有：在板状的母材上将折射率与该母材不同的异折射率区域周期性地配置为二维状而成的二维光子晶体；设置于所述二维光子晶体的一侧的活性层；和夹着所述二维光子晶体以及所述活性层而设置的、向该活性层供给电流的第1电极以及覆盖与该第1电极相同或比该第1电极更大的范围的第2电极，所述二维光子晶体面发射激光器的特征在于，将该第1电极形成为以根据所述第1电极的面内位置而不同的密度向所述活性层供给电流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.08.29 JP 2014-1757861.一种二维光子晶体面发射激光器，其具有：在板状的母材上将折射率与该母材不同的异折射率区域周期性地配置为二维状而成的二维光子晶体；设置于所述二维光子晶体的一侧的活性层；和夹着所述二维光子晶体以及所述活性层而设置的、向该活性层供给电流的第1电极以及覆盖与该第1电极相同或比该第1电极更大的范围的第2电极，所述二维光子晶体面发射激光器的特征在于，将该第1电极形成为以根据所述第1电极的面内位置而不同的密度向所述活性层供给电流。2.根据权利要求1所述的二维光子晶体面发射激光器，其特征在于，所述第1电极形成为以在面内位置的中心具有最高密度的分布向所述活性层供给电流。3.根据权利要求1或2所述的二维光子晶体面发射激光器，其特征在于，所述第1电极将导电体形成为网格状。4.根据权利要求3所述的二维光子晶体面发射激光器，其特征在于，所述网格的线的间隔为所述活性层中的面内方向的电流分散范围的1.4倍以下。5.根据权利要求3或4所述的二维光子晶体面发射激光器，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：野田进，北川均，梁永，渡边明佳，广濑和义，
申请(专利权)人：国立大学法人京都大学，罗姆股份有限公司，浜松光子学株式会社，三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP