JP2011018798A - Laser module, bar code scanner and photoelectric sensor - Google Patents
Laser module, bar code scanner and photoelectric sensor Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011018798A JP2011018798A JP2009162864A JP2009162864A JP2011018798A JP 2011018798 A JP2011018798 A JP 2011018798A JP 2009162864 A JP2009162864 A JP 2009162864A JP 2009162864 A JP2009162864 A JP 2009162864A JP 2011018798 A JP2011018798 A JP 2011018798A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- photonic crystal
- refractive index
- layer
- laser module
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
Description
本発明は、レーザモジュール、バーコードスキャナーおよび光電センサーに関する。 The present invention relates to a laser module, a barcode scanner, and a photoelectric sensor.
従来より、バーコードスキャナーや光電センサーなどの光源として、半導体レーザが用いられている。たとえば、特許第3101397号(特許文献1)には、半導体レーザと、コリメータレンズと、アパーチャーと、シリンドリカルレンズとを備えたバーコードスキャナーが開示されている。また、特許文献1には、半導体レーザは素子の構成上、出力特性が楕円形状となるので、半導体レーザの出射光をコリメータレンズで平行光とし、アパーチャーで成形した後、シリンドリカルレンズで集光して出射することが開示されている。 Conventionally, semiconductor lasers have been used as light sources for barcode scanners, photoelectric sensors, and the like. For example, Japanese Patent No. 3101397 (Patent Document 1) discloses a barcode scanner including a semiconductor laser, a collimator lens, an aperture, and a cylindrical lens. Further, in Patent Document 1, since the output characteristics of a semiconductor laser are elliptical due to the configuration of the element, the emitted light of the semiconductor laser is converted into parallel light by a collimator lens, shaped by an aperture, and then condensed by a cylindrical lens. Are emitted.
しかしながら、上記特許文献1のように、光源として半導体レーザを用いた場合には、半導体レーザから出射された光は拡がるため、レンズで集光することが必要であった。このレンズ系は、コリメータレンズ、アパーチャー、シリンドリカルレンズなどを有しており、複雑である。したがって、小型化を阻害するという問題があった。 However, as in Patent Document 1, when a semiconductor laser is used as a light source, light emitted from the semiconductor laser spreads, and thus it is necessary to collect the light with a lens. This lens system has a collimator lens, an aperture, a cylindrical lens, and the like, and is complicated. Therefore, there has been a problem of inhibiting miniaturization.
それゆえ本発明の目的は、小型化を図ることのできるレーザモジュール、バーコードスキャナーおよび光電センサーを提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a laser module, a barcode scanner, and a photoelectric sensor that can be miniaturized.
本発明者は、バーコードスキャナーや光電センサーに用いられるレーザモジュールの小型化を阻害しているのは、レンズ系が複雑であることに起因していることを見い出した。そこで、本発明者は、レンズ系を簡略にするために鋭意研究した結果、本発明の完成に至った。 The present inventor has found that the hindrance to the miniaturization of laser modules used in barcode scanners and photoelectric sensors is due to the complexity of the lens system. Therefore, as a result of intensive studies to simplify the lens system, the present inventor has completed the present invention.
すなわち、本発明のレーザモジュールは、基板と、第1導電型のクラッド層と、発光層と、第2導電型のクラッド層と、フォトニック結晶層とを含むフォトニック結晶レーザ素子を備えている。第1導電型のクラッド層は、基板上に形成されている。発光層は、第1導電型のクラッド層上に形成され、かつ光を発生する。第2導電型のクラッド層は、発光層上に形成されている。フォトニック結晶層は、第1導電型のクラッド層と第2導電型のクラッド層との間、第1導電型のクラッド層中、または第2導電型のクラッド層中のいずれかに形成され、かつ低屈折率部と、低屈折率部よりも屈折率の高い高屈折率部とを有する。 That is, the laser module of the present invention includes a photonic crystal laser element including a substrate, a first conductivity type cladding layer, a light emitting layer, a second conductivity type cladding layer, and a photonic crystal layer. . The first conductivity type cladding layer is formed on the substrate. The light emitting layer is formed on the first conductivity type cladding layer and generates light. The second conductivity type cladding layer is formed on the light emitting layer. The photonic crystal layer is formed between the first conductivity type cladding layer and the second conductivity type cladding layer, in the first conductivity type cladding layer, or in the second conductivity type cladding layer, And it has a low-refractive-index part and a high-refractive-index part whose refractive index is higher than a low-refractive-index part.
本発明のレーザモジュールによれば、光源として、フォトニック結晶レーザ素子を備えている。このフォトニック結晶レーザ素子から発生するレーザ光の放射角は狭い。このため、発生する光の集光のために用いるレンズを簡略にすることができる。したがって、小型化を図ることができる。 According to the laser module of the present invention, the photonic crystal laser element is provided as the light source. The radiation angle of laser light generated from this photonic crystal laser element is narrow. For this reason, the lens used for condensing the generated light can be simplified. Therefore, size reduction can be achieved.
上記レーザモジュールにおいて好ましくは、低屈折率部は、184nm以上239nm以下の周期を有する正方格子状に配置されている。上記レーザモジュールにおいて好ましくは、低屈折率部は、212nm以上276nm以下の周期を有する三角格子状に配置されている。 Preferably, in the laser module, the low refractive index portions are arranged in a square lattice shape having a period of 184 nm or more and 239 nm or less. Preferably, in the laser module, the low refractive index portions are arranged in a triangular lattice shape having a period of 212 nm or more and 276 nm or less.
これにより、バーコードスキャナー、光電センサーなどに好適に用いられる波長の光を出射することができる。 Thereby, the light of the wavelength used suitably for a barcode scanner, a photoelectric sensor, etc. can be radiate | emitted.
上記レーザモジュールにおいて好ましくは、フォトニック結晶レーザ素子は、赤色または赤外の光を発生する。 In the laser module, preferably, the photonic crystal laser element generates red or infrared light.
これにより、バーコードスキャナー、光電センサーなどに好適に用いることができる。
本発明のバーコードスキャナーは、上記レーザモジュールと、ミラーとを備えている。ミラーは、フォトニック結晶レーザ素子から発生する光を反射させる。
Thereby, it can use suitably for a barcode scanner, a photoelectric sensor, etc.
The barcode scanner of the present invention includes the laser module and a mirror. The mirror reflects light generated from the photonic crystal laser element.
本発明のバーコードスキャナーによれば、小型化を図ることができるレーザモジュールを備えているので、バーコードスキャナーの小型化を図ることができる。 According to the barcode scanner of the present invention, since the laser module that can be miniaturized is provided, the barcode scanner can be miniaturized.
本発明の光電センサーは、上記レーザモジュールと、受光部とを備えている。受光部は、フォトニック結晶レーザ素子から発生する光を受光する。 The photoelectric sensor of the present invention includes the laser module and a light receiving unit. The light receiving unit receives light generated from the photonic crystal laser element.
本発明の光電センサーによれば、小型化を図ることができるレーザモジュールを備えているので、光電センサーの小型化を図ることができる。 According to the photoelectric sensor of the present invention, since the laser module that can be reduced in size is provided, the photoelectric sensor can be reduced in size.
このように、本発明のレーザモジュール、バーコードスキャナーおよび光電センサーによれば、放射角が狭い光を発生するフォトニック結晶レーザ素子を備えているので、小型化を図ることができる。 As described above, according to the laser module, the barcode scanner, and the photoelectric sensor of the present invention, since the photonic crystal laser element that generates light having a narrow emission angle is provided, the size can be reduced.
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付しその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
(実施の形態1)
まず、図1〜図4を参照して、本発明の実施の形態1におけるレーザモジュール20を説明する。図1に示すように、本実施の形態におけるレーザモジュール20は、フォトニック結晶レーザ素子1と、フォトニック結晶レーザ素子1を覆うカバー21とを備えている。カバー21は、フォトニック結晶レーザ素子1から発生する光を出射する領域に開口部21aを有している。
(Embodiment 1)
First, with reference to FIGS. 1-4, the laser module 20 in Embodiment 1 of this invention is demonstrated. As shown in FIG. 1, the laser module 20 in the present embodiment includes a photonic crystal laser element 1 and a cover 21 that covers the photonic crystal laser element 1. The cover 21 has an opening 21 a in a region where light generated from the photonic crystal laser element 1 is emitted.
フォトニック結晶レーザ素子1は、図2に示すように、基板3と、n型クラッド層4と、活性層5と、p型クラッド層6、8と、フォトニック結晶層7と、p型電極9と、n型電極10とを備えている。 As shown in FIG. 2, the photonic crystal laser element 1 includes a substrate 3, an n-type cladding layer 4, an active layer 5, p-type cladding layers 6 and 8, a photonic crystal layer 7, and a p-type electrode. 9 and an n-type electrode 10.
基板3は、たとえばGaAs(ガリウム砒素)基板を用いることができる。n型クラッド層4は、基板3の主面3a上に形成されている。n型クラッド層4は、たとえばn型AlGaInPよりなっており、1μmの厚みを有している。 As the substrate 3, for example, a GaAs (gallium arsenide) substrate can be used. The n-type cladding layer 4 is formed on the main surface 3 a of the substrate 3. The n-type cladding layer 4 is made of, for example, n-type AlGaInP and has a thickness of 1 μm.
活性層5は、n型クラッド層4上に形成され、キャリアの注入により光を発光する。活性層5は、たとえばアンドープAlGaInPよりなるバリア層と、GaInPよりなる井戸層とが積層されたMQW(Multiple-Quantum Well:多重量子井戸)構造により構成されている。なお、活性層5は、単一の半導体材料よりなっていてもよい。 The active layer 5 is formed on the n-type cladding layer 4 and emits light by carrier injection. The active layer 5 has an MQW (Multiple-Quantum Well) structure in which, for example, a barrier layer made of undoped AlGaInP and a well layer made of GaInP are stacked. The active layer 5 may be made of a single semiconductor material.
p型クラッド層6は、活性層5上に形成されている。p型クラッド層6は、たとえばp型AlGaInPよりなり、1μmの厚みを有している。 The p-type cladding layer 6 is formed on the active layer 5. The p-type cladding layer 6 is made of, for example, p-type AlGaInP and has a thickness of 1 μm.
フォトニック結晶層(2次元回折格子)7は、基板3の主面3aが延びる方向に沿って、p型クラッド層6上に形成されている。フォトニック結晶層7については、後述する。 The photonic crystal layer (two-dimensional diffraction grating) 7 is formed on the p-type cladding layer 6 along the direction in which the main surface 3 a of the substrate 3 extends. The photonic crystal layer 7 will be described later.
p型クラッド層8は、活性層5上に形成され、たとえばp型AlGaInPよりなり、1μmの厚みを有している。 The p-type cladding layer 8 is formed on the active layer 5 and is made of, for example, p-type AlGaInP and has a thickness of 1 μm.
n型クラッド層4およびp型クラッド層6、8は、活性層5に与えられるべきキャリアが伝導する導電層として機能する。このため、n型クラッド層4およびp型クラッド層6、8は、活性層5を挟むように設けられている。また、n型クラッド層4およびp型クラッド層6、8は、それぞれ、活性層5にキャリア(電子および正孔)と光とを閉じ込める閉じ込め層として機能する。つまり、n型クラッド層4、活性層5およびp型クラッド層6、8は、ダブルヘテロ接合を形成している。このため、発光に寄与するキャリアを活性層5に集中させることができる。なお、n型クラッド層4およびp型クラッド層6、8は、キャリアと光とを閉じ込める効果を効率的にするために、1μm以上の厚みを有していることが好ましい。 The n-type cladding layer 4 and the p-type cladding layers 6 and 8 function as conductive layers through which carriers to be given to the active layer 5 are conducted. For this reason, the n-type cladding layer 4 and the p-type cladding layers 6 and 8 are provided so as to sandwich the active layer 5. The n-type cladding layer 4 and the p-type cladding layers 6 and 8 function as confinement layers that confine carriers (electrons and holes) and light in the active layer 5, respectively. That is, the n-type cladding layer 4, the active layer 5, and the p-type cladding layers 6 and 8 form a double heterojunction. For this reason, carriers contributing to light emission can be concentrated in the active layer 5. The n-type cladding layer 4 and the p-type cladding layers 6 and 8 preferably have a thickness of 1 μm or more in order to make the effect of confining carriers and light efficient.
p型電極9は、p型クラッド層8上に形成されている。p型電極9は、p型クラッド層8の中央部に形成されている。p型電極9は、たとえば金(Au)と亜鉛(Zn)との合金などよりなっている。p型電極9は、レーザ発振に必要な電流密度が得られる程度の大きさであることが好ましく、たとえば平面形状が100μm四方程度の大きさを有している。なお、オーミック接合が取れるように、p型クラッド層8とp型電極9との間に、GaAsなどのコンタクト層を入れるのが望ましい。 The p-type electrode 9 is formed on the p-type cladding layer 8. The p-type electrode 9 is formed at the center of the p-type cladding layer 8. The p-type electrode 9 is made of, for example, an alloy of gold (Au) and zinc (Zn). The p-type electrode 9 is preferably large enough to obtain a current density necessary for laser oscillation. For example, the planar shape has a size of about 100 μm square. Note that it is desirable to insert a contact layer such as GaAs between the p-type cladding layer 8 and the p-type electrode 9 so that an ohmic junction can be obtained.
n型電極10は、基板3の裏面3b上に形成されている。n型電極10は、中央部が開口した窓開け電極である。n型電極10は、たとえばAuとGeとNiとの合金などよりなっている。 The n-type electrode 10 is formed on the back surface 3 b of the substrate 3. The n-type electrode 10 is a window opening electrode having an opening at the center. The n-type electrode 10 is made of, for example, an alloy of Au, Ge, and Ni.
ここで、フォトニック結晶層7について説明する。フォトニック結晶層7とは、相対的に低屈折率の材料からなる低屈折率部2bと相対的に高屈折率の材料からなる高屈折率部2aとを有し、屈折率が周期的に変化する構造体を意味する。 Here, the photonic crystal layer 7 will be described. The photonic crystal layer 7 has a low refractive index portion 2b made of a relatively low refractive index material and a high refractive index portion 2a made of a relatively high refractive index material, and the refractive index is periodically changed. Means a structure that changes.
フォトニック結晶層7は、相対的に高屈折率の材料からなる高屈折率部2aと、相対的に低屈折率の材料からなる低屈折率部2bとを有している。つまり、高屈折率部2aは、低屈折率部2bの屈折率よりも高い屈折率を有している。フォトニック結晶層7は、高屈折率部2aと低屈折率部2bとが主面7aから見て周期的に配置されている。フォトニック結晶層7は、たとえば0.1μmの厚みを有している。 The photonic crystal layer 7 includes a high refractive index portion 2a made of a relatively high refractive index material and a low refractive index portion 2b made of a relatively low refractive index material. That is, the high refractive index portion 2a has a higher refractive index than the refractive index of the low refractive index portion 2b. In the photonic crystal layer 7, a high refractive index portion 2a and a low refractive index portion 2b are periodically arranged as viewed from the main surface 7a. The photonic crystal layer 7 has a thickness of 0.1 μm, for example.
本実施の形態の高屈折率部2aを構成する材料は、たとえば屈折率が3.3のAlGaInPからなっている。また低屈折率部2bを構成する材料は、高屈折率部2aに形成された孔に充填された屈折率が1の空気からなっている。高屈折率部2aおよび低屈折率部2bを構成する材料の屈折率の差を大きくとると、フォトニック結晶としての回折効果を出せるため、有利である。なお、低屈折率部2bを構成する材料は、高屈折率部2aを構成する材料の屈折率よりも低ければ特に限定されず、たとえば二酸化ケイ素(SiO2)などの誘電体を用いてもよく、組成が異なる半導体材料を用いてもよい。 The material constituting the high refractive index portion 2a of the present embodiment is made of, for example, AlGaInP having a refractive index of 3.3. The material constituting the low refractive index portion 2b is made of air having a refractive index of 1 filled in a hole formed in the high refractive index portion 2a. A large difference in refractive index between the materials constituting the high refractive index portion 2a and the low refractive index portion 2b is advantageous because a diffraction effect as a photonic crystal can be produced. The material constituting the low refractive index portion 2b is not particularly limited as long as it is lower than the refractive index of the material constituting the high refractive index portion 2a. For example, a dielectric such as silicon dioxide (SiO 2 ) may be used. Alternatively, semiconductor materials having different compositions may be used.
高屈折率部2aおよび低屈折率部2b(本実施の形態では低屈折率部2b)は、図3に示す正方格子や、図4に示す三角格子など一定の向きに整列している。 The high refractive index portion 2a and the low refractive index portion 2b (in this embodiment, the low refractive index portion 2b) are aligned in a fixed direction such as a square lattice shown in FIG. 3 or a triangular lattice shown in FIG.
なお、正方格子とは、フォトニック結晶層7を上方から(主面7a側から)見た時に、左右方向および当該左右方向に対して90°の傾斜角度で低屈折率部2b(または高屈折率部2a)が延びることを意味する。つまり、任意の低屈折率部2b(または高屈折率部2a)と近接(または隣接)する低屈折率部2b(または高屈折率部2a)の数が4となる場合を意味する。 Note that the square lattice means that when the photonic crystal layer 7 is viewed from above (from the main surface 7a side), the low refractive index portion 2b (or high refractive index) is formed at an inclination angle of 90 ° with respect to the horizontal direction and the horizontal direction. This means that the rate part 2a) extends. That is, it means that the number of low refractive index portions 2b (or high refractive index portions 2a) adjacent to (or adjacent to) any low refractive index portion 2b (or high refractive index portion 2a) is four.
三角格子とは、フォトニック結晶層7を上方から(主面7a側から)見た時に、左右方向および当該左右方向に対して60°の傾斜角度で低屈折率部2b(または高屈折率部2a)が延びることを意味する。つまり、任意の低屈折率部2b(または高屈折率部2a)と近接(または隣接)する低屈折率部2b(または高屈折率部2a)の数が6となる場合を意味する。 The triangular lattice means that when the photonic crystal layer 7 is viewed from above (from the main surface 7a side), the low refractive index portion 2b (or the high refractive index portion) at a tilt angle of 60 ° with respect to the horizontal direction and the horizontal direction. 2a) extends. That is, it means that the number of low refractive index portions 2b (or high refractive index portions 2a) adjacent (or adjacent) to an arbitrary low refractive index portion 2b (or high refractive index portion 2a) is six.
低屈折率部2bが正方格子に配置されている場合には、隣り合う低屈折率部2bの中心間を結ぶ距離である周期(ピッチ)Λは、184nm以上239nm以下であることが好ましい。低屈折率部2bが三角格子に配置されている場合には、隣り合う低屈折率部2bの中心間を結ぶ距離である周期(ピッチ)Λは、212nm以上276nm以下であることが好ましい。この場合、601nm以上779nm以下の波長の光を発生することができる。このため、赤色の光を発生することができる。 When the low refractive index portions 2b are arranged in a square lattice, the period (pitch) Λ that is the distance connecting the centers of the adjacent low refractive index portions 2b is preferably 184 nm or more and 239 nm or less. When the low refractive index portions 2b are arranged in a triangular lattice, the period (pitch) Λ, which is the distance connecting the centers of adjacent low refractive index portions 2b, is preferably 212 nm or more and 276 nm or less. In this case, light with a wavelength of 601 nm to 779 nm can be generated. For this reason, red light can be generated.
本実施の形態では、上記波長の光を発生するために周期Λを上記範囲にしている。この理由について、以下説明する。 In the present embodiment, the period Λ is in the above range in order to generate light of the above wavelength. The reason for this will be described below.
発振したレーザ光がフォトニック結晶層7の主面7aに垂直な方向(図2において上向き)のみから放出される場合の条件は、1次の回折光を利用する場合である。低屈折率部2bの逆格子ベクトルの大きさとレーザ光の波数とが等しい場合、2次の回折光は面内方向に向き、共振しながら増幅される。そのとき、1次の回折光はフォトニック結晶層7の主面7aに垂直な方向を向くため、フォトニック結晶層7の主面7aに対して垂直に光が放射される。フォトニック結晶層7のパターンが正方格子の場合、低屈折率部2bの周期(図3の周期Λ)の大きさをΛ(単位:nm)としたとき、逆格子ベクトルの大きさは2π/Λである。このため、レーザ共振器中での光が感じる実効屈折率をnとしたときに、波長がn×Λ(以下nΛとも記す)に等しい光がこの条件を満たす。 The condition when the oscillated laser light is emitted only from the direction (upward in FIG. 2) perpendicular to the principal surface 7a of the photonic crystal layer 7 is that the first-order diffracted light is used. When the magnitude of the reciprocal lattice vector of the low refractive index portion 2b is equal to the wave number of the laser light, the second-order diffracted light is directed in the in-plane direction and amplified while resonating. At this time, since the first-order diffracted light is directed in a direction perpendicular to the main surface 7 a of the photonic crystal layer 7, light is emitted perpendicularly to the main surface 7 a of the photonic crystal layer 7. When the pattern of the photonic crystal layer 7 is a square lattice, the size of the reciprocal lattice vector is 2π / when the period of the low refractive index portion 2b (period Λ in FIG. 3) is Λ (unit: nm). Λ. For this reason, when the effective refractive index felt by the light in the laser resonator is n, light whose wavelength is equal to n × Λ (hereinafter also referred to as nΛ) satisfies this condition.
本実施の形態では、赤色または赤外の光を発生させるために、フォトニック結晶層7の高屈折率部2aの材料をAlGaInP、低屈折率部2bの材料を空気としており、その結果得られる光が感じる実効屈折率は3.26である。赤色の光の波長は601nm以上779nm以下であるので、601≦nΛ≦779を満たす周期Λは、184nm以上239nm以下になる。 In the present embodiment, in order to generate red or infrared light, the material of the high refractive index portion 2a of the photonic crystal layer 7 is AlGaInP, and the material of the low refractive index portion 2b is air. The effective refractive index felt by light is 3.26. Since the wavelength of red light is not less than 601 nm and not more than 779 nm, the period Λ satisfying 601 ≦ nΛ ≦ 779 is not less than 184 nm and not more than 239 nm.
フォトニック結晶層7のパターンが三角格子の場合、低屈折率部2bの周期(図4の周期Λ)の大きさをΛとしたとき、逆格子ベクトルの大きさは(2π/Λ)・{2/(3)1/2}である。このため、周期Λの{(3)1/2n/2}倍に等しい波長の光、すなわちn×Λ×{(3)1/2/2}の波長の光がこの条件を満たす。 When the pattern of the photonic crystal layer 7 is a triangular lattice, when the period of the low refractive index portion 2b (period Λ in FIG. 4) is Λ, the size of the reciprocal lattice vector is (2π / Λ) · { 2 / (3) 1/2 }. Therefore, light having a wavelength equal to {(3) 1/2 n / 2} times the period Λ, that is, light having a wavelength of n × Λ × {(3) 1/2 / 2} satisfies this condition.
本実施の形態では、赤色または赤外の光を発生させるために、フォトニック結晶層7の高屈折率部2aの材料をAlGaInP、低屈折率部2bの材料を空気としており、その結果得られる光が感じる実効屈折率は3.26である。赤色の光の波長は601nm以上779nm以下であるので、601≦Λn((3)1/2/2)≦779を満たす周期Λは、212nm以上276nm以下になる。 In the present embodiment, in order to generate red or infrared light, the material of the high refractive index portion 2a of the photonic crystal layer 7 is AlGaInP, and the material of the low refractive index portion 2b is air. The effective refractive index felt by light is 3.26. Since the wavelength of red light is not less than 601 nm and not more than 779 nm, the period Λ satisfying 601 ≦ Λn ((3) 1/2 / 2) ≦ 779 is not less than 212 nm and not more than 276 nm.
本実施の形態では、赤色の光を取り出すために、周期Λを制御しているが、赤外の光を取り出す場合にも同様に周期Λを制御することができる。赤外の光の波長は、780nm以上1600nm以下である。このため、低屈折率部2bは、244nm以上500nm以下の周期Λを有する正方格子状に配置されている、あるいは、281nm以上577nm以下の周期Λを有する三角格子状に配置されていることが好ましい。 In the present embodiment, the period Λ is controlled in order to extract red light. However, the period Λ can be similarly controlled when infrared light is extracted. The wavelength of infrared light is 780 nm or more and 1600 nm or less. Therefore, the low refractive index portion 2b is preferably arranged in a square lattice shape having a period Λ of 244 nm or more and 500 nm or less, or in a triangular lattice shape having a period Λ of 281 nm or more and 577 nm or less. .
続いて、図1〜図4を参照して、本実施の形態におけるレーザモジュール20の製造方法について説明する。 Then, with reference to FIGS. 1-4, the manufacturing method of the laser module 20 in this Embodiment is demonstrated.
まず、図2に示すように、基板3を準備する。次に、基板3の主面3a上にn型クラッド層4を形成する。この工程では、たとえば、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:有機金属化学気相堆積)法により、n型AlGaInPよりなり、1μmの厚みを有するn型クラッド層4を形成する。 First, as shown in FIG. 2, a substrate 3 is prepared. Next, the n-type cladding layer 4 is formed on the main surface 3 a of the substrate 3. In this step, the n-type cladding layer 4 made of n-type AlGaInP and having a thickness of 1 μm is formed by, for example, MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition).
次に、n型クラッド層4上に、光を発生する活性層5を形成する。この工程では、たとえば、MOCVD法によりアンドープAlGaInPよりなるバリア層と、GaInPよりなる井戸層とを含む多重量子井戸構造の活性層5を形成する。 Next, an active layer 5 that generates light is formed on the n-type cladding layer 4. In this step, the active layer 5 having a multiple quantum well structure including a barrier layer made of undoped AlGaInP and a well layer made of GaInP is formed by, for example, MOCVD.
次に、活性層5上にp型クラッド層6を形成する。この工程では、たとえばMOCVD法によりp型AlGaInPよりなり、1μmの厚みを有するp型クラッド層6を形成する。 Next, a p-type cladding layer 6 is formed on the active layer 5. In this step, the p-type cladding layer 6 made of p-type AlGaInP and having a thickness of 1 μm is formed by MOCVD, for example.
次に、図2〜図4に示すように、p型クラッド層6上に、フォトニック結晶層7を形成する。本実施の形態では、低屈折率部2bが空気であるフォトニック結晶層7を形成している。具体的には、以下のような処理を行なう。 Next, as shown in FIGS. 2 to 4, a photonic crystal layer 7 is formed on the p-type cladding layer 6. In the present embodiment, the photonic crystal layer 7 in which the low refractive index portion 2b is air is formed. Specifically, the following processing is performed.
まず、高屈折率部2aとなるべき材料である半導体層をp型クラッド層6上に形成する。その後、この半導体層上に、フォトリソグラフィ法を用いてパターンを有するレジストを形成する。このレジストにおいては、図2〜図4に示したフォトニック結晶層7の低屈折率部2bを構成する孔が形成されるべき領域上に開口パターンが形成されている。この開口パターンの平面形状は孔の平面形状と同様であり、たとえば円形状とすることができる。この開口パターンは、発光する光の波長を考慮して、184nm以上239nm以下の周期Λを有する正方格子状、または212nm以上276nm以下の周期Λを有する三角格子状に形成されることが好ましい。次に、レジストをマスクとして用いて、半導体層を部分的にエッチングにより除去することにより、孔を形成する。この後、レジストを除去する。これにより、半導体からなる高屈折率部2aと、孔で囲まれた空気よりなる低屈折率部2bとを有するフォトニック結晶層7を形成することができる。 First, a semiconductor layer that is a material to be the high refractive index portion 2 a is formed on the p-type cladding layer 6. Thereafter, a resist having a pattern is formed on the semiconductor layer by using a photolithography method. In this resist, an opening pattern is formed on a region where a hole constituting the low refractive index portion 2b of the photonic crystal layer 7 shown in FIGS. 2 to 4 is to be formed. The planar shape of the opening pattern is the same as the planar shape of the hole, and can be, for example, a circular shape. This opening pattern is preferably formed in a square lattice shape having a period Λ of 184 nm or more and 239 nm or less, or a triangular lattice shape having a period Λ of 212 nm or more and 276 nm or less in consideration of the wavelength of emitted light. Next, using the resist as a mask, the semiconductor layer is partially removed by etching to form holes. Thereafter, the resist is removed. Thereby, the photonic crystal layer 7 having the high refractive index portion 2a made of a semiconductor and the low refractive index portion 2b made of air surrounded by a hole can be formed.
次に、フォトニック結晶層7上にp型クラッド層8を形成する。この工程では、たとえばMOCVD法によりp型AlGaInPよりなり、1μmの厚みを有するp型クラッド層8を形成する。p型クラッド層8を形成することにより、フォトニック結晶層7の低屈折率部2bは孔およびp型クラッド層8で取り囲まれる。 Next, a p-type cladding layer 8 is formed on the photonic crystal layer 7. In this step, a p-type cladding layer 8 made of p-type AlGaInP and having a thickness of 1 μm is formed, for example, by MOCVD. By forming the p-type cladding layer 8, the low refractive index portion 2 b of the photonic crystal layer 7 is surrounded by the hole and the p-type cladding layer 8.
次に、p型クラッド層8上にp型電極9を形成する。この工程では、たとえば、p型クラッド層8上に、たとえば蒸着法により、AuとZnとAuとをこの順で蒸着して、合金化のための熱処理を施して、p型電極9を形成する。なお、オーミック接合が取れるように、p型クラッド層8とp型電極9との間に、GaAsなどのコンタクト層を形成するのが望ましい。 Next, a p-type electrode 9 is formed on the p-type cladding layer 8. In this step, for example, Au, Zn, and Au are vapor-deposited in this order on the p-type cladding layer 8 by, for example, vapor deposition, and heat treatment for alloying is performed to form the p-type electrode 9. . It is desirable to form a contact layer such as GaAs between the p-type cladding layer 8 and the p-type electrode 9 so that an ohmic junction can be obtained.
次に、基板3の裏面3bにn型電極10を形成する。この工程では、たとえば、基板3の裏面に、Au−GeとNiとAuとを順に蒸着法により積層し、合金化のための熱処理を施す。以上の工程により、フォトニック結晶レーザ素子1を製造することができる。 Next, the n-type electrode 10 is formed on the back surface 3 b of the substrate 3. In this step, for example, Au—Ge, Ni, and Au are sequentially laminated on the back surface of the substrate 3 by a vapor deposition method, and heat treatment for alloying is performed. Through the above steps, the photonic crystal laser element 1 can be manufactured.
次に、図1に示すように、フォトニック結晶レーザ素子1をカバー21の内部に収容する。以上の工程を実施することにより、図1に示すレーザモジュール20を製造することができる。 Next, as shown in FIG. 1, the photonic crystal laser element 1 is accommodated in the cover 21. By performing the above steps, the laser module 20 shown in FIG. 1 can be manufactured.
なお、本実施の形態のフォトニック結晶レーザ素子1として、電極が上下に形成された構造を例に挙げて説明したが、特にこの構造に限定されず、本発明のフォトニック結晶レーザ素子はp型電極9およびn型電極10が上側(基板3と反対側)に形成された構造なども適用することができる。 The photonic crystal laser element 1 according to the present embodiment has been described by taking the structure in which the electrodes are formed above and below as an example. However, the photonic crystal laser element of the present invention is not limited to this structure. A structure in which the mold electrode 9 and the n-type electrode 10 are formed on the upper side (the side opposite to the substrate 3) can also be applied.
ここで、本実施の形態のレーザモジュール20として、カバー21を備えた構造を例に挙げて説明したが、特にこの構造に限定されず、本発明のレーザモジュールは、カバー21の代わりに、あるいはカバー21と共に、ベースなどの部材を備えていてもよい。ベースを用いる場合には、レーザモジュールは、ベースと、ベース上に配置されたフォトニック結晶レーザ素子1とを備える。つまり、レーザモジュールは、ベースに覆われていない部材をさらに備える。 Here, as the laser module 20 of the present embodiment, the structure including the cover 21 has been described as an example. However, the structure is not particularly limited to this structure, and the laser module of the present invention can be used instead of the cover 21 or A member such as a base may be provided together with the cover 21. When the base is used, the laser module includes a base and a photonic crystal laser element 1 arranged on the base. That is, the laser module further includes a member that is not covered by the base.
次に、本実施の形態のレーザモジュール20の動作について、図1〜図4を用いて説明する。 Next, operation | movement of the laser module 20 of this Embodiment is demonstrated using FIGS. 1-4.
フォトニック結晶レーザ素子1において、p型電極9に正電圧を、n型電極10に負電圧を印加すると、p型クラッド層6、8から活性層5へ正孔が注入され、n型クラッド層4から活性層5へ電子が注入される。活性層5へ正孔および電子(キャリア)が注入されると、キャリアの再結合が起こり、光が発生される。発生される光の波長は、活性層5が備える半導体層のバンドギャップによって規定される。 In the photonic crystal laser element 1, when a positive voltage is applied to the p-type electrode 9 and a negative voltage is applied to the n-type electrode 10, holes are injected from the p-type cladding layers 6 and 8 into the active layer 5. Electrons are injected from 4 into the active layer 5. When holes and electrons (carriers) are injected into the active layer 5, carrier recombination occurs and light is generated. The wavelength of the generated light is defined by the band gap of the semiconductor layer included in the active layer 5.
活性層5において発生された光は、n型クラッド層4およびp型クラッド層6、8によって活性層5内に閉じ込められるが、一部の光はエバネッセント光としてフォトニック結晶層7に到達する。フォトニック結晶層7に到達したエバネッセント光の波長と、フォトニック結晶層7が有する所定の周期と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は回折を繰り返し、定在波が発生し、位相条件が規定される。フォトニック結晶層7によって位相が規定された光は、活性層5内の光にフィードバックされ、やはり定在波を発生させる。この定在波は、フォトニック結晶層7において規定される光の波長および位相条件を満足している。 Light generated in the active layer 5 is confined in the active layer 5 by the n-type cladding layer 4 and the p-type cladding layers 6 and 8, but part of the light reaches the photonic crystal layer 7 as evanescent light. When the wavelength of the evanescent light reaching the photonic crystal layer 7 and the predetermined period of the photonic crystal layer 7 coincide, the light repeats diffraction at the wavelength corresponding to the period, and a standing wave is generated. And phase conditions are defined. The light whose phase is defined by the photonic crystal layer 7 is fed back to the light in the active layer 5 to generate a standing wave. This standing wave satisfies the light wavelength and phase conditions defined in the photonic crystal layer 7.
このような現象は、活性層5およびフォトニック結晶層7が2次元的に広がりをもって形成されているので、p型電極9を中心にした領域およびその付近において生じうる。十分な量の光がこの状態に蓄積された場合、波長および位相条件の揃った光Lが、フォトニック結晶層7の主面7aに垂直な方向(図1において上方向)から誘導放出される。この発生した光Lが、カバー21の開口部21aから出射される。 Such a phenomenon can occur in the region around the p-type electrode 9 and in the vicinity thereof because the active layer 5 and the photonic crystal layer 7 are two-dimensionally widened. When a sufficient amount of light is accumulated in this state, light L having a uniform wavelength and phase condition is stimulated and emitted from a direction perpendicular to the main surface 7a of the photonic crystal layer 7 (upward in FIG. 1). . The generated light L is emitted from the opening 21 a of the cover 21.
続いて、図5〜図7に示す比較例のレーザモジュール100と比較して、本実施の形態におけるレーザモジュール20の効果について説明する。 Next, the effects of the laser module 20 in the present embodiment will be described in comparison with the laser module 100 of the comparative example shown in FIGS.
図5に示す比較例のレーザモジュール100は、半導体レーザ素子110と、コリメータレンズ101と、集光レンズ102とを備えている。半導体レーザ素子110は、フォトニック結晶レーザ素子1の代わりに、光源として用いられている。半導体レーザ素子110は、図6に示す端面発光型レーザ110a、図7に示すVCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting LASER:垂直共振器面発光レーザ)と呼ばれる面発光レーザ110bなどである。 The laser module 100 of the comparative example shown in FIG. 5 includes a semiconductor laser element 110, a collimator lens 101, and a condenser lens 102. The semiconductor laser element 110 is used as a light source instead of the photonic crystal laser element 1. The semiconductor laser element 110 is an edge-emitting laser 110a shown in FIG. 6, a surface emitting laser 110b called VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) shown in FIG.
図6に示す端面発光型レーザ110aは、たとえば、基板111と、基板111上に形成されたn型クラッド層112と、n型クラッド層112上に形成された活性層113と、活性層113上に形成されたp型クラッド層114と、p型クラッド層114上に形成された電極115と、基板111の裏面側に形成された電極116とを備えている。図6に示すように、端面発光型レーザ110aは、それぞれの層に平行な方向に光を発生する。 An edge-emitting laser 110a shown in FIG. 6 includes, for example, a substrate 111, an n-type cladding layer 112 formed on the substrate 111, an active layer 113 formed on the n-type cladding layer 112, and an active layer 113. A p-type cladding layer 114 formed on the p-type cladding layer 114, an electrode 115 formed on the p-type cladding layer 114, and an electrode 116 formed on the back side of the substrate 111. As shown in FIG. 6, the edge emitting laser 110a generates light in a direction parallel to each layer.
図7に示す面発光レーザ110bは、基板111と、基板111上に形成されたDBR(Distributed Bragg Reflection:分布ブラッグ反射)ミラー118と、DBRミラー118上に形成された活性層113と、活性層113上に形成され、開口部を有する酸化膜119と、酸化膜119の開口部であって、かつ活性層113上に形成されたDBRミラー120と、DBRミラー120上に形成された開口部を有する電極117と、基板111の裏面側に形成された電極116とを備えている。図7に示すように、面発光レーザ110bは、基板111の表面側の電極115に設けた開口部から光を発生する。 The surface emitting laser 110b shown in FIG. 7 includes a substrate 111, a DBR (Distributed Bragg Reflection) mirror 118 formed on the substrate 111, an active layer 113 formed on the DBR mirror 118, and an active layer. 113, an oxide film 119 having an opening, a DBR mirror 120 which is an opening of the oxide film 119 and formed on the active layer 113, and an opening formed on the DBR mirror 120. And the electrode 116 formed on the back surface side of the substrate 111. As shown in FIG. 7, the surface emitting laser 110 b generates light from an opening provided in the electrode 115 on the surface side of the substrate 111.
図6に示す端面発光型レーザ110aが発生する光の遠視野像は、図8に示すように、拡がっていることがわかる。図7に示す面発光レーザ110bが発生する光の遠視野像も、図9に示すように、拡がっていることがわかる。このため、端面発光型レーザ110a、面発光レーザ110bなどの半導体レーザ素子110を備えている場合には、半導体レーザ素子110から発生した光を集光するために、少なくともコリメータレンズ101および集光レンズ102を用いる必要がある。したがって、比較例のレーザモジュール100では、レンズ系が複雑になり、小型化を図ることができないという問題がある。 It can be seen that the far-field image of the light generated by the edge-emitting laser 110a shown in FIG. 6 spreads as shown in FIG. It can be seen that the far-field image of the light generated by the surface emitting laser 110b shown in FIG. 7 also spreads as shown in FIG. For this reason, when the semiconductor laser device 110 such as the edge-emitting laser 110a or the surface-emitting laser 110b is provided, at least the collimator lens 101 and the condensing lens are used to collect the light generated from the semiconductor laser device 110. 102 must be used. Therefore, in the laser module 100 of the comparative example, there is a problem that the lens system becomes complicated and the miniaturization cannot be achieved.
一方、本実施の形態におけるレーザモジュール20は、光源としてフォトニック結晶レーザ素子1を用いている。フォトニック結晶レーザ素子1のレーザ光は、前述のようにフォトニック結晶層7による回折効果のおかげで、フォトニック結晶層7の主面7aに垂直な方向から放出される。また、フォトニック結晶層7の面内の方向の共振はフォトニック結晶層7全面で生じるため、結果として光放射部(放出部)の面積を大きくできる。これにより、フォトニック結晶レーザ素子1から放射される光の放射角を非常に狭くすることができる。これは、フォトニック結晶レーザ素子1が発生する光の遠視野像が図10に示すように1°未満と非常に狭く、ほとんど拡がらないことからもわかる。このように、図5に示す比較例のレーザモジュール100と異なり、本実施の形態におけるレーザモジュール20では、図5に示すようにレンズを用いて集光する必要がなくなる、もしくは、使用するとしても比較例のレンズよりも薄いレンズを1枚程度用いることで、所望のビームパターン、集光径、焦点深度、結像位置などを得るように対応することができる。これにより、レンズ系を単純にすることができる。したがって、本実施の形態におけるレーザモジュール20の小型化を図ることができるとともに、コストを低減することができる。 On the other hand, the laser module 20 in the present embodiment uses the photonic crystal laser element 1 as a light source. The laser light of the photonic crystal laser element 1 is emitted from a direction perpendicular to the main surface 7a of the photonic crystal layer 7 due to the diffraction effect by the photonic crystal layer 7 as described above. In addition, resonance in the in-plane direction of the photonic crystal layer 7 occurs over the entire surface of the photonic crystal layer 7, and as a result, the area of the light emitting portion (emission portion) can be increased. Thereby, the radiation angle of the light emitted from the photonic crystal laser element 1 can be made very narrow. This can also be seen from the fact that the far-field image of the light generated by the photonic crystal laser element 1 is very narrow and less than 1 ° as shown in FIG. Thus, unlike the laser module 100 of the comparative example shown in FIG. 5, the laser module 20 according to the present embodiment does not need to focus using a lens as shown in FIG. By using about one lens thinner than the lens of the comparative example, it is possible to cope with obtaining a desired beam pattern, condensing diameter, focal depth, imaging position, and the like. Thereby, the lens system can be simplified. Therefore, the laser module 20 in the present embodiment can be reduced in size and the cost can be reduced.
特に、低屈折率部2bが184nm以上239nm以下の周期を有する正方格子状に配置されている場合、または、低屈折率部2bが212nm以上276nm以下の周期を有する三角格子状に配置されている場合には、赤色のレーザ光を出射させることができる。このため、レーザモジュール20は、赤色のレーザ光の用途として一般的な光電センサー、バーコードスキャナーなどに好適に用いられる。 In particular, when the low refractive index portion 2b is arranged in a square lattice shape having a period of 184 nm or more and 239 nm or less, or the low refractive index portion 2b is arranged in a triangular lattice shape having a period of 212 nm or more and 276 nm or less. In this case, red laser light can be emitted. For this reason, the laser module 20 is suitably used for a general photoelectric sensor, a barcode scanner, and the like as a red laser beam.
なお、実施の形態1のフォトニック結晶レーザ素子1ではn型クラッド層4とp型クラッド層8との間にフォトニック結晶層7を配置しているが、特にこれに限定されない。フォトニック結晶層7は、材料に関わらず、n型クラッド層4中、p型クラッド層6、8中のいずれかに形成されていてもよい。 In the photonic crystal laser element 1 of the first embodiment, the photonic crystal layer 7 is disposed between the n-type cladding layer 4 and the p-type cladding layer 8, but the present invention is not limited to this. The photonic crystal layer 7 may be formed in either the n-type cladding layer 4 or the p-type cladding layers 6 and 8 regardless of the material.
また、フォトニック結晶層7は、半導体からなる高屈折率部2aと、空気および誘電体の少なくとも一方からなる低屈折率部2bとを有する構造を例に挙げて説明したが、特にこれに限定されない。高屈折率部2aおよび低屈折率部2bは、屈折率に差があればよく、互いに異なる材料の半導体からなっていてもよい。 In addition, the photonic crystal layer 7 has been described by taking as an example a structure having a high refractive index portion 2a made of a semiconductor and a low refractive index portion 2b made of at least one of air and a dielectric, but the present invention is particularly limited to this. Not. The high refractive index portion 2a and the low refractive index portion 2b need only have a difference in refractive index, and may be made of semiconductors of different materials.
(実施の形態2)
図11および図12を参照して、本実施の形態におけるバーコードスキャナー30について説明する。本実施の形態におけるバーコードスキャナー30は、レーザー方式である。
(Embodiment 2)
With reference to FIG. 11 and FIG. 12, the barcode scanner 30 in this Embodiment is demonstrated. The barcode scanner 30 in the present embodiment is a laser system.
図11および図12に示すように、バーコードスキャナー30は、実施の形態1のレーザモジュール20と、ミラー31、32と、ポリゴンミラー33と、モータ34と、集光レンズ35と、フォトダイオード36と、筐体37、38とを備えている。ミラー31、32は、レーザモジュール20のフォトニック結晶レーザ素子から発生した光を反射する。ポリゴンミラー33は、ミラー31、32からの光LをバーコードBに照射する。モータ34は、ポリゴンミラー33を駆動する。集光レンズ35は、バーコードBから反射した光を集光する。フォトダイオード36は、集光レンズ35で集光した反射光を読み取る。筐体37は、レーザモジュール20を内部に収容し、持つことが可能である。筐体38は、ミラー31、32、ポリゴンミラー33、モータ34、集光レンズ35、およびフォトダイオード36を内部に収容する。 As shown in FIGS. 11 and 12, the barcode scanner 30 includes the laser module 20, the mirrors 31 and 32, the polygon mirror 33, the motor 34, the condenser lens 35, and the photodiode 36 of the first embodiment. And housings 37 and 38. The mirrors 31 and 32 reflect light generated from the photonic crystal laser element of the laser module 20. The polygon mirror 33 irradiates the barcode B with the light L from the mirrors 31 and 32. The motor 34 drives the polygon mirror 33. The condensing lens 35 condenses the light reflected from the barcode B. The photodiode 36 reads the reflected light collected by the condenser lens 35. The housing 37 can accommodate and hold the laser module 20 therein. The housing 38 houses the mirrors 31 and 32, the polygon mirror 33, the motor 34, the condenser lens 35, and the photodiode 36 therein.
なお、バーコードスキャナー30は、ガルバノミラーをさらに備えていてもよい。この場合には、上下左右に光Lを照射できるので、2次元バーコードにも対応できる。 The barcode scanner 30 may further include a galvanometer mirror. In this case, since the light L can be irradiated vertically and horizontally, it is possible to deal with a two-dimensional barcode.
続いて、本実施の形態におけるバーコードスキャナー30の動作について説明する。図11および図12に示すように、レーザモジュール20のフォトニック結晶レーザ素子から光が発生される。この光は、ミラー31、32により、ポリゴンミラー33に向けて反射される。1本の光Lはモータ34により稼動するポリゴンミラー33に反射されて、左右に振られることで、バーコードBに照射される。このように、レーザモジュール20から発生する光をバーコードBに左右に照射することで、それぞれの光Lを矢印Aのように走査することができる。バーコードBに照射したそれぞれの光LがバーコードBにより反射され、反射された光を集光レンズ35で集光(受光)する。受光した光は、フォトダイオード36に伝達され、反射された光によりバーコードBを読み取る。 Next, the operation of the barcode scanner 30 in the present embodiment will be described. As shown in FIGS. 11 and 12, light is generated from the photonic crystal laser element of the laser module 20. This light is reflected by the mirrors 31 and 32 toward the polygon mirror 33. One light L is reflected by the polygon mirror 33 that is operated by the motor 34 and is shaken to the left and right to irradiate the barcode B. Thus, by irradiating the barcode B with the light generated from the laser module 20 to the left and right, each light L can be scanned as indicated by the arrow A. Each light L applied to the barcode B is reflected by the barcode B, and the reflected light is collected (received) by the condenser lens 35. The received light is transmitted to the photodiode 36, and the barcode B is read by the reflected light.
本実施の形態のバーコードスキャナー30は、実施の形態1におけるレーザモジュール20を用いている。フォトニック結晶レーザ素子から発生する光の放射角は狭いので、発生する光の集光のために用いるレンズを簡略にしている。このため、レーザモジュール20の小型化を図ることができるので、バーコードスキャナー30の小型化を図ることができる。 The barcode scanner 30 according to the present embodiment uses the laser module 20 according to the first embodiment. Since the emission angle of the light generated from the photonic crystal laser element is narrow, the lens used for condensing the generated light is simplified. For this reason, since the laser module 20 can be downsized, the barcode scanner 30 can be downsized.
以上のように、本実施の形態におけるバーコードスキャナー30によれば、離れた位置のバーコードBを読み取り可能とし、かつバーコードスキャナー30の小型化を可能としている。 As described above, according to the barcode scanner 30 in the present embodiment, the barcode B at a distant position can be read, and the barcode scanner 30 can be downsized.
(実施の形態3)
図13を参照して、本実施の形態における光電センサー40について説明する。本実施の形態における光電センサー40は、透過型である。
(Embodiment 3)
A photoelectric sensor 40 in the present embodiment will be described with reference to FIG. The photoelectric sensor 40 in the present embodiment is a transmissive type.
光電センサー40は、実施の形態1のレーザモジュール20と、投光器41と、受光部42と、受光器43とを備えている。レーザモジュール20は、投光部である。投光器41は、内部にレーザモジュール20を収容している。受光部42は、投光器41のレーザモジュール20から発生した光Lのうち検出物体Dを透過した透過光Tを受光する。受光器43は、受光部42を内部に収容する。受光器43は、光電管を使用してもよい。この場合の光電センサー40は、光電管センサーである。 The photoelectric sensor 40 includes the laser module 20 of the first embodiment, a projector 41, a light receiving unit 42, and a light receiver 43. The laser module 20 is a light projecting unit. The projector 41 houses the laser module 20 therein. The light receiving unit 42 receives the transmitted light T transmitted through the detection object D out of the light L generated from the laser module 20 of the projector 41. The light receiver 43 accommodates the light receiving unit 42 therein. The photo detector 43 may use a phototube. The photoelectric sensor 40 in this case is a photoelectric tube sensor.
続いて、本実施の形態における光電センサー40の動作について説明する。図13に示すように、レーザモジュール20のフォトニック結晶レーザ素子から検出物体Dに向けて光Lが発生される。検出物体Dに照射された光Lの一部は、検出物体Dを透過する。この透過光Tは、受光器43内の受光部42に到達する。光Lは検出物体Dによって遮られるので、受光部42に到達した透過光Tの量は光Lの量から変化する。受光部42は、この変化を検出して、電気信号に変換して出力する。 Subsequently, the operation of the photoelectric sensor 40 in the present embodiment will be described. As shown in FIG. 13, light L is generated from the photonic crystal laser element of the laser module 20 toward the detection object D. A part of the light L irradiated to the detection object D passes through the detection object D. The transmitted light T reaches the light receiving unit 42 in the light receiver 43. Since the light L is blocked by the detection object D, the amount of transmitted light T reaching the light receiving unit 42 varies from the amount of light L. The light receiving unit 42 detects this change, converts it into an electrical signal, and outputs it.
(変形例1)
本実施の形態の変形例1の光電センサー50は、図14に示すように、回帰反射型である点において、実施の形態3の光電センサー40と異なる。
(Modification 1)
As shown in FIG. 14, the photoelectric sensor 50 according to the first modification of the present embodiment is different from the photoelectric sensor 40 according to the third embodiment in that it is a regression reflection type.
具体的には、変形例1の光電センサー50は、レーザモジュール20と、受光部42と、投受光器51と、回帰反射板52とを備えている。レーザモジュール20および受光部42は、投受光器51の内部に収容されている。回帰反射板52は、レーザモジュール20から発生した光のうち検出物体Dを透過した透過光Tを反射する。 Specifically, the photoelectric sensor 50 of Modification 1 includes a laser module 20, a light receiving unit 42, a light projector / receiver 51, and a regression reflector 52. The laser module 20 and the light receiving unit 42 are accommodated in the light projector / receiver 51. The retroreflection plate 52 reflects the transmitted light T transmitted through the detection object D out of the light generated from the laser module 20.
続いて、変形例1の光電センサー50の動作について説明する。図14に示すように、レーザモジュール20のフォトニック結晶レーザ素子から検出物体Dに向けて光Lが発生される。検出物体Dに照射された光Lの一部は、検出物体Dにより反射される。この反射光Rは投受光器51内の受光部42に到達する。また、検出物体Dに照射された光Lの残部は、検出物体Dを透過する。この透過光Tは、回帰反射板52により反射され、反射光は検出物体Dを一部透過して、投受光器51内の受光部42に到達する。光Lが検出物体Dによって反射されたり遮られたりすると、受光部42に到達した反射光Rの量は光Lの量から変化する。受光部42は、この変化を検出して、電気信号に変換して出力する。 Subsequently, the operation of the photoelectric sensor 50 of the first modification will be described. As shown in FIG. 14, light L is generated from the photonic crystal laser element of the laser module 20 toward the detection object D. A part of the light L irradiated to the detection object D is reflected by the detection object D. The reflected light R reaches the light receiving unit 42 in the light projector / receiver 51. Further, the remaining part of the light L applied to the detection object D passes through the detection object D. The transmitted light T is reflected by the return reflection plate 52, and the reflected light partially transmits the detection object D and reaches the light receiving unit 42 in the light projecting / receiving device 51. When the light L is reflected or blocked by the detection object D, the amount of the reflected light R that reaches the light receiving unit 42 changes from the amount of the light L. The light receiving unit 42 detects this change, converts it into an electrical signal, and outputs it.
(変形例2)
本実施の形態の変形例2の光電センサー60は、図15に示すように、拡散反射型である点において、実施の形態3の光電センサー40と異なる。
(Modification 2)
As shown in FIG. 15, the photoelectric sensor 60 of Modification 2 of the present embodiment is different from the photoelectric sensor 40 of Embodiment 3 in that it is a diffuse reflection type.
具体的には、変形例2の光電センサー60は、レーザモジュール20と、受光部42と、投受光器61とを備えている。レーザモジュール20および受光部42は、投受光器61の内部に収容されている。 Specifically, the photoelectric sensor 60 of Modification 2 includes the laser module 20, a light receiving unit 42, and a light projecting / receiving device 61. The laser module 20 and the light receiving unit 42 are accommodated in the light projector / receiver 61.
続いて、変形例2の光電センサー60の動作について説明する。図15に示すように、レーザモジュール20のフォトニック結晶レーザ素子から検出物体Dに向けて光Lが発生される。検出物体Dに照射された光Lの一部は、検出物体Dにより反射される。この反射光Rは投受光器61内の受光部42に到達する。また、検出物体Dに照射された光Lの残部は、検出物体Dを透過する。Lは検出物体Dによって反射されたり遮られたりすると、受光部42に到達した反射光Rの量は光Lの量から変化する。受光部42は、この変化を検出して、電気信号に変換して出力する。 Next, the operation of the photoelectric sensor 60 of Modification 2 will be described. As shown in FIG. 15, light L is generated from the photonic crystal laser element of the laser module 20 toward the detection object D. A part of the light L irradiated to the detection object D is reflected by the detection object D. The reflected light R reaches the light receiving unit 42 in the light projector / receiver 61. Further, the remaining part of the light L applied to the detection object D passes through the detection object D. When L is reflected or blocked by the detection object D, the amount of reflected light R reaching the light receiving unit 42 changes from the amount of light L. The light receiving unit 42 detects this change, converts it into an electrical signal, and outputs it.
本実施の形態およびその変形例1、2では、実施の形態1におけるレーザモジュール20を用いている。フォトニック結晶レーザ素子から発生する光の放射角は狭いので、発生する光の集光のために用いるレンズを簡略にしている。このため、レーザモジュール20の小型化を図ることができるので、光電センサー40、50、60の小型化を図ることができる。 In the present embodiment and its modifications 1 and 2, the laser module 20 in the first embodiment is used. Since the emission angle of the light generated from the photonic crystal laser element is narrow, the lens used for condensing the generated light is simplified. For this reason, since the laser module 20 can be reduced in size, the photoelectric sensors 40, 50, 60 can be reduced in size.
また、フォトニック結晶レーザ素子から発生する光の放射角が狭いので、空間分解能を高くできる。このため、微小物体の検出や高精度の位置検出が可能な光電センサー40、50、60を実現できる。 In addition, since the radiation angle of light generated from the photonic crystal laser element is narrow, the spatial resolution can be increased. For this reason, the photoelectric sensors 40, 50, and 60 capable of detecting minute objects and detecting positions with high accuracy can be realized.
以上のように、本実施の形態およびその変形例1、2における光電センサー40、50、60によれば、検出物体の検出を可能とし、かつ光電センサー40、50、60の小型化を可能としている。 As described above, according to the photoelectric sensors 40, 50, and 60 in the present embodiment and the first and second modifications thereof, the detection object can be detected and the photoelectric sensors 40, 50, and 60 can be downsized. Yes.
本実施例では、フォトニック結晶レーザ素子が発生する光の波長について調べた。
本実施例では、図16に示すように、活性層5にAlGaInPを用いて波長650nm前後のフォトニック結晶面発光レーザを作製した。
In this example, the wavelength of light generated by the photonic crystal laser element was examined.
In this example, as shown in FIG. 16, a photonic crystal surface emitting laser having a wavelength of around 650 nm was fabricated using AlGaInP for the active layer 5.
具体的には、GaAsよりなる基板3上にMOCVD法によるエピタキシャル成長で、n型AlGaInPよりなるn型クラッド層4、活性層5、およびp型AlGaInPよりなるp型クラッド層6をこの順で成長した。 Specifically, an n-type cladding layer 4 made of n-type AlGaInP, an active layer 5 and a p-type cladding layer 6 made of p-type AlGaInP were grown in this order on the substrate 3 made of GaAs by epitaxial growth by MOCVD. .
次に、p型クラッド層6上に、MOCVD法により、高屈折率部2aとなるべき層を成長した。その後、電子ビーム描画装置でパターニングしたレジストをマスクとし、反応性イオンエッチング装置で塩素ガスを用いたドライエッチングにより円孔を掘ることでフォトニック結晶層7の低屈折率部2b(パターン)を作製した。これにより、AlGaInPよりなる高屈折率部2aと、空気よりなる低屈折率部2bとを形成した。なお、空気の屈折率は、1であり、AlGaInPの屈折率は3.3であった。 Next, a layer to be the high refractive index portion 2a was grown on the p-type cladding layer 6 by MOCVD. Then, using the resist patterned by the electron beam lithography apparatus as a mask, a low-refractive index portion 2b (pattern) of the photonic crystal layer 7 is produced by digging a circular hole by dry etching using chlorine gas with a reactive ion etching apparatus. did. As a result, a high refractive index portion 2a made of AlGaInP and a low refractive index portion 2b made of air were formed. The refractive index of air was 1, and the refractive index of AlGaInP was 3.3.
さらにMOCVD法によりエピタキシャル成長を行ない、p型クラッド層8、およびp型コンタクト層11を成長した。最後に、n側にAuとGeとNiとの合金からなるn型電極10を、p側にAuとZnとの合金からなるp型電極9をそれぞれ蒸着し、ステム12に実装することでフォトニック結晶レーザ素子とした。低屈折率部2bの配置および周期Λを種々変化させて、複数のフォトニック結晶レーザ素子を作製した。 Further, epitaxial growth was performed by MOCVD to grow a p-type cladding layer 8 and a p-type contact layer 11. Finally, an n-type electrode 10 made of an alloy of Au, Ge, and Ni is deposited on the n-side, and a p-type electrode 9 made of an alloy of Au and Zn is deposited on the p-side, and mounted on the stem 12 for photo A nick crystal laser element was obtained. A plurality of photonic crystal laser elements were manufactured by changing the arrangement of the low refractive index portion 2b and the period Λ in various ways.
この複数のフォトニック結晶レーザ素子の中のフォトニック結晶層の低屈折率部2bの周期Λ、および発生するレーザ光の波長(動作波長)の結果を下記の表1に示す。 Table 1 below shows the results of the period Λ of the low refractive index portion 2b of the photonic crystal layer in the plurality of photonic crystal laser elements and the wavelength (operating wavelength) of the generated laser light.
表1に示すように、赤色に近い波長である601nm以上779nm以下でフォトニック結晶レーザ素子を動作させようとする場合、正方格子パターンの場合は184nm以上239nm以下、三角格子パターンの場合は212nm以上276nm以下の範囲に周期Λがあることが必要であることがわかった。 As shown in Table 1, when the photonic crystal laser element is operated at a wavelength close to red of 601 nm to 779 nm, it is 184 nm to 239 nm for a square lattice pattern, and 212 nm or more for a triangular lattice pattern. It was found that the period Λ needs to be in the range of 276 nm or less.
以上より、本実施例によれば、低屈折率部が184nm以上239nm以下の周期を有する正方格子状に配置されている場合、または、低屈折率部が212nm以上276nm以下の周期を有する三角格子状に配置されている場合には、赤色の波長の光を発生することができることが確認できた。 As described above, according to the present embodiment, when the low refractive index portion is arranged in a square lattice shape having a period of 184 nm or more and 239 nm or less, or the triangular grating having a low refractive index portion having a period of 212 nm or more and 276 nm or less. It was confirmed that light of a red wavelength can be generated when arranged in a shape.
本実施例では、レーザモジュールがフォトニック結晶レーザ素子を備えることの効果について調べた。 In this example, the effect of providing the photonic crystal laser element in the laser module was examined.
具体的には、実施例1の各々のフォトニック結晶レーザ素子を実施の形態2のバーコードスキャナーおよび実施の形態3の光電センサーに配置した。このとき、レーザモジュールには、レンズを配置しなかった。 Specifically, each photonic crystal laser element of Example 1 was placed in the barcode scanner of the second embodiment and the photoelectric sensor of the third embodiment. At this time, no lens was arranged in the laser module.
その結果、実施例1の複数のフォトニック結晶レーザ素子を備えたレーザモジュールを装着したバーコードスキャナーおよび光電センサーは、レーザモジュールにレンズが配置されていなくても、動作できた。 As a result, the barcode scanner and the photoelectric sensor equipped with the laser module including the plurality of photonic crystal laser elements of Example 1 were able to operate even when no lens was arranged on the laser module.
以上より、本実施例によれば、フォトニック結晶レーザ素子を備えたレーザモジュールを用いることにより、レンズを省略することが可能であることが確認できた。また、フォトニック結晶レーザ素子を備えたレーザモジュールの小型化を図れることが確認できた。 As described above, according to this example, it was confirmed that the lens can be omitted by using the laser module including the photonic crystal laser element. It was also confirmed that the laser module equipped with the photonic crystal laser element can be miniaturized.
さらに、フォトニック結晶レーザ素子を備えたレーザモジュールを装着したバーコードスキャナーおよび光電センサーについても、小型化を図れることが確認できた。 Furthermore, it was confirmed that a barcode scanner and a photoelectric sensor equipped with a laser module equipped with a photonic crystal laser element can be downsized.
以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、各実施の形態および実施例の特徴を適宜組み合わせることも当初から予定している。また、今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 Although the embodiments and examples of the present invention have been described above, it is also planned from the beginning to appropriately combine the features of the embodiments and examples. The embodiments and examples disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above-described embodiment but by the scope of claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
1 フォトニック結晶レーザ素子、2a 高屈折率部、2b 低屈折率部、3 基板、3a,7a 主面、3b 裏面、4 n型クラッド層、5 活性層、6,8 p型クラッド層、7 フォトニック結晶層、9 p型電極、10 n型電極、11 p型コンタクト層、12 ステム、20 レーザモジュール、21 カバー、21a 開口部、30 バーコードスキャナー、31,32 ミラー、33 ポリゴンミラー、34 モータ、35 集光レンズ、36 フォトダイオード、37,38 筐体、40,50,60 光電センサー、41 投光器、42 受光部、43 受光器、51,61 投受光器、52 回帰反射板、B バーコード、D 検出物体、L 光、R 反射光、T 透過光。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Photonic crystal laser element, 2a High refractive index part, 2b Low refractive index part, 3 board | substrate, 3a, 7a main surface, 3b back surface, 4 n-type cladding layer, 5 active layer, 6,8 p-type cladding layer, 7 Photonic crystal layer, 9 p-type electrode, 10 n-type electrode, 11 p-type contact layer, 12 stem, 20 laser module, 21 cover, 21a opening, 30 barcode scanner, 31, 32 mirror, 33 polygon mirror, 34 Motor, 35 Condenser lens, 36 Photodiode, 37, 38 Case, 40, 50, 60 Photoelectric sensor, 41 Emitter, 42 Light receiver, 43 Light receiver, 51, 61 Emitter / receiver, 52 Retroreflective plate, B bar Code, D sensing object, L light, R reflected light, T transmitted light.
Claims (6)
前記フォトニック結晶レーザ素子から発生する前記光を反射させるためのミラーとを備えた、バーコードスキャナー。 A laser module according to claim 1;
A barcode scanner comprising: a mirror for reflecting the light generated from the photonic crystal laser element.
前記フォトニック結晶レーザ素子から発生する前記光を受光する受光部とを備えた、光電センサー。 A laser module according to claim 1;
A photoelectric sensor comprising: a light receiving portion that receives the light generated from the photonic crystal laser element.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009162864A JP2011018798A (en) | 2009-07-09 | 2009-07-09 | Laser module, bar code scanner and photoelectric sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009162864A JP2011018798A (en) | 2009-07-09 | 2009-07-09 | Laser module, bar code scanner and photoelectric sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011018798A true JP2011018798A (en) | 2011-01-27 |
Family
ID=43596364
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009162864A Pending JP2011018798A (en) | 2009-07-09 | 2009-07-09 | Laser module, bar code scanner and photoelectric sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2011018798A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017038595A1 (en) * | 2015-08-28 | 2017-03-09 | 国立大学法人京都大学 | Two-dimensional photonic crystal surface-emitting laser |
CN108565675A (en) * | 2018-06-07 | 2018-09-21 | 江苏华兴激光科技有限公司 | A kind of RGB photonic crystal semiconductor laser module for laser display |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05215979A (en) * | 1992-02-05 | 1993-08-27 | Fujitsu Ltd | Optical scanning device |
JP2000332351A (en) * | 1999-05-21 | 2000-11-30 | Susumu Noda | Semiconductor light emitting device and manufacture thereof |
JP2002198568A (en) * | 2000-12-27 | 2002-07-12 | Sunx Ltd | Light projecting unit and photoelectric sensor |
JP2007234824A (en) * | 2006-02-28 | 2007-09-13 | Canon Inc | Vertical resonator type surface-emitting laser |
JP2008218975A (en) * | 2007-02-08 | 2008-09-18 | Canon Inc | Structure, surface emitting laser, and light-emitting device having the surface-emitting laser |
JP2009010182A (en) * | 2007-06-28 | 2009-01-15 | Konica Minolta Holdings Inc | Optical resonator |
-
2009
- 2009-07-09 JP JP2009162864A patent/JP2011018798A/en active Pending
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05215979A (en) * | 1992-02-05 | 1993-08-27 | Fujitsu Ltd | Optical scanning device |
JP2000332351A (en) * | 1999-05-21 | 2000-11-30 | Susumu Noda | Semiconductor light emitting device and manufacture thereof |
JP2002198568A (en) * | 2000-12-27 | 2002-07-12 | Sunx Ltd | Light projecting unit and photoelectric sensor |
JP2007234824A (en) * | 2006-02-28 | 2007-09-13 | Canon Inc | Vertical resonator type surface-emitting laser |
JP2008218975A (en) * | 2007-02-08 | 2008-09-18 | Canon Inc | Structure, surface emitting laser, and light-emitting device having the surface-emitting laser |
JP2009010182A (en) * | 2007-06-28 | 2009-01-15 | Konica Minolta Holdings Inc | Optical resonator |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017038595A1 (en) * | 2015-08-28 | 2017-03-09 | 国立大学法人京都大学 | Two-dimensional photonic crystal surface-emitting laser |
US10389086B2 (en) | 2015-08-28 | 2019-08-20 | Kyoto University | Two-dimensional photonic-crystal surface-emitting laser |
CN108565675A (en) * | 2018-06-07 | 2018-09-21 | 江苏华兴激光科技有限公司 | A kind of RGB photonic crystal semiconductor laser module for laser display |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI483498B (en) | Multimode vertical-cavity surface-emitting laser arrays | |
EP1562271B1 (en) | Micro-lens built-in vertical cavity surface emitting laser | |
CN111869022B (en) | Surface-emitting laser array, detection device and laser device | |
EP1980000A2 (en) | Vertical cavity surface emitting laser device | |
TW201140976A (en) | Vertical-cavity surface-emitting lasers with non-periodic gratings | |
JP7180145B2 (en) | Light-emitting element array and optical measurement system | |
CN103579901A (en) | Surface emitting laser device and atomic oscillator | |
JP2007294789A (en) | Semiconductor laser device | |
JP7145151B2 (en) | Surface emitting semiconductor lasers and sensing modules | |
US8073023B2 (en) | Surface emitting laser | |
US20070091953A1 (en) | Light-emitting diode with a narrow beam divergence based on the effect of photonic band crystal-mediated filtration of high-order optical modes | |
JP4600776B2 (en) | Semiconductor laser device | |
JP2011096787A (en) | Semiconductor light emitting device | |
JP5135717B2 (en) | Semiconductor light emitting device | |
JP2011018798A (en) | Laser module, bar code scanner and photoelectric sensor | |
US9373936B1 (en) | Resonant active grating mirror for surface emitting lasers | |
JP2007019313A (en) | Optical element and optical module | |
JP2006261316A (en) | Photonic crystal laser, its manufacturing method and optical transmission system | |
JP4967615B2 (en) | Semiconductor light emitting device | |
JP4674642B2 (en) | Semiconductor light emitting device | |
JP2007299985A (en) | Laser diode | |
JP2005116926A (en) | Semiconductor laser and method for manufacturing the same | |
JP2005347715A (en) | Surface emission laser, optical unit using it, and optical module using them | |
JP4977992B2 (en) | Semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof | |
JP7527093B2 (en) | Surface emitting laser array, detection device and laser device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20120224 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130327 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130528 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130717 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20130917 |