二维光子晶体面发射激光器制造技术

二维光子晶体面发射激光器(10)具有：二维光子晶体(二维光子晶体层12)，在具有给定的大小的板状的母材(121)内呈二维状周期性地配置折射率与其不同的异折射率区域(122)而成；活性层(11)，设置在所述二维光子晶体的一侧；以及第一电极(15)以及第二电极(16)，夹着所述二维光子晶体以及活性层(11)而设置，并对活性层(11)供给电流，该异折射率区域(122)设置为，随着从作为所述电流通过二维光子晶体的范围的电流通过范围(21)的外缘朝向中央，母材(121)中的异折射率区域(122)的面内占有率变小，或周期长度变大。通过该结构，即使在二维光子晶体内形成中央高且周缘低这样的温度分布，也能够得到稳定的激光振荡。

Two-dimensional photonic crystal surface emitting laser

The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser (10) has a two-dimensional photonic crystal (two-dimensional photonic crystal layer 12), which is formed in a two-dimensional periodic configuration of the refractive index and the different refractive index region (122) in a plate shaped parent material (121) with a given size; the active layer (11) is set on one side of the two-dimensional photonic crystal; and The first electrode (15) and the second electrode (16) are set up with the two dimensional photonic crystal and the active layer (11), and supply a current to the active layer (11), which is set to the center of the outer edge of the range (21) from the range of the two-dimensional photonic crystal through the current through the range of the two-dimensional photonic crystal (21), and in the parent material (121). The in-plane occupancy of the refractive index region (122) decreases or the length of the cycle becomes larger. Through this structure, a stable laser oscillation can be obtained even if the temperature distribution in the two-dimensional photonic crystal is high and low.

【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、低消耗电力、长寿命等许多优点，在光记录用光源、通信用光源、激光显示器、激光打印机、激光指示器等广泛的领域中得到普及。另一方面，在激光加工的领域中，需要光输出至少超过1W的激光器，但是当前实用化的半导体激光器并未达到该输出，因此目前使用二氧化碳激光器等气体激光器。最近，由作为本专利技术的专利技术人中的一部分的野田等开发了光输出超过1W的二维光子晶体面发射激光器(非专利文献1以及2)。二维光子晶体面发射激光器具有活性层、二维光子晶体、以及夹着它们的一对电极。二维光子晶体是在板状的母材内周期性地配置折射率与该母材不同的异折射率区域而成的，由此形成了折射率的周期性的分布。在二维光子晶体面发射激光器中，通过从电极注入电流，从而在该活性层产生光，该光中仅与异折射率区域的周期对应的给定的波长的光被放大而进行激光振荡，并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从二维光子晶体中的一定范围内进行发光(面发光)，因此出射面积比以往的半导体激光器大，容易提高光输出。二维光子晶体面发射激光器本身从以前起就为人所知(例如，专利文献1)，但是在非专利文献1以及2记载的专利技术中，通过将平面形状为直角三角形的异折射率区域配置在与该直角三角形的正交边平行的正方格子的格点上，从而能够将光输出提高至1.5W左右。在先技术文献专利文献专利文献1：日本特开2003-023193号公报非专利文献非专利文献1：KazuyoshiHirose及其他5人著，“Watt-classhigh-power，high-beam-qualityphotonic-crystallasers”(瓦级高输出高束流品质光子晶体激光器)、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，浜松光子株式会社著，“瓦级高输出光子晶体激光器：世界率先实现-世界首例通过面发光型激光器以高束流品质达成瓦级的高输出化”，[online]，国立大学法人京都大学网页，[2015年7月23日检索]，互联网<http：//www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/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当对二维光子晶体面发射激光器注入电流时，在内部产生热。通过该热，在二维光子晶体面发射激光器的各层产生温度朝向中央而变高的温度分布。为了提高光输出，需要注入更大的电流，由此温度分布的不均匀性也变得更显著。在以往的二维光子晶体面发射激光器中并未考虑由这样的温度分布产生的影响，但是本专利技术的专利技术人着眼于这一点进行了研究，结果发现由于在二维光子晶体产生的温度分布而产生了以下的问题。在二维光子晶体激光器中，在各层中从电极注入的电流通过的范围成为发热源，在该电流通过活性层的(载流子注入到活性层)范围中，从活性层产生光并导入到二维光子晶体，光被二维光子晶体放大。在二维光子晶体产生的温度分布在该光被放大的范围中产生问题，该范围与二维光子晶体中的电流通过范围大致一致。以下，着眼于二维光子晶体中的电流通过范围内的温度分布。另外，以下只要未特别指定是二维光子晶体激光器中的哪个层，“电流通过范围”就是指二维光子晶体中的电流通过范围。在图9示出考虑温度分布的不均匀性而对以往的二维光子晶体面发射激光器通过计算求出了光的振动模式的结果。在该计算中，在母材中将平面形状为直角三角形的异折射率区域配置在与该直角三角形的正交边平行的正方格子的格点上，将该正交边的长度设为166nm，并将该正方格子的周期长度设为294nm。此外，将电流通过范围设为一个边为200μm的正方形的范围。分别对如下情况进行了计算，即，在电流通过范围的中央的温度Tc与外缘的温度Tb之间没有温度差ΔTm的(ΔTm＝0、图9(a))情况，以及在1～6℃的范围内以1℃的增量形成有温度差ΔTm的情况(图9(b)～(g))。在没有温度差ΔTm的情况(a)下，以及在ΔTm为1℃这样小的值的情况下(b)，在二维光子晶体内形成振幅在中央处大且在外缘处小的基模的驻波。相对于此，在温度差ΔTm为2～4℃的情况下((c)～(e))，在电流通过范围(即，产生光的放大的范围)内形成振幅在中央以及外缘处小且在中央与外缘之间的位置处大这样的高阶模的驻波。进而，当温度差ΔTm大至5、6℃((f)、(g))时，在电流通过范围内形成振幅在中央处大且在外缘处小并且在中央与外缘之间的位置处稍大这样的、与(a)～(e)的情况不同的振动模式的驻波。像这样，形成在电流通过范围内的温度分布仅是稍微变化，便会导致电流通过范围内的光的振动模式发生变化，因而不能得到稳定的激光振荡。本专利技术所要解决的课题在于，提供一种即使在二维光子晶体的电流通过范围内形成外缘低而中央高这样的温度分布也能够得到稳定的激光振荡的二维光子晶体面发射激光器。用于解决课题的技术方案为了解决上述课题而完成的本专利技术涉及的第一方式的二维光子晶体面发射激光器具有：二维光子晶体，在具有给定的大小的板状的母材内呈二维状周期性地配置折射率与该母材不同的异折射率区域而成；活性层，设置在所述二维光子晶体的一侧；以及一对电极，夹着所述二维光子晶体以及所述活性层而设置，并对该活性层供给电流，其特征在于，该异折射率区域设置为，随着从作为所述电流通过该二维光子晶体的范围的电流通过范围的外缘朝向中央，所述母材中的异折射率区域的面内占有率变大。上述面内占有率由与异折射率区域的周期相关的异折射率区域的面积相对于母材的单位面积之比来定义。在此，在异折射率区域根据母材的厚度方向上的位置而具有不同的面积的情况下，异折射率区域的面积由该厚度方向上的平均面积来定义。本专利技术涉及的第二方式的二维光子晶体面发射激光器具有：二维光子晶体，在具有给定的大小的板状的母材内呈二维状周期性地配置折射率与该母材不同的异折射率区域而成；活性层，设置在所述二维光子晶体的一侧；以及一对电极，夹着所述二维光子晶体以及所述活性层而设置，并对该活性层供给电流，其特征在于，所述异折射率区域配置为，随着从作为所述电流通过该二维光子晶体的范围的电流通过范围的外缘朝向中央，周期长度变小。根据本专利技术涉及的二维光子晶体面发射激光器，通过将异折射率区域设置为，随着二维光子晶体的面内位置从电流通过范围的外缘朝向中央，面内占有率变大(第一方式)或周期长度变小(第二方式)，从而可抵消形成为从外缘朝向中央变高的温度分布的不均匀性的影响，容易在二维光子晶体内形成特定的一个振动模式的驻波。由此，能够得到稳定的激光振荡。另外，在电流通过范围的外侧配置异折射率区域并不是必需的，但是期望在电流通过范围的外侧周期性地配置异折射率区域而与电流通过范围的外缘成为相同构造，使得在电流通过范围的外缘处不产生光的反射。在第一方式的二维光子晶体面发射激光器中，期望作为所述电流通过范围内的任意的面内位置处的面内占有率f(x，y)与所述外缘本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二维光子晶体面发射激光器，具有：二维光子晶体，在具有给定的大小的板状的母材内呈二维状周期性地配置折射率与该母材不同的异折射率区域而成；活性层，设置在所述二维光子晶体的一侧；以及一对电极，夹着所述二维光子晶体以及所述活性层而设置，并对该活性层供给电流，所述二维光子晶体面发射激光器的特征在于，该异折射率区域设置为，随着从作为所述电流通过该二维光子晶体的范围的电流通过范围的外缘朝向中央，所述母材中的异折射率区域的面内占有率变大。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.28 JP 2015-1691251.一种二维光子晶体面发射激光器，具有：二维光子晶体，在具有给定的大小的板状的母材内呈二维状周期性地配置折射率与该母材不同的异折射率区域而成；活性层，设置在所述二维光子晶体的一侧；以及一对电极，夹着所述二维光子晶体以及所述活性层而设置，并对该活性层供给电流，所述二维光子晶体面发射激光器的特征在于，该异折射率区域设置为，随着从作为所述电流通过该二维光子晶体的范围的电流通过范围的外缘朝向中央，所述母材中的异折射率区域的面内占有率变大。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，作为所述电流通过范围内的任意的面内位置处的面内占有率f(x，y)与所述外缘处的面内占有率fb之差的Δf(x，y)＝f(x，y)-fb和作为该面内位置处的温度T(x，y)与所述外缘处的温度Tb之差的ΔT(x，y)＝T(x，y)-Tb(＞0)以正的比例系数成比例。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...

【专利技术属性】
技术研发人员：野田进，北川均，田中良典，
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