[发明专利]二维光子晶体激光器

说明书

二维光子晶体激光器(10)具备：基板(11)，其由n型半导体构成；p型包覆层(p型半导体层)(131)，其设置在基板(11)的上侧，由p型半导体构成；活性层(14)，其设置在p型包覆层(131)的上侧；二维光子晶体层(16)，其设置在活性层(14)的上侧，是在由n型半导体构成的板状的母材(161)中周期性地配置由折射率与母材(161)的折射率不同的材料构成的异折射率区域(162)而形成的；第一隧穿层(121)，其设置在基板(11)与p型包覆层(131)之间，由载流子密度比基板(11)的载流子密度高的n型半导体构成；第二隧穿层(122)，其以与第一隧穿层(121)接触的方式设置在第一隧穿层(121)与p型包覆层(131)之间，由载流子密度比所述p型半导体层的载流子密度高的p型半导体构成；第一电极(181)，其设置在基板(11)的下侧或基板(11)内；以及第二电极(182)，其设置在二维光子晶体层(16)的上侧。

技术领域

本发明涉及一种使用二维光子晶体将光进行放大的二维光子晶体激光器。

背景技术

二维光子晶体激光器具备活性层和二维光子晶体层。活性层通过被注入载流子(空穴、电子)而产生特定的发光波长范围的发光。二维光子晶体层具有在板状的母材上周期性地呈二维状地配置有折射率与该母材的折射率不同的异折射率区域的结构。异折射率区域包括形成于母材的空穴(空气)或与母材的材料不同的构件。在二维光子晶体激光器中，在活性层产生的光中，只有与异折射率区域的配置的周期长度对应的规定波长的光被放大而进行激光振荡，来作为激光束向与光子晶体层垂直的方向射出。

一般来说，二维光子晶体激光器除了具备上述活性层和二维光子晶体层以外，还具备具有各种功能的层。例如专利文献1所记载的二维光子晶体激光器具有在基板上将第一包覆层、活性层、载流子阻挡层、二维光子晶体层、第二包覆层以及接触层按此顺序层叠而成的构造。在基板的下侧和接触层的上侧分别设置有电极。电极以外的各层是通过在基板上外延生长而制作出的。在基板的材料中使用比p型半导体廉价的n型半导体。而且，在第一包覆层中使用与基板相同极性的n型半导体，在载流子阻挡层、二维光子晶体层的母材、第二包覆层以及接触层中使用p型半导体。在该二维光子晶体激光器中，从上侧的电极穿过接触层、第二包覆层以及二维光子晶体层的母材向活性层注入空穴，从下侧的电极穿过基板和第一包覆层向活性层注入电子。

第一包覆层和第二包覆层是为了通过易于在它们之间封入光来提高活性层中的发光效率和光子晶体层中的光的放大效率而设置的。载流子阻挡层是为了防止电子侵入光子晶体层而设置的。接触层是为了易于从上侧的电极注入空穴而设置的。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-258262号公报

专利文献2：日本特开2012-033705号公报

专利文献3：日本特开2018-144664号公报

发明内容

发明要解决的问题

在专利文献1所记载的二维光子晶体激光器中，如上所述，在二维光子晶体层的母材的材料中使用了由p型半导体构成的材料。一般来说，空穴的迁移率比电子的迁移率低，因此在二维光子晶体层的母材的材料中使用被设定了带隙、杂质的浓度等的p型半导体，使得二维光子晶体层中的载流子(空穴)的密度比由n型半导体构成的基板、由n型半导体构成的第一及第二包覆层中的载流子(电子)的密度高。但是，产生以下问题：在使在活性层产生的光在二维光子晶体层内放大时，该光的一部分被作为自由载流子的空穴吸收，因此如果二维光子晶体层内的空穴的密度变高，则激光振荡的效率降低。