CN113454858A - 二维光子晶体面发光激光器 - Google Patents

二维光子晶体面发光激光器 Download PDF

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Abstract

二维光子晶体面发光激光器(10)具备：活性层(11)；以及光子晶体层(12)，其具有在配置于活性层(11)的一侧的板状的母材(121)上设置的、作为第1二维光子晶体区域的二维光子晶体光放大部(123)以及作为第2二维光子晶体区域的二维光子晶体光反射部(125)，二维光子晶体光放大部(123)具有放大部光子带隙(15)，该放大部光子带隙(15)是在倒易空间的规定的点具有能带端的2个光子能带之间形成的光子带隙，二维光子晶体光反射部(125)设置于二维光子晶体光放大部(123)的周围，具有反射部光子带隙(16)，该反射部光子带隙(16)是在倒易空间的所述规定的点具有能带端的2个光子能带之间形成的光子带隙，其中，放大部光子带隙(15)的能量范围与反射部光子带隙(16)的能量范围不同且有一部分重叠。

Description

二维光子晶体面发光激光器
技术领域
本发明涉及一种利用二维光子晶体来将光进行放大的二维光子晶体面发光激光器。
背景技术
二维光子晶体面发光激光器包括活性层和板状的光子晶体层。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而成的结构。异折射率区域典型的是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，通过向活性层注入电流而在该活性层产生的光之中，只有与异折射率区域的周期对应的规定波长的光被放大并进行激光振荡，从而作为激光束向与光子晶体层垂直的方向射出。在此，在规定波长是与通过二维光子晶体具有周期性的折射率分布而形成的能带(称为“光子能带(Photonic Band)”，简记为“PB”。通常存在多个能带。)的上限或下限(下面将这些上限和下限均称为“能带端”。)的能量对应的波长时，光的群速度为0而形成驻波，因此能够获得稳定的激光振荡(参照专利文献1)。
在专利文献1和专利文献2中，记载了如下一种二维光子晶体面发光激光器：在光子晶体层，在板状的母材上周期性地呈二维状地配置异折射率区域的区域(下面将其称为“二维光子晶体区域”。)的外周具备用于反射在该二维光子晶体区域被放大的光的反射部。由此，能够防止在与光子晶体层平行的方向上漏光，从而能够增大向与光子晶体层垂直的方向射出的激光束的强度。反射部由衍射光栅构成，该衍射光栅例如由设置于母材表面的、包围二维光子晶体区域的1个槽、或者以异折射率区域的周期的一半为间隔设置的多个槽构成，并且包围二维光子晶体区域。
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2003-273456号公报
发明内容
发明要解决的问题
二维光子晶体区域的空穴和形成为反射部的槽通常均是通过对母材进行蚀刻而制作出的。但是，这些空穴与槽之间，平面形状、深度互不相同，因此用于形成这些空穴和槽的蚀刻时间不同。因此，无法通过1次的蚀刻来制作二维光子晶体和反射部，从而导致制造具有反射部的二维光子晶体面发光激光器要花费劳力和时间。
另外，寻求一种根据用途的不同从较广的面积射出激光束的二维光子晶体面发光激光器。当为此而增大二维光子晶体区域的面积并通过反射部将光限制到该二维光子晶体区域内时，在二维光子晶体内不仅容易形成在二维光子晶体区域的中央附近存在电场的波腹的基模的驻波，除此以外，还容易形成在二维光子晶体区域的端附近存在电场的波腹的高阶模的驻波，导致激光振荡变得不稳定。
本发明要解决的课题在于，提供一种能够减少制造所需要的劳力或时间、并且能够通过调整陷光的强度来与发出光的面积无关地以较强的强度射出稳定的激光束的二维光子晶体面发光激光器。
用于解决问题的方案
为了解决上述课题而完成的本发明所涉及的二维光子晶体面发光激光器具备：
a)活性层；以及
b)光子晶体层，其具有在配置于所述活性层的一侧的板状的母材上设置的、b-1)作为第1二维光子晶体区域的二维光子晶体光放大部以及b-2)作为第2二维光子晶体区域的二维光子晶体光反射部，
所述二维光子晶体光放大部具有放大部光子带隙，该放大部光子带隙是在倒易空间的规定的点具有能带端的2个光子能带之间形成的光子带隙，
所述二维光子晶体光反射部设置于所述二维光子晶体光放大部的周围，具有反射部光子带隙，该反射部光子带隙是在倒易空间的所述规定的点具有能带端的2个光子能带之间形成的光子带隙，
其中，所述放大部光子带隙的能量范围与所述反射部光子带隙的能量范围不同且有一部分重叠。
二维光子晶体光放大部(设为“2DPC光放大部”)和二维光子晶体光反射部(设为“2DPC光反射部”)均具有与通常的二维光子晶体相同的结构、即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。2DPC光放大部相当于上述的二维光子晶体区域。在本发明所涉及的二维光子晶体面发光激光器中，与以往的二维光子晶体面发光激光器同样地，通过向活性层注入电流而产生的光中的具有与2DPC光放大部的能带端的能量对应的波长(设为“振荡波长”)的光进行激光振荡。
一般地，在二维光子晶体中，形成有多个PB，并且在能量上相邻的2个PB之间形成无法在特定的能量范围内存在光的光子带隙(PBG)。PBG的能量的下端也是紧挨着该PBG的下一个的PB的能带端，PBG的能量的上端也是紧挨着该PBG的上一个的PB的能带端。在本发明所涉及的二维光子晶体面发光激光器中，放大部光子带隙(设为“放大部PBG”)的能量范围与反射部光子带隙(设为“反射部PBG”)的能量范围不同且有一部分重叠。由此，成为以下状态中的任一个或多个状态，即：(i)放大部PBG的下端侧的能带端的能量处于反射部PBG内、(ii)放大部PBG的下端侧的能带端的能量处于反射部PB内、(iii)放大部PBG的上端侧的能带端的能量处于反射部PBG侧、(iv)放大部PBG的上端侧的能带端的能量处于反射部PB内。
在能量处于反射部PBG内的2DPC光放大部的能带端，与该能带端的能量对应的振荡波长的光无法在2DPC光反射部内传播。因此，该光被2DPC光反射部反射到2DPC光放大部侧。由此，能够增大向与二维光子晶体垂直的方向射出的激光束的强度。这种结构在想要减小射出激光束的面积的情况中特别有益。
另一方面，在能量处于反射部PB内的2DPC光放大部的能带端，与该能带端的能量对应的振荡波长的光能够在2DPC光反射部内传播。但是，其中的一部分由于母材与异折射率区域具有折射率的差而在2DPC光反射部内的多个异折射率区域的各异折射率区域与母材的边界处被反射。因此，所述振荡波长的光在2DPC光反射部内扩散的同时缓缓地被反射到2DPC光放大部侧。由此，在2DPC光放大部大的情况下，不易产生在2DPC光放大部的端附近存在电场的波腹的高阶模的驻波，能够从2DPC光放大部内的较广的面积射出稳定的激光束。所述振荡波长离与反射部PB的能带端对应的波长越远，则在上述情况下产生的反射的强度越弱。因此，通过调整所述振荡波长同与反射部PB的能带端对应的波长之间的波长差，能够连续地调整陷光的强度。
如以上那样，在本发明所涉及的二维光子晶体面发光激光器中，通过调整陷光的强度，能够与发出光的面积无关地以较强的强度射出稳定的激光束。
另外，根据本发明所涉及的二维光子晶体面发光激光器，2DPC光反射部与2DPC光放大部同样地具有在板状的母材上周期性地配置有异折射率区域这样的共通的结构。并且，在2DPC光反射部和2DPC光放大部中，在倒易空间的相同的点处放大部PBG的能量范围与反射部PBG的能量范围有一部分重叠，因此能够设定为两者的周期构造比较接近。基于这些理由，2DPC光反射部和2DPC光放大部能够被通过同样的方法同时制作，因此能够减少制造二维光子晶体面发光激光器所需要的劳力和时间。
为了使放大部PBG的能量范围与反射部PBG的能量范围不同且有一部分重叠，2DPC光放大部和2DPC光反射部例如能够采取下面的结构。
作为第1例，列举如下结构：异折射率区域在2DPC光放大部中所占的体积的比例(称为填充因数(Filling Factor)，简记为“FF”。)与2DPC光反射部的FF不同。由此，在2DPC光放大部与2DPC光反射部之间，光所感受到的有效折射率不同，因此两者的PBG的能量范围也不同。具体地说，FF越小，则PBG的能量范围越靠近低能量。在反射部PBG相比于放大部PBG而言更靠近低能量的情况下，放大部PBG的下侧的能带端的能量处于反射部PBG内，放大部PBG的上侧的能带端的能量处于反射部PB内。另一方面，在反射部PBG相比于放大部PBG而言更靠近高能量的情况下，放大部PBG的下侧的能带端的能量处于反射部PB内，放大部PBG的上侧的能带端的能量处于反射部PBG内。
作为第2例，列举如下结构：在2DPC光放大部中配置异折射率区域的周期长度与在2DPC光反射部中配置异折射率区域的周期长度不同。具体地说，周期长度越大，则PBG的能量范围越靠近低能量。反射部PBG相比于放大部PBG而言更靠近低能量的情况下、以及反射部PBG相比于放大部PBG而言更靠近高能量的情况下的放大部PBG的下侧及上侧的能带端与反射部PBG及反射部PB的关系同第1例的情况是相同的。
作为第3例，列举如下结构：在2DPC光放大部中以第1规定周期长度配置有异折射率区域，在2DPC光反射部以第2规定周期长度配置有主异折射率区域，并且在最邻近的2个主异折射率区域之间配置有体积比该主异折射率区域的体积小的副异折射率区域。由此，反射部PBG的能量范围的中心与放大部PBG的能量范围的中心几乎是相同的，且反射部PBG的能量范围大于放大部PBG的能量范围。因此，放大部PBG的下侧及上侧的能带端的能量均处于反射部PBG内。
另一方面，还能够采取如下结构：在2DPC光反射部中以第1规定周期长度配置有异折射率区域，在2DPC光放大部中以第2规定周期长度配置有主异折射率区域，并且在最邻近的2个主异折射率区域之间配置有体积比该主异折射率区域的体积小的副异折射率区域。由此，反射部PBG的能量范围的中心与放大部PBG的能量范围的中心几乎是相同的，且反射部PBG的能量范围小于放大部PBG的能量的范围。因此，放大部PBG的下侧及上侧的能带端的能量均处于反射部PBG外(反射部PB内)。
在将2DPC光反射部仅设置于2DPC光放大部的周围的一部分的情况下也起到本发明的效果，但是为了起到更高的效果，优选将2DPC光反射部设置于2DPC光放大部的整个周围。
期望的是，所述2DPC光放大部包含在使所述活性层中产生的光导入到所述光子晶体层的光导入区域中。由此，能够将从活性层11发出的光供给到整个2DPC光放大部，能够使2DPC光放大部有效地动作，以使光放大。在与活性层及光子晶体层平行的面内，光导入区域为与向活性层注入电流的区域(电流注入区域)大致相同的位置、形状以及大小。电流注入区域由向活性层注入电流的电极的形状决定。
期望的是，在所述2DPC光放大部中，具有配置于所述2DPC光放大部的异折射率区域为非圆形的平面形状。由此，在2DPC光放大部内被放大的光易于向与二维光子晶体垂直的方向射出。此外，非圆形的异折射率区域中包括将2个以上的折射率与母材的折射率不同的圆形(或非圆形)的区域组合而成的区域。
发明的效果
根据本发明所涉及的二维光子晶体面发光激光器，能够减少制造所需要的劳力和时间，并且通过调整陷光的强度，能够与发出光的面积无关地以较强的强度射出稳定的激光束。
附图说明
图1是示出本发明所涉及的二维光子晶体面发光激光器的第1实施方式的立体图。
图2是示出第1实施方式的二维光子晶体面发光激光器中的电流注入区域的截面图。
图3是示出第1实施方式的二维光子晶体面发光激光器中的光子晶体层的结构的俯视图。
图4是具有正方格子状的周期构造的二维光子晶体中的能带图(左图)及其局部放大图(右图)。
图5是示意性地示出第1实施方式的二维光子晶体面发光激光器中的放大部PBG和反射部PBG的图。
图6是示出第1实施例中的光子晶体层内的光子的分布的计算结果的图。
图7是示出比较例中的光子晶体层内的光子的分布的计算结果的图。
图8是示出第1实施例中的阈值增益的计算结果的图。
图9是示出比较例中的阈值增益的计算结果的图。
图10是示出作为第1实施方式的变形例的二维光子晶体面发光激光器中的光子晶体层的结构的俯视图。
图11是示意性地示出第1实施方式的变形例中的放大部PBG和反射部PBG的图。
图12是示出作为第1实施方式的其它变形例的二维光子晶体面发光激光器中的光子晶体层的结构的俯视图。
图13是示出作为第1实施方式的又一其它变形例的二维光子晶体面发光激光器中的光子晶体层的结构的俯视图。
图14是示出本发明所涉及的二维光子晶体面发光激光器的第2实施方式中的光子晶体层的结构的俯视图。
图15是示意性地示出第2实施方式的二维光子晶体面发光激光器中的放大部PBG和反射部PBG的图。
图16是示出第2实施例中的光子晶体层内的光子的分布的计算结果的图。
图17是示出第2实施例中的阈值增益的计算结果的图。
图18是示出作为第2实施方式的变形例的二维光子晶体面发光激光器中的光子晶体层的结构的俯视图。
图19是示意性地示出第2实施方式的变形例中的放大部PBG和反射部PBG的图。
图20是示意性地示出在以往的二维光子晶体面发光激光器中向光子晶体层注入电流之前(左图)以及注入电流之后(右图)的放大部PBG和反射部PBG的图。
图21是示出本发明所涉及的二维光子晶体面发光激光器的第3实施方式中的光子晶体层的结构的俯视图。
图22是示意性地示出在第3实施方式的二维光子晶体面发光激光器中向光子晶体层注入电流之前(左图)以及注入电流之后(右图)的放大部PBG和反射部PBG的图。
图23是示出第3实施方式的二维光子晶体面发光激光器的立体图。
图24是示出通过计算求出第3实施例的二维光子晶体面发光激光器中的激光束的振荡谱得到的结果的图。
图25是示出通过计算求出比较例的二维光子晶体面发光激光器中的激光束的振荡谱得到的结果的图。
图26是示出通过计算求出第3实施例的二维光子晶体面发光激光器中的激光束的远视场像得到的结果的图。
图27是示出通过计算求出比较例的二维光子晶体面发光激光器中的激光束的远视场像得到的结果的图。
图28是示出通过计算求出第3实施例以及比较例的二维光子晶体面发光激光器中的激光束的扩散角得到的结果的图。
具体实施方式
使用图1～图28来说明本发明所涉及的二维光子晶体面发光激光器的实施方式。
(1)第1实施方式
(1-1)第1实施方式的二维光子晶体面发光激光器的结构
如图1所示，第1实施方式的二维光子晶体面发光激光器10具有将第1电极191、第1包覆层141、活性层11、间隔层13、光子晶体层12、第2包覆层142以及第2电极192按此顺序层叠而成的结构。其中，活性层11与光子晶体层12的顺序可以是与上述相反的顺序。在图1中，为了方便，将第1电极191作为下侧、将第2电极192作为上侧示出，但是二维光子晶体面发光激光器10被使用时的朝向并不限定于该图中所示的朝向。另外，在图1中，将第1电极191以与其它构成要素分离的方式示出，但是实际上第1电极191与第1包覆层141的下表面接触。
下面，说明各层和电极的结构。下面，首先说明光子晶体层12以外的结构，之后详细记述光子晶体层12的结构。此外，光子晶体层12以外的结构在第1实施方式以外的实施方式中也是相同的。
活性层11通过被从第1电极191和第2电极192注入电荷而发出具有规定的波长范围的光。在本实施方式中，活性层11的材料是InGaAs/AlGaAs多量子阱(发光波长范围：935nm～945nm)，但是在本发明中并不限定于该材料。
间隔层13不是本发明中的必须的构成要素，是为了将材料不同的活性层11与光子晶体层12连接而设置的。在本实施方式中，间隔层13的材料是AlGaAs，但是能够根据活性层11和光子晶体层12的材料适当地变更。
第1包覆层141和第2包覆层142具有如下作用：将第1电极191与活性层11连接，以及将第2电极192与光子晶体层12连接，从而易于从第1电极191和第2电极192向活性层11注入电流，并且利用与活性层11的折射率之差来将光限制到活性层11附近。为了发挥这些作用，在第1包覆层141的材料中使用了折射率比活性层11的折射率低的p型半导体，在第2包覆层142的材料中使用了折射率比活性层11的折射率低的n型半导体。第1包覆层141具有从第1电极191侧起依次层叠由p-GaAs构成的层和由p-AlGaAs构成的层而得到的双层结构，同样地，第2包覆层142具有从第2电极192侧起依次层叠由n-GaAs构成的层和由n-AlGaAs构成的层而得到的双层结构(双层结构均未图示)。在本发明中，这些第1包覆层141和第2包覆层142也不限定于上述材料。第1包覆层141的平面尺寸和第2包覆层142的平面尺寸与活性层11及光子晶体层12的母材121相同。基于下面的第1电极191的说明中记述的理由，第2包覆层142的厚度相比于活性层11、光子晶体层12、间隔层13以及第1包覆层141的厚度而言非常大。
第1电极191呈正方形形状，比活性层11小。当如上述那样使第2包覆层142的厚度相比于第1包覆层141的厚度而言非常大时，如图2所示，活性层11中的被注入电流的电流注入区域111的形状及大小大致等于第1电极191的形状及大小(略大于第1电极191)。能够通过第1电极191的形状及大小来调整电流注入区域111的形状及大小。在第1电极191的周围，以与第1电极191之间隔着绝缘体的方式设置有由对于激光而言不透明的金属构成的反射层(未图示)。反射层具有同第1电极191一起对在二维光子晶体面发光激光器10的内部产生的激光进行反射后使激光从第2电极192侧放出到外部的作用。此外，第1电极191的形状并不限定于正方形形状，也可以设为圆形等其它形状。
第2电极192具有将由对于激光而言不透明的金属构成的正方形的板状构件的中央呈正方形形状地挖空而得到的结构。将板状构件被挖空的部分称为窗部1921，将保留板状构件的部分称为框部1922。该板状构件的一条边的长度大于第1电极191的一条边的长度。此外，第2电极192的形状并不限定于正方形形状，也可以设为圆形等其它形状。另外，第2电极192也可以使用由对于激光而言透明的导电性材料(例如氧化铟锡)构成的板状的电极，来代替这种具有窗部的电极。
如图3所示，光子晶体层12具有：板状的母材121；第1异折射率区域122，其呈正方格子状地(周期性地呈二维状地)配置在母材121中的中央附近的正方形的区域内；以及第2异折射率区域124，其呈正方格子状地(周期性地呈二维状地)配置在该正方形的区域的外侧。所述正方形的区域内相当于2DPC光放大部123，该正方形的区域的外侧的配置有第2异折射率区域124的区域相当于2DPC光反射部125。在2DPC光放大部123和2DPC光反射部125中，正方格子的周期长度都相同(设为“a”)。
通过如上述那样使第2包覆层142的厚度相比于活性层11、光子晶体层12以及间隔层13的厚度而言非常大，由此光子晶体层12中的被从活性层11导入光的光导入区域1201为在与活性层11及光子晶体层12平行的面内与电流注入区域111大致相同的区域。优选的是，2DPC光放大部123的范围包含在光导入区域1201中(与光导入区域1201相同、或者比光导入区域1201窄)。由此，能够向整个2DPC光放大部123供给如后述那样从活性层11发出的光，从而能够使2DPC光放大部123有效地动作，以使光放大。
第1异折射率区域122具有第1主异折射率区域1221和第1副异折射率区域1222。第1主异折射率区域1221与第1副异折射率区域1222相互独立(不接触)，但是通过周期性地(呈周期长度为a的正方格子状地)配置将两者组合而得到的区域，来作为1个第1异折射率区域122发挥功能。第1主异折射率区域1221相比于第1副异折射率区域1222而言，俯视观察时的面积(下面简设为“面积”)更大，且厚度相同，因此第1主异折射率区域1221的体积更大。在第1实施方式中，第1主异折射率区域1221和第1副异折射率区域1222均由空穴构成。也可以嵌入折射率与母材121的折射率不同的构件来代替空穴。
第2异折射率区域124也与第1异折射率区域122同样地具有相互独立(不接触)的第2主异折射率区域1241和第2副异折射率区域1242。第2主异折射率区域1241的体积大于第2副异折射率区域1242的体积(面积大且厚度相同)。另外，第2主异折射率区域1241的体积小于第1主异折射率区域1221的体积(面积小且厚度相同)。第2副异折射率区域1242与第1副异折射率区域1222的体积(面积和厚度)相同。因而，第2异折射率区域124在2DPC光反射部125内所占的体积的比例(第2异折射率区域124的FF)小于第1异折射率区域122在2DPC光放大部123内所占的体积的比例(第1异折射率区域122的FF)。
此外，在图3中，在正方格子的横向(下面设为“x方向”。)和纵向(下面设为“y方向”。)的各方向上分别只示出了8个第1异折射率区域122，但是第1异折射率区域122的个数并不限定于此。另外，在图3中，关于2DPC光反射部125，为了简单化，仅示出2DPC光放大部123附近的部分，实际上以延展到图3所示的范围的外侧的方式设置。
如到此为止所记述的那样，在以相同的周期长度呈正方格子状地配置有异折射率区域的2DPC光放大部123和2DPC光反射部125中，通过使第2异折射率区域124的FF小于第1异折射率区域122的FF，由此放大部PBG 15和反射部PBG 16形成为下面那样。在2DPC光放大部123中，在倒易空间的被称为Γ点(相当于倒易空间的原点)的点具有能带端的2个PB之间形成放大部PBG15(图4)。另一方面，在2DPC光反射部125中，在Γ点具有能带端的2个PB之间形成在比放大部PBG 15低的能量处具有与放大部PBG 15大致相同的能量宽度的反射部PBG16。而且，在第1异折射率区域122的FF与第2异折射率区域124的FF之差处于一定的范围内时，放大部PBG 15的能量范围与反射部PBG 16的能量范围不同且有一部分重叠(图5中的重叠范围17)。放大部PBG 15的下侧的能带端181的能量处于反射部PBG 16内。另一方面，放大部PBG 15的上侧的能带端182的能量处于反射部PBG 16外(反射部PB内)。
(1-2)第1实施方式的二维光子晶体面发光激光器的动作
接着，说明第1实施方式的二维光子晶体面发光激光器10的动作。
通过在第1电极191与第2电极192之间施加规定的电压，来从两个电极向活性层11注入电流。此时，由于第2电极192的面积比第1电极191的面积更大，因此电流(电荷)被集中注入到活性层11中的比第2电极192窄且比第1电极191广的范围(电流注入范围)内。由此，从活性层11的电流注入区域111产生具有规定的波长范围内的波长的光。
在光子晶体层12的2DPC光放大部123中，将通过这样产生的光中的与正方格子的周期长度a对应的波长(振荡波长)的光选择性地放大。该振荡波长为与正方格子的倒易空间的Γ点处的能带端181的能量对应的波长。由于能带端181的能量处于反射部PBG 16内，因此该振荡波长的光无法存在于2DPC光反射部125。因此，通过2DPC光放大部123放大的光被2DPC光反射部125反射到2DPC光放大部123侧，因此被进一步放大。像这样被2DPC光放大部123放大后的光向与光子晶体层12垂直的方向衍射，作为激光束从第2电极192的窗部1921射出。
根据第1实施方式的二维光子晶体面发光激光器10，振荡波长的光被2DPC光反射部125反射到2DPC光放大部123侧而被进一步放大，因此能够增大激光束的强度。该二维光子晶体面发光激光器10的结构在希望减小射出激光束的面积的情况中是有益的。
此外，在二维光子晶体面发光激光器中，一般地，在使光放大的二维光子晶体的异折射率区域的平面形状为圆形的情况下，由于该平面形状的对称性高，从而在二维光子晶体内生成的电场相互抵消，激光束呈现截面的中心附近处的强度较弱的环型的强度分布。与此相对，在本实施方式中，由于第1异折射率区域122的平面形状的对称性低于圆形的对称性，因此能够防止激光束的截面的中心附近的强度变弱，从而能够获得截面上的强度的均一性高的激光束。
在第1实施方式的二维光子晶体面发光激光器10中，2DPC光放大部123和2DPC光反射部125具有在板状的母材121上周期性地配置有异折射率区域(第1异折射率区域122和第2异折射率区域124)这样的共通的结构。另外，在该二维光子晶体面发光激光器10中，通过以使2DPC光放大部123和2DPC光反射部125在倒易空间的Γ点具有一部分重叠的PBG的方式设定第1异折射率区域122的FF和第2异折射率区域124的FF，由此两者的FF具有接近的值。基于这些理由，2DPC光放大部123与2DPC光反射部125具有接近的结构，因此例如通过在对母材121施加抗蚀剂掩模之后利用气体进行蚀刻来同时形成第1异折射率区域122和第2异折射率区域124，由此能够通过相同的方法同时制作2DPC光放大部123和2DPC光反射部125。因此，能够减少制造二维光子晶体面发光激光器所需要的劳力和时间。
(1-3)第1实施方式的二维光子晶体面发光激光器的特性的模拟
针对第1实施方式的二维光子晶体面发光激光器10，说明通过计算求出其特性得到的结果。在该计算中，在光子晶体层12上，在x方向上配置80个异折射率区域且在y方向上配置80个异折射率区域，将这些异折射率区域中的、在中央附近沿纵向配置了20个且沿横向配置了20个的异折射率区域设为第1异折射率区域122，将除这些以外的异折射率区域设为第2异折射率区域124。正方格子的晶格常数a设为280nm。第1副异折射率区域1222的位置设为从第1主异折射率区域1221向x方向偏移0.44a且向y方向偏移0.44a的位置。像这样，通过在从第1主异折射率区域1221向x方向偏移0.35a～0.5a且向y方向偏移0.35a～0.5a的位置配置第1副异折射率区域1222，能够增强在光子晶体层12内被放大的光的反馈效果。第2副异折射率区域1242的位置也同样地设为从第2主异折射率区域1241向x方向偏移0.44a且向y方向偏移0.44a的位置。在第1主异折射率区域1221中，FF设为0.09(9％)，在第1副异折射率区域1222中，FF设为0.03(3％)，在第2主异折射率区域1241中，FF设为0.06(6％)，在第2副异折射率区域1242中，FF设为0.03(3％)。因而，第1异折射率区域122的FF为0.12(12％)，第2异折射率区域124的FF为0.09(9％)。光子晶体层12的厚度设为170nm，光子晶体层12与活性层11之间的距离设为60nm。将具有以上参数的第1实施方式的二维光子晶体面发光激光器10设为“第1实施例”。
在第1实施例的二维光子晶体面发光激光器中，计算出2DPC光放大部123和2DPC光反射部125的有效折射率、放大部PBG 15和反射部PBG 16的能量范围。其结果是，2DPC光放大部123的有效折射率为3.372，2DPC光反射部125的有效折射率的有效折射率为3.388。另外，放大部PBG 15的能量范围被换算为真空中的波长时为931nm～951nm，反射部PBG 16的能量范围进行相同换算时为935nm～957nm。根据该计算结果可知，放大部PBG 15的下侧的能带端181的能量(在波长换算中为上侧、即951nm)处于反射部PBG 16内。因而，在下侧的能带端181进行激光振荡的情况下，被2DPC光放大部123放大的光无法存在于反射部PBG 16内，因此被2DPC光反射部125反射到2DPC光放大部123侧而被进一步放大。另一方面，可知放大部PBG 15的上侧的能带端182的能量(在波长换算中为下侧、即931nm)处于比反射部PBG16高的能量侧且处于反射部PB内。因此，上侧的能带端182的光无法被较强地限制到2DPC光放大部123内，从而在如第1实施例那样2DPC光放大部123小的情况下，无法获得激光振荡所需要的反馈作用，因此激光振荡困难。因而，在第1实施例的二维光子晶体面发光激光器中，仅在下侧的能带端181产生激光振荡。
在第1实施例的二维光子晶体面发光激光器中，通过计算求出光子晶体层12内的光子的分布、即光的强度的分布。关于为了进行比较而将第1实施例中的第2异折射率区域124置换为第1异折射率区域122、也即光子晶体层12内的二维光子晶体全部为2DPC光放大部而不具有2DPC光反射部、除此以外的结构与第1实施例相同的二维光子晶体面发光激光器(设为“比较例”)，也同样地通过计算求出光子晶体层12内的光子的分布。在图6中示出关于第1实施例的计算结果，在图7中示出关于比较例的计算结果。在这些图中均是，在光子晶体层12的中央附近用白色示出的部位表示光子的密度最高，随着远离该中心而灰色的浓度逐渐变浓表示光子的密度逐渐变低。而且，可知，在比较例中，浓度分布随着从光子晶体层12的中央去向端部而呈同心圆状地扩散，与此相对，在第1实施例中，光子被较强地限制到了中央附近的一条边的长度为20a的正方形的范围内、即2DPC光放大部123内。
接着，针对第1实施例和比较例的二维光子晶体面发光激光器，分别说明通过计算求出在下侧的能带端181进行激光振荡的情况下的阈值增益得到的结果。阈值增益表示激光振荡的产生容易度，阈值增益的值越小，则以越小的电流值产生稳定的激光振荡。在图8中示出关于第1实施例的计算结果，在图9中示出关于比较例的计算结果。在第1实施例中，基模的阈值增益为112cm-1，与此相对，在比较例中，基模的阈值增益为208cm-1。因而，与比较例相比，第1实施例的阈值增益更小，从而能够获得更稳定的激光振荡。
(1-4)第1实施方式的变形例
接着，说明作为第1实施方式的变形例的二维光子晶体面发光激光器10A。该二维光子晶体面发光激光器10A具备具有图10中以俯视图示出的结构的光子晶体层12A来代替上述的光子晶体层12。除光子晶体层12A以外的结构与第1实施方式的二维光子晶体面发光激光器10相同。光子晶体层12A具有：板状的母材121；第1异折射率区域122A，其以周期长度a呈正方格子状地配置在母材121中的中央附近的正方形的区域内；以及第2异折射率区域124A，其以周期长度a呈正方格子状地配置在该正方形的区域的外侧。所述正方形的区域内相当于2DPC光放大部123A，该正方形的区域的外侧的配置有第2异折射率区域124A的区域内相当于2DPC光反射部125A。第1异折射率区域122A具有第1主异折射率区域1221A、以及FF比该第1主异折射率区域1221A的FF小的第1副异折射率区域1222A。另外，第2异折射率区域124A具有第2主异折射率区域1241A、以及FF比该第2主异折射率区域1241A的FF小的第2副异折射率区域1242A。第2主异折射率区域1241A的体积大于第1主异折射率区域1221A的体积(面积大且厚度相同)。第2副异折射率区域1242A与第1副异折射率区域1222A的体积(面积和厚度)相同。因而，第2异折射率区域124A的FF大于第1异折射率区域122A的FF。在该FF这一点上，变形例与第1实施方式的二维光子晶体面发光激光器10不同。
在变形例的二维光子晶体面发光激光器10A中，通过使第2异折射率区域124A的FF小于第1异折射率区域122A的FF，由此放大部PBG 15A和反射部PBG 16A形成为下面那样(图11)。放大部PBG 15A和反射部PBG 16A均形成于在倒易空间的Γ点具有能带端的2个PB之间这一点与第1实施方式的二维光子晶体面发光激光器10相同。反射部PBG 16A具有与放大部PBG 15大致相同的能量宽度，形成于比放大部PBG 15高的能量处。而且，在第1异折射率区域122A的FF与第2异折射率区域124A的FF之差处于一定的范围内时，放大部PBG 15A的能量范围与反射部PBG 16A的能量范围不同且有一部分重叠(重叠范围17A)。放大部PBG 15A的下侧的能带端181A的能量处于放大部PBG 15A外(反射部PB内)。另一方面，放大部PBG 15A的上侧的能带端182A的能量处于反射部PBG 16A内。因而，在上侧的能带端182A进行激光振荡的情况下，被2DPC光放大部123A放大的光无法存在于反射部PBG 16A内，因此被2DPC光反射部125A反射到2DPC光放大部123A侧而被进一步放大。另一方面，由于下侧的能带端181A的能量处于反射部PB内，因此下侧的能带端181A的光无法被较强地限制到2DPC光放大部123A内，从而如本变形例那样在2DPC光放大部123A小的情况下，无法获得激光振荡所需要的反馈作用，因此激光振荡困难。因而，在本变形例中，仅在上侧的能带端182A产生激光振荡。
在图12中示出第1实施方式的其它变形例的二维光子晶体面发光激光器10B中的光子晶体层12B。在该变形例的二维光子晶体面发光激光器10B中，除光子晶体层12B以外的结构与第1实施方式的二维光子晶体面发光激光器10相同。光子晶体层12B具有：板状的母材121；第1异折射率区域122B，其以周期长度a1呈正方格子状地配置在母材121中的中央附近的正方形的区域内；以及第2异折射率区域124B，其以周期长度a2呈正方格子状地配置在该正方形的区域的外侧。该正方形的区域相当于2DPC光放大部123B，该正方形的区域的外侧的配置有第2异折射率区域124B的区域内相当于2DPC光反射部125B。周期长度a2比a1长。第1异折射率区域122B的形状及大小与第1实施方式中的第1异折射率区域122的形状及大小相同。另外，第2异折射率区域124B的形状及大小与第1异折射率区域122B的形状及大小相同。
在该变形例的二维光子晶体面发光激光器10B中，通过使配置于2DPC光反射部125B的第2异折射率区域124B的周期长度a2比配置于2DPC光放大部123B的第1异折射率区域122B的周期长度a1长，由此与第1实施方式的二维光子晶体面发光激光器10同样地，如图5所示那样在比放大部PBG 15低的能量处形成反射部PBG 16。而且，在这些周期长度a1与a2之差处于一定的范围内时，放大部PBG 15的能量范围与反射部PBG 16的能量范围不同且有一部分重叠。由此，在能量处于放大部PBG 15内的与放大部PBG 15的下侧的能带端181对应的波长的光被从活性层11导入到2DPC光放大部123B的情况下，该光被2DPC光反射部125B反射到2DPC光放大部123B侧，因此被进一步放大。在能量处于放大部PBG 15外的与放大部PBG15的上侧的能带端182对应的波长的光被从活性层11导入到2DPC光放大部123B的情况下，该光无法被较强地限制到2DPC光放大部123，从而如本变形例那样在2DPC光放大部123B小的情况下无法获得激光振荡所需要的反馈作用，因此激光振荡困难。因而，在本变形例中，仅在下侧的能带端181产生激光振荡。
另一方面，如图13所示，在配置于2DPC光反射部125B的第2异折射率区域124B的周期长度a2比配置于2DPC光放大部123B的第1异折射率区域122B的周期长度a1短的情况下，与二维光子晶体面发光激光器10A同样地，如图11所示那样在比放大部PBG 15A高的能量处形成反射部PBG 16A。根据该结构，在能量处于放大部PBG 15内的与放大部PBG 15A的上侧的能带端182A对应的波长的光被从活性层11导入到2DPC光放大部123B的情况下，该光被2DPC光反射部125B反射到2DPC光放大部123B侧，因此被进一步放大。在能量处于放大部PBG 15外的与放大部PBG 15A的下侧的能带端181A对应的波长的光被从活性层11导入到2DPC光放大部123B的情况下，该光无法被较强地限制到2DPC光放大部123B，从而如本变形例那样在2DPC光放大部123B小的情况下无法获得激光振荡所需要的反馈作用，因此激光振荡困难。
(2)第2实施方式
(2-1)第2实施方式的二维光子晶体面发光激光器的结构和动作
第2实施方式的二维光子晶体面发光激光器10C具备下面记述的光子晶体层12C来代替第1实施方式的二维光子晶体面发光激光器10中的光子晶体层12。除光子晶体层12C以外的结构与第1实施方式的二维光子晶体面发光激光器10相同。
如图14所示，光子晶体层12C具有：板状的母材121；第1异折射率区域122C，其呈正方格子状地配置在母材121中的中央附近的正方形的区域内；以及第2异折射率区域124C，其呈正方格子状地配置在该正方形的区域的外侧。所述正方形的区域内相当于2DPC光放大部123C，该正方形的区域的外侧的配置有第2异折射率区域124C的区域相当于2DPC光反射部125C。2DPC光放大部123C的正方格子的周期长度和2DPC光反射部125C的正方格子的周期长度均为a。
第1异折射率区域122C具有与第1实施方式的二维光子晶体面发光激光器10中的第1异折射率区域122相同的结构，具备第1主异折射率区域1221C和第1副异折射率区域1222C。
第2异折射率区域124C具有第2主异折射率区域1241C、以及3个第2副异折射率区域1242C、1243C及1244C。第2副异折射率区域1242C配置在从第2主异折射率区域1241C分别向x方向偏移a/2且向y方向偏移a/2的位置。第2副异折射率区域1243C配置在从第2主异折射率区域1241C向x方向偏移a/2的位置(在y方向上无偏移)。第2副异折射率区域1244C配置在从第2主异折射率区域1241C向y方向偏移a/2的位置(在x方向上无偏移)。这3个第2副异折射率区域1242C、1243C及1244C的体积小于第2主异折射率区域1241C的体积(面积小且厚度相同)。另外，使第1异折射率区域122C的FF与第2异折射率区域124C的FF相等。
这些第1异折射率区域122C和第2异折射率区域124C均由空穴构成。也可以嵌入折射率与母材121的折射率不同的构件来代替空穴。
像这样，在第2实施方式的2DPC光反射部125C中，在x方向和y方向的各个方向上，在以周期长度a周期性地配置的相邻的2个第2主异折射率区域1241C之间配置有体积比第2主异折射率区域1241C的体积小的第2副异折射率区域1242C、1243C及1244C。由此，在2DPC光反射部125C内传播且在180°方向上衍射的光的强度变强。于是，如图15所示，形成于2DPC光反射部125C的反射部PBG 16C的能量宽度相比于形成于2DPC光放大部123C的放大部PBG15C的能量宽度而言较宽。另一方面，2DPC光放大部123C中的周期长度与2DPC光反射部125中的周期长度相等，并且第1异折射率区域122C的FF与第2异折射率区域124C的FF相等，因此放大部PBG 15C的能量的中央值与反射部PBG 16C的能量的中央值大致相同。由此，放大部PBG 15C的下侧的能带端181C和上侧的能带端182C的能量均处于反射部PBG 16C内。因而，无论在与下侧的能带端181C和上侧的能带端182C中的哪一个能带端的能量对应的波长的光被从活性层11导入到2DPC光放大部123C的情况下，该光都被2DPC光反射部125C反射到2DPC光放大部123C侧，因此被进一步放大。
(2-2)第2实施方式的二维光子晶体面发光激光器的特性的模拟
针对第2实施方式的二维光子晶体面发光激光器10C，说明通过计算求出其特性得到的结果。在该计算中，在光子晶体层12C上，在x方向上配置80个异折射率区域且在y方向上配置80个异折射率区域，将这些异折射率区域中的、在中央附近沿纵向配置了20个且沿横向配置了20个的异折射率区域设为第1异折射率区域122C，将除这些以外的异折射率区域设为第2异折射率区域124C。正方格子的格子常数a设为280nm。第1副异折射率区域1222C的位置设为从第1主异折射率区域1221C向x方向偏移0.44a且向y方向偏移0.44a的位置。关于第1异折射率区域122C中的FF，在第1主异折射率区域1221C中为0.09(9％)，在第1副异折射率区域1222C中为0.03(3％)，整体为0.12(12％)。关于第2异折射率区域124C中的FF，在第2主异折射率区域1241C中为0.05(5％)，在第2副异折射率区域1242C、1243C及1244C中为0.03(3％)、0.02(2％)及0.02(2％)，整体为0.12(12％)。光子晶体层12的厚度设为170nm，光子晶体层12与活性层11之间的距离设为60nm。将具有以上参数的第2实施方式的二维光子晶体面发光激光器10C设为“第2实施例”。
在第2实施例的二维光子晶体面发光激光器中，2DPC光放大部123C的有效折射率和2DPC光反射部125C的有效折射率均为3.372。另外，在通过计算求出与在二维光子晶体中传播且在180°方向上衍射的光的强度对应的指标即一维耦合系数时，在2DPC光放大部123C中该一维耦合系数为2630cm-1，与此相对地，在2DPC光反射部125C中该一维耦合系数为3973cm-1这样的比2DPC光放大部123C的该一维耦合系数高的值。这表示：与2DPC光放大部123C相比，2DPC光反射部125C在180°方向上衍射的光的强度更高且PBG更大。
在通过计算求出PBG的能量范围时，在放大部PBG 15C中，换算为真空中的波长时为931nm～951nm，在反射部PBG 16C中，进行相同换算时为924nm～956nm。因而，可知放大部PBG 15C的下侧的能带端181C和上侧的能带端182C均处于反射部PBG 16C内。因此，无论在以哪个能带端181C、182C的能量进行激光振荡的情况下，被2DPC光放大部123C放大的光都无法存在于反射部PBG 16C内，因此被2DPC光反射部125C反射到2DPC光放大部123C侧而被进一步放大。
在第2实施例的二维光子晶体面发光激光器中，在通过计算求出光子晶体层12C内的光子的分布时，与第1实施例(图6)同样地，获得了示出光子被较强地限制到中央附近的一条边的长度为20a的正方形的范围内、即2DPC光放大部123内这一结果(图16)。
接着，在第2实施例的二维光子晶体面发光激光器中，在通过计算求出在下侧的能带端181C进行激光振荡的情况下的阈值增益时，如图17所示，基模的阈值增益为52cm-1。该阈值增益小于比较例(图9)和第1实施例(图8)的阈值增益，表示第2实施例的二维光子晶体面发光激光器能够以更小的电流获得稳定的激光振荡。
(2-3)第2实施方式的变形例
接着，说明作为第2实施方式的变形例的二维光子晶体面发光激光器10D。在该二维光子晶体面发光激光器10D中，如图18所示，光子晶体层12D具有相当于将第2实施方式的二维光子晶体面发光激光器10C中的第1异折射率区域122C的形状与第2异折射率区域124C的形状对调所得到的结构。除此以外的结构与第2实施方式的二维光子晶体面发光激光器10C相同。在本变形例中，对第1异折射率区域标注标记122D，对第2异折射率区域标注标记124D。另外，对2DPC光放大部标注标记123D，对2DPC光反射部标注标记125D。
在本变形例的二维光子晶体面发光激光器10D中，如图19所示，形成于2DPC光放大部123D的放大部PBG 15D的能量宽度相比于形成于2DPC光反射部125D的反射部PBG 16D的能量宽度而言较宽。另外，放大部PBG 15D的能量的中央值与反射部PBG 16D的能量的中央值大致相同。由此，放大部PBG 15D的下侧的能带端181D的能量和上侧的能带端182D的能量均处于反射部PBG 16C外。因而，无论在与下侧的能带端181D和上侧的能带端182D中的哪一个能带端的能量对应的波长的光被从活性层11导入到2DPC光放大部123D的情况下，这些光均侵入到2DPC光反射部125D，并被缓缓地反射，因此从2DPC光放大部123D内的较广的面积射出稳定的激光束。
(3)第3实施方式
在第1实施方式和第2实施方式中，示出了如下例子：在2DPC光放大部小的情况下，利用放大部PBG的能量范围与反射部PBG的能量范围的不同来通过2DPC光反射部较强地反射在2DPC光放大部内被放大的光。与此相对，在第3实施方式中，探讨以下情况：在2DPC光放大部大的情况下，利用放大部PBG的能量范围与反射部PBG的能量范围的不同，使光从2DPC光放大部侵入到2DPC光反射部，来减弱反射强度。
在以往的二维光子晶体面发光激光器中，与形成于光子晶体层的二维光子晶体相比，活性层的电流注入区域较小，因此在活性层产生的光仅被导入到二维光子晶体的一部分。于是，二维光子晶体中的光导入区域(电流注入区域)223与其周围的区域(设为“非光导入区域(非电流注入区域)225”)相比，随着载波密度增加而折射率降低，PB和PBG的能量整体上略高。其结果是，在向光导入区域223注入电流之前，光导入区域223内的PBG 25的下侧的能带端281的能量为与非光导入区域225内的PBG 26的下侧的能带端283的能量相同的值(图20的左图)，与此相对，当注入了电流时，光导入区域223内的PBG 25的下侧的能带端281的能量成为比非光导入区域225内的PBG 26略靠内侧的值(图20的右图)。其结果是，与能带端281的能量对应的波长的光在与非光导入区域225的边界处被非意图地强反射到光导入区域223侧。于是，光的反馈作用变得过强，在二维光子晶体的面积大的情况下，导致产生多个振动模式的激光振荡。
因此，如图21所示，在第3实施方式中，使光子晶体层22中的设置于非光导入区域225内的异折射率区域224的体积略大于设置于光导入区域223内的异折射率区域222的体积(面积大且厚度相同)。
由此，在向光导入区域223注入电流之前，光导入区域223内的PBG 25的下侧的能带端281的能量低于非光导入区域225内的PBG 26的下侧的能带端283的能量(图22的左图)。当注入了电流时，能带端281的能量变高而接近能带端283的能量(图22的右图)，但是通过事先适当地设定异折射率区域222的体积与异折射率区域224的体积之差，能够维持能带端281的能量不超过能带端283的能量的状态。由此，能带端281的能量进入到非光导入区域225的PB内，因此与能带端281的能量对应的振荡波长的光向非光导入区域225内扩散的同时被缓缓地反射到光导入区域223。因此，难以产生在光导入区域223的端附近存在电场的波腹的高阶模的驻波，在光导入区域223的面积大的情况下，也能够射出单一振动模式的稳定的激光束。
此外，在图21所示的例子中，异折射率区域222和异折射率区域224均使用平面形状为由面积不同的2个椭圆构成的形状。在异折射率区域222中，将2个椭圆的FF分别设为3.50％和2.80％(合计6.30％)，在异折射率区域224中，将2个椭圆的FF分别设为3.55％和2.85％(合计6.40％)。另外，在图21所示的例子中，将光导入区域223设为圆形。这种圆形的光导入区域如图23所示那样通过将第1电极291和第2电极292设为圆形来实现。除了这些光子晶体层22、第1电极291以及第2电极282的结构以外，第3实施方式的二维光子晶体面发光激光器20具有与第1实施方式的二维光子晶体面发光激光器10相同的结构。
针对第3实施方式的二维光子晶体面发光激光器20，通过计算求出振荡的激光束的光谱(第3实施例)。在第3实施例中，将光导入区域223的直径设为500μm。作为比较例，针对将与第3实施例中的光导入区域223相同的形状及大小的异折射率区域222以与第3实施例相同的周期长度配置于整个光子晶体层所得到的结构，进行了与第3实施例同样的计算。在图24中示出关于第3实施例的计算结果，在图25中示出关于比较例的计算结果。无论哪种情况都是光谱根据向活性层注入的电流的值(图中表述为“I＝2(或10、30)A”)的不同而不同，但是，无论在哪个电流值时，在比较例中均在多个波长下产生激光振荡，与此相对，在第3实施例中仅在单一波长下产生激光振荡。即，在第3实施例中，能够射出单一振动模式的激光束。
接着，在图26中示出关于第3实施例的通过计算求出激光束的远视场像得到的结果，在图27中示出关于比较例的通过计算求出激光束的远视场像得到的结果。与比较例相比，第3实施例的激光束的扩散更小。另外，通过计算求出光束的扩散角得到的结果如图28所示那样不依赖于向活性层注入的电流的值，与比较例相比，第3实施例的扩散角更小。根据这些结果，可以说，与比较例相比，在第3实施例中，能够将激光束集中照射至较小的区域。
以上说明了本发明的实施方式，但是本发明不限定于上述的实施方式，能够进行各种变形。
例如，在上述实施方式中，在1个异折射率区域，除了2个以上的空穴以外，还使用了将折射率与母材的折射率不同的区域(主折射率区域、副折射率区域)组合而成的区域，但是也可以仅使用折射率与母材的折射率不同的1个区域。在该情况下，期望折射率与母材的折射率不同的1个区域的平面形状为非圆形(例如椭圆形、三角形等)，但也可以为圆形。
2DPC光反射部在上述实施方式中被设置于2DPC光放大部的整个周围，但是也可以仅设置于2DPC光放大部的周围的一部分。但是，为了起到更高的效果，优选如上述实施方式那样在2DPC光放大部的整个周围设置2DPC光反射部。
在第1实施方式中，设为2DPC光放大部的异折射率区域的FF与2DPC光反射部的异折射率区域的FF不同，在第1实施方式的变形例中，设为这两者的周期长度不同，但是也可以设为这两者的FF和周期长度双方都不同。另外，在第2实施方式及其变形例中，2DPC光放大部的异折射率区域的FF和周期长度与2DPC光反射部的异折射率区域的FF和周期长度设为相同的值，但是也可以将两者的FF和/或周期长度设为不同的值。在第3实施方式及其变形例中，设为2DPC光放大部的异折射率区域的FF与2DPC光反射部的异折射率区域的FF不同，但是也可以设为仅周期长度不同、或FF和周期长度双方都不同。
附图标记说明
10、10A、10B、10C、10D、20：二维光子晶体面发光激光器；11：活性层；111：电流注入区域；12、12A、12B、12C、12D、22：光子晶体层；1201、223：光导入区域；121：母材；122、122A、122B、122C、122D：第1异折射率区域；1221、1221A、1221C：第1主异折射率区域；1222、1222A、1222C：第1副异折射率区域；123、123A、123B、123C、123D：2DPC光放大部；124、124A、124B、124C、124D：第2异折射率区域；1241、1241A、1241C：第2主异折射率区域；1242、1242A、1242C、1243C、1244C：第2副异折射率区域；125、125A、125B、125C、125D：2DPC光反射部；13：间隔层；141：第1包覆层；142：第2包覆层；15、15A、15C、15D：放大部PBG；16、16A、16C、16D：反射部PBG；17、17A：放大部PBG与反射部PBG重叠的范围；181、181A、181C、181D、182、182A、182C、182D、281、283：能带端；191、291：第1电极；192、292：第2电极；1921：窗部；1922：框部；222、224：异折射率区域；225：非光导入区域；25：光导入区域内的PBG；26：非光导入区域内的PBG。

Claims (7)

1.一种二维光子晶体面发光激光器，具备：
a)活性层；以及
b)光子晶体层，其具有在配置于所述活性层的一侧的板状的母材上设置的、b-1)作为第1二维光子晶体区域的二维光子晶体光放大部以及b-2)作为第2二维光子晶体区域的二维光子晶体光反射部，
所述二维光子晶体光放大部具有放大部光子带隙，该放大部光子带隙是在倒易空间的规定的点具有能带端的2个光子能带之间形成的光子带隙，
所述二维光子晶体光反射部设置于所述二维光子晶体光放大部的周围，具有反射部光子带隙，该反射部光子带隙是在倒易空间的所述规定的点具有能带端的2个光子能带之间形成的光子带隙，
其中，所述放大部光子带隙的能量范围与所述反射部光子带隙的能量范围不同且有一部分重叠。
2.根据权利要求1所述的二维光子晶体面发光激光器，其中，
在所述二维光子晶体光放大部和所述二维光子晶体光反射部中，周期性地呈二维状地配置有折射率与所述母材的折射率不同的异折射率区域，
所述异折射率区域在所述二维光子晶体光放大部中所占的体积的比例与所述异折射率区域在所述二维光子晶体光反射部中所占的体积的比例不同。
3.根据权利要求1或2所述的二维光子晶体面发光激光器，其中，
在所述二维光子晶体光放大部和所述二维光子晶体光反射部中，周期性地呈二维状地配置有折射率与所述母材的折射率不同的异折射率区域，
在所述二维光子晶体光放大部中配置异折射率区域的周期长度与在所述二维光子晶体光反射部中配置异折射率区域的周期长度不同。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的二维光子晶体面发光激光器，其中，
在所述二维光子晶体光放大部中，以第1规定周期长度配置有折射率与所述母材的折射率不同的异折射率区域，
在所述二维光子晶体光反射部中，以第2规定周期长度配置有折射率与所述母材的折射率不同的主异折射率区域，并且在最邻近的2个主异折射率区域之间配置有体积比该主异折射率区域的体积小且折射率与所述母材的折射率不同的副异折射率区域。
5.根据权利要求1～3中的任一项所述的二维光子晶体面发光激光器，其中，
在所述二维光子晶体光反射部中，以第1规定周期长度配置有折射率与所述母材的折射率不同的异折射率区域，
在所述二维光子晶体光放大部中，以第2规定周期长度配置有折射率与所述母材的折射率不同的主异折射率区域，并且在最邻近的2个主异折射率区域之间配置有体积比该主异折射率区域的体积小且折射率与所述母材的折射率不同的副异折射率区域。
6.根据权利要求1～5中的任一项所述的二维光子晶体面发光激光器，其中，
所述二维光子晶体光放大部包含在使所述活性层中产生的光导入到所述光子晶体层的光导入区域中。
7.根据权利要求1～6中的任一项所述的二维光子晶体面发光激光器，其中，
在所述二维光子晶体光放大部中，周期性地呈二维状地配置有折射率与所述母材的折射率不同且具有非圆形的平面形状的异折射率区域。
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