JP2003298183A - 化合物半導体レーザ及び化合物半導体レーザ素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 少なくとも２つ以上の異なる波長で発振する
ことができ、これら異なる波長の光の射出位置を全て等
しくすることができる化合物半導体レーザ、及び異なる
波長の光の中から任意の波長の光を取り出すことができ
る化合物半導体レーザ素子を提供する。 【解決手段】 本発明の化合物半導体レーザは、２次元
又は３次元の屈折率周期構造を有する共振器を備えた化
合物半導体レーザであって、少なくとも２つの異なる発
振波長を有し、かつ前記屈折率周期構造が少なくとも２
つの異なる繰り返し周期を有することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、少なくとも２つの
異なる波長で発振することが可能な化合物半導体レー
ザ、及び異なる波長の光の中から任意の波長の光を取り
出すことが可能な化合物半導体レーザ素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在用いられている半導体レーザの構造
としては、素子端部を反射鏡として共振器を形成するフ
ァブリーペロー型、活性領域の外側に回析格子を刻んだ
ブラッグ反射（DBR）形、光ガイド層に沿って回析格子
を刻んだ分布帰還（DFB）形等が一般的であり、幅広い
分野でこれらのレーザが応用されている。

【０００３】また、近年高速大容量の光通信用２次元ア
レイ光源等への応用や光デバイスの小型化への期待か
ら、基板面に垂直な方向に光を射出する面発光レーザと
呼ばれる発光デバイスが注目されている。その中でも特
に垂直共振器型面発光半導体レーザ（VCSEL）と呼ばれ
るレーザが有望視され、開発が進められている。

【０００４】ファブリーペロー型レーザでは素子端面間
の距離、すなわち素子の大きさで発振波長が決定され
る。DBR型レーザやDFB型レーザでは回折格子の形状、具
体的には回折格子を形成する材料及び回折格子の周期に
より発振波長が決定される。このようにして決定される
発振波長は、多少の幅を有するものの基本的にある１つ
の値しか取り得ない（ただし、ここでいう１つの波長に
はいわゆる二倍波、三倍波等も含む）。このことは、単
一波長でのみ発振するという目的においては利点となり
得るが、逆に言えばある１つの波長でしか発振すること
ができず、複数の発振波長に対応した共振器とすること
が困難であることを意味している。このような不都合は
VCSELにおいても同様に発生する。

【０００５】この問題の原因は、上記のいずれのレーザ
においても共振器の構造が一次元的であるために、発振
波長を１つしか選択できないという物理的本質に由来す
る。このため、異なる複数の発光波長のレーザを必要と
する場合には、それぞれの発光波長で発振するレーザ素
子を複数用意し、それぞれのレーザ素子を独立に制御す
る必要がある。この場合、当然ながら素子の数に比例し
てコストが上昇するという問題を生じる。さらに、各素
子からのレーザ光の射出位置が異なるため、レーザ光の
経路を一致させるには複雑な光学系と調整を必要とし、
更なるコストの上昇を招くという問題を生じる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従って本発明の目的
は、少なくとも２つ以上の異なる波長で発振することが
でき、これら異なる波長の光の放射位置を全て等しくす
ることができる化合物半導体レーザ、及び異なる波長の
光の中から任意の波長の光を取り出すことができる化合
物半導体レーザ素子を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的に鑑み鋭意研究
の結果、本発明者は、フォトニック結晶（誘電率が異な
る複数の媒質からなる人工的な多次元周期構造）を共振
器として利用する化合物半導体レーザにおいて、フォト
ニック結晶部を少なくとも２つの異なる周期を有する構
造とすることにより２つ以上の異なる波長で発振が可能
であることを発見し、本発明に想到した。

【０００８】すなわち、本発明の化合物半導体レーザ
は、２次元又は３次元の屈折率周期構造を有する共振器
を備えた化合物半導体レーザであって、少なくとも２つ
の異なる発振波長を有し、かつ前記屈折率周期構造が少
なくとも２つの異なる繰り返し周期を有することを特徴
とする。

【０００９】屈折率周期構造は、高屈折率媒質中に低屈
折率媒質からなる球、立方体、直方体、円孔、円柱、角
孔、及び角柱からなる群から選ばれた少なくとも１種が
周期的に形成された構造であるか、又は低屈折率媒質中
に高屈折率媒質からなる球、立方体、直方体、円孔、円
柱、角孔、及び角柱からなる群から選ばれた少なくとも
１種が周期的に形成された構造であるのが好ましい。ま
た、低屈折率媒質に対する高屈折率媒質の誘電率の比が
４〜25であるのが好ましい。さらに、屈折率周期構造を
形成する少なくとも１つの材料が、窒素、水素、アルゴ
ン、ネオン、及びキセノンからなる群から選ばれた少な
くとも１種を含む気体であるのが好ましい。

【００１０】化合物半導体は、それぞれ異なる波長の発
光を生じる少なくとも２つの活性層を有するのが好まし
い。異なる波長の少なくとも１つの波長が770nm〜790nm
であり、他の少なくとも１つの波長が640nm〜660nmであ
るのが好ましい。また、異なる波長の光を放射する位置
が、波長に関わらず全て同じ位置となるのが好ましい。

【００１１】化合物半導体は、少なくともその一部が、
III-V族化合物半導体により構成されるのが好ましく、
レーザの発振方法として活性層の発光領域に電流を注入
する手段を有するのが好ましい。

【００１２】本発明の化合物半導体レーザ素子は、上記
化合物半導体レーザの光取り出し面上に偏光子を備えた
ことを特徴とする。光取り出し面上に備えた偏光子によ
り、活性層で発生した異なる波長の光の中から任意の１
つの波長の光を取り出すことが可能である。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施例による化
合物半導体レーザの平面図であり、図２は図１のA-A断
面図である。

【００１４】図２に示すように、n型GaAs基板１の第一
主面上にn型InGaPクラッド層２が形成され、このn型ク
ラッド層２の上にアンドープAlGaAs分離閉じ込めヘテロ
構造（SCH）層３、アンドープAlGaAs／AlGaAs多重量子
井戸（MQW）活性層４、アンドープAlGaAs SCH層５、ア
ンドープAlGaAs／AlGaAs MQW活性層６、アンドープAlGa
As SCH層７、p型InGaPクラッド層８、及びp型GaAsコン
タクト層９が形成されている。p型コンタクト層９の上
には部分的にp型表面電極11が形成されており、また基
板１の裏面にはn型裏面電極10が形成されている。さら
にp型電極11にはワイヤ12がボンディングされている。

【００１５】化合物半導体レーザを構成する半導体とし
ては、III-V化合物半導体、II-VI族化合物半導体等を適
宜使用することができるが、有機金属気相成長（MOCV
D）法又は分子線エピタキシー（MBE）法を適用する観点
から、化合物半導体の少なくとも一部はIII族元素（A
l、Ga、In等）及びV族元素（N、P、As、Sb等）からなる
III-V族化合物半導体から構成されるのが好ましい。

【００１６】基板は必ずしもGaAs基板である必要はな
く、発振波長に応じてInP、サファイア等からなる基板
を用いてもよい。

【００１７】n型クラッド層２及びp型クラッド層８は、
高屈折率の誘電体材料により形成されるのが好ましい。
クラッド層を形成する材料としては、III-V族化合物半
導体等を用いることができる。具体例としては、InP、G
aAs、InGaAs、InGaAsP等が挙げられる。

【００１８】活性層は単一の半導体材料により形成され
ていても、単一又は多重量子井戸構造により形成されて
いてもよい。多重量子井戸（MQW）構造の場合、例えば
井戸層をInGaAs、AlGaAs等で形成し、障壁層をGaAs、Al
GaAs等で形成することができる。井戸層及び障壁層をと
もにAlGaAsにより形成する場合（AlGaAs／AlGaAs）に
は、障壁層のAlGaAsが井戸層のAlGaAsよりバンドギャッ
プエネルギーが大きくなるように組成比を設定する。本
発明の好ましい実施例では、アンドープ多重量子井戸
（MQW）構造を有する２つの活性層４、６が、活性層よ
りもバンドギャップエネルギーの大きいアンドープAlGa
As分離閉じ込めヘテロ構造（SCH）層３、5、７に挟まれ
て形成されている。このようにダブルへテロ構造とする
ことによりキャリアを活性層に集中させることができ
る。

【００１９】本発明の化合物半導体レーザは、少なくと
も２つ以上の異なる発振波長を有する。活性層で発生す
る光の波長は活性層のバンドギャップにより規定される
ため、２つの活性層４、６を異なるバンドギャップを有
する半導体から形成し、それぞれのバンドギャップを適
切に設定することにより所望する２つの波長の発光を得
ることができる。活性層で２つ以上の異なる波長の光を
発生させるための方法としては、十分に広い発光スペク
トルを持つ活性層を形成する方法と異なる波長で発光す
る複数の活性層を形成する方法がある。いずれの方法を
用いてもよいが、製造の容易さの観点からは後者の方法
が望ましい。勿論、両者の方法を併用してもよい。

【００２０】化合物半導体レーザの発振波長は、CD-R／
RWドライブとしてもDVDドライブとしても使える光学ド
ライブへ応用する観点から、少なくとも１つの波長が77
0nm〜790nmの範囲にあり、他の少なくとも１つの波長が
640nm〜660nmの範囲にあるのが好ましい。

【００２１】発振方法は、光デバイスへの応用の観点か
ら活性層の発光領域に電流を注入することにより発振す
るのが好ましい。

【００２２】図１に示すように、p型表面電極11の中央
部に円形の貫通孔が形成されp型コンタクト層９が露出
している。露出したp型コンタクト層９には、縦、横そ
れぞれ所定の間隔に設定した長方格子が、それぞれの格
子点に円孔を設けることにより形成されている。図２に
示すようにこれら複数の円孔は化合物半導体の積層体を
貫通し、基板１まで達している。また、それぞれの円孔
には空気が充填されている。p型クラッド層８にはこの
ようにして空気からなる円孔が周期的に配置された２次
元フォトニック結晶構造が形成されている。フォトニッ
ク結晶構造は２次元に限られず、３次元であってもよ
い。

【００２３】フォトニック結晶は２次元又は３次元の屈
折率周期構造により形成され、共振器として作用する。
発光層で発生した光は、p型クラッド層８に形成された
屈折率周期構造により回折される。屈折率周期構造の所
定の周期に光の波長が一致する場合には、その周期に対
応する波長において光の位相条件が規定される。位相が
規定された光は活性層に伝搬し誘導放出を促す。誘導放
出により波長及び位相が規定された光が発生し、それが
屈折率周期構造に伝搬する。このようにして特定の波長
及び位相を有する光の増幅が繰り返される。

【００２４】本発明の化合物半導体レーザは、２次元又
は３次元の屈折率周期構造を有し、かつ屈折率周期構造
が少なくとも２つの異なる繰り返し周期を有する。複数
の異なる繰り返し周期を設けることにより、複数の活性
層により発生した光の波長及び位相をそれぞれ規定する
ことができる。図１に示す化合物半導体レーザでは、長
方格子の縦及び横の間隔をそれぞれ異なる間隔に設定す
ることにより２つの異なる繰り返し周期が形成されてい
る。このようにフォトニック結晶部を少なくとも２つの
異なる周期構造とすることにより、少なくとも２つの異
なる波長で発振することが可能となる。

【００２５】２次元又は３次元の屈折率周期構造を構成
する材料は、p型クラッド層８との屈折率の差が大きい
材料を用いるのが好ましい。屈折率の差を大きくとるこ
とにより、屈折率の大きい媒質内に光を閉じ込めること
ができる。さらに、低屈折率媒質に対する高屈折率媒質
の誘電率の比が４〜25となる材料により構成するのが好
ましい。共振器としての効果的な組み合わせは、空気に
対する比誘電率（以下単に「比誘電率」と記す）が４〜
25の半導体と、比誘電率が１前後の気体の組み合わせで
ある。比誘電率が１前後の気体としては、好ましくは窒
素、水素、アルゴン、ネオン、キセノン等の半導体との
反応性に乏しい気体である。

【００２６】屈折率周期構造は任意の構造とすることが
できるが、製造の容易さの観点からできる限り単純な構
造が望ましい。例えば、高屈折率媒質中に低屈折率媒質
（空気、空気とほぼ同じ屈折率を有する気体等）を封入
した球、立方体、直方体、円孔、円柱、角孔、角柱等の
空間を周期的に配列する構造や、低屈折率媒質（空気、
空気とほぼ同じ屈折率を有する気体等）中に高屈折率媒
質からなる球、立方体、直方体、円孔、円柱、角孔、角
柱等を周期的に配列する構造が好ましい。少なくとも２
つの異なる繰り返し周期を有する屈折率周期構造は、そ
れぞれ異なる構造により形成されていてもよい。また周
期的な配列は上記長方格子に限られず、三角格子、正方
格子、六角格子等であってもよい。

【００２７】フォトニック結晶におけるフォトニックバ
ンドギャップの計算方法は、例えば、井上久遠：応用物
理64,19(1995)「二次元フォトニックバンド結晶」に記
載されている。このような計算手法を用いることで所望
の発振波長に対応したフォトニック結晶共振器を設計す
ることができる。

【００２８】p型表面電極11及びn型裏面電極10は、良好
なボンディング特性、下層との良好なオーミック特性、
下層との密着性等を満たすように形成されるのが好まし
い。例えば金属層及び酸化物層による積層電極とするこ
とができる。これら金属層及び酸化物層は公知の方法で
形成することができる。さらに各電極10、11にオーミッ
ク性を付与するための熱処理（アロイング）を施しても
よい。

【００２９】図８は本発明の別の実施例による化合物半
導体レーザの層構造を示す縦断面図であり、図９は図８
のB-B断面図である。

【００３０】n型GaAs基板17上にn型InGaPクラッド層1
8、アンドープAlGaAs SCH層19、アンドープAlGaAs／AlG
aAs MQW活性層20、アンドープAlGaAs SCH層21、アンド
ープAlGaAs／AlGaAs MQW活性層22、アンドープAlGaAs S
CH層23、及びp型InGaPクラッド層24が形成されている。
p型InGaPクラッド層24の表面には所定の間隔及び所定の
幅を有する平行な溝がストライプ状に形成されている。
その上にp型クラッド層24に形成された溝とは異なる間
隔及び幅のp型InPからなる並列する角柱が溝と直交して
形成されている。さらにその上にp型InGaPクラッド層24
に形成された溝と同じ間隔及び幅のp型InPからなる並列
する角柱がp型InGaPクラッド層24に形成された溝と平行
に形成されている。このようにそれぞれ異なる間隔及び
幅を有する２種類の並列する角柱が交互に直交して積層
されることにより、２種類の直交するp型InPからなる角
柱（及び２種類の直交する空気からなる角柱）の積層が
８回繰り返された３次元フォトニック結晶が形成されて
いる。このように２種類の繰り返し周期を形成すること
により異なる２つの波長で発振することが可能となる。
繰り返し周期の構造（形状、サイズ、間隔等）、材料等
は所望する発振波長等により適宜設定することができ
る。フォトニック結晶以外の部分は図１に示す化合物半
導体レーザと同様である。

【００３１】図12は本発明のさらに別の実施例による化
合物半導体レーザの層構造を示す縦断面図である。n型G
aAs基板30上に、n型AlGaInPクラッド層31、アンドープA
lGaAs SCH層32、アンドープAlGaAs／AlGaAs MQW活性層3
3、アンドープAlGaAs SCH層34、アンドープInGaP／AlGa
InP MQW活性層35、アンドープAlGaAs SCH層36、p型AlGa
InPクラッド層37、及びp型GaAsコンタクト層38が形成さ
れている。クラッド層37中には所定の径の円孔が縦及び
横それぞれ所定の間隔で異なる２つの周期により配置さ
れ、２次元フォトニック結晶構造が形成されている。こ
の形態の化合物半導体レーザは、フォトニック結晶構造
を構成する円孔の上にコンタクト層38が形成されるた
め、円孔中に低屈折率媒質又は高屈折率媒質を封入する
ことができる。繰り返し周期の構造（形状、サイズ、間
隔等）、材料等は所望する発振波長等により適宜設定す
ることができる。フォトニック結晶以外の部分は図１に
示す化合物半導体レーザと同様である。

【００３２】化合物半導体レーザは、同じ位置から異な
る波長のレーザ光を放射することができるが、用途に応
じて波長ごとに射出位置を変えることができる。

【００３３】化合物半導体レーザの２つ以上の発振波長
を全て同時に発振する必要はなく、状況に応じて所望の
波長の光のみを発振すればよい。化合物半導体レーザ
は、２つ以上の異なる波長の光をそれぞれ偏光が異なる
ように発生させることができる。このため、レーザ光の
射出面に偏光子を設置し、偏光子の向きを制御すること
により発振波長を選択することが可能である。

【００３４】このように偏光子等を利用することにより
光を波長ごとに分離することができる。これに加え、さ
らに一方の波長の光に光路差を与えることにより、例え
ばポンププローブ法のような時間分解分光測定法の光源
として利用することができる。

【００３５】

【実施例】本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説
明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。

【００３６】実施例１ 図１及び図２に示す構造を有する化合物半導体レーザを
下記手順により作製した。

【００３７】n型（Siドープ）GaAs基板１上に、MOCVD法
によってn型（Siドープ）InGaPクラッド層２、アンドー
プAl_0.3Ga_0.7As SCH層３、発光波長700 nmのアンドープ
Al_{0. 3}Ga_0.7As／Al_0.1Ga_0.9As MQW活性層４、アンドープ
Al_0.3Ga_0.7As SCH層５、発光波長680 nmのアンドープAl
_0.3Ga_0.7As／Al_0.1Ga_0.9As MQW活性層６、アンドープAl
_0.3Ga_0.7As SCH層７、p型（Znドープ）InGaPクラッド層
８、及びp型（Znドープ）GaAsコンタクト層９を成長さ
せた。

【００３８】成長した結晶の表面にレジストを塗布し、
電子線描画装置を用いて縦190 nm間隔、横180 nm間隔の
長方格子の各格子点に直径50 nmの円を描画した。描画
後現像を行い、次いで反応性イオンビームエッチング
（RIE）装置を用いて描画部直下の半導体をドライエッ
チングで除去し、図２に示すように比誘電率10.5のInGa
Pクラッド層８中に比誘電率１の空気からなる円孔を周
期的に配置した２次元フォトニック結晶構造を得た。

【００３９】次にn型（Siドープ）GaAs基板１の裏面にn
型電極10を形成した。さらに図１に示すようにp型（Zn
ドープ）GaAsコンタクト層９の表面の円孔が形成された
部分を除き、その周囲にp型電極11を形成した。

【００４０】得られた半導体レーザのp型電極11にワイ
ヤ12をボンディングして通電したところ、図3に示すよ
うな発光スペクトルが得られた。図3の長波長側の発光
スペクトルはMQW活性層からの発光が190 nm間隔の周期
に対応するフォトニックバンドによって発振したもので
あり、短波長側の発光スペクトルはMQW活性層からの発
光が180 nm間隔の周期に対応するフォトニックバンドに
よって発振したものである。

【００４１】偏光を測定したところ、長波長側の光は19
0 nm間隔の周期方向、短波長側の光は180 nm間隔の周期
方向の偏光であることがわかった。このことも長波長側
の発光が190 nm間隔の周期に対応する光であり、短波長
側の光は180 nm間隔の周期方向の光であることを示して
いる。

【００４２】実施例２ 図４及び図５に示す構造を有する化合物半導体レーザ素
子を下記手順により作製した。

【００４３】実施例１で得られた化合物半導体レーザ13
の上部に偏光子14を設置し、化合物半導体レーザ素子を
作製した。次いで偏光子14にギア15を取り付け、さらに
ギア15に接するようにギア16を取り付けた。ギア16を前
後させることで偏光子14を回転させ、通過できる偏光を
選択した。

【００４４】得られた化合物半導体レーザ素子に電流を
注入して発振した。まずギア15を引いた状態で発光波長
を測定したころ、図６に示すような発光スペクトルが得
られた。次に偏光子14がちょうど90°回転するようにギ
ア16を押し込んで発光波長を測定したところ、図７に示
すような発光スペクトルが得られた。図６及び図７か
ら、偏光子14を制御することにより発振波長を選択でき
ることがわかる。

【００４５】実施例３ 図８及び図９に示す構造を有する化合物半導体レーザを
下記手順により作製した。

【００４６】n型（Siドープ）GaAs基板17上に、MOCVD法
によってn型（Siドープ）InGaPクラッド層18、アンドー
プAl_0.3Ga_0.7As SCH層19、発光波長700 nmのアンドープ
Al_{0. 3}Ga_0.7As／Al_0.1Ga_0.9As MQW活性層20、アンドープ
Al_0.3Ga_0.7As SCH層21、発光波長680 nmのアンドープAl
_0.3Ga_0.7As／Al_0.1Ga_0.9As MQW活性層22、アンドープAl
_0.3Ga_0.7As SCH層23、及びp型（Znドープ）InGaPクラッ
ド層24を成長させた。

【００４７】成長した結晶の表面にレジストを塗布し、
電子線描画装置を用いて190 nmの間隔で幅190 nmの平行
なストライプを表面全体に描画した。描画後現像を行
い、次いで描画部直下のInGaPクラッド層24をドライエ
ッチングで除去して幅190 nm、深さ190 nmの平行なスト
ライプ状の溝を形成した。その上に厚さ350μmのp型（Z
nドープ）InP基板を貼り合わせ、研磨、ウエットエッチ
ング、及びドライエッチングで厚さ180 nmまで薄くし
た。薄くなったp型（Znドープ）InP基板上にレジストを
塗布し、電子線描画装置とRIEにより180 nmの間隔で幅1
80 nmの平行なストライプ状の貫通溝を、InGaPクラッド
層24上の溝と直交するようにInP基板全体に形成した。

【００４８】さらに、ストライプ状の貫通溝を形成した
p型（Znドープ）InP基板上に別のp型（Znドープ）InP基
板を貼り合わせ、厚さ190 nmまで薄くした。次に、上記
方法と同様にして190 nmの間隔で幅190 nmの平行なスト
ライプ状の貫通溝をInGaPクラッド層24上の溝と平行に
なるようにInP基板全体に形成した。以上の貼り合わせ
−溝形成のプロセスを8回繰り返し、図８及び図９に示
すように幅180 nmの平行なストライプ状の貫通溝と幅19
0 nmの平行なストライプ状の貫通溝が直交しながら交互
に周期的に積層したフォトニック結晶25を得た。フォト
ニック結晶25は比誘電率１の空気中に比誘電率10.5のp
型（Znドープ）InPからなる角柱が周期的に配置された
３次元フォトニック結晶構造である。最後にp型（Znド
ープ）InP基板を表面にはり合わせて研磨し、p型（Znド
ープ）InPコンタクト層26とした。

【００４９】得られた積層体のn型（Siドープ）GaAs基
板17の裏面にn型電極27を形成し、p型（Znドープ）InP
コンタクト層26の表面にp型電極28を形成した。p型電極
28にワイヤ29をボンディングして通電したところ、積層
体の一方の端面からは図10に示すような発光スペクトル
が得られた。またそれとは直交するもう一方の端面から
は図11に示すような発光スペクトルが得られた。長波長
の発光は190 nm間隔の周期に対応する発振であり、短波
長の光は180 nm間隔の周期方向の発振であることを示し
ている。

【００５０】実施例４ 図12に示す構造を有する化合物半導体レーザを下記手順
により作製した。

【００５１】n型（Siドープ）GaAs基板30上に、MOCVD法
によってn型（Siドープ）（Al_0.7Ga _0.3）_0.49In_0.51Pク
ラッド層31、アンドープAl_0.3Ga_0.7As SCH層32、発光波
長780 nmのアンドープAl_0.3Ga_0.7As／Al_0.1Ga_0.9As MQW
活性層33、アンドープAl_0.3Ga_0.7As SCH層34、発光波長
650 nmのアンドープIn_0.5Ga_0.5P／（Al_0.5Ga_0.5）_{0.4 9}I
n_0.51P MQW活性層35、アンドープAl_0.3Ga_0.7As SCH層3
6、p型（Znドープ）（Al_0.7Ga_0.3）_0.49In_0.51Pクラッ
ド層37を成長させた。

【００５２】次いで、実施例１と同様にして、電子線描
画装置とRIEを用いて縦205 nm間隔、横170 nm間隔の長
方格子の各格子点に直径50 nmの円孔をクラッド層37中
に周期的に配置した２次元フォトニック結晶構造を得
た。さらに、２次元フォトニック結晶を形成したクラッ
ド層37上に、水素雰囲気中でZnドープGaAs基板をはりあ
わせてp型（Znドープ）コンタクト層38とした。これに
より、比誘電率10.5のInGaPクラッド層37中に比誘電率
１の水素を充填した円孔を周期的に配置した２次元フォ
トニック結晶構造を得た。

【００５３】n型（Siドープ）GaAs基板の裏面にn型電極
39を形成し、p型（Znドープ）GaAsコンタクト層38の表
面にp型電極40を形成した。p型電極40にワイヤ41をボン
ディングして通電したところ、図13に示すような発光ス
ペクトルが得られた。図13の長波長側の発光スペクトル
はMQW活性層からの発光が205 nm間隔の周期性に由来す
るフォトニックバンドによって発振したものであり、短
波長側の発光スペクトルはMQW活性層からの発光が170 n
m間隔の周期に対応するフォトニックバンドによって発
振したものである。

【００５４】

【発明の効果】上記の通り、本発明の化合物半導体レー
ザは、少なくとも２つの異なる繰り返し周期を有するフ
ォトニック結晶部を共振器とするので、少なくとも２つ
以上の異なる波長で発振が可能であり、さらに異なる波
長の光の射出位置を全て等しくすることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例による化合物半導体レーザ
を示す平面図である。

【図２】 図１のA-A断面図である。

【図３】 本発明の一実施例による化合物半導体レーザ
による発光スペクトルである。

【図４】 本発明の化合物半導体レーザ素子を示す部分
断面図である。

【図５】 本発明の化合物半導体レーザ素子を示す平面
図である。

【図６】 本発明の化合物半導体レーザ素子の低波長域
の発光スペクトルである。

【図７】 本発明の化合物半導体レーザ素子の長波長域
の発光スペクトルである。

【図８】 本発明の別の実施例による化合物半導体レー
ザを示す縦断面図である。

【図９】 図８のB-B断面図である。

【図10】 本発明の別の実施例による化合物半導体レー
ザの低波長域の発光スペクトルである。

【図11】 本発明の別の実施例による化合物半導体レー
ザの長波長域の発光スペクトルである。

【図12】 本発明のさらに別の実施例による化合物半導
体レーザを示す断面図である。

【図13】 本発明のさらに別の実施例による化合物半導
体レーザの発光スペクトルである。

【符号の説明】

１、17、30・・・基板 ２、18・・・n型クラッド層 ３、５、７、19、21、23・・・SCH層 ４、６、20、22・・・MQW層 ８、24・・・p型クラッド層 ９、26・・・p型コンタクト層 10、27、39・・・n型電極 11、28、40・・・p型電極 12・・・ワイヤ 14・・・偏光子 15、16・・・ギア 25・・・フォトニック結晶 31・・・n型クラッド層 32、34、36・・・SCH層 33、35・・・MQW層 37・・・p型クラッド層 38・・・p型コンタクト層

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２次元又は３次元の屈折率周期構造を有
   する共振器を備えた化合物半導体レーザであって、少な
   くとも２つの異なる発振波長を有し、かつ前記屈折率周
   期構造が少なくとも２つの異なる繰り返し周期を有する
   ことを特徴とする化合物半導体レーザ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の化合物半導体レーザに
   おいて、前記屈折率周期構造は、高屈折率媒質中に低屈
   折率媒質からなる球、立方体、直方体、円孔、円柱、角
   孔、及び角柱からなる群から選ばれた少なくとも１種が
   周期的に形成された構造であることを特徴とする化合物
   半導体レーザ。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の化合物半導体レーザに
   おいて、前記屈折率周期構造は、低屈折率媒質中に高屈
   折率媒質からなる球、立方体、直方体、円孔、円柱、角
   孔、及び角柱からなる群から選ばれた少なくとも１種が
   周期的に形成された構造であることを特徴とする化合物
   半導体レーザ。
4. 【請求項４】 請求項２又は３に記載の化合物半導体レ
   ーザにおいて、前記低屈折率媒質に対する高屈折率媒質
   の誘電率の比が４〜25であることを特徴とする化合物半
   導体レーザ。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載の化合物
   半導体レーザにおいて、前記屈折率周期構造を形成する
   少なくとも１つの材料が、窒素、水素、アルゴン、ネオ
   ン、及びキセノンからなる群から選ばれた少なくとも１
   種を含む気体であることを特徴とする化合物半導体レー
   ザ。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれかに記載の化合物
   半導体レーザにおいて、それぞれ異なる波長の発光を生
   じる少なくとも２つの活性層を有することを特徴とする
   化合物半導体レーザ。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれかに記載の化合物
   半導体レーザにおいて、前記異なる波長の光の放射位置
   が、波長に関わらず全て同じ位置となることを特徴とす
   る化合物半導体レーザ。
8. 【請求項８】 請求項１〜７のいずれかに記載の化合物
   半導体レーザにおいて、前記異なる波長の少なくとも１
   つの波長が770nm〜790nmであり、他の少なくとも１つの
   波長が640nm〜660nmであることを特徴とする化合物半導
   体レーザ。
9. 【請求項９】 請求項１〜８のいずれかに記載の化合物
   半導体レーザにおいて、前記化合物半導体の少なくとも
   一部が、III-V族化合物半導体により構成されることを
   特徴とする化合物半導体レーザ。
10. 【請求項10】 請求項１〜９のいずれかに記載の化合物
    半導体レーザにおいて、前記活性層の発光領域に電流を
    注入する手段を有することを特徴とする化合物半導体レ
    ーザ。
11. 【請求項11】 請求項１〜10のいずれかに記載の化合物
    半導体レーザの光取り出し面上に偏光子を備えたことを
    特徴とする化合物半導体レーザ素子。
12. 【請求項12】 請求項11に記載の化合物半導体レーザ素
    子において、活性層で発生した異なる波長の光の中か
    ら、任意の１つの波長の光を取り出すことを特徴とする
    化合物半導体レーザ素子。