[发明专利]二维光子晶体面发光激光器及其制造方法

说明书

二维光子晶体面发光激光器(10)在板状的母材(121)具有：二维光子晶体层(12)，周期性地配置有由折射率与该母材(121)不同的第1异折射率区域(1221)以及第2异折射率区域(1222)构成的异折射率区域对(122)；和活性层(11)，设于母材(121)的一侧，第1异折射率区域(1211)的平面形状与第2异折射率区域(1222)的平面形状相比，面积更大或相同，第1异折射率区域(1221)的厚度薄于第2异折射率区域(1222)的厚度。由此，能使第1异折射率区域(1221)和第2异折射率区域(1222)的体积接近，能更加提高在这两个异折射率区域中传播方向发生变化的光的干涉的效果，能得到更大输出的激光。

技术领域

本发明涉及半导体激光器，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光激光器及其制造方法。

背景技术

半导体激光器具有小型、廉价、耗电低、寿命长等诸多优点，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，在激光器加工的领域中需要光输出至少超过1W的激光器，但当前实用化的半导体激光器由于以下的理由而达不到该输出。因此，现状下，在激光器加工的领域中，不是使用半导体激光器，而是使用二氧化碳激光器等气体激光器。

当前实用化的半导体激光器中的光输出小的理由如以下所述。为了提高半导体激光器的光输出，最好是从元件出射的激光束的截面积(出射面积)大。另一方面，为了提高加工精度，最好是照射到被加工物的激光束的截面积(光点面积)小。因此，理想上，希望从激光源出射的激光束不扩展而保持不变地到达被加工物。但是，在半导体激光器中，越加大出射面积，激光振荡就会在越多的模式中产生，因此激光的波阵面会发生紊乱。若激光的波阵面发生紊乱，则即使使用光学系统进行聚光也难以减小光点面积。因此，在当前实用化的半导体激光器中，很难在减小光点面积的同时得到高的光输出。

在专利文献1中记载了半导体激光器中的一种，即，二维光子晶体面发光激光器。二维光子晶体面发光激光器在板状的母材具有二维光子晶体和活性层，其中，该二维光子晶体周期性地配置有折射率与该母材不同的异折射率区域。异折射率区域典型地由形成于母材的空穴构成。在二维光子晶体面发光激光器中，在因电流注入到活性层而在该活性层产生的光当中，仅与异折射率区域的周期相对应的给定的波长的光会被放大而发生激光振荡，作为激光束向与二维光子晶体垂直的方向出射。二维光子晶体面发光激光器由于从二维光子晶体中的一定范围内进行发光(面发光)，因此与端面发光形的半导体激光器相比，不仅出射面积大，易于提高光输出，而且还能够减小扩散角。

迄今为止，已知异折射率区域的形状、配置等不同的各种二维光子晶体，在专利文献1记载的二维光子晶体面发光激光器的二维光子晶体中，具有以下结构，即，在与配置成周期a的正方格子状的异折射率区域(主异折射率区域)的每一个稍稍离开的位置，设置平面形状的面积比主异折射率区域小的副异折射率区域。将这些主异折射率区域和副异折射率区域合起来称作“异折射率区域对”。

在专利文献1的结构中，在副异折射率区域距主异折射率区域的x方向上的距离d_x以及y方向上的距离d_y都是0.25a的情况下，在二维光子晶体内，对于波长λ为a的光当中被主异折射率区域反射从而行进方向变化180°的光、和被副异折射率区域反射从而行进方向变化180°的光来说，它们的光路长度之差成为0.5λ，通过干涉而被削弱。另一方面，对于在主异折射率区域中行进方向变化90°的光、和在副异折射率区域中行进方向变化90°的光来说，它们的光路长度之差成为0.25λ，这两个光不会通过干涉而被削弱。并且，在异折射率区域对中行进方向变化90°的光由于与在x方向或y方向上相邻的异折射率区域对中行进方向变化成相同方向的光的光路长度之差成为λ，因此通过干涉而被增强。光被反射到180°方向这一情况成为重复该反射后光局部存在于二维光子晶体内的一部分区域的原因，与此相对，光的行进方向变化90°这一情况有助于在二维光子晶体中的大范围内进行面发光。因此，通过设为上述结构，能够在抑制光局部存在于二维光子晶体内的一部分区域的同时通过干涉在二维光子晶体内的大范围内增强光，由此能提高激光的输出。