JP5455919B2 - 発光素子の製造方法および発光素子 - Google Patents
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Description
n〜[(neff 2k2EN(z)−EN’’(z))/(k2EN(z))]1/2
ここで、z軸は素子の主放射軸に対して垂直に延在している。主放射軸はz軸の0点を通過して延在している。EN(z)は近接場の電磁場であり、EN’’(z)はその2次導関数であり、kは電磁ビームの波長ベクトルであり、neffは実効屈折率である。
EN(Z)〜exp[−(z/d)α]
ここで、αは2より大きい偶数であり、dは近接場の所定のフィールド分布の幅に関する尺度である。この関数はトップハット(TopHat)関数とも称される。α=2が与えられることになるガウス関数に比べて、トップハット関数はより急峻な側縁を特徴とし、この側縁は指数αが大きくなればなるほど急峻な勾配を有するようになる。さらにトップハット関数は、z=0付近の比較的大きい指数αを有するz<dの領域においては一層強く生じるプラトー状の経過を有する。
A+B*zβ−C*zγ
を有し、ここでA,BおよびCは正の係数であり、βおよびγは偶数の正の数である(但し、γ>β)。その種の多項式の経過は値Aから出発して間隔zが大きくなるに連れ先ず連続的に最大値へと上昇し、続いて比較的大きく下降する。
n(z)=(A+B*zα-2−C*z2α-2)1/2
B=(α2−α)/[keff 2d2] および
C=α2/[keff 2d2]
により決定することができる。実効波数keffは伝播するビームの真空波長λと式keff=2πneff/λにより関連付けられている。
n(z)=(A+B*z2−C*z6)1/2
相応の経過は図1Bに示されている。
n(z)=(A+B*z6−C*z14)1/2
但し、係数A,BおよびCは上記の値を取る。
Claims (12)
- 半導体層列を備えた半導体ボディ(2)を有する発光素子(1)を製造するための方法において、
a)前記発光素子(1)の主放射軸に対して垂直に延びる方向において近接場(101,201)のフィールド経過を設定するステップ、但し、前記近接場は輝度分布(300)を有し、該輝度分布(300)には輝度経過曲線の下方に広がる最大面積(301)を有する矩形が対応付けられており、該最大面積(301)を有する矩形は前記近接場の前記輝度経過曲線の下の総面積の少なくとも60%を占める、
b)設定された前記近接場から、前記方向に沿って前記発光素子(1)に関する屈折率プロフィール(111,211,511)を計算するステップ、
c)前記発光素子(1)が少なくとも部分的に事前に決定された前記屈折率プロフィール(111,211,511)を有する、前記発光素子(1)に関する構造を求めるステップ、
d)事前に決定された前記構造に従い前記発光素子(1)を構成するステップであって、ビームを形成するために設けられている活性領域(21)を有し、且つ、少なくとも部分的に化合物半導体材料を含有する半導体層を有する前記半導体層列を備えた前記半導体ボディ(2)を析出し、前記屈折率プロフィール(111,211,511)を、前記半導体ボディ(2)の前記半導体層列の析出方向に沿った、化合物半導体材料の組成の変更によって調整するステップ
を有することを特徴とする、発光素子(1)を製造するための方法。 - 前記近接場(101,201)の所定のフィールド経過に関して以下の比例関係が成り立つ:
EN(Z)〜exp[−(z/d)α]
但し、αは2より大きい偶数であり、dは前記近接場(101,201)の所定のフィールド経過の幅に関する尺度であり、前記主放射軸はz軸の0点を通過して延在している、請求項1記載の方法。 - 前記近接場のフィールド経過を、前記発光素子(1)の主放射軸に対して垂直に延びる別の方向に沿って設定し、
前記ステップb)において、前記主放射軸に対して垂直に、且つ、前記屈折率プロフィール(111,211)に対して垂直に別の屈折率プロフィール(511)を求め、
前記ステップc)において、前記発光素子(1)が事前に決定された前記別の屈折率プロフィール(511)を有する、前記発光素子(1)に関する構造を求める、請求項1または2項記載の方法。 - 発光素子において、
ビームを形成するために設けられている活性領域(21)を有し、該活性領域(21)は主放射軸を有し、且つ該主放射軸に対して垂直に屈折率プロフィール(111,211)を有し、
前記発光素子は半導体層列を備えた半導体ボディ(2)を有し、前記半導体層列はフィールド成形層(22)を有し、該フィールド成形層(22)は前記活性領域の両側に配置されており、
前記屈折率プロフィールは前記半導体ボディの半導体層列の主延在方向に対して垂直に延びており、
前記屈折率プロフィールは前記フィールド成形層(22)によって形成されており、
前記屈折率プロフィール(111,211,511)は部分的に、偶数の指数を有する多項式からの平方根に従い成形されており、
前記多項式は式
A+B*z β −C*z γ
を有し、但し、A,BおよびCは正の係数であり、βおよびγは偶数の正の数であり、γ>βであり、
前記屈折率プロフィール(111,211)は前記主放射軸から出発して該主放射軸の少なくとも一方の側において、該主放射軸からの間隔が大きくなるに連れ最大値(24)に向かって上昇し、
前記屈折率は前記主放射軸からの間隔が大きくなるに連れ、前記最大値(24)から前記主放射軸の領域における屈折率よりも低い値へと低下し、前記屈折率プロフィール(111,211,511)は前記最大値(24)から出発して前記主放射軸に向かう方向においては、前記主放射軸から離れる方向よりも緩慢に低下することを特徴とする、発光素子。 - 前記発光素子はエッジ発光型の半導体レーザ素子として実施されており、電子および正孔は前記活性領域においてビームを放射しながら再結合する、請求項4に記載の発光素子。
- 前記屈折率プロフィールは、前記主放射軸の両側において、主放射軸からの間隔が大きくなるに連れ最大値に向かって上昇する、請求項4または5記載の発光素子。
- 前記屈折率プロフィールは、前記主放射軸から出発して、連続的に最大値に向かって上昇する、請求項4から6までのいずれか1項記載の発光素子。
- 前記近接場は輝度分布(300)を有し、該輝度分布(300)には輝度経過曲線の下方に広がる最大面積(301)を有する矩形が対応付けられており、該最大面積(301)を有する矩形は前記近接場の前記輝度経過曲線の下の総面積の少なくとも50%を占める、請求項4から7までのいずれか1項記載の発光素子。
- 前記近接場は輝度分布(300)を有し、該輝度分布(300)には輝度経過曲線の下方に広がる最大面積(301)を有する矩形が対応付けられており、該最大面積(301)を有する矩形は前記近接場の前記輝度経過曲線の下の総面積の少なくとも60%を占める、請求項4から7までのいずれか1項記載の発光素子。
- 別の屈折率プロフィール(511)が、前記半導体ボディ(2)の半導体層列の主延在面に沿って延びる横断方向において、孔(4)を用いて形成されている、請求項4から9までのいずれか1項記載の発光素子。
- ビームを形成するために設けられている別の活性領域(27)を有し、
前記活性領域(21)において形成されたビームおよび前記別の活性領域(27)において形成されたビームは共通の横光学モードを有する、請求項4から10までのいずれか1項記載の発光素子。 - 前記別の活性領域(27)は前記屈折率プロフィール(111,211)に関して、前記主放射軸と該屈折率プロフィール(111,211)の最大値(24)の位置との間に配置されている、請求項11記載の発光素子。
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